Лазерный мир

Хайруллина Люция Раисовна, Смородин Федор Кузьмич, Хайруллин Раис Идрисович, Сайфеев Сергей Усманович // № охранного документа 0002727392 Роспатент

Изобретение относится к области обработки материалов лазерным лучом, а именно к процессам лазерной сварки, резки, сверления отверстий.

Известна оптическая головка для лазерной резки листового металла (патент RU №151792, МПК B23K 26/38, опубликованный 20.04.2015), 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.

Однако известное устройство не обеспечивает достаточную точность обработки материалов, имеет сложную конструкцию. Это приводит к потере времени, малой точности.

Известна оптическая головка для лазерной обработки (патент RU №34427, МПК B23K 26/00, B23K 26/02, B23K 26/03, опубликованный 10.12.2003). Оптическая головка для лазерной обработки содержит устройства вывода лазерного излучения из оптического волокна, поворотное интерференционное зеркало, телескопическую систему, состоящую из отрицательного компонента и положительного компонента, фокусирующую систему, систему визуального наблюдения, включающую видеокамеру, оптически сопряженную поворотным интерференционным зеркалом с фокусирующей системой, и монитор. Для управления излучением между устройством вывода лазерного излучения и фокусирующей системой, причем один из оптических элементов телескопической системы (например, оптический элемент) установлен с возможностью перемещения вдоль ее оптической оси. Устройство вывода излучения, поворотное интерференционное зеркало, телескопическая система, фокусирующая система, система визуального наблюдения расположены в едином корпусе.

Однако известное устройство не обеспечивает выполнение различных технологических операций (резки, сварки, сверления отверстий) и имеет сложную конструкцию.

Известна оптическая лазерная головка (патент RU №2578885, МПК B23K 26/14, опубликованный 27.03.2016), содержащая наружное и внутреннее газовые сопла с каналами для подвода активного и защитного газов, установленные концентрично и 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 активного газа к внутреннему соплу расположен между фокусирующей линзой и соплом Лаваля, а сквозные отверстия во внутреннем сопле расположены над линзой. Оптическая лазерная головка снабжена фиксаторами с возможностью ограничения движения фокусирующей линзы вдоль оси, расположенными ниже сквозных отверстий и выше нижнего канала подвода технологического газа.

Однако известное устройство не обеспечивает достаточную точность обработки материалов за счет поршневого перемещения сопла, смены специализированных оптических головок для выполнения различных технологических операций (резки, сварки, сверления отверстий). Это приводит к потере времени, малой точности и простою оборудования на время его переоснастки.

Известна лазерная оптическая головка (патент RU №2641213, МПК B23K 26/14, опубликованный 16.01.2018), ближайшая по технической сущности и принятая за прототип, где внутренний подвижный корпус с соплом установлен в неподвижном наружном корпусе с возможностью перемещения посредством зубчатой передачи, выполненной в виде зубчатой рейки, установленной на внутреннем корпусе, и вала-шестерни, установленной на кронштейне, закрепленном на наружном неподвижном корпусе и связанным с электрическим приводом, причем в нижней части наружного неподвижного корпуса установлен емкостной датчик для установки и контроля размера между срезом сопла и обрабатываемой деталью, а на выходе сопла размещена съемная насадка с сужающе-расширяющимся каналом на выходе. Для обеспечения резки, сварки или пробивки отверстий металлов от 1 мм до 20 мм съемная насадка выполнена с диаметром в узком сечении 0,2±0,02 мм и с углом расширения 30°. Для обеспечения резки металлов от 20 мм до 40 мм съемная насадка выполнена с диаметром в узком сечении 0,5±0,02 мм и с углом расширения 15°.

Однако для работы известного устройства требуется большее количество оборудования и обслуживающего персонала. Наличие электродвигателя для запуска перемещения внутреннего подвижного корпуса с внутренним соплом усложняет конструкцию лазерной головки, несколько увеличивает стоимость устройства и усложняет его эксплуатацию.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание оптической головки, для использования ее для лазерной резки, сварки, а также для сверления отверстий, при достижении высоких технологических показателей — минимальной ширины реза и шероховатости поверхности, а также минимальной зоны термического влияния.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности обработки, уменьшении энергозатрат, упрощении оборудования, надежности конструкции, уменьшении времени на замену режимов между резкой и сваркой.

Технический результат достигается тем, что оптическая головка для лазерной резки, сварки, содержащая наружный неподвижный корпус с каналами для подвода активного или защитного газов, внутри которого концентрично и с зазором расположен внутренний подвижный корпус с соплом с возможностью перемещения вдоль оси, фокусирующая линза, установленная в сопле, на боковой поверхности которого выполнены сквозные отверстия, расположенные под фокусирующей линзой, а на выходе сопла размещена съемная насадка, новым является то, что корпус сопла выполнен цилиндрическим, при этом по его высоте расположены две кольцевые пластины для перекрытия каналов подачи активного и защитного газов при его перемещении, на наружных торцевых поверхностях кольцевых пластин имеются уплотнительные манжеты с гладкой поверхностью, а между наружным неподвижным корпусом и внутреннем подвижным корпусом имеются ограничительные кольца.

Съемная насадка выполнена сужающейся.

Съемная насадка выполнена сужающе-расширяющейся.

Манжеты выполнены уплотненной структуры с композитными подкладками, обеспечивающие оптимальное скольжение.

В нижней части наружного неподвижного корпуса установлен емкостный датчик для определения расстояния между срезом цилиндрического сопла и обрабатываемой деталью.

На фигуре 1 представлено продольное сечение оптической головки для лазерной резки, сварки в режиме резки и сверления отверстий.

На фиг. 2 представлено продольное сечение оптической головки для лазерной резки, сварки в режиме сварки.

Полное содержание на https://edrid.ru/en/rid/220.018.363b.html