Лазерное устройство с призматическим вращающимся зеркалом Российский патент 2022 года по МПК H01S3/02 B23K26/64 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится к области оборудования для лазерной резки и, в частности, к лазерному устройству, содержащему призматическое вращающееся зеркало.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Лазерный свет, излучаемый лазерным устройством, проходит через систему оптического тракта и фокусируется для получения лазерного луча с высокой плотностью мощности. Лазерный луч облучает поверхность заготовки таким образом, что температура заготовки достигает точки плавления или точки кипения, а газ высокого давления, имеющий общую ось с лазерным лучом, сдувает расплавленный или газифицированный металл. При перемещении лазерного луча по отношению к заготовке в заготовке образуется прорезь, таким образом достигая цели резки. В заявке CN 2019183636.8 представлено устройство для лазерной резки. Скорость вращения граненого вращающегося зеркала достигает 25-100 м/с, что намного больше, чем скорость качения колеблющегося (вибрационного) зеркала, вследствие этого эффективность лазерной резки повышается, но все еще не отвечает потребностям.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Данное изобретение представляет собой лазерное устройство с призматическим вращающимся зеркалом, которое повышает эффективность лазерной резки по сравнению с аналогами, известными из предыдущего уровне техники.

[0004] Лазерное устройство содержит опорно-приводное устройство, лазерный генератор, узел зеркал, включающий вращающееся зеркало, колеблющееся (вибрационное) зеркало и полевую линзу. Лазерный генератор, узел зеркала, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало и полевое зеркало расположены на опорно-приводном устройстве вдоль направления распространения лазерного излучения; вращающееся зеркало содержит верхнюю пирамиду и нижнюю пирамиду; верхняя пирамида и нижняя пирамида имеют форму усеченной пирамиды; верхняя пирамида и нижняя пирамида коаксиально закреплены друг с другом; меньшее основание верхней пирамиды полностью сопряжено с меньшим основанием нижней пирамиды; вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало связаны с опорно-приводным устройством с возможностью вращения; опорно-приводное устройство содержит первый приводной блок для приведения в действие вращающегося зеркала и второй приводной блок для приведения в действие колеблющегося зеркала.

[0005] Лазерный луч, генерируемый лазерным генератором, отражается узлом зеркала на вращающееся зеркало. Затем лазерный луч отражается верхней и нижней пирамидой на колеблющееся зеркало, а затем фокусируется полевой линзой и выводится на объект. Вращение вращающегося зеркала и колеблющегося зеркала заставляет точки воздействия лазерного луча на рабочей плоскости перемещаться в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях, и два зеркала функционируют вместе, заставляя лазерный луч двигаться по прямой линии и различным кривым линиям на рабочей плоскости. Поскольку лазерный луч дважды отражается от вращающегося зеркала, коэффициент отклонения вращающегося зеркала, содержащего две пирамиды, вдвое выше, чем у обычного призматического вращающегося зеркала. Таким образом, повышается эффективность лазерной резки, даже если скорость вращения вращающегося зеркала является постоянной.

[0006] При данном осуществлении изобретения верхняя пирамида и нижняя пирамида являются восьмиугольными, и каждая грань верхней и нижней пирамид имеет золотое покрытие. Это способствует улучшению отражательной способности вращающегося зеркала.

[0007] При данном осуществлении изобретения вращающееся зеркало соединено с опорно-приводным устройством с возможностью вращения через вращающийся вал, при этом вращающийся вал имеет общую ось с верхней пирамидой и нижней пирамидой. Ось вращения вращающегося зеркала перпендикулярна оси вращения колеблющегося зеркала, так что точки воздействия лазера перемещаются на рабочей плоскости в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях, и два зеркала функционируют вместе, заставляя лазер двигаться по прямой линии и различным кривым линиям на рабочей плоскости.

[0008] При данном осуществлении изобретения ось вращения вращающегося зеркала является вертикальной, а ось вращения колеблющегося зеркала является горизонтальной, что удобно для вычисления скорости вращения и угла поворота вращающегося зеркала и колеблющегося зеркала.

[0009] При данном осуществлении изобретения узел зеркала содержит первое плоское зеркало и второе плоское зеркало; угол между первым плоским зеркалом и горизонтальной плоскостью составляет 45 градусов; второе плоское зеркало параллельно первому плоскому зеркалу; первое плоское зеркало расположено над вторым плоским зеркалом, при этом первое плоское зеркало и второе плоское зеркало расположены на опорно-приводном устройстве. После того, как горизонтально падающий лазерный луч отражается первым плоским зеркалом, он достигает второго плоского зеркала по вертикали. После отражения лазера от второго плоского зеркала он становится горизонтальным и падает на вращающееся зеркало.

[0010] При данном осуществлении изобретения опорно-приводное устройство содержит горизонтальную пластину и вертикальную пластину, жестко соединенную с горизонтальной пластиной.

[0011] При данном осуществлении изобретения лазерный генератор расположен на горизонтальной пластине. Горизонтальная пластина жестко соединена с монтажной опорой, а устройство сведения пучков расположено на монтажной опоре. Монтажная опора снабжена опорной рамой, а расширитель пучка расположен на опорной раме. И лазерный генератор, и монтажная опора расположены на горизонтальной пластине.

[0012] При данном осуществлении изобретения рамка первого зеркала неподвижно расположена на вертикальной пластине, а первое плоское зеркало расположено на рамке первого зеркала; шариковый винт вертикально расположен на вертикальной пластине; шариковый винт имеет гайку; подвижное основание расположено на гайке, а рамка второго зеркала неподвижно установлена на подвижном основании; второе плоское зеркало расположено на рамке второго зеркала; вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало соединены с возможностью вращения с подвижным основанием через первый соединитель, а полевая линза жестко соединена с подвижным основанием через второй соединитель. Шариковый винт выполнен с возможностью перемещения подвижного основания вверх и вниз, тем самым, приводя в движение вверх и вниз второе плоское зеркало, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало и полевую линзу.

[0013] При данном осуществлении изобретения полевая линза представляет собой линзу F-theta (фокусную линзу).

[0014] При данном осуществлении изобретения серводвигатель расположен на вертикальной пластине для приведения в действие шарикового винта.

[0015] Лазерное устройство в рамках данного изобретения имеет следующие преимущества: поскольку лазер отражается верхней пирамидой и нижней пирамидой вращающегося зеркала, коэффициент отклонения вращающегося зеркала, содержащего две пирамиды, выше, чем у обычного призматического вращающегося зеркала. Вследствие этого эффективность лазерной резки повышается, даже если скорость вращения вращающегося зеркала является постоянной.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0016] Чтобы ясно проиллюстрировать техническое решение изобретения, ниже будут кратко представлены чертежи, необходимые в описании. Очевидно, что чертежи в нижеследующем описании представляют собой лишь некоторые варианты осуществления изобретения. Специалисты в данной области могут создать последующие чертежи без применения творческого труда.

[0017] Фиг. 1 - схематический чертеж вращающегося зеркала лазерного устройства в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения;

[0018] Фиг. 2 - вид лазерного устройства в разрезе в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения;

[0019] Фиг. 3 - схематический чертеж лазерного устройства в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения; и

[0020] Фиг. 4 - схематический чертеж лазерного устройства под другим углом зрения в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения.

[0021] На чертежах используются следующие ссылочные номера: 1. Опорно- приводное устройство; 2. Колеблющееся зеркало; 3. Полевая линза; 4. Верхняя пирамида; 5. Нижняя пирамида; 6. Первое плоское зеркало; 7. Второе плоское зеркало; 8. Горизонтальная пластина; 9. Вертикальная пластина; 10. Шариковый винт; 11. Серводвигатель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0022] Чтобы дополнительно проиллюстрировать данное изобретение, ниже описаны варианты исполнения, содержащие детальную информацию о лазерном устройстве. Следует отметить, что следующие варианты исполнения предназначены для описания, а не для ограничения изобретения.

[0023] Как показано на Фиг. 1-4, изобретение представляет собой лазерное устройство, содержащее опорно-приводное устройство, лазерный генератор, устройство сведения пучков, расширитель пучка, узел зеркала, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало 2 и линзу F-theta 3. Линза F-theta сконфигурирована для фокусировки лазерного света. Лазерный генератор, устройство сведения пучков, расширитель пучка, узел зеркала, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало 2 и полевое зеркало расположены на опорно- приводном устройстве вдоль направления распространения лазерного излучения; вращающееся зеркало содержит верхнюю пирамиду 4 и нижнюю пирамиду 5; верхняя пирамида и нижняя пирамида идентичны по форме усеченной пирамиды; верхняя пирамида и нижняя пирамида коаксиально закреплены друг с другом; меньшее основание верхней пирамиды 4 полностью сопряжено с меньшим основанием нижней пирамиды 5; вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало 2 связаны с опорно-приводным устройством с возможностью вращения; опорно-приводное устройство содержит первый приводной блок для приведения в действие вращающегося зеркала и второй приводной блок для приведения в действие колеблющегося зеркала 2.

[0024] Лазерный луч, генерируемый лазерным генератором 1, обрабатывается устройством сведения пучков, расширяется расширителем пучка, и затем отражается узлом зеркала на вращающееся зеркало. При быстром вращении вращающееся зеркало отражает лазерный луч на колеблющееся зеркало 2, а затем лазер фокусируется линзой F-theta и выводится на объект. Вращение вращающегося зеркала и колеблющегося зеркала 2 заставляет точки воздействия лазерного луча на рабочей плоскости перемещаться в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях, и два зеркала функционируют вместе, чтобы направить лазерный луч двигаться по прямой линии и различным кривым линиям на рабочей плоскости. В одном отражении, когда угол вращения зеркала равен α, а угол вращения исходящего пучка равен 2α. Поскольку лазер дважды отражается от вращающегося зеркала, коэффициент отклонения вращающегося зеркала, содержащего две пирамиды, вдвое выше, чем у обычного призматического вращающегося зеркала. Таким образом, эффективность лазерной резки повышается, даже если скорость вращения вращающегося зеркала является постоянной.

[0025] Верхняя пирамида и нижняя пирамида являются восьмиугольными, и каждая сторона верхней и нижней пирамиды имеет золотое покрытие, что улучшает отражательную способность вращающегося зеркала. Вращающееся зеркало связано с возможностью вращения с опорно-приводным устройством через вращающийся вал, а вращающийся вал имеет общую ось с верхней пирамидой 4 и нижней пирамидой 5. Ось вращения вращающегося зеркала перпендикулярна оси вращения колеблющегося зеркала 2, так что точки воздействия лазерного луча перемещаются на рабочей плоскости в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях, а два зеркала функционируют вместе, чтобы направить лазерный луч двигаться по прямой линии и различным кривым линиям на рабочей плоскости. Ось вращения вращающегося зеркала является вертикальной, а ось вращения колеблющегося зеркала 2 является горизонтальной, что удобно для расчета скорости вращения и угла вращающегося зеркала и колеблющегося зеркала 2.

[0026] Узел зеркала содержит первое плоское зеркало 6 и второе плоское зеркало 7; угол между первым плоским зеркалом 6 и горизонтальной плоскостью составляет 45 градусов; второе плоское зеркало 7 параллельно первому плоскому зеркалу 6; первое плоское зеркало 6 расположено над вторым плоским зеркалом 7, и первое плоское зеркало 6 и второе плоское зеркало 7 расположены на опорно-приводном устройстве. После того, как горизонтально падающий лазерный луч отражается первым плоским зеркалом 6, он достигает второго плоского зеркала 7 по вертикали. После отражения лазера вторым плоским зеркалом 7 он становится горизонтальным и падает на вращающееся зеркало.

[0027] Опорно-приводное устройство содержит горизонтальную пластину 8 и вертикальную пластину 9, жестко соединенные с горизонтальной пластиной 8. Лазерный генератор расположен на горизонтальной пластине 8. Горизонтальная пластина 8 жестко соединена с монтажной опорой, устройство сведения пучков расположено на монтажной опоре. Монтажная опора снабжена опорной рамой, а расширитель пучка расположен на опорной раме.

[0028] Рамка первого зеркала неподвижно расположена на вертикальной пластине 9, а первое плоское зеркало 6 расположено на рамке первого зеркала; шариковый винт 10 вертикально расположен на вертикальной пластине 9; шариковый винт содержит гайку; подвижное основание расположено на гайке, а рамка второго зеркала неподвижно установлена на подвижном основании; второе плоское зеркало 7 расположено на рамке второго зеркала; вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало соединены с возможностью вращения с подвижным основанием через первый соединитель, а полевая линза 3 жестко соединена с подвижным основанием через второй соединитель. Шариковый винт 10 выполнен с возможностью приводить подвижное основание в движение вверх и вниз, тем самым заставляя второе плоское зеркало 7, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало 2 и полевую линзу 3 перемещаться вверх и вниз.

[0029] Термины «первый», «второй», «третий», «четвертый» и подобные (если имеются) в описании, формуле изобретения и на чертежах используются для различения похожих объектов, и их не следует использовать для описания определенного порядка или последовательности. Следует понимать, что данные, используемые таким образом, могут быть изменены, где это уместно, так что варианты исполнения изобретения, описанные здесь, могут быть реализованы в последовательности, отличной от той, которая проиллюстрирована или описана здесь. Кроме того, термины «включающий» и «имеющий» и любые их вариации предназначены для охвата неисключительных включений.

[0030] Специалистам в области техники будет очевидно, что могут быть внесены изменения и модификации, и поэтому цель прилагаемой формулы изобретения состоит в том, чтобы охватить все такие изменения и модификации.

Изобретение относится к области оборудования для лазерной резки. Изобретение представляет собой лазерное устройство, содержащее опорно-приводное устройство, лазерный генератор, узел зеркал, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало и полевую линзу. Лазерный генератор, узел зеркала, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало и полевое зеркало расположены на опорно-приводном устройстве вдоль направления распространения лазерного излучения. Вращающееся зеркало состоит из верхней и нижней пирамид. Верхняя пирамида и нижняя пирамида идентичны по форме усеченной пирамиды. Верхняя пирамида и нижняя пирамида коаксиально закреплены друг с другом; меньший торец верхней пирамиды полностью упирается в меньший торец нижней пирамиды. Вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало связаны с опорно-приводным устройством с возможностью вращения. Опорно-приводное устройство включает в себя первый приводной блок для приведения в действие вращающегося зеркала и второй приводной блок для приведения в действие колеблющегося зеркала. Технический результат: повышение эффективности лазерной резки. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лазерное устройство, содержащее: опорно-приводное устройство, лазерный генератор, узел зеркала, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало (2) и полевую линзу (3); в котором:

лазерный генератор, узел зеркала, вращающееся зеркало, колеблющееся зеркало (2) и полевое зеркало расположены на опорно-приводном устройстве вдоль направления распространения лазерного излучения; вращающееся зеркало состоит из верхней пирамиды (4) и нижней пирамиды (5); верхняя пирамида и нижняя пирамида идентичны и выполнены в форме усечённой пирамиды; верхняя пирамида и нижняя пирамида коаксиально закреплены друг с другом; меньшее основание верхней пирамиды (4) полностью упирается в меньшее основание нижней пирамиды (5); вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало (2) соединены с возможностью вращения с опорно-приводным устройством; опорно-приводное устройство содержит первый приводной блок для приведения в действие вращающегося зеркала и второй приводной блок для приведения в действие колеблющегося зеркала (2).

2. Лазерное устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя пирамида (4) и нижняя пирамида (5) являются восьмиугольными, а каждая сторона верхней пирамиды (4) и нижней пирамиды (5) имеет золотое покрытие.

3. Лазерное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вращающееся зеркало содержит вращающийся вал, имеющий общую ось с верхней пирамидой (4) и нижней пирамидой (5); а ось вращения вращающегося зеркала перпендикулярна оси вращения колеблющегося зеркала (2).

4. Лазерное устройство по п.3, отличающееся тем, что вращающийся вал вращающегося зеркала расположен вертикально, а вращающийся вал колеблющегося зеркала (2) расположен горизонтально.

5. Лазерное устройство по п.1, отличающееся тем, что узел зеркала содержит первое плоское зеркало (6) и второе плоское зеркало (7); угол между первым плоским зеркалом (6) и горизонтальной плоскостью составляет 45 градусов; второе плоское зеркало (7) расположено параллельно первому плоскому зеркалу (6); первое плоское зеркало (6) расположено над вторым плоским зеркалом (7), а первое плоское зеркало (6) и второе плоское зеркало (7) расположены на опорно-приводном устройстве, при этом первое плоское зеркало (6) снабжено рамкой первого зеркала, а второе плоское зеркало (7) - рамкой второго зеркала.

6. Лазерное устройство по п.5, отличающееся тем, что опорно-приводное устройство содержит горизонтальную пластину (8) и вертикальную пластину (9), жестко соединенные с горизонтальной пластиной (8).

7. Лазерное устройство по п.6, отличающееся тем, что лазерный генератор расположен на горизонтальной пластине (8).

8. Лазерное устройство по п.6, отличающееся тем, что первое плоское зеркало (6) расположено на рамке первого зеркала, неподвижно установленной на вертикальной пластине (9), снабженной шариковым винтом (10) с гайкой, на которой расположено подвижное основание, а второе плоское зеркало (7) расположено на рамке второго зеркала, неподвижно установленной на подвижном основании, при этом вращающееся зеркало и колеблющееся зеркало (2) соединены с подвижным основанием с возможностью вращения, а полевая линза (3) жестко соединена с подвижным основанием.

9. Лазерное устройство по п.1 или 8, отличающееся тем, что полевая линза (3) представляет собой линзу F-theta.

10. Лазерное устройство по п.8, отличающееся тем, что оно содержит серводвигатель (11), установленный на вертикальной пластине (9), для приведения в действие шарикового винта (10).