Głowica lasera jest jednym z najważniejszych elementów wycinarki laserowej. Od niej zależą jakość cięcia, szybkość przebijania czy zakres grubości materiałów przy danej mocy źródła.
Po pojawieniu się na rynku laserów światłowodowych pierwsze głowice pracujące w tej technologii były dość prymitywne, pozbawione automatyki czy zabezpieczeń. Takie rozwiązania sprawdzały się przy mocach rzędu 2 kW, ale szybki rozwój źródeł światłowodowych narzucił nowe wymagania dla głowic laserów fiber. Okazało się bowiem, że przy rosnących mocach źródeł to głowica stała się najsłabszym ogniwem całego systemu. Co prawda producenci starali się dostarczać głowice o większych mocach, ale brak wypracowanych standardów w tej branży powodował wiele niedogodności i niepotrzebnych kosztów. Przykładem może być proces zużywania się elementów optycznych, który początkowo był nieprzewidywalny, ponieważ dopóki nie nastąpiło całkowite uszkodzenie soczewki, operator lasera nie wiedział, że dzieje się coś złego. Dzieje się tak w sytuacji, gdy przegrzewająca się soczewka skupiająca zostanie nagrzana do tego stopnia, że jej powierzchnia ulegnie stopieniu. Stopione szkło, z którego wykonana jest soczewka, paruje i skroplony materiał osiada na sąsiadującej soczewce kolimatora, również powodując jej uszkodzenie. Uszkodzona soczewka kolimatora, parując może uszkodzić kwarcową końcówkę złącza światłowodu i tym sposobem operator, który nie zauważył pogorszenia cięcia i nie wyłączył maszyny na czas, musi wymienić całą optykę w głowicy. W związku z powyższym nowe generacje głowic zostały wyposażone w pomiar temperatury soczewek. Jednak odbywa się to w sposób pośredni, mierząc temperaturę obudowy soczewki. Niestety szkło, z którego wykonuje się soczewki, ma stosunkowo niską przewodność cieplną i w przypadku przegrzewania się powierzchni soczewki musi minąć pewien czas zanim temperatura dotrze do jej obudowy, powodując zadziałanie zabezpieczenia. Niestety często jest już za późno i kolejne elementy optyczne zdążą się uszkodzić. Firma KIMLA opracowała bezdotykową metodę pomiaru temperatury powierzchni soczewek bazującą na matrycach mikrobolometrycznych, która pozwala na monitorowanie temperatury bezpośrednio w miejscu, gdzie ona powstaje i ty samym możliwe jest natychmiastowe zatrzymanie pracy maszyny w przypadku przekroczenia temperatury alarmowej.
Pomiar odległości od materiału
System pomiaru odległości dyszy od materiału dba o to, aby niezależnie od grubości i pofalowania blachy odległość dyszy od materiału nie zmieniała się. Głowica musi zatem podążać za nierównościami powierzchni i robić to z odpowiednio dużą prędkością, aby nadążać za zmianami wysokości nawet przy najszybszych ruchach roboczych. Pomiar wykonywany jest metodą pojemnościową poprzez pomiar częstotliwości generatora fal radiowych, która zmienia się w zależności od pojemności pomiędzy dyszą a blachą. Im dysza jest bliżej blachy, tym pojemność jest większa i częstotliwość maleje. Na podstawie tej częstotliwości wyznaczana jest odległość, a następnie korygowana jest wysokość głowicy. W większości laserów pomiar odległości i korekcja wysokości odbywają się z częstotliwością 1 kHz, czyli 1000 razy na sekundę. Okazuje się jednak, że przy dużych prędkościach taka częstotliwość jest za niska. Na przykład przy szybkości ruchu głowicy na poziomie 1 m/s korekta wysokości głowicy będzie wykonana tylko co 1 mm. W celu uniknięcia kolizji kluczowe jest, aby głowica mogła zareagować jak najszybciej. Dlatego firma KIMLA zaprojektowała układ pomiaru nowej generacji, gdzie przy zastosowaniu procesorów sygnałowych DSP udało się zwiększyć częstotliwość pomiarów i korekcji wysokości głowicy do 20 kHz. Dzięki temu system jest w stanie szybciej reagować i precyzyjniej regulować położenie głowicy. Zakres pomiaru odległości od blachy jest bardzo istotny przy przebijaniu grubszych materiałów. Podczas przebijania iskry stopiony materiał może wydobywać się z krateru z taką prędkością, że potrafi pokonać opór wynikający z pędu gazu i przedostać się do głowicy, niszcząc okno ochronne. Dlatego przy przebijaniu grubych blach, w szczególności ciętych tlenem, należy odsunąć dyszę od materiału na wysokość nawet kilkunastu milimetrów. Jest to wysokość poza standardowym zakresem pracy regulatorów wysokości i przez to większość laserów przebija przy odległości nieprzekraczającej 10 mm, co powoduje szybsze zużywanie się okien ochronnych. System pomiarowy w laserach KIMLA został zaprojektowany w taki sposób, aby zakres pomiarowy wynosił 20 mm, co znacznie skraca czas przebicia oraz wydłuża czas życia optyki. Jednak aby można było przebijać materiał z tak dużej odległości, głowica musi mieć możliwość automatycznego obniżenia wysokości ogniskowej do powierzchni blachy. Dlatego warunkiem sprawnego i bezpiecznego przebijania grubych blach jest także odpowiedni zakres regulacji pozycji ogniska. Podczas przebijania głowica musi zostać podniesiona, ale punkt skupienia powinien pozostawać na powierzchni materiału. Okno ochronne oddziela część wysokociśnieniową i niskociśnieniową. Uszczelnienie okna wymaga kontroli i upewnienia się, że gaz nie przedostaje się do górnej części głowicy, ponieważ w przeciwnym wypadku może dojść do uszkodzenia soczewek. Dlatego istotna jest możliwość pomiaru ciśnienia zarówno części wysokociśnieniowej –do kontroli ciśnienia dyszy – oraz niskociśnieniowej – do kontroli ewentualnych przecieków. Równie istotna jest pewność, że do głowicy nie dostała się wraz z gazem wilgoć lub nie rozszczelnił się układ chłodzenia. W celu zapewnienia maksymalnej kontroli stanu głowicy firma KIMLA zainstalowała w głowicy następujące czujniki:
Jedną z czynności obsługowych, jakie wykonuje operator przy głowicy, jest wymiana okna ochronnego. Jest to czynność stosunkowo prosta i szybka, ale można popełnić przy niej wiele błędów. Podstawową zasadą jest niepozostawianie otwartej komory okna, ponieważ drobne zanieczyszczenia z powietrza mogą dostać się do wnętrza głowicy. Należy również pamiętać, aby nigdy nie obracać raz użytego okna górą do dołu oraz wymieniać okno, nawet jeśli uszkodzenie będzie bardzo małe. Należy również pamiętać, aby przed założeniem okna sprawdzić jego teflonowe uszczelnienie, ponieważ nawet niewielka nieszczelność może uniemożliwić pracę. Aby zwiększyć bezpieczeństwo wymiany okna, firma KIMLA ponad oknem ochronnym zastosowała kolejne okno ochronne, aby nieuwaga lub błąd operatora nie skutkowały poważnymi uszkodzeniami optyki.
