Сканатор для лазерной технологической установки Советский патент 1987 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к технике обработки изделий и материалов с помощью мощного непрерывного лазерного излучения, а именно к устройствам, предназначенным для управления пере- мещением лазерного луча, и может быть использоваио в промьшшенности для высокопроизводительной автоматизированной сварки, резки, термообработки различных деталей, а также в измеритель- fO ной технике с угловым сканированием луча. Известен сканатор, содержащий кор пус, консольную упругую балку со ска нирующим элементом, электромагнитную систему возбуждения колебаний упругой балки. Свободный конец балки снаб жен ударной массой, расположенной симметрично между квумя жесткими ограничителями, образующими вместе сударной массой ударную пару. Известное устройство обеспечивает пилообразный режим колебаний с необходимыми частотами для преобразования и сглаживания пространственной неоднородности лазерного пучка. Однако известное устройство неприменимо для управления лучами технологических лазеров, так как сканирующий элемент (зеркало) должен быть достаточно массивным и водоохлаждаемым для рассеивания выделяющей ся на его поверхности тепловой энергии, что существенно увеличивает габариты, массу сканатора и энергозатраты на возбуждение крупногабаритной колебательной системы. Наиболее близким к изобретению техническим рещением является сканатор, содержащий коромысло со скани рующими зеркалом, установленное в корпусе с возможностью поворота относительно оси. качания, и электромаг нитную систему возбуждения колебаний коромысла. Недостатком известного сканатора является повыщение энергозатрат, уве личение массы и габаритов сканатора ггри использовании его для управления лучами технологических лазеров. Кроме того, в известном сканаторе не предусмотрена стабилизация параметров сканирования коромысла. Цель изобретения - снижение энергозатрат, уменьщение массы и габаритов сканатора, а также стабилизация параметров сканирования. Цель достигается тем, что сканатор, содержащий коромысло со сканируемым зеркалом, установленное в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, и злектромагнитнзпо систему возбуждения колебаний коромысла, снабжен равноудаленными от оси качания идентичными ударными парами, элементы которых установлены соответственно ни плечах коромысла и в корпусе, при этом коромысло соединено с корпусом резонансными упругими элементами. На фиг.1 изображена-схема предлагаемого сканатора; на фиг.2 - схема лазерной обработки с использованием сианатора; на фиг.З - амплитудно-частотная характеристика колебаний виб роударной системы. Сканирующее зеркало 1 жестко закреплено на коромысле 2, которое установлено с -возможностью качания на оси 3 в корпусе 4 сканатора. Коромысло 2 связано также с корпусом 4 резонансными упругими элементами 5 и имеет равноудаленные от оси 3 ударники 6. Жесткость резонансных упругих элементов 5 наряду с моментом инерции коромысла 2 со сканирующим зеркалом 1 относИ|Тельно оси качания 3 определяет частоту возбуждения резонансных колебанки f 1. На корпусе 4 на одинаковых расстояниях от оси 3 и с одинаковыми зазорами относительно ударников 6 закреплены жесткие упоры 7, обеспечивающие соударения по нормали ударников 6 с упорами 7. Каждьй ударник 6 с соответствующим упором 7 образуют ударную пару. На корпусе также установлены электромагниты 8 системы возбуждения резонансных колебаний коромысла 2. На фиг.1 также показаны падающий 9 и отраженный 10 от зеркала 1 лазерные пучки. В лазерной технологической установке (фиг.2) сканатор устанавливается так, что прощедщий через фокусирующую систему 11 лазерный пучок 9 попадает на сканирующее зеркало 1. Отраженный сфокусированный пучак 10 направляется на перемещающуюся со скоростью V деталь 12 в зону лазерной обработки 13. Амплитудная-частотная характеристика колебаний виброударной системы в общем случае имеет вид, приведенный на фиг.З. Здесь V- амплитуда угловых колебаний коромысла, f - частота электромагнитной системы возбуждения колебаний коромысла,W угловой зазор между жесткими упорами и ударниками в ударной паре. Пунктиром показана амплитудно-частотная характеристика механической системы без ударников и fp ее резонансная частота.

Устройство работает следующим об: разом.

Электромагниты 8 питаются переменным током на резонансной частоте f р и возбуждают угловые колебания коромысла 2 с зеркалом 1. Необходимая амплитуда угловых колебаний массивного сканирующего зеркала 1 с коромыслом 2 обеспечива1ется за счет резонансных свойств системы. Упругие удары ударников 6 об упоры 7 в ударных парах позволяют в крайних положениях резко изменять направление движения коромысла 2 на противоположное и обеспечить пилообразный закон угловых колебаний. Йри этом значительно снижаются размеры, масса и количество электронной управляющей аппаратуры сканатора по сравнению с прототипом. Затем частоту переменного тока, питают щего электромагниты 8, увеличивают, переводят сканатор в рабочий режим колебаний (нелинейный эффект затягивания амплитуды колебаний по часто те), соответствующий точке А на фиг.З, при котором реализуется высокостабильный пилообразный закон колёбаний If (t) сканирующего зеркала 1. Сканатор также может быть возбужден непосредственно на частоте рабочего режима (точка А на фиг.З) путем подачи дополнительного импульса в электромагниты 8 системы возбуждения,

В предложенном устройстве легко осуществляется регулирование частоты и амплитуды сканирования. Первое путем изменения частоты возбуждения f и перемещения рабочей точки А по горизонтальному участку нелинейной ветви амплитудно-частотной характеристики (фиг.З). Второй - изменением зазоров между ударниками 6 и упорами 7 в ударных парах, для чего упоры выполняются регулируемыми. При этом величину амплитуды колебаний Чд можно регулировать от нуля до максимального значения достроенной пунктиром (фиг.З) амплитудно-частотной характеристики. .

За счет упругого взаимодействия в ударных парах и резонансных свойств системы устройство обеспечивает необходимое высокочастотное сканирование и пилообразный закон колебаний при массе и габаритах сканатора и управляющей аппаратуры в десятки раз меньших, чем у прототипа. Соответственно уменьшаются энергозатраты. Резонансные свойства системы позволяют существенно снизить требования к форме возбуждающего сигнала и упростить электронную рхему управления. В предложенном устройстве реализуется высокостабильный по амплитуде закон колебаний пилообразной формы с практически постоянной угловой скоростью движения сканирующего зеркала в интервалах времени между соударениями в ударных парах.

СКАНАТОР ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНО ПОГИЧЕСКРЙ УСТАНОВКИ, содержащий коромысло со сканирующим зеркалом, установленное в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, и электромагнитную систему возбуждения колебаний коромысла, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, уменьшения массы и габаритов сканатора и стабилизации параметров сканирования, он снабжен равноудаленнь1ми от оси качания идентичными ударными парами, элементы которых установлены соответственно на плечах коромысла и в корпусе, при этом коромысло соединено с корпусом резонансными упругими элементами. О t ю О5 00