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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，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(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(zhù)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(jìn)行光束準直

光束的束腰直徑和遠場(chǎng)發(fā)散角成反比，束腰直徑越大，遠場(chǎng)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(gè)倒置的望眼鏡。主要作用是通過(guò)增加光束的束腰直徑來(lái)減小遠場(chǎng)發(fā)散角，進(jìn)而改善由于光路長(cháng)度變化引起的焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度的不穩定目前，國內對光束準直方面的研究不多，其中大多數都是針對折射式的，反射式的研究較少。

折射式擴束鏡的設計、加工、調整都較容易，但是由于透鏡容易溫升過(guò)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(guò)解析的方法確定，只能通過(guò)數值擬合的方法獲得，因此，設計、制造、調整都很困難。為此，通過(guò)擴束鏡對光束準直的方法來(lái)對激光切割機的飛行光路系統進(jìn)行光路補償，效果甚微。

2、采用變曲率半徑鏡片（VRM）

通過(guò)調整變量泵的輸出流量來(lái)改變VRM鏡片內水槽中的水壓，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f。變曲率半徑鏡片能夠在光路長(cháng)度改變時(shí)動(dòng)態(tài)地調整光束的特征參數，來(lái)保持焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)深度的穩定。VRM系統結構復雜、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)采用這種光路補償措施。但是，國內現有技術(shù)水平，難以達到預期的使用效果。

3、伺服電機直接驅動(dòng)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(jiǎn)單、成本低、調整方便等優(yōu)點(diǎn)，能在連續加工中確保聚焦透鏡上的光斑面積不變；同時(shí)，還能根據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，國內關(guān)于等光程方面研究還不多，如天津城市建設學(xué)院的揚曉東等，提出了光路長(cháng)度補償系統的三種機構設計方案，并從機構的角度對其進(jìn)行了分析和比較，其方法的提出對激光切割機飛行光路的設計具有一定的指導意義。

采用機構來(lái)實(shí)現光路補償，會(huì )使設備的結構尺寸過(guò)大，同時(shí)增加了設備的復雜程度，安裝調整難度大。隨著(zhù)伺服控制技術(shù)的日益成熟，采用伺服電機直接驅動(dòng)等光程裝置具有結構簡(jiǎn)單，調整方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟、實(shí)用的光路補償方案。伺服電機直接驅動(dòng)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、伺服電機驅動(dòng)的運動(dòng)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(dòng)時(shí)，補償反射鏡作S向運動(dòng)來(lái)補償光路長(cháng)度的變化,進(jìn)而保持激光切割機在連續切割加工時(shí)焦點(diǎn)半徑和焦點(diǎn)深度不變。當有不同加工需要時(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(guò)控制器改變等光程裝置的初始位置來(lái)改變光路長(cháng)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(mǎn)足不同加工需要。