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为什么光束传输很重要(一)

发布时间:[2019-09-24 09:20:58]

如今,激光已经渗透到金属制造应用的广泛领域:切割,焊接,钎焊,表面处理,热处理,钻孔等。激光类型不同。今天,那些实行常规平板切割的人有更多选择,无论是固态光纤或盘式激光器还是各种CO2气体的激光切割机。焊接,铜焊和堆焊应用可能需要不同的激光器类型,包括直接二极管,二极管泵浦,闪光灯泵浦以及YAG激光器的其他迭代。不过,那只是图片的一半。如果没有有效的,经过微调的光束传输系统,世界上最强大的激光器将无法工作。

它的设计取决于应用程序,但是一些基本元素奠定了基础。它们在一起提供了无数的选择,以找到最有效的方式来承载和成形光束,使其从激光源到工件。

光学类型

光束可以结合使用透射(透镜)或反射(反射镜)光学器件进行传输和聚焦。最常见的透射式光学设备是间接冷却的,水冷却到靠近光学元件的安装位置。反射光学器件可以承受更高的热量,这就是为什么许多人将其用于大功率应用。它们可以在表面以下几毫米处具有带有加工通道的铜基板,从而可以直接进行水冷却

重型激光切割机中,透射光学器件最适合4至6 kW的激光器。除此之外,具有铜基板的反射光学器件的功能要强得多,因为它们导致的热焦点偏移要小得多。这种变化是由于热量积累而发生的。想象一个简单的凸透镜,其中心比边缘更厚。当激光通过时,透镜的中心会比边缘的温度高,因为该中心是大多数激光能量聚集的地方。在间接冷却的系统中,它也恰好距离冷却区最远。这种加热会稍微扩展光学元件,因此实际上可以使焦点移动明显的量。这种热转移会持续几分钟。

另一方面,直接冷却的光学元件仅具有十分之一的热位移,而这种位移以毫秒为单位而不是数分钟。直接冷却可以最大程度地减少光学元件上的温度变化,从而实现这一目标。

光束传输基础

在激光源和聚焦头之间,工业激光束可以通过反射光学器件或光纤传递。交付方式取决于所涉及的激光类型和功率。CO2激光器通常需要一系列反射光学器件,而许多固态激光器(包括磁盘,光纤以及二极管泵浦和闪光灯泵浦的YAG品种)可能会通过传输光纤到达聚焦头。

仅仅因为激光是固态的,并不能自动使它通过光纤传输给所有应用。例如,在航空航天市场中用于钻井应用的某些高峰值功率YAG激光器采用标准反射镜来发射光束,例如气体激光器。对于常规的光纤传输,光束能量和峰值功率太高了

对于使用反射光学器件的激光器,有几个元件可帮助将光束传送到一个或多个聚焦头。弯束器采用冷却反射镜从其原始路径引导激光束90度。它还会稍作调整以使光束恰好对准下一个行程阶段。

光束梭本质上是一个移动的反射镜。当引入光束时,它将激光束沿多个路径之一发送。在两路径系统中,光束梭被放置在光束路径上方。为了改变路径,光束穿梭机向内移动以拦截光束,然后沿另一条路径发送光束。当航天飞机再次缩回时,光束返回其先前的路径。一个系统可以有许多光束梭,尽管通常最多只有三个。光束可以发送到各种工作空间,或者在某些情况下可以发送到诊断设备。

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可提供数百种喷嘴,所有喷嘴均针对各种操作参数进行了定制。

穿梭机和弯曲机不能同时将光束发送到多个位置。换句话说,它们不分裂光束,仅改变其方向。为了将气体激光束马上发送到多个区域,分束器发挥了作用。这些要求光学元件仅具有50%的反射率,大致类似于双向镜或镜面太阳镜。这种光学器件具有特殊的涂层,可以使一半的激光束功率通过,同时将剩余的光束功率沿新方向反射。这意味着50%的光束功率沿一条光路反射,而50%的光束沿另一光路反射。

许多人使用分束器来处理通常相距不到半米或更短的组件。分离器允许一个激光电源将能量发送到两个聚焦头,后者通常处理相同的零件。该设置具有成本效益,因为功率两倍的激光器并不昂贵。换句话说,拆分一个激光电源可以比购买两个完整的激光器便宜。这样的双机构基本上可以共享同一运动系统的元件,这也比两个单独的系统便宜。

在光纤传输的激光器中,当光束能量进入传输光纤时,大多数光束分离发生在电源处。这大大简化了将束能量发送到多个工作区域的过程。



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