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大型激光切割機(jī)的光路補(bǔ)償措施?

文章出處:公司動(dòng)態(tài) 責(zé)任編輯:東莞市創(chuàng)遠(yuǎn)激光科技有限公司 發(fā)表時(shí)間:2021-05-18
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激光切割機(jī)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(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn),同時(shí)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(dòng),最終使材料形成切縫,從而達(dá)到切割的目的。大型激光切割機(jī)的光路補(bǔ)償措施?
?大型激光切割機(jī)的光路補(bǔ)償措施?的圖片
1、利用擴(kuò)束鏡進(jìn)行光束準(zhǔn)直

光束的束腰直徑和遠(yuǎn)場發(fā)散角成反比,束腰直徑越大,遠(yuǎn)場發(fā)散角越小。目前擴(kuò)束鏡主要分為折射式和反射式兩種,其原理相當(dāng)于一個(gè)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(yuǎn)場發(fā)散角,進(jìn)而改善由于光路長度變化引起的焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度的不穩(wěn)定目前,國內(nèi)對光束準(zhǔn)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(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)、加工、調(diào)整都較容易,但是由于透鏡容易溫升過大導(dǎo)致鏡片變形,因此,折射式擴(kuò)束鏡僅僅適用于小功率激光的光束準(zhǔn)直。而對于像激光切割機(jī)這樣的大功率光束準(zhǔn)直,一般采用反射式擴(kuò)束鏡。

但反射式擴(kuò)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(jì)、制造、調(diào)整都很困難。為此,通過擴(kuò)束鏡對光束準(zhǔn)直的方法來對激光切割機(jī)的飛行光路系統(tǒng)進(jìn)行光路補(bǔ)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(jìn)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(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整光束的特征參數(shù),來保持焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)深度的穩(wěn)定。VRM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、需要閉環(huán)控制,國外一些技術(shù)先進(jìn)的產(chǎn)品已經(jīng)采用這種光路補(bǔ)償措施。但是,國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)水平,難以達(dá)到預(yù)期的使用效果。

3、伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的等光程系統(tǒng)

與上述兩種光路補(bǔ)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(diǎn),能在連續(xù)加工中確保聚焦透鏡上的光斑面積不變;同時(shí),還能根據(jù)不同的切割工藝要求,改變切割時(shí)焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)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(xué)院的揚(yáng)曉東等,提出了光路長度補(bǔ)償系統(tǒng)的三種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,并從機(jī)構(gòu)的角度對其進(jìn)行了分析和比較,其方法的提出對激光切割機(jī)飛行光路的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

采用機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)光路補(bǔ)償,會(huì)使設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸過大,同時(shí)增加了設(shè)備的復(fù)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(jī)直接驅(qū)動(dòng)等光程裝置具有結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn),是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的光路補(bǔ)償方案。伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的等光程光路補(bǔ)償方案主要包括激光發(fā)生器、固定于機(jī)身上的反射鏡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置上的補(bǔ)償反射鏡、橫梁上的反射鏡、z軸上的反射鏡片。

當(dāng)固定在z軸上的切割頭作x,y向運(yùn)動(dòng)時(shí),補(bǔ)償反射鏡作S向運(yùn)動(dòng)來補(bǔ)償光路長度的變化,進(jìn)而保持激光切割機(jī)在連續(xù)切割加工時(shí)焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)深度不變。當(dāng)有不同加工需要時(shí),比如切割不銹鋼薄板與低碳鋼厚板,需要不同的焦點(diǎn)大小、焦點(diǎn)深度、行走速度,此時(shí),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(jìn)而改變透鏡表面光束直徑,最終改變焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度,以滿足不同加工需要。




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