礦區(qū)激光切割機光路補償措施

　　激光切割機通過光路系統(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(fā)散角成反比。束腰直徑越大，遠場發(fā)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(fā)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(wěn)定性。目前國內(nèi)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(shè)計、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(shù)值擬合的方法得到，設(shè)計、制造和調(diào)整都比較困難。因此，激光切割機飛行光路系統(tǒng)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(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動態(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。國外一些先進產(chǎn)品已經(jīng)采用了這種光學(xué)補償措施。但由于國內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)水平，很難達到預(yù)期的效果。

　　3.伺服電機直接驅(qū)動的等光程系統(tǒng)

　　與上述兩種光路補償措施相比，等光程具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點，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，可以根據(jù)不同的切割工藝要求改變焦距和深度。

　　利用機構(gòu)實現(xiàn)光路補償會使設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸過大，同時增加設(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，利用伺服電機直接驅(qū)動等光程裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟實用的光程補償方案。伺服電機直接驅(qū)動的等光程補償方案主要包括激光發(fā)生器、固定在機體上的反射鏡、伺服電機驅(qū)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(xù)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。