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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？
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。