我們都知道激光從光源輸出之后，要經(jīng)過光束整形、傳導(dǎo)、再整形和聚焦等基本的過程。根據(jù)激光種類以及加工任務(wù)的不同，光束經(jīng)過的元器件也將不同。我們以 CO2 激光器和固體激光器為例簡(jiǎn)單介紹一下這其中所采用的光束傳輸系統(tǒng)和光學(xué)聚焦系統(tǒng)所需要的典型元器件。除了這些元器件之外，你還會(huì)發(fā)現(xiàn)大量其它的元器件，而且不同制造商設(shè)計(jì)所用到的元件也是不同的。
由于波長的特殊性， CO2 激光器的輸出激光以自由光束的形式從光源傳輸?shù)郊庸ゎ^。與電力運(yùn)輸類似，激光首先也會(huì)通過激光束擴(kuò)束減小光的發(fā)散角，實(shí)現(xiàn)長距離的傳輸，在光束傳輸系統(tǒng)的終點(diǎn)，激光束進(jìn)入到加工頭。加工頭通過改變光束性質(zhì)，使其成為適用于不同工藝的工具。聚焦直徑、焦深、像距以及功率密度都需要針對(duì)特定的工藝而調(diào)整。因此，不同材料的加工涉及到不同加工頭的使用。盡管它們都依賴于能聚焦激光束的透鏡或反射鏡，但是它們各自的特性需要根據(jù)具體的加工過程和用到它們的設(shè)備來決定。目前在 CO2 激光器中主要有透鏡聚焦和反射聚焦兩種方式。
透鏡光學(xué)系統(tǒng)可以用于 CO2 激光器和固體激光器。它們包含一個(gè)或者多個(gè)用來聚焦光束的透鏡。制造透鏡的材料必須對(duì)相應(yīng)激光的波長是低吸收的。否則透鏡將會(huì)吸收激光而發(fā)熱，產(chǎn)生像差。甚至?xí)鹜哥R和加工頭的損傷。
反射式光學(xué)系統(tǒng)多用于高功率激光器中。金屬反射鏡更加耐用，它們不受熱損傷影響，因此對(duì)能吸收激光能量的灰塵或者其他顆粒的敏感度低一些。與透鏡傳輸不同的是：凸面反射鏡（向外彎曲）使光束發(fā)散，而凹面反射鏡（向內(nèi)彎曲）使光束匯聚。
與 CO2 激光器中復(fù)雜的光束傳輸系統(tǒng)相比，固體激光器的光束可以采用更為簡(jiǎn)單更為先進(jìn)的方式傳導(dǎo)。由于波長處于近紅外波段，激光束可以在纖細(xì)的石英光纖中傳輸而不會(huì)出現(xiàn)太高的能量損耗。石英光纖是激光傳輸光纖的核心，激光傳輸按照全反射的方式進(jìn)行。
激光束離開光源后，立即被耦合進(jìn)激光傳輸光纖。一旦光束進(jìn)入光纖，它就可以被傳送到生產(chǎn)設(shè)備中的任何地方。光纖為激光束提供了最佳的保護(hù)，使它可以在較低功率損耗的條件下覆蓋光源與放置代加工產(chǎn)品機(jī)器間超過 100m 的距離。
為了提高激光器的使用效率，單臺(tái)激光器可以通過光纖多光路輸出的方式將激光能量傳輸?shù)蕉鄠€(gè)設(shè)備或工作站。當(dāng)多個(gè)工作站需要使用激光但又不是同時(shí)使用激光加工時(shí)，這種激光網(wǎng)絡(luò)將是個(gè)不錯(cuò)的方案。除此之外，當(dāng)激光網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)輸出光路出現(xiàn)故障時(shí)也可以快速的用空閑光路替換，確保激光加工的連續(xù)性，也提高了激光的可用性，避免了長時(shí)間停工。汽車行業(yè)中汽車車身的生產(chǎn)經(jīng)常會(huì)用到這樣的激光網(wǎng)絡(luò)方案。
與 CO2 激光器一樣，固體激光器也采用透射式和反射式進(jìn)行光束整形和聚焦。它們的結(jié)構(gòu)非常相似，只是由于波長的差異性造成了鏡片的材料不同，在此我們不再進(jìn)行介紹。
除了透射式和反射式的固定式加工頭，振鏡掃描光學(xué)系統(tǒng)在激光加工中也發(fā)揮著重要的作用，它們可以用來激光打標(biāo)、焊接、鉆孔和燒蝕等應(yīng)用。相對(duì)于固定式加工頭，振鏡加工頭對(duì)于工件的加工速度更快，精度也更高。
在典型的掃描光學(xué)系統(tǒng)中，兩個(gè)電機(jī)控制鏡片的旋轉(zhuǎn)來反射激光，然后用平場(chǎng)透鏡對(duì)光束進(jìn)行聚焦。兩個(gè)鏡片的旋轉(zhuǎn)軸彼此垂直。鏡片可以將焦點(diǎn)導(dǎo)向工作區(qū)域內(nèi)任何一點(diǎn)，也就是用激光“掃描”工作區(qū)域。掃描光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)す馐裹c(diǎn)進(jìn)行瞬時(shí)定位。這是通過旋轉(zhuǎn)體積小、重量輕的鏡片來實(shí)現(xiàn)的，而不是移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)或整個(gè)橫向構(gòu)件。由于鏡片和工件之間存在很大的距離，鏡片稍微旋轉(zhuǎn)就能使激光束移動(dòng)幾厘米。因此平場(chǎng)透鏡可以實(shí)現(xiàn)大平面區(qū)域上的激光加工。
同步機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的遠(yuǎn)程激光焊接又叫飛行焊接，是振鏡加工中速度更快、等待時(shí)間被極大優(yōu)化的加工方式。飛行焊接將機(jī)器人和掃描光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合使用，動(dòng)態(tài)地將聚焦激光束定位到工件上。用高度集成的激光焊接僅僅幾秒鐘就能將像汽車車門這樣的大部件焊接在一起。機(jī)器人在工件上約半米范圍內(nèi)沿著平滑路線移動(dòng)掃描光學(xué)系統(tǒng)。極度靈活的掃描鏡在幾分之一秒內(nèi)就可以將聚焦點(diǎn)從一條焊縫引導(dǎo)到另一條焊縫。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，激光器不需要進(jìn)行等待，進(jìn)一步提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。另外，為了在高速焊接的時(shí)候保證加工的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，越來越多的傳感器也開始進(jìn)入到不同的應(yīng)用領(lǐng)域中。
