УСТАНОВКА ЛАЗЕРНОГО СКРАЙБИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ЛИСТОВ ПОСРЕДСТВОМ ПЯТЕН ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ФОРМЫ Российский патент 2014 года по МПК B23K26/08 B23K26/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к лазерной установке скрайбирования для поверхностной обработки трансформаторных листов посредством пятен эллиптической формы.

Более конкретно изобретение относится к лазерной установке скрайбирования для поверхностной обработки трансформаторных листов с направленной структурой посредством пятен эллиптической формы в соответствии с формулой изобретения.

Известный уровень техники

Листы кремнистой стали с направленной магнитной структурой (далее текстурованной стали) находят широкое применение при изготовлении сердечников для трансформаторов; при таком использовании одна из характеристик материала, подвергнутого глубокому анализу, имеет отношение к потере энергии при эксплуатации трансформатора. Потери зависят от нескольких факторов и, в частности, от перемещения границ (стенок) магнитных доменов, размеров зерен листа и направленности кристаллической решетки зерен относительно поверхности листа.

Первая задача состоит в том, чтобы предложить листы кремнистой стали с высокоориентированной структурой зерен, причем листы, имеющие небольшую толщину и заданные размеры зерен. Полученные результаты являются положительными, но не могут быть существенно улучшены и получены способом, приемлемым с точки зрения промышленного производства. В частности, было обнаружено, что оптимальный размер зерен составляет около нескольких миллиметров, тогда как уменьшение заданных величин толщины листа не является подходящим ввиду затрат на обработку и того факта, что это уменьшает "пространственный показатель" между размерами листа и размерами изолирующих слоев.

Важный фактор, который влияет на потери в сердечниках, имеет отношение к размерам магнитных доменов. Приложение механического растягивающего усилия к листу приводит к анизотропии в направлении плоскости листа, что, при наличии типичной структуры используемого материала (текстура Госса (Goss)), увеличивает энергетическую разность намагничивания между кристаллографическим направлением, параллельным направлению слоистой структуры, и направлением, перпендикулярным к направлению слоистой структуры. Соотношение между магнитостатической энергией и энергией стенок доменов в пользу энергии стенок вызывает образование большего количества стенок, которые становятся более тонкими и более близко расположенными. Таким образом, достигается заметное снижение доли вихревых токов относительно общей величины потерь. Кроме того, были разработаны растягивающиеся изолирующие слои для получения этих изменений посредством создания точечных упругих микронапряжений. В этой концепции было предложено подвергнуть лист дробеструйной обработке или механической очистке. Такие методы при промышленном изготовлении могут применяться со значительными трудностями, с разрушением изолирующих слоев, подвергая лист быстрому окислению, требуя дополнительный изолирующий слой и выполнения кратковременных экспозиций, тем самым уменьшая пространственный показатель.

Последовавшее решение, в значительной степени подтвержденное, состояло в том, чтобы подвергнуть поверхность листа в виде полосы из текстурованной электротехнической стали, разматываемой из рулонов, шлифованию или очистке (скрайбированию) электрическими импульсами, сфокусированными в виде лазерных пучков, плазмы и подобных им.

В типичном оборудовании для обработки скрайбированием, предназначенной для улучшения электромагнитных показателей, луч лазерного генератора отклоняется на перемещаемой полосе зеркальным сканирующим устройством, а затем фокусируется на листе по пути сканирования, поперечного к направлению перемещения полосы.

Для получения заметного снижения потерь обработки скрайбированием должна выполняться с небольшими размерами в поперечном сечении, как, например, 0,10 мм и с максимальным прохождением в глубину. Положительные результаты были получены при использовании лазерных пучков с пятном почти эллиптической формы, удлиненным в направлении, поперечном в направлении перемещения полосы. Это было выполнено с помощью подходящей оптики цилиндрической формы.

Сущность изобретения

Техническая проблема настоящего изобретения состоит в усовершенствовании установки лазерного скрайбирования с использованием метода пятна, имеющего эллиптическую форму, причем с высокой производительностью, устойчивыми показателями и эксплуатационными характеристиками, которые могут быть легко изменены в широком диапазоне.

В соответствии с первой особенностью установка лазерного скрайбирования содержит лазерный генератор, цилиндрическую телескопическую оптическую группу (далее систему) с изменяемым фокусным расстоянием для формирования лазерного пучка c сечением эллиптической формы с переменной эллиптичностью, как функции фокусных расстояний, и вращающееся зеркальное сканирующее устройство для перемещения сканирующего лазерного пучка на заданный угол. Установка, кроме того, содержит параболический отражатель, расположенный поперечно к полосе, для приема сканирующего лазерного пучка и фокусирования пучка на полосу в виде удлиненного (далее вытянутого) пятна эллиптической формы по пути обработки, и в котором телескопическая система является регулируемой для изменения длины одной из осей пятна эллиптической формы при падении лазерного пучка на полосу.

Согласно другой особенности, установка лазерного скрайбирования обеспечивает то, что фокус телескопической оптической системы расположен ниже (вниз по течению) от зеркального вращающегося сканирующего устройства и в котором направление вращения сканирующего устройства таково, что, при падении лазерного пучка эллиптической формы на угол сканирующего устройства и с коммутацией между двумя соседними зеркалами пучок содержит заднюю кромку пятна в крайней точке в конце пути обработки и направляющую кромку в крайней точке в начале упомянутого пути.

Краткое описание фигур чертежей

Особенности изобретения более очевидны из следующего описания, приведенного в виде неограничивающего примера с помощью приложенных чертежей, в которых:

фиг.1 представляет схему системы для обработки трансформаторных листов, в которой используется установка лазерного скрайбирования в соответствии с изобретением;

фиг.2 отображает схематический вид установки лазерного скрайбирования в соответствии с изобретением;

фиг.3 представляет оптическую схему установки лазерного скрайбирования согласно фиг.2;

фиг.4, 5, 6 и 7 отображают оптические схемы некоторых компонентов фиг.3 в различных эксплуатационных режимах;

фиг.8 - частичное схематическое изображение снизу некоторых частей установки лазерного скрайбирования в соответствии с изобретением;

фиг.9 - частичное схематическое изображение снизу других частей установки лазерного скрайбирования в соответствии с изобретением;

фиг.10 показывает вид в увеличенном масштабе некоторых компонентов установки, изображенной на фиг.2;

фиг.11 - частичное схематическое изображение в вертикальной проекции некоторых компонентов установки, показанной на фиг.2;

фиг.12 отображает схематическое размещение компонентов лазерной установки в соответствии с изобретением;

фиг.13 - схематический вид устройства согласно фиг.12 в боковой проекции в частичном разрезе; и

фиг.14 отображает схематический вид в вертикальной проекции устройства, показанного на фиг.12.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

Система для обработки трансформаторных листов изображена на фиг.1 со ссылочной позицией 21. Система 21 представляет собой установку 22 лазерного скрайбирования (лазерной обработки материала) с соответствующей генераторной установкой 23 и опорным монтажным столом (далее опорной рамой) 24. Лист представлен в виде полосы 26 из электротехнического кремнистого железа с зернами, ориентированными в направлении структуры пластины. Полоса находится в движении по продольной оси 27 при сматывании с рулона подачи и наматывании в наматываемый рулон, не показанные на чертежах.

Кроме того, система 21 содержит пульт 28 управления, стойку 29 для элементов подачи и управления, охлаждающее устройство 31, и фильтро-вентиляционное устройство 32 для установки 22, в то время как опорный монтажный стол (опорная рама) 24 содержит горизонтальную плоскую поверхность 33 для опоры и скольжения полосы 26. Стенки 34, с функцией защиты, установлены вокруг установки 22 с генератором 23 и опорного монтажного стола 24 и вокруг стойки 29 и устройств 31 и 32.

В соответствии с изобретением, лазерная установка 22 скрайбирования (фиг.1 и 2) содержит два устройства 36a и 36b лазерной обработки, которые содержат, соответственно, коллиматор 37a, 37b, оптическое телескопическое устройство 38a, 38b, сканирующее устройство 39a, 39b, устройство 41a, 41b фокусировки (далее фокусирующее устройство) на конечном участке и защитное устройство 42a,2b (фиг.8).

Генераторная установка 23 (фиг.1) содержит два источника 43a, 43b лазерного пучка (лазерных генератора), например, такие как: типа лазера на иттрии с неодимом, мощностью 1,5÷2,5 кВт. Лазерные источники 43a, 43b имеют выход на волоконных световодах 44a, 44b (фиг.2) с пятном скрайбирующего луча, по существу, круговой формы, и в котором волоконные световоды связаны с коллиматором 37a, 36b и обрабатывающими устройствами 36a, 36b.

Лазерные пучки от источников 43a, 43b через коллиматоры 37a и 37b (фиг.3) приходят в виде коллимационных лучей 46a, 46b в телескопические устройства 38a и 38b, направляются к сканирующим устройствам 39a и 39b, а затем фокусируются на полосе 26 посредством устройств 41a и 41b. Защитные устройства 42a и 42b обеспечивают работу, при эксплуатации, фокусирующих устройств 41a, 41b в условиях максимальной оптической эффективности, исключая загрязнения дымом, образуемым при обработке.

Оптическое телескопическое устройство 38a, 38b (фиг.3, 4 и 6) содержит цилиндрические линзы 47, 48, отрицательную и положительную, соответственно, которые преобразовывают коллимированный пучок 46a, 46b кругового сечения в пучок 49a, 49b эллиптической формы, с горизонтальной осью X и вертикальной осью Y, направленный на сканирующее устройство 39a, 39b в горизонтальной плоскости и от сканирующего устройства в качестве сканирующего пучка 51a, 51b на фокусирующее устройство 41a, 41b на конечном этапе. Затем, лазерный пучок фокусируется на полосе 26 по вертикальной поверхности в качестве скрайбирующего пучка 52a, 52b, перемещаемого по пути 53a, 53b сканирования, по существу, поперечно относительно продольной оси 27 полосы 26.

Расстояние "D" между линзами 47 и 48 телескопического устройства устанавливают заранее и регулируют для получения изменяемого фокусного расстояния и фокуса CFa, CFb ниже сканирующего устройства 38a, 38b. Следовательно, пучок 49a, 49b имеет изменяемую эллиптичность, как функцию фокусного расстояния устройства 38a, 38b с амплитудой, постоянной по оси Y и в зависимости от фокусного расстояния по оси X. В альтернативе цилиндрическим линзам 47 и 48, оптическое телескопическое устройство 38a, 38b может содержать пару цилиндрических зеркал, соответственно, отрицательных и положительных, и отражающих зеркал, и причем с возможностью регулирования расстояния между зеркалами.

Сканирующее устройство 39a, 39b относится к типу, содержащему плоские зеркала на гранях многоугольника и острые углы между зеркалами, которое при этом вращается вокруг вертикальной оси. Сканирующее устройство 39a, 39b принимает пучок 49a, 49b с сечением эллиптической формы и отражает сканирующий пучок 51a, 51b на фокусирующее устройство 41a, 41b на конечном этапе, перемещая его на соответствующий угол в зависимости от количества зеркал.

Более точно, падение лазерного луча 51a, 51b (фиг.4 и 6) на полосу 26 определяет сторону "LdSp" входа и сторону "TrSp" выхода в направлении движения (показано стрелкой) по пути 53a, 53b обработки. Когда сходящийся пучок 49a, 49b с сечением эллиптической формы попадает своей осью на угол между смежными зеркалами сканирующего устройства, он разделяется, например, на пучок 51a, 51b посредством фокусирующего устройства 41a, 41b на конечном участке между конечной точкой и начальной точкой пути обработки. Фокусное расстояние CFa, CFb ниже сканирующего устройства и направление вращения сканирующего устройства являются такими, что в момент падения сходящегося пучка 49a, 49b на угол сканирующего устройства и с коммутацией между смежными зеркалами (фиг.5 и 7), пучок воспроизводит сторону "TrSp" выхода пятна в конечной точке пути 53a, 53b обработки и сторону "LdSp" входа в начальной точке пути с тем, чтобы унифицировать обработку на конечных участках полосы.

В соответствии с изобретением фокусирующее устройство 41a, 41b (фиг.2 и 3) на конечном этапе содержит отражатель, предусмотренный для получения сканирующего луча 51a, 51b и фокусирования скрайбирующего пучка 52a, 52b по пути 53a, 53b сканирования полосы 26. Отражатель устройства 41a, 41b содержит цилиндрический сегмент 54 параболического сечения с образующей, проходящей перпендикулярно к полосе 26, несколько выше опорной площадки 24. Расстояние "L2" между линзами 48 и сканирующим устройством 39a, 39b является регулируемым для фокусирования пучка 51a, 51b на полосе 26 в функции фокусного расстояния устройства 38a, 38b.

Как результат, пучок кругового сечения, выходящий из коллиматора 37a, 37b через телескопическое устройство 38a, 38b, сканирующее устройство 39a, 39b и устройство 41a, 41b фокусировки на конечном этапе преобразуется в пятно 55 удлиненной формы и c минимальными трансверсальными размерами "Ssp", и в котором большая ось эллиптического сечения является, по существу, параллельной пути 53a, 53b сканирования. Длина пятна "Lsp" является регулируемой посредством изменения расстояния "D" и “L2" в зависимости от способа скрайбирования, скорости движения полосы, скорости вращения сканирующего устройства и технических данных полосы для оптимизации обработки.

Кроме того, линзы 47 и 48 телескопической оптической системы 38a, 38b имеют возможность вращения для изменения угла пятна относительно пути 53a, 53b сканирования. Это требуется для оптимизации юстирования пятна 55 с путем сканирования как функции скорости вращения сканирующего устройства 39a, 39b и скорости продвижения полосы 26.

Сканирующее устройство 39a и фокусирующее устройство 41a лазерного устройства 36a расположено со смещением и зеркально относительно сканирующего устройства 39b и фокусирующего устройства 41b лазерного устройства 36b и зеркально по отношению к геометрически вертикальной плоскости 56, проходящей через продольную ось 27 полосы. Однако телескопическое устройство 38a и телескопическое устройство 38b установлены на одной и той же стороне плоскости 56. Кроме того, все оптические компоненты имеют зеркальную симметрию смещения относительно геометрической вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси 27. С такой системой лазерные обрабатывающие устройства 36a, 36b могут выполнять скрайбирование с высокой скоростью, эффективно и с ограниченными размерами, причем на двух продольных половинах, "A" и "B", полосы 26. Первая функциональная группа в составе обрабатывающего устройства 36a обрабатывает половину "A" по ширине движущейся полосы по пути 53a сканирования, в то время как вторая функциональная группа в составе обрабатывающего устройства 36b для обработки половины "B" по ширине движущейся полосы на пути 53b сканирования.

Лазерное обрабатывающее устройство 36a, 36b содержит лоток или поддон 57a, 57b (фиг.2), имеющий нижнюю (донную) часть 58a, 58b и крышку 59a, 59b, и соединенный с фильтро-вентиляционным устройством 32 для хранения и поддержания в сухих и чистых условиях оптические компоненты, включая коллиматор 37a, 37b, телескопическое устройство 38a, 38b, сканирующее устройство 39a, 39b и фокусирующее устройство 41a, 41b. Нижняя часть 58a, 58b расположена между опорной плоскостью 33 и устройством 41a, 41b фокусировки (фиг.8, 9 и 11) и служит ограничительной пластиной между поверхностью полосы и оптическим устройством 41a, 41b. Окно 61a, 61b выполнено поперек в основании 58a, 58b для прохождения скрайбирующего лазерного пучка 52a, 52b, направленного к пути 53a, 53b сканирования полосы 26.

В соответствии с особенностью изобретения защитное устройство 42a, 42b предназначено для создания защитной воздушной завесы, касательной к окну 61a, 61b с целью защиты оптического устройства 41a, 41b от загрязнений в результате остаточных продуктов дыма. Точнее, устройство 42a, 42b содержит "V"-образные каналы 62 вдоль задней кромки окна 61a, 61b, ряд прорезей 63 в нижней части 58a и 58b в направлении вверх от окна 61a, 61b, коробчатую крышку 64 и вытяжной вентилятор 66. Крышка 64 установлена под нижней частью 58a и 58b в качестве крышки для каналов 62 и прорезей 63, и определяет щель 67, согласованную с окном 61a, 61b для прохождения скрайбирующего лазерного пучка, сфокусированного устройством 41a, 41b. Вытяжной вентилятор 66 прикреплен к фланцу с рядом отверстий 68 между каналами 62 и создает поток воздуха с входом от прорезей 63 и выходом из отверстий 68 через каналы к "V"-образным каналам 62. Поток воздуха образует с чистым воздухом из лотка 57a, 57b газообразный слой между нижней частью 58a, 58b и крышкой 64 касательно к окну 61a, 61b и щелью 67, что создает воздушную защитную завесу для оптического устройства 41a, 41b.

Кроме того, в связи с защитным устройством 42a, 42b обрабатывающее устройство 36a, 36b содержит вентиляционный узел 69a, 69b, установленный снизу нижней (донной) части 58a и 58b и вытяжные трубопроводы, не показанные на фигурах, для направления воздушной волны к стальной полосе 26 на участке обработки половин "A", "B". Для удаления дыма, образованного при обработке полосы и с функцией предварительного барьера для щели 67. Скользящий затвор 71a, 71b, управляемый приводами 72a, 72b, предусмотрен для закрытия окна 61a, 61b в условиях состояния покоя (не в режиме эксплуатации) установки 22.

Каждое телескопическое устройство 38a и 38b (фиг.2 и 10) содержит направляющее устройство, образованное двумя призматическими направляющими 74 и 76, параллельными осям коллимированных пучков 46a и 46b, и два несущих устройства (далее каретки) 77 и 78. Призматические направляющие 74 и 76 установлены на нижней части 58a, 58b рядом со сканирующим устройством 39a и 39b, и причем на одной и той же стороне относительно плоскости 56. Несущие устройства служат консольными опорами линз 47 и 48 для совмещения оптических осей линз с осью коллимированного пучка 46a, 46b. Каретки 77 и 78 выполнены с электрическим приводом для перемещения одной относительно другой и относительно сканирующих устройств 39a и 39b по призматическим направляющим 74 и 76 в функции получаемого фокуса.

Обычно каждое лазерное обрабатывающее устройство 36a и 36b содержит ограничительное устройство 81a, 81b (фиг.2 и 11), помещенное между сканирующим устройством 39a, 39b и фокусирующим устройством 41a, 41b, содержащим два демпфирующих блока 82 и 83 (фиг.12, 13 и 14), причем с возможностью регулирования, для ограничения ширины лазерного пучка, направленного к соответствующей половине "A", "B" полосы 26 в зависимости от ширины полосы 26.

В частности, ограничительное устройство 81a, 81b содержит планку 84, установленную на нижней части 58a, 58b, несколько ниже крышки 59a, 59b, поперек плоскости 56, и причем с выполненными установочными пазами 86 и установочным и направляющим пазом 87. Планка 84 служит опорой с верхней поверхностью для длинного винта 88 с концевой ручкой 89, для каретки 91, для установки ползуна 92 в зацеплении с планкой 84. На нижней стороне планка 84 удерживает демпфирующие блоки 83 и 82, соответственно, посредством установочных пазов 86, установочного и направляющего паза 87. Демпфирующие блоки 82 и 83 состоят из охлаждаемых металлических элементов, которые служат ловушкой для поглощения лазерного пучка и при этом выполнены с отрицательной выемкой клиновидной формы.

Ограничительное устройство 81 расположено со смещением и зеркально относительно ограничительного устройства 81b, относительно вертикальной плоскости 56, и так, что демпфирующий блок 83 находится рядом с плоскостью 56. Посредством пазов 86 демпфирующий блок 82 может быть установлен вручную в заданное положение и с перемещением и наклоном вдоль планки 44 таким образом, что сторона блока 82 является касательной к сканирующему лазерному пучку 51a, 51b, направляемому на конечный участок пути 53a, 53b сканирования относительно оси 27 стальной полосы 26.

Установочный и направляющий паз 87 каждого устройства 81a, 81b имеет окружной профиль с осью на участке приема соответствующего сканирующего устройства 39a, 39b, в то время как демпфирующий блок 84 установлен посредством штифтов и с плавным перемещением в пазе 87 и, посредством паза, на ползуне 92. При вращении ручки 89 и последующего движения каретки 91, блок 84 перемещается по планке 44 и автоматически поворачивается так, чтобы сохранять касательное движение к сканирующему лазерному пучку 51a, 51b, направленному к другой оконечности пути 53a, 53b сканирования относительно кромок полосы 26.

Лотки 57a и 57b (фиг.2) опционально имеют возможность вращения относительно монтажного стола 24 вокруг вертикальных осей 93a и 93b посредством регулировочных элементов 94a и 94b. Оси 93a и 93b находятся близко к оконечности внешней стороны лотков 57a и 57b рядом со сканирующими устройствами 39a и 39b. Регулировочные элементы 94a и 94b, как, например, винтового типа, расположены вблизи другой оконечности внешней стороны и предназначены для изменения угла пути 53a, 53b сканирования относительно поперечного направления полосы 26.

Опорный монтажный стол 24 содержит ряд магнитов 96 (фиг.11), установленных под плоскостью 33 так, чтобы удерживать полосу 26 в контакте с плоскостью. Это препятствует поднятиям и колебаниям полосы с расфокусировкой лазерного пучка и обеспечению постоянных размеров пятна скрайбирующего пучка. Поверхность скольжения плоскости 33 является плоской и покрыта листом 97 из пластмассового материала так, чтобы избежать царапин из-за продвижения полосы в условиях напряжений.

Лазерная установка 22 скрайбирования содержит телевизионную установку 98 с двумя линейными телевизионными камерами 99a и 99b, источниками света и устройствами анализа изображения, не показанными на фигурах. Полученные изображения блокируются и анализируются на основе преобразований Фурье в функции формирования линий и интервала между линиями для контроля наличия видимого повреждения вследствие обработки и для обеспечения параметров, связанных с обработкой. Эти показания могут быть использованы оператором пульта 28 управления с помощью экрана и других устройств для передачи сигналов для соответствующих регулировок.

В частности, лазерная установка 22 находится в состоянии выполнения лазерного скрайбирования, действующей для уменьшения потерь и улучшения магнитных свойств листа, причем без видимого изменения защитных слоев покрытия. При необходимости, телевизионная установка используется для передачи сигналов о возникновении видимых следов.

В альтернативе установка для скрайбирования может обеспечить видимый результат скрайбирования, и телевизионная установка используется для передачи информации, направленной для регулирования видимых следов в соответствии с техническими характеристиками обработки.

Конечно, принцип изобретения, остающийся тем же самым, варианты осуществления и детали конструкции установки для скрайбирования для поверхностной обработки трансформаторных листов могут быть значительно изменены относительно того, что было описано и проиллюстрировано посредством неограничивающего примера без выхода за пределы объема данного заявленного изобретения.

Как пример, оптическая конфигурация, которая, при коммутировании между расположенными рядом зеркалами гарантирует, что пучок представляет выходную сторону пятна в конце пути обработки и входную сторону пятна в начальной точке пути, при этом может быть применена также с установкой, в которой фокусировка пучка на полосе выполняется посредством цилиндрических линз, одной, или более, обращенных к одному окну, или более, в опорной плоскости.

Очевидно, что независимо от других ограничений лазерная установка 22 скрайбирования содержит генератор лазерного луча, сканирующее устройство для сканирования лазерного луча и цилиндрическое оптическое устройство, проходящее поперек относительно полосы и вблизи полосы для получения сканирующего пучка и фокусировки пучка на полосе вдоль обрабатываемого участка. Установка отличается тем, что она содержит ограничительную пластину между поверхностью полосы и оптическим фокусирующим устройством и относительно защитного устройства, причем в ограничительной пластине выполнено окно для лазерного луча, направленного к обрабатываемому участку, и в котором защитное устройство установлено для формирования рядом с окном газообразного слоя между ограничительной плоскостью и полосой, причем с функцией газообразной завесы по площади проема окна.

Также очевидно, что независимо от других ограничений установка 22 содержит генератор лазерного луча, вращающееся зеркальное сканирующее устройство для перемещения лазерного пучка согласно заданному углу, фокусирующее устройство, проходящее поперек относительно полосы и вблизи полосы для приема сканирующего пучка и фокусирования пучка на обрабатываемом участке полосы. Установка отличается тем, что она содержит ограничительное устройство, помещенное между сканирующим устройством и оптическим устройством фокусировки, и при этом содержащая два демпфирующих блока для регулирования угла сектора сканирования лазерного пучка, и в которой у блоков есть возможность регулирования для ограничения амплитуды пучка в зависимости от ширины полосы.

Кроме того, очевидно, что независимо от других ограничений лазерная установка 22 скрайбирования содержит два устройства для лазерной обработки, причем каждое содержит генератор для формирования лазерного пучка, сканирующее устройство для перемещения лазерного луча, и оптическое фокусирующее устройство, проходящее поперек и вблизи полосы для получения сканирующего пучка и фокусировки пучка на обрабатываемом участке. Сканирующее устройство и оптическое устройство комплектов (далее групп) лазерной обработки установлены со смещением и зеркально относительно поверхности по продольной оси полосы до конца обработки двух половин полосы в продольной плоскости.

Независимо от других ограничений лазерная установка 22 скрайбирования содержит генератор лазерного луча, сканирующее устройство для сканирования лазерного луча в соответствии с заданным углом, оптическое фокусирующее устройство, проходящее поперек и вблизи полосы для получения сканирующего пучка и фокусировки пучка на обрабатываемом участке. Установка отличается тем, что она к тому же содержит опорную раму с базовой поверхностью для упомянутой полосы и комплекта последовательно расположенных магнитов для удерживания полосы с прилеганием к упомянутой поверхности.

Изобретение относится к обработке трансформаторных листов с направленной структурой в виде полосы (26) в направлении продольного движения лазерным скрайбированием. Установка (22) содержит лазерный генератор для лазерного пучка (46a, 46b), цилиндрическую телескопическую оптическую систему (38a, 38b) с изменяемым фокусным расстоянием для формирования лазерного пучка (49a, 49b) с сечением эллиптической формы с изменяемой эллиптичностью как функции фокусных расстояний и вращающееся зеркальное сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения пучка лазерного излучения на заданный угол. Параболический отражатель (54) установки установлен поперек относительно полосы (26) для приема сканирующего лазерного пучка (51a, 51b) и фокусирования пучка на полосу (26) в виде пятна (55) вытянутой эллиптической формы по пути обработки (53a, 53b). Телескопическая система (38a, 38b) является регулируемой для изменения длины одной из осей лазерного пучка (52a, 52b) эллиптической формы при падении на полосу (26). Технический результат заключается в снижении потерь обработки скрайбированием участков небольшого по размерам поперечного сечения и максимальным проникновением на глубину. 7 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, содержащая лазерный генератор (43a, 43b), цилиндрическую телескопическую оптическую систему (38a, 38b) с изменяемым фокусным расстоянием для формирования лазерного пучка (49a, 49b) с сечением эллиптической формы с изменяемой эллиптичностью как функции фокусных расстояний и вращающееся зеркальное сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения лазерного пучка на заданный угол, отличающаяся тем, что она содержит фокусирующее устройство (41a, 41b) с параболическим отражателем (54), установленным поперек относительно полосы (26), для приема сканирующего лазерного пучка (51a, 51b) и фокусирования пучка на полосу (26) в виде удлиненного эллиптического пятна (55) в направлении (53a, 53b) обработки, и в которой упомянутая телескопическая система (38a, 38b) является регулируемой для изменения длины одной из осей лазерного пучка (52a, 52b) эллиптической формы при падении на полосу (26).

2. Установка (22) по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая телескопическая оптическая система (38а, 38b) содержит конструкцию направляющих (74, 76) с двумя опорными каретками (77, 78) для двух оптических подсистем с электрическим приводом и в которой упомянутые каретки являются перемещаемыми вдоль конструкции направляющих (74, 76) с функциональной зависимостью от определяемого фокусного расстояния и для направления пучка на участок приема сканирующего устройства (39a, 39b).

3. Установка (22) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лазерное демпфирующее устройство (81a, 81b), размещенное между сканирующим устройством (39a, 39b) и оптическим фокусирующим устройством (41a, 41b) и содержащее два демпфирующих блока (82, 83) с возможностью регулирования для ограничения амплитуды лазерного пучка в зависимости от ширины обрабатываемого участка.

4. Установка (22) по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ограничительную пластину (58a, 58b) и защитное устройство (42a, 42b), в котором упомянутая ограничительная пластина (58a, 58b) расположена между поверхностью полосы (26) и оптическим фокусирующим устройством (41a, 41b) и при этом содержит окно (61a, 61b) для лазерного пучка, направленного на обрабатываемый участок поверхности, при этом защитное устройство (42a, 42b) формирует газообразный слой между ограничительной пластиной и полосой (26) рядом с упомянутым окном (61a, 61b), причем с функцией газообразной завесы для упомянутого окна (61a, 61b).

5. Установка (22) по п.1, отличающаяся тем, что лазерный генератор (43a), телескопическая оптическая система (38a), сканирующее устройство (39a) и отражатель составляют первую функциональную группу (38a) для обработки половины (A) по ширине полосы (26) в движении, причем упомянутая установка (22) дополнительно содержит вторую функциональную группу, включающую в себя второй лазерный генератор (43b), вторую телескопическую оптическую систему (38b), второе сканирующее устройство (39b) и второй отражатель (54) для обработки второй половины (B) по ширине полосы (26), и в которой сканирующее устройство (39a) и отражатель (54) из первой функциональной группы расположены выше и на стороне полосы, тогда как сканирующее устройство (39b) и отражатель второй функциональной группы расположены выше и на противоположной стороне полосы относительно геометрической поверхности (56), проходящей через продольную ось (27) упомянутой полосы (26).

6. Установка (22) по п.1, отличающаяся тем, что телескопическая оптическая система (38a, 38b), сканирующее устройство (39a, 39b) и упомянутый отражатель (54) размещены в камере с устройством (32) для фильтрования и циркуляции воздуха.

7. Установка (22) по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая камера выполнена в виде лотка (57a, 57b) для опоры телескопической оптической системы (38a, 38b), для сканирующего устройства (39a, 39b) и для упомянутого отражателя (54) и крышки (59a, 59b) для упомянутого лотка.

8. Установка (22) по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрическая телескопическая оптическая система (38a, 38b) содержит линзы (47, 48) с возможностью поворота для изменения угла пятна относительно пути обработки.

9. Установка (22) по п.1, в которой падение лазерного пучка (52a, 52b) на полосу (26) определяет переднюю кромку (LdSp) и заднюю кромку (TrSp) в направлении перемещения по пути (53a, 53b) обработки и в которой сканирующее устройство (39a, 39b) определяет ряд последовательно расположенных углов между зеркалами, причем в упомянутой установке фокус (CFa, CFb) телескопической оптической системы (38a, 38b) расположен ниже от вращающегося зеркального сканирующего устройства (39a, 39b) и так, что во время падения лазерного пучка с сечением эллиптической формы на угол сканирующего устройства (39a, 39b) и с коммутацией между смежными зеркалами лазерный пучок имеет заднюю кромку (TrSp) пятна в конечной точке пути (53a, 53b) обработки и переднюю кромку (LdSp) в исходной точке упомянутого пути.

10. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, содержащая лазерный генератор (43a, 43b), цилиндрическую телескопическую оптическую систему (38a, 38b) с изменяемым фокусом для формирования лазерного пучка (49a, 49b) с сечением эллиптической формы, вращающееся зеркальное сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения пучка эллиптической формы в соответствии с заданным углом и цилиндрическое оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b), проходящее поперек полосы (26) и вблизи полосы (26) для получения сканирующего лазерного пучка (51a, 51b) и для фокусировки лазерного пучка с сечением в виде пятна эллиптической формы на полосе (26) вдоль обрабатываемого участка, в которой падение лазерного пучка на полосу (26) определяет переднюю кромку (LdSp) и заднюю кромку (TrSp) в направлении перемещения по пути (53a, 53b) обработки и в которой сканирующее устройство (39a, 39b) образует ряд последовательно расположенных углов между зеркалами упомянутой установки (22), отличающаяся тем, что фокус (CFa, CFb) телескопической оптической группы (38a, 38b) расположен ниже вращающегося зеркального сканирующего устройства (39a, 39b), при этом направление вращения упомянутого сканирующего устройства (39a, 39b) такое, что во время падения лазерного пучка эллиптической формы на угол сканирующего устройства (39a, 39b) и с коммутацией между двумя смежными зеркалами пучок имеет заднюю кромку (TrSp) пятна в конечной точке пути (53a, 53b) обработки и переднюю кромку (LdSp) в начальной точке упомянутого пути.

11. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, содержащая генератор (43a, 43b) лазерного пучка, сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения лазерного пучка (49a, 49b) и оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b) и в которой фокусирующее устройство проходит поперек полосы и вблизи полосы для получения сканирующего пучка (51a, 51b) и для фокусирования пучка на полосу вдоль обрабатываемого участка, отличающаяся тем, что она содержит ограничительную пластину (58a, 58b) для расположения между поверхностью полосы (26) и оптическим фокусирующим устройством (41a, 41b), в которой выполнено окно (61a, 61b) для лазерного пучка (52a, 52b), направленного к обрабатываемому участку полосы (26), и защитное устройство (42a, 42b), выполненное с возможностью формирования газообразного слоя между ограничительной пластиной и полосой рядом с окном (61a, 61b) с функцией газообразной завесы на участке упомянутого окна.

12. Установка (22) по п.11, отличающаяся тем, что сканирующее устройство (39a, 39b) и оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b) размещены в среде, связанной с устройством для фильтрования и рециркуляции, и в которой защитное устройство (42a, 42b) создает газообразный тонкий слой с воздухом упомянутой среды.

13. Установка (22) по п.12, отличающаяся тем, что защитное устройство (42a, 42b) содержит расположенные выше и ниже окна (61a, 61b) и паза (67) коробчатую крышку (64) с ограничительной пластиной (58a, 58b) с отверстиями (62, 63) в согласовании с окном (61a, 61b) для прохождения лазерного пучка (52a, 52b), направленного к обрабатываемому участку полосы (26), в которой установлено устройство (69a, 69b) вентиляции, которое направляет выбрасываемый воздух на обрабатываемый участок по касательной к пазу для удаления дыма, образуемого при обработке.

14. Установка (22) по п.11, или 12, или 13, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит телескопическую оптическую систему (39a) для формирования пучка с сечением эллиптической формы, и в которой лазерный генератор (43a), оптическое телескопическое устройство (38a), сканирующее устройство (39a) и оптическое фокусирующее устройство (41a) определяют первую функциональную группу (36a) для обработки половины (A) по ширине полосы (26) в движении, упомянутая установка (22) содержит вторую функциональную группу (36b), содержащую второй генератор (43b) лазерного пучка, вторую телескопическую оптическую систему (39b), второе сканирующее устройство (39b) и второе фокусирующее устройство (41b) для обработки второй половины (B) по ширине полосы, и в которой сканирующее устройство (39a) и фокусирующее устройство (41a) первой функциональной группы (36a) расположены со смещением и зеркально относительно сканирующего устройства (39b) и фокусирующего устройства (41b) второй функциональной группы (36b) и зеркально по отношению к геометрической вертикальной поверхности (56), проходящей через продольную ось (27) полосы; при этом окно (61a) первой группы связано с первой половиной (A) полосы (26); в которой ограничительная пластина (58b) определяет второе окно (61b) для лазерного пучка (52b), направленного к обрабатываемому участку другой половины (B) полосы, и в которой второе защитное устройство (42b) с функцией газообразной завесы установлено на участке второго окна (61b).

15. Установка (22) по п.11, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит телевизионную установку (98) с линейными телевизионными камерами и процессорами для обработки изображения, для остановки и анализа полученных изображений и контроля о наличии видимых повреждений и для выдачи показаний о параметрах, связанных с упомянутой обработкой.

16. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, содержащая генератор лазерного пучка (43a, 43b), вращающееся зеркальное сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения лазерного пучка (49a, 49b) на заданный угол, оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b), проходящее поперек полосы (26) и вблизи полосы (26) для получения сканирующего пучка (51a, 51b) и фокусирования пучка на обрабатываемый участок полосы (26), отличающаяся тем, что она содержит ограничительное устройство (81a, 81b), размещенное между сканирующим устройством (39a, 39b) и оптическим фокусирующим устройством (41a, 41b), и содержит два демпфирующих блока (82, 83) для регулирования угла сектора сканирования лазерного пучка (49a, 49b), и в которой упомянутые блоки (82, 83) имеют возможность регулирования для ограничения амплитуды пучка в зависимости от ширины полосы (26).

17. Установка (22) по п.16, отличающаяся тем, что демпфирующие блоки (82, 83) выполнены с возможностью взаимного смещения и автоматического поворота для того, чтобы устанавливать боковые стороны в положение соприкосновения с лазерным пучком и в соответствии с границами, установленными для ширины пучка.

18. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, отличающаяся тем, что она содержит две группы (36a, 36b) для лазерной обработки, причем каждая содержит генератор (43a, 43b) лазерного пучка, сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения лазерного пучка (49a, 49b) и оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b), проходящее поперек полосы (26) и вблизи полосы (26) для получения сканирующего пучка (51a, 51b) и фокусирования пучка на обрабатываемый участок полосы (26), сканирующее устройство (39a, 39b) и оптическое устройство групп лазерной обработки расположены со смещением и при этом зеркально относительно поверхности (56), проходящей по продольной оси (27) полосы (26) до конца обработки двух половин (A, B) в продольном направлении упомянутой полосы (26).

19. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, содержащая генератор лазерного пучка (43a, 43b), сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения лазерного пучка (49a, 49b) на заданный угол, оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b), проходящее поперек полосы (26) и вблизи полосы (26) для приема сканирующего пучка (51a, 51b) и фокусирования пучка на обрабатываемый участок полосы (26), отличающаяся тем, что она содержит телевизионную установку (98) для съемки результатов обработки и процессор для обработки изображений для выдачи показаний о параметрах, связанных с упомянутой обработкой.

20. Установка (22) для обработки лазерным скрайбированием трансформаторных листов в виде полосы (26) с направленной структурой в направлении продольного движения полосы, содержащая генератор лазерного пучка (43a, 43b), сканирующее устройство (39a, 39b) для перемещения лазерного пучка (49a, 49b) на заданный угол, оптическое фокусирующее устройство (41a, 41b), проходящее поперек полосы (26) и вблизи полосы (26) для приема сканирующего пучка (51a, 51b) и фокусирования пучка на обрабатываемый участок полосы (26), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит опорную раму (24) с базовой поверхностью для упомянутой полосы (26) и ряд магнитов (96) для удерживания полосы (26), прилегающей к упомянутой поверхности.