Устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности

Авторы патента:

G01B7/14 - для измерения расстояния или зазора между разнесенными предметами или отверстиями (G01B 7/30 имеет преимущество)

B23K26/70 - Обработка металла лазерным лучом, например сварка, резка, образование отверстий (лазеры H01S 3/00)

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

Владельцы патента RU 2714596:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" (RU)

Изобретение относится к устройству для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности заготовок лазерным лучом. Лазерная головка 1 выполнена с приводом 2 для вертикального перемещения лазерной головки для поддержания заданного расстояния относительно обрабатываемой поверхности 3. Управляющее устройство положением лазерной головки над рабочей поверхностью включает емкостное измерительное устройство 4, измеряющее расстояние от сопла 5 лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок 6 обработки сигнала, блок 7 управления приводом и детектор 8 касания соплом обрабатываемой поверхности. Входы 9, 10 измерительного устройства 4 подключены соответственно к соплу 5 лазерной головки и обрабатываемой поверхности 3, а его выход 11 - к первому входу 12 блока 6 обработки сигнала, выход 13 которого подключен к входу 14 блока 7 управления приводом. Входы 15, 16 детектора 8 подключены параллельно входам 9, 10 измерительного устройства 4, а его выход 17 - ко второму входу 18 блока обработки сигнала измерительного устройства. Детектор 8 касания представляет собой полосный фильтр, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного датчика. При ненадежном касании сопла обрабатываемой поверхности происходит хаотичное изменение частоты осциллятора емкостного измерительного устройства и выход ее за пределы установленного диапазона. При надежном касании происходит срыв частоты осциллятора. В обоих случаях сигнал на выходе детектора касания пропадает, что является сигналом аварийной ситуации, который формируется значительно раньше, чем аварийный сигнал блока 6 обработки сигнала измерительного устройства. Данное техническое решение позволит повысить надежность работы устройства и предотвратить его поломку. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам для обработки заготовок лазерным лучом, а именно к устройствам для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности.

Известно устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью [1, 2, 3].

Принцип действия емкостного измерительного устройства основан на использовании LC-осциллятора для измерения емкости между соплом и обрабатываемой поверхностью широко известен и здесь не описывается. Управление дистанцией между соплом лазерной головки основано на поддержании постоянного значения электрической емкости между соплом лазерной головки и рабочей поверхностью. Это обеспечивает сохранение постоянной дистанции и исключает коллизии между соплом лазерной головки и рабочей поверхностью в рабочем процессе обработки заготовки. В аварийных же ситуациях, а, так же в процессе настройки машины, возможно соприкосновение сопла и рабочей поверхности. При этом возможен ненадежный гальванический контакт между соплом и поверхностью. Это приводит к явлению, известному в электротехнике, как «дребезг контактов». Оно характеризуется хаотичным появлением и отсутствием гальванического контакта, что можно представить смесью различных, независимых частот. Попадание паразитных частот, соответствующих увеличению дистанции, в блок обработки сигнала измерительного устройства приводит к тому, что управляющее устройство попытается опустить лазерную головку, несмотря на то, что сопло уже касается поверхности.

Несмотря на то, что такая ситуация может происходить довольно редко, последствия ее приводят к повреждению обрабатываемой детали и необратимой поломке лазерной головки.

Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении надежности работы устройства.

Указанный результат достигается за счет того, что устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью снабжено детектором касания сопла лазерной головки с обрабатываемой поверхностью, выполненным в виде полосового фильтра, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного измерительного устройства, при этом входы упомянутого детектора касания подключены параллельно входам упомянутого емкостного измерительного устройства, а выход детектора касания соединен со вторым входом блока обработки сигнала измерительного устройства.

Пример выполнения заявляемого устройства представлен на чертеже.

Лазерная головка 1 выполнена с приводом 2 для вертикального перемещения лазерной головки для поддержания заданного расстояния относительно обрабатываемой поверхности 3.

Устройство для управления положением лазерной головки включает емкостное измерительное устройство 4, измеряющее расстояние от сопла 5 лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок 6 обработки сигнала, блок 7 управления приводом, и детектор 8 касания соплом обрабатываемой поверхности.

Входы 9,10 измерительного устройства 4 подключены соответственно к соплу 5 лазерной головки и обрабатываемой поверхности 3, а его выход 11 - к первому входу 12 блока 6 обработки сигнал, выход 13 которого подключен ко входу 14 блока 7 управления приводом.

Входы 15, 16 детектора 8 подключены параллельно входам 9, 10 измерительного устройства 4, а его выход 17 - ко второму входу 18 блока обработки сигнала измерительного устройства.

Детектор 8 касания представляет собой полосный фильтр, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного датчика. При ненадежном касании сопла обрабатываемой поверхности происходит хаотичное изменение частоты осциллятора емкостного измерительного устройства и выход ее за пределы установленного диапазона. При надежном касании происходит срыв частоты осциллятора. В обоих случаях сигнал на выходе детектора касания пропадает, что является сигналом аварийной ситуации, который формируется значительно раньше, чем аварийный сигнал блока 6 обработки сигнала измерительного устройства. Это позволяет сократить время реакции системы и предотвратить механические коллизии.

Устройство работает следующим образом.

Осциллятор емкостного измерительного устройства изменяет свою частоту, как функцию от измеряемой дистанции. Частотный сигнал измерительного устройства поступает в блок 6 обработки сигнала, где сначала он преобразуется в цифровую величину, а, затем, используя характеристическую кривую, в значение, соответствующее измеренной дистанции.

Значение дистанции передается в блок 7 управления приводом, которое, используя привод 2, управляет вертикальным положением лазерной головки по отношению к обрабатываемой поверхности. Дистанция между соплом 5 лазерной головки 1 и обрабатываемой поверхностью 3 может, таким образом, сохраняться постоянной. В рабочем режиме это обеспечивает возможность позиционирования сопла над обрабатываемой поверхностью, избегая коллизий. При аварийном касании соплом обрабатываемой поверхности сигнал на выходе детектора касания пропадает, что может быть использовано, в зависимости от выбранного режима работы, в качестве команды для немедленного останова работы установки как с подъемом сопла от поверхности, так и без подъема.

Характеристическая кривая представляет собой зависимость дистанции от измеренной емкости. Эта кривая снимается в процесс периодической калибровки и хранится в памяти блока 7 управления приводом, что позволяет позиционировать сопло перед началом обработки, не используя для этого иные дополнительные устройства.

Таким образом данное техническое решение позволит повысить надежность работы устройства и предотвратить его поломку.

Источники информации

1. Патент US №6509744, МКИ - G01B 7/02, 2003

2. Патент US №8247732, МКИ - B23K26/046, 2012

3. Патент US №5094046, МКИ - B23K 26/00, 1997

Устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью, отличающееся тем, что оно снабжено детектором касания сопла лазерной головки с обрабатываемой поверхностью, выполненным в виде полосового фильтра, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного измерительного устройства, при этом входы упомянутого детектора касания подключены параллельно входам упомянутого емкостного измерительного устройства, а выход детектора касания соединен со вторым входом блока обработки сигнала измерительного устройства.

Группа изобретений относится к магнитным подшипникам. Способ для контроля устройства магнитного подшипника для электрической вращающейся машины, содержащего первую пару по существу диаметрально противолежащих датчиков и вторую пару по существу диаметрально противолежащих датчиков, которые расположены со смещением относительно первой пары датчиков на угол (α), заключается в следующем.

Устройство для определения планово-высотного положения подземных трубопроводов // 2713998

Изобретение относится к транспорту углеводородов в нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации трубопроводов, расположенных в местах с возможными оползневыми явлениями.

Датчик местонахождения межламельных промежутков коллектора электрической машины // 2713815

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для нахождения середины межламельной изоляции коллектора электрической машины в процессе его продораживания.

Способ измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс и устройство для его осуществления // 2709704

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано в сфере железнодорожного транспорта, а именно для измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс при обнаружении дефектов ходовых частей подвижного состава.

Способ определения высоты клиновых пригоночных подкладок круглой формы // 2708338

Изобретение относится к средствам измерения расстояний, размеров и формы объектов. Способ определения высоты подкладки, устанавливаемой между опорными поверхностями механизма: фундамента и, например, лапы, включает в себя введение между опорными поверхностями набора из одной или более плоскопараллельных деталей, и их позиционирование, после чего вводят измерительное устройство, включающее в себя раму, рукоять и индуктивный преобразователь перемещения, и имеющее на своей нижней поверхности направляющий шип, соответствующий кольцевому пазу указанной плоскопараллельной детали, перемещают измерительное устройство по окружности, при этом измерительное устройство измеряет расстояние до поверхности лапы, далее, используя в расчете наименьшее и наибольшее значение зазора между опорными поверхностями механизма, учтя при этом высоту указанного набора плоскопараллельных деталей и измерительного устройства, и выполнив пересчет с учетом пропорциональности диаметра кольцевого паза указанной плоскопараллельной детали диаметру клиновой пригоночной подкладки круглой формы, получают значение наибольшей и наименьшей высоты клиновой пригоночной подкладки.

Способ неразрушающего контроля металла рабочих лопаток турбины, длительно подвергающихся постоянным и переменным эксплуатационным нагрузкам при повышенных температурах // 2706814

Использование: для контроля металла рабочих лопаток турбины, подвергающихся длительным эксплуатационным нагрузкам при повышенных температурах. Сущность изобретения заключается в том, что к лопаткам турбины применяются методы дефектоскопии, показывающие наличие дефектов в металле путем обследования после останова турбины большой группы лопаток, на которых возможно наличие трещин.

Способ и устройство для определения по меньшей мере одной характеристики катушки индуктивности, способ и устройство для определения положения исполнительного элемента и автомобиль // 2702684

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения по меньшей мере одной характеристики измерительной катушки, например катушки, в которую погружается исполнительный элемент, например, на педали автомобиля или над которой скользит такой исполнительный элемент.

Модернизированное периферийное уплотнение рабочего колеса // 2695239

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в качестве сигнализатора предаварийного состояния в связи с уменьшением величины радиального зазора в проточной части турбомашины в уплотнениях на периферии ступеней или в концевых (промежуточных) уплотнениях валов.

Способ обнаружения частиц металла в системе смазки узлов трения силовых установок с разбиением на группы по размерам частиц // 2674577

Изобретение относится к способам оперативного бортового контроля технического состояния работающего газотурбинного двигателя (ГТД) на наличие магнитных и немагнитных частиц металла в потоке масла системы смазки.

Способ измерения радиальных зазоров между торцами рабочих лопаток и статором турбомашины и определения температуры рабочей среды в проточной части // 2674079

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиальных зазоров (РЗ) между торцами рабочих лопаток турбомашины и чувствительным элементом (ЧЭ) одновиткового вихретокового датчика, установленного на статорной оболочке турбомашины, а также измерения температуры рабочей среды в проточной части.

Устройство и способ разрезания роговицы или хрусталика // 2712087

Группа изобретений относится к медицине. Устройство разрезания человеческой или животной ткани, такой как роговица или хрусталик, содержит фемтосекундный лазер, выполненный с возможностью излучения лазерного пучка в виде импульсов; средства, выполненные с возможностью направления и фокусировки пучка на ткань или в ткань для ее разрезания; средства формирования лазерного пучка, позиционируемые на траектории лазерного пучка, для модулирования фазы фронта волны лазерного пучка в соответствии с вычисленным заданным значением модуляции с целью распределения энергии единственного модулированного лазерного пучка в по меньшей мере двух точках воздействия в фокальной плоскости указанного единственного модулированного лазерного пучка, соответствующей плоскости резания.

Лазерная сварочная головка с двумя подвижными зеркалами, направляющими лазерный пучок, и система и способы лазерной сварки, в которых она используется // 2711996

Изобретение относится к лазерной сварочной головке (варианты) и системе для лазерной сварки и может быть использована для выполнения сварочных работ, например, с формированием определенного рисунка при совершении лазерным пучком колебательных движений и/или обнаружением/отслеживанием и сопровождением свариваемого шва.

Обрабатывающий станок // 2711694

Обрабатывающий станок, приспособленный для подвода источника энергии через обрабатывающую головку на обрабатываемую деталь. Обрабатывающий станок имеет зажимное устройство, приспособленное для временного размещения обрабатывающей головки или другой механообрабатывающей или обрабатывающей головки для обработки обрабатываемой детали.

Способ повышения износостойкости рабочих органов из высокопрочного чугуна co2 - лазером // 2711389

Изобретение относится к способам термической обработки металлов, в частности к способам получения износостойких структур при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Проекционная оптика для обработки металла с помощью лазерного излучения и содержащая ее лазерная обрабатывающая головка // 2711287

Изобретение относится к лазерной обрабатывающей головке (1) и может быть использовано для обработки материалов с помощью лазерного излучения. Головка содержит коллиматорную оптику (21) для коллимации расходящегося рабочего лазерного луча (121) и фокусирующую оптику для фокусирования рабочего лазерного луча (12) на подлежащей обработке детали (14).

Способ формирования трубчатого канального волновода и установка для его осуществления // 2711001

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа формирования в образце оптического материала оболочки трубчатого канального волновода.

Устройство защиты зоны газопорошковой лазерной наплавки металлов от внешней среды и способ защиты зоны газопорошковой лазерной наплавки металлов от внешней среды (варианты) // 2710710

Изобретение относится к устройству и способу защиты зоны газопорошковой лазерной наплавки металлов от внешней среды (варианты). Устройство содержит защитный колпак, установленный на срезе соплового насадка.

Автоматизированный комплекс для лазерного термоупрочнения поверхностей изделий // 2710704

Изобретение относится к автоматизированному комплексу для лазерного термоупрочнения поверхностей изделий. Технический результат изобретения состоит в расширении технологических возможностей и повышении качества обработки поверхности изделий.

Способ лазерно-дуговой сварки // 2710090

Изобретение относится к области лазерно-дуговой сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например, при производстве труб. В предлагаемом способе лазерно-дуговой сварки осуществляют предварительный этап электродуговой сварки на пробном образце и при установившемся процессе электродуговой сварки определяют диапазон изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в режиме поддержания заданных значений параметров сварки.

Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава // 2709694

Изобретение относится к изготовлению высокоточной заготовки из порошка титанового сплава. Способ включает послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения.