[发明专利]激光焦点偏移量消除方法

说明书

本发明涉及一种激光焦点偏移量消除方法，用于消除包括激光光源及透镜的激光设备对工件加工过程中，因透镜热形变引起的焦点偏移量，所述方法包括如下步骤：建立激光设备的多物理场耦合模型；计算所述多物理场耦合模型，得到焦点偏移量；补偿所述焦点偏移量。上述激光焦点偏移量消除方法通过建立激光设备的耦合分析模型，计算得到激光设备光学系统的焦点偏移量，避免使用昂贵的光学仪器检测焦点偏移量，降低了作业成本。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种激光焦点偏移量消除方法。

背景技术

在使用激光设备对工件进行加工(例如，激光切割、激光焊接)时，激光在到达工件前，会先经过透镜，激光在穿透透镜的过程中，透镜会吸收部分激光，导致透镜的温度升高，随着加工的持续进行，热量不断累积，透镜的温度也逐渐升高，导致透镜产生热形变。透镜发热形变之后，透镜原有的光学属性会发生变化，导致整个激光设备中的光学系统的焦点位置发生偏移，影响工件加工效果。

为了获得较好的加工效果，在加工过程中，通常采用光学仪器(例如，高功率焦斑测试仪BeamWatch)获得焦点偏移量，再进行焦点偏移补偿，但此类光学仪器价格昂贵，导致成本过高。

发明内容

基于此，有必要针对激光设备对工件进行加工时，需要用到价格昂贵的光学仪器测量激光焦点偏移量的问题，提供一种激光焦点偏移量消除方法。

一种激光焦点偏移量消除方法，用于消除包括激光光源及透镜的激光设备对工件加工过程中，因透镜热形变引起的焦点偏移量，所述方法包括如下步骤：

建立激光设备的多物理场耦合模型；

计算所述多物理场耦合模型，得到焦点偏移量；

补偿所述焦点偏移量，以使焦点位于所述工件上。

在其中一个实施例中，所述建立激光设备的多物理场耦合模型包括如下步骤:

在耦合分析软件中建立多物理场耦合方程；

建立透镜的几何模型；

将几何模型导入耦合分析软件，进行网格划分；

定义材料属性及边界条件。

在其中一个实施例中，所述材料属性包括透镜的光学特性、结构特性及热学特性。

在其中一个实施例中，所述光学特性包括对激光的折射率及衰减系数；

所述结构特性包括弹性模量、剪切模量、密度及泊松比；

所述热学特性包括比热、导热系数、热膨胀系数及温度系数。

在其中一个实施例中，所述边界条件包括：

激光光源的坐标、发散角、形状、偏振类型及波长；

透镜的固定边界；

透镜的初始温度及对流系数；以及

环境温度。

在其中一个实施例中，建立激光设备的多物理场耦合模型包括定义激光光源功率为自变量，定义激光焦点坐标为因变量。

在其中一个实施例中，所述计算所述耦合分析模型包括：

设定所述激光光源功率为0，记录焦点坐标L₁；

设定所述激光光源功率为激光设备工作功率，记录焦点坐标L₂；

计算焦点偏移量△L＝L₁-L₂。

在其中一个实施例中，所述补偿所述焦点偏移量包括调整激光设备与工件的相对位置。