Установка для лазерной обработки

Установка для лазерной обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 26/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ .СССР),:, и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ вЂ”,.:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И (21) 3569196/27 (22) 18.01.83 (46) 30.12.92. Бюл. М.48 (72) А.А. Малащенко, А.В. Мезенов и В.И

Пустоварин (54)(57) I УСТАНОВКАДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, содержащая основной и вспомогательныйы и лазеры, фокусирующий объектив, приспособление для совмещения оптических осей лазеров перед фокусирующим обьективом, фотоприемник отраженного излучения вспомогательного лазера, приспособление для совмещения оптических осей вспомогательного лазера и фотоприемника, установленное на оптической оси вспомогательного лазера перед приспособ-. лением для совмещения оптических осей лазеров, дефлектор и анализатор световых сигналов, вход которого соединен с выходом фотоприемника, а выход — с основным лазером, отличающаяся тем, что, С

Изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки.

Цель изобретения — повышение точности путем. снижения фоновых помех.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — ход лучей вспомогательного лазера; на фиг. 3 — схема действия экрана на излучение фоновой помехи.

Установка содержит основной 1 и вспомогательный 2 лазеры, фокусирующий объектив 3, приспособление 4 для совмещения оптических осей 5 и 6 лазеров перед фокусирующим объективом 3, фотаприемник 7 отраженного излучения 8 вспомогательного

„„. Ж, „ l 110047 А1

2 целью повышения точности путем снижения фоновых помех, она снабжена приспособлением для преобразования распределения интенсивности излучения по поперечному сечению луча вспомогательного лазера в осесимметричное, установленным между вспомогательным лазером и приспособлением для совмещения оптических осей вспомогательного лазера.и фотоприемника, приспособлением для получения изображения центра вращения оптических осей перемещаемого дефлектором луча во входном зрачке фокусирующего объектива и экраном, установленным за фокусируюшим объективом нормально к его оптической оси.

2. Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что дефлектор установлен между приспособлением для совмещения оптических осей вспомогательного лазера и фотоприемника и приспособлением для получения .изображения центра вращения оптической оси. лазера 2, приспособление 9 для совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7, установленное на оптической оси 6 вспомогательного лазера

2 перед приспособлением 4 для совмещения оптических осей 5 и 6 лазеров 1 и 2, дефлектор 11 и анализатор 12 световых сигналов, вход которого соединен с выходом фотоприемника 7,. а выход — с основным лазером 1, Установка также снабжена приспособлением 13 распределения интенсивности излучения по поперечному сечению луча вспомогательного лазера 2 в осесим- метричное. установленным между вспомо1110047 гательным лазером 2 и приспособлением 9 для совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7, приспособлением 14 для получения изображения центра вращения оптической оси перемещаемого дефлектором 11 луча 15 во входном зрачке фокусирующего объектива 3 и экраном 16, установленным за фокусирующим объективом 3 нормально к его оптической оси. Дсфлектор 11 установлен между приспособлением 14 для Совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7 и приспособлением 14для получения изображения центра вращения оптической оси.

Установка работает следующим образом, Излучение вспомогательного лазера 2 направляют приспособлением 13 в виде аксикон, которое преобразует распределение интенсивности излучения по поперечному сечению луча в форму кольца. Преобразованный луч вспомогательного лазера 2 совмещают приспособлением 14 .с каналом излучения основного лазера 1. Дефлектором 11 преобразованный луч вспомогательного лазера 2 сканируют колинеарно лучу основного лазера 1 и затем с помощью приспособления 14 направляют на фокусирующий обьектив 3, который, в свою очередь, фокусирует излучение на сканируемую поверхность 17 обрабатываемой детали 18.

Затем часть отраженного от места обработки излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего последовательно фокусирующий объектив 3, приспособление 14, дефлектор 11 и приспособление 4 ответвляют приспособлением 9 на фотоприемник 7, который регистрирует это излучение. Полученный сигнал с выхода фотоприемника 7 анализируют анализатором 12, который вырабатывает сигнал для запуска основного лазера 1 при определенном положении пятна излучения вспомогательного лазера 2 на поверхности 17 обрабатываемой детали 18.

Анализ сигналов осуществляют на основе мощности отраженного излучения вспомогательного лазера 2 от поверхности 17, подлежащей облучению основным лазером 1, и мощности фоновой помехи, обусловленной, в основном, отражением излучения вспомогательного лазера 2 от экрана 16, Преобразование распределения интенсивности излучения вспомогательного лазера 2 при наличии расположенного нормально к оси фокусирующего объектива 3 направленнорассеивающего экрана 16 позволяет увели.чить отношение мощности отраженного излучения вспомогательного лазера 2 от по.верхности 17, подлежащей облучению осФi = — arcsin

Ф

40 для + 2а

45 и 9 = — (л arcsin

5

35 новным лазером 1, к мощности фоновой помехи, регистрируемых фотоприемником 7 (фиг. 3).

Ход лучей вспомогательного лазера 2, фокусируемых на поверхность.17, нормаль, которой находится в некотором допуске от-. клонений от оси фокусирующего объектива

3, показан на фиг. 2, где у- половина угла сходимости фокусируемого излучения вспомогательного лазера; а — угол между нормалью к сканируемой поверхности 12 и осью фокусирующей системы 4.

Луч 15 излучения вспомогательного лазера 2, преобразованный в полый цилиндр, фокусируют на обрабатываемой детали 18.

Входной зрачок канала фотоприемника 7 совмещен с перетяжкой 19 сфокусированного на поверхность 17 луча 15 излучения вспомогательного лазера 2, поэтому все отраженное от поверхности 17 обрабатываемой детали 18 и прошедшее в апертуру фокусирующего объектива 3 излучение вспомогательного лазера 2 будет зарегистрировано фотоприемником.

Количество регистрируемой мощности отраженного от поверхности 17 излунения зависит от угла а. Для зеркальной поверхности 17 должно выполняться условие а > у. В идеальном случае фокусируемый луч .вспомогательного лазера 2 имеет B поперечном сечении форму окружности, Для такого луча будут действительны направления 19 и 20, экстремально расположенные относительно поверхности 17. В этом случае выражение для отраженного от поверхности 17 луча обратно в апертуру в зависимости от угла а имеет вид для + 2а где @ — отраженный поток, прошедший обратно в апертуру фокусирующего объектива 3;

Ф- полный отраженный от поверхности

17 поток.

Для сравнения с фокусирующим пучком, имеющим в поперечном сечении равномерное распределение плотности потока по всей площади круглого сечения, в табл. 1 приведены относительные значения . Фз/Ф регистрируемой мощности для такого пучка и значения Ф/Ф для предлагаемого уст1110047

I = Ivarc соз(2(у+ p)l

Фiд = — cos y, Ф О. 4

Таблица 1 ройства при y= 15О, где Ф вЂ” отраженный поток (излучения), прошедший- обратно в апертуру фокусирующего объектива, при фокусировании луча, имеющего равномерное распределение интенсивности по его круглому сечению.

Из табл. 1 видно, что устройство снижает требования к качеству обрабатываемой поверхности 17 за счет увеличения отраженного от.этой поверхности потока излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 в крайних положениях поверхности

17 относительно оси фокусирующего объектива 3. Это также способствует увеличению отношения мощности. отраженного потока от поверхности 17 к мощности фоновой помехи.

Фотоприемник 7 регистрирует только то излучение фоновой помехи, которое проходит в апертуру фокусирующего обьектива

3 через входной зрачок канала фотоприемника 7, Уровень помехи определяют характером отражения экрана 16. При отражении излучения экраном. 16 по закону Ламберта выражение для отраженного этим экраном потока и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7 имеет вид где Ф вЂ” полный отраженный поток;

О- площадь входного зрачка канала фотоприемника;

F — расстояние от входного зрачка до поверхности экрана 16.

Эффективность обработки повышается с улучшением направленности отражения от экрана 16 излучения вспомогательного лазера 2. При направленно-рассеянном отражении излучения экраном 16 в плоский угол, расположенный в плоскости угла паде: ния, равный 90О, сила света внутри этого угла распределяется по следующему закону;

5 где! — сила света отраженного излучения; смаке — минимальное значение силы све10 та отраженного излучения; р -угловая координата направления отраженного излучения в плоскости угла падения, отсчитываемая от нормали, к поверхности экрана 16.

15 Поток отраженного от экрана 16 излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7 имеет следующий вид:

20 фО= — ..cos y саз4у, ФО 3Y2 з лГ2 4

Сравнительные данные для потоков

Ф О, Ф1 О и потока Фзд, полученного при отражении экраном 16 по закону Ламберта падающего излучения вспомогательного лазера 2 с равномерным распределением

30 интенсивности излучения по круглому поперечному сечению его пучка, приведены в табл. 2, Из табл. 2 видно, что установка в условиях наличия поверхностей, являющихся источниками фоновой помехи, нормальных к оси фокусирующего объектива 3, позволяет уменьшить фоновую помеху на

3-4 порядка, а следовательно, повысить точность.

Установка по сравнению с базовым объективом позволяет за счет автоматизации термообработки повысить производительность в 1,5-2 раза.

1110047

Таблица 2

1110047

Корректор М.Максимишинец

Составитель

Техред M. Моргентал

Редактор Л.Письман

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 570 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5