Устройство для светолучевой пайки и сварки Советский патент 1991 года по МПК B23K1/02 

Изобретение относится к пайке, сварке, термообработке, в частности к устройствам для пайки, сварки световым лучом, и может быть использовано для пайки, сварки, термообработки при производстве изделий электронной техники.

Целью изобретения является повышение КПД за счет повышения коэффициента использования светового потока излучения.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства и направления распространения лучей в нем; на фиг. 2 - оптическая схема взаимного расположения менисковых линз; на фиг. 3 - схема менисковой линзы, с обозначенными на ней оптическими параметрами линзы и направлениями распространения излучения с учетом преломления светового излучения в линзе.

Устройство содержит линзу в виде менисков 1, соединенных между собой и обращенных друг к другу вогнутыми сторонами. Мениски охватывают источник 2 излучения, образуя окружность в сечении, проходящем

через фокусы эллипсоидного отражателя 3. Источник излучения помещен в центр окружности сечения.

Световое излучение направлено менисковыми линзами в пределах угла 2а на отражающую поверхность эллипсоидного отражателя 3. Пятно сфокусированного излучения получают на объекте 4 обработки в области второй фокусной точки эллипсоидного отражателя 3.

Менисковые линзы 1 обладают внутренней кривизной радиусом г, внешней кривизной радиусом R. Связь радиусов г и R определена математической формулой, согласно которой R r sec а, где а arcsln- , причем п - величина показателя

преломления стекла линзы. Центр радиуса г совпадает с оптической осью эллипсоидного отражателя.

Центры наружной кривизны О обоих менисков находятся на расстоянии от излучающего фокуса О, равном произведеЁ

О 00

ел о сь

нию г tg. Эллипсоидный отражатель имеет форму тела вращения дуги эллипса вокруг главной оптической оси, причем дуга эллипса повернута относительно дальнего (рабочего) фокуса так, что излучающие фокусы эллипсоида совпадают с мнимыми фокусами менисков, находящихся на расстоянии г ctg а. от центра окружности излучающего фокуса 0.

Эллипсоидный отражатель ограничен двумя пучками излучения, выходящего из мнимых фокусов С. Каждый пучок излучения занимает угол 2 а . Углы 2 а. симметричны относительно оси, проходящей через мнимые фокусы С.

Устройство работает следующим образом.

Включают источник 2 излучения в виде лампы накаливания или дуговой лампы. Световое излучение выходит из центра окружности О, преломляется менисками 1 и сформированное в пучки света, занимающие угол 2 а, направляется на отражающие поверхности эллипсоидного отражателя 3. Отраженное световое излучение направляется, концентрируясь за счет фокусировки, на объект 4 обработки, расположенный в дальнем фокусе эллипсоидного отражателя 3. Для того чтобы эллипсоидная поверхность совместно с менисками направляла световые лучи в рабочий фокус, необходимо выполнить эллипсоид в виде, например, двух подвижных симметричных частей, перемещающихся так, что излучающие фокусы правого и левого эллипсоидов совпадают с мнимыми фокусами менисков. Для этого необходимо левый эллипсоид вращать относительно геометрического центра излучателя по часовой стрелке до совпадения излучающего фокуса данного эллипсоида с мнимым фокусом левого мениска. Правый эллипсоид необходимо вращать относительно того же центра против часовой стрелки до совпадения излучающего фокуса правого эллипсоида с мнимым фокусом правого мениска. Дальше фокусы обоих эллипсоидов должны совпадать для получения меньшего зазора сфокусированного пятна на объекте обработки световым излучением.

Устройство может быть выполнено в двух вариантах, в зависимости от того, какой источник излучения применяется-точеч- ный или линейный. Если применяется точечный источник излучения, то все устройство аксиально симметрично относительно вертикальной оси симметрии. При этом ме- нискообразная линза 1 выполнена в виде кольца, в котором наружная поверхность

тороидальная, а внутренняя сферическая. Эллипсоидное зеркало 3 выполнено в виде части эллипсоида вращения, который образован вращением наклоненной дуги

эллипса относительно оси симметрии. Излучение фокусируется на изделии 4 в световое пятно.

Если применяется линейный источник излучения, то вся система цилиндрически

симметрична, т.е. линза 1 выполнена в виде двух половинок цилиндрических мени- скообразных линз, э эллипсоидное зеркало выполнено в виде двух симметричных эллипсоидных цилиндрических

зеркал. При этом излучение фокусируется на изделии 4 в виде линии.

В устройстве могут быть использованы мениски, изготовленные из кварцевого стекла. Благодаря повышенной стойкости к

термическим нагрузкам кварц является более предпочтительным материалом для изготовления линзы.

Показатель преломления кварца п - 1,5. Радиус г 40 мм. Оптические параметры мениска соответствуют следующим величинам (фиг, 3)

sin a -- 0,67; п

R-0 В - rsec. а-53,Е

00 rtg a 36: ОС rctg а 44,5; 0 rsec (1 + sin а) 90, В изобретении применяется двойная апланатическая линза, с помощью которой угол охвата излучения приближается к предельному значению, равному 360°, и коэффициент использования источника излучения приближается к 100%. Устрой- ство позволяет повысить максимальную плотность светового потока в пятне нагревания, за счет чего повышена производительность обработки (пайка, сварка, термообработка, демонтаж) элементов.

Формула изобретения

Устройство для светолучевой пайки и сварки, содержащее эллипсоидный отражатель, источник излучения, установленный в излучающем фокусе, и фокусирующую линзу, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД устройства за счет повышения коэффициента использования светового потока излучателя, линза выполнена в виде соединенных между собой и обращенных друг к другу вогнутыми сторонами двух менисков, охватывающих источник излучения, образуя окружность в плоскости сечения, проходящей через фокусы эл- щен в центре окружности, образованной лилсоидного отражателя, излучатель поме- менисками.

Изобретение относится к пайке,сварке, термообработке световым лучом при производстве изделий электронной техники. Цель изобретения - повышение КПД устройства за счет повышения коэффициента использования светового потока излучения. Устройство содержит линзу, выполненную в виде двух менисков, соединенных между собой и обращенных друг к другу вогнутыми сторонами, охватывающими источник излучения, образуя окружность в сечении. Сечение проходит через фокусы эллипса. Центр окружности совпадает с излучающим фокусом эллипсоидного отражателя. В излучающем фокусе размещен также источник излучения.3 ил.

ШЩШ1Г

Фие.1

/ffr J/ffr..

Фиг 2

б

Фиг.З