【正文】 。在聚焦鏡下方放置一個紅光光源，發(fā)出近似于平行光，垂直照射于聚焦透鏡的中心。調整高度調節(jié)裝置絲杠螺母，使望遠鏡上下移動，調整望遠鏡光軸與激光軸等高。 ③在目鏡中觀察，此時可看到一亮斑，沿光軸方向旋轉分劃板調節(jié)手輪，對望遠鏡物鏡調焦，使亮十字線成像清晰。 31 以上介紹了對焦裝置的四個主要組成部分，完成加工、制作和裝配后的 實物如 圖 圖 對焦裝置照片 第四章 對焦試驗及分析 對焦裝置的光路調節(jié) 望遠鏡的調節(jié) （ 1）目鏡的調焦 目的是使眼睛通過目鏡能清楚地看到目鏡中分劃板上的刻線。支座底板與托板用 3 個螺栓和一個壓縮彈簧相聯接。鎖緊螺母材料為銅，表面也鍍鉻。絲杠上加工有鍵槽，當調到合適高度后由鎖緊螺釘固定。 ④微動板設計缺口，方便準直。采用細牙銅螺桿可以提高靈敏度，在不需要定量調整時，能提供比普通螺桿精度更高的調節(jié)功能。實現鏡架角度調節(jié)功能兩個螺桿為 MS ? 的細牙螺紋，螺桿旋轉一周，軸向只移動 ，提高了靈敏度。 鏡架主要由固定板和活動板兩個板組成。內部加工一個直徑 40mm 寬 4mm 的溝槽，以安裝反射鏡。根據使用要求，反射鏡帶寬從近紫外、可見光到遠紅外，對入射角和偏振態(tài)不敏感 ，鍍介質膜保護。實際尺寸應比計算尺寸大 2～ 3mm，所以選用圓形平面反射鏡，其直徑為 40mm。 反射鏡調整架的設計 （ 1）平面反射鏡的選擇與安裝 平面反射鏡是為實現預定光路轉折的一種最簡單的光學元件。 直角 棱鏡一般是全鍍鋁后刻一透光十字線，小燈泡發(fā)出的光經 直角 棱鏡反射照明叉絲。阿貝目鏡的焦距為， 放大倍數為 7。分劃板安裝在望遠鏡筒內，并可沿鏡筒前后移動。 阿貝自準式直望遠鏡 阿貝自準式直望遠鏡安裝在支撐座上，支撐座安裝在托板上，與底座相連接。 表 33 對焦裝置主要零件列表 零件編號 零件名稱 材料 數量 阿貝自準式直1 雙膠合物鏡 BK7 1 2 阿貝自準直目鏡 BK7 1 3 物鏡鏡筒 銅 1 4 分劃板 調節(jié)手輪 鋁 1 5 照明燈罩 鋁合金 1 27 望遠鏡 望遠鏡支撐 6 支架 不銹鋼 1 7 托板 鋁合金 1 8 調節(jié)螺栓 銅 2 9 壓縮彈簧 彈簧鋼 1 10 橡膠墊 橡膠 1 高度調節(jié)裝置 11 絲杠 45 鋼 1 12 絲杠螺母 45 鋼 1 13 底座 鑄鐵 1 14 鎖緊螺釘 銅 1 15 M20 螺母 GB578586 1 在進行實際應用時，將該裝置放置于激光切割機的工作臺上，調節(jié)望遠鏡的高度，使望遠鏡的光軸與激光光軸共面，并垂直于激光光軸。光路系統(tǒng)如下圖所示： ； ； ； 1(Ml)； 2(M2)； 6.反射鏡 3(M3)； ； ； ； ； 11.工作臺 26 圖 光路系統(tǒng)示意 圖 其中激光頭的結構如圖 。 心與滑塊刻線不重合 差 法排除兩種假像 法減少系統(tǒng)誤差 物 距 像 凸透鏡成像公式fvu 111 ?? ，測出物任意改變 u ，可以進行 a b c a b 描法減少24 距 法 距 u ，像距 v ，即求得 f 多次測量 成像的人為確定 偶然誤差 二 次 成 像 法 ? ? AlAf 422 ?? ，物屏 、像屏距離 fA 4? 時，透鏡在兩屏間移動，必能在像屏上二次成像， l 為二次成像時透鏡所移動的距離 fA 4?在 范圍內改變A 可進行多次測量，不存在透鏡光心與滑塊刻線不重合而引起的系統(tǒng)誤差 a a a a b 望 遠 鏡 法 當物位于待測透鏡焦平面時在物鏡中可看到清晰的像 測量方法簡單 a a b CLS2020 激光切割機 鐳神 CLS2020 激光切割機采用 CO2 激光器，驅光式導光系統(tǒng)（飛行光路），包括三個反射鏡和一個聚焦鏡（聚焦鏡安裝在激光頭調整套25 筒內）。測量結果為： （ 1）物距 —— 像距法 ： ??f mm； （ 2）二次成像法 : ??f mm； （ ）自準直法： ??f mm； （ 4）望遠鏡法： ??f mm。此時望遠鏡已調焦至無窮遠，適合觀察平行光了。調節(jié)目鏡，使目鏡視場中出現清晰的“豐”形叉絲。 表 31 三種自準式直望遠鏡比較 [23] 比較項目 阿貝式 高斯式 雙分劃板式 反射像的亮度 較亮 較暗 較暗 反射像的襯度 襯度好 若不采取特殊措施襯度差 襯度較好 作為自準直管和望遠鏡（或平行光管）用時，兩者視準軸的重合性 視準軸不能重合 視準軸始終重合 視準 軸可調到重合 22 當反射鏡離自準直管物鏡較遠時 有可能看不到反射像 無論距離多遠，均能獲得反射像。它們是以下三種 [22]. （ 1）阿貝式自準式直望遠鏡； （ 2）高斯式自準式直望遠鏡； （ 3）雙分劃板式自準式直望遠鏡。 自準式直望遠鏡 自準式直望遠鏡是工廠、實驗室常用的光學儀器，由自準直目鏡與望遠物鏡構成。其光路圖如圖 所示。它在平行光管和測量望遠鏡的調整、測量球面和非球面的面型，以及測量透鏡和光學系統(tǒng)的焦距等方面都有著廣泛應用，是 幾何光學實驗中經常采用的一種實驗技術。針對這個問題，本文提出了一種新的對焦方法。第 2 種方法在判斷切痕最小處時誤差較大，而且不能將焦點位置直接設置在工件表面。 對焦方法 目前在工業(yè)生產中對焦的簡便方法有三種 : （ 1）打印法：使激光頭從上往下運動，在塑料板上進行激光束打印，打印直徑最小處為焦點。對于大功率的激光束可采用大功率激光光束光斑質量診斷儀，實現大功率激光光束橫截面的功率密度分布測量，并應用數學處理方法計算光束位置、束寬、焦點位置、焦斑大小、發(fā)散 角、焦深和光束質量因子等相關光束參數。它適用于薄件高速切割。由于激光照射的功率密度和能量密度都與激光光斑直徑 0d 有關，為了獲得較大的功率密度，在激光切割加工中光斑尺寸要求盡可能小，這樣有利于實現高速切割。 聚焦功率密度 根據高斯光學理論，經透鏡聚焦后在各光束截面上的功率密度為 ? ?22 44 ??? f pdpF ?? （ ） 式中， F 為焦點處光束的功率密度； P 為激光輸出功率。后者定義為焦點光斑直徑增加 5%時兩光斑之間的距離。焦深通常有基于光束中心光強變化和基于光斑尺寸變化的定義方法。 當入射激光束 直徑 D 值一定時，存在一個最佳的透鏡焦距 f 值使聚焦光斑直徑 0d 最小。透鏡經常采用能透過激光波長的材料制造。 反射鏡 反射鏡的功能是改變來自激光器的光束方向。該聚焦系統(tǒng)適合焊接環(huán)形焊縫。如圖 所示為幾種聚焦系統(tǒng) [18]。以 CO2激光器為例，來說明像方束腰半徑的計算。例如，應用 激光切割、打孔、焊接等都需要把高斯光束聚焦成微小的光點。圖中 P 和 P? ，分別為高斯光束入射在透鏡前和經透鏡變換后的波面，其曲率半徑分別為R 和 R? ，光斑半徑分別為 w 和 w? ，束腰半徑分別為 0w 和 0w? ，束腰至透鏡的距離分別為 z 和 z? 。通?；８咚构馐陌l(fā)散角定義為強度下降到中心強度的 1 /e2點對應的全角寬度，即 ? ?022lim wz zwz ??? ???? （ ） 由此可見，基模高斯光束在其傳播軸線附近可以視為一種非均勻球面波，其等相面是曲 率中心不斷變化的球面，振幅和強度在橫截面內保持高斯分布。因此無論是自束腰向左還是向右激光束均是發(fā)散光束。繼續(xù)傳播則 ??zR 又開始增大，至 ??z ，激光束由球面波又變?yōu)槠矫娌ā? （ 1） 基模高斯光束在橫截面內的光場振幅分布按高斯函數的規(guī)律從中心向外平滑地下降，由中心振幅值下降到 1/e 點對應的寬度，定義為光斑半徑，即 ： ? ? 2200z1 ??????????wwzw ?? （ ） 可見，高斯光束在傳播過程中，光斑半徑隨著傳播距離 z 成非線性變化，其軌跡為雙曲線。目前已廣泛地應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。 激光器 ； ； ； ； ； ； 圖 透射式聚焦系統(tǒng) 10 電氣系統(tǒng)包括激光器電源和控制系統(tǒng)兩部分，其作用是供給激光器能量（固體激光器的光泵或 CO2激光器的高壓直流電源）和輸出方式（如連續(xù)或脈沖、重復頻率等）進行控制。聚焦系統(tǒng)的作用是把激光束通過光學系統(tǒng)精確地聚焦至工件上，以提高其功率密度，滿足激光加工的要求。 9 第二章 激光切割機的聚焦系統(tǒng)研究 2. 1 激光切割機系統(tǒng)構成 激光切割機除具有一般機床所需有的支承構件、運動部件以及相應的運動控制裝置外，主要還應具有激光加工系統(tǒng)，它是由激光器、聚焦系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)三部分組成的。 本課題是基于工程訓練中心的鐳神 CLS2020 型激光切割機為基本的實驗設備，研究了該設備的激光光路系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)的特點。如激光打標機、激光焊接機、激光快速成型機、激光切割機等。 (3)根據加工速度自適應 控制激光功率和激光模式或建立工藝數據庫和專家自適應控制系統(tǒng)使得激光切割的整機性能普遍提高。加入造渣劑提高熔化物的流動性 。作為切割工藝的改革性技術，它的發(fā)展對我 們來說是一項挑戰(zhàn)，更是一次機遇，希望該技術可以得到政府部門，尤其是企業(yè)領導的高度重視，盡早實現科研 ─ — 產業(yè) ─ — 一體化的進程，使得這項高 科技 為我國的現代化建設做出應有的 貢獻。 目前我國的激光切割技術研究仍需解決的問題是 :一方面要解決激光器的質量 (模式、可靠性、配套性 )。目前國內企業(yè)對三維激光切割機已經有需求，如柳州微型汽7 車廠已經有了 CO2五軸激光加工機 。在新世紀之初，我國還應加速研制厚板激光切割的新產品、新工藝，以改造我國橋梁制造、建筑機械和造船等重工業(yè)的熱切割工藝，提高經濟效益，以填補我國在厚板激光切割方面的空白。在“七五”期間，我國成功研制了低階模橫流 CO2 激光器和基模軸流 CO2 激光器，為激光切割的應用創(chuàng)造了條件，并對鋼板、合金鋼、硬質合金及硅鋼片的切割工藝進行了研 究。 KrF 激光波長 ，與 5μm 的 CO 激光協(xié)同工件，總功率只有 300W，就可實現常規(guī)激光切割時功率 500~1000W 的效果。在歐洲汽車工業(yè)中，三維激光切割首先用于原型樣機的制造和試生產，也用于中小批量生產 。工業(yè)用激光器的制造及其引入生產的速度已成為衡量一個國家工業(yè)生產效率及其在發(fā)達國家中地位的標準之一?，F在激光切割技術己從特殊用途的加工技術變?yōu)橥ㄓ玫摹⒕哂卸喾N加工能力的加工技5 術。激光能切割塑料 (聚合物 )、橡膠、木材、紙制品、皮革以及天然和合成織物等有機材料，同時也能切割石英、陶瓷等無機材料，還能切割新型輕質加強纖維聚合體等復合材料 [8]。激光切割雕刻是一種高能量密度可控性好的無接觸加工，激光束聚焦后形成具有極強能量的很小作用點，把它應用于切割有許多特點： a)狹的直邊割縫，最小的鄰近切邊熱影響區(qū)； b)極小的局部變形，工件無機械變形； 4 c)無刀具磨損，也談不上刀具的替換問題； d)切割材料無需考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料硬度影響，任何硬度的材料都可切割 [5]； e)與自動化裝備結合方便，容易實現切割過程自動化； f)由于不存在 切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力 [6]； (3)與其它熱切割方法相比 同時作為熱切割過程。 (1)激光有四大特性：高亮度、高方向性、高單色性和高相干性 [2]。因為激光切割過程中，不必像機械雕刻那樣刀頭要與被雕刻材料接觸，刀頭和雕刻件都清潔無污染，并且沒有刀頭和被加工件摩擦產生的不良影響，完全沒有壓力和磨損，適于精細雕刻。 （ 2）雕刻速度快 激光切割工序簡單快捷且操作方便。 （ 6）在廣告業(yè)、印章業(yè)、工藝禮品業(yè)、藝術模型業(yè)等行業(yè)應用越來越廣泛。 （ 3）印刷業(yè)的柔性印刷中網紋輥的激光切割和柔印版的激光切割是目前激光切割中應用最早、也是最成功的。 2 1. 2 激光切割 技術 的應用和 優(yōu)越性 激光切割 技術 的應用主要在下面幾個方面 ： （ 1）工業(yè)中常用激光去雕刻交通工具識別碼、元件編號、裝飾開關和儀表面板。因此 ,在我國 ,激光切割技術的推廣和應用潛力很大。因此 ,目前激光切割已廣泛地應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。激光切割與其他切割方法相比 ,最大區(qū)別是它具有高速、高精度和高適