【正文】 Abstract Laser cutting is technology using a spot with high power and density formed by focused laser the carving or cutting the material is heated rapidly to thevaporization temperature,and wipes off by assistant air,then make the beam ormaterial moving and gain the pattern or narrow the power density is inversely proportional to the square of the diameter of the laser beam and the diameter of focusis the smallest,therefore the power density is the order to obtainhighquality kerf,it is necessary to assure the accurate location of the study of the focusing system of Laser carving and cutting machine has great realistic significance to improve the process accuracy and the process quality of the machine. This paper analyses the structure of laser optical system and the function offocusing the shortings that the existing focusing system of CLS2020 laser carving and cutting machine could not determine the location of the focus accurately,a geometrical optics system contains an auto collimating telescopewas raised and designed. The focusing device is installed into the optical system and forms a new focusing system,the feasibility was proved by the accuracy by using this focusing system and other mon methods to detect the position of the focus was pared. Keywords: Laser cutting Focalizing system Focus position CLS2020 I 目 錄 第一章 緒論 ..................................................................................................1 前言 ...................................................................................................1 1. 2 激光切割技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)越性 ......................................................2 1. 3 激光切割技術(shù)的特點 ......................................................................3 1. 4 激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ..................................................4 激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀 ....................................................................4 激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢 ............................................................7 課題背景和意義 ...............................................................................8 第 二章 激光切割機(jī)的聚焦系統(tǒng)研究 ..........................................................9 2. 1 激光切割機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 ......................................................................9 激光光束聚焦理論 .........................................................................10 光學(xué)聚焦理論分析 .........................................................................15 反射鏡 ..........................................................................................16 聚焦透鏡 ......................................................................................16 聚焦功率密度 .................................................................................17 第三章 激光切割機(jī)對焦技術(shù)研究和裝置設(shè)計 ........................................19 對焦方法 .........................................................................................19 望遠(yuǎn)鏡法對焦 .................................................................................20 自準(zhǔn)原理 ......................................................................................20 自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡 ..........................................................................21 自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡測量的凸透鏡焦距 ..........................................22 CLS2020 激光切割機(jī) ..................................................................24 激光切割機(jī)對焦裝置的設(shè)計 .........................................................26 阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡 ..................................................................27 反射鏡調(diào)整架的設(shè)計 ..................................................................28 高度調(diào)節(jié)裝置 ..............................................................................30 望遠(yuǎn)鏡支撐裝置 ..........................................................................30 第四章 對焦試驗及分析 ............................................................................31 對焦裝置的光路調(diào)節(jié) .....................................................................31 望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié) ..............................................................................31 激光光軸垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸 ......................................................32 焦點位置測試 .................................................................................32 斜板法定位 ..................................................................................33 掃描法定位 ..................................................................................34 II 望遠(yuǎn)鏡法定位 ..............................................................................35 實驗小結(jié) ......................................................................................36 總結(jié) ..............................................................................................................37 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................39 致謝 ..............................................................................................................41 1 第一章 緒論 前言 激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項應(yīng)用技術(shù) ,也是激光加工中應(yīng)用最早、使用最多的加工方法?？汕懈钐间?、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠布、石英、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等。我國自 1985 年以來 ,更以每年 25%以上的速度增長?？刂葡到y(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制中樞 ,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的正常工作 ,主要完成加工軌跡控制、焦點位置控制和機(jī)、光、電一體的協(xié)調(diào)控制。實際上最先普及使用激光切割產(chǎn)品是在整條組合的電路生產(chǎn)線上對硅晶片進(jìn)行連號表示。在安全設(shè)備上雕刻校準(zhǔn)誤差標(biāo)記、雕刻數(shù)字和連號數(shù)字，直接在電路元件上標(biāo)識線路和符號，在含有氧化鋁和其它氧化層的物件上雕刻條形碼和連號數(shù)字。所以 激光對雕刻材料的硬度、表面質(zhì)量等 沒有太高要求。 3 （ 3）雕刻質(zhì)量高 激光切割的一個顯著特點是雕刻質(zhì)量高。 （ 4）雕刻耗能少 激光切割與其它雕刻方法相比，采用了一種能量使用很直接的方式，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，而且雕刻過程操作簡單，保護(hù)環(huán)節(jié)少，所以消耗的能量少，并且能夠提高工作效率。激光切割無毛刺、無皺折、精度高，各種性能都優(yōu)于等離子切割。激光能切割非金屬，而其它熱切 割方法則不能 [7]。作為先進(jìn)制造技術(shù)之一的激光切割技術(shù)，由于其特有的、優(yōu)異的加工性能而被廣泛應(yīng)用，西方工業(yè)化國家和先進(jìn)的發(fā)展中國家均致力于這項技術(shù)的研究和應(yīng)用，其正以每年 15%～ 20%的速度增長 [911]。目前，國外探索的激光切割應(yīng)用范圍正在不斷地擴(kuò)大，已達(dá) 20 多個領(lǐng)域。據(jù)專家估計，約有 60%的汽車零部件可以通過激光切割來提高質(zhì)量。近年來，美、日、德、英等國正致力于研制各種工業(yè)用激光器，研究各種激光加工方法及工藝，激光切割工藝己初具規(guī)模，正 在形成一門新的產(chǎn)業(yè)。 從激光切割工藝研究現(xiàn)狀來看，日本在激光切割工藝方面的研究走在世界的前列，美國、德國以及一些歐洲國家也在七、八十年代開始在大量的激光切割工藝試驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)激光切割工藝，建立工 藝數(shù)據(jù)庫，并著手研究高性能的激光切割系統(tǒng)。 在我國，激光切割技術(shù)的推廣和應(yīng)用潛力很大，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā) 展，許多傳統(tǒng)