Способ лазерной обработки

 

Использование: при лазерной обработке материалов Сущность: повышение качества обработки путем предотвращения появления трещий достигается за счет того, что лазерную обработку проводят с помощью излучения двух длин волн активной среды лазера, объект располагают в фокальной плоскости объектива, соответствующей меньшей длине волны, и обрабатывают его импульсами излучения обеих длин волн одновременно , при этом длина коротковолнового резонатора больше длины длинноволнового на расстояние от центра активного элемента лазера до обрабатываемого объекта. 1 ил.

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, Я2,„,1750901 А1 (sl)s В 23 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР у

ОПИСАНЙЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фе

Изобретение относится к лазерной об- ройу которого вдоль одптткичческзой оси распоработке материалов. ложен объектив, вблизи фокальной плоскоИзвестно устройство для лазерной об- сти которого установлен обрабатываемый рабстКИ, СОдЕржащЕЕ аКтИВНЫй ЭЛЕМЕНТ Ла- ОбъЕКт, а ПО друГуЮ вЂ” дИСкПЕрГИруЮщИй ЭЛЕзера, излучающий пучок с двумя длинами - мент(дифракционная решетка), пространст- Ql волн, оптический резонатор, светоделитекль- век и но разделяющий генерируемое С) ный элемент, разделяющий излучение по излучение на два пучка; в каждом из кото- О длинам волн и расположенный междуактив- рых установлено по зерклалу, причем каждое С ным элементом и системой регистрации из зеркал образует вместе с поверхностью изображения обрабатываемого обьекта. обрабатываемого объекта оптический резоНедостатком известного устройства яв- натор. ляется низкое качество. обусловленное воз- Недостатком известного текнического 3 и никновением микротрещин на объекте при решения является то, что для обеспечения обработке. равномерного качества лазерной обработки

Наиболее близким по технической сущ- по всему обрабатываемому полю., в нем нености к предлагаемому является устройст- обходимо использовать лазерный луч с равво, позволяющее его использовать для номерным распределением мощности по лазерной обработки, содержащее активный его сечению, однако при обработке таким элемент, излучающий на двух длинах волн лучомхрупкихобьектовтакихкак,например

k= 510,6 нм и 2g = 578,2 нм, по одну сто- SIO2, могут образовываться микротрещины, 1 (21) 4868676/08 (22) 08.06,90 (46) 30.07.92, Бюл. М 28 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН УЗССР (72) Д.Т. Алимов, А.M. Бакиев, С.Х. Вэлие в, Н.В. Кряжев, Ш.З. Сабитов и П.К, Хабибуллаев (53) 621.791,72.03 (088,8) (56) Авторское свйдетельство СССР

М 980364, кл. В 23 К 26/00, 1980, Бакиев А.М., Валиев С.Х, Временййе и спектральновременные особенности внут-: рирезойаторного излучения акгтиэной сре ды на парах меди. Квантовая электройика; т. 16, 1989, М 12, с. 2489-2492. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ (57) Использование: при лазерной обработice материалов, Сущность: повышение качества обработки путем предотвращения появления трещин достигается за счет того, что лазерную обработку проводят с помощью излучения двух длинг-волн активной среды лазера, объект располагают в фокальной плоскости объектива. соответствующей меньшей длине волйы, и обрабатывают его ймпульсами излучения обеих длин волн одновременно, при этом длйна коротковолнового резонатора больше длины длинноволнового на грэссстоуянсие от центра активного элемента лазера до обрабатываемгого обьекта, 1 ил.

1750901 снижающие качество обработки. В известном устройстве содержатся конструктивные элементы, .способствующие повышению качества обработки, однако применительно к обработке хрупких и других обьектов, имеющих тенденцию к растрескиванию при лазерной обработке., данные конструктивные элементы "не срабатывают".

Целью изобретения является повышение качества обработки путем предотвращения появления трещин, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу лазерной обработки обработку производят с омощью излучения двух длин волн активной среды лазера, с целью повышения качества обработки, обьект располагают в фокальной плоскости объектива, соответствующей меньшей длине волны, и, обрабатывая объект импульсом излучения с меньшей длиной волны; момент воздействия импульса излучения с большей длиной волны совмещают с моментом воздействия импульса излучения с меньшей длиной волны, для чего длины плеч резонаторов удовлетворяют следующему соотношению:

1 = 12+ 13 где 11 — длина плеча первого резонатора;

Iz — длина плеча второго резонатора;

lз — расстояние от центра активного элемента лазера до-обрабатываемого обьекта.

Согласно предлагаемому изобретению поставленная цель — повышение качества обработки путем предотвращения растрескивания отдельных участков обрабатываемой поверхности (или, в крайнем случае, путем уменьшения размеров и количества . микротрещин, подлежащих затем "залечиванию") — достигается (в плане используемых физических принципов) тем, обработка про зводится одновременно двумя пучками излучений с различными длинами волн и различной интенсивности: излучение с более короткой длиной волны и с большей интенсивностью (в случае использования лазера на парах меди это "зеленое" излучение с длиной волны 4 = =510,6 нм) используется в качестве остросфокусированного пучка, соответственно для обработки, а излучение с большей длиной волны и меньшей интенсивностью (в случае использования лазера на парах меди генерация излучения на "желтой" линии kz = 578,2 нм оказывается меньшей мощности) — для

"залечивания" микротрещин (для предотвращения их образования или роста уже образовавшихся).

На чертеже показана схема устройства для реализации предлагаемого способа лазерной обработки, Устройство содержит активный элемент

5 1 лазера на парах меди, генерирующий излучение на зеленой 4 = 510,6 нм и желтой

12= 578,2 нм длинах волн, по одну сторону которого вдоль оптической оси расположен обьектив 2, в фокальной плоскости которо10 ro, соответствующей меньшей (" зеленой" ) длине волны, установлен обрабатываемый объект 3. При этом фокальная плоскость обьектива, соответствующая большей ("желтой") длине волны, в силу присущей

15 всем оптическим системам хроматической абберации, не будет совпадать с поверхностью объекта 3. По другую сторону активного элемента 1 установлен диспергирующий элемент 4 (дифракционная. решетка, призма

20 и т,п,), пространственно разделяющий опти- . ческую ось на первую и вторую оптические оси в функции длин волн генерируемого из-. лучения. Иначе говоря, диспергирующий элемент 4 выполняет свою основную функ25 цию; пространственно разделяет падающий на него вдоль главной оптической оси пучок генерируемого излучения сложного спектрального состава на два пучка излучения с различными длинами волн, распрост30 раняющихся после прохождения диспергирующего элемента 4 вдоль первой и второй оптических осей. Излучение с большей длиной волнь1 i = 578,2 нм ("желтый" пучок) отклоняется элементом 4 на меньший

35 угол и распространяется вдоль второй оптической оси (плечо lz), а излучение с меньшей длиной волны i4= 510.6 нм ("зеленый" пучок) отклоняется на больший угол и распространяется вдоль первой оптической оси

40 (плечо 1 ).

Перпендикулярно первой и второй оптическим осям установлены соответственно первое 5 и второе 6 зеркала, образующие с поверхностью объекта 3 соответственно

45 первый и второй резонаторы. Расстояние между диспергирующим элементом 4 и первым зеркалом 5 обозначено I1, расстояние между элементом 4 и вторым зеркалом 6 обозначено lz, Iз и 14 расстояния от центра активного элемента 1 лазера до обрабатываемого объекта 3 диспергирующего элемента 4 соответственно.

Таким образом, длина первого резонатора, образованного поверхностью объ55 екта 3 и первым зеркалом 5, составляет

i> + 1з + 14, а длина второго резонатора, образованного поверхностью объекта 3 и вторым зеркалом 6, составляет Iz+ 13+ !4.

1750901

Согласно изобретению конструктивные элементы устройства пространственно расположены один относительно другого таким образом, что длина плеча первого резонатора превышает длину плеча второго резона- 5 тора на величину, равную расстоянию от центра активного элемента 1 до обрабатываемого объекта 3, т.е, I> = 1г+!з

Такое взаиморасположение элементов устройства выбрано из следующих сообра- 10 жений.

Для рассматрива;мого устройства; имеющего двухплечевой резонатор, осуществляется как спектральное, так и временное разделение пучков однопроходной и двух- 15 проходной генерации: излучение одйопро.ходной генерации состоит почти целйком из зеленой компоненты„а излучение двухпроходной генерации — из желтой, Время, необходимое для осуществле- 20 ния- однопроходной генерации (зеленая компонента), составляет

2 (!1 +!1)

Х1 = с где с — скорость света.. 25

Аналогично время двухпроходной генерации хг—

2 (!2 + !3 +!4) с где 11 — расстояние между диспергирующим 30 элементом и зеркалом 5 (длина плеча пер-. вого резонатора);

b- расстояние между диспергирующим. элементом и зеркалом б (длина плеча второго резонатора); 35

1з и 14 — расстояние от центра активного элемента лазера до обрабатываемого объекта и диспергирующего элемента соответственно.

Взаиморасположение элементов уст- 40 ройства выбираются так, чтобы импульсы однопроходной и двухпроходной генерации достигали поверхности обрабатываемого объекта 3 одновременно; т,е. х1 = хг или

2 !,!!.!. !!) 2 (!! +!з + !1) с с откуда и получаем

I =- г+ э.

Именно одновременное достижение поверхности обрабатываемого объекта импульсами "зеленого" (собственно.обрабатывающего) и "желтого" (меньшей мощности) излучений позволяет "залечивать" образующиеся микротрещины в самом начале их возникновения, не дожидаясь их роста (увеличения размеров этих микротрещин).

Формула изобретения . Способ лазерной обработки, заключающийся в том, что обработку объекта производят сфокусированным на его йоверхности с помощью микрообъектива излучением лазера с активным элементом на парах меди, генерирующим излучение нэ двух длинах волн с помощью двух резонаторов. образованных с одной стороны поверхностью обрабатываемого объекта и двумя пространственно разнесенными зеркалами с другой стороны, оптически связанными с обрабатываемым объектом с помощью диспергирующего элемента, пространственно разделяющего генерируемое излучение на два пучка, отл и чающий с я тем,что, с целью повышения качества обработки, объект располагают в фокальной плоскостй микрообьектива, соответствующей меньшей длине волны, а моменты воздействия импульсов излучения разных длин волн совмещают, при этомдлина плеча I>отдиспергирующего элемента до зеркала резонатора, генерирующего излучение с меньшей длиной волны, больше длины плеча 1г от диспергирующего элемента до зеркала резонатора, генерирующего излучение с большей длиной волны, на расстояние 1з от центра ак-.ивного элемента лазера до поверхности обрабатываемого объекта, Г50901

Составитель А, Бакиев

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор И. Муска

Редактор С, Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2650 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Рауыская наб., 4/5