Способ управления процесса лазерной резки

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной резки материалов. Сущность способа: управляют мощностью лазера в зависимости от скорости перемещения материала. При этом задают и стабилизируют мощность накачки в диапазоне 0,87-0,92 от предельно допустимой . Исходя из технологического процесса задают и стабилизируют расходимость лазерного излучения. В процессе лазерной резки при выходе на заданный режим увеличивают на 50% давление газа в сопле. Изобретение позволяет в несколько раз повысить эффективность процесса за счет снижения объема удаляемого материала, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI>s В 23 К 26/08, 26/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4932154/08 (22) 29,04.91 (46) 15.05.93. Бюл, N 18 (71) Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов (72) В,Н.Бродягин, А.Г.Григорьянц и В,В.Ковалев (56) Заявка Японии N 61-123495, кл. В 23 К 26/14, 1986, Заявка Японии N 59-92190, ° кл, В 23 К 26/08, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для резки материалов с помощью импульсного твердотельного лазера, Целью настоящего изобретения является увеличение эффективности процесса резки, повышение глубины резки, а также увеличение ресурса работы лазера.

Для этого величину мощности накачки увеличивают до 0,87-0,92 от предельно допустимой, измеряют текущую среднюю мощность накачки, сравнивают полученную величину с заданной и с помощью полученного рассогласования стабилизируют текущую среднюю мощность накачки, Задают величину расходимости лазерного излучения, измеряют реальную расходимость и сравнивают ее с заданной, если она меньше заданной, то вводят отрицательный оптический элемент в резонатор, если больше; положительный оптический элемент, тем

„.,5U, 1815086 А1 (57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной резки материалов, Сущность способа: управляют мощностью лазера в зависимости от скорости перемещения материала. При этом задают и стабилизируют мощность накачки в диапазоне 0,87 — 0,92 от предельно допустимой. Исходя из технологического процесса задают и стабилизируют расходимость лазерного излучения. В процеСсе лазерной резки при выходе на заданный режим увеличивают на 50% давление газа в сопле.

Изобретение позволяет в HecKG;IbKO раз поBblcliTI эффективность процесса за счетснижения объема удаляемого материала, 2 ил. самым компенсируя изменение расходимости, обусловленное тепловой линзой в активной среде, а при выходе на заданную расходимость луча повышают не менее чем на 50% давления Q газа.в сопле.

Этим достигается стабилизация режима работы лазера при фиксированном значении мощности накачки, который обеспечивает увеличение ресурса лампы накачки по сравнению с максимально допустимым режимом, и компенсация клиновой и сферической аберрации резонатора лазера, что приводит к уменьшению расходимости, диаметра сфокусированного пятна и увеличению плотности мощности излучения в зоне обработки, а также управление давлением режущего газа в сопле при изменении диаметра сфокусированного пятна, что позволяет эффективно эвакуировать расплав и шлаки из зоны реза.

1815086

Эффективность лазерной резки определяется количеством мощности, приходящимся на единицу глубины и скорости

h v

p 5 где ч — скорость резки;

h — толщина материала, P — мощность лазерного излучения.

Установлено, что ширина реза уменьшается при уменьшении расходимасти

- лазерного излучения. Расходимость излуче. ния определяется строением резонатора, т.е, длиной резонатора, кривизной зеркал и положением активного элемента в резонаторе, наличием оптических элементов, и величиной термолинзы, наведенной в активном элементе излучением мощности накачки.

При изменении мощности накачки меняется оптическая сила наведенной в активном элементе термолинзы и, соответственно, изменяется расходимость. Для повышения ресурса. ламп накачки мощность накачки выбирается равной 87 — 92% от предельно допустимой в соответствии с ТУ на 25 лампу накачки..

В соответствии с заявляемым способом компенсация расходимости излучения производилась с помощью введения в резонатор, (например, отрицательного) опти- 30 ческого элемента — выпуклого "глухого" зеркала, который компенсирует сферическую аберрацию наведенной термолинзы в активном элементе. При этом юстировка. резонатора лазера осуществляется на этой 35 же мощности, это приводит к компенсации клиновой аберрации резонатора. При этом расходимость излучения компенсированного резонатора в и раз меньше, чем обычного некомпенсированного, диаметр сфокусиро- 40 вайного пятна d<, a соответственно, и ширина реза в и раз меньше;

< п = — Рл

О (2)

fl где F — фокусное расстояние линзы, 45

О- расходимость некомпенсированного резонатора, что приводит к уменьшению объема удаляемого материала, а плотность мощности q в сфокусированном пятне в п .раз больше 50

4 Р 4 P n .(3) р„г что позволяет увеличить глубину прорезания, или при той же мощности увеличить 55 скорость резки.

Это означает, что при постоянной мощности генерации Р» можно увеличить глубину или скорость резки, что ведет к увеличению эффективности процесса, Авторами установлено, что снижение диаметр пятна, которое обеспечивает уменьшение ширины реза; приводит к увеличению сопротивления канала реза при продувке его режущим газом, и затрудняет . удаление шлаков и окислов.

Сущность заявляемого способа можно уяснить, рассмотрев работу устройства для лазерной резки, функциональная схема которой изобра>кена на фиг. 1, 2 представлена зависимость диаметра пятна в зоне обработки и давления Q в резаке от заданной мощности Рзад.

Устройство содер>кит последовательно соединенные блок 1 управления, сравнивающее устройство 2, источник 3 питания, датчик 4 тока, излучатель 5, а также датчик 6 напряжения, умно>китель 7, управляемый вентиль 8 газовой системы, резак 9, систему

10 перемещения изделия, позицией 11 обозначено изделие, В соответствии со способом при установлении заданного режима работы лазера по расходимости поднимается давление режущего газа в сопле на 40-50%..

Для поддержания фиксированного режима работы лазера вводят умно>китель 7 (рис. 1), который осуществляет стабилизацию уровня мощности накачки.

Данная схема работает следующим образом. Блок управления (БУ) 1 на выходе 1 вырабатывает уставку Р,ад,, которое пропорционально 0,87-0,92 P ax., Оно поступа-ет на сравнивающее устройство 2 и затем на источник 3 питания, с выхода источника питания 3 с помощью датчиков 4 и 6 снимается сигнал, пропорциональный средней мощности накачки и поступает на умножитель 7," который вырабатывает сигнал рассогласования и посылает его на сравнивающее устройство 2; Таким способом осуществляется стабилизация мощности накачки, Блок 1 управления на втором выходе вырабатывает сигнал, который поступает на вентиль.8 и управляет давлением газа в резаке 9, В блоке управления перед началом работы задают род и толщину разрезаемого материала, В соответствии с этой информацией и выдается уровень сигнала на втором выходе, определяющем давление газа в резаке, В случае необходимости изменить режим в блоке 1 управления допускается изменение Р д,, что приводит к изменению диаметра пятна и плотности мощности в зоне обработки. В соответствии с Рзад, величина сигнала, управляющего давлением в резаке изменяется в соответствии с зависимостью, изображенной на фиг, 2.

П р и,м е р (реализация способа). Испытания были проведены на АИГ-лазере с мак1815086

Формула изобретения

Способ управления процессом лазерной резки, заключающийся в том; что изменяют мощность накачки лазера в эависймости от скорости перемещения материала, о т и и ч а ю шийся тем, что, с л р

Составитель B.Áðîäÿãèí

Техред М.Моргентал

Корректор Т.Вашкович

Редактор

Заказ 1609 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 симальной выходной мощностью 250 Вт в частотном режиме с использованием ЧПУАП-400.

Данные, полученные при резке алюминия по приведенному прототипу и предлагаемому способу. приведены в таблице;

Повышение эффективности на 93 обусловлено уменьшением диаметра пятна и соответственно снижением обьема удаляемого материала. целью увеличения эффективности процесса резки, повышения глубины и увеличения ресурса работы лазера, величину мощности накачки лазера изменяют дз величины, не

5 превышающей 0,87-0,92 предельно допустимой, измеряют текущее значение мощности, сравнивают измеренное значение с заданным и по полученному результату стабилизируют мощность накачки лазера, .а

10 также в зависимости от параметров изделия задают расходимость лазерного излучения. измеряют реальную рвсходимость, сравнивают ее с заданной и по полученному рассотласованию компенсируют изменение

15 расходимости, а в момент достижения заданной расходимости увеличивают давление газа в сопле.