激光生活 1039939

ミラーのお話

1：くまさん:
2015/11/24 (Tue) 23:10:40: 出力が小さいようだ　と相談し、写真などを送っていろいろ
いじりましたが最終的に、代替のミラーを送っていただきました。
話はそのことじゃないのです。
交換して余ったミラーもそんなに損傷があったり汚れていたりしませんでした。
そのミラーは使い道が無いので、そのまま棚においておきました。
昨日、そのミラーを久しぶりに見たら
アラマ！！
腐食というか、薄汚れたような状態になってました。
レーザー用のミラーっていうのは　一般のガラスミラーと違って、特殊な金属
（CO２レーザーの光を全反射する素材）が蒸着されているって聞いたことが
あります。
その特殊な金属は意外と、ほったらかしにしておくと　けっこう空気か水蒸気か
と反応して反射面が曇るんですね。
ガラスの鏡と全く違うようです。
当然ですが、レーザー機に取り付けてあるミラーも同じ環境にあったわけなので
かなり曇っているはずです。1週間に1回は磨かなくてはだめですね。
でも磨けば、曇っていた薄い層が取り去られるはずなので、だんだん薄くなって
終いには駄目になるんでしょうね。ミラーは消耗品ということなのでしょうか。
2：くまさん:
2015/11/24 (Tue) 23:15:34: https://bbs10.fc2.com//bbs/img/_791200/791183/full/791183_1448374534.jpg 雲りの出たミラーの写真です。
3枚のうち1枚は手の指でこすったら、かなり綺麗に戻りました。（中央）
両サイドは3ヶ月ほど　ほったらかしにしていたミラーです。
純銀の食器が曇ったときの感じと似ています。
コンパウンドで擦ったらもっと綺麗になると思いましたが、微小に削ることに
なるので、やめて指で擦っただけです。
ネットで探せば何か良い方法があるかもしれないですね。
3：ひろし :
2015/11/25 (Wed) 15:48:02: 写真拝見しました。びっくりですね！
取扱説明書の類を探していた中に、
fablab-kannai.org/wp.../10/ff00936875621b5ffc3de9943fb706bd.pdf
がありました。
前半は役に立ちそうにないですが、８ｐ以降はメンテナンスのことが書かれてあって、
レンズやミラーのクリーニングもありますね。綿棒にレンズクリーナーまたは試薬用アセトンを使用
とあります。
4：くまさん:
2015/11/25 (Wed) 23:43:52: ひろし様
レンズクリーナーは調べてみたいです。
アセトンは洗浄液としてよく使われていますね。発がん性の報告もあるので、使用量や
使用方法を注意したいと思います。（知ったうえで使えば問題ないと思います。）
情報ありがとうございます。
5：くまさん:
2016/03/12 (Sat) 14:15:38: 家具用のクリーナーが手元にあったので擦ったら、簡単にピカピカになりました。
ところで、このミラーの素材なんでしょうかね。
毒性のある材質だと怖いので、直接手で擦った地りしないほうがいいかも。
何でもありの国で作っていますから。
6：くまさん:
2016/03/13 (Sun) 21:04:41: https://bbs10.fc2.com//bbs/img/_791200/791183/full/791183_1457870681.jpg ★クギを使っている？！
レーザー機のミラーを固定するところにはミラーの向きを微調整する機構がついています。
そこに二つのバネがあると思いますが、驚くべきことに　私の機械はそのバネを
固定するのにクギが使われています。クギですよクギ！
でも、まあ、ばねを固定する機能は果たしているのです。恐るべしです。

★固定に十字穴ネジを使っている？！
ちなみに、機械部品を固定するときに使うねじは最もトルクがかかる「六角穴つきボルト」
を使うのが機械設計者の掟なのですが、なんと十字トラスネジが使われていて、写真に
写っているネジは私が手持ちのネジと交換したものです。

★光学部品の固定に薄板板金使う？！
このネジで留めている部品はミラーを支える重要部品ですから、通常なら剛性を
高くするため鋳物とかアルミの削り出しなどを使うものですが、見ての通り薄板
の板金（厚さ1ｍｍ）でした。
もちろん、私だったら板金には絶対しませんが、実のところ、この部分は可動部分
でもなく、機能は満足しているのです。

★スイスのトロテック社なら？
確認したこと無いですが、スイスのトロテック社ならきちんと掟通りの設計で
さらにミラー揺れ予防策なんかも考慮されていると思います。
っていうか、トロテックでは煙が来るところは防護されていて作業者
側からは見えない構造になってますがね・・・・。（＾＾；
以前にも書いたと思いますが、スイスのトロテック社の製品は機械屋の私が
見ても惚れ惚れするような設計です。外から見える部分はユーチューブなんかで
見れます。架台の構造、キャスターの選定、蓋の構造、そしてXY軸の構造・・・
さすが！　と言いたくなる設計です。　高級外車が買えそうなお値段ですがね・・・。

最近のメイカーズマインドというか、そうゆう波の中では法人が設置する
レーザー機はほとんどがトロテック製ですね。トロテック一人勝ちみたいな
感じです。こんど六本木ヒルズに出来る一般人向けの作業スペースなんか
トロテックのマシンがずらーっと並んでいますね。たしか月10万円くらいで
使わせてもらえるんだったかな。　意外と安いかも・・・・
7：うなけんのmaru :
2016/03/14 (Mon) 21:37:04: くまさん、機構設計の立場から見た話はためになりました。
せっかくなので電気回路設計を職業としている私からも少し言わせていただきましょう。
電気配線に使う電線の色や太さ：電圧や電流によって動体の太さや被覆の厚み、耐熱特性が必要なのに全然考慮されていない。規則性のある色使いがなされていない。
コネクターの選定：通せる電圧や電流、電線との適合性がおかしい。
絶縁耐量：レーザー管が破損しても人や筺体に漏電することは人命に関わるのに対策されてない。
ノイズや減衰に対する設計：外部へノイズを撒き散らしたり、外来ノイズでご動作をしてはいけないのに、余った電線を束ねているだけなので減衰を含めて稚拙な工作と言える。
基板や電線の固定：適当なネジや板金で止められていたり、電線が遊んでいるので短絡や断線事故が起きやすい。筐体内で転がっているネジなんて国内メーカーなら信用問題。
そうは言っても、この値段でレーザー加工機を持てる素晴らしさは何物にも代えがたいと思っています。
ただ、事故のないように皆さんに使っていただけていることを願ってやみません。

最近、ＦＡＢＬＡＢがあちこちに出来ていますね。
機会があれば、本物のレーザー加工機というものを使って見るためにも利用したいと思います。
8：うなけんのmaru :
2016/03/14 (Mon) 21:38:25: ✗動体　⇨　○導体
9：工作大好き君 :
2016/08/14 (Sun) 09:39:41: （旧くまさん）改め　「工作大好き君」（君までが名前）です。よろしくお願いします
このスレ　若干話をそらしてしまってすみません。

さて、ミラーのお話です。
最終段ミラー　つまりレンズに対してレーザー光を落とすミラー
（以下Ｃミラー）ですが　３つの調整ねじで調整します。
この調整で、レンズに落ちる光の筋道が違ってきます。
この調整はけっこう参考になる資料が少ないと思います。

まず、レンズが水平にセットされていると仮定ます。
（そもそも水平度を調整する機構がついていない）

レンズの中心に真上から垂直に光が来ないと　照射跡は楕円になります
（たぶん）

当然、楕円ではエネルギー密度が低下するので円になるように調整します。
楕円の状態にもよりますがエネルギー密度は半分以下になることも予想できます・
実力の半分以下の厚さしかカットできない事態も・・・

で、レンズ中心ににレーザーが当たるようにしなければなりません。
実のところ、Ｃミラーの調整だけでは　レーザー光をレンズの中心の真上から
垂直に落とすことはできないのです。

Ｃミラーの特定の１点にレーザー光があたらなければなりません。
ってことはそこに当てるためにＢミラーの調整が必要になり
さらにＢミラーの特定の１点にレーザーが当たるようにＡミラーも
同様に調整しなければならない。
さらに、Ａミラーの特定の１点に当てるにはレーザー管の位置合わせが必要になります。
なので、レーザー管の支持構造にも調整機構がついてると思います。

話が長くなりましたが、楕円化で出力を落とさないために　要点を2つ示します。

1.レンズ真中心に真上からレーザーを落とさないといけない。
2.ミラーの調整は「Ｃ--＞Ｂ-->Ａ-->レーザー管」の手順で進めないといけない
　（Ｃミラーの調整だけで楕円化を食い止められないので）レンズ真中心に真上からレーザーを落とさないといけない。

以上は私の推論です。議論をお願いしたいと思います。
10：HP10SH(管理人) :
2016/08/14 (Sun) 23:28:28: Aミラーは移動しないので、基本的にはレーザー管位置の厳密な調整は不要です。
Cから始めると調整が終わりませんので、必ずAからです。
第一にやるべきなのはY軸上でレーザー光をB鏡の一点に収束させること。
これをきちんとやれば後はそんなに苦労せずに調整できます。
また、ミラーの角度調整の前にミラー位置の調整も必要になる場合があります。
11：工作大好き君 :
2016/08/15 (Mon) 16:45:28: 管理人様　いつも大変お世話になっております。
議論を進めさせていただきます。

先の投稿では何を求めているかが解りにくかったと思います。失礼しました。
求めたいのは　

「レーザー光が焦点位置において楕円にならないようにする」
ということです。

例えば　
焦点で直径0.2ｍｍの円が　短径0.2ｍｍ　長径0.3ｍｍの楕円になって
しまうと　そのエネルギー密度は26％も低くなってしまします。

そのために重要なのは
「レンズ中心線に出来るだけ（できれば完全に）一致する光線を得る」という考えです。

ここまで合意をいただいて　そのためのミラー調整はどうあるべきかを
提案させていただきました。

＞Aミラーは移動しないので、基本的にはレーザー管位置の厳密な調整は不要です。

議論を他の方にも理解しておただけるよう、捕捉させていただきます。
「Ａミラーは移動しない」とは可動機構に搭載されていない　「動かない」という意味ですね。

私はＡミラーのどの位置にレーザー光が当たるかを無視するとはできないと思います。
ですので、レーザー管の位置調整は不可避と考えております。

なぜなら
この調整をしないと　最終段で重要となる「レンズ中心線上をレーザー光が
トレースできない」と思うからです。

例えば　レンズ直上にあるＣミラーですが、直径が20ｍｍあったとして
「ミラーのどの位置にレーザー光があたっても構わないのか？」という命題。
どこでもいい　ということは無く、最適な位置があると思います。

では　最適な位置とはどこなのか。

＞Cから始めると調整が終わりませんので、必ずAからです。

断言されている理由が不明です。ここで議論し、だれもが合理的な理由を得て
合意してもらえるようにしたいと思います。

先の投稿でも指摘したように　「レンズ中心線に出来るだけ一致する
光線」を得るためには、ミラーの角度調整だけでは実現できないと思います。

例として
直径20ｍｍのＣミラーの端っこにレーザーが当たったとしてレンズに向けて
レーザー光を落としたら　焦点におけるレーザー光は楕円となるでしょう。
大きな効率ダウンです。

レーザーはレーザー管から出るので、どうしてもその順番にしたくなりがちですが
実のところ、Ｃミラーから調整を始めないと　上記の楕円問題が解決できないと
思います。

仮にＡミラーから調整するとＣミラーの調整で　Ａミラーの再調整が必要に
なります。

＞第一にやるべきなのはY軸上でレーザー光をB鏡の一点に収束させること。

同意します。重要です。
ただ、ここで仰っているのは主に「Ｂミラーが稼働した場合でも常にＢミラーの同一点
にレーザー光が当たる」ということを指しているのだと思います。

ではミラーのどこに当たっていてもいいのか？　先に述べましたように　その位置が
重要と思います。

ではミラーのどの位置にレーザー光が当たればよいのかというと

繰り返しになりますが、
「レンズ中心線にレーザーがピタリとトレースすることが必要になります。」
なぜなら、レンズ中心から外れたレーザー光は焦点において点にならず
楕円になってしまうからです。

円の直径と楕円短径が同じ場合　楕円のレーザー光密度は低くなってしまうからです。
。

議論の前提として　
・レンズはf-θレンズではない。普通の中華レーザーレンズ
・Ｘ-Ｙ軸を形成する面は歪んでいない。
12：工作大好き君 :
2016/08/15 (Mon) 22:41:11: https://bbs10.fc2.com//bbs/img/_791200/791183/full/791183_1471268471.jpg レンズ中心にレーザー光が当たるようにするには、何らかの治具などを
作ると容易になるかもしれません。

今のところそういった治具は手元に無いので、各部の機構調整とテスト照射を
繰り返して照射跡が楕円にならない位置に調整しております。

写真は調整作業の前と後の比較写真です。

なお、治具については現在考え中です。
13：HP10SH(管理人) :
2016/08/19 (Fri) 00:53:25: >くまさん改め工作大好き君さん、こんばんは。
問題提起有難うございます。活発な議論は必要だと思います。

えーと個人的に、まず画像を拝見しまして、ありえないくらい楕円になっていますが、これは加工面での焦げ跡ですよね？
自分の機械でこんなに大きく、楕円になるのは見たことがありません。
調整後の焦げ跡も明らかに大きいし楕円になっているように見えますが、照射時間の問題でしょうか。

仰るとおり、収束レンズはその中心にレーザー光を通すことがベストです。それも垂直にです。
Cミラーが可動式になっている場合、中心に向けて落とすことは簡単でもレンズに垂直になりません。
ですのでCミラーは45度に固定されているのがいいと考えます。

また、各ミラーの中心に当てることにこだわる必要はありません。
ミラー自体は完全な平面（であるはず）でどこに当たっても反射角は変わらないからです。

>>「Ａミラーのどの位置にレーザー光が当たるかを無視するとはできない」のは何故でしょうか？

>>「（レーザー管位置の）調整をしないと　最終段で重要となる「レンズ中心線上をレーザー光が
トレースできない」」のは、よっぽど最初がズレているということはないですか？
あるいはヘッド位置の調整は全く考えていないということでしょうか？

収束レンズの中心にレーザー光を通すにはCミラーの中心（というかレンズの中心に垂直に落とせる場所）に
レーザー光を持ってくることが必要なのは仰るとおりです。
それを実現するために、AミラーでY軸と平行な光路を作りBミラー上に収束、それをもってCミラーへの当たり方を見て
Cミラーとレンズの乗るヘッドを上下左右に移動して中心へ落ちるようにするんです。
ヘッドを上に動かすと光軸はX+方向に移動します。左右の動きはY軸方向のズレを直します。
これで調整が利かないようであればよっぽど最初が狂ってるということだと思います。
Bミラー上の当たる位置（収束位置）などはまったく関係ありません。もちろんミラーに当たっていなくては意味無いので
当たる位置にミラー台ごと移動させる必要はありますけど。

私のブログの方で光軸ミラー調整の解説をしたことがありますが、ご覧頂いていますでしょうか。
そこでの理論、調整方法についてはいかがお考えですか？
今のところ少なくとも楕円になるようなことはありません。
ttp://ef58176.cocolog-nifty.com/blog/cat55823095/index.html
14：HP10SH(管理人) :
2016/08/19 (Fri) 12:20:10: 私の言いたいことと、工作大好き君さんの言いたいことを簡単に比較すると

収束レンズの中心にレーザー光軸を落とすために、最終的に
・私はCミラーとレンズの載るヘッドを動かして位置を決める
・工作大好き君さんはレーザー管を動かして位置を決める

ということにまとまるのではないかと思います。

私的には、Cミラーまでの光軸が確定してこそのレンズ中心への到達です。
その前段階でレーザー管の位置があまりにもおかしくて調整することはあるかもしれませんが、
基本A、Bミラーの調整でCミラーまでの光軸は収束可能です。
Cミラーまでの光軸が確定したら、ヘッド位置を調整してレンズ中心に落ちるようにします。

これをCミラー・ヘッドから始めるとレーザー光軸を遡ることになり、3つ先の鏡を通して
懐中電灯の光を的に当てるという神業に近いことになりそうです。
事前に調整してあればある程度は可能かと思いますが、それも最初Aミラーから調整しているはずです。
ミラーの調整時には発振源を固定しておく必要があるのです。
繰り返しになりますが、その前段階としてあまりにズレたレーザー管は調整しておくことが必要です。
予備調整でそれをしないと、各ミラー位置が設置場所から大きくズレる可能性がありますから。
でも中華製とはいえ、基本的にレーザー光はとりあえず加工面に到達している状態での納品でしょうから、
そう大きくズレてることは無いと思いますが。
15：工作大好き君:
2016/09/10 (Sat) 15:53:58: 管理人様
考察ありがとうございます。
一点　アドバイスを頂きたいのですが
出しました写真を見ていただけたかと思います。
楕円の具合がすごいとおっしゃっていたと思います。私もそう思うのです。
「レンズ中心からずれた位置にレーザー光が入っているから」と推測したのですが
どう思われますか?
レンズ自体が傾いて装着されているとも考えられるにですが、いかがでしょうか。
だとしても、この調整機構は残念ながらありません。うー・・・
16：ひろし:
2016/09/10 (Sat) 17:39:33: わたしも楕円の画像を見たのですが、あのように大きな焦げ跡がつくのは、焦点をずらしているからでしょうか？
それともレンズをはずして照射したのでしょうか？
17：HP10SH（管理人） :
2016/09/14 (Wed) 10:36:46: https://bbs10.fc2.com//bbs/img/_791200/791183/full/791183_1473817007.jpg 工作大好き君さん、遅くなってスミマセン。

>>どう思われますか？
えーパッと見ですが、光軸の狂い・焦点の狂い・斜入光orレンズの傾きの
全てが複合した状態じゃないかと思います。

元が粗悪品であってもレーザー加工（彫刻）機として販売している以上
デフォルトでこれは考えられません。
私は0.3mm前後のペーパーをカットすることが多いのですが、焦点がきちんと
合っている場合、最適出力でカットするとそのカット線の幅は約0.25mm
（焦点直径0.25mm）というのがウチでの計測結果です。

カットは作図線の中心を走ると考えると、出来上がったものは0.125mmのズレを
含みますので、ウチでは設計⇒カットデータ作成時に0.125mmオフセットした
データも作ってそれを出力にまわしています。

参考画像は1/80サイズで出力した建築模型の窓で、0.26mmのペーパーをカットして
重ね貼ることでこの状態になっています。窓桟の実測幅は0.35mm前後です。
全体の幅は実物換算で1800mm、1/80＝22.5mmで作っています。
試作品なのであまりキレイではありませんが、ベストの出力設定ならばもう一回り
細い窓桟を作ることも可能です。
カット幅の限界値はそのペーパーの厚み程度と考えています。
18：工作大好き君 :
2016/09/16 (Fri) 11:44:21: こんにちは
原因が複合ですか。そうですね。
ただこれが　難物で　何がどう複合するとこんなになるのか。
謎のままです。

私のレーザー機もボール紙などをカットするときは出力を弱めて比較的
高速にカットします。その時は非常に微細に切れています。
数値が無いので、具体的な比較ができないですが。

レンズを通った後の光線がどんな具合に収束していくのか、実験して
試すしかないですかね。
ちなみに私のレンズは焦点距離がデフォルトのより長い100ｍｍのタイプなので
デフォルトのものに比べ焦点がややぼやける（径が大きい）傾向になってます。
厚物には都合いいんですがね・・・
19：ミッチートト :
2019/03/27 (Wed) 16:59:10: 半年ほどレーザーの反射ミラーを磨かずに使ってると体感で2割くらい出力が弱まった感じ。
久しぶりに磨いて装着すると出力が復活。

皆さんも　たまに磨いてあげましょう！