СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1995 года по МПК B23K26/00 

Описание патента на изобретение RU2028897C1

Изобретение относится к технологии лазерной обработки, а именно к автоматизации процесса лазерной обработки.

Наиболее близким к изобретению является способ регулирования процесса лазерной обработки, согласно которому по меньшей мере в двух точках измеряют отраженное из зоны обработки вторичное излучение и по дифференцированному сигналу с приемников излучения управляют процессом обработки, причем приемники излучения устанавливают на неравных расстояниях от оси лазерного излучения.

К недостаткам данного способа относится необходимость применения нескольких источников; высокие требования по точности установки приемников излучения относительно зоны обработки; индивидуальная система настройки системы контроля на каждый технологический процесс, например подбор оптических фильтров, коэффициента усиления; низкая точность регулирования процесса обработки, так как он основан только на амплитудных измерениях вторичного излучения из зоны обработки, характеризующихся малыми величинами крутизны фронта сигнала.

Целью изобретения является повышение точности, надежности и быстродействия регулирования процесса лазерной обработки.

Для этого в предлагаемом способе определяют максимальную частоту вторичного излучения Fmax и в интервале частот (0,9-1,0)Fmax - величину максимальной амплитуды этого излучения Amax, после чего Amax сравнивают с заданной величиной амплитуды и производят регулировку.

Способ поясняется чертежом.

Физические процессы, происходящие в канале проплавления, носят периодический характер даже в случае воздействия на материал непрерывного лазерного излучения. Жидкий металл на передней стенке парогазового канала под воздействием лазерного луча нагревается до температуры кипения. В результате развивается интенсивное испарение и реакция паров отдачи оттесняет жидкий металл в хвостовую часть сварочной ванны, обнажая переднюю стенку парогазового каната. При этом температура на передней стенке падает до температуры плавления. Затем снова происходит нагрев до температуры кипения. Процесс таким образом периодически повторяется.

В результате периодичности испарения материала в процессе лазерной сварки изменяется концентрация и температура, а следовательно, и интенсивность излучения истекающих из парогазового канала паров и образовавшейся в этих парах плазмы.

Кроме того периодически, с такой же частотой изменяется форма облучаемой поверхности, а следовательно, и вторичное излучение. Таким образом, частота периодического изменения излучения паров материала и образовавшейся в этих парах плазмы, отраженного когерентного и некогерентного излучения, как силового лазера, ведущего обработку, так и дополнительно использованных осветителей, от периодически изменяющей форму поверхности зоны обработки, излучения конденсированной фазы, меняющей температуру с частотой парообразования, несет информацию о процессе проплавления.

Эта информация поступает в виде сигналов, которые характеризуются, в частности амплитудой и частотой, т.о. в начале определяют максимальную частоту вторичного излучения Fmax, которая характеризует максимальную глубину проплавления.

На чертеже дана зависимость частоты изменения интенсивности излучения плазменного факела f от положения фокальной плоскости, т.е. фокусного расстояния F, относительно поверхности образца и характерные очертания зон проплавления при сварке: а - прототип, б - заявляемый способ.

В этом диапазоне частот определяют максимальную амплитуду сигнала, что соответствует наибольшей достигаемой плотности мощности лазерного излучения в месте взаимодействия его с материалом, соответственно, максимальной глубине проплавления для данной мощности. Выделенная амплитуда вторичного излучения в диапазоне частот (0,9-1,0)Fmax характеризуется значительно большей величиной крутизны статической характеристики информационного сигнала. Крутизна фронта сигнала определяется как обратная величина приращения фокусного расстояния δ F.

Известно [2], чем выше крутизна, для нашего случая экстремальной статической характеристики информационного сигнала объекта, тем ниже установившаяся ошибка стабилизации оптимального значения плотности мощности ЛИ в месте взаимодействия его с материалом. Однако это же обстоятельство приводит к ухудшению динамических показателей процесса поиска. С учетом постоянной времени (20 мс) можно утверждать, что предлагаемый алгоритм обеспечивает устойчивость переходных процессов во всем возможном диапазоне флуктуаций статической характеристики. В рассматриваемом случае экстремум характеристики принимается за критерий качества и задача сводится к поиску экстремума информационного сигнала, который соответствует максимальной достигаемой плотности мощности ЛИ в месте взаимодействия его с материалом.

Похожие патенты RU2028897C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СОЗДАНИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ КВАЗИШУМОВЫХ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Воскресенский С.В.
  • Соминский Г.Г.
RU2150765C1
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАВИННЫМ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК (МДП)-ФОТОПРИЁМНИКОМ 2000
  • Бородзюля В.Ф.
RU2205473C2
АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 1991
  • Бухарин Н.А.
  • Ерофеев А.А.
  • Ульянов И.С.
RU2091810C1
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ ТОНКОЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ВНАХЛЕСТКУ 1991
  • Ганюченко В.М.
  • Вологдина С.Г.
RU2022742C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЛОСКИХ ЗОН ПОЛУПРОВОДНИКА В МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК-СТРУКТУРАХ 2000
  • Бородзюля В.Ф.
RU2212078C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЛОСКИХ ЗОН ПОЛУПРОВОДНИКА В МДП-СТРУКТУРАХ 1997
  • Бородзюля В.Ф.
RU2133999C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ИЗГИБА ЗОН ПОЛУПРОВОДНИКА ψ В МДП-СТРУКТУРЕ 1997
  • Бородзюля В.Ф.
  • Рамазанов А.Н.
RU2117956C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ХИМИЧЕСКОГО И ФАЗОВОГО СОСТАВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Фирсов А.М.
  • Смирнов А.А.
RU2085923C1
СПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1993
  • Демин А.В.
  • Путилин Э.С.
  • Старовойтов С.Ф.
RU2088904C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ДЛИНЫ ВОЛОКОННОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА 1994
  • Гиневский С.П.
  • Котов О.И.
  • Лиокумович Л.Б.
  • Медведев А.В.
  • Николаев В.М.
RU2087859C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 028 897 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Использование: машиностроительная, автомобильная и др. отрасли народного хозяйства. Сущность изобретения: при лазерной обработке выделяют максимальную частоту вторичного излучения Fmax и в интервале частот (0,9- 1,0)Fmax определяют величину максимальной амплитуды вторичного излучения Amax, после чего ее сравнивают с заданной величиной амплитуды и производят регулировку. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 028 897 C1

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, при котором измеряют отраженное из зоны обработки излучение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, определяют максимальную частоту Fmax отраженного излучения, определяют его максимальную амплитуду в интервале (0,9-1,00)Fmax и сравнивают ее с заданной амплитудой.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2028897C1

Авторское свидетельство СССР N 1304277, кл
Прибор для равномерного смешения зерна и одновременного отбирания нескольких одинаковых по объему проб 1921
  • Игнатенко Ф.Я.
  • Смирнов Е.П.
SU23A1

RU 2 028 897 C1

Авторы

Цибульский И.А.

Миткевич Е.А.

Ильин С.А.

Охапкин А.Э.

Даты

1995-02-20Публикация

1991-04-04Подача