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大型激光切割機的光路補償措施?

文章出處:公司動態(tài) 責任編輯:東莞市創(chuàng)遠激光科技有限公司 發(fā)表時間:2021-05-18
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激光切割機是將從激光器發(fā)射出的激光,經(jīng)光路系統(tǒng),聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件達到熔點或沸點,同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對位置的移動,最終使材料形成切縫,從而達到切割的目的。大型激光切割機的光路補償措施?
?大型激光切割機的光路補償措施?的圖片
1、利用擴束鏡進行光束準直

光束的束腰直徑和遠場發(fā)散角成反比,束腰直徑越大,遠場發(fā)散角越小。目前擴束鏡主要分為折射式和反射式兩種,其原理相當于一個倒置的望眼鏡。主要作用是通過增加光束的束腰直徑來減小遠場發(fā)散角,進而改善由于光路長度變化引起的焦點大小和焦點深度的不穩(wěn)定目前,國內(nèi)對光束準直方面的研究不多,其中大多數(shù)都是針對折射式的,反射式的研究較少。

折射式擴束鏡的設(shè)計、加工、調(diào)整都較容易,但是由于透鏡容易溫升過大導致鏡片變形,因此,折射式擴束鏡僅僅適用于小功率激光的光束準直。而對于像激光切割機這樣的大功率光束準直,一般采用反射式擴束鏡。

但反射式擴束鏡的鏡面曲率半徑難以通過解析的方法確定,只能通過數(shù)值擬合的方法獲得,因此,設(shè)計、制造、調(diào)整都很困難。為此,通過擴束鏡對光束準直的方法來對激光切割機的飛行光路系統(tǒng)進行光路補償,效果甚微。

2、采用變曲率半徑鏡片(VRM)

通過調(diào)整變量泵的輸出流量來改變VRM鏡片內(nèi)水槽中的水壓,這樣就可以改變聚焦透鏡的曲率半徑,進而改變聚焦方程中的參數(shù)f。變曲率半徑鏡片能夠在光路長度改變時動態(tài)地調(diào)整光束的特征參數(shù),來保持焦點半徑和焦點深度的穩(wěn)定。VRM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、成本高、需要閉環(huán)控制,國外一些技術(shù)先進的產(chǎn)品已經(jīng)采用這種光路補償措施。但是,國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)水平,難以達到預期的使用效果。

3、伺服電機直接驅(qū)動的等光程系統(tǒng)

與上述兩種光路補償措施相比,等光程具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)整方便等優(yōu)點,能在連續(xù)加工中確保聚焦透鏡上的光斑面積不變;同時,還能根據(jù)不同的切割工藝要求,改變切割時焦點半徑和焦點深度的大小。

目前,國內(nèi)關(guān)于等光程方面研究還不多,如天津城市建設(shè)學院的揚曉東等,提出了光路長度補償系統(tǒng)的三種機構(gòu)設(shè)計方案,并從機構(gòu)的角度對其進行了分析和比較,其方法的提出對激光切割機飛行光路的設(shè)計具有一定的指導意義。

采用機構(gòu)來實現(xiàn)光路補償,會使設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸過大,同時增加了設(shè)備的復雜程度,安裝調(diào)整難度大。隨著伺服控制技術(shù)的日益成熟,采用伺服電機直接驅(qū)動等光程裝置具有結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整方便等優(yōu)點,是一種經(jīng)濟、實用的光路補償方案。伺服電機直接驅(qū)動的等光程光路補償方案主要包括激光發(fā)生器、固定于機身上的反射鏡、伺服電機驅(qū)動的運動裝置上的補償反射鏡、橫梁上的反射鏡、z軸上的反射鏡片。

當固定在z軸上的切割頭作x,y向運動時,補償反射鏡作S向運動來補償光路長度的變化,進而保持激光切割機在連續(xù)切割加工時焦點半徑和焦點深度不變。當有不同加工需要時,比如切割不銹鋼薄板與低碳鋼厚板,需要不同的焦點大小、焦點深度、行走速度,此時,可通過控制器改變等光程裝置的初始位置來改變光路長度,進而改變透鏡表面光束直徑,最終改變焦點大小和焦點深度,以滿足不同加工需要。




大型激光切割機的光路補償措施?

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