Устройство для настройки фокусирующей системы лазерной установки

 

Изобретение относится к сварке, в частности к устройствам для лазерной обработки и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: в устройство для настройки фокусирующей системы лазерной установки предложено ввести дополнительную линзу для компенсации изменения показателя преломления фокусирующей линзы при прохождении через нее света с длиной волны, соответствующей видимой области спектра. Оптическую силу дополнительной линзы определяют по заданной формуле. Изобретение позволяет расширить технологические возможности устройства за счет возможности его использования при лазерном излучении с длиной волны, соответствующей невидимой области спектра. 1 ил. 2 табл.

Изобретение относится к лазерной обработке, в частности к оборудованию для ее выполнения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для настройки фокусирующей системы лазерной установки, содержащей источник видимого света, фильтра, пропускающего свет с длиной волны лазерного излучения и фокусирующей линзы.

Пучок видимого света с длиной волны лазерного излучения, проходя через фокусирующую линзу, обеспечивает точное определение места и размера пятна лазерного излучения.

Недостатком этого устройства является невозможность его применения для лазеров, генерирующих излучение с длиной волны в невидимой области спектра, в то время как большинство технологических лазеров работают в невидимой области спектра (1,06; 10,6 мкм).

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства. Цель изобретения возможность его использования при лазерном излучении с длиной волны, соответствующей невидимой области спектра. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для настройки фокусирующей системы, которая содержит источник видимого света, фильтр, пропускающий видимый свет с известной длиной волны, и фокусирующую линзу, введена дополнительная линза для компенсации изменения показателя преломления фокусирующей линзы при прохождении через нее света с видимой длиной волны. Оптическая сила дополнительной линзы может быть рассчитана по формуле (1) где f фокусное расстояние фокусирующей линзы для длины волны, излучаемой лазером; f₁ фокусное расстояние фокусирующей линзы для длины волны видимого спектра; f_д фокусное расстояние дополнительной линзы; l расстояние между фокусирующей и дополнительной линзами. Значение f₁ может быть рассчитано по формуле f₁= (n-1)- (2) где n показатель преломления фокусирующей линзы для видимого спектра с известной длиной волны; R₁, R₂ радиусы кривизны фокусирующей линзы (Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика, М. Наука, 1980, с.70-74).

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит корпус 1 системы транспортировки лазерного излучения, в котором установлен корпус 2 источника 3 видимого света с фильтром 4.

Корпус 2 вводится в корпус 1 посредством устройства 5. В торце корпуса 1 установлено направляющее поворотное зеркало 6, направляющее луч лазера на систему фокусировки 7, включающую фокусирующую линзу 8, дополнительную линзу 9.

Линза 9 имеет устройство 10 для введения ее в рабочий тракт прохождения излучения лазера.

Датчики 11 служат для блокировки включения лазера при настройке его оптической системы.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости настройки системы фокусировки 7, устройство 5 вводит корпус 2 с источником 3 видимого света и фильтром 4 (который пропускает видимый свет с определенной длиной волны) в корпус 1 системы транспортировки лазерного излучения. Устройство 10 вводит дополнительную линзу 9 в рабочий тракт прохождения излучения лазера так, что оптические оси линз 8 и 9 совпадают. Датчики 11 исключают возможность включения лазера при введенных корпусе 2 и линзе 9 в тракт прохождения излучения лазера. Включают источник 3 света. Видимый свет, проходя через фильтр 4, преобразуется в монохроматический с известной длиной волны и, отражаясь от зеркала 6, направляется в систему фокусировки 7. Проходя через фокусирующую 8 и дополнительную 9 линзы видимый свет преломляется также, как излучение лазера, проходящее через фокусирующую линзу 8, и фокусируется на поверхности обрабатываемой детали. Перемещая линзу 8, без изменения расстояния между линзами 8 и 9, регулируют величину пятна на поверхности обрабатываемой детали, добиваясь заданных размеров. После настройки оптической системы выводят корпус 2, линзу 9, включают технологический лазер и обрабатывают деталь.

Результаты расчета фокусного расстояния и оптической силы дополнительной линзы по формулам (1) и (2) представлены в табл.1 для основной линзы, изготовленной из NaCl, KCl и KBr с параметрами f 0,5 м, R₁ R₂; расстояние между дополнительной и основной линзами l 0,01 м, длине волны видимого света λ 0,6 мкм.

Значения коэффициентов преломления для различных длин волн взяты из Воронкова Е.М. и др. Оптические материалы для инфракрасной техники, М. Наука, 1965.

При заданном фокусном расстоянии дополнительной линзы (f_д) при тех же параметрах (f₁) фокусирующей линзы может быть рассчитано расстояние между линзами (l), по формуле l (f₁-f)-f₁, м Если f_д 5 м, тогда значения l соответствуют значениям, приведенным в табл.2.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить настройку системы фокусировки луча технологических лазеров, работающих в невидимой области спектра, с высокой точностью, обеспечивающий возможность отработки тонких кромок и узких зон на поверхности изделий. При этом исключается необходимость использования лазерного излучения для настройки системы фокусировки.

Кроме того, использование этого устройства позволит сократить время настройки оптического тракта и фокусирующей системы технологического лазера за счет визуального контроля размера пятна и места обработки. Время настройки сокращается в 1,5-2 раза. Проведенный анализ и испытания свидетельствуют о том, что предложенное решение соответствует критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ ФОКУСИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНОЙ УСТАНОВКИ, состоящее из источника видимого света, фильтра, пропускающего свет с заданной длиной волны, и фиксирующей линзы, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной линзой для компенсации изменения показателя преломления фокусирующей линзы при прохождении через нее света с длиной волны, соответствующей видимой области спектра с оптической силой, отвечающей следующему соотношению

где f фокусное расстояние фокусирующей линзы для длины волны лазера;
f₁ фокусное расстояние фокусирующей линзы для длины волны видимого спектра;
f_д фокусное расстояние дополнительной линзы;
l расстояние между фокусирующей и дополнительной линзами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2