金属激光焊接机导光聚焦系统的设计

金属激光焊接机导光聚焦系统的设计

金属激光焊接机的导光系统负责将激光器输出的激光束传送到要进行焊接的工件表面，并尽可能地减少激光束传输过程中的光束质量的降低。此外，从激光器输出的光束，尽管具有高方向性、高功率密度，但还达不到金属激光焊接机深熔焊接所需要的功率密度，所以，必须通过聚焦系统将激光束聚焦在焦平面或在焦平面附近进行焊接。

在设计金属激光焊接机的导光聚焦系统时，需要设计一种三工位光路转换器。由于在焊接过程中需要进行工件的装备和撤换，如果我们采用一个工位进行焊接，那么在工件装配和撤换过程中需要切断激光束，这样使得激光器的输出能量利用率大大降低，同时生产效率也不高。为了充分利用激光器连续输出的能力，同时提高金属激光焊接机的焊接效率，人们设计了三工位光路转换器，它可以通过光闸间的配合使用，可以实现三个工位交替焊接，提高焊接生产效率。

在设计金属激光焊接机的导光聚焦系统时，还需要确定聚焦方式。目前高功率激光加工中，激光束的聚焦一般有透射聚焦和反射聚焦两种形式，其中反射聚焦又包含有金属球面镜和离轴抛物面镜反射聚焦。分析、比较了透射、球面反射和抛物面反射三种聚焦方式，并通过ZEMAX光学软件模拟了三种聚焦方式的实际聚焦情况，人们发现抛物面反射聚焦根据等光程原理，可以消除球差的影响，更适合用于金属激光焊接机进行反射聚焦。