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激光切割机光路补偿措施

作者: 发布时间:2021-09-01 18:19:46点击:67881

信息摘要:

激光切割机通过光路系统将激光器发出的激光聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射工件表面,使工件达到熔点或沸点,与激光束同轴的高压气体吹走熔化或汽化的金属。激光切割机有哪些补偿措施

  激光切割机通过光路系统将激光器发出的激光聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射工件表面,使工件达到熔点或沸点,与激光束同轴的高压气体吹走熔化或汽化的金属。激光切割机有哪些补偿措施?

  1.使用扩束镜进行光束准直

  光束直径与远场发散角成反比。束腰直径越大,远场发散角越小。目前扩束器主要分为折射型和反射型两种,其原理相当于一个倒置的望远镜。主要作用是通过增大束腰直径来减小远场发散角,进而改善光程长度变化引起的焦距大小和焦深的不稳定性。目前国内对光束准直的研究很少,多针对折射型,对反射型的研究很少。

  折射扩束器易于设计、制造和调整。但由于温度上升过大,容易使透镜变形,因此只适用于低功率激光的光束准直。对于像激光切割机这样的大功率光束准直,一般采用反射式扩束器。然而,解析方法很难确定反射式扩束器镜面的曲率半径,只能通过数值拟合的方法得到,设计、制造和调整都比较困难。因此,激光切割机飞行光路系统的光路补偿是通过扩束器对光束进行准直来进行的,影响不大。

  2.采用变曲率半径镜片(VRM)

  通过调节变量泵的输出流量来改变VRM镜片内水槽中的水压,可以改变聚焦镜头的曲率半径,进而改变聚焦方程中的参数f。变曲率半径镜可以在光路长度变化时动态调整光束的特征参数,从而保持聚焦半径和深度稳定。VRM系统结构复杂、成本高、需要闭环控制。国外一些先进产品已经采用了这种光学补偿措施。但由于国内现有的技术水平,很难达到预期的效果。

  3.伺服电机直接驱动的等光程系统

  与上述两种光路补偿措施相比,等光程具有结构简单、成本低、调节方便的优点,可以保证聚焦透镜上的光斑面积在连续加工中不变;同时,可以根据不同的切割工艺要求改变焦距和深度。

  利用机构实现光路补偿会使设备的结构尺寸过大,同时增加设备的复杂性,使安装和调整变得困难。随着伺服控制技术的发展,利用伺服电机直接驱动等光程装置具有结构简单、调节方便等优点,是一种经济实用的光程补偿方案。伺服电机直接驱动的等光程补偿方案主要包括激光发生器、固定在机体上的反射镜、伺服电机驱动的运动装置上的补偿反射镜、光束上的反射镜和Z轴上的反射镜。

  当固定在Z轴上的切割头在X、Y方向运动时,补偿镜在S方向运动,补偿光路长度的变化,从而在连续切割时保持激光切割机的焦距半径和焦深不变。

  当有不同的加工需求时,如切割不锈钢薄板和低碳钢厚板,需要不同的聚焦尺寸、聚焦深度和行走速度。此时,控制器可以通过改变等光程装置的初始位置来改变光程长度,然后改变透镜表面的光束直径,最后改变焦距大小和焦深,以满足不同的加工需求。

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