【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(diào)整高度調(diào)節(jié)裝置絲杠螺母，使望遠(yuǎn)鏡上下移動，調(diào)整望遠(yuǎn)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(zhuǎn)分劃板調(diào)節(jié)手輪，對望遠(yuǎn)鏡物鏡調(diào)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(diào)節(jié) 望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié) （ 1）目鏡的調(diào)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(lián)接。鎖緊螺母材料為銅，表面也鍍鉻。絲杠上加工有鍵槽，當(dāng)調(diào)到合適高度后由鎖緊螺釘固定。 ④微動板設(shè)計缺口，方便準(zhǔn)直。采用細(xì)牙銅螺桿可以提高靈敏度，在不需要定量調(diào)整時，能提供比普通螺桿精度更高的調(diào)節(jié)功能。實現(xiàn)鏡架角度調(diào)節(jié)功能兩個螺桿為 MS ? 的細(xì)牙螺紋，螺桿旋轉(zhuǎn)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(nèi)部加工一個直徑 40mm 寬 4mm 的溝槽，以安裝反射鏡。根據(jù)使用要求，反射鏡帶寬從近紫外、可見光到遠(yuǎn)紅外，對入射角和偏振態(tài)不敏感 ，鍍介質(zhì)膜保護。實際尺寸應(yīng)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(diào)整架的設(shè)計 （ 1）平面反射鏡的選擇與安裝 平面反射鏡是為實現(xiàn)預(yù)定光路轉(zhuǎn)折的一種最簡單的光學(xué)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(jīng) 直角 棱鏡反射照明叉絲。阿貝目鏡的焦距為， 放大倍數(shù)為 7。分劃板安裝在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，并可沿鏡筒前后移動。 阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡 阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)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(shù)量 阿貝自準(zhǔn)式直1 雙膠合物鏡 BK7 1 2 阿貝自準(zhǔn)直目鏡 BK7 1 3 物鏡鏡筒 銅 1 4 分劃板 調(diào)節(jié)手輪 鋁 1 5 照明燈罩 鋁合金 1 27 望遠(yuǎn)鏡 望遠(yuǎn)鏡支撐 6 支架 不銹鋼 1 7 托板 鋁合金 1 8 調(diào)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(diào)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(yīng)用時，將該裝置放置于激光切割機的工作臺上，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的高度，使望遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(yuǎn) 鏡 法 當(dāng)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(qū)光式導(dǎo)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(diào)整套25 筒內(nèi)）。測量結(jié)果為： （ 1）物距 —— 像距法 ： ??f mm； （ 2）二次成像法 : ??f mm； （ ）自準(zhǔn)直法： ??f mm； （ 4）望遠(yuǎn)鏡法： ??f mm。此時望遠(yuǎn)鏡已調(diào)焦至無窮遠(yuǎn)，適合觀察平行光了。調(diào)節(jié)目鏡，使目鏡視場中出現(xiàn)清晰的“豐”形叉絲。 表 31 三種自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)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(zhǔn)直管和望遠(yuǎn)鏡（或平行光管）用時，兩者視準(zhǔn)軸的重合性 視準(zhǔn)軸不能重合 視準(zhǔn)軸始終重合 視準(zhǔn) 軸可調(diào)到重合 22 當(dāng)反射鏡離自準(zhǔn)直管物鏡較遠(yuǎn)時 有可能看不到反射像 無論距離多遠(yuǎn)，均能獲得反射像。它們是以下三種 [22]. （ 1）阿貝式自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡； （ 2）高斯式自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡； （ 3）雙分劃板式自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡。 自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡 自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡是工廠、實驗室常用的光學(xué)儀器，由自準(zhǔn)直目鏡與望遠(yuǎn)物鏡構(gòu)成。其光路圖如圖 所示。它在平行光管和測量望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整、測量球面和非球面的面型，以及測量透鏡和光學(xué)系統(tǒng)的焦距等方面都有著廣泛應(yīng)用，是 幾何光學(xué)實驗中經(jīng)常采用的一種實驗技術(shù)。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(shè)置在工件表面。 對焦方法 目前在工業(yè)生產(chǎn)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(zhì)量診斷儀，實現(xiàn)大功率激光光束橫截面的功率密度分布測量，并應(yīng)用數(shù)學(xué)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(zhì)量因子等相關(guān)光束參數(shù)。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(guān)，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(xiàn)高速切割。 聚焦功率密度 根據(jù)高斯光學(xué)理論，經(jīng)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(dāng)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(jīng)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(yīng)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(jīng)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(yīng)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(nèi)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(nèi)的光場振幅分布按高斯函數(shù)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(yīng)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(yīng)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(fù)頻率等）進行控制。聚焦系統(tǒng)的作用是把激光束通過光學(xué)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(gòu)成 激光切割機除具有一般機床所需有的支承構(gòu)件、運動部件以及相應(yīng)的運動控制裝置外，主要還應(yīng)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(xùn)練中心的鐳神 CLS2020 型激光切割機為基本的實驗設(shè)備，研究了該設(shè)備的激光光路系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)的特點。如激光打標(biāo)機、激光焊接機、激光快速成型機、激光切割機等。 (3)根據(jù)加工速度自適應(yīng) 控制激光功率和激光模式或建立工藝數(shù)據(jù)庫和專家自適應(yīng)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(shù)，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(shù)可以得到政府部門，尤其是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，盡早實現(xiàn)科研 ─ — 產(chǎn)業(yè) ─ — 一體化的進程，使得這項高 科技 為我國的現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的 貢獻。 目前我國的激光切割技術(shù)研究仍需解決的問題是 :一方面要解決激光器的質(zhì)量 (模式、可靠性、配套性 )。目前國內(nèi)企業(yè)對三維激光切割機已經(jīng)有需求，如柳州微型汽7 車廠已經(jīng)有了 CO2五軸激光加工機 。在新世紀(jì)之初，我國還應(yīng)加速研制厚板激光切割的新產(chǎn)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(jīng)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(yīng)用創(chuàng)造了條件，并對鋼板、合金鋼、硬質(zhì)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(xiàn)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(chǎn)，也用于中小批量生產(chǎn) 。工業(yè)用激光器的制造及其引入生產(chǎn)的速度已成為衡量一個國家工業(yè)生產(chǎn)效率及其在發(fā)達(dá)國家中地位的標(biāo)準(zhǔn)之一?，F(xiàn)在激光切割技術(shù)己從特殊用途的加工技術(shù)變?yōu)橥ㄓ玫?、具有多種加工能力的加工技5 術(shù)。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(zhì)加強纖維聚合體等復(fù)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(yīng)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(jié)合方便，容易實現(xiàn)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(chǎn)生的不良影響，完全沒有壓力和磨損，適于精細(xì)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(shù)模型業(yè)等行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。 （ 3）印刷業(yè)的柔性印刷中網(wǎng)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(yīng)用最早、也是最成功的。 2 1. 2 激光切割 技術(shù) 的應(yīng)用和 優(yōu)越性 激光切割 技術(shù) 的應(yīng)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(guān)和儀表面板。因此 ,在我國 ,激光切割技術(shù)的推廣和應(yīng)用潛力很大。因此 ,目前激光切割已廣泛地應(yīng)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