[沛星光電]鐳射光源 光學系統設備

CO2鐳射切割的關鍵技術

CO2鐳射切割的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。雷射光束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響鐳射切割的效率和品質。特別是對於切割精度較高或厚度較大的零件，必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：  

　　1、焦點位置控制技術：  

　　鐳射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，所以焦點光斑直徑盡可能的小，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鐳射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。對於高品質的切割，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。顧慮到切割品質、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的不銹鋼，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，在塑膠板上進行雷射光束列印，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膠板使其水準拉動，尋找雷射光束的最小處為焦點。(3)藍色火花法：去掉噴嘴，吹空氣，將脈衝鐳射打在不銹鋼板上，使切割頭從上往下運動，直至藍色火花最大處為焦點。  

　　對於飛行光路的切割機，由於光束發散角，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，焦點光斑的直徑越小。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，國內外鐳射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雷射器的輸出端加一平行光管進行擴束處理，擴束後的光束直徑變大，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。當機床工作臺移動或光軸移動時，光束從近端到遠端F軸也同時移動，使光束聚焦後光斑直徑在整個加工區域內保持一致。

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