Способ лазерной обработки и устройство для его осуществления

Способ лазерной обработки и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОИЦ

РЕСПУБЛИН (р) В 23 К 26/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

OCNAPCTBEHHHA КОМИТЕТ

fIO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3705431/27 (22) 12.12.83 (46) 23.09.82. Бюл. Р 35 (71) Институт общей Физики AH СССР (72) В.А.Данилов, В.В.Попов, А.И.Прохоров, И.Й.Сисакян, Д.И.Сага" телян, Е.В.Сисакян и В.А.Сойфер. (56) Авторское свидетельство СССР

N 267778, кл. В 23 К 27/00. 1972.

Авторское свидетельство СССР

И 673157, кл. В 23 К 26/00, 1979. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ,И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ лазерной обработки, при котором осуществляют фазовую модуляцию волнового фронта лазерного излучения и направляют его в зону об" работки, отличающийся тем, что, с целью повышения произво" дительности при изготовлении сложйых деталей, лазерное излучение преобразуют в излучение требуемой конфигурации, а его фазовую модуляцию осуще" ствляют в зависимости от волнового

Фронта и заданного распределения интенсивности излучения на обрабатывае мой поверхности, Изобретение относится к технологии и оборудованию лазерной обработ« ки.

Целью изобретения является повышение производительности при изготовлении сложных деталей, упрощение конструкции оптической системы..

На Фиг.1 изображена схема устрой" ства для осуществления способа с оптически прозрачным фокусируйщим элементом; на фиг.2 - фокусирующий эле-1

„„ Ы„„1763128 Al

2. Устройство для лазерной обра« ботки, содержащее лазер и оптическую систему с фокусирующим элементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции оптической системы и повышения производительности и долговечности, фокусирующий элемент оптической системы выполнен в виде пластины с нанесенной на

его повврхность микрорельефной структурой.

3. Устройство по п.2, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что,пластина выполнена из оптически прозрачного материала.

4. Устройство по п.2, о т л ич а io щ е е с я тем, что пластина выполнена отражающей.

5. Устройство по пп.2-4, о т л и- ч в ю щ е е с я тем, что микрорель- : ефная структура на поверхности пластины выполнена в аиде непрерывного рельефа с параметрами, зависящими от заданной конфигурации лазерного излучения, его длины волны и показателя преломления материала пластины. мент; на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 » схема устройства для осущест- 00 вления способа с отражающим фокусирующим элементом.

При лазерной обработке осуществ-, ь ляют фазовую модуляцию волнового фронта лазерного излучения 1 и направляют его в зону обработки 2. При этом лазерное излучение 1 преобразуют в излучение требуемой конфигурации 3, а его фазовую модуляцию осуществляют

1763128 в зависимости от волнового фронта и заданного распределения интенсивности излучения 1 на обрабатываемой поверх>-.ости детали 4 (фиг.1,3).

Устройство для реализации способа содержит лазер 5 и оптическую систему с. Фокусирующим элементом 6, последний выполнен в виде пластины с нанесенной >>а его поверхности микрорельеф- 10 ной структурой 7.

Пластина может быть выполнена из оптически прозрач> ого материала или отражающей. Микрорельефная структура на поверхности пластины может быть выполнена Ъ виде непрерывного рельефа с "параметрами, зависящими от заданной конфигурации лазерного излучения 1, его длины волны и показателя прелоиленйя материала пластины.

Устройство работает следующим образом.

Автоматическому блоку 8 задают программу разделки отверстий в детали 4 необходимой совокупности -и в ко- 25 личестве, кратном четырем, кроме того, вводят исходные данные, обеспечи. - t вающие синхронное включение импульсов рубинового лазера 5 и привода перемещения (линейного и углового) коорди- 3О натного столика 9.

Работа оператора заключает»ся в закреплении детали 4 на рабочем сто" лике 9, запуске установки в работу через блок 8, наблюдению за обрабаты" ваемой деталью 4 посредством системы

10 и контроля-эа температурой детали

4 по прибору 11.

При необходимости; уцитывая технологические особенности операций обра- 0 ботки детали и ее температуру, опера тор осуществляет подачу технологической средь>. Для удаления испаряемого про, >укта керамики и стабилизацйи тем- пературы обрабатываемой детали могут gg подавать воздух.

Устройство может быть выполйено с отражающим Фокусирующим элементом 6 (фиг.4). Такое устройство работает . следующим образом.

При пробивке отверстий в металлических деталях, например в титановых панелях толщиной до 1 мм, в качестве технологической среды применяют кислород, что позволяет эа счет "экзотер- > мической реакции между металлом и кислородом ускорить процесс пробивки отверстий с примейением лазера мень»>ей мощности. При пробивке отверстий в более толстых металлических плитах в качестве технологической среды применяют инертный гаэ, например гелий,. предотвращающий сгорание металла, ведущего к нарущению формы пробиваемого отверстия, .

Используемый в устройстве отражающий Фокусирующий элемент 6 выполняют отражающим на металлической основе, на поверхности которой по четырем зонам наносят микрорельефнуюфазовую структуру,обеспечивающую преобразованиелазерного луча с неоднородной модовой структурой в четыре пучка с точечной фокусировкой и заданной модовой структурой. Такой способ и устройство позволяют.осуществлять: разделку отверстий сложного фигурного сечения, резку, сварку, термообработку íà ограниченной поверхности деталей сло>кной конфигурации, маркировку и раскрой листового материала по заданному контуру; при обработке неметаллических ма«терйалов и изготовлении иэделий из пластмасс и других полимерных материалов устройством обеспечивается выполйение операций по разделке отверстий заданной совокупности, по марки» ровке.требуемой конфигурации и другие операции; обработку (рассечение) поверхност" ного слоя плат и других элементов микросхем на требуемую глубину по заданному контуру, маркировку кремниевых пластин, раскро" и нарезку керамических подложек сложной Формы; .раскрой материалов из кожи, натуральных матерцать>х и искусственных тканей. при изготовлении "перфокарт" для текстильной промышленности; в производстве стройматериалов иэ керамики, туфа и других твердых и хрупких материалов возможна их обработка путем стеклования поверхности

rto заданному рисунку, а также маркировка нужных знаков и разделка отверстий требуемой совокупности, Таким образом, возможность обработки одновременно всего заданного контура обеспечивает высокую производительность процесса изготовления сложных деталей, а замена системы оптических элементов, позволяющей обеспечить получение излучения требуемой конфигурации и фазовой модуляции, одной пластиной с микрорельефной структурой - упрощение конструкции оп5 17б)12 тической системы и повышение ее долго" вечности, Пример осуществления способа.

Пробивали отверстия диаметром

6,12- 0,25 мкм заданной совокупности в керамической детали (панели) тол" щиной до 1 мм. Лазерная установка состояла из. импульсного рубинового лазера с плотностью мощности 10 Вт/см 10 в импульсе длительностью 1 мс, излучающего пучок света с длиной волны

0,69 мкм и коллимированного до диаметра 25 мм, оптической системы с отражающим фокусирующим элементом 15 диаметром 25 мм. Обрабатываемую керамическую деталь закрепляли на подвижном координатном столйке.

Устройство включало в себя также систему подачи технологической среды

6 (воздух, кислород, инертнйй газ, жидкость и др.), автоматическое уст-. ройство, выполненное в виде программника с ЗВМ, систему наблюдения и прибор измерения температуры обрабатываемой детали.

8 6

Фокусирующий элемент оптической системы выполняли в виде оптически прозрачной пластины с нанесенной на ней микрорельефной структурой с четырьмя равмосимметричными зонами.

Изготовление фокусирующего элемента состояло из следующих основных этапов: .- производили расчет на ЭВИ заданной фазовой функции элемента, позволяюц его осуществить необходимые преобразования равномерного или гауссо» ва: распределенйя интенсивности; производили- йзготовление амплитудной маски полученной фазовой функции с помощью сканирующего прецизион ного устройства вывода оптического изображения из ЭВИ на прозрачную основу с фотоэмульсионным слоем;

- производили изготовление фаэовой маски фокусирующего элемента с требуемым рельефом на поверхности основы путем удаления (водой) незадубленного желатина из 4отоэмульсии.

В результате обработки получали одновременно заданное количество отверстий за один импульс.

1763128

Составитель 8.Данилов

Техред Корректор Т.Палий

Редактор 0.Стенина

МФМ МОЮ Ю В ЮМ ° ВВМФВФВЮ В@В ВМЮВВВVВЯФЬВЭФ ЮВ ° ° В4ВЮ

Заказ 3 12 Тираж Подписное в

BHHHIM Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР.

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðîä, ул. Гагарина,101