華南熱作學院激光切割機光路補償措施

　　激光切割機通過光路系統將激光器發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，使工件達到熔點或沸點，與激光束同軸的高壓氣體吹走熔化或汽化的金屬。激光切割機有哪些補償措施？

　　1.使用擴束鏡進行光束準直

　　光束直徑與遠場發散角成反比。束腰直徑越大，遠場發散角越小。目前擴束器主要分為折射型和反射型兩種，其原理相當于一個倒置的望遠鏡。主要作用是通過增大束腰直徑來減小遠場發散角，進而改善光程長度變化引起的焦距大小和焦深的不穩定性。目前國內對光束準直的研究很少，多針對折射型，對反射型的研究很少。

　　折射擴束器易于設計、制造和調整。但由于溫度上升過大，容易使透鏡變形，因此只適用于低功率激光的光束準直。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器。然而，解析方法很難確定反射式擴束器鏡面的曲率半徑，只能通過數值擬合的方法得到，設計、制造和調整都比較困難。因此，激光切割機飛行光路系統的光路補償是通過擴束器對光束進行準直來進行的，影響不大。

　　2.采用變曲率半徑鏡片（VRM）

　　通過調節變量泵的輸出流量來改變VRM鏡片內水槽中的水壓，可以改變聚焦鏡頭的曲率半徑，進而改變聚焦方程中的參數f。變曲率半徑鏡可以在光路長度變化時動態調整光束的特征參數，從而保持聚焦半徑和深度穩定。VRM系統結構復雜、成本高、需要閉環控制。國外一些先進產品已經采用了這種光學補償措施。但由于國內現有的技術水平，很難達到預期的效果。

　　3.伺服電機直接驅動的等光程系統

　　與上述兩種光路補償措施相比，等光程具有結構簡單、成本低、調節方便的優點，可以保證聚焦透鏡上的光斑面積在連續加工中不變；同時，可以根據不同的切割工藝要求改變焦距和深度。

　　利用機構實現光路補償會使設備的結構尺寸過大，同時增加設備的復雜性，使安裝和調整變得困難。隨著伺服控制技術的發展，利用伺服電機直接驅動等光程裝置具有結構簡單、調節方便等優點，是一種經濟實用的光程補償方案。伺服電機直接驅動的等光程補償方案主要包括激光發生器、固定在機體上的反射鏡、伺服電機驅動的運動裝置上的補償反射鏡、光束上的反射鏡和Z軸上的反射鏡。

　　當固定在Z軸上的切割頭在X、Y方向運動時，補償鏡在S方向運動，補償光路長度的變化，從而在連續切割時保持激光切割機的焦距半徑和焦深不變。

　　當有不同的加工需求時，如切割不銹鋼薄板和低碳鋼厚板，需要不同的聚焦尺寸、聚焦深度和行走速度。此時，控制器可以通過改變等光程裝置的初始位置來改變光程長度，然后改變透鏡表面的光束直徑，最后改變焦距大小和焦深，以滿足不同的加工需求。