CO2激光切割機的焦點位置控制技術

   時間:2014-03-11 12:09:01
CO2激光切割機的焦點位置控制技術簡介
     激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由於能量密度與4/πd2成正比,所以焦點光斑直徑儘可能的小,以便產生一窄的切縫;同……
CO2激光切割機的焦點位置控制技術正文
  激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由於能量密度與4/πd2成正比,所以焦點光斑直徑儘可能的小,以便產生一窄的切縫;同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割工業應用中廣泛採用5〃~7.5〃(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對於高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%範圍內,即5mm左右。因此控制焦點相對於被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點在表面上;6mm的碳鋼,焦點在表面之上;6mm的不鏽鋼,焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種:

(1)列印法:使切割頭從上往下運動,在塑料板上進行激光束列印,列印直徑最小處為焦點。

(2)斜板法:用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的最小處為焦點。

(3)藍色火花法:去掉噴嘴,吹空氣,將脈衝激光打在不鏽鋼板上,使切割頭從上往下運動,直至藍色火花最大處為焦點。對於飛行光路的激光切割機,由於光束髮散角,切割近端和遠端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點光斑的直徑小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化,國內外激光切割系統的製造商提供了一些專用的裝置供用戶選用:

(1)平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理,擴束后的光束直徑變大,發散角變小,使在切割工作範圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。

(2)在激光切割機的切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離(stand off)的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作台移動或光軸移動時,光束從近端到遠端F軸也同時移動使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區域內保持一致。

(3)控制聚焦鏡(一般為金屬反射聚焦系統)的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時,自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。

(4)飛行光路激光切割機上增加x、y方向的補償光路系統。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短;反之當切割近端光程減小時,使補償光路增加以保持光程長度一致。

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