高精密激光切割技術(shù)的應(yīng)用研究ApplicationresearchofHigh-precisionlasercuttingtechnology

摘要激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度的光斑，將材料快速加熱至汽化溫度，將材料去除，從而獲得所需要的圖案和切縫的加工方法。由于功率密度與光束截面直徑的平方成反比，而焦點(diǎn)處的直徑最小，因而功率密度最高。為了獲得高質(zhì)量的切縫，就要精確確定焦點(diǎn)的位置。激光切割機(jī)的對(duì)焦系統(tǒng)的研究對(duì)提高機(jī)床的加工精度和提高加工質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在激光束聚集理論的根底上，分析了激光光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和聚焦系統(tǒng)的功能。針對(duì)CLS2000型激光切割機(jī)現(xiàn)有的調(diào)焦系統(tǒng)不能準(zhǔn)確確定焦點(diǎn)位置的缺點(diǎn)，提出并設(shè)計(jì)了一套以自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡為主要部件的幾何光學(xué)對(duì)焦系統(tǒng)。將對(duì)焦裝置切入現(xiàn)有機(jī)床的光路系統(tǒng)，組成新的對(duì)焦系統(tǒng)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。比擬了采用此對(duì)焦系統(tǒng)和采用其它常用方法對(duì)焦點(diǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵字：激光切割對(duì)焦系統(tǒng)焦點(diǎn)位置CLS2000AbstractLasercuttingistechnologyusingaspotwithhighpoweranddensityformedbyfocusedlaserbeam.Duringthecarvingorcuttingthematerialisheatedrapidlytothevaporizationtemperature,andwipesoffbyassistantair,thenmakethebeamormaterialmovingandgainthepatternornarrowkerf.Asthepowerdensityisinverselyproportionaltothesquareofthediameterofthelaserbeamandthediameteroffocusisthesmallest,thereforethepowerdensityisthehighest.Inordertoobtainhigh-qualitykerf,itisnecessarytoassuretheaccuratelocationofthefocus.ThestudyofthefocusingsystemofLasercarvingandcuttingmachinehasgreatrealisticsignificancetoimprovetheprocessaccuracyandtheprocessqualityofthemachine.Thispaperanalysesthestructureoflaseropticalsystemandthefunctionoffocusingsystem.AgainsttheshortcomingsthattheexistingfocusingsystemofCLS2000lasercarvingandcuttingmachinecouldnotdeterminethelocationofthefocusaccurately,ageometricalopticssystemcontainsanautocollimatingtelescopewasraisedanddesigned.Thefocusingdeviceisinstalledintotheopticalsystemandformsanewfocusingsystem,thefeasibilitywasprovedbyexperiments.Andtheaccuracybyusingthisfocusingsystemandothercommonmethodstodetectthepositionofthefocuswascompared.Keywords:LasercuttingFocalizingsystemFocuspositionCLS2000目錄第一章緒論 1前言 11.2激光切割技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)越性 21.3激光切割技術(shù)的特點(diǎn) 31.4激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀和開展趨勢(shì) 4激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀 4激光切割技術(shù)的開展趨勢(shì) 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 92.1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(duì)焦技術(shù)研究和裝置設(shè)計(jì) 19對(duì)焦方法 19望遠(yuǎn)鏡法對(duì)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(cè)量的凸透鏡焦距 223.2.4CLS2000激光切割機(jī) 24激光切割機(jī)對(duì)焦裝置的設(shè)計(jì) 26阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡 27反射鏡調(diào)整架的設(shè)計(jì) 28高度調(diào)節(jié)裝置 30望遠(yuǎn)鏡支撐裝置 30第四章對(duì)焦試驗(yàn)及分析 32對(duì)焦裝置的光路調(diào)節(jié) 32望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié) 32激光光軸垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸 32焦點(diǎn)位置測(cè)試 33斜板法定位 33掃描法定位 34望遠(yuǎn)鏡法定位 35實(shí)驗(yàn)小結(jié) 37總結(jié) 38參考文獻(xiàn) 40致謝 42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(xiàng)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。它占整個(gè)激光加工業(yè)的70%以上。激光切割與其他切割方法相比,最大區(qū)別是它具有高速、高精度和高適應(yīng)性的特點(diǎn)。同時(shí)還具有割縫細(xì)、熱影響區(qū)小、切割面質(zhì)量好、切割時(shí)無(wú)噪聲、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑、切割過程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)?？汕懈钐间摗⒉讳P鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠布、石英、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等。激光切割板材時(shí),不需要模具,可以替代一些需要采用復(fù)雜大型模具的沖切加工方法,能大大縮短生產(chǎn)周期和降低本錢。因此,目前激光切割已廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)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。近年來(lái),激光切割技術(shù)開展很快,國(guó)際上每年都以15%～20%的速度增長(zhǎng)。我國(guó)自1985年以來(lái),更以每年25%以上的速度增長(zhǎng)。當(dāng)然,由于我國(guó)激光工業(yè)根底較差,激光加工技術(shù)的應(yīng)用尚不普遍,激光加工整體水平與先進(jìn)國(guó)家相比仍有較大差距。因此,在我國(guó),激光切割技術(shù)的推廣和應(yīng)用潛力很大。激光切割系統(tǒng)主要由機(jī)床主機(jī)、激光器、控制系統(tǒng)三大主要局部組成?？刂葡到y(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的正常工作,主要完成加工軌跡控制、焦點(diǎn)位置控制和機(jī)、光、電一體的協(xié)調(diào)控制。數(shù)控激光切割機(jī)的研制屬于機(jī)電一體化范疇它的研制使生產(chǎn)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面,方便而易學(xué)的編程方式,以及精確的切割軌跡控制功能,適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用,極大地提高了生產(chǎn)率。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(gè)方面：〔1〕工業(yè)中常用激光去雕刻交通工具識(shí)別碼、元件編號(hào)、裝飾開關(guān)和儀外表板?！?〕制造電子產(chǎn)品的公司通常使用激光切割來(lái)鑒別成品。實(shí)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(duì)硅晶片進(jìn)行連號(hào)表示。激光切割的速度快、永久性、易讀性、無(wú)污染性及自然性，到達(dá)了電子工業(yè)的質(zhì)量要求。〔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?！?〕激光切割還經(jīng)常用于家庭微型電器的金屬和塑料包裝上的雕刻。在平安設(shè)備上雕刻校準(zhǔn)誤差標(biāo)記、雕刻數(shù)字和連號(hào)數(shù)字，直接在電路元件上標(biāo)識(shí)線路和符號(hào)，在含有氧化鋁和其它氧化層的物件上雕刻條形碼和連號(hào)數(shù)字。〔5〕在醫(yī)學(xué)上做標(biāo)識(shí)，如在試驗(yàn)用的動(dòng)物身上做標(biāo)記?！?〕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(lái)越廣泛。激光切割技術(shù)有許多非常突出的優(yōu)越性，主要有以下幾個(gè)方面：〔1〕激光的強(qiáng)度極高聚焦后的激光束不僅能對(duì)各種非金屬材料進(jìn)行雕刻，而且也能對(duì)金屬材料進(jìn)行雕刻，甚至能雕刻耐火度很高以及硬而脆的材料。所以激光對(duì)雕刻材料的硬度、外表質(zhì)量等沒有太高要求。與機(jī)械、化學(xué)等雕刻手段相比，激光切割的范圍更廣泛。〔2〕雕刻速度快激光切割工序簡(jiǎn)單快捷且操作方便。一般的雕刻圖案，只要經(jīng)過電腦的處理，在輸出到雕刻機(jī)制作即可，省掉了傳統(tǒng)雕刻工藝中的繁瑣過程，激光切割一般要比其它雕刻方法快100倍以上，而且現(xiàn)在的激光切割控制系統(tǒng)可以保證長(zhǎng)期平安工作和精確控制。〔3〕雕刻質(zhì)量高激光切割的一個(gè)顯著特點(diǎn)是雕刻質(zhì)量高。由于激光強(qiáng)度高、方向性好，極細(xì)的激光束可以做到精細(xì)雕刻，雕刻品分辨率很高，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)圖案雕刻。因?yàn)榧す馇懈钸^程中，不必像機(jī)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(wú)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。雕刻時(shí)間短，被雕刻材料氧化、變形和熱膨脹影響的區(qū)域都比擬小，一般不需要特殊保護(hù)就可以完成高精度的雕刻?！?〕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(jiǎn)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。1.3激光切割技術(shù)的特點(diǎn)激光技術(shù)是二十世紀(jì)最重要的創(chuàng)造之一，是二十世紀(jì)科學(xué)技術(shù)開展的重要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會(huì)光電子技術(shù)重要支柱之一[1]。(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]。(2)許多金屬材料，不管它具有什么樣的硬度，都可用激光進(jìn)行無(wú)變形切割，大多數(shù)有機(jī)與無(wú)機(jī)材料都可以用激光切割。激光切割無(wú)毛刺、無(wú)皺折、精度高，各種性能都優(yōu)于等離子切割。對(duì)許多機(jī)電制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，由于微機(jī)程序控制的現(xiàn)代化激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件(工件圖紙也可修改)，它往往比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先選用[3]；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具消耗，無(wú)需修理模具，節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省加工費(fèi)用，降低產(chǎn)品本錢，所以從總體上講在經(jīng)濟(jì)上更為合算[4]。激光切割雕刻是一種高能量密度可控性好的無(wú)接觸加工，激光束聚焦后形成具有極強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn)，把它應(yīng)用于切割有許多特點(diǎn)：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(wú)機(jī)械變形；c)無(wú)刀具磨損，也談不上刀具的替換問題；d)切割材料無(wú)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(dòng)化裝備結(jié)合方便，容易實(shí)現(xiàn)切割過程自動(dòng)化；f)由于不存在切割工件的限制，激光束具有無(wú)限的仿形切割能力[6]；(3)與其它熱切割方法相比同時(shí)作為熱切割過程。別的方法不能像激光束那樣集中能量于一個(gè)極小區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和較明顯的工件熱變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法那么不能[7]。(4)對(duì)非金屬材料波長(zhǎng)為10.6μm的CO2激光束很容易被非金屬材料所吸收，低的導(dǎo)熱性和低的蒸發(fā)溫度又使吸收的光束能幾乎全部傳入材料的內(nèi)部，并在光斑照射處瞬間汽化，形成起始孔洞，進(jìn)入切割過程的良性循環(huán)。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(jī)材料，同時(shí)也能切割石英、陶瓷等無(wú)機(jī)材料，還能切割新型輕質(zhì)加強(qiáng)纖維聚合體等復(fù)合材料[8]。1.4激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀和開展趨勢(shì)1.4.1激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀〔1〕國(guó)外現(xiàn)狀智能、精密、微細(xì)、多學(xué)科交叉、系統(tǒng)化、自動(dòng)化是先進(jìn)制造技術(shù)的開展趨勢(shì)，這種趨勢(shì)是為了滿足制造產(chǎn)品的多變性、高品質(zhì)、低本錢、交貨期短等市場(chǎng)要求。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(guó)家和先進(jìn)的開展中國(guó)家均致力于這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用，其正以每年15%～20%的速度增長(zhǎng)[9-11]。以日本為例，目前己擁有CO2激光加工機(jī)2萬(wàn)多臺(tái)，約占全球激光加工機(jī)總量的1/3，其中80%為激光切割設(shè)備?，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玫摹⒕哂卸喾N加工能力的加工技術(shù)。幾年前，美國(guó)科學(xué)家就預(yù)言“激光將成為未來(lái)制造業(yè)的通用手段〞，德國(guó)亦有“無(wú)所不能的激光技術(shù)〞的長(zhǎng)篇報(bào)道。目前，國(guó)外探索的激光切割應(yīng)用范圍正在不斷地?cái)U(kuò)大，已達(dá)20多個(gè)領(lǐng)域。激光被譽(yù)為“萬(wàn)能加工工具〞、“未來(lái)制造系統(tǒng)的共同加工手段〞，不僅在國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域而且在民用工業(yè)領(lǐng)域也獲得了廣泛應(yīng)用。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(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)效率及其在興旺國(guó)家中地位的標(biāo)準(zhǔn)之一。從工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，金屬和非金屬的激光切割是激光切割最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，其中最具有代表性和應(yīng)用最為廣闊的是汽車制造業(yè)，該工業(yè)是激光切割的最早應(yīng)用領(lǐng)域之一，也是最大的潛在市場(chǎng)，尤為重要的是汽車工業(yè)愈來(lái)愈成為高功率激光系統(tǒng)(CO2和YAG)開展的關(guān)鍵因素。據(jù)專家估計(jì)，約有60%的汽車零部件可以通過激光切割來(lái)提高質(zhì)量。在美國(guó)汽車工業(yè)中，通用汽車公司已經(jīng)建立了22條激光加工生產(chǎn)線，其中切割生產(chǎn)線占總體的65%以上。在歐洲汽車工業(yè)中，三維激光切割首先用于原型樣機(jī)的制造和試生產(chǎn)，也用于中小批量生產(chǎn);同樣在日本汽車工業(yè)中，較多的三維激光切割用于小批量產(chǎn)品的切割、樣車的生產(chǎn)。近年來(lái)，美、日、德、英等國(guó)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)。日本的ShunihcSato等試驗(yàn)了用KrF準(zhǔn)分子激光器與CO激光器聯(lián)合作用的雙波激光切割，重復(fù)頻率為220Hz。KrF激光波長(zhǎng)m，與5μm的CO激光協(xié)同工件，總功率只有300W，就可實(shí)現(xiàn)常規(guī)激光切割時(shí)功率500~1000W的效果。雙波切割還應(yīng)用于CO2準(zhǔn)分子、YAG準(zhǔn)分子等組合，具有廣闊的應(yīng)用前景。從激光切割工藝研究現(xiàn)狀來(lái)看，日本在激光切割工藝方面的研究走在世界的前列，美國(guó)、德國(guó)以及一些歐洲國(guó)家也在七、八十年代開始在大量的激光切割工藝試驗(yàn)的根底上，總結(jié)激光切割工藝，建立工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，并著手研究高性能的激光切割系統(tǒng)?！?〕國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀同國(guó)外的開展情況相比，我國(guó)激光加工技術(shù)研究起步較晚，工業(yè)根底較差，激光加工的整體水平比擬落后，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度不是很高，但是國(guó)家在激光加工技術(shù)方面的研究給予了相當(dāng)?shù)闹匾?，除了將激光加工技術(shù)列入國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)外，它在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家“863"方案、國(guó)家“火炬〞方案等也有相當(dāng)?shù)墓こ瘫涣腥搿Ｔ凇捌呶濞暺陂g，我國(guó)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(duì)鋼板、合金鋼、硬質(zhì)合金及硅鋼片的切割工藝進(jìn)行了研究。隨著我國(guó)制造業(yè)的開展，許多產(chǎn)業(yè)部門也急需采用激光加工技術(shù)和設(shè)備以提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工柔性化，從而增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，自1985年以來(lái)我國(guó)激光切割技術(shù)以每年25%以上的速度增長(zhǎng)[9，10]，以濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所為例，20世紀(jì)80年代后期激光切割機(jī)年產(chǎn)量?jī)H為2臺(tái)，到90年代后期年產(chǎn)量到達(dá)了10臺(tái)，在“十五〞期間年產(chǎn)量到達(dá)25臺(tái)。在我國(guó)，激光切割技術(shù)的推廣和應(yīng)用潛力很大，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速開展，許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)需要改造，許多鈑金加工領(lǐng)域有待開發(fā)。同時(shí)隨著可用于切割的激光器功率的增大，激光切割正從輕工業(yè)薄板的鈑金加工向著重工業(yè)厚板切割方向開展，如湖南大學(xué)李力鈞先生帶著一大批學(xué)者對(duì)激光加工技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，華中科技大學(xué)對(duì)激光加工設(shè)備的完善使其具有良好的性能進(jìn)行了研究。在新世紀(jì)之初，我國(guó)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(guó)橋梁制造、建筑機(jī)械和造船等重工業(yè)的熱切割工藝，提高經(jīng)濟(jì)效益，以填補(bǔ)我國(guó)在厚板激光切割方面的空白。另外，我國(guó)在激光三維切割方面的應(yīng)用研究才剛剛起步[12]。國(guó)家自然科學(xué)基金委在1997年把“大功率CO2及YAG激光三維焊接和切割理論與技術(shù)〞作為重點(diǎn)工程進(jìn)行資助，國(guó)家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心的有關(guān)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為在我國(guó)汽車車身制造業(yè)中應(yīng)用三維激光立體加工技術(shù)做出了很大奉獻(xiàn)。北京工業(yè)大學(xué)國(guó)家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心(NCTL)針對(duì)激光的柔性加工，研究分析了激光加工的運(yùn)動(dòng)過程，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，利用AuotCAD的二次開發(fā)工具ARX，開發(fā)出計(jì)算機(jī)輔助激光加工軟件系統(tǒng)，并對(duì)激光三維加工軌跡進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)三維激光切割機(jī)已經(jīng)有需求，如柳州微型汽車廠已經(jīng)有了CO2五軸激光加工機(jī);上海群眾汽車公司新的桑塔納生產(chǎn)線也在引進(jìn)高功率YAG三維加工系統(tǒng);濟(jì)南鑄鍛研究所為一汽開發(fā)的六軸CO2激光加工機(jī)也進(jìn)入運(yùn)行階段，用于轎車車身的切割成形。隨著市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速開展，在汽車、航空、機(jī)車及工程機(jī)械等行業(yè)對(duì)三維激光切割機(jī)的需求將會(huì)不斷增大，對(duì)其參數(shù)、性能和可靠性等各方面的要求也將不斷提高。目前我國(guó)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);另一方面要系統(tǒng)地解決工藝參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)問題。開發(fā)出性能優(yōu)良、工作可靠、使用方便的激光加工機(jī)將使我國(guó)的激光切割水平大大地提高。總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的激光切割技術(shù)的綜合水平還是比擬低。作為切割工藝的改革性技術(shù)，它的開展對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，更是一次機(jī)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(shí)現(xiàn)科研─—產(chǎn)業(yè)─—一體化的進(jìn)程，使得這項(xiàng)高科技為我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的奉獻(xiàn)。1.4.2激光切割技術(shù)的開展趨勢(shì)近年來(lái)，激光切割技術(shù)正以飛快的速度開展，而且隨著數(shù)控技術(shù)與激光技術(shù)的結(jié)合，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，參軍用轉(zhuǎn)向民用，正逐步深入社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，下面從四個(gè)方面概括激光切割技術(shù)的開展趨勢(shì):〔l〕伴隨著激光器向大功率開展以及采用高性能的CNC及伺服系統(tǒng)，使用高功率的激光切割系統(tǒng)可以獲得高的加工速度和高的加工質(zhì)量，同時(shí)減小熱影響區(qū)和熱畸變，能切割的材料板厚也將進(jìn)一步提高。低功率激光器所產(chǎn)生的激光可以通過使用Q開關(guān)或加載脈沖波轉(zhuǎn)化為高功率激光。〔2〕根據(jù)激光切割工藝參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量的影響情況，改良加工工藝，如:增加輔助氣體對(duì)切割熔渣的吹力;參加造渣劑提高熔化物的流動(dòng)性;增加輔助能源，并改善能量之間的耦合;增加功率密度等。隨著激光切割工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)及工藝參數(shù)智能選擇系統(tǒng)的建立激光切割將向高度自動(dòng)化、柔性化、智能化方向開展，逐步完善CAD/CAPP/CAM以及人工智能在激光切割系統(tǒng)中的應(yīng)用。(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(kù)和專家自適應(yīng)控制系統(tǒng)使得激光切割的整機(jī)性能普遍提高。以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，面向通用化的CAPP開發(fā)工具，對(duì)激光切割工藝設(shè)計(jì)所涉及到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立相適應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。(4)向多功能的激光加工中心開展，將激光切割、焊接以及熱處理等各道工序后的質(zhì)量反應(yīng)集成在一起，充分發(fā)揮激光加工的整體優(yōu)勢(shì)。課題背景和意義作為高科技的激光技術(shù)，自問世以來(lái)，就一直針對(duì)不同的社會(huì)需求研發(fā)出適合各行業(yè)的激光設(shè)備。如激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)、激光快速成型機(jī)、激光切割機(jī)等。近年來(lái)小功率CO2激光切割機(jī)由于其具有集切割、裁剪、雕刻功能于一體，切割速度快、雕刻精美、定位精確高等技術(shù)優(yōu)勢(shì);以及切割面光潔無(wú)痕、無(wú)需拋光、維護(hù)簡(jiǎn)單、本錢低廉等優(yōu)點(diǎn)，在電子、廣告業(yè)、印章業(yè)、工藝禮品業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、木器加工業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是目前這類機(jī)床都沒有專用的對(duì)焦手段或采用的對(duì)焦的準(zhǔn)確性不高，對(duì)于精細(xì)的雕刻不能滿足要求。本課題是基于工程訓(xùn)練中心的鐳神CLS2000型激光切割機(jī)為根本的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。針對(duì)該設(shè)備目前采用的對(duì)焦方法不能準(zhǔn)確確實(shí)定焦點(diǎn)位置的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套焦點(diǎn)位置觀察裝置。將該裝置與機(jī)床光路組成一個(gè)對(duì)焦系統(tǒng)，以到達(dá)在加工不同工件時(shí)能夠準(zhǔn)確找到焦點(diǎn)平面，提高加工質(zhì)量的目的。本課題在實(shí)踐中有著重大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。第二章激光切割機(jī)的聚焦系統(tǒng)研究2.1激光切割機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成激光切割機(jī)除具有一般機(jī)床所需有的支承構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)部件以及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)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)三局部組成的。激光器由激光介質(zhì)、光泵、聚光器和諧振腔組成。現(xiàn)代用于激光加工的激光器主要有Nd：YAG激光器、CO2激光器、準(zhǔn)分子激光器、大功率半導(dǎo)體激光器等。其中大功率CO2激光器和大功率Nd：YAG激光器在大型工件激光加工技術(shù)中應(yīng)用較廣：中小功率CO2激光器和Nd：YAG激光器在精密加工中應(yīng)用較多；準(zhǔn)分子激光器多用于微細(xì)加工；而由于短脈沖激光與材料的熱擴(kuò)散相比，能更快地在照射部位注入能量，所以主要應(yīng)用于超精細(xì)激光加工。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。CO2激光器輸出的是紅外線，故要用鍺單晶、砷化嫁等紅外材料制造的光學(xué)透鏡才能通過，為減少外表反射需鍍?cè)鐾改?。圖2.1為應(yīng)用于CO2激光切割機(jī)的透射式聚焦系統(tǒng)。圖中在光束出口處裝有噴吹氧氣、壓縮空氣或惰性氣體N2的噴嘴，用以提高切割速度和切口的平整光潔。2激光器；2.激光束；3.全反射鏡；4.透鏡；5.噴嘴；6.工件；7.工作臺(tái)圖2.1透射式聚焦系統(tǒng)電氣系統(tǒng)包括激光器電源和控制系統(tǒng)兩局部，其作用是供應(yīng)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(jìn)行控制。此外，工件或激光束的移動(dòng)大多采用CNC控制。激光加工技術(shù)有效地利用了激光的優(yōu)異性能，正在改變著以往的加工和生產(chǎn)方式，使生產(chǎn)效率大幅度提高，是機(jī)加工中最有競(jìng)爭(zhēng)力的一種替代手段，在激光應(yīng)用中占有重要的地位。激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，它占整個(gè)激光加工業(yè)的70%以上[13-14]。目前已廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)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。2.2激光光束聚焦理論采用穩(wěn)定腔的激光器發(fā)出的激光，是一種振幅和等相位面都在變化的高斯球面光波，簡(jiǎn)稱高斯光束。之所以稱為高斯光束，是由于光束截面上光強(qiáng)與離軸距離r成高斯函數(shù)變化的原因。在由激光器產(chǎn)生的各種模式的激光中，最根本、應(yīng)用最多的是基?！睺EM00〕高斯光束，它具有以下根本性質(zhì)[15]?！?〕基模高斯光束在橫截面內(nèi)的光場(chǎng)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的寬度，定義為光斑半徑，即：〔〕可見，高斯光束在傳播過程中，光斑半徑隨著傳播距離成非線性變化，其軌跡為雙曲線。在處，，到達(dá)極小值，稱為高斯光束的束腰半徑。同時(shí)，波面的曲率中心〔等相位面在近軸區(qū)域可視作球面〕也隨光束傳播的距離而不斷地改變位置。波面曲率半徑隨傳播距離的變化由以下方程決定：〔〕可見，當(dāng)時(shí)，，說(shuō)明束腰所在處的等相位面為平面；當(dāng)時(shí)，逐漸減小至最小值為，激光束由平面波變?yōu)榍蛎娌ǎ藭r(shí)半徑最小。繼續(xù)傳播那么又開始增大，至，激光束由球面波又變?yōu)槠矫娌?。由公式還可看出，時(shí)，>0，波面凸向軸正向，<0時(shí)<0，波面凸向軸的負(fù)向。根據(jù)式〔〕和〔〕，如果己知激光束的束腰位置和束腰半徑，就可以計(jì)算任意位置的光斑半徑和波面曲率半徑。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以根據(jù)的光斑半徑和波面曲率半徑來(lái)決定束腰的位置和大小，這只要將式〔〕和〔〕聯(lián)立方程組，求解和即可得到如下式的計(jì)算：〔〕〔〕〔2〕由于激光束的傳播路徑呈雙曲線形，其中在束腰處光束的截面為最小，離束腰越遠(yuǎn)，那么光束口徑越大。因此無(wú)論是自束腰向左還是向右激光束均是發(fā)散光束。說(shuō)明激光束是存在發(fā)散角的。光束發(fā)散角用于表征激光束的空間傳播特性，是激光束方向性的量度，發(fā)散角越小，方向性越好。在激光切割、打孔及微細(xì)加工等應(yīng)用場(chǎng)合要求激光束具有盡可能小的發(fā)散角和高度聚焦性能，以便將激光能量集中在很小的區(qū)域，提高功率密度。通常基模高斯光束的發(fā)散角定義為強(qiáng)度下降到中心強(qiáng)度的1/e2點(diǎn)對(duì)應(yīng)的全角寬度，即〔〕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(qiáng)度在橫截面內(nèi)保持高斯分布。高斯光束及其參數(shù)如圖2.2所示。圖2.2高斯光束及其參數(shù)對(duì)于高斯光束，用幾何光學(xué)的理論可以證明，其經(jīng)透鏡變換后仍為高斯光束[16]。圖2.3為透鏡對(duì)高斯光束的變換示意圖。圖中和，分別為高斯光束入射在透鏡前和經(jīng)透鏡變換后的波面，其曲率半徑分別為和，光斑半徑分別為和，束腰半徑分別為和，束腰至透鏡的距離分別為和。圖2.3透鏡對(duì)激光束的聚焦[17]對(duì)于透鏡，前、后主面的通光口徑是相等的，這樣一來(lái)在兩個(gè)主面上的激光束截面半徑是相等的，即。假設(shè)透鏡焦距為，當(dāng)旁軸球面波通過透鏡時(shí)，波前曲率半徑滿足〔〕由以上各式聯(lián)立可得高斯光束變換后的束腰位置和束腰半徑為〔〕〔2.8〕在上式中，如果，且滿足時(shí)，式〔2.7〕可近似為由此可得〔〕這和近軸光學(xué)中的物像關(guān)系公式〔高斯公式〕完全一致。在激光加工的光學(xué)系統(tǒng)中，常使用透鏡來(lái)對(duì)光束進(jìn)行聚焦。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(diǎn)。由式〔〕可以看出，當(dāng)入射激光束束腰位于系統(tǒng)物方焦距之前，即時(shí)，出射激光束的束腰半徑′隨的增大而單調(diào)地減小，直至?xí)r有，并由〔〕式可得。一般情況下，只要滿足，由式〔〕就可得到〔〕像方束腰的位置為〔〕式〔〕中像方的束腰半徑與波長(zhǎng)成正比，與激光束照在透鏡前主面的光束截面半徑成反比，這個(gè)量相當(dāng)于普通物鏡的通光口徑，與透鏡焦距成正比。因此，要使像方的束腰半徑為最小，就要加大透鏡被照明的口徑，減小焦距長(zhǎng)度，選擇較短的光波長(zhǎng)。以CO2激光器為例，來(lái)說(shuō)明像方束腰半徑的計(jì)算。要求像方的束腰半徑為激光光束在聚焦透鏡上的截面半徑為，根據(jù)式〔〕可得所求的透鏡焦距2.3光學(xué)聚焦理論分析從激光器輸出的光束，盡管具有高方向性、高功率密度，但是在許多加工應(yīng)用中尚不能到達(dá)所需的功率密度。因此，必須通過光學(xué)聚焦系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，才能獲得較高的功率密度，滿足激光加工的要求。聚焦是激光加工中最常見的一種光學(xué)處理，聚焦系統(tǒng)可能只有一個(gè)鏡片，也可能由多個(gè)鏡片組成。如圖2.4所示為幾種聚焦系統(tǒng)[18]。圖2.4幾種聚焦系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖2.4〔a〕所示為拋物鏡聚焦系統(tǒng)，它僅含有一塊拋物面聚焦反射鏡，聚焦效果較好，經(jīng)常用于大功率激光焊接。圖2.4〔b〕為平面鏡一透鏡聚焦系統(tǒng)，激光經(jīng)過一塊平面反射鏡反射后由透鏡聚焦，其聚焦效果優(yōu)于拋物鏡聚焦，是高精密度激光焊接和激光切割常用的光路。圖2.4〔c〕、〔d〕、〔e〕是三種球面反射鏡聚焦系統(tǒng)的三種主要形式。該聚焦系統(tǒng)適合焊接環(huán)形焊縫。在激光切割加工系統(tǒng)中，當(dāng)功率在2KW以下時(shí)，多采用平面鏡一透鏡聚焦系統(tǒng)，而且出于加工方便考慮，根本采用球面透鏡。特別是對(duì)于CO2激光，可用的透射材料有限，難以加工用于消像差的不同材料的組合透鏡，大多數(shù)采用單透鏡系統(tǒng)。下面詳細(xì)介紹平面鏡一透鏡聚焦系統(tǒng)。2.3.1反射鏡反射鏡的功能是改變來(lái)自激光器的光束方向。對(duì)固體激光器發(fā)出的光束可使用由光學(xué)玻璃制造的反射鏡，而對(duì)CO2氣體激光切割裝置中的反射鏡常用銅或反射率高的金屬制造。對(duì)于大功率激光器，反射鏡在使用過程中，為防止反射鏡受光照過熱而損壞，通常需用水進(jìn)行冷卻。2.3.2聚焦透鏡聚焦透鏡用于把射入激光切割頭的平行激光束進(jìn)行聚焦，以獲得較小的光斑和較高的功率密度。透鏡經(jīng)常采用能透過激光波長(zhǎng)的材料制造。固體激光常用光學(xué)玻璃，而CO2氣體激光因透不過普通玻璃，那么采用ZnSe，GaAs和Ge等材料制造，其中最常用的是ZnSe。透鏡的形狀有雙凸形、平凸形和凹凸形三種。透鏡的焦距對(duì)聚焦后光斑直徑和焦點(diǎn)深度有很大影響。當(dāng)入射激光束直徑D值一定時(shí)，存在一個(gè)最正確的透鏡焦距值使聚焦光斑直徑最小。而當(dāng)入射激光束腰至透鏡的距離遠(yuǎn)大于透鏡焦距時(shí)，滿足〔〕式，基模高斯光束的發(fā)散角由式〔〕決定，那么透鏡聚焦后的光斑直徑為：〔〕其中，為入射在透鏡外表上的激光束直徑。與透鏡焦距密切相關(guān)的另一個(gè)量是焦點(diǎn)深度，簡(jiǎn)稱焦深。焦深是描述聚焦光束特性的一個(gè)參數(shù)。焦深通常有基于光束中心光強(qiáng)變化和基于光斑尺寸變化的定義方法。前者定義方法常根據(jù)激光加工的特性，采用平均功率密度定義方法。即是當(dāng)光束橫截面的平均功率密度降為束腰光斑的平均功率密度的一半時(shí)，該橫截面和焦平面之間的距離的兩倍定義為焦深，此時(shí)光束的截面積是焦斑面積的兩倍[19]，在切割中也稱有效切割范圍。規(guī)定在焦深范圍內(nèi)，近似認(rèn)為功率密度根本相同。后者定義為焦點(diǎn)光斑直徑增加5%時(shí)兩光斑之間的距離。焦深與聚焦光斑直徑的關(guān)系可表示為[20]：〔〕此處焦深定義為焦斑直徑變化5%兩焦斑的間距。透鏡的焦距、聚焦光束的焦深與光斑大小的關(guān)系為：焦距短，聚焦光斑小；焦距長(zhǎng)，聚焦光斑也大，焦深變化也如此。當(dāng)透鏡焦距增加，使聚焦光斑尺寸增加1倍，焦深可隨之增加到4倍。2.4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〔〕式中，為焦點(diǎn)處光束的功率密度；為激光輸出功率。顯然，在時(shí)，由式〔〕知，這時(shí)光斑直徑最小，功率密度最大，離開焦平面，光斑直徑開始增大，功率密度下降。由此可見，為獲得一定的功率密度，聚焦光學(xué)系統(tǒng)的選擇和聚焦后的焦點(diǎn)的位置精確確定很重要。激光切割的切口寬度同光束模式和聚焦后光斑直徑有很大的關(guān)系。由于激光照射的功率密度和能量密度都與激光光斑直徑有關(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(shí)現(xiàn)高速切割。但透鏡焦距減小時(shí)，焦點(diǎn)深度也減小，在切割厚度較大的板材時(shí)難以獲得垂直度好的切割面。另外，透鏡焦距較小時(shí)，透鏡與工件之間的距離也縮小，在切割過程中透鏡易被濺沫等熔渣物質(zhì)弄臟，影響切割的正常進(jìn)行。透鏡焦長(zhǎng)小，光束聚焦后功率密度高，但焦深受到限制。它適用于薄件高速切割。長(zhǎng)焦透鏡的聚焦光斑功率密度較低，但其焦深大，可用來(lái)切割厚斷面材料。因此，要根據(jù)切割厚度和切割質(zhì)量要求等因素綜合考慮，確定適當(dāng)?shù)慕咕?。第三章激光切割機(jī)對(duì)焦技術(shù)研究和裝置設(shè)計(jì)由于聚焦透鏡是安裝在激光頭內(nèi)部，CO2激光又是不可見光，不方便用肉眼直接觀察，激光聚焦的焦點(diǎn)位置無(wú)法直接測(cè)量，但可以通過間接方法或采用專門的儀器來(lái)檢測(cè)。對(duì)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(shí)現(xiàn)大功率激光光束橫截面的功率密度分布測(cè)量，并應(yīng)用數(shù)學(xué)處理方法計(jì)算光束位置、束寬、焦點(diǎn)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)。對(duì)自動(dòng)化程度和加工精度要求較高的精密機(jī)床還采用自動(dòng)聚焦控制與鏡頭伺服控制的對(duì)焦方法。對(duì)于低功率的激光切割機(jī)由于其本錢較低往往不配置這樣的裝置，只是給出一個(gè)大致的焦點(diǎn)位置供參考。這樣就不能準(zhǔn)確確實(shí)定焦點(diǎn)位置，影響加工質(zhì)量的進(jìn)一步提高。對(duì)焦方法目前在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)焦的簡(jiǎn)便方法有三種:〔1〕打印法：使激光頭從上往下運(yùn)動(dòng)，在塑料板上進(jìn)行激光束打印，打印直徑最小處為焦點(diǎn)?！?〕斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動(dòng)，尋找激光束的最小處(切痕最小)為焦點(diǎn)?！?〕藍(lán)色火花法:去掉噴嘴，斜向吹高壓空氣，將脈沖激光打在不銹鋼板上，使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng)，直至藍(lán)色火花最大處為焦點(diǎn)。對(duì)于CLS2000型激光切割機(jī)，激光頭安裝在X軸軌道上，軌道高度固定，要調(diào)整焦點(diǎn)位置，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，而且激光器輸出的是連續(xù)激光，孔的大小受打印的時(shí)間影響，而打印時(shí)間不能準(zhǔn)確控制，第1種方法不適合該機(jī)床。第2種方法在判斷切痕最小處時(shí)誤差較大，而且不能將焦點(diǎn)位置直接設(shè)置在工件外表。第3種方法對(duì)于加工非金屬材料的機(jī)床不適合。目前該機(jī)床采用的對(duì)焦方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)確定，將噴嘴移動(dòng)到離工件外表約5mm望遠(yuǎn)鏡法對(duì)焦本文設(shè)計(jì)了一套以自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡為主要部件的對(duì)焦系統(tǒng)。通過將自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡參加到機(jī)床的光路系統(tǒng)中，當(dāng)在目鏡中觀察到工件外表的清晰的像時(shí)，即可確定焦點(diǎn)位置。自準(zhǔn)原理自準(zhǔn)直技術(shù)簡(jiǎn)稱自準(zhǔn)直法，利用光學(xué)成像原理使物和像都處在同一個(gè)平面上[21]。它在平行光管和測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整、測(cè)量球面和非球面的面型，以及測(cè)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(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采用的一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。無(wú)限遠(yuǎn)的物經(jīng)透鏡成像，像處在透鏡的焦平面上。自準(zhǔn)直法測(cè)量透鏡焦距就是首先利用待測(cè)透鏡自身產(chǎn)生一個(gè)位于無(wú)限遠(yuǎn)的物，再用待測(cè)透鏡對(duì)它成像，通過測(cè)量像與透鏡之間的距離來(lái)確定透鏡的焦距。自準(zhǔn)直法是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中用來(lái)測(cè)量薄透鏡焦距的普遍應(yīng)用的方法之一。其光路圖如圖3.1所示。圖自準(zhǔn)直法測(cè)量凸透鏡焦距光路圖凸透鏡物方焦平面上的P點(diǎn)經(jīng)凸透鏡L折射后成平行光，在透鏡前方放一個(gè)與透鏡光軸垂直的平面鏡M，此光經(jīng)平面鏡M反射后再通過透鏡成像于P'點(diǎn)，P與P'在同一平面內(nèi)，且大小相等，方向相反，那么P與L之間的距離即為凸透鏡L的焦距。自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡是工廠、實(shí)驗(yàn)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。自準(zhǔn)直目鏡是一種帶有分劃板和分劃板照明裝置的目鏡，一般自準(zhǔn)直目鏡不能單獨(dú)使用。要實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直，首先要將分劃板照明，其次要從目鏡中看到自準(zhǔn)直像，還需要有反射鏡。常見的分劃板照明方式有三種，相應(yīng)的就有三種自準(zhǔn)直目鏡，即有三種自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡。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。三種自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡雖然結(jié)構(gòu)有所不同，但原理是相同的。由光源照明分劃板，分劃板上的刻線經(jīng)物鏡成像于無(wú)限遠(yuǎn)處，再經(jīng)放置在自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡前的反射鏡返回，在分劃板平面上生成刻線的像。在實(shí)際應(yīng)用中，三種自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，性能比擬如表3-l。表3-1三種自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡比擬[23]比擬工程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假設(shè)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(shí)，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)到重合當(dāng)反射鏡離自準(zhǔn)直管物鏡較遠(yuǎn)時(shí)有可能看不到反射像無(wú)論距離多遠(yuǎn)，均能獲得反射像。但距離越遠(yuǎn)，反射像視場(chǎng)越小與高斯式的情況根本一樣所用的目鏡結(jié)構(gòu)只要不是前截距太短，一般目鏡均可用需用前截距較長(zhǎng)的目鏡一般目鏡均可視場(chǎng)有視場(chǎng)遮攔或視場(chǎng)較小無(wú)視場(chǎng)遮攔無(wú)視場(chǎng)遮攔綜合比擬各因素，最后選用阿貝式自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡。阿貝式自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、分劃板等組成，三者間距可調(diào)。其中，分劃板上刻有“豐〞形叉絲；分劃板下方與一塊45o全反射小棱鏡的直角面相貼，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上劃有一個(gè)“十〞形透光的窗口，當(dāng)光源發(fā)出的光從管側(cè)經(jīng)伸長(zhǎng)的直角棱鏡照明分劃板的一局部，即照亮“十〞字窗口。調(diào)節(jié)目鏡，使目鏡視場(chǎng)中出現(xiàn)清晰的“豐〞形叉絲。在物鏡前方放置一平面鏡，然后調(diào)節(jié)物鏡，使分劃板位于物境焦平面上，那么從棱鏡“十〞字口發(fā)出的光經(jīng)物鏡后成為平行光射向前方平面境，其反射光又經(jīng)物鏡成像于分劃板上。這時(shí)，從目鏡中可以看到清晰的“豐〞形叉絲和“十〞字像。如果平面境的法線與望遠(yuǎn)鏡光軸方向一致，那么“十〞字像位于分劃板“豐〞形叉絲的上橫線上。此時(shí)望遠(yuǎn)鏡已調(diào)焦至無(wú)窮遠(yuǎn)，適合觀察平行光了。自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡測(cè)量的凸透鏡焦距目前在測(cè)量凸透鏡焦距的實(shí)驗(yàn)中，通常采用的方法有自準(zhǔn)直法、物距像距法〔u、v法〕和二次成像法。在光具座上采用上表三種方法和望遠(yuǎn)鏡法測(cè)量同一個(gè)凸透鏡的焦距。凸透鏡焦距的標(biāo)準(zhǔn)值為50mm。測(cè)量結(jié)果為：〔1〕物距——像距法：mm；〔2〕二次成像法:mm；〔3〕自準(zhǔn)直法：mm；〔4〕望遠(yuǎn)鏡法：mm。從試驗(yàn)結(jié)果看出：望遠(yuǎn)鏡法測(cè)量的凸透鏡焦距與標(biāo)準(zhǔn)值根本一致，用前三種方法測(cè)量的誤差明顯大于用望遠(yuǎn)鏡法測(cè)得的結(jié)果。三種方法各有特點(diǎn)，比擬如下表[24]。表3-2自準(zhǔn)直法、物距像距法、二次成像法比擬方法原理特點(diǎn)誤差來(lái)源改良方法系統(tǒng)誤差偶然誤差自準(zhǔn)直法測(cè)量簡(jiǎn)單，但常出現(xiàn)假象造成錯(cuò)誤a.透鏡兩主平面不重合b.滑塊刻線與屏不共面。c.透鏡光心與滑塊刻線不重合a.視誤差b.假象a.用比擬法排除兩種假像b.用反轉(zhuǎn)法減少系統(tǒng)誤差物距像距法凸透鏡成像公式，測(cè)出物距，像距，即求得任意改變，可以進(jìn)行屢次測(cè)量a.同上ab.同上bc.同上ca.同上ab.最正確成像的人為確定a.同上bb.可用掃描法減少偶然誤差二次成像法QUOTEf=A2-l2時(shí)，透鏡在兩屏間移動(dòng)，必能在像屏上二次成像，為二次成像時(shí)透鏡所移動(dòng)的距離在QUOTEAQUOTEf范圍內(nèi)改變QUOTEA可進(jìn)行屢次測(cè)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.同上ab.同上aa.同上ab.同上aa.同上b望遠(yuǎn)鏡法當(dāng)物位于待測(cè)透鏡焦平面時(shí)在物鏡中可看到清晰的像測(cè)量方法簡(jiǎn)單a.同上aa.同上aa.同上bCLS2000激光切割機(jī)鐳神CLS2000激光切割機(jī)采用CO2激光器，驅(qū)光式導(dǎo)光系統(tǒng)〔飛行光路〕，包括三個(gè)反射鏡和一個(gè)聚焦鏡〔聚焦鏡安裝在激光頭調(diào)整套筒內(nèi)〕。機(jī)床結(jié)構(gòu)如下圖。1.上蓋；2.觀察窗；3.支桿；4.激光器；軸軌道；6.工作平臺(tái)；7.支撐架及工件收集箱；8.激光頭；9.反射鏡M1；1軸電機(jī)；12.控制面板；13.反射鏡M2；軸軌道；15.反射鏡；M316.前開門圖3.2CLS2000型激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖激光器產(chǎn)生的光通過反射鏡反射后，打到聚焦鏡上，再通過聚焦鏡的聚光，成為可用的光束。第一反射鏡安裝在激光器出口，第二反射鏡可以隨橫梁沿Y方向移動(dòng)，第三反射鏡在激光頭上，聚焦鏡在激光頭內(nèi)部，激光頭可在橫梁上沿X方向移動(dòng)。光路系統(tǒng)如下列圖所示：1.激光管；2.激光管支架；3.支架調(diào)整螺母；4.反射鏡1(Ml)；5.反射鏡2(M2)；6.反射鏡3(M3)；7.反射鏡調(diào)整螺釘；8.反射鏡鎖緊螺釘；9.激光頭；10.工件；11.工作臺(tái)圖光路系統(tǒng)示意圖其中激光頭的結(jié)構(gòu)如圖。圖激光頭為了用阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡觀察到聚焦鏡的焦平面，要把望遠(yuǎn)鏡插入到機(jī)床的現(xiàn)有導(dǎo)光系統(tǒng)中，形成一個(gè)觀察光路系統(tǒng)。激光切割機(jī)對(duì)焦裝置的設(shè)計(jì)對(duì)焦裝置主要由阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡、反射鏡調(diào)整架、望遠(yuǎn)鏡支撐、高度調(diào)節(jié)裝置四局部組成。該裝置的主要零件所用材料及數(shù)量見表3-3。表3-3對(duì)焦裝置主要零件列表零件編號(hào)零件名稱材料數(shù)量阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡1雙膠合物鏡BK712阿貝自準(zhǔn)直目鏡BK713物鏡鏡筒銅14分劃板調(diào)節(jié)手輪鋁15照明燈罩鋁合金1望遠(yuǎn)鏡支撐6支架不銹鋼17托板鋁合金18調(diào)節(jié)螺栓銅29壓縮彈簧彈簧鋼110橡膠墊橡膠1高度調(diào)節(jié)裝置11絲杠45鋼112絲杠螺母45鋼113底座鑄鐵114鎖緊螺釘銅115M20螺母GB5785-861在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將該裝置放置于激光切割機(jī)的工作臺(tái)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。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡使分劃板同時(shí)位于物鏡和目鏡的焦平面上，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡可用于觀察平行光。在待加工工件外表上平放一塊坐標(biāo)紙，作為觀察目標(biāo)。調(diào)整激光切割頭的Z向位移，當(dāng)在目鏡中觀察到坐標(biāo)線的清晰像時(shí)，聚焦鏡的焦點(diǎn)就在工件外表上。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。它用來(lái)觀察和確定光線行進(jìn)方向。阿貝自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡由物鏡和阿貝目鏡組成。物鏡和目鏡間裝有分劃板，分劃板上刻“豐〞叉絲，分劃板中心位于光軸上。分劃板安裝在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，并可沿鏡筒前后移動(dòng)。調(diào)節(jié)目鏡筒可改變目鏡和分劃板之間的距離，使叉絲位于目鏡的焦平面上。物鏡固定在望遠(yuǎn)鏡筒的另一端，為消色差雙膠合物鏡，焦距為168mm，通光口徑為25mm。調(diào)節(jié)分劃板調(diào)節(jié)手輪可以改變物鏡與分劃板之間的距離，使分劃板叉絲位于物鏡的焦平面上。阿貝目鏡的焦距為，放大倍數(shù)為7。阿貝目鏡中，在目鏡和分劃板間裝有一個(gè)45o全反射直角棱鏡。直角棱鏡的直角面與分劃板叉絲下面相貼。從目鏡中觀察，叉絲的一小局部被直角棱鏡遮住。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。當(dāng)叉絲處于物鏡的焦平面時(shí)，由小十字線發(fā)出的光經(jīng)物鏡后成為平行光由物鏡射出。自準(zhǔn)直時(shí)，小十字線的像和小十字線相對(duì)于光軸對(duì)稱。該望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)如下：鏡筒長(zhǎng)度180mm；物鏡口徑：25mm；焦距：168mm；目鏡焦距：；目鏡口徑：8mm；放大倍數(shù)：；成像：倒像；視場(chǎng)角：1o36′分劃板移動(dòng)距離：26mm；目鏡調(diào)節(jié)范圍：5mm。反射鏡調(diào)整架的設(shè)計(jì)〔1〕平面反射鏡的選擇與安裝平面反射鏡是為實(shí)現(xiàn)預(yù)定光路轉(zhuǎn)折的一種最簡(jiǎn)單的光學(xué)元件。平面反射鏡的外形尺寸由反射鏡上光束截面的尺寸確定，在平行光束中，反射鏡上的光束截面是一個(gè)橢圓。短軸半徑2b為平行光束的口徑D，其長(zhǎng)軸2a由下式確定：〔〕其中為反射鏡與光軸夾角。本實(shí)驗(yàn)所用自準(zhǔn)式直望遠(yuǎn)鏡的出光口徑是，光軸與反射鏡夾角為450，代入上式得mm。實(shí)際尺寸應(yīng)比計(jì)算尺寸大2～3mm，所以選用圓形平面反射鏡，其直徑為40mm。平面反射鏡的厚度與口徑的大小以及固定方法等主要是與其外表精度的要求有關(guān)。其厚度與口徑的關(guān)系可參考表3-4表3-4平面反射鏡厚度與口徑的關(guān)系特高精度平面反射鏡較高精度一般要求注：平面反射鏡厚度；平面反射鏡的最大尺寸。選用厚度為4mm。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(duì)入射角和偏振態(tài)不敏感，鍍介質(zhì)膜保護(hù)。選擇的反射鏡規(guī)格如表3-5：表3-5平面反射鏡規(guī)格材料BK7厚度4±m(xù)m通光孔徑90%直徑外形公差尺寸平行度<3′直徑40mm為了防止反射鏡在裝拆過程中劃傷外表，設(shè)計(jì)一反射鏡套，反射鏡先裝在鏡套內(nèi)，再安裝到調(diào)整鏡架上。鏡套以鋁合金材料加工而成，一端均勻分布六個(gè)缺口。內(nèi)部加工一個(gè)直徑40mm寬4mm的溝槽，以安裝反射鏡。當(dāng)安裝反射鏡時(shí)，施加壓力將反射鏡壓入溝槽，由于鋁合金材料存在一定的彈性，可將反射鏡固定在溝槽內(nèi)。〔2〕反射鏡調(diào)整架反射鏡在光路系統(tǒng)中的作用是改變光軸的轉(zhuǎn)向，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)裝置能夠調(diào)節(jié)反射鏡的角度使望遠(yuǎn)鏡的光路經(jīng)偏轉(zhuǎn)后與激光的光路同軸。反射鏡架需要有仰俯、方位角微調(diào)功能。鏡架主要由固定板和活動(dòng)板兩個(gè)板組成。反射鏡安裝在活動(dòng)板上，固定板用螺栓與支撐裝置的托板連接，可在托板的槽內(nèi)移動(dòng)。兩板間安裝4個(gè)高性能拉簧復(fù)位。兩板以支撐體為支點(diǎn)，調(diào)節(jié)上下調(diào)整螺桿可改變活動(dòng)板的仰俯角，調(diào)節(jié)左右調(diào)節(jié)螺桿可改變活動(dòng)板的左右方位角。實(shí)現(xiàn)鏡架角度調(diào)節(jié)功能兩個(gè)螺桿為MS的細(xì)牙螺紋，螺桿旋轉(zhuǎn)一周，軸向只移動(dòng)，提高了靈敏度。螺桿端部為球頭，適合頂平面，尾部壓紋，方便手動(dòng)旋轉(zhuǎn)。另加工兩個(gè)鋁合金套與其配合，套加工有內(nèi)、外螺紋，外螺紋與反射鏡架的固定板板配合。〔3〕反射鏡調(diào)整架總裝圖該反射鏡架有以下幾個(gè)特點(diǎn):①通過調(diào)整兩個(gè)細(xì)牙螺桿可以精密調(diào)節(jié)反射鏡的仰俯角和方位角，單軸調(diào)整量為5o～+10o。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(shí)，能提供比普通螺桿精度更高的調(diào)節(jié)功能。另配有鋁合金制螺母，并且具有鎖緊功能，防止松動(dòng)。②反射鏡片裝在鏡筒中，可以裝好后再固定在鏡架上。③高性能拉簧復(fù)位，復(fù)位力均勻。④微動(dòng)板設(shè)計(jì)缺口，方便準(zhǔn)直。高度調(diào)節(jié)裝置為了調(diào)節(jié)反射鏡及望遠(yuǎn)鏡的高度與激光光路等高。該局部主要由絲杠、絲杠螺母、底座和鎖緊螺釘共4個(gè)零件組成。通過旋轉(zhuǎn)絲杠螺母來(lái)調(diào)整絲杠頂端與底座的相對(duì)的高度，高度調(diào)整范圍為0～25mm。絲杠上加工有鍵槽，當(dāng)調(diào)到適宜高度后由鎖緊螺釘固定。調(diào)節(jié)裝置的總高是根據(jù)激光切割機(jī)的激光頭距工作臺(tái)的高度來(lái)確定的。為了獲得較好的外表質(zhì)量，各零件經(jīng)過外表處理。絲杠和絲杠螺母材料為45鋼，外表鍍鉻。鎖緊螺母材料為銅，外表也鍍鉻。底座材料為鑄鐵，外表噴黑漆。望遠(yuǎn)鏡支撐裝置望遠(yuǎn)鏡支座由不銹鋼管加工而成，望遠(yuǎn)鏡安裝在上下兩個(gè)半圓面之間，用螺栓緊固。支座前后面上的半圓用線切割一次切割成型，這樣能夠保證兩個(gè)圓柱面同軸。支座底板與托板用3個(gè)螺栓和一個(gè)壓縮彈簧相聯(lián)接。壓縮彈簧在安裝時(shí)保持一定的壓縮量，通過螺栓與望遠(yuǎn)鏡支座聯(lián)接。支座前底面與托板間墊有橡膠墊，具有一定的彈性。當(dāng)需要調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的仰俯角度時(shí)，可由旋轉(zhuǎn)兩個(gè)調(diào)節(jié)螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上介紹了對(duì)焦裝置的四個(gè)主要組成局部，完成加工、制作和裝配后的實(shí)物如圖圖對(duì)焦裝置照片第四章對(duì)焦試驗(yàn)及分析對(duì)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。調(diào)焦方法是把目鏡在鏡筒內(nèi)輕輕旋轉(zhuǎn)，從而改變目鏡與分劃板的距離，直到從目鏡中看到分劃板刻線成像清晰為止?！?〕望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦的目的是將目鏡分劃板上的十字線調(diào)整到物鏡的焦平面上，也就是對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)焦，其方法如下：接通望遠(yuǎn)鏡目鏡中的小燈泡，將目鏡照明。②將平面反射鏡放在望遠(yuǎn)鏡物鏡前，平面鏡垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸，且望遠(yuǎn)鏡的反射像和望遠(yuǎn)鏡在同一直線上。③在目鏡中觀察，此時(shí)可看到一亮斑，沿光軸方向旋轉(zhuǎn)分劃板調(diào)節(jié)手輪，對(duì)望遠(yuǎn)鏡物鏡調(diào)焦，使亮十字線成像清晰。然后利用反射鏡的微調(diào)螺栓對(duì)平面鏡的角度做細(xì)微調(diào)節(jié)，把亮十字線調(diào)節(jié)到與分劃板上方的十字線重合，往復(fù)移動(dòng)分劃板，使亮十字線和十字無(wú)視差重合。此時(shí)，分劃板同時(shí)位于目鏡和物鏡的焦平面上，可用于觀察平行光。激光光軸垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸將對(duì)焦裝置放于激光切割機(jī)的工作臺(tái)上，目測(cè)粗調(diào)。調(diào)整高度調(diào)節(jié)裝置絲杠螺母，使望遠(yuǎn)鏡上下移動(dòng)，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與激光軸等高。松開M20螺母，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡光軸與激光光軸垂直，擰緊螺母。調(diào)整反射鏡架固定板與X方向成45o角。用輔助光源進(jìn)行細(xì)調(diào)。在聚焦鏡下方放置一個(gè)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。此光束經(jīng)聚焦鏡和兩個(gè)反射鏡反射后入射到望遠(yuǎn)鏡中。由于該光束為可見光，所以其照射到各鏡面時(shí)的入射點(diǎn)可見。仔細(xì)調(diào)整高度和反射鏡轉(zhuǎn)角，使光束入射點(diǎn)在各鏡面中心處。調(diào)整微調(diào)螺桿，使經(jīng)其反射的光線沿望遠(yuǎn)鏡的光軸入射到望遠(yuǎn)鏡中。至此對(duì)焦系統(tǒng)調(diào)整完畢。焦點(diǎn)位置測(cè)試應(yīng)用本文提出的檢測(cè)焦點(diǎn)位置的望遠(yuǎn)鏡法和其它兩種工業(yè)中常用的方法檢測(cè)CLS2000型激光切割機(jī)的焦點(diǎn)位置。為了比擬幾種方法的測(cè)量精度，以各測(cè)量值間接計(jì)算出聚焦透鏡的焦距，與透鏡焦距的標(biāo)準(zhǔn)值相比擬。該機(jī)床所用的激光聚焦透鏡的焦距理論值是40mm。斜板法定位先加工一個(gè)楔形狀PMMA板。楔形上板與底板間成一定角度，底板放于工件外表上，長(zhǎng)邊與機(jī)床的X軸平行。用控制面板上的移動(dòng)按鈕，把激光頭移到楔形板上方適宜位置。在AutoCAD軟件中繪制一條水平直線，保存為dxf格式，再用激光切割軟件翻開該文件，設(shè)置切割參數(shù)和激光電流，啟動(dòng)切割程序。激光在斜板上切出一條兩端寬中部窄的切縫。縫上最窄處就是焦點(diǎn)的位置。沿Y方向移動(dòng)斜板，再次切割，共切割出6條切縫。測(cè)量切縫最細(xì)處距底板下外表的距離，那么可通過圖中的位置關(guān)系，計(jì)算得出噴嘴到焦點(diǎn)平面的距離和聚焦透鏡的焦距。斜板法檢測(cè)焦點(diǎn)位置示意圖在上圖中聚焦透鏡距噴嘴為34mm，是由實(shí)際位置測(cè)量得出；h0為噴嘴到工件外表的距離，可在切割前手動(dòng)設(shè)定；h為切縫最窄處到工件外表的距離，待測(cè)量。噴嘴距焦點(diǎn)距離為h0-h，為聚焦透鏡焦距，+h0-h可間接計(jì)算出。共測(cè)量三組不同角度的楔形板，測(cè)量結(jié)果如表4-1。表4-1斜板法測(cè)焦點(diǎn)位置切縫號(hào)123456平均值h0-hh0=19hh0=20hh0=21h經(jīng)計(jì)算=，mm相對(duì)誤差為6.525%。掃描法定位試驗(yàn)材料為2mm厚透明有機(jī)玻璃板。改變激光頭與工件外表距離，范圍從0～13mm，每次激光頭遠(yuǎn)離工件lmm，每改變一次位置，在工件外表切割一條60mm長(zhǎng)切縫，共切割出14條切縫。測(cè)量切縫寬度，每條切縫在不同位置測(cè)量5次，求平均值作為該條切縫的寬度，測(cè)量數(shù)據(jù)如表4-2所示。表4-2噴嘴距工件距離與切縫寬度噴嘴距工件外表距離〔mm〕切縫寬度〔mm〕平均值12345012345678910111213各數(shù)據(jù)點(diǎn)以三次多項(xiàng)式擬合，擬合曲線方程為：通過計(jì)算當(dāng)取得最小值時(shí)，即當(dāng)噴嘴離工件外表時(shí)，激光焦點(diǎn)位于工件外表上。計(jì)算透鏡焦距mm，mm，相對(duì)誤差為5.3%。望遠(yuǎn)鏡法定位由于激光頭噴嘴頂端直徑只有，在用望遠(yuǎn)鏡法確定焦點(diǎn)位置時(shí)，對(duì)光路的共軸調(diào)節(jié)要求較高，同時(shí)由于噴嘴對(duì)視場(chǎng)的遮擋嚴(yán)重，造成無(wú)法觀察到工件外表，因此在用望遠(yuǎn)鏡法確定焦點(diǎn)位置時(shí)需要卸下噴嘴。如下圖。圖望遠(yuǎn)鏡法各位置關(guān)系將對(duì)焦裝置放于有機(jī)玻璃平板工件外表上，先對(duì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，再調(diào)整光路。光路調(diào)整完畢后，在激光頭下方的工件上貼一塊坐標(biāo)紙。手動(dòng)調(diào)整激光頭與工件外表的距離，同時(shí)在望遠(yuǎn)鏡的目鏡觀察，當(dāng)在目鏡中觀察到坐標(biāo)紙上刻線的清晰的像時(shí)，停止調(diào)整激光頭，測(cè)量聚焦鏡筒下端距工件外表的距離h，透鏡焦距=18.50+h，測(cè)量結(jié)果如表4-3。表4-3鏡筒下端距工件外表的距離次數(shù)12345678910均值h/mmf/mm計(jì)算透鏡焦距=，mm，相對(duì)誤差為2.55%。實(shí)驗(yàn)小結(jié)通