Способ лазерной обработки материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для непрерывного контроля за распределением 2 интенсивности ИК-излучения в процессе лазерной обработки, в частности, в процессе формирования микрооптических элементов (МОЭ) в пористом оптическом материале локальным лазерным воздействием. Цель изобретения - повышение точности контроля. Пучки лазеров ИК- и видимого диапазонов совмещаются, фокусируются на обрабатываемую деталь и синхронно сканируются по ее поверхности. Размеры пятен обоих пучков на обрабатываемой поверхности уравниваются . Контроль за распределением интенсивности ИК-излучения на поверхности детали осуществляют в оптически сопряженной с ней плоскости. в которой осуществляют сканирование изображением распределения интенсивности видимого излучения на поверхности детали по точечному фотоприемнику. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4446410/25 (22) 25.05.88 (46) 15.03.91. Бюл. М 10 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В.П. Вейко, Г.К. Костюк, В.А. Чуйко и Е.6. Яковлев (53) 621.78 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1108382, кл. G 03 F 5/00, 1984.

Патент США N 4584455, кл. В 23 К 26/04, 1986. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для непрерывного контроля за распределением

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для контроля в процессе лазерной обработки за усредненным по времени обработки распределением интенсивности в зоне обработки, в частности в процессе формирования микрооптических элементов (МОЭ) в пористом оптическом материале локальным лазерным воздействием.

Цель изобретения — повышение точности контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности пучка ИК-диапазона по поверхности обрабатываемой детали, а также упрощение оптической схемы устройства.

„„. Ж„„1635017 Al

s G 01 J 5/00, В 23 К 26/04 интенсивности ИК-излучения в процессе лазерной обработки, в частности, в процессе формирования микрооптических элементов (МОЭ) в пористом оптическом материале локальным лазерным воздействием, Цель изобретения — повышение точности контроля.

Пучки лазеров ИК- и видимого диапазонов совмещаются, фокусируются на обрабатываемую деталь и синхронно сканируются по ее поверхности. Размеры пятен обоих пучков на обрабатываемой поверхности уравниваются. Контроль за распределением интенсивности ИК-излучения на поверхности детали осуществляют в оптически сопряженной с ней плоскости, в которой осуществляют сканирование изображением распределения интенсивности видимого излучения на поверхности детали по точечному фотоприемнику. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

На чертеже представлена схема устройства для лазерной обработки материалов.

Устройство содержит два оптических канала; канал формирования. ИК-излучения и канал формирования излучения видимого диапазона спектра. Канал формирования

ИК-излучения содержит лазер 1 на СО2 (Л =

=10,6 мкм), электромеханический затвор 2 и объектив 3, установленный под небольшим углом к оптической оси технологического лазера 1. В фокальной плоскости объектива 3 располагается координатный столик 4, на котором размещается обрабатываемое изделие 5. 3а объективом 3 расположен узел 6 синхронного перемещения, состоящий иэ двух зеркал с блоком 7 управления. Селек1635017

55 тивное зеркало 8 установлено за узлом 8 синхронного перемещения. Второй канал содержит лазер 9, оптическую систему 10 фокусировки излучения вид .мого диапазона спектра, состоящую, например, иэ телескопической системы и объектива, узел 6 синхронного перемещения с блоком 7 управления, селективное зеркало 8, неподвижную диафрагму 11, фотоприемник 12 и осциллограф 13.

Способ реализуется следующим образом.

Пучок излучения с Л = 10,6 мкм от COzлазера (лазер типа ЛГ-43) проходит через электромеханический затвор 2, германиевый объектив 3, в фокальной плоскости которого на координатном столике 4 размещается обрабатываемое иэделие 5, на поверхности которого формируется зона обработки, и последовательно отражается от зеркал узла 6 синхронного перемещения.

Покачивание одного зеркала в меридианальной плоскости с частотой f> приводит к перемещению сфокусированного пучка в плоскости обработки по координате Х со скоростью Ч = df1. Покачивание другого зеркала в саггитальной плоскости приводит к перемещению сфокусированного пучка в плоскости обработки по координате Y co скоростью V2 = М2, где d — размер зоны обработки.

Одновременно с зоной обработки, формируемой излучением С02-лазера. в том же месте и такого же размера формируется эона обработки излучением видимого спектра от лазера. Формирование осуществляется оптической системой 10 и узлом 6 синхронного перемещения. Сканирование зоны обработки в процессе обработки осуществляется покачиванием селективного зеркала 8 с частотой fq. приводящим к перемещению сфокусированного пучка видимого диапазона спектра со скоростью

Чз = Из относительно неподвижной диафрагмы 11. Излучение, прошедшее через диафрагму при сканировании зоны обработки, регистрируется фотоприемником, выход которого соединен с осциллографом. На экране осциллографа наблюдают картину усредненного по времени обработки распределения интенсивности ИК-излучения в зоне обработки.

Усредненое по времени обработки распределение интенсивности видимого излучения в зоне обработки полностью идентично распределению интенсивности

ИК-излучения, так как и то, и другое распределение формируются эа счет синхронного перемещения совмещенных. сфокусированных пучков одинакового диаметра в преде5

50 лах зоны обработки. Одинаковость в размерах сечений в плоскости обработки достигается перемещением оптических компонентов оптической системы для фокусировки излучения видимого диапазона спектра вдоль оптической оси системы.

Совмещение пучков е плоскости обработки достигается установкой объектива для фокусировки ИК-излучения под небольшим углом к оптической оси технологического лазера и размещением оптической системы для фокусировки излучения видимого диапазона спектра со стороны задней пгверхности объектива для фокусировки

ИК-излучения. Небольшой наклон объектива на угол а приводит лишь к незначительному (не более 57, при максимальном угле, что установлено экспериментом) увеличению диаметра фокального пятна в плоскости обработки.

Введение селективного зеркала позволяет сканировать усредненное по времени обработки распределение интенсивности

ИК-излучения в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью обработки.

Использование в процессе лазерной обработки при формировании МОЭ точного контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности в зоне обработки позволяет существенно улучшить оптические параметры МОЭ, Например, разрешающая способность МОЭ была доведена до 350 л/мм. а отклонение в фокусном расстоянии удалось снизить до 0,5) .

Формула изобретения

1. Способ лазерной обработки материалов, заключающийся в совмещении пучков технологического лазера ИК-диапазона и лазера видимого диапазона спектра, фокусировке обоих пучков в плоскость обработки, сканировании обоих пучков по поверхности обрабатываемой детали е плоскости обработки и регистрации распределения интенсивности пучка видимого диапазона по поверхности обрабатываемой детали. отличающийся тем,что,с целью повышения точности контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности пучка ИК-диапазона по поверхности обрабатываемой детали, уравнивают размеры обоих пучков в плоскости обработки, сканируют иэображением распределения интенсивности пучка видимого диапазона на поверхности детали относительно точечного фотоприемника, ра" положенного в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью обработки, при этом скорость сканирования иэображением по фотоприемнику выбирают намного мень1635017

3. Устройство для лазерной обработки материалов, включающее технологический лазер ИК-диапазона и лазер видимого диапазона спектра, узел совмещения пучков обоих лазеров и расположенные далее на общей оптической оси обоих лазеров узел

Составитель А,Труханов

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Moðãåíòàë Корректор В.Гирняк

Заказ 748 Тираж 342 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101: ше скорости сканирования пучками в плоскости обработки.

2. Способпоп1,отличающийся тем, что, с целью упрощения оптической схемы, совмещение пучков осуществляется после отражения сфокусированного пучка видимого диапазона от задней плоскости поверхности фокусирующего объектива для

ИК-пучка, расположенного под малым углом к оптической оси ИК-лазера. сканирования пучков и плоское селективное зеркало, а также фокусирующий объектив для ИК-пучка и преобразователь излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью

5 повышения точности контроля за усредненным по времени обработки распределением интенсивности пучка ИК-диапазона по поверхности обрабатываемой детали. между лазером видимого диапазона и уэлс со10 вмещения пучков введен второй фокусирующий объектив для видимого пучка, причем его оптические компоненты выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, селективное зеркало выполнено

15 сканирующим, а преобразователь излучения выполнен в виде точечного фотоприемника.