Способ определения положения фокального пятна

 

Использование: при фокусировании концентрированных пучков при лазерной и электронно-лучевой обработке изделий сложной формы. Сущность изобретения: положение фокального пятна и его смещения определяют по величине рассогласования контрольных сигналов, для этого используют зонд с двумя поглощающими поверхно- ,стями; расположенными диаметрально . противоположно относительно оси вращения зонда, на расстоянии одна от другой, большем участка длины перетяжки пучка, амплитуду сигналов определяют по температуре поглощающих поверхностей, а положение фокального пятна определяют по равенству амплитуд двух контрольных сигналов . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (II) (5!)5 В 23 К 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тИи ч,и (21) 4816235/08 {22) 19.04.90 (46) 15,05.93. Бюл. N. 18 (71) Московский автомобильный завод им.

И.А.Лихачева (72) К.Н.Елизаров, Е.Б,Йелемин и В.К.Драгунов . (56) Электронно-лучевая сварка. Под ред.

6.Е.Патона, Киев, Наукова Думка, 1987, с., 40-43, Рыкалин H.Н., Углов А.А., Зуев И,В., Ко.кора А.Н; Лазерная и электронно-лучевая сварка и обработка материалов. М., Машиностроение, 1985, с, 58-59и (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ФОКАЛЬНОГО ПЯТНА

Изобретение относится к способам фокусировки концентрированных источников энергии и может быть использовано в машиностроении при лазерной или электроннолучевой обработке изделий сложной формы.

Целью данного изобретения является повышение точности фокусировки;

На фиг. 1 изображен зонд для определения положения фокального пятна-пучка; на фиг. 2 — схема фокусировки электронных и, лазерных пучков;

Пример (конкретное выполнение способа). Вращающийся зонд 1 (фиг. 1) устанавливают таким образом, чтобы его плоскости вращения находились на одинаковом расстоянии R от требуемого положения фокальной плоскости пучка (сечения пучка с максимальной плотностью мощности энергии) (фиг. 2). Для измерения темпе(57) Использование: при фокусировании концентрированных пучков при лазерной и электронно-лучевой обработке изделий сложной формы. Сущность изобретения; положение фокального пятна и его смещения определяют по величине рассогласования контрольных сигналов, для этого используют зонд с двумя поглощающими поверхно,стями; расположенными диаметрально противоположно относительно оси вращения зонда, на расстоянии одна от другой, большем участка длины перетяжки пучка, амплитуду сигналов определяют по температуре поглощающих поверхностей, а положение фокального пятна определяют по равенству амплитуд двух контрольных сигналов. 2 ил, ратуры в зоне взаимодействия пучка. 2 с поглощающими поверхностями, над зондом

1 устанавливают электронно-оптические датчики 3 и 4, помещенные в защитные эк- (ф раны 5 и 6; С помощью электродвигателя 7 приводят во вращение зонд 1, а пучок 2 гл требуемой мощности направляют на мишеньь 8 таким образом, чтобы плоскости зонда 1 пересекли его. После чего регистрируют температуру верхней и нижней плоскостей, сравнивают их с помощью блока сравнения

10 и при наличии сигнала рассогласоаания изменяют положение фокаляного пятна с помощью фокусирующих систем 9 до равенства амплитуд сигналов от датчиков 3 и 4.

При равенстве амплитуд сигналов фокальное пятно будет находиться на одинаковом расстоянии R = L/2 от поглощающих поверхностей зонда 2 (1 — расстояние между по1815079 глощающими поверхностями), так как характер распределения плотности энергии в пучке (например, нормальное распределение) до и после перетяжки не меняется, а пучок симметричен относительно фокальной плоскости

Точность способа зависит от температуры зон, B которых проходит регистрация теплового воздействия пучка на поверхность зонда, так как удельный поток излучения ц (Вт/м ) тела, нагретого до температуры Т (С), через его поверхность, согласно закону Стефана-Больцмана, пропорционален четвертой степейи абсолютной температуры поверхности этого тела °

= С (Т + 273)4

q2= 100 где С вЂ” коэффициент излучения, зависящий от состояния поверхности. . Однако, если пучок имеет большую плотность мощности (близкую к значению в фокусе), то может происходить разрушенйе зонда (плавление и испарение), поэтому расстояние между плоскостями зонда выбирают большим, чем длина перетяжки пучка, а зонд изготавливают из тугойлавких мате риалов (например, Та). Кроме того, температура зон регистрацйи зависит от скорости перемещения поверхностей, поэтому скорость перемещения обеих поверхностей должна быть одинаковой, Вектор скорости, перемещения должен лежать в плоскости, нормальной к оси пучка, так как; в противном случае, увеличивается отражение излучения от поглощающих поверхностей и точность способа в значительной мере будет зависеть от физических свойств этих поверхностей.

Точность данного способа не зависит от вторичных токов; так как они не оказывают никакого теплового влияния на зонд, Изменейие размеров зонда также не влияет на точность способа, поскольку сигнал регистрируется по амплитуде, а не по длительности. Кроме того, в процессе измерений разрушение зонда не происходит, так как они проводятся в областях, далеких от фокуса (более полудлины перетяжки), где плотность мощности намного, меньше, чем в фокальном пятне. При этом скорость перемещения зонда выбирается такой; чтобы температура в зоне регистрации теплового излучения от

"0 поглощающей поверхности была меньше температуры плавления материала зонда.

Экспериментальную проверку проводили при фокусировке электронных пучков мощностью 30 кВт(60 кв и 0,5 А), а лазерных пучков — 2,5 кВт.Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный способ значительно повышает точность фокусировки электронных и лазерных пучков и позволяет исполь20. зовать их для электронно-лучевой и лазерной обработки деталей сложной формы.

Формула изобретения

Способ определения положения фо25 кального пятна, электронных и лазерных ,пучков, при котором формируют контрольнйе сигналы с помощью равномерно вращающегося зонда. с поглощающей поверхнОстью, перпендикулярной оси луча, 30 после чего положение фокального пятна и его смещение определяют по величине рас-. сбгласования контрольных сигналов, о т л ич е ю щ и и сятем,,что, с целью повышения тдчности фокусировки, используют зонд с

35 двумя поглощающими поверхностями, расположенными диаметрально противопо-. ложно относительно оси вращения зонда, на расстоянии одна от другой, большем длины участка перетяжки пучка, амплитуду сиг 10 налов определяют по температуре поглощающих поверхностей, а положение фокального пятна определяют по равенству амплитуд двух контрольных сигналов.

1815079 дозлои ающие лоВерхносЯи

Фиг.3.

4ОГ. 2

Составитель К.Елизаров

Техред М.Моргентал

Корректор Т.Вашкович

Редактор

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

Заказ 1609 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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