Оптическое поворотное устройство для лазерного технологического оборудования

 

Изобретение относится к лазерной обработке материалов и может быть использовано для передачи излучения в гибких производствах с использованием лазерной техники. Сущность изобретения: оптическое поворотное устройство позволяет направлять излучение четырех взаимноперпендикулярных направлениях. Оптическое поворотное устройство имеет вращающуюся усеченную пирамиду 1 со сменными зеркалами. Каждое зеркало имеет свое функциональное назначение, что позволяет передавать излучение различных лазеров по одной системе транспортировки. В комплект сменных зеркал входят зеркала, модифицирующие излучение, что дает возможность при передаче излучения на небольшие расстояния слегка фокусировать его, тем самым не увеличивая аппертуру выше допустимой. Помимо собственной оси вращения усеченная пирамида 1 со сменными зеркалами вращается вокруг оси, совпадающей с осью вертикального падающего излучения, это позволяет направлять луч в 4-х взаимноперпендикулярных направлениях. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки материалов. Устройство предназначено для использования в лазерных гибких производствах, а также в традиционных машиностроительных производствах с использованием лазерной техники.

Известно поворотное устройство установки LBW 1500 S 3 западногерманской фирмы "Leybould Heraens" [1] Поворотное устройство имеет в своем составе 3 отклоняющих зеркала. По команде системы управления, контролирующей работу всей установки, поворотное устройство перемещает необходимое отклоняющее зеркало в зону прохождения лазерного излучения и горизонтально исходящее от лазера излучения отклоняется вниз на нужный технологический пост. После этого проводится обработка детали. Для перевода обработки на другой технологический пост система управления отключает лазер, поворотное устройство возвращает отклоняющее зеркало на прежнее место и перемещает в зону прохождения лазерного излучения новое отклоняющее зеркало, находящееся над тем постом, где будет производится обработка.

Однако это поворотное устройство имеет очень ограниченные возможности и может отклонять лазерный луч лишь в одном направлении. Его невозможно использовать в других лазерных установках, где необходимо автоматическое направление лазерного луча на разные технологические посты или где нужно синхронизировать лазерный луч.

Известен лазерный обрабатывающий модуль, установленный экспериментальной ГПС, г. Цукуба, Япония [2] Модуль имеет три рабочих позиции, на двух из которых используют источник лазерного излучения на CO2-газе, а на третьей - лазер на ИЛГ (алюмоиттриевый гранат).

Недостатком лазерного обрабатывающего модуля является необходимость использования двух систем транспортировки излучения от лазеров к технологическим постам: для CO2-лазеров; для ИАГ-лазера. Это связано с различными свойствами лазерных излучений CO2-лазеров и ИАГ-лазеров и, следовательно, с использованием в системах транспортировки излучения отражающих элементов с разными характеристиками.

Наличие двух систем транспортировки излучения резко снижает гибкость лазерного обрабатывающего модуля, т.к. заставляет жестко привязывать определенные лазеры к определенному технологическому оборудованию.

Известно устройство для отклонения лазерного луча при поверхностной закалке, имеющее в своем составе усеченную пирамиду с приводом для ее вращения, закрепленные на гранях усеченной пирамиды отражающие зеркала [3] При осуществлении лазерной закалки многогранная пирамида вращается вокруг собственной вертикальной оси. В результате направленный на грани усеченной пирамиды лазерный пучок совершает возвратно-поступательное движение поперек оси вращающейся усеченной пирамиды и, отклоняясь, направляется на обрабатываемую деталь.

Недостатком устройства является его ограниченные технологические возможности. Кроме того, лазерный луч от стыков зеркал рассеивается в нерегулированном направлении, что создает опасность для персонала. Целью изобретения является расширение технологических возможностей и улучшение безопасности работы.

Вышеуказанная цель достигается тем, что в оптическом поворотном устройстве для лазерного технологического оборудования, включающем усеченную пирамиду с приводом ее вращения и закрепленные на ее гранях отклоняющие зеркала, усеченная пирамида с отклоняющими зеркалами закреплена на вращающейся в горизонтальной плоскости платформе с приводом для вращения платформы совпадает с оптической осью падающего вертикального луча лазера, а усеченная пирамида с вращающейся платформой помещена внутри защитного кожуха, имеющего в верхней крышке отверстие для ввода лазерного луча и в боковых стенках отверстия для его вывода, отклоняющиеся зеркала выполнены в виде сменных пластин, каждая из которых имеет различное функциональное назначение и расположены они под углом 45^o к оси вращения усеченной пирамиды, а оси отверстий для вывода излучения расположены в одной горизонтальной плоскости перпендикулярно друг к другу.

Крепление усеченной пирамиды с отклоняющими зеркалами на вращающейся горизонтальной плоскости платформе, имеющей ось вращения, совпадающей с осью попадающего луча, дает возможность направления вертикально падающего излучения в любом из 4-х взаимноперпендикулярных направлениях.

Наличие кожуха приводит к предотвращению попадания луча на обслуживающий персонал, что повышает безопасность при работе.

Наличие отклоняющих зеркал, имеющих различное функциональное назначение, дает возможность модернизировать лазерный луч, использовать в составе технологического оборудования различные лазеры.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 изображена усеченная пирамида со сменными отклоняющими зеркалами 1, жестко закрепленная на валу 2, который может вращаться в подшипниковом узле 3. Для вращения вала 2 используется двигатель вращения пирамиды 4, закрепленный на платформе 5. Платформа 5 крепится на валу вращения пирамиды вокруг оси лазерного излучения 6, вращающуюся в подшипниковом узле 7. Для вращения вала 6 используются двигатель 8. Корпус подшипникового узла 7 и двигатель 8 закреплены на основании 9. К основанию 9 крепится защитный кожух 10 с отверстиями в крышке и боковых стенках. Сверху к защитному кожуху крепится вертикальный лучепровод для ввода излучения 11, а к 4-м боковым сторонам его горизонтальные лучепроводы для вывода излучения 12. Для направления излучения в поворотное устройство на вертикальном лучепроводе закреплено поворотное зеркало 13. Все поворотное устройство опирается на стойку 14. Управление поворотным устройством осуществляется от системы управления лазерным технологическим оборудованием 15, в которое она входит (фиг. не показана).

Работа устройства заключается в следующем. Система управления технологическим оборудованием 15 по заданной программе осуществляет выбор необходимого направления лазерного излучения. После этого включается двигатель 8, и он через вал 6 в подшипниковом узле 7 начинает вращать платформу 5 до того положения (одно из 4-х), когда отклоняющее зеркало усеченной пирамиды 1 не встанет в положение, позволяющее ему отклонить вертикально падающее от поворотного зеркала 13 излучение, идущее по лучепроводу 11, в необходимом горизонтальном направлении. При этом луч попадает в горизонтальный лучепровод 12. На фиг. 1 показано положение усеченной пирамиды, когда лазерный луч отклоняется вправо.

Для смены направления лазерного излучения (передача луча на другой технологический пост), система управления перемещает платформу и пирамиду в другое положение (на фиг. 1 пунктиром показано положение усеченной пирамиды при отклонении луча влево) таким образом, что отклоняющее зеркало может отразить луч в необходимом направлении. В случае необходимости модернизации лазерного излучения (фокусировки, расширение луча), система управления наряду с выбором направления отклонения выбирает также и необходимое отклоняющее зеркало. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны примеры отклоняющих зеркал с различными функциональными назначениями (на фиг. 3 с подфокусировкой излучения; на фиг. 4 с расщеплением излучения на два технологических поста).

Для выбора необходимого отклоняющего зеркала используется привод с электродвигателем, который через вал 3 и подшипниковый узел 2 вращает пирамиду 1. Выбор зеркал используется также в случае применения в составе оборудования нескольких лазеров с различными характеристиками излучения (CO2-лазеры, твердотельные лазеры, эксимеры).

Для защиты всех механизмов, а также оптических элементов от внешних воздействий на расположенном на стойке 14 основании 9 закреплен защитный кожух 10 с отверстием в верхней крышке и четыремя отверстиями в боковых стенках.

Использование данного поворотного устройства позволяет автоматически направлять лазерное излучение в 4-х взаимноперпендикулярных направлениях, модернизировать его, передавать излучение с различными характеристиками, тем самым увеличивается гибкость всего лазерного оборудования.

Применение нескольких, оптически связанных между собой таких устройств в составе лазерных ГПС, имеющих несколько технологических постов и лазеров дает возможность направления лазерного направления от любого лазера к любому технологическому посту. Причем в случае изменения технологического маршрута обработки (например, при смене номенклатуры обрабатываемых деталей), по сигналу системы управления проводится оперативное изменение маршрутов прохождения лазерного излучения и выбор необходимых отклоняющих зеркал.

Формула изобретения

1. Оптическое поворотное устройство для лазерного технологического оборудования, выполненное в виде усеченной пирамиды с закрепленными на ее гранях отклоняющими зеркалами и с приводом ее вращения, отличающееся тем, что оно снабжено поворотной платформой с приводом ее вращения, основанием и защитным кожухом с отверстиями для ввода и вывода луча лазера, защитный кожух закреплен на основании, а внутри него на основании соосно с главной оптической осью установлена с возможностью вращения поворотная платформа с приводом ее вращения, на которой закреплена с возможностью вращения и с эксцентриситетом относительно оси вращения платформы усеченная пирамида.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняющие зеркала выполнены в виде сменных пластин различного функционального назначения.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что боковые грани усеченной пирамиды расположены под углом 45^o к оси ее вращения, а оси отверстий для вывода луча, выполненных в кожухе, расположены в одной плоскости перпендикулярно одна к другой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3