激光切割機(jī)光路補(bǔ)償措施

應(yīng)用擴(kuò)束鏡停止光束準(zhǔn)直

光束的束腰直徑和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角成反比，束腰直徑越大，遠(yuǎn)場(chǎng)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。主要作用是經(jīng)過(guò)增加光束的束腰直徑來(lái)減小遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，進(jìn)而改善由于光路長(zhǎng)度變化惹起的焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度的不穩(wěn)定目前，國(guó)內(nèi)對(duì)光束準(zhǔn)直方面的研討不多，其中大多數(shù)都是針對(duì)折射式的，反射式的研討較少。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(guò)大招致鏡片變形，因而，折射式擴(kuò)束鏡僅僅適用于小功率激光的光束準(zhǔn)直。而關(guān)于像激光切割機(jī)這樣的大功率光束準(zhǔn)直，普通采用反射式擴(kuò)束鏡。但反射式擴(kuò)束鏡的鏡面曲率半徑難以經(jīng)過(guò)解析的辦法肯定，只能經(jīng)過(guò)數(shù)值擬合的辦法取得，因而，設(shè)計(jì)、制造、調(diào)整都很艱難。為此，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡對(duì)光束準(zhǔn)直的辦法來(lái)對(duì)激光切割機(jī)的飛行光路系統(tǒng)停止光路補(bǔ)償，效果甚微 。

采用變曲率半徑鏡片（VRM）

經(jīng)過(guò)調(diào)整變量泵的輸出流量來(lái)改動(dòng)VRM鏡片內(nèi)水槽中的水壓，這樣就能夠改動(dòng)聚焦透鏡的曲率半徑，進(jìn)而改動(dòng)聚焦方程中的參數(shù)f。變曲率半徑鏡片可以在光路長(zhǎng)度改動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整光束的特征參數(shù)，來(lái)堅(jiān)持焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)深度的穩(wěn)定。VRM系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜、本錢高、需求閉環(huán)控制，國(guó)外一些技術(shù)先進(jìn)的產(chǎn)品曾經(jīng)采用這種光路補(bǔ)償措施。但是，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)程度，難以到達(dá)預(yù)期的運(yùn)用效果 [1]  。

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，等光程具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、本錢低、調(diào)整便當(dāng)?shù)葍?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)，還能依據(jù)不同的切割工藝請(qǐng)求，改動(dòng)切割時(shí)焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)深度的大小。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于等光程方面研討還不多，如天津城市建立學(xué)院的揚(yáng)曉東等，提出了光路長(zhǎng)度補(bǔ)償系統(tǒng)的三種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃，并從機(jī)構(gòu)的角度對(duì)其停止了剖析和比擬，其辦法的提出對(duì)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(lái)完成光路補(bǔ)償，會(huì)使設(shè)備的構(gòu)造尺寸過(guò)大，同時(shí)增加了設(shè)備的復(fù)雜水平，裝置調(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)等光程安裝具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整便當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、適用的光路補(bǔ)償計(jì)劃。伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的等光程光路補(bǔ)償計(jì)劃主要包括激光發(fā)作器、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)安裝上的補(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(lái)補(bǔ)償光路長(zhǎng)度的變化,進(jìn)而堅(jiān)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)有不同加工需求時(shí)，比方切割不銹鋼薄板與低碳鋼厚板，需求不同的焦點(diǎn)大小、焦點(diǎn)深度、行走速度，此時(shí)，可經(jīng)過(guò)控制器改動(dòng)等光程安裝的初始位置來(lái)改動(dòng)光路長(zhǎng)度，進(jìn)而改動(dòng)透鏡外表光束直徑，最終改動(dòng)焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度,以滿足不同加工需求 [1]  。