Лазерный мир

Барчуков Дмитрий Анатольевич (RU), Слободян Степан Михайлович (RU), Виноградов Роман Валерьевич (RU), Петров Виктор Сергеевич (RU), Домашенко Денис Сергеевич (RU)

Патент

Изобретение относится к области обработки материалов лазерным лучом, а именно, к области модификации поверхности лазерным излучением, лазерной сварки, резки, сверления отверстий, предназначено для применения в системах активного ближнего воздействия лазерным излучением, а также может быть использовано в средствах оптического контроля параметров поверхности электромагнитным излучением.

Лазерная оптическая головка применяется в активных и пассивных радарных лазерных автономных системах измерения свойств поверхности объектов, отражающих электромагнитное излучение воздействия и контроля при облучении их поверхности пространственно ограниченным пучком электромагнитного излучения, в средствах контроля состояния поверхности, включая динамику ее изменения, по принципу локации.

Из уровня техники известна оптическая головка для лазерной резки листового металла, в которой узел для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы выполнен в виде двух связанных между собой резьбовым соединением цилиндров разного диаметра с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль оптической оси, при этом фокусирующая система установлена со стороны свободного торца цилиндра меньшего диаметра, а телескопическая система установлена со стороны свободного торца второго цилиндра большего диаметра, причем узел для одновременного перемещения вдоль оптической оси фокусирующей и телескопической системы выполнен в виде цилиндра с резьбой на внешней поверхности, при этом на внутренней поверхности корпуса оптической головки выполнена резьба, ответная резьбе указанного цилиндра, а сам цилиндр жестко закреплен на внешней стороне цилиндра с фокусирующей системой узла для перемещения фокусирующей системы вдоль оптической оси относительно телескопической системы (RU 151792, B23K 26/38, 20.04.2015).

Однако малая точность установки требуемой плотности распределения в области фокусировки лазерного луча при обработке поверхности материалов, обусловленная неконтролируемой в реальном времени изменением положения области наилучшей фокусировки, не требующей перемещения сопла, при изменении уровня облучаемой поверхности, при абляции части металла из области воздействия на материал, требует смены специализированных оптических головок для выполнения разных технологических операций (модификации поверхности, резки, сварки, сверления отверстий), что дополнительно приводит к затратам времени и простою оборудования на время его настройки.

Также известна оптическая лазерная головка, содержащая наружное и внутреннее газовые сопла с каналами для подвода активного и защитного газов, установленные концентрично с зазором, фокусирующую линзу, размещенную во внутреннем сопле, и сквозные отверстия, выполненные на боковой поверхности внутреннего сопла. Внутреннее сопло выполнено по типу сопла Лаваля, а фокусирующая линза размещена во внутреннем сопле с обеспечением базирования своей цилиндрической поверхностью по цилиндрической поверхности внутреннего сопла с возможностью перемещения вдоль оси, при этом канал для подвода газа к внутреннему соплу расположен между фокусирующей линзой и соплом Лаваля, а сквозные отверстия во внутреннем сопле расположены над линзой, при этом оптическая лазерная головка снабжена фиксаторами с возможностью ограничения движения фокусирующей линзы вдоль оси, расположенными ниже сквозных отверстий и выше нижнего канала подвода газа (RU 2578885, В23К 26/14, 27.03.2016).

Однако малая точность достижения требуемой плотности распределения в области фокусировки лазерного луча при обработке поверхности материалов, обусловленная неконтролируемым в реальном времени влиянием мощного динамического газового потока, оказывает сильное нелинейное влияние на распределение плотности излучения по сечению лазерного пучка при изменении положения области его наилучшей фокусировки.

Известна лазерная оптическая головка, содержащая наружный неподвижный корпус с наружным неподвижным соплом, внутренний подвижный корпус с внутренним соплом и фокусирующую линзу, закрепленную во внутреннем сопле, снабжена разделительными кольцами, установленными на наружном неподвижном корпусе с его внутренней стороны с образованием зазора между внутренним подвижным и наружным неподвижными корпусами, мембраной, разделяющей полость наружного неподвижного сопла на верхнюю полость и нижнюю полость, связанные с источником газа, ограничительным кронштейном и съемной насадкой, установленной на выходе внутреннего сопла, при этом внутренний подвижный корпус с внутренним соплом выполнен с возможностью перемещения вверх и вниз посредством зубчатой передачи, причем в нижней части наружного неподвижного корпуса установлен емкостной датчик для установки и контроля размера между срезом сопла и обрабатываемой деталью (RU 2641213; B23K 26/14,16.01.2018).

Однако большие потери мощности лазерного пучка и низкая точность, обусловленные тепловыми дефектами, возникающими в фокусирующей линзе при прохождении в головке мощного лазерного излучения, приводят к сильным нелинейным искажениям и нарушению исходной формы распределения плотности излучения в области фокусировки лазерного луча, в том числе, при перемещении его в реальном времени на заданный уровень глубины отверстия при большой толщине листа, а также при обработке поверхности листа непостоянной высоты.

Технической проблемой изобретения является создание устройства лазерной оптической головки, обеспечивающей возможность исключения потерь мощности лазерного излучения, поступающего в лазерную оптическую головку, с высокой точностью сохранения исходного профиля распределения плотности мощности в поперечном сечении области фокусировки лазерного пучка, оказывающего заданное воздействие на поверхность и объем металла в области воздействия.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности обработки, экономичности и универсальности лазерной головки.

Поставленная проблема решается и технический результат достигается тем, что лазерная оптическая головка содержит неподвижный корпус с защитным стеклом, закрепленном на входе лазерного пучка, и безлинзовую оптическую зеркально отражающую систему фокусировки лазерного пучка, состоящую из большого неподвижного зеркала с центральным отверстием, закрепленного внутри неподвижного корпуса кольцом, опирающимся на выступ внутри неподвижного корпуса, и малого подвижного зеркала, расположенного на пьезоэлектрическом приводе перемещения биморфного типа, элементы которого одним концом жестко закреплены между кольцом и выступом внутри неподвижного корпуса, а другим концом шарнирно соединены с оправкой малого подвижного зеркала, с возможностью перемещения малого подвижного зеркала относительно большого неподвижного зеркала, при этом криволинейная поверхность обоих зеркал является согласованной.

Полное содержание статьи: https://findpatent.ru/patent/274/2741035.html