ОПТИКО-ФОКУСИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С НЕСООСНОЙ ФОКУСИРУЮЩЕЙ ОПТИКОЙ Российский патент 1998 года по МПК B23K26/08 

Изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки материалов, а конкретнее к оптико-фокусирующим системам с несоосной фокусирующей оптикой для лазерных технологических установок и комплексов.

Известные опто-фокусирующие системы с несоосной фокусирующей оптикой включают в свой состав вертикальный трубчатый корпус для прохождения внутри его лазерного луча, механизм вращения корпуса вокруг его оси, первое поворотное зеркало в нижней части корпуса для отклонения лазерного луча под углом 90^o, оптическую головку, закрепленную на некотором расстоянии от оси трубчатого корпуса и состоящую из второго поворотного зеркала для направления лазерного луча от первого поворотного зеркала вертикально вниз и фокусирующей линзы, расположенной под вторым поворотным зеркалом [1].

Недостаток этих известных устройств заключается в том, что при лазерной обработке по круговой траектории диаметр окружности изменять невозможно. В результате технологические возможности устройств ограничены.

Известна также оптико-фокусирующая система с несоосной фокусирующей оптикой, включающая в свой состав вертикальный трубчатый корпус для прохождения внутри его лазерного луча, механизм вращения корпуса вокруг его оси, первое поворотное зеркало в нижней части корпуса для отклонения лазерного луча под углом 90^o, фланец на нижнем конце трубчатого корпуса, каретку с механизмом ее перемещения по нижней поверхности фланца перпендикулярно оси трубчатого корпуса, оптическую головку, закрепленную на каретке на некотором расстоянии от оси трубчатого корпуса и состоящую из поворотного зеркала для направления лазерного луча от первого поворотного зеркала вертикально вниз и фокусирующей линзы, расположенной под вторым поворотным зеркалом [2].

С помощью этого устройства можно обрабатывать окружности различных диаметров. Это устройство является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. является прототипом.

Недостатком прототипа является невысокое качество обработки из-за изменения расстояния до обрабатываемого материала при его короблении, а также трудность обработки материалов различной толщины или находящихся на разном расстоянии от фокусирующей линзы.

Задачами предлагаемого изобретения являются повышение качества обработки и расширение технологических возможностей.

Указанные задачи в предложенной оптико-фокусирующей системе с несоосной фокусирующей оптикой выполняются за счет того, что трубчатый корпус имеет механизм перемещения его по вертикали, на нижней поверхности фланца, имеется вторая каретка с механизмом перемещения ее поперек трубчатого корпуса, на обеих каретках в одной плоскости с осью оптической головки имеются вертикальные пальцы с шаровыми опорами на конце для прижатия к поверхности обрабатываемого материала, устанавливаемые симметрично по обе стороны от оси трубчатого корпуса, а оптическая головка имеет механизм для вертикального перемещения фокусирующей линзы.

В оптико-фокусирующей системе с несоосной фокусирующей оптикой по п. 2 на обоих каретках имеются по два вертикальных пальца с шаровыми опорами, установленные симметрично по обе стороны от оси трубчатого корпуса; два на расстоянии меньшем, чем оптическая головка, а два на расстоянии большем, чем оптическая головка.

В оптико-фокусирующей системе с несоомной фокусирующей оптикой по п. 3 пальцы и оптическая головка закреплены на подсоединенных к нижней поверхности кареток поворотных планшайбах, причем ось вращения одной планшайбы совмещена с осью оптической головки, а ось вращения второй планшайбы расположена симметрично относительно оси трубчатого корпуса.

Наличие в предложенной оптико-фокусирующей системе с несоосной фокусирующей оптикой механизма перемещения трубчатого корпуса по вертикали, вертикальных пальцев с шаровыми опорами на конце, закрепленных на двух каретках, имеющих механизмы перемещения кареток перпендикулярно оси трубчатого корпуса позволяет уменьшить деформацию обрабатываемого материала за счет прижатия этого материала в симметричных точках относительно оси трубчатого корпуса.

Наличие на каждой каретке по два вертикальных пальца с шаровыми опорами приводит к уменьшению деформации обрабатываемого материала по обе стороны от зоны обработки, что очень важно, например, при сварке.

Эти конструктивные меры также приводят к сохранению постоянного расстояния от фокусирующей оптики до обрабатываемой поверхности и, вследствие этого, к повышению качества обработки. Качество обработки повышается и за счет наличия механизма вертикального перемещения линзы в оптической головке, так как этот механизм позволяет оптимизировать заглубление фокуса относительно поверхности обрабатываемого материала при изменении его толщины, что очень важно при выполнении операции резки, перфорации отверстий, сварке.

Наличие механизма перемещения трубчатого корпуса по вертикали позволяет вести обработку материалов различной толщины или обработку волнистых поверхностей. Закрепление пальцев с шаровыми опорами и оптического головки на поворотных планшайбах, ось вращения одной из которых совмещена с осью оптической головки, а ось вращения второй расположена симметрично относительно очи трубчатого корпуса, дает возможность располагать точки прижатия обрабатываемого материала как внутри обрабатываемой окружности, так и снаружи. Это расширяет технологические возможности устройства.

Схема предложенной оптико-фокусирующей системы с несоосной фокусирующей оптикой показана на фиг. 1. Она состоит из вертикального трубчатого корпуса 1, внутри которого проходит лазерный луч. Корпус 1 имеет механизм его вращения 2 вокруг оси B и механизм перемещения его по вертикали 3 вдоль оси A. На нижнем конце трубчатого корпуса 1 под углом 45^o к его оси закреплено новое поворотное зеркало 4, а также имеется фланец 5. На нижней поверхности фланца 5 закреплены две каретки 6 и 7 с механизмами их перемещения 8 и 9 перпендикулярно оси трубчатого корпуса 1. На каретках 6 закреплена оптическая головка 10, включающая в свой состав второе поворотное зеркало 11, расположенное под углом 45^o к ходу лазерного луча, и фокусирующую линзу 12 с механизмом ее вертикального перемещения 13. Вместо поворотного зеркала 11 и фокусирующей линзы 12 возможно использование другой фокусирующей оптики, например, фокусирующих параболических зеркал. На каретках 6 и 7 в одной плоскости с осью оптической головки 10 расположены вертикальные пальцы с шаровыми опорами 14 и 15, установленные симметрично по обе стороны от оси трубчатого корпуса 1 и прижимающие обрабатываемый материал 16 к технологическому столу 17. Вертикальные пальцы с шаровыми опорами 14 и 15 могут быть установлены ближе к оси трубчатого корпуса 1, чем оптическая головка 10 (как показано на фиг. 1), так и дальше ( на фиг. 1 не показано).

На фиг. 2 представлена оптико-фокусирующая система с несоосной фокусирующей оптикой по п. 2. в ней на каретках 6 и 7 кроме двух вертикальных пальцев с шаровыми опорами 14 и 15 имеются еще две 18 и 19. Если вертикальные пальцы с шаровыми опорами 14 и 15 расположены по оси трубчатого корпуса 1 на расстоянии меньшем, чем оптическая головка 10, то вертикальные пальцы с шаровыми опорами 18 и 19 расположены на расстоянии большем, чем оптическая головка 10, и наоборот.

На фиг. 3 представлена оптико-фокусирующая система с несоосной фокусирующей оптикой по п. 3. Здесь пальцы с шаровыми опорами 14 и 15, а также оптическая головка 10 закреплены на подсоединенных к нижней поверхности кареток 6 и 7 поворотных планшайбах 20 и 21, причем ось вращения C планшайбы 20 совмещена с осью оптической головки 10, а ось вращения C планшайбы 21 расположена симметрично относительно оси трубчатого корпуса 1.

Предложенная оптико-фокусирующая с несоосной фокусирующей оптикой работает следующим образом (фиг. 1). На технологический стол 17 укладывают обрабатываемый материал 16. С помощью механизма вертикального перемещения 3 вертикальный трубчатый корпус 1 опускают вниз до соприкосновения вертикальных пальцев с шаровыми опорами 14 и 15 с поверхностью обрабатываемого материала 16. Установку оптической головки 10 и вертикальных пальцев с шаровыми опорами 14 и 15 в заданное положение осуществляют при перемещении кареток 6 и 7 с помощью механизмов перемещения 8 и 9. С помощью механизма вертикального перемещения 13 устанавливают в нижнее заданное положение линзу 12. При подаче в вертикальный трубчатый корпус 1 лазерного луча он отражается от первого поворотного зеркала 4 и даже от второго поворотного зеркала 11 и фокусируется линзой 12 на обрабатываемом материале 16. При этом включается механизм вращения 2 трубчатого корпуса 1 и лазерный луч движется по круговой траектории обработки при скольжении вертикальных пальцев с шаровыми опорами 14 и 15 по поверхности обрабатываемого материала 16.

В случае расположения вертикальных пальцев с шаровыми опорами 14 и 15 снаружи от траектории обработки удобно выполнять операции с прижимом обрабатываемого материала 16 по наружной части, например вырезку окон. Возможно как непрерывное движение лазерного луча (при резке, сварке) так и дискретное (при перфорации отверстий). По схеме, показанной на фиг. 1, чаще всего осуществляют качественное изготовление круглых изделий лазерной резкой, в том числе при обрезке облоя с поковок.

По схеме, показанной на фиг.2, вертикальный трубчатый корпус 1 опускают вниз до соприкосновения вертикальных пальцев с шаровыми опорами 14, 15, 18 и 19 и поверхностью обрабатываемого материала 16. При этом происходит прижим обрабатываемого материала 16 к технологическому слою 17 по обе стороны от траектории обработки. Это удобно при выполнении операции сварки, термообработки, перфорации легко деформирующихся материалов.

Схема обработки на фиг. 3, удобна в тех случаях, когда необходимо часто изменять места прижима относительно траектории обработки. Для смены места прижима поворотные планшайбы 20 и 21 перед обработкой поворачивают на 180^o выше оси C. Схему, показанную на фиг. 3, применяют при необходимости прижатия центральной части обрабатываемого материала 16 к технологическому столу 17 (например, при обрезке облоя), при повороте планшайб 20 и 21 вокруг оси C на 180^o ведут обработку с прижимом наружной части обрабатываемого материала 16 к технологическому столу 17 (например, при вырезке окон).

Оптико-фокусирующая система с несоосной фокусирующей оптикой может быть использована в устройствах для лазерной обработки материалов. Вертикальный трубчатый корпус 1 для прохождения внутри его лазерного луча имеет механизм вращения вокруг его оси 2 и механизм перемещения его по вертикали 3. Первое поворотное зеркало 4 установлено в нижней части корпуса для отклонения лазерного луча под углом 90^o. Две каретки 7 и 6 с механизмом их перемещения размещены по нижней поверхности фланца 5 перпендикулярно оси трубчатого корпуса. Оптическая головка 10 закреплена на одной из кареток 6, на некотором расстоянии от оси трубчатого корпуса. Фокусирующая линза 12 расположена под вторым поворотным зеркалом 11 и имеет механизм для ее вертикального перемещения. На обеих каретках в одной плоскости с осью оптической головки имеются вертикальные пальцы 15 и 14 с шаровыми опорами на конце для прижатия к поверхности обрабатываемого материла. Благодаря такой конструкции система имеет большие технологические возможности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Оптико-фокусирующая система с несоосной фокусирующей оптикой, включающая в свой состав вертикальный трубчатый корпус для прохождения внутреннего лазерного луча, механизм вращения корпуса вокруг его оси, первое поворотное зеркало в нижней части корпуса для отклонения лазерного луча под углом 90^o, фланец на нижнем конце трубчатого корпуса, каретку с механизмом ее перемещения по нижней поверхности фланца перпендикулярно оси трубчатого корпуса, оптическую головку, закрепленную на каретке на некотором расстоянии от оси трубчатого корпуса и состоящую из второго поворотного зеркала для направления лазерного луча от первого поворотного зеркала вертикально вниз и фокусирующей линзы, расположенной под вторым поворотным зеркалом, отличающаяся тем, что трубчатый корпус имеет механизм перемещения его по вертикали, на нижней поверхности фланца имеется вторая каретка с механизмом перемещения ее поперек оси трубчатого корпуса, на обеих каретках в одной плоскости с осью оптической головки имеются вертикальные пальцы с шаровыми опорами на конце для прижатия к поверхности обрабатываемого материала, устанавливаемые симметрично по обе стороны от оси трубчатого корпуса, а оптическая головка имеет механизм для вертикального перемещения фокусирующей линзы. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на обеих каретках имеются по два вертикальных пальца с шаровыми опорами, установленных симметрично по обе стороны от оси трубчатого корпуса: два на расстоянии, меньшем, чем оптическая головка, а два на расстоянии, большем, чем оптическая головка. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что пальцы и оптическая головка закреплены на подсоединенных к нижней поверхности кареток поворотных планшайбах, причем ось вращения одной планшайбы совмещена с осью оптической головки, а ось вращения второй планшайбы расположена симметрично относительно оси трубчатого корпуса.