Устройство для лазерной обработки деталей

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при лазерной обработке различных материалов. Цель изобретения - повышение мощности излучения и расширение области применения. Устройство содержит два коммутатора, приводы заслонок, синхрогенератор, п оптикоэлектронных устройств, блок формирования машинных элементов, корреляционную систему , постоянное запоминающее устройство . Оптический тракт содержит юстировочный лазер, телескопическую систему полупрозрачную пластину, формирующую систему, комбинированное и плоское зеркала и п модулей излучателя. Комбинированное зеркало выполнено в виде единичных секций, каждая из которых сопряжена с соответствующим модулем излучателя, и предназначено для сведения оптических осей всех излучателей в одну точку. Плоское зеркало установлено на приводе и автоматически юстируется системой управления по информации с оптико-электронных устройств . Мощность лазерной обработки повышается путем сведения в одну точку излучения от п лазеров. 1 з п ф-лы. 4 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 К 26/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ВЩ(, НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4698911/27 (22) 31.05.89 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (72) В, П. Барков, В, К. Демкин. И, В. Костюхин, Ю. И, Кружилин, А. Н. Мызников, Н. В. Нечаев, О. Н. Романенко и О, P. Чередников (53) 621.375.826(088.8) (56) Крылов К, И, и др. Применение лазеров в машиностроении. — Л.: Машиностроение, 1978, с. 307. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при лазерной обработке различных материалов. Цель изобретения — повышение мощности излучения и расширение области применения.

Устройство содержитдва коммутатора, приИзобретение относится к области машиностроения и предназначено для лазерной обработки различных материалов, Цель изобретения — повышение мощности лазерного излучения и производительности обработки, расширение области применения установки, На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема системы управления; на фиг. 3 — блок формирования машинных элементов; на фиг. 4 — корреляционная система.

Устройство содержит и модулей 1 излу- . чателя, соединенные с соответствующими с первого по и блоками 2 поджига.

Каждый из и модулей излучателя через соответствующие заслонки 3 с первой по и... SU „„ 1682096 А1 воды заслонок, синхрогенератор, и оптикоэлектронных устройств, блок формирования машинных элементов, корреляционную систему, постоянное запоминающее устройство. Оптический тракт содержит юстировочный лазер, телескопическую систему, полупрозрачную пластину. формирующую систему, комбинированное и плоское зеркала и и модулей излучателя. Комбинированное зеркало выполнено в виде единичных секций, каждая из которых сопряжена с соответствующим модулем излучателя, и предназначено для сведения оптических осей всех излучателей а одну точку, Плоское зеркало установлено на приводе и автоматически юстируется системой управления по информации с оптико-электронных устройств. Мощность лазерной обработки повышается путем сведения в одну точку излучения от и лазеров. 1 з.п. ф-лы. 4 ил. с приводами 4 оптически сопряжены с соответствующими с первой по и оптико-электронными устройствами 5, а также через комбинированное зеркало 6 с плоским зеркалом 7 с приводом 8, полупрозрачной пластиной 9, формирующей 10 и телескопической 11 системами и юстировочным лазером 12. Система 13 управления соединена с вторым коммутатором 14, блоком 15 формирования машинных элементов, корреляционной системой 16, блоком 17 сравнения, первым коммутатором 18, синхрогенератором 19, постоянным запоминающим устройством 20 и сумматором 21, который подключен последовательно к цифроаналоговому преобразователю 22 и усилителю 23, 1682096

10

20

30

40

55 и дополнительно сигналы поправки, вычисленные при юстировании излучателя.

С пятого выхода системы 23 управления на первый коммутатор 18 поступают сигналы с тактовой частотой f>, которые включают поочередно соответствующие блоки 2 поджига, По сигналу с шестого выхода системы 13 управления закрываются соответствующие заслонки 3, Излучение каждого модуля 1 излучателя поочередно, пройдя через комбинированное зеркало 6, плоское зеркало 7, которое с помощью привода 8 установлено в соответствующее данному модулю положение, полупрозрачную пластину 9 и формирующую систему 10, направляется на обрабатываемую деталь.

Управлeíèå работой устройством осуществляется системой 13 управления.

При поступлении на первый вход системы 13 управления команды на проведение юстировки второй триггер 53 устанавливается в "единичное" состояние, через шестой выход системы 13 управления открывается заслонка 3, открывается первая логическая схема И 24 и коммутатор 51 переключается для прохождения поправочных координат, а через первую логическую схему ИЛИ 35 первый кольцевой регистр сдвига 40 устанавливается в исходное состояние — на первом его выходе устанавливается уровень логической единицы.

Кадровые тактовые импульсы f< .-. -,ретьего выхода синхрогенератора 19 вступают на четвертый вход системы 13 управления, переходят через первую логическую схему

И 24 и поступают через четвертый выход системы 13 управления на вход записи . блока 17 сравнения в случае, если блок 17 сравнения выдает уровень логической "1" (KKn ККл- ). Кадровые тактовые импульсы поступают также на вторую,, етью, четвертую и пятую логические схемы И 25 — 28, которые распределяют прохождение тактовой частоты на суммирующие или вычитающие входы первого и второго сумматоров 42 и

43, где формируются зправочные координаты юстирования. В случае, если в каждом последующем кадре коэффициент корреляции ККп будег больше или равен коэффициенту корреляции ККл-1 предыдущего кадра.

: зремещение плоского зеркала 7 в пределах поля ошибок вывода соответствующего модуля излучателя на общую оптическую ось будет осуществ яться прямолинейно вдоль одной из коо.динат. Например, открыта вторая логическая схема И 25 и импульсы f поступ; ют на суммирующий вход первого сумм:тора 42, где при этом формируется поправка координаты перемещения плоского зеокала по оси Х с установленным шагом. Если при очередном шаге коэффициент корреляции будет меньше значения коэффициента корреляции предыдущего шага, блок 17 сравнения выдает уровень логического "0", при этом шестая логическая схема И 29 закрывается, а седьмая логическая схема И 30 через инвертор 44 открывается и пропускает импульсы f, на счетный вход первого регистра 40 сдвига, при этом уровень логической "1" формируется на втором выходе первого регистра 40 сдвига и открывает третью логическую схему И 26, Это приводит к тому, что направление перемещения плоского зеркала 7 изменяется на 90О, т.е. изменяются по оси Y всто,рону увеличения,,если КК, = ККп-1. Таким образом, каждое уменьшение текущего коэффициента корреляции предыдущего значения вызывает поворот направления допуска на 90О.

Второй регистр 41 сдвига, восьмая, девятая и десятая логические схемы И 31--33, первая линия задержки 45 и первый триггер

52 формируют команду остановки поиска положения наилучшей юстировки модуля излучателя с общей оптической осью. В случае, если в двух последующих шагах до поиска коэффициент корреляции ККл < KK>-). то поправочные координаты следующего шага будут записаны в оперативное запоминающее устройство 50 и в дальнейшем в процессе работы установки они суммируются с координатами положения плоского зеркала соответствующего модуля излучателя, на котором проводилась юстировка оптических осеи.

Схема формирования команды на остановку юстирования данного модуля работает следующим образом.

Сигнал о смене направления допоиска

fH с седьмой логической схемы И 30 поступает на тактовый вход второго регистра 41 сдвига, у которого в младшем разряде записана логическая "1 . Логическая "1" переходит во второй разряд. Эгот же сигнал обнуляет первый триггер 52, который через время задержки первой линии 45 задержки включится импульсом f> Если же в следующем шаге допоиска не поступит сигнал fH, первый триггер 52 остается включенным и сигнал f-,, поступающий на его прямой вход, пройдет через открытую десятую логическую схему

И 33 и установит второй регистр 41 сдвига в исходное состояние (уровень логической

"единицы" в младшем разряде), Если в следующем шаге допоиска повторно будет сигнал fH, то уровень логической "1" во втором регистре 4 1 сдвига перейдет в третий разряд (первый выход) и откроет восьмую логическую схему И 31:

1682096

8 через нее в пятую поп(Вес <ую схему ИЛИ 39 в следующем шаге пройдет импульс f. через десятую логическую схему И 33, который будет являться командой остановки допоиска данного модуля излучателя, Зта же команда будет формироваться и в случае, если сиГнал !ц придет в т,.!етьи4! !Oaf e допоиска подряд, При этом в;! втором регMcTDe 41 сдвига уровень лс гич вской "1" переместится В четВертый разряд, вторОЙ выход) и Откроет девяту!о Г огическую схему И 32, которая в том же такте пропустит на пя1-у!о логическую схему I4J È 39 импульс Т1 с вреМеНН0А задержкой первой линии 45 задержки. В результате нескольких повторов допо!!с!.„ 1 i ",: с:,;.В,o 7, ";v! I;Ia! Ãас!ся в поло>кение, в котором коэффициент корреляции IBKclll Iaaf,íü;II, По KOMBHðe oc" тановки допоиска эл:=,менты схе>!ы устанавлиВа)отся в исходное со тОя:-!иe nepaLIA регистр 40 сдвига еэез Герву!о логическуlo схему ИЛИ 35; обнуление регистров б>ло<а

17 срав!!ения; втор<>>! счетчик 49 адреса постоянного запани!!а още!.о устройст!за >О выбора координаг положения плоского зеркала 7 через четверту!о логическу!о схему

ИЛИ 38 по счетному вход> устанавливается на адрес координат еле(,у!о!деIÎ модуля 1., для которого будет проводиться ав:о!Остировка аналогичным обра-,Ом, а оператиaaîì запоминающем устройстве 50 через Время задержки второй липни 46 задер>кки загисыва!отся координа-..ьl рассогласования сптических осей модуля 1 излучателя с общей оптической осью. вычисг.енные в этом цикле.

После перекл!Очения работы на !;лэдуюЩий модjjJIL 1 ызг!учател!! ПовторяетсЯ BHB логичная операция авто.ости ровки

Дешифратор 55 формирует сигнал об окончании юстировки п>тгем вь!дачи лмпульса, коГда HB еГО Входе будет код ч IcJla "лед>I!О щего "IÎcl! адр<>сь координат последнего модуля 1 излучателя, ПО импульсу конца юстировки ОбнуляK)тс>i .Второи триГГер 33 !е" рез третью логическу!(схему ИЛИ 37, второй счетчик 49 адреса постоянного запоминающего устрой<„ тва 20, -;ре1 ий -!-ри!Г ej>

54, первый счетчик 48 адреса (>nepaTvfi loro запоминающего устройства 50, После прихода на BT(IpoA вход си с(е мы

13 управления:<оманды на начало работы установки второй триггер 53 через третьи) логическую схему ИЛИ 37 Обнуляется v открывает каммута-!ар 51 на прохожд ние -foпраВОчных Koop,3vif. эт положения плос! OI I3 зеркала, которые были сфор>гировань! в режиме юстиоовки и запи(BHû в ОператР:Вн!О!и запоминающем устр!Ойстве 50,::.fffà ка>ГО модуля излучателя. !!ерез шестой вых(!г, системы 13 управления поступает сигнал на закрытие заслонок 3.

Кроме того, устанавливается в "единичное" состояние третий триггер 54, открывается одиннадцатая логическая схема И 34 и сигнал с тактовой частотой работы модулей

1 !! поступает через пятый выход системы 13 управления на первый коммутатор 18 через четвертую логическую схему ИЛИ 38 на вто! 0 рой счетчик 49 адреса постоянного запоминающего устройства и через вторую логическую схему ИЛИ 36 — на первый счетчик 48 адреса записи оперативного запоминающего устройства 50, на которых формируются адреса координат положения !!лоскаго зеркала соответствующего модуля излучателя и адреса поправки к координатам. После обработки последнего модуля! лзлучателя дешифратор 55 останавливает работу, переключается третий триггер 54.

Блок 15 формирования машинных элементов осуществляет вычисление среднего значения видеосигнала с участка телеви20 зионного кадра размером пхп элементов разло>кения телевизионного стандарта, С телевизион ной камеры опти козл ектрон ного устройства 5 через второй,<оммутатор

14 сигнал подается на аналого-цифрово!л преобразователь 56 блока 15 формирования MàLLlèííûх злеMентîв Первый cóììaтор 57 совместно с регистром 59 образуют накапливающий сумматор и вычисляют суммарный видеосигнал по отрезкам теле30 визионных строк. Второй сумматор 58 и оперативное запоминающее устройство 60 образуют накаплива!Ощий сумматор, в котором суммируются соответствующие отрезки строк и формируется cTpQKB машинных элесигнал конца отрезка строки, по которому обнуляется регистр 59. Второй счетчик 62 и вторая логическая схема И 65 формиру!От тактовую частоту выдачи машинных элементов, Третий счетчик 63 формирует адрес оперативного запоминающего устройства 60.

Формирователь 67 обрабатывает задний фронт синхроимпульса f<: и обнуляет третий счетчик 63, Третья логическая схема И

66 пропускает на счетный вход третьего

cHeT -I lKa 6Ç импульсы конца oTpeaKa Машинного элемента в пределах прямого хода строки, Машинные элементы, сформированные

В блоки 15 формирования машинных элементов, записываются в регистр 68 и поступают на перву!о схему 69 сравнения, где они сравниваются с пороговым уровнем. Результат сравнения поступает на вторую одноразрядную схему 70 сравнения, в которой ментов, Первый счетчик 61 и первая логи40 ческая схема И 64 формируют тактовый

1б82096

5

10 происходит сравнение с эталонным иэображением, записанным в постоянном запоминающем устройстве 72, Если значения сигналов будут равны, то логическая схема

К 71 откроется и через нее пройдет сигнал

FM3 на вход второго счетчика. Чем больше будет совпадений фрагментов изображения текущего и эталонного, тем большее число сформируется на втором счетчике 74. Это число представляет собой знаковый коэффициент корреляции для текущего и эталонного изображений. Первый счетчик 73 формирует адрес постоянного запоминающего устройства 72 эталона.

Формирующая система 10, осуществляющая формирование требуемой диаграммы направленности излучения и фокусирование его на обрабатываемой детали, представляет собой телескоп определенной кратности с падви>кным вдоль оси окуляром.

Полупрозрачная пластина 9, осуществляющая сопряжение юстировочного лазера

12 с общей оптической осью установки, выполнена в виде оптической пластины с зональным покрытием, Телескопическая система 11, осуществляющая формирование излучения юстировачного .лазера, может быть выполнена в виде телескопа или подвижного окуляра.

Юстировочный лазер 12 осуществляет генерацию монахроматического импульсного излучения; может быть использован лазер типа ЛТИП4 — б.

Плоское зеркало 7 осуществляет излучение в пространстве направления оси лазерного излучения па определенной заданной программе и может быть выполнена, например, в виде головки с качающимся зеркалом.

Привод зеркала 8 может быть построен на базе шагового двигателя.

Оптико-электронное устройство 5 представляет собой телевизионную камеру.

Комбинированное зеркало б представляет собой многоэлементное зеркало, каждый элемент которого ориентирован так, что оптические оси модулей излучателя 1 сводятся в одну точку на плоском зеркале 7, Заслонка 3 с приводом 4 может быть выполнена в виде механической шторки, установленной на оси шагового двигателя, Технологическая установка, построенная описанным выше образом, за счет осуществления а втоматической юстировки модулей излучателя непосредственно перед началом работы установки обеспечивает повышение точности сведения оптических лучей, что приводит к повышению средней плотности мощности излуче15

55 ния на поверхности обрабатываемой детали, Это позволило расширить область применения технологической лазерной установки.

Кроме операции сварки материалов установка позволяет осуществлять операцию сверления отверстий, резания материалов, их термообработки и получения на них рисунков с высокой скоростью.

Формула изобретения

1. Устройство для лазерной обработки деталей, содержащее систему управления, модуль излучателя с блоком поджига, плоское зеркало с приводом и формирующую систему, отличающееся тем,что,с целью расширения области применения, в нее введены оптически сопряженные юстировочный лазер, телескопическая система и полупрозрачная пластина, установленная между плоским зеркалом и формирующей системой, комбинированное зеркало, оптически сопряженное с плоским зеркалом и с модулем излучателя, и — 1 дополнительных модулей излучателя с блоками поджига, установленных параллельно модулю излучателя и оптически сопряженных с комбинированным зеркалом, и оптико-электронных устройств, каждое из которых оптически сопряжено с соответствующим модулем излучателя, п заслонок с приводом, каждая из которых установлена между соответствующим модулем излучателя и . оптико-электронным устройствам, первый коммутатор, выход которого соединены с входами блоков поджига, а вход подключен к пятому выходу системы управления, шестой выход которой соединен с приводами заслонок, последовательно соединенные второй коммутатор, блок формирования машинных элементов, корреляционная система и блок сравнения, последовательно соединенные постоянна запоминающее устройство, сумматор, цифроаналоговый преобразователь, усилитель и синхрогенератор, при этом информационные входы второго коммутатора соединены с выходами оптико-электронных устройств, первый выход системы управления подключен к входу постоянного запоминающего устройства и управляющему входу второго коммутатора, второй выход системы управления — к второму входу сумматора, третий и четвертый выход системы управления — соответственно к второму и третьему входам блока сравнения, выход блока сравнения соединен с третьим входом системы управления, первый выход синхрагенератара "îåäèíåí с первыми входами блока формирования машинных элементов и кор1 реляционной системы, второй выход синхрогенератора coca!«I-!8II с вторыми входами блока формирования машлнных элементов, корреляционной сис3емы л каждого оптикоэлектронного устройства. Третий выход синхрогенератора соединен с четвертым входом системы управления и третьими Входами блока формирован«я машинных элементов„корреляционной системы и каждого

oRTI«xo-Bfl8Iкит одиннаццать логических схем И, пять логических схсм ИЛ!1, Два perIICTpe, Два сумма" тора, ин эертор, три линии задержки, два счетчика, оператлгл,38 запоминающее устройство. коммутатор, трь триггepd и дешифратор при этом выход IlepBGA логической схемы И соедине-! с первыми входамл вто. рой, третьей, четвертой, пятой, шестой и седьмой логических схем И и через переучло ли II«IG задержки с первыми входами девятой и десятой логических схем И и Я-входом первого триггера, Bb!xop, которого соеци!8! I с вторым входом,ц=,сятай логи Ieci(GA схемы И, ablxop, кот0130й rloqxnio eli x первом < входу восьмой гюгической схемы И и информационному В,"(оду второго регистра сдвига, второй Вход шестой логической схемы И объединен с входом инверГо1эа и является третьим вход эм системы управления, выход шест3й логической схемы И является четвертым выходом системы угравления, выход 1«нвертора подключен к второму входу седьмой логической схемы .И, выход которой соединен с входами синхронизации перво-о N второго регAcтров сдвига и R-входам первого Tpillrrepа, первый, второй, третий и четвертый Bü:õîäû первого регистра сдвига подключень к BTOрым входам соо ветственно Втор(эй, третьей, четвертой и пятой логических схем

И, выходы BTopoAI и третьей логических схем

И соединены с суммирующими входами соОтветственно первого:л второго суммато-. ров, ablxopbI четвертой и пятой логических схем И соединe:.Iû с вьгчитающими входами соответственнс r!epaol и Второго сумматОрОВ, ВыхОды кÎTopblx под!(Лючены к информационному входу оперативногс, запоминающего устройства и второму информационному входу коммутаэора, первый выход

BTop0r0 регистра с)3 вига подкп10чен K 3Т0ро-

Mjj BxGpII aocb I!3A .iiofI« i8cI(oA cxeMbl И, ВыхОД l(GTÎpoA соедино -. c первым !3xopoI" пятой логической схемы ИЛИ, второй выход второго регистра сдвига соединен с вторым входом девятой логической схемы И, выход которой подключен к второму входу пятой

5 логической схемы ИЛИ, выход которой подключен к первому входу четвертой логической схемы ИЛИ, через вторую линию задержки к входу записи оперативного запоминающего устройства, через вторую и

10 третью линии задержки к обнуляющим входам первого и второго сумматоров, к первому входу первой логической схемы ИЛИ и является третьим выходом системы управления, второй вход первой логической схе15 мы ИЛИ обьединен с А входом второго триггера и является первым входом системы управления, выход первой логической схемы ИЛИ соединен с информационным входом первого регистра сдвига, первый вход

20 первой логической схемы И является четвертым входом системы управления, неинвертирующий выход второго триггера подключен к Второму управляющему входу коммутатора, второму входу первой логиче25 ской схемы И и является шестым выходом системы управления, первый вход одиннадцатой логической схемы И является пятым входом системы управления, Б-входтретьего триггера объединен с первым входом

30 третьей логической схемы ИЛИ и является вторым входом системы управления, выход третьей логической схемы ИЛИ подключен к R-входу aToporo триггера, инверти рующий выход которого соединен с первым управля35 ющим входом коммутатора, выход третьего триггера подключен к второму входу одиннадцатой логической схемы И, выхоц которой соединен с вторыми вхо,цами второй и четвертой логических схем ИЛИ и является

40 пятым выходом системы управления, Bb!ход четвертой логической схемы ИЛИ подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с входом деши-.,— ратора и является первым выходом систе45 .мы управления, выход дешифратора подключен к R-вхО. цам т138тьего 3 риггера, первого и BToporo счетчлков и к второму входу третьей логической схемы ИЛИ, выход второй логической схемы ИЛИ соеди-56 нен со счетным входом первого счетчика, выхo!3, которого подключен к адресному входу оперативного запоминающего устройства, выход оперативного запоминающего устройства соединен с первым

55 информационным входом коммутатора, выХОД КОТОРОГО ЯВЛЯЕТСЯ ВТОРЫМ ВЫХОДОМ СИСтемы управления, 1682096

"682096

Ил

Ncmupi

58>.

2дх

Райли

Оы

1682096

Составитель В.Бродягин

Техред М.Моргентал Корректор Т, Палий

Редактор Е,Папп

Производс венно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3368 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобре ениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Ргуп с" а наб„4/5