Устройство воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом

Устройство воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области испытательной техники, а конкретнее к устройствам, изучающим процессы воздействия лазерных лучей на различные объекты.

Известны многочисленные устройства для воздействия на обрабатываемый объект лазерным лучом. При этом некоторые типы лазеров имеют значительный угол расхождения луча и требуют его фокусировки. Известны подобные устройства [1], состоящие (фиг.1) из оптического квантового генератора (1), генерирующего лазерный луч (2) для обработки объекта, и устройства для фокусировки луча на объекте с помощью подвижной линзы (3). Это же устройство (4) служит и для наблюдения за объектом воздействия в процессе его обработки.

Недостатком этого устройства является невозможность производить воздействие на объект при окружающих условиях, отличающихся от атмосферных. Например, широко практикуется лазерная резка или лазерное перфорирование материалов в кислородной или, наоборот, в нейтральной среде.

Известно подобное же устройство [2] для воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом в специальной атмосфере, содержащее (фиг.2) оптический квантовый генератор 1 и фокусирующую лазерный 2 луч систему с подвижной линзой 3, когда располагающаяся в лазерной головке линза (3) и объект окружены защитным негерметичным чехлом.

Недостатком этого устройства является невозможность воздействия на объект при экстремальных температурах и давлениях, поскольку подвижная линза может выйти из строя.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка такого устройства воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом, которое обеспечивало бы возможность воздействия на объект при экстремальных температурах и давлениях, воздействия на такие объекты, как, например, взрывоопасные объекты, находящиеся в калориметрических “бомбах”, на топливовоздушную смесь в двигателях внутреннего сгорания (лазерное зажигание), в процессе экспериментальных исследований этих и им подобных процессов.

Технический результат достигается тем, что в устройство воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом, содержащее оптический квантовый генератор и фокусирующую лазерный луч систему с подвижной линзой, в отличие от известного, в него введена герметичная камера с приспособлением для размещения и изменения положения объекта воздействия относительно оптического окна, установленного герметично в стенке камеры, а также введена модель герметичной камеры для размещения покрытого чувствительным слоем имитатора объекта воздействия, выполненная в виде станины с оптическим окном, идентичным оптическому окну герметичной камеры, с элементом крепления имитатора объекта воздействия, снабженного приспособлением для изменения положения имитатора объекта воздействия относительно оптического окна модели герметичной камеры, и с элементом измерений положений имитатора объекта воздействия относительно оптического окна модели герметичной камеры и соответствующих этим положениям размеров лазерных пятен на чувствительном слое имитатора объекта воздействия, при этом герметичная камера для размещения объекта и модель герметичной камеры установлены с возможностью попеременного крепления их в зоне воздействия лазерного луча.

Для устранения перечисленных выше недостатков лазерный луч вводят в герметичную камеру с особыми экстремальными условиями окружающей среды через оптическое окно из выдерживающих высокие температуры и давления и хорошо пропускающие лазерное излучение с длиной волны 1,06 мкм или близкой к ней материалов, например из кварца или алмаза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - схема устройства-аналога;

на фиг.2 - схема устройства-прототипа;

на фиг.3 - общий вид предлагаемого устройства воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом;

на фиг.4 - конструкция модели герметичной камеры;

на фиг.5, 6 - иллюстрации стандартной методики графической обработки результатов измерений;

на фиг.7 - вид по стрелке А.

Устройство воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом (см. фиг.3, 4) содержит оптический квантовый генератор 1 и фокусирующую лазерный луч 2 подвижной линзой 3 систему 4, герметичную камеру 5 с приспособлением 6 для размещения и изменения положения объекта воздействия относительно оптического окна 7 герметичной камеры, установленного герметично в стенке герметичной камеры 5, а также введена модель 8 камеры для размещения имитатора 9 объекта воздействия, покрытого чувствительным слоем 10; при этом модель 8 камеры для размещения имитатора объекта воздействия выполнена в виде станины 11 с оптическим окном 12, идентичным оптическому окну герметичной камеры, и элементом крепления 13 имитатора объекта воздействия с приспособлением 14 для изменения положения имитатора объекта воздействия относительно оптического окна модели и с элементом 15 измерений положений имитатора относительно оптического окна 12 модели и соответствующих этим положениям размеров лазерных пятен на чувствительном слое 10 имитатора, причем герметичная камера 5 для размещения объекта и модель 8 герметичной камеры для размещения имитатора объекта установлены с возможностью попеременного крепления их в зоне воздействия лазерного луча, например, на опоре 16 с осью вращения 17.

В стенке герметичной камеры 5 установлено герметично оптическое окно 7. Внутри модели 8 герметичной камеры размещают безопасный имитатор 9 объекта воздействия. Модель выполняется в виде станины 11 или открытого каркаса с размещенным на ней оптическим окном 12, полностью идентичным оптическому окну 7 герметичной камеры. Предусмотрен элемент крепления 13 имитатора объекта воздействия, снабженный приспособлением 14 для изменения положения имитатора относительно оптического окна 12 модели, и измерительная шкала 15 для фиксации различных положений имитатора относительно оптического окна модели герметичной камеры. Для фиксации соответствующих этим положениям лазерных пятен на имитаторе крепится фотобумага 10, используемая в качестве чувствительного слоя и позволяющая получить несколько (не менее двух) изображений пятен 18. На фиг.5, 6 показана стандартная методика графической обработки результатов измерений для определения расстояния х_ф±Δ/2 от фокуса лазерного луча, прошедшего через оптическое окно, до нижней кромки этого окна. Для быстроты и удобства работы и герметичная камера 5 с объектом воздействия, и ее модель 8 с имитатором 9 размещены на опоре 16 с осью вращения 17, позволяющих попеременно вводить герметичную камеру 5 и ее модель 8 в рабочую зону лазерного луча за счет поворота опоры вокруг оси вращения 17.

Устройство работает (см. фиг.3, 4) следующим образом.

Лазерный луч 2 вводят в герметичную камеру 5 с особыми экстремальными условиями окружающей среды через оптическое окно 7 из выдерживающих высокие температуры и давления и хорошо пропускающие лазерное излучение с длиной волны 1,06 мкм или близкой к ней материалов, например из кварца или алмаза. Поскольку при этом лазерный луч из-за высокой преломляющей способности оптического окна, а его толщина может достигать ≤8 мм, искажается, в состав устройства вводят модель 8 герметичной камеры, внутри которой размещают безопасный имитатор 9 объекта воздействия. Модель выполняется в виде станины 11 или открытого каркаса с размещенным на ней оптическим окном, полностью идентичным оптическому окну 7 герметичной камеры 5. Предусмотрен элемент крепления 13 имитатора объекта воздействия, снабженный приспособлением 14 для изменения положения имитатора относительно оптического окна 12 модели 8, и измерительная шкала 15 для фиксации различных положений имитатора относительно оптического окна и для фиксации соответствующих этим положениям лазерных пятен на фотобумаге 10, позволяющей получить несколько (не менее двух) изображений пятен 18. На фиг.5, 6 показана стандартная методика графической обработки результатов измерений для определения расстояния х_ф±Δ/2 от фокуса лазерного луча, прошедшего через оптическое окно, до нижней кромки этого окна. Для быстроты и удобства работы и герметичная камера 5 с объектом воздействия, и ее модель 8 с имитатором 9 объекта воздействия размещаются, например, на опоре 16, при вращении позволяющей попеременно вводить камеру 5 и ее модель 8 в рабочую зону лазерного луча путем поворота опоры вокруг оси вращения 17.

В заявленном устройстве оптическое окно выполнено из кварца с параллельными просветленными плоскостями и имеет параметры:

- толщина от 3 до 8 мм,

- диапазон энергий луча лазера от 8 до 15 Дж,

- мощность излучения лазера от 1,4 до 2,6 млн. Вт/см²,

- длительность импульсов от 2 до 5 мс,

- длина волны лазерного излучения 1,06 мкм,

- максимальная частота повторения импульсов - до 20 Гц,

- фокусное расстояние от лазерной головки: 50 и 100 мм,

- диаметр регулируемого светового пятна в фокальной плоскости: 0,3^+0,2-1,3^-0,2мм.

Литература

1. H.H. Рыкалин, А.А. Углов, А.И. Кокора. Лазерная обработка материалов. М.: “Машиностроение”, 1975.

2. 3аявка Японии №52-3583, п.28.01.1997, МПК:G 02 B 27/40 - прототип.

Устройство воздействия на объект сфокусированным лазерным лучом, содержащее оптический квантовый генератор и фокусирующую лазерный луч систему с подвижной линзой, отличающееся тем, что в него введена герметичная камера с приспособлением для размещения и изменения положения объекта воздействия относительно оптического окна герметичной камеры, а также введена модель герметичной камеры для размещения покрытого чувствительным слоем имитатора объекта воздействия, выполненная в виде станины с оптическим окном, идентичным оптическому окну герметичной камеры, с элементом крепления имитатора объекта воздействия, снабженного приспособлением для изменения положения имитатора объекта воздействия относительно оптического окна модели герметичной камеры, и с элементом измерений положений имитатора объекта воздействия относительно оптического окна модели герметичной камеры, и соответствующих этим положениям размеров лазерных пятен на чувствительном слое имитатора объекта воздействия, при этом герметичная камера для размещения объекта и модель герметичной камеры установлены с возможностью попеременного крепления их в зоне воздействия лазерного луча.