Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления

Авторы патента:

B23K26/03 - наблюдение за обрабатываемым изделием

Владельцы патента RU 2505386:

ООО Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологии обработки материалов лазерным излучением. Лазерную обработку материалов выполняют с подсветкой рабочей зоны обрабатываемого материала, частота которой отлична от частоты лазерного излучения. Пропускают отраженные от обрабатываемого материала лучи лазерного излучения и подсветку через фокусирующую линзу. Разделяют лучи лазерного излучения и подсветки посредством поворотного диахронического зеркала. Фокусируют лучи подсветки в телевизионной камере. Используют ахроматическую фокусирующую линзу, а частоту подсветки выбирают в зеленой части видимого спектра. В результате повышается качество обработки за счет получения возможности дистанционного наблюдения за качеством процесса обработки при применении сканирующих устройств. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к устройствам, обеспечивающим обработку материалов лазерным излучением.

Известен способ лазерной обработки материалов с применением источника лазерного излучения и фокусирующей линзы [1].

При этом способе отраженный от обрабатываемого материала луч фиксируется в приемной камере. Этот способ позволяет следить за уровнем электромагнитной радиации из зоны разработки. Однако этот способ не позволяет визуально посредством дистанционных средств наблюдать за процессом обработки материалов и не применим, когда используют сканирующие устройства для точного позиционирования лазерного луча.

Известен способ лазерной обработки материалов, с применением источника лазерного излучения, сканирующего устройства и фокусирующей линзы [2].

Известна также установка для лазерной обработки материалов, включающая источник лазерного излучения, вдоль оптической оси которого размещены сканирующее устройство и фокусирующую линзу [2].

Недостатком известного способа и устройства является то, что при их применении отсутствует возможность дистанционного наблюдения за качеством процесса лазерной обработки материалов Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении эффективности лазерной обработки материалов за счет получения возможности дистанционного наблюдения за качеством процесса обработки при применении сканирующих устройств,

Указанный результат достигается за счет того, что в способе лазерной обработки материалов с применением источника лазерного излучения, сканирующего устройства и фокусирующей линзы, осуществляют подсветку рабочей зоны обрабатываемого материала с частотой отличной от источника лазерного излучения, фокусирующую линзу выполняют ахроматической, и, через нее и сканирующее устройство, пропускают отраженные от обрабатываемого материала лучи лазерного излучения и подсветки с последующим их разделением посредством поворотного дихронического зеркала, и фокусируют лучи подсветки в телевизионной камере. Частоту подсветки выбирают в зеленой части видимого спектра.

Указанный результат достигается также за счет того, что установка для лазерной обработки материалов, которая содержит рабочий стол, источник лазерного излучения, вдоль оптической оси которого размещены сканирующее устройство и фокусирующая линза, снабжена подсветкой рабочей зоны обрабатываемого материала, размещенной между источником лазерного излучения и фокусирующей линзой дихроническим зеркалом, и, расположенными за дихроническим зеркалом, дополнительной фокусирующей линзой и телевизионной камерой, причем источник лазерного излучения и подсветка выполнены с различными частотами излучения, а фокусирующая линза выполнена ахроматической. Подсветка рабочей зоны выполнена в виде светодиода, либо в виде лазера.

Пример выполнения заявляемого устройства поясняется чертежом.

Установка для лазерной обработки материалов включает рабочий стол 1, источник 2 лазерного излучения, вдоль оптической оси 3 которого размещены сканирующее устройство 4 и фокусирующая линза 5, подсветку 6 рабочей зоны 7 обрабатываемого материала, а также размещенное между источником 2 лазерного излучения и фокусирующей линзой 5 поворотное дихроническое зеркало 8.

За дихроническим зеркалом 8 расположены дополнительная фокусирующая линза 9 и телевизионная камера 10.

Источник лазерного излучения и подсветка выполняют с различными частотами излучения, а фокусирующую линзу выполняют ахроматической.

Подсветка рабочей зоны может быть выполнена в виде светодиода или лазера.

Способ обработки осуществляют следующим образом.

Лазерный луч от источника 2 лазерного излучения подают через поворотное дихроническое зеркало 8 и сканирующее устройство 4 и фокусируют посредством ахроматической линзы на обрабатываемом материале, который располагают на рабочем столе 1. Сканирующее устройство позволяет точно позиционировать луч лазерного излучения в рабочей зоне 7. Одновременно рабочую зону 7 подсвечивают подсветкой 6 с узкополосным источником излучения. Это может быть светодиодное или лазерное устройство.

Предпочтительно частоту подсветки выбирать в зеленой части видимого спектра, (с длиной волны примерно 520 нм), так как в этом диапазоне человеческий глаз имеет наибольшую чувствительность к свету, а частоту излучения источника лазерного излучения - примерно 1000 нм.

Лучи от источника 2 лазерного излучения и подсветки 6 отражаются от обрабатываемого материала и, проходя через ахроматическую фокусирующую линзу 5, становятся коллинеарными оптической оси 3 лазерного излучения. Далее лучи проходят через сканирующее устройство 4 и разделяются поворотным дихроническим зеркалом 8. Затем фокусируют лучи подсветки посредством дополнительной линзы 9 в телевизионной камере 10. Процессы, происходящие в рабочей зоне, наблюдают на обычном дисплее (на чертеже не показан). Это позволяет оперативно вмешиваться в процесс обработки и при этом точно позиционировать положение лазерного луча за счет сканирующего устройства.

Таким образом, данные технические решения позволят повысить эффективность лазерной обработки материалов за счет получения возможности дистанционного наблюдения за качеством процесса обработки при применении сканирующих устройств.

Источник информации

1. Патент US 7863544, МКИ - B23K 26/03, 4 января 2011

2. Патент на полезную модель РФ №94892, МПК - B23K 26/06, 2010.

Способ лазерной обработки материалов с подсветкой рабочей зоны обрабатываемого материала, частота которой отлична от частоты лазерного излучения, включающий пропускание отраженных от обрабатываемого материала лучей лазерного излучения и подсветку через фокусирующую линзу, разделение лучей лазерного излучения и подсветки посредством поворотного диахронического зеркала и фокусирование лучей подсветки в телевизионной камере, отличающийся тем, что используют ахроматическую фокусирующую линзу, а частоту подсветки выбирают в зеленой части видимого спектра.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и касается способа измерения амплитуды колебаний температуры в канале проплавления, образующемся при воздействии лазерного излучения на обрабатываемый материал.

Лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных объектов // 2397055

Изобретение относится к лазерному технологическому комплексу для обработки крупногабаритных объектов. .

Способ нанесения знакографической информации и система для его осуществления // 2328365

Изобретение относится к способу и системе нанесения знако-графической информации на изделия и может быть использовано для лазерной маркировки, гравировки в различных отраслях техники.

Способ формирования линий ослабления в элементе облицовки автомобиля для получения окна для развертывания пневмоподушки безопасности и устройство для его осуществления // 2262428

Изобретение относится к способу формирования линий ослабления в частях элементов автомобильной облицовки, накрывающей устройства с пневмоподушками безопасности, для создания одного или более откидываемых лепестков окна для развертывания пневмоподушки, когда пневмоподушка накачивается.

Устройство для обработки объектов лазерных излучением // 467698

Способ и устройство для контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки, а также лазерная обрабатывающая головка с подобным устройством // 2529135

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора, который контролирует процесс лазерной обработки, и определение по меньшей мере двух текущих показателей из по меньшей мере двух текущих измеренных значений. По меньшей мере два текущих показателя совместно представляют текущий характерный признак в пространстве показателей. Осуществляют предоставление предопределенного множества точек в пространстве показателей и классификацию процесса лазерной обработки посредством определения положения текущего характерного признака относительно предопределенного множества точек в пространстве показателей. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора для контроля процесса лазерной обработки, определение текущих показателей из текущих измеренных значений. Два текущих показателя совместно представляют текущий характерный признак в пространстве показателей. Выполняют предоставление предопределенного множества точек в пространстве показателей и классификацию процесса лазерной обработки посредством определения положения текущего характерного признака относительно предопределенного множества точек в пространстве показателей. По меньшей мере один сенсор содержит по меньшей мере один блок камеры, который выполняет съемку изображений камеры с различными временами выдержки и их совместно пересчитывает посредством метода высокого динамического диапазона (HDR), чтобы предоставить в качестве изображений текущих измеренных значений с высоким коэффициентом контрастности. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 19 ил.

Лазерная обрабатывающая головка // 2600458

Изобретение относится к лазерной обрабатывающей головке для лазерной обрабатывающей установки (варианты) и лазерной обрабатывающей установке. Лазерная головка содержит держатель (2) для узла (3) датчика, сформированный из электропроводящего материала, внешний изоляционный узел (4), изготовленный из электроизоляционного материала, такого как пластик, для электрического экранирования и внутренний изоляционный узел (5), вставленный во внешний изоляционный узел (4) в качестве экрана для излучения. Внутренний изоляционный узел (5) сформирован из металла и электрически изолирован от узла (3) датчика. В результате повышается срок службы лазерной головки, поскольку исключается повреждение узлов лазерной головки от излучения в процессе ее работы. 5 н. и 30 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления процессом лазерной резки и устройство лазерной резки для его осуществления // 2607502

Группа изобретений относится к способу и устройству для лазерной резки. Согласно настоящему изобретению процессом лазерной резки управляют, используя в качестве опорного сигнала одну или несколько линий спектра испускания, характерных для излучения, испускаемого вспомогательным газом или газообразной примесью, находящейся в объеме материала, облучаемого сфокусированным лазерным лучом, сфокусированным лазерной головкой (12), при этом на основании определенного сигнала проводится корректировка по меньшей мере одного из следующих контролируемых параметров: мощность лазерного излучения, частота и коэффициент заполнения лазерных импульсов, давление вспомогательного газа, испускаемого соплом (16), являющимся частью лазерной головки (12), скорость перемещения лазерной головки (12) относительно заготовки (P), расстояние между лазерной головкой (12) и поверхностью (S) заготовки (P), и расстояние между фокусом (F) лазерного луча и поверхностью (S) заготовки (P). Техническим результатом является улучшение качества лазерной резки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ сканирования трубы, предназначенной для обработки на станке для лазерной резки, с использованием датчика для измерения излучения, отраженного или испускаемого трубой // 2608868

Изобретение относится к способу сканирования трубы, предназначенной для обработки на станке для лазерной резки. Способ включает этапы, на которых: а) излучают посредством режущей головки (50) станка для лазерной резки сфокусированный лазерный луч таким образом, чтобы не происходила резка или вытравливание материала трубы (Т); b) передвигают режущую головку (50) вдоль заданного направления (х) сканирования; и с) во время перемещения режущей головки (50) вдоль направления (х) сканирования детектируют посредством соответствующих датчиков (56) излучения, отраженное или излучаемое трубой (Т), и устанавливают последовательно точка за точкой, на основе сигнала, предоставляемого датчиками (56), присутствие или отсутствие материала трубы (Т). Изобретение позволяет измерять положение точки реза на поверхности трубы независимо от положения трубы на станке для лазерной резки и от формы трубы. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство и способ резания лазером с автоматическим регулированием импульсов газа по частоте или по давлению // 2617301

Изобретение относится к области лазерного резания с нагнетанием потока продувочного газа в зону резания для удаления шлаков и газов, образующихся в процессе резания. Нагнетание продувочного газа в зону резания осуществляют с помощью импульсов газа, при этом непрерывно измеряют интенсивность отраженного из зоны резания излучения лазера и осуществляют регулирование расхода продувочного газа путем изменения частоты, давления, либо одновременно частоты и давления импульсов газа в зависимости от измеренной интенсивности, которую поддерживают на заданном минимуме. Использование изобретения позволяет повысить качество процесса резания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Исправление неоднородности с использованием последовательной абляции // 2619368

Изобретение относится к системам и способам для определения по меньшей мере одного профиля абляции для избирательного удаления материала с участков борта шины для внесения поправок в характеристики неоднородности вулканизированной шины, такие как изменение боковой силы. Порядок абляции может быть определен для множества канавок вдоль борта шины на основании данных чувствительности, соответствующих множеству канавок. По меньшей мере один профиль абляции может быть последовательно определен в соответствии со схемой последовательности, заданной порядком абляции. Последовательное определение профилей абляции может уменьшить вычислительные ресурсы, требуемые для вычисления по меньшей мере одного профиля абляции, и, в некоторых случаях, может уменьшить время абляции и общую абляцию для шины. Кроме того, последовательное определение профилей абляции может обеспечить исправление изменения боковой силы для вращения шина по часовой стрелке и против часовой стрелки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 20 ил., 3 табл.

Способ определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения // 2621477

Изобретение относится к области лазерного приборостроения и касается способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения. Способ включает в себя формирование инфракрасного пучка с помощью первой оптической системы, содержащей инфракрасный лазер, прозрачный в инфракрасной области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Дополнительно формируют пучок видимого излучения с помощью второй оптической системы, включающей лазер видимого диапазона, прозрачный в видимой области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала. Далее объединяют инфракрасный и видимый пучки с помощью плоскопараллельной пластины с отражающим слоем. Пластина установлена за вогнутым сферическим зеркалом первой фокусирующей системы. Плоскопараллельная пластина и вторая оптическая система установлены с возможностью обеспечения одновременной и точной фокусировки пучков в фиксированной точке объекта таким образом, что направление распространения и апертуры пучков совпадают. Технический результат заключается в повышении точности определения пространственного положения пучка лазерного излучения в инфракрасной области спектра. 1 ил.

Устройство контроля сварного участка и способ его контроля с выделяющим участком для выделения свечения испарения и теплового излучения // 2635586

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного луча и может быть использовано для контроля качества сварного участка. Сварочный лазерный луч излучают вдоль траектории сварки, расположенной на свариваемых деталях, а также могут излучать и контрольный лазерный луч вдоль траектории сканирования, расположенной в ванне расплава на свариваемых деталях, которые расплавляют с помощью излучения сварочного лазерного луча. При этом принимают ответное световое излучение из зоны сварки, а контроль качества сварного участка осуществляют путем сравнения преобразования Фурье, выполняемого для соотношения между интенсивностью первого компонента ответного светового излучения, содержащего свечение паров, и интенсивностью второго компонента, содержащего свет теплового излучения, или для скорости изменения соотношения между указанными интенсивностями, с заданным пороговым значением. Использование изобретения позволяет повысить точность контроля наличия дефектов сварного участка. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 20 ил.

Устройство контроля сварного участка и способ его контроля // 2635588

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного луча и может быть использовано для контроля наличия дефектов сварного участка. Сварочный лазерный луч (L1) излучают вдоль зоны (C11, C12) сварки, расположенной на свариваемых деталях (W1, W2), а также могут излучать и контрольный лазерный луч (L5) вдоль зоны (С51, С52) сканирования, расположенной в ванне расплава (Y1) на свариваемых деталях (W1, W2), которые расплавляют с помощью излучения сварочного лазерного луча (L1). При этом принимают ответное световое излучение из зоны сварки, а контроль наличия дефектов сварного участка осуществляют путем сравнения частоты изменения интенсивности принятого светоприемным узлом ответного светового излучения, получаемой в результате преобразования Фурье или дифференцирования упомянутой интенсивности, с особой частотой, определяемой частотой колебания поверхности ванны расплава при бездефектном состоянии сварного участка. Использование изобретения позволяет повысить точность контроля наличия дефектов сварного участка. 4 н.п. ф-лы, 13 ил.