Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01J5/00 B23K26/04 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для контроля в процессе лазерной обработки за усредненным по времени обработки распределением интенсивности в зоне обработки, в частности в процессе формирования микрооптических элементов (МОЭ) в пористом оптическом материале локальным лазерным воздействием.

Цель изобретения - повышение точности контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности пучка ИК-диапазона по поверхности обрабатываемой детали, а также упрощение оптической схемы устройства

На чертеже представлена схема устройства для лазерной обработки материалов.

Устройство содержит два оптических канала; канал формирования ИК-излучения и канал формирования излучения видимого диапазона спектра. Канал формирования ИК-излучения содержит лазер 1 на СОа ( Я 10,6 мкм), электромеханический затвор 2 и объектна 3, установленный под небольшим углом к оптической оси технологического лазера 1. В фокальной плоскости обьектива 3 располагается координатный столик 4. на котором размещается обрабатываемое изделие 5 За объективом 3 расположен узел 6 синхронного перемещения, состоящий из двух зеркал с блоком 7 управления. СелекOv

СО

ел о

тивное зеркало 8 установлено за узлом 8 синхронного перемещения. Второй канал содержит лазер 9, оптическую систему 10 фокусировки излучения видь мого диапазона спектра, состоящую, например, из телескопической системы и объектива, узел 6 синхронного перемещения с блоком 7 управления , селективное зеркало 8, неподвижную диафрагму 11, фотоприемник 12 и осциллограф 13.

Способ реализуется следующим образом,

Пучок излучения с Я 10,6 мкм от С02- лазера (лазер типа ЛГ-43) проходит через электромеханический затвор 2, германиевый объектив 3, в фокальной плоскости которого на координатном столике 4 размещается обрабатываемое изделие 5, на поверхности которого формируется зона обработки, и последовательно отражается от зеркал узла 6 синхронного перемещения. Покачивание одного зеркала в меридиа- нальной плоскости с частотой fi приводит к перемещению сфокусированного пучка в плоскости обработки по координате X со скоростью Vi dfi, Покачивание другого зеркала в саггитальной плоскости приводит к перемещению сфокусированного пучка в плоскости обработки по координате Y со скоростью V2 df2. где d - размер зоны обработки.

Одновременно с зоной обработки, формируемой излучением СОг-лазерэ. в том же месте и такого же размера формируется зона обработки излучением видимого спектра от лазера. Формирование осуществляется оптической системой 10 и узлом 6 синхронного перемещения. Сканирование зоны обработки в процессе обработки осуществляется покачиванием селективного зеркала 8 с частотой fa. приводящим к перемещению сфокусированного пучка видимого диапазона спектра со скоростью Va dfa относительно неподвижной диафрагмы 11. Излучение, прошедшее через диафрагму при сканировании зом ы обработки, регистрируется фотоприемником, выход которого соединен с осциллографом. На экране осциллографа наблюдают картину усредненного по времени обработки распределения интенсивности ИК-излучения в зоне обработки.

Усредненое по времени обработки распределение интенсивности видимого излучения в зоне обработки полностью идентично распределению интенсивности ИК-излучения, так как и TQ, л другое распределение формируются за счет синхронного перемещения совмещенных, сфокусированных пучков одинакового диаметра в пределах зоны обработки. Одинаковость в размерах сечений в плоскости обработки достигается перемещением оптических комлонентов оптической системы для фокусировки излучения видимого диапазона спектра вдоль оптической оси системы.

Совмещение пучков в плоскости обработки достигается установкой объектива для фокусировки ИК-излучения под неболь0 шим углом к оптической оси технологического лазера и размещением оптической системы для фокусировки излучения видимого диапазона спектра со стороны задней поверхности объектива для фокусировки

5 ИК-излучения. Небольшой наклон объектива на угол а приводит лишь к незначительному (не более 5% при максимальном угле, что установлено экспериментом) увеличению диаметра фокального пятна в плоско0 сти обработки.

Введение селективного зеркала позволяет сканировать усредненное по времени обработки распределение интенсивности ИК-излучения в плоскости, оптически сопря5 женной с плоскостью обработки.

Использование в процессе лазерной обработки при формировании МОЭ точного контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности в зоне обра0 ботки позволяет существенно улучшить опти- ческие параметры МОЭ. Например, разрешающая способность МОЭ была доведена до 350 л/мм, а отклонение в фокусном расстоянии удалось снизить до 0,5%.

5

Формула изобретения 1. Способ лазерной обработки материалов, заключающийся в совмещении пучков технологического лазера ИК-диапазона и

0 лазера видимого диапазона спектра, фокусировке обоих пучков в плоскость обработки, сканировании обоих пучков по поверхности обрабатываемой детали в плоскости обработки и регистрации распреде5 ления интенсивности пучка видимого диапазона по поверхности обрабатываемой детали, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за усредненным по времени обработки рас0 пределением интенсивности пучка ИК-диапазона по поверхности обрабатываемой детали, уравнивают размеры обоих пучков в плоскости обработки, сканируют изображением распределения интенсивности пучка

е видимого диапазона на поверхности детали относительно точечного фотоприемпика, расположенного в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью обработки, при этом скорость сканирования изображением по фотоприемнику выбирают намного меньше скорости сканирования пучками в плоскости обработки.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью упрощения оптической схемы, совмещение пучков осуществляется после отражения сфокусированного пучка видимого диапазона от задней плоскости поверхности фокусирующего обьектива для ИК-пучка. расположенного под малым углом к оптической оси ИК-лазера.

3.Устройство для лазерной обработки материалов, включающее технологический лазер ИК-диапазона и лазер видимого диапазона спектра, узел совмещения пучков обоих лазеров и расположенные далее на общей оптической оси обоих лазеров узел

сканирования пучков и плоское селективное зеркало, а также фокусирующий объектив для ИК-пучка и преобразователь излучения, отличающееся тем, что. с целью повышения точности контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности пучка ИК-диапазона по поверхности обрабатываемой детали.между лазером видимого диапазона и узле совмещения пучков введен второй фокусирующий объектив для видимого пучка, причем его оптические компоненты выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, селективное зеркало выполнено сканирующим, а преобразователь излучения выполнен в виде точечного фотоприемника.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для непрерывного контроля за распределением 2 интенсивности ИК-излучения в процессе лазерной обработки, в частности, в процессе формирования микрооптических элементов (МОЭ) в пористом оптическом материале локальным лазерным воздействием. Цель изобретения - повышение точности контроля. Пучки лазеров ИК- и видимого диапазонов совмещаются, фокусируются на обрабатываемую деталь и синхронно сканируются по ее поверхности. Размеры пятен обоих пучков на обрабатываемой поверхности уравниваются. Контроль за распределением интенсивности ИК-излучения на поверхности детали осуществляют в оптически сопряженной с ней плоскости. в которой осуществляют сканирование изображением распределения интенсивности видимого излучения на поверхности детали по точечному фотоприемнику. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил. сл

9