Лазерный мир

Горный Сергей Георгиевич (RU), Ерохин Роман Петрович (RU), Кананыхин Игорь Владимирович (RU), Кровяков Александр Сергеевич (RU), Юдин Константин Владимирович // RU (11)
219 261(13) U1, 2022

Полезная модель относится к устройствам для обработки твердых материалов лазерным излучением и может применяться в системах лазерной обработки. Индикатор положения фокусировки лазерного пучка включает измерительный стержень, измерительный наконечник, расположенный на одном конце измерительного стержня, а также индикаторный механизм, включающий шкалу и указатель перемещения измерительного стержня. Измерительный стержень выполнен составным из двух частей, причем первая его часть соединена с индикаторным механизмом и установлена с возможностью перемещения внутри присоединительной гильзы, вторая часть измерительного стержня соединена с первой частью магнитным размыкателем, а индикаторный механизм снабжен приспособлением, выполненным с возможностью установки на оправу выходного системы фокусировки лазерного пучка. Обеспечивается повышение эксплуатационной эффективности за счет повышения надежности определения наилучшего положения фокусировки лазерного пучка. 2 ил.

Полезная модель относится к устройствам для обработки твердых материалов лазерным излучением и может применяться в системах лазерной обработки.
Известно устройство фокусировки оптического излучения на объект (патент России №2289153, опубл. 10.12.2006, G02В 23/00), которое включает размещенные по ходу
5 лазерного луча светоделительную пластину, фокусирующий объектив, держатель объекта и устройство контроля фокусировки — зрительную трубу. Зрительная труба установлена в обратном ходе луча. Кроме этого, данное устройство включает узел регистрации сечения фокального объема, состоящий из жестко закрепленных прозрачной миры, микрообъектива и измерителя интенсивности излучения, обеспечивающего определение пиковой интенсивности.
Недостатком описанного выше устройства является сложность и, как следствие, высокая стоимость.

Известна оптическая лазерная головка с механизмом фокусировки лазерного излучения (патент России №175849, опубл. 21.12.2017, В23К 26/04), содержащая первый
15 источник направленного излучения красного диапазона длин волн и второй источник направленного излучения зеленого диапазона длин волн, причем оба источника установлены на корпусе оптической лазерной головки с обеспечением пересечения оптических осей распространения светового излучения первого и второго источников направленного излучения в точке фокуса пучка лазерного излучения.

20 Недостатком данного устройства является низкая точность определения положения наилучшей фокусировки лазерного пучка из-за его субъективного характера, а также невозможность работы при фокусировке на поверхности с малым коэффициентом рассеяния излучения.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является индикатор, описанный в Технических условиях межгосударственного стандарта ГОСТ 9696-82 (дата введения 01.01.1984) и включающий измерительный стержень, измерительный наконечник, расположенный на одном конце измерительного стержня, присоединительную гильзу, а также индикаторный механизм, включающий шкалу и указатель перемещения измерительного стержня.
30 Основным недостатком конструкции прототипа является низкая эксплуатационная эффективность из-за отсутствия в нем средств предохранения от случайного повреждения подлежащей лазерной обработке поверхности измерительным наконечником и средств обеспечения удобной работы индикатора в составе системы фокусировки лазерного излучения.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационной эффективности за счет повышения надежности определения наилучшего положения фокусировки лазерного пучка. Указанный технический результат достигается за счет обеспечения условия контактного измерения дистанции от крайнего компонента фокусирующей системы до обрабатываемой лазерным излучением поверхности без ее повреждения.
Сущность полезной модели заключается в том, что в заявляемом индикаторе положения наилучшей фокусировки лазерного пучка, включающем измерительный стержень, измерительный наконечник, расположенный на одном конце измерительного стержня, присоединительную гильзу, а также индикаторный механизм, включающий шкалу и указатель перемещения измерительного стержня, измерительный стержень выполнен составным из двух частей, причем первая его часть соединена с индикаторным механизмом и установлена с возможностью перемещения внутри присоединительной гильзы, вторая часть соединена с первой частью магнитным размыкателем, а индикаторный механизм снабжен приспособлением для установки на оправу выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка.

Для достижения заявленного технического результата и преодоления имеющихся технических недостатков прототипа необходимо прежде всего сформулировать понятие
5 «эксплуатационная эффективность». Очевидно, что важным элементом технологии лазерной обработки твердых материалов является обеспечение точной (с погрешностью нескольких микрометров) фокусировки лазерного излучения на облучаемом объекте. В условиях поточного технологического процесса, когда одна обрабатываемая деталь сменяется следующей и так далее, контроль точности определения положения наилучшей фокусировки определяет и качество лазерной обработки и время на ее проведение. И то и другое в совокупности определяют эксплуатационную эффективность. Чем меньше времени оператор технологического процесса лазерной обработки затрачивает на контроль точности соблюдения дистанции между крайним оптическим компонентом системы фокусировки лазерного излучения и обрабатываемой с его помощью поверхностью детали, тем лучше. В заявляемой полезной модели индикатор снабжен приспособлением для его легкосъемной установки на оправу выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка. Однако, одного конструктивного решения, обеспечивающего возможность быстро устанавливать и снимать индикатор положения наилучшей фокусировки лазерного пучка в процессе лазерной обработки, для
повышения его эксплуатационной эффективности недостаточно. При смене одной обработанной детали на другую ее положение относительно положения наилучшей фокусировки может измениться неконтролируемым образом. В этом случае необходимо обеспечить регистрацию, индикацию и компенсацию этого изменения, причем контакт измерительного наконечника с обрабатываемой поверхностью должен быть осуществлен  с минимально возможным усилием, чтобы не допустить ее повреждения. В заявляемой полезной модели измерительный стержень, на конце которого расположен измерительный наконечник, выполнен составным из двух частей, причем первая его часть соединена с индикаторным механизмом и установлена с возможностью перемещения внутри присоединительной гильзы, а вторая часть соединена с первой частью магнитным размыкателем. При минимальном контакте измерительного наконечника с поверхностью обрабатываемой детали в конструкции полезной модели предусмотрено разъединение частей измерительного стержня, при котором измерительный наконечник отклоняется в сторону от оси первой части измерительного стержня, предупреждая повреждение обрабатываемой поверхности. Совокупность
обоих вышеописанных технических решений обеспечивает повышение эксплуатационной эффективности заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом. На Фиг. 1 чертежа показан общий вид устройства с поясняющими разрезами, а на Фиг. 2 заявляемая полезная модель изображена в рабочем положении, т.е. установленной на оправу выходного компонента фокусирующей системы для примера при касании подлежащей лазерной обработке детали в состоянии, когда магнитный размыкатель разомкнут.
На Фиг. 1 изображены: индикаторный механизм, включающий шкалу 1 с указателем перемещения измерительного стержня 2, а также приспособление 3 для легкосъемной установки устройства на оправу выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка, измерительный стержень, состоящий из двух частей 4 и 5, первая из которых 4 расположена внутри присоединительной гильзы 6. а вторая его часть 5 соединена с первой 4 механическим магнитным размыкателем, состоящим из пары магнитов 7, размещенных на соприкасающихся концах обеих частей 4 и 5 измерительного стержня,
и стопорного штифта 8. Для легкосъемной установки индикатора на металлическую оправу выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка приспособление 3 снабжено магнитными фиксаторами 9.
На Фиг. 2 пунктирными линиями показаны оправа и выходной компонент
5 фокусирующей системы 10, а также подлежащая лазерной обработке деталь 11. Заявляемая полезная модель работает следующим образом:
Перед началом лазерной обработки очередной детали заявляемое устройство устанавливают на оправу выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка 10. Устанавливают обрабатываемую деталь 11 в зоне обработки. Изменяют расстояние от выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка 10 до поверхности обрабатываемой детали 11 так, чтобы обеспечить механический контакт второй части измерительного наконечника 5 с поверхностью обрабатываемой детали 11 на оптимальном для условий лазерной обработки расстоянии.

При дополнительном усилии, направленном на уменьшение расстояния от выходного компонента системы 15 фокусировки лазерного пучка 10 до поверхности обрабатываемой детали 11. стопорный штифт 8 упирается в край присоединительной гильзы 6, магнитный размыкатель 7 механически разделяет части 4 и 5 измерительного стержня и отклоняет вторую его часть 5, предотвращая повреждение детали 11. Перед началом лазерной обработки детали 11 снимают заявляемое устройство с оправы выходного компонента системы 20 фокусировки лазерного пучка 10. Обрабатываемая деталь 11, таким образом, гарантировано с высокой точностью (до единиц микрометров) за минимальное затраченное на это время без механического повреждения поверхности установлена в положение наилучшей фокусировки лазерного пучка, и использование полезной модели с максимальной эксплуатационной эффективностью обеспечено. Заявляемый
25 технический результат достигнут.

 Формула полезной модели
Индикатор положения наилучшей фокусировки лазерного пучка, включающий измерительный стержень, измерительный наконечник, расположенный на одном конце измерительного стержня, присоединительную гильзу и индикаторный механизм, включающий шкалу и указатель перемещения измерительного стержня, отличающийся тем, что измерительный стержень выполнен составным из двух частей, причем первая его часть соединена с индикаторным механизмом и установлена с возможностью перемещения внутри присоединительной гильзы, вторая часть измерительного стержня соединена с первой частью магнитным размыкателем, а индикаторный механизм снабжен приспособлением, выполненным с возможностью установки на оправу выходного компонента системы фокусировки лазерного пучка.

Полное содержание на https://patents.google.com/patent/RU219261U1/ru