Устройство для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом

Авторы патента:

B23K26/42 - предварительная обработка; вспомогательные операции или оборудование (B23K 26/16 имеет преимущество)

B23K26/02 - установка или наблюдение за обрабатываемым изделием, например в отношении места воздействия луча; нацеливание или фокусирование луча лазера

Владельцы патента RU 2261784:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к области испытательной техники, а конкретнее к устройствам для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Устройство содержит оптический квантовый генератор, фокусирующую лазерный луч с помощью подвижной линзы систему и подвижное основание для закрепления разрезаемого объекта. Подвижное основание выполнено в виде вращающейся платформы, установленной на ведомом валу механизма дискретной регулировки скорости вращения. Этот механизм выполнен в виде набора соединяемых приводным ремнем ведомых и ведущих шкивов. На вращающейся платформе укреплена в качестве разрезаемого объекта модель объекта. Приводной ремень, соединяющий ведомый и ведущий шкивы, выполнен из демпфирующего колебания материала. Ведомый вал вращающейся платформы установлен в подшипниках и снабжен механизмом регулирования натяжения приводного ремня и установлен на координатном устройстве, такое выполнение устройства позволило сократить временные затраты и затраты электроэнергии на проведение испытаний. 2 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники, а конкретнее к устройствам, изучающим процессы воздействия лазерных лучей на различные объекты.

Известны многочисленные устройства для воздействия на обрабатываемый объект лазерным лучом. При этом некоторые типы лазеров имеют значительный угол расхождения луча и требуют его фокусировки. Известны подобные устройства [1, 2], состоящие из оптического квантового генератора, генерирующего лазерный луч для обработки объекта, и устройства для фокусировки луча на объекте с помощью подвижной линзы. Это же устройство служит и для наблюдения за объектом воздействия в процессе его обработки.

Недостатком этого устройства является невозможность проведения воздействий на объект при окружающих условиях, отличающихся от атмосферных. Например, широко практикуется лазерная резка или лазерное перфорирование материалов в кислородной или, наоборот, в нейтральной среде.

Известно устройство для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом [3], выбранное в качестве прототипа и приведенное на фиг.1, содержащие оптический квантовый генератор 1, фокусирующую лазерный луч с помощью подвижной линзы 2 систему 3 и подвижное основание 4 для закрепления разрезаемого объекта 5. При этом для определения оптимальной скорости резания используется то же самое устройство и различные образцы материалов, закрепляемые на подвижном основании.

Существенным недостатком такого устройства является то, что для выбора скорости резания требуется большое количество опытов, затрачивается большое время и расходуется много электроэнергии.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка такого устройства для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом, которое позволило бы сократить временные затраты и затраты электроэнергии на проведение испытаний.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом, содержащем оптический квантовый генератор, фокусирующую лазерный луч с помощью подвижной линзы систему и подвижное основание для закрепления разрезаемого объекта, в отличие от известного подвижное основание выполнено в виде вращающейся платформы, установленной на ведомом валу механизма дискретной регулировки скорости вращения, выполненного в виде набора соединяемых приводным ремнем ведомых и ведущих шкивов, при этом на вращающейся платформе укреплена в качестве разрезаемого объекта модель объекта, а приводной ремень, соединяющий ведомый и ведущий шкивы, выполнен из демпфирующего колебания материала, причем ведомый вал вращающейся платформы установлен в подшипниках и снабжен механизмом регулирования натяжения приводного ремня и установлен на координатном устройстве.

Суть изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - схема устройства-прототипа;

на фиг.2 - общий вид предлагаемого устройства для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом;

Устройство для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом содержит оптический квантовый генератор 1, фокусирующую лазерный луч с помощью подвижной линзы 2 систему 3 и подвижное основание 4, на котором предлагается закрепить в качестве разрезаемого объекта 5 модель объекта. При этом подвижное основание 4 выполнено в виде вращающейся платформы, установленной на ведомом валу 6 механизма дискретной регулировки скорости вращения, выполненного в виде набора соединяемых приводным ремнем 7 ведомых 8 и ведущих 9 шкивов, а приводной ремень 7, соединяющий ведомый 8 и ведущий 9 шкивы, выполнен из демпфирующего колебания материала, причем ведомый вал 6 вращающейся платформы установлен в подшипниках 10, ведущие шкивы установлены на валу 11 синхронного двигателя 12.

Ведомый вал 6 снабжен механизмом регулирования натяжения приводного ремня 7, выполненном в виде фиксатора 13, регулирующего маховичка 14 и муфты 15. Все перечисленные элементы объединяет корпус 16, установленный на координатное устройство 17.

На подвижном основании 4, выполненном в виде вращающейся платформы, закрепляют разрезаемый образец 5, в качестве которого берут модель разрезаемого образца предпочтительно круглой формы. Вращающаяся платформа установлена на ведомом валу 6, на котором установлен набор ведомых шкивов 8 разных диаметров. Механизмом регулирования натяжения приводного ремня ослабляют натяжение приводного ремня 7, одевают его на шкивы с выбранным передаточным отношением, задавая определенное число оборотов модели разрезаемого образца, и тем самым, задавая линейную скорость движения поверхности модели относительно лазерного луча. Регулируют натяжение ремня 7 маховиком 14 и фиксируют его положение с помощью фиксатора 13. Включают синхронный двигатель 12 с постоянным числом оборотов, вал которого 11 приводит во вращение ведущие шкивы 9, которые с помощью приводного ремня 7 передают вращение ведомым шкивам 8 и соответственно подвижному основанию 4 и модели разрезаемого объекта 5. Затем включают фокусирующее устройство 3, освещающее место, в котором будет находиться фокус лазерного луча, и измеряют радиус фокуса лазерного луча относительно оси вращения модели 5. Затем включают оптический квантовый генератор 1 и воздействуют на модель 5 сфокусированным лазерным лучом. После этого выключают оптический квантовый генератор 1, выключают двигатель 12, ослабляют фиксатор 13 и с помощью маховика 14 и муфты 15 ослабляют натяжение приводного ремня 7, перекидывают его на ведомый 8 и ведущий 9 шкивы с другим передаточным отношением. И процесс повторяется.

Предлагаемое изобретение возможно реализовать с помощью следующих средств:

В качестве квантового генератора использовалась промышленная установка "Квант-15", имеющая диапазон энергий луча лазера от 8 до 15 Дж, мощность излучения лазера от 1,4 до 2,6 млн Вт/см², длительность импульсов от 2 до 5 мс, длину волны лазерного излучения 1,06 мкм, максимальную частоту повторения импульсов - до 20 Гц, фокусное расстояние от лазерной головки: 50 и 100 мм, диаметр регулируемого светового пятна в фокальной плоскости: 0,3^+0,2-1,3^-0,2 мм.

Скорость вращения двигателя, питаемого от сети переменного тока 220 В, постоянная и равная 20 об/с. Передаточные отношения шкивов: 2,037; 1,0; 0,491.

Диапазон радиусов воздействия лазерного луча на модели обрабатываемого объекта: от 0,015 до 0,027 м.

Диапазон тангенциальных скоростей на модели обрабатываемого объекта: 1,88-6,91 м/с, а с учетом возможности проведения работ на остановленной модели: 0; 1,88-6,91 м/с.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано для определения параметров и режимов лазерной резки листовых и пленочных материалов; определения параметров и режимов пожаровзрывобезопасности при лазерной резке листовых и пленочных сгораемых материалов в воздушной среде; исследовательские работы по указанным выше направлениям.

Литература:

1. Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов, А.Н.Кокора. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975, с.233.

2. А.Г.Григорьянц. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989, с.15.

3. Патент США №4381441 Способ и установка для лазерной обрезки пленочных резисторов. МКИ: В 23 К 26/00. Публикация от 26.04.1983 г. - прототип.

Устройство для определения параметров резания объектов сфокусированным лазерным лучом, содержащее оптический квантовый генератор, фокусирующую лазерный луч с помощью подвижной линзы систему и подвижное основание для закрепления разрезаемого объекта, отличающееся тем, что подвижное основание выполнено в виде вращающейся платформы, установленной на ведомом валу механизма дискретной регулировки скорости вращения, выполненного в виде набора соединяемых приводным ремнем ведомых и ведущих шкивов, причем ведущий шкив установлен на оси синхронного двигателя, а на вращающейся платформе укреплена в качестве разрезаемого объекта модель объекта, при этом приводной ремень, соединяющий ведомый и ведущий шкивы, выполнен из демпфирующего колебания материала, причем ведомый вал вращающейся платформы установлен в подшипниках, снабжен механизмом регулирования натяжения приводного ремня и размещен на координатном устройстве.

Изобретение относится к области сварочной техники, в частности к способу и устройству диагностики и управления качеством лазерной сварки, и может быть использовано при решении задач диагностики, многопараметрического контроля во всех высококачественных, высокопроизводительных процессах лазерной сварки.

Способ подготовки кромок под сварку листовых заготовок из титановых сплавов // 2196032

Изобретение относится к сварке плавлением заготовок из титановых сплавов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве сварных конструкций.

Способ катодной обработки поверхности металлической детали перед лазерной закалкой // 2188108

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу катодной обработки поверхности металлической детали перед лазерной закалкой. .

Способ лазерной сварки тонких проводников // 2164848

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в электронике, приборостроении и машиностроении. .

Способ сварки лучом лазера // 768111

Способ резки прозрачных неметаллических материалов // 2226183

Изобретение относится к способам резки и скрайбирования прозрачных неметаллических материалов, преимущественно особо твердых с полупроводниковым покрытием и без него, и может использоваться в электронной промышленности.

Способ лазерной резки деталей из тонких листов // 2225782

Изобретение относится к размерной обработке материалов, а именно к резке листовых материалов, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении при изготовлении деталей из тонких листов, например пластин магнитопроводов при производстве электрических машин и трансформаторов.

Способ размерной обработки композиционного материала // 2219029

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к размерной обработке композиционных материалов при изготовлении сложноконтурных изделий. .

Автоматизированный участок резки и сварки металлических конструкций // 2208506

Изобретение относится к оборудованию для изготовления металлических изделий и может быть использовано для лазерной и/или дуговой сварки металлических конструкций.

Устройство для лазерной пробивки отверстий в материалах // 2208504

Изобретение относится к области обработки материалов, а более конкретно к области лазерной пробивки отверстий в различных материалах, в том числе в биологических тканях, таких как, например, сердечная мышца - миокард при операции лазерной реваскуляризации миокарда.

Способ и устройство для резки пленок, состоящих из пленки- основы и находящегося на ней декоративного слоя, в частности, пленок для тиснения // 2194615

Изобретение относится к лазерной обработке, в частности к способу и устройству для резки пленок, и может найти применение при изготовлении пленок, состоящих из основы и декоративного слоя.

Способ изготовления поглотителя энергии в свч-приборах // 2193957

Изобретение относится к области электроники, в частности к способу изготовления поглотителя энергии в СВЧ-приборах, и может найти применение в приборах и устройствах, в которых требуется полное или частичное поглощение СВЧ-энергии.

Способ прошивки прецизионных отверстий лазерным излучением // 2192341

Изобретение относится к технологии лазерной обработки материалов и может быть использовано в машиностроении, микроэлектронике и других областях промышленности для прошивки отверстий малого диаметра и большой глубины в изделиях из металлов, их сплавов, диэлектриках и других материалах.

Способ изготовления основания вырубного штампа // 2173620

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к производству вырубных штампов для картонажных изделий. .

Способ и устройство для резки материалов лазерным лучом // 2172233

Изобретение относится к области резки, в частности к способу и устройству для резки материалов лазерным лучом с использованием вспомогательного газа, удаляющего из реза продукты разрушения, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Способ контроля сварного шва // 2194601

Изобретение относится к способу и устройству для контроля сварного шва сварного соединения, выполненного встык посредством глубокой сварки лазерным лучом, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Устройство для фокусировки лазерного луча // 2140836

Изобретение относится к устройствам для резки, сверления, обработки поверхности, а более конкретно для поверхностного упрочнения, нанесения порошковых покрытий и полирования с помощью лазерного луча.

Способ отслеживания кромок перед сваркой и контроля кромок (варианты) и аппарат для его осуществления (варианты) // 2138374

Изобретение относится к способу отслеживания кромок перед сваркой и контроля кромок, а также к аппарату для осуществления способа. .

Устройство для лазерной обработки материалов // 2135338

Изобретение относится к области светолазерной обработки, в частности к устройству для сварки, пайки и резки световыми и лазерными лучами. .

Способ лазерной технологической обработки материалов // 2118925

Изобретение относится к лазерным технологиям и может найти применение при резке, придании нужной формы диэлектрикам и полупроводникам в различных отраслях приборостроения.

Способ лазерной обработки поверхности материалов // 2086376

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для обработки различных материалов (металл, дерево, кость, кожа, пластмасса) и изделий из них в промышленности, а также для модификации структуры поверхности оптических материалов.