|易学·惠用丨探索手持焊接头里的光学原理

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手持激光焊接设备是近年来激光应用市场的划时代明星产品，快速崛起为绿色激光产业的增长点之一。 2018年以来，激光手持焊接每年复合增长超过100% ， 2020年预计有100家激光手持焊机厂家， 2021年预计到达500家各类型手持激光设备集成厂家，呈现爆发式增长。对于手持激光焊接设备来讲，连接使用场景、输出激光能量的焊接头是一个极其重要的部件。而在焊接头里，光学部分是一个很重要的部分。

手持焊接头基本的光学原理包括光束准直、光束摆动、光束聚焦三个部分，如下图所示。激光束由QBH射出后，经由准直镜变为平行光，再通过振镜反射至聚焦镜，最后聚焦到工件表面。
光束准直
从QBH的光纤中出来的光是一个点光源，存在一定的发散角，在传播过程中会往前方呈圆锥形散开，譬如在黑夜中打开一个手电筒、点燃一根火柴。
准直镜的作用就是将这束发散的光变成平行的光，使其沿直线传播，不产生偏差；同时控制光束的束腰半径，将其限制在狭小的焊接头光路中。
光束摆动
在手持焊接中，光束摆动的目的是为了提高焊缝间隙的适应性。由于聚焦后的光斑是一个很小的光点，在手持的情况下很难保证沿着焊缝轨迹行走，另一方面，也很难覆盖到间隙较大的焊缝。通过将光束摆成一条如3.0mm宽的直线，便于操作人员将激光对准并覆盖到焊缝。
它的实现方式就是振镜片在电机的带动下高速的来回偏转，从而达到改变激光光束路径的目的。
【|易学·惠用丨探索手持焊接头里的光学原理】其基本原理如下图所示：根据基本的反射定律，反射角等于入射角。当振镜在1号角度的时候，光线沿着1号路径反射，并聚焦至1号点；当振镜在2号角度的时候，光线沿着2号路径反射，并聚焦至2号点。
若振镜来回在1、2两角度之间偏转，聚焦光点便会在1、2两点之间移动，当移动的速度足够快时，便可视为一条直线，这条直线的长度称之为“摆动宽度” ，偏转速度的快慢称为“摆动频率” 。
我们光惠激光的智能风冷手持焊机，摆动宽度0~5mm可调，摆动频率0~300Hz可调。
光束聚焦
从振镜反射过来的是一束平行光，经过聚焦镜后汇聚成一个很小的光斑，最后入射到工件表面。
聚焦镜的作用就是将平行的光束集中到一起，形成一个很小的光点，从而产生超强的能量密度。
保护镜片的作用
手持焊在焊接的过程中，会产生一定的烟尘，有可能会损害聚焦镜，那么就需要保护镜片来起到隔绝保护的作用。
保护镜片属于消耗品，每隔一定的时间就要检查是否完好，使用周期根据设备的使用强度和场景来决定。