Установка для лазерной обработки Советский патент 1992 года по МПК B23K26/02 C21D1/09 

Изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки,

Цель изобретения - повышение точно сти путем снижения фоновых помех.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг, 2 - ход лучей вспомогательного лазера; на фиг. 3 - схема действия экрана на излучение фоновой помехи.

Установка содержит основной 1 и вспомогательный 2 лазеры, фокусирующий объектив 3, приспособление 4 для совмещения оптических осей 5 и 6 лазеров перед фокусирующим объективом 3, фотоприемник 7 отраженного излучения 8 вспомогательного

О

лазера 2. приспособление 9 для совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7, установленное на

XI оптической оси 6 вспомогательного лазера 2 перед приспособлением 4 для совмещения оптических осей 5 и 6 лазеров 1 и 2. дефлектор 11 и анализатор 12 световых сигналов, вход которого соединен с выходом фотоприемника 7, а выход - с основным лазером 1. Установка также снабжена приспособлением 13 распределения интенсивнести излучения по поперечному сечению луча вспомогательного лазера 2 в осесимметричное. установленным между вспомогательным лазером 2 и приспособлением 9 для совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7, приспособлением 14 для получения изображения центра вращения оптической оси перемещаемого дефлектором 11 луча 15 во входном зрачке фокусирующего обьектива 3 и экраном 16, установленным за фокусирующим объективом 3 нормально к его оптической оси. Дефлектор 11 установлен между, приспособлением 14 для Совмещения оптических осей 6 и 10 вспомогательного лазера 2 и фотоприемника 7 и приспособлением 14 для получения изображения центра вращения оптической оси.

Установка работает следующим образом.

Излучение вспомогательного лазера 2 направляют приспособлением 13 в виде аксикон, которое преобразует распределение интенсивности излучения по поперечному сечению луча в форму кольца. Преобразованный луч вспомогательного лазера 2 совмещают приспособлением 14 ,с каналом излучения основного лазера 1. Дефлектором 11 преобразованный луч вспомогательного лазера 2 сканируют колинеарно лучу основного лазера 1 и затем с помощью приспособления 14 направляют на фокусирующий объектив 3, которой, в свою очередь, фокусирует излучение на сканируемую поверхность 17 обрабатываемой детали 18. Затем часть отраженного от места обработки излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего последовательно фокусирующий объектив 3, приспособление 14, дефлектор 11 и приспособление 4 ответвляют приспособлением 9 на фотоприемник 7, который регистрирует это излучение. Полученный сигнал с выхода фотоприемника 7 анализируют анализатором 12, который вырабатывает сигнал для запуска основного лазера 1 при определенном положении пятна излучения вспомогательного лазера 2 на поверхности 17 обрабатываемой детали 18. Анализ сигналов осуществляют на основе мощности отраженного излучения вспомогательного лазера 2 от поверхности 17, подлежащей облучению основным лазером 1, и мощности фоновой помехи, обусловленной, в основном, отражением излучения вспомогательного лазера 2 от экрана 16. Преобразование распределения интенсивности излучения вспомогательного лазера 2 при наличии расположенного нормально к оси фокусирующего объектива 3 направленнорассеивающего экрана 16 позволяетувели.нить отношение мощности отраженного излучения вспомогательного лазера 2 от по.верхности 17, подлежащей облучению основным лазером 1, к мощности фоновой помехи, регистрируемых фотоприемником 7 (фиг. 3).

Ход лучей вспомогательного лазера 2,

фокусируемых на поверхность-17, нормаль, которой находится в некотором допуске отклонений от оси фокусирующего объектива 3, показан на фиг, 2, где у- половина угла сходимости фокусируемого излучения вспомогательного лазера; а - угол между нормалью к сканируемой поверхности 12 и осью фокусирующей системы 4.

Луч 15 излучения вспомогательного лазера 2, преобразованный в полый цилиндр,

фокусируют на обрабатываемой детали 18. Входной зрачок канала фотоприемника 7 совмещен с перетяжкой 19 сфокусированного на поверхность 17 луча 15 излучения вспомогательного лазера 2, поэтому все отраженное от поверхности 17 обрабатываемой детали 18 и прощедшее в ariepTypy фокусирующего объектива 3 излучение вспомогательного лазера 2 будет зарегистрировано фотрприемником.

Количество регистрируемой мощности отраженного от поверхности 17 излуяения зависит от угла а. Для зеркальной поверхности 17 должно выполняться условие о: у. В идеальном случае фокусируемый луч вспомогательного лазера 2 имеет в поперечном сечении форму окружности. Для такого луча будут действительны направления 19 и 20, экстремально расположенные относительно поверхности 17. В этом случае выражение для отраженного от поверхности 17луча обратно в апертуру в зависимости от угла а имеет вид

Ф,: |-агсв1п -(я

для у 2а

,(я-агса,„ ЕШ1«Ег

ДЛЯ )2а .

где Ф|-отраженный поток, прошедший обратно в апертуру фокусирующего объектива 3; 50 ф- полный отраженный от поверхности 17 поток.

Для сравнения с фокусирующим пучком, имеющим в поперечном сечении равномерное распределение плотности потока по всей площади круглого сечения, в табл. 1 приведены относительные значения Фз/Ф регистрируемой мощности для такого пучка и значения ф/Ф для предлагаемого устройства при у 15°, где Фз - отраженный поток (излучения), прошедший обратно в апертуру фокусирующего объектива, при фокусировании луча, имеющего равномерное распределение интенсивности по его круглому сечению. Из табл. 1 видно, что устройство снижает требования к качеству обрабатываемой поверхности 17 за счет увеличения отраженного от. этой поверхности потока излучения вспомогательного лазера-2 и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 в крайних положениях поверхности 17 относительно оси фокусирующего объектива 3. Это также способствует увеличению отношения мощности отраженного потока от поверхности 17 к мощности фоновой помехи. Фотоприемник 7 регистрирует только то излучение фоновой помехи, которое проходит в апертуру фокусирующего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7, Уровень помехи определяют характером отражения экрана 16. При отражении излучения экраном 16 по закону Ламберта выражение для отраженного этим экраном потока и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7 имеет вид где Ф- полный отраженный поток; 9- площадь входного зрачка канала фотоприемника;F - расстояние от входного зрачка до поверхности экрана 16. Эффективность обработки повышается с улучшением направленности отражения от экрана 16 излучения вспомогательного лазера 2. При направленно-рассеянном отражении излучения экраном 16 в плоский

Таблица 1 угол, расположенный в плоскости угла падения, равный 90, сила света внутри этого угла распределяется по следующему закону:1 1макс (y-f-yj), где 1 - сила света отраженного излучения; (макс - минимальное значение силы света отраженного излучения; - угловая координата направления отраженного излучения в плоскости угла падения, отсчитываемая от нормали . к поверхности экрана 16. Поток отраженного от экрана 16 излучения вспомогательного лазера 2 и прошедшего обратно в апертуру фокусирующего объектива 3 через входной зрачок канала фотоприемника 7 имеет следующий вид: ф,10 -Ф|.З.С08 -С084х. сравнительные данные для потоков Ф|0, ф и потока Фз, полученного при отражении экраном 16 по закону Ламберта падающего излучения вспомогательного лазера 2 с равномерным распределением интенсивности излучени:я по круглому поперечному сечению его пучка, приведены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что установка в условиях наличия поверхностей, являющихся источниками фоновой помехи, нормальных к оси фокусирующего объектива 3, позволяет уменьшить фоновую помеху на 3-4 порядка, а следовательно, повысить точность. Установка по сравнению с базовым объективом позволяет за счет автоматизации термообработки повысить производительность в 1,5-2 раза.

Таблица 2

Ч

/

у,.7

W

Фиг.1