Импульсная лазерная установка для обработки материалов Советский патент 1991 года по МПК B23K26/02 

т-л О

Изобретение относится к лазерной обработке материалов. Цель изобретения - повышение качества и производительности лазерной обработки и упрощение установки. Установка состоит из дросселя, зарядного и разрядных тиристоров, емкостного накопителя, импульсного трансформатора, лампы накачки и оптического тракта. Установка содержит также схему управления тиристорами, блок дежурной дуги и блок поджига, С помощью резисторного делителя сетевое напряжение поступает на вход блока управления, который вырабатывает сигналы управления тиристорами. В положительный полуперисде сетевого напряжения открывается входной тиристор и заряжается емкостный накопитель, в отрицательный полупериод- выходные тиристоры, которые разряжают емкостный накопитель на лампу. Установка позволяет повысить производительность обработки за счет введения частоты 50 Гц, упростить схему за счет исключения синхронизирующего трансформатора и снижения числа линий связи, 1 з.п.ф-лы. 2 ил. C/i

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной обработки материалов.

Цель изобретения - повышение качества и производительности лазерной обработки, а также упрощение установки.

На фиг. 1 изображена функциональная схема технологической импульсной лазерной установки; на фиг. 2 - электрическая принципиальная схема блока управления.

Установка содержит последовательно соединенные дроссель 1, зарядный тиристор 2, емкостный накопитель 3, диод 4, подключенные к двум фазам питающей сети, последовательно соединенные первый

разрядный тиристор 5, импульсный трансформатор 6 поджига, лампу 7 накачки, установленную в квантроне 8, освещающую кристалл 9 и второй разрядный тиристор 10, защитный конденсатор 11, блок 12 поджига, блок 13 управления тиристорами, блок 14 дежурной дуги, оптически сопряженные отражающее зеркало 15, линзу 16 и изделие 17, последовательно соединенные резисторы 18 и 19 делителя напряжения.

Блок дежурной дуги подключен входом к трем фазам питающей сети, а выходом - к последовательно соединенным лампе 7 накачки и импульсному трансформатору 6

со

«DKHS.OJ

Первый 20 и второй 21 входы блока 13 управления подключены параллельно резистору 19, первый 22 и второй 23 выходы подключены к управляющему входу зарядного тиристора 2, третий 24 и четвертый 25 выходы - к управляющему входу второго разрядного тиристора 10, а пятый 26 и шестой 27 выходы - к управляющему входу первого разрядного тиристора 5.

Блок 13 управления (фиг.2) содержит первый конденсатор 28, соединенный между плюсом и минусом питания, дополнительный делитель напряжения, включающий резисторы 29 и 30, резисторы 31-36,второй 37, третий 38 и четвертый 39 диоды, второй 40, третий 41 и четвертый 42 конденсаторы, компаратор 43, первый 44 и второй 45 триггеры, последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь 46, первый усилитель 47 и первый развязывающий трансформатор 48, а также по- следовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь 49, второй усилитель 50 и второй развязывающий трансформатор 51, переменный резистор 52, переключатель 53, состоящий из четырех двухпозиционных первой 54, второй 55, третьей 56, четвертой 57 кнопок и счетчик- дешифратор 58.

Замыкающий контакт первой кнопки 54 соединен с минусом питания, размыкающий контакт - с плюсом питания, переклю- чающий контакт - с входом второго конденсатора 40, выходом соединенного с восьмым резистором 34 и катодом второго диода 37, соединенного анодом с R-входом счетчика-дешифратора 58 и через девятый резистор 35 с С-входами первого 44 и второго 45 триггеров, и объединенными вторым переключающим контактом второй кнопки 55, вторым переключающим контактом третьей кнопки 56, первым и вторым переключающими контактами четвертой кнопки 57, замыкающий контакт которой соединен с выходом 1 счетчика-дешифратора 58, выход О которого соединен с С-входами триггеров 44 и 45 через последовательно соединенные первые замыкающие контакты второй 55, третьей 56 и четвертой кнопок, выход 2 - с замыкающим контактом третьей 56 кнопки, выход 4 - с замыкающим контактом второй кнопки 55.

Выход компаратора 43 соединен с синхронизирующим С-входом счетчика дешифратора 58. Фазосдвигающая цепочка первого триггера 44 содержит параллельно соединенные переменный резистор 52 и третий диод 38, подключенные к прямому выходу первого триггера 44 и его R-входу, к

которому на минус питания подключен третий конденсатор 41, а фазосдвигающая цепочка второго триггера 45 включает параллельно соединенные десятый резистор 36 и четвертый диод 39, подключенные к неинвертирующему выходу и R-вхрду второго триггера 45, к которому на минус питания подключен четвертый конденсатор 42. Устройство работает следующим образом.

Источник питания подключается к трехфазной сети 380 В/50 Гц. Дроссель 1 ограничивает броски тока. В положительную часть полупериода синусоидального напряжения (между фазами А и С) сигналом по цепи управления включается зарядный тиристор 2, в результате чего заряжается емкостный накопитель 3. Изменяя момент включения тиристоров, можно регулировать

напряжение заряда на емкостном накопителе 3. Для развязки зарядного устройства от блока 14 дежурной дуги используется диод 4. В отрицательный полупериод сетевого напряжения, когда зарядный тиристор 2 закрыт, по сигналу на управляющем электроде включается разрядный тиристор 5, и емкостный накопитель 3 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 6 разряжается на лампу 7 накачки, которая

установлена в квантроне 8 и освещает кристалл 9. По окончании разряда емкостного накопителя разрядный тиристор 5 закрывается.

Для гальванической развязки емкостного накопителя 3 от блока 14 дежурной дуги в схему включен разрядный тиристор 10, который включается одновременно с разрядным тиристором 5. Для защиты разрядных тиристоров от действия поджигающего импульса служит защитный конденсатор 11. Блок 12 поджига обеспечивает зажигание лампы 7 накачки. При его работе во вторичной обмотке импульсного трансформатора

6 вырабатывается высоковольтный импульс, который прикладывается через защитный конденсатор 11 к лампе 7 накачки и пробивает ее. Для управления зарядным 2 и разрядными 5 и 10 тиристорами служит блок

13 управления. Для поддержания лампы 7 накачки в рабочем состоянии в промежутке между разрядными импульсами на выходе квантрона 8 через оптически напряженные детали - отражающее зеркало 15 и фокусирующую линзу 16 - заводится на место обработки изделия 17. Через резисторный делитель 18-19 на входы 20 и 21 схемы управления подается входное сетевое напряжение, в результате чего вырабатываются сигналы 22 и 23 управления зарядным тиристором 2 и сигналы 24-27 управления разрядными тиристорами 5 и10.

Блок 13 управления (фиг.2) работает следующим образом.

Сетевое напряжение поступает на вхо- ды 20 и 21 блока 13 управления, параллельно которому подключен защитный конденсатор 28, который ослабляет проникновение импульсных помех на вход электрической схемы. Резисторы 29 и 30 задают среднюю точку, относительно которой на вход компаратора 43 через резисторы 31 и 32 поступает входное напряжение. Резистор 33 совместно с резистором 32 включе- ны таким образом, что компаратор 43 включен по схеме порогового элемента - триггера Шмидта. Изменяя значения резисторов 32 и 33, можно варьировать порог срабатывания триггера Шмидта, Резистор 31 служит для целей устранения смещения от входных токов компаратора. Резистор 31 выбирается равным сумме сопротивлений параллельно включенных резисторов 32 и 33. С выхода порогового элемента прямо- угольные импульсы с крутыми фронтами поступают на синхронный вход С счетчика- дешифратора 58. Кнопочным переключателем 53 можно задавать коэффициент деления счетчика-дешифратора 58. В дан- ном случае на выходе микросхемы можно цолучать частоты 12,5 Гц (кнопка 55), 25 Гц (кнопка 56) и 50 Гц (кнопка 57).

Кнопочный переключатель 53 содержит всего 5 кнопок. Кнопки 55-57 - зависимые фиксируемые, а кнопка 54 - независимая нефиксируемая. Дополнительная пятая кнопка сброса (не показана) электрически никуда не подключается, но механически связана с кнопками 55-57. При необходимо- сти выработки одиночного импульса нажатием кнопки сброса, кнопки 55-57 устанавливаются в исходное положение, указанное на фиг.2. Цепь одиночного запуска образуют элементы 24, 35, 37-54. В ис- ходном состоянии выход О счетчика-дешифратора 58 через замкнутые контакты кнопок 55-57 и девятый резистор 35 поступает на вход сброса R, в результате чего образуется цепь обратной связи и сче- тик-дешифратор 58 не изменяет своего состояния независимо от сигналов на его входе С. При нажатии кногтки 54 Один через дифференцирующую цепочку 40 и 34 на вход R поступает кратковременный им- пульс, который разрывает цепь обратной связи, в результате чего на выходе счетчика-дешифратора 58 вырабатывается одиночный импульс.

После появления сигнала на выходе О счетчика-дешифратора 58 обратная цепь

снова замыкается и счетчик-дешифратор 58 переходит в статическое состояние. Диод 37 служит для защиты входа R счегчика-де- шифратора 58 от перегрузки со стороны дифференцирующей цепочки. По положительным фронтам сформированных счетчиком-дешифратором 58 импульсов запускаются одновибраторы, собранные на ЭК-триггерах 44 и 45. Поскольку в исходном состоянии на вход 3 триггеров поступает уровень 1, то при поступлении положительного фронта на вход С на прямых выходах триггеров 44 и 45 появляются напряжения, соответствующие логической 1.

Через резистор 52 начинается заряд конденсатора 41. Когда напряжение на нем достигает уровня срабатывания входа сброса R, на прямом выходе триггера устанавливается уровень О и конденсатор 41 начинает разряжаться. Для ускорения процесса используется диод 38. Длительность импульса зависит от номинала деталей 41 и 52 и она определяет длительность задержки. Одновременно триггер 45 работает аналогичным образом. Через инверсные выходы триггеров 44 и 45 импульсы проходят через дифференцирующие цепочки соответственно 46 и 49, которые вырабатывают короткие импульсы. Длительность их выбирается достаточной для включения тиристоров 2,5,10. Эти импульсы усиливаются в усилителях 47 и 50 и через развязывающие импульсные трансформаторы 48 и 51 передаются на управляющие электроды гиристо- ров 2,5,10. По выходам 22 и 23 управляется зарядный тиристор 2 и подбором конденсатора 41, резистора 52 выбирается длительность задержки - такая, чтобы выходной импульс вырабатывался во второй полови-не положительного полупериода сетевого напряжения.

Резистором 52 можно изменять момент выработки импульсов управления, а значит и напряжение заряда емкостного накопителя 3. С выходов 24 и 25 , 26 и 27 импульсы поступают на управляющие электроды разрядных тиристоров 5 и 10. Номиналы деталей 42 и 36 подбираются таким образом, чтобы импульсы управления разрядом приходились на отрицательный полупериод сетевого напряжения.

Изобретение позволяет повысить качество, производительность лазерной обработки, упростить методику настройки лазерной установки.

Формула изобретения

счетчика-дешифратора, выход О которого соединен с С-входами триггеров через последовательно соединенные первые замыкающие контакты второй, третьей и четвертой кнопок, выход 2 - с замыкающим контактом третьей кнопки, выход 4 - с замыкающим контактом второй кнопки, выход компаратора соединен с синхронизирующим С-входом счетчика-дешифратора, фазосдвигающая цепочка первого триггера,

включающая параллельно соединенные переменный резистор и третий диод, подключена к прямому выходу первого триггера и его R-входу, который через конденсатор подключен к минусу питания, а фазосдвигающая цепочка второго триггера, включающая параллельно соединенные третий резистор и четвертый диод, подключена к неинвертирующему выходу и R-входу второго триггера, который чецез четвертый конденсатор подключен к минусу питания, выход компаратора через четвертый рези- стор соединен с пятым резистором и прямым входом компаратора, обратный вход которого подключен через шестой резистор к

первому входу блока, с редний вывод дополнительного делителя напряжения соединен с пятым резистором и вторым входом блока, выходы развязывающих трансформаторов подключены к выходам блока.

го

Cvj

OO

-э1Гэ