激光切割对焦技术的研究与应用

论文摘要

激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度的光斑,将材料快速加热至汽化温度,将材料去除,从而获得所需要的图案和切缝的加工方法。由于功率密度与光束截面直径的平方成反比,而焦点处的直径最小,因而功率密度最高。为了获得高质量的切缝,就要精确确定焦点的位置。激光切割机的对焦系统的研究对提高机床的加工精度和提高加工质量具有重要的现实意义。本文在激光束聚集理论的基础上,分析了激光光路系统的结构和聚焦系统的功能。针对CLS2000型激光切割机现有的调焦系统不能准确确定焦点位置的缺点,提出并设计了一套以自准式直望远镜为主要部件的几何光学对焦系统。用Solidworks软件完成了对焦装置的机械结构设计和三维实体建模,并进行了虚拟装配和零件图的生成完成了实际装置的制作、装配和调试。将对焦装置切入现有机床的光路系统,组成新的对焦系统,通过试验验证了系统的可行性。比较了采用此对焦系统和采用其它常用方法对焦点位置进行检测的准确性。此外,还研究了激光切割PMMA时各工艺参数(主要包括激光电流、切割速度、焦点位置)对加工质量的影响,得出获得优质加工质量的工艺参数范围,为生产过程提供工艺上的指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 激光切割机发展现状及问题
• 1.3 激光切割概述
• 1.3.1 激光切割的基本原理
• 1.3.2 激光切割的应用和特点
• 1.3.3 激光切割原理
• 1.3.4 激光切割的特点
• 1.3.5 激光切割的分类
• 1.4 激光切割机系统构成
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 激光切割机的聚焦系统研究
• 2.1 激光光束聚焦理论
• 2.2 光学聚焦理论分析
• 2.2.1 反射镜
• 2.2.2 聚焦透镜
• 2.3 聚焦功率密度
• 第三章 激光切割机对焦技术研究和装置设计
• 3.1 对焦方法
• 3.2 望远镜法对焦
• 3.2.1 自准原理
• 3.2.2 自准式直望远镜
• 3.2.3 自准式直望远镜测量的凸透镜焦距
• 3.2.4 CLS2000 激光切割机
• 3.3 激光切割机对焦装置的设计
• 3.3.1 阿贝自准式直望远镜
• 3.3.2 反射镜调整架的设计
• 3.3.3 高度调节装置
• 3.3.4 望远镜支撑装置
• 第四章 对焦试验及分析
• 4.1 对焦装置的光路调节
• 4.1.1 望远镜的调节
• 4.1.2 激光光轴垂直于望远镜光轴
• 4.2 焦点位置测试
• 4.2.1 斜板法定位
• 4.2.2 扫描法定位
• 4.2.3 望远镜法定位
• 4.2.4 实验小结
• 第五章 激光切割工艺技术参数的研究
• 5.1 切割质量的标准
• 5.1.1 激光切割的尺寸精度
• 5.1.2 激光切割的切口质量
• 5.2 切割质量试验研究
• 5.2.1 实验材料和设备
• 5.2.2 切割质量受激光电流的影响
• 5.2.3 切割深度受切割速度的影响
• 5.2.4 切缝深度受焦点位置的影响
• 5.2.5 试验总结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献