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为什么光束传输很重要(二)

发布时间:[2019-09-28 15:10:48]


光束准直

光纤激光切割机需要准直这将从传输光纤中获取光束能量,并将其改变为光束大小(直径从5毫米到45毫米不等),可以使用透镜和镜子进行定向和聚焦

来自传输光纤的光束以锥形光束的形式出现,将继续扩展,直到撞到将其准直为平行光束的物体。准直仪的光学元件离传输光纤越远,所产生的平行光束越宽。准直光学元件位于其焦点处。如果光学元件的焦距为100 mm,则必须将其放置在距离光束从传输光纤射出的位置100 mm的位置。

典型的光束准直仪焦距为25至200 mm。高功率激光器通常受益于具有长焦距的准直仪,因为这可以使功率密度扩散,使较少的集中热量通过光学器件并延长其寿命。

在光纤传输系统中,一个简单的公式给出了最终光斑尺寸的概念,最终光斑尺寸最终到达工件上:光斑直径=传输光纤直径x(聚焦光学焦距/准直仪光学焦距)这就是为什么焦距更长的准直器不仅意味着准直光束的直径会更大,而且在工件上的最终焦点尺寸也会变得更小

具有高光束质量和小光纤直径的激光切割机需要具有短焦距的准直仪。这是因为这些光束的发散度非常低。当它们从传输光纤中出来时,它们只会扩散很小。不需要很长的焦距就可以将其准直成平行线,然后再将其聚焦回到所需的焦点上。在典型的多模光纤激光器中,如现在用于切割平板的各种机器中,从传输光纤射出的光束的直径可能在20到45毫米之间。单模激光器(最常用于微焊接等低功率应用)的光束直径仅为5或10 mm。(请注意一些激光器的基本知识:CO2激光器产生的“ 10微米”光束和光纤或磁盘激光器产生的“ 1微米”光束是指激光的波长,而不是光束直径。)

聚焦头组件

找到并保持最佳焦点的大小和形状取决于应用程序,但是所有激光器都使用一些通用工具来获得焦点,并在整个处理周期内保持焦点尽可能一致。

自动对焦头。在这种设置中,聚焦头根据来自接触式或非接触式工件传感器的反馈进行调整。在非接触式布置中,气体喷嘴充当电容传感器,以测量其与下方的导电工件之间的间隙。然后,该信号控制伺服系统,该系统可以调节磁头的高度以保持最佳聚焦,即使工件表面高度意外变化也是如此。对于非导电材料,可以使用传统的接触感应系统,包括末端带有滚珠的动臂。

要执行这些调整,可以使用激光切割机在Z轴上移动磁头。也可以对聚焦头进行独立的Z轴调整,这在某些应用中效果很好,例如安装在机器人上的磁头可能无法反应足够快以提供过程中的高度调节。

Trepanners。这些光学器件将光束成圆圈发送,以非常快地切割出精确的孔。光学开孔器具有一对楔形光学元件,相隔一小段距离。旋转这些楔形之一会产生一个偏离光束中心线的偏移,从而使焦点快速移动。通过调整这些楔形位置并将它们一起旋转,系统将创建半径和速度可变的圆形trepan运动

另一种trepan策略是使用伺服电机驱动的反射镜来改变光束路径的长度,以使其焦点成圆周运动。可以将光束横截面视为老式蒸汽机上的车轮,而将焦点视为车轮外径上的连杆连接点。光束位置本身不会左右移动或上下移动。取而代之的是,移动光束路径长度会导致光束的一个轴快速变化,从而使焦点在圆周上快速行进。

扫描仪和振镜。这些伺服驱动镜放置在聚焦透镜之前或之后,可将激光束快速地逐点引导。它们特别用于远程焊接应用,在该应用中,聚焦透镜距工件表面一米或更远。

喷嘴。从字面上看,可以使用数百种不同类型的喷嘴要选择最好的激光器,需要权衡许多变量,包括零件特征,手部操作(切割,焊接,熔覆,热处理等),零件和材料特征以及激光器的波长。喷嘴选择本身就是一门科学。

为了处理受机械障碍和其他限制进入工作区域的物体,可能需要使用细长的长喷嘴。具有电容式高度感应功能的平板切割可能需要短而短的喷嘴。但是,喷嘴越长越细长,机械上就越脆弱。孔口直径也随参数而变化。对于许多应用而言,机加工的喷嘴就足够了,但是关键的激光加工可能会受益于冷成型的喷嘴,该喷嘴可提供光滑的镜面效果。

材料类型和厚度也起作用。例如,在涉及金属箔的应用中,激光系统可受益于淋浴喷头,其中小的气体喷射孔围绕中心孔。这将辅助气体分布在喷嘴的周围,并防止了激光操作过程中薄片的铝箔飞舞。

通过镜头观看。多年来,高功率激光系统已使用可见红外激光来帮助操作员聚焦光束。不幸的是,这些可见激光聚焦在与实际加工激光不同的平面上。因此,对于可能需要精确聚焦以及常规过程监控的精密工作,许多人都使用了镜头直视。可以对安装在光路上方的摄像机进行设置,使其焦点与激光束的焦点相同。使用这些系统,您所看到的就是您得到的。

镜头抽屉。聚焦头可以具有可容纳不同焦距的镜头的卡盒(或镜头抽屉)。典型的激光切割系统可能有一个带有5英寸焦距镜头的卡盘,以及一个刚好在上面的带有7.5英寸焦距镜头的卡盘。这种双镜头系统可以快速更换镜头。即使更换镜头,喷嘴也将与工件保持相同的距离。由于抽屉的位置,不需要进一步调整聚焦头

碰撞保护和避免。碰撞保护系统基本上起着互锁的作用。损坏时,系统将关闭,从而避免机器受到更严重的损坏。这些可能需要机械开关,接近开关,气动装置和其他工具。防撞保护只是防止了聚焦头的损坏。

它们还可以节省大量昂贵的工件。假设激光切割了一片大片并在手术进行到一半时坠毁。一些防撞保护装置允许操作员重设头部并在某个点重新开始,以使整个工件不会丢失到废料堆中。

某些系统还提供避免崩溃的功能。防撞技术使用与自动聚焦功能相同的感应工具,不断将信号发送回控制器。如果工件表面不在应有的位置,它将发送警报,尝试在发生碰撞之前停止碰撞。

考虑所有变量

激光比它的类型更多。无论您使用的是二氧化碳,光纤,磁盘,闪光灯,还是二极管泵浦的YAG,或其他,选择合适的光束传输和聚焦系统都至关重要。如果没有为应用提供适当的聚焦,则无论其质量如何,激光束都无法真正有效。

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