Устройство для лазерной обработки

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной технологии с использованием С02 лаэеров с накачкой продольным самостоятельным разрядом. Цель изобретения - расширение технологических возможностей устройства путем реализации импульсного режима работы в излучателе непрерывного действия. Устройство содержит излучатель 1, высоковольтный выпрямитель 2, стабилизатор 3 тока , сумматор 4, блок 5 управления, первый источник 6 опорного напряжения, компаратор 8, генератор 9 и второй источник 10 опорного напряжения. Импульсный режим реализуется предварительной ионизацией газоразрядного промежутка комплексным током, содержащим постоянную и импульсную составляющие. Амплитуда комплексного тока находится на уровне, при котором отсутствует генерация. Отношение постоянной составляющей к импульсной выбирается из условия устойчивости импульсного режима. Частота импульсов ионизации находится в пределах 50 кГц, а сами импульсы присутствуют в токе излучателя вплоть до момента, когда ток разряда, вызванный током , становится устойчивым. Способ позволяет формировать произвольную форму оптических импульсов вплоть до непрерывного излучения путем оптимизации условий предварительной ионизации газоразрядного промежутка комплесным током. 1 ил. Ё

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 11с В 23 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1, 4656540/27 (22) 01.03.89 (46) 23.06.91. Бюл. М23 (72) Е.О.Псковитинов и А.Г.Шматко (53) 621.791.72 (088.8) (56) Вакуленко В.M., Иванов Л.И. Источники питания лезеров. М.: Советское радио, 198Г1, с. 24. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБ РАБОТКИ (57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной технологии с использованием СО2-лазеров с накачкой продольным самостоятельным разрядом. Цель изобретения — расширение технологических возможностей устройства путем реализации импульсного режима работы в излучателе непрерывного действия.

Устройство содержит излучатель 1, высоковольтный выпрямитель 2, стабилизатор 3 тока, сумматор 4, блок 5 управления, первый

„„5U„„1657319 Al источник 6 опорного напряжения, компаратор 8. генератор 9 и второй источник 10 опорного напряжения. Импульсный режим реализуется предварительной ионизацией газоразрядного промежу ка комплексным током. содержащим постоянную и импульсную составляющие. Амплитуда комплексного тока находится на уровне, при котором отсутствует генерация. Отношение постоянной составляющей к импульсной выбирается иэ условия устойчивости импульсного режима. Частота импульсов ионизации находится в пределах 50 кГц, а сами импульсы присутствуют в токе излучателя вплоть до момента, когда ток разряда, вызванный током наКачки, становится устойчивым. Способ позволяет формировать произвольную форму оптических импульсов вплоть до непрерывного излучения путем оптимизации условий предварительной иониэации газоразрядного промежутка комплесным током.

1 ил, 1657319

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной технологии с использованием С02-лазеров с накачкой продольным самостоятельным разрядом.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей путем реализации импульсного режима работы е излучателе непрерывного действия.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для лазерной обработки.

Устройство содержит излучатель 1 с катодом К и анодом А, высоковольтный выпрямитель 2, стабилизатор 3 тока, сумматор 4, блок 5 управления, первый источник 6 опорного напряжения, резистор 7, компаратор 8. генератор 9, второй источник 10 опорного напряжения. Выходы блока 5 управления и первого источника 6 опорного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 4, выход сумматора

4 соединен с входом стабилизатора 3 тока, первый выход которого соединен с катодом

К излучателя 1, а второй выход стабилизатора 3 тока соединен через резистор 7 с минусом BblcoK080/lbThol выпрямителя 2, плюс которого соединен с анодом А излучателя 1.

Выход второго источника 10 опорного напряжения соединен с первым входом компараторэ 8, второй вход которого соединен с вторым выходом стабилизатора 3 тока, а выход компаратора 8 соединен с входом генератора 9, выход которого соединен с третьим входом сумматора 4.

Устройство работатет следующим образом.

При подаче напряжения сети постоянное напряжение с выхода первого источника 6 опорного напряжения поступает на второй вход сумматора 4, на третий вход которого с выхода генератора 9 поступают импульсы напряжения. Сумма этих двух напряжений с выхода сумматора 4 поступает на вход стабилизатора 3 тока и задает режим его работы. В результате по цепи излучатель 1. стабилизатор 3 тока, оезистор 7 и высоковольтный выпрямитель 2 начинает протекать ток предварительной ионизации излучателя 1, содержащий как постоянную, так и импульсную составляющую. Амплитуда постоянной составляющей определяется выходным напряжением первого источника

6 опорного напряжения. Амплитуда и частота импульсной составляющей определяются генератором 9. На резисторе 7, находящемся в токовой цепи излучателя 1 возникает падение напряжения, которое подается нэ второй вход компараторэ 8, На первый вход этого компэра гора 8 по<-тупэет

55 постоянное напряжение с выхода второго источника 10 опорного напряжения. Уровень этого напряжения выбирается выше, чем уровень падения напряжения на резисторе 7 от протекания тока предваритель ной иониэации.

При включении блока 5 управления на его выходе появляются импульсы управления с заданной частотой. длите lbHocTbKl и формой. Эти импульсы поступают на первый вход сумматора 4, где суммируются с напряжением от первого источника б опорного напряжения и с импульсами напряжения о генератора 9, т.е, сигнал управления накладывэетгя на сигнал предварительной ионизации, Комплексный сигнал с выхода сумматора 4, воздействуя на вход стабилизатооа 3 тока, заставляет изменяться ток, протекающий через излучатель 1 по закону, определяемому сигналом с выхода блокэ 5 управления.

При достижении тока е излччэтеле 1 и, следовательно, тока через резистор 7 д . величины, при которой разряд становится устойчивым, на резисторе 7 выделяется напряжение, величина которого становится достаточной для того, чтобы сработал компаратор 8. При этом генератор 9 отключается и ионизация излучателя 1 импульсным током прекращается. При снижении тока е излучателе 1 и, следовательно, уменьшении тока через резистор 7 до величины, при которой разряд может стать неустойчивым, на резисторе 7 падение напряжения уменьшается до величины, при которой компаратор

8 возвращается в свое исходное положение.

При этом генератор 8 включается и импульсы ионизации с выхода генератора 9 через сумматор 4 вновь поступят на вход стабилизатора 3 тока. Следовательно, в токе, протекающем через излучатель 1, снова появится импульсная составляющая тока ионизэции, которая будет препятствовать срыву разрядного тока и срыву генерации. Принцип работы устройства не зависит от режима работы излучателя 1 (импульсного или непрерывного) и определяется только величиной разрядного тока излучателя 1, задаваемой блоком 5 управления, Предварительная ионизация разрядного промежутка постоянным -:оком далеко не всегда позволяет реализовать импульсный режим работы излучателя непрерывного дейс-е я.

Даже если сформировать сигнал управления, состоящий из импульса накачки, следующего за пачкой импульсов иониэации такой .комплексный сигнал управления не гарантирует работу излучателя непрерывного действия в импульсном режиме. з5

15 скольку фронт импульса накачки можс быть различным по длительности (зависи от технологии), то уровенi тока, при кото ром разряд становится устойчивым, может во времени далеко отстоя;ь от последнего импульса ионизации. При этом концен i.çция электронов в плазме может значительно снизиться, что приведет к срыру импульса накачки, а следовательно, импульсный режим не будет реал зован, Аналогичный эффект произойдет.,",ли даже крутой фронт импульса накачки будет отстоять от последнего импульса ионизации на время, достаточное для снижения концентрации электронов.

Сущность изобретения заключается в том, что в паузах между импульсами накачки, задаваемыми блоком управления, на постоянный ток предварительной ионизации, который задается первым источником опорного напряжения, накладывается импульсный ток предварительной ионизации, который задается генератором. Комплексное воздействие постоянного и импульсного токов. протекающих по основан му энергетическому каналу, иониэирует излучатель намного эффективнее, причем эа счет наличия цепи обратной связи с второго выхода стабилизатора на второй вход компаратора происходит слежение за развитием тока разряда в излучателе и осуществление процесса импульсной иониэации вплоть до момента, когда ток в излучателе достигает величины, при которой разряд становится устойчивым. Амплитуды постоянного и импульсного токов ионизации выбираются так, чтобы управляющий сигнал с выхода сумматора обеспечивал TOK стабилизации и, следовательно, ток излу ателя на уровне, при котором отсутствует генерация. Отношение амплитудь постоянного тока ионизации к амплитуде импульсного тока исни ации и частота им пульсного тока иониза!,ии выбираются из соображений устойчивости импульсного режима работы излучателя.

Таким образом, устройство для лазерной обработки автоматически в паузах между импульсами накачки осуществляет ионизацию газоразрядного промежутка излучателя комплексным током вплоть до момента развития устойчивого разряда. Это позволяет осуществить импульсный режим работы в излучателе непрерывного дейст 1 0

45 г0 вия беэ изменения конструкции излучателя введения дополнителФ ных Рысоковольгн! Iw. устройств и усложнения блока управления.

Создан макет устройства для лазерно обработки. На макете реализованы два ðeжима работы излучателя непрерывный и импульсный. В непрерывном режиме устройство позволило изменить мощность излучения от нуля до максимума по любому закону беэ срывов генерации. В импульсном режиме устройство позволяет изменять длительность импульсов излучения от 1GO мкс до секунд и скважность минимум до 2, В импульсном режиме устроиство позволяет реализовать режим с превышением мощности в импульсе излучения над максимальной мощностью R непрерывном режиме в 3 раза.

Как показали эксперименты, установка на основе предлагаемого устроиства може применяться для выполнения ряда технологических операции: ргзки, сварки, пробивки отверстий, термоупрочнения и их комбинаций. При этом отсутствует необходимость в разработке нового типа излучателя.

Формула изобретения

Устройство для лазерной обработки, содержащее излучатель, высоковольтный выпрямитель, стабилизатор тока, сумматор. блок управления и первый источник опорного напряжения, в котором выходы блока управления и первого источника опорного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматоров, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, первый выход которого соединен с катодом излучателя, а второй выход — через резистор с минусовой шиной высоковольтного выпрямителя, плюсовая шина которого соединена с анодом излучателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем реализации импульсного режима работы в излучателе непрерывного действия, оно снабжено компаратором, генератором и вторым источником опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с вторым выходом стабилизатора тока, выход компаратора соединен с управляющим входом генератора, выход которого соединен с третьим входом сумматора.