江漢石油管理局激光切割機(jī)光路補(bǔ)償措施

　　激光切割機(jī)通過光路系統(tǒng)將激光器發(fā)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(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，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(jī)有哪些補(bǔ)償措施？

　　1.使用擴(kuò)束鏡進(jìn)行光束準(zhǔn)直

　　光束直徑與遠(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)束器主要分為折射型和反射型兩種，其原理相當(dāng)于一個(gè)倒置的望遠(yuǎn)鏡。主要作用是通過增大束腰直徑來減小遠(yuǎn)場發(fā)散角，進(jìn)而改善光程長度變化引起的焦距大小和焦深的不穩(wěn)定性。目前國內(nèi)對光束準(zhǔn)直的研究很少，多針對折射型，對反射型的研究很少。

　　折射擴(kuò)束器易于設(shè)計(jì)、制造和調(diào)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(zhǔn)直。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)束器。然而，解析方法很難確定反射式擴(kuò)束器鏡面的曲率半徑，只能通過數(shù)值擬合的方法得到，設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整都比較困難。因此，激光切割機(jī)飛行光路系統(tǒng)的光路補(bǔ)償是通過擴(kuò)束器對光束進(jìn)行準(zhǔn)直來進(jìn)行的，影響不大。

　　2.采用變曲率半徑鏡片（VRM）

　　通過調(diào)節(jié)變量泵的輸出流量來改變VRM鏡片內(nèi)水槽中的水壓，可以改變聚焦鏡頭的曲率半徑，進(jìn)而改變聚焦方程中的參數(shù)f。變曲率半徑鏡可以在光路長度變化時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整光束的特征參數(shù)，從而保持聚焦半徑和深度穩(wěn)定。VRM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、需要閉環(huán)控制。國外一些先進(jìn)產(chǎn)品已經(jīng)采用了這種光學(xué)補(bǔ)償措施。但由于國內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)水平，很難達(dá)到預(yù)期的效果。

　　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)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)，可以保證聚焦透鏡上的光斑面積在連續(xù)加工中不變；同時(shí)，可以根據(jù)不同的切割工藝要求改變焦距和深度。

　　利用機(jī)構(gòu)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)增加設(shè)備的復(fù)雜性，使安裝和調(diào)整變得困難。隨著伺服控制技術(shù)的發(fā)展，利用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)等光程裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的光程補(bǔ)償方案。伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的等光程補(bǔ)償方案主要包括激光發(fā)生器、固定在機(jī)體上的反射鏡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置上的補(bǔ)償反射鏡、光束上的反射鏡和Z軸上的反射鏡。

　　當(dāng)固定在Z軸上的切割頭在X、Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，補(bǔ)償鏡在S方向運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償光路長度的變化，從而在連續(xù)切割時(shí)保持激光切割機(jī)的焦距半徑和焦深不變。

　　當(dāng)有不同的加工需求時(shí)，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(shí)，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。