Оптико-фокусирующая головка для лазерной обработки

 

Изобретение относится к оптико-фокусирующим головкам для лазерной обработки и может найти применение в машиностроении и других отраслях промышленности. Внутри трубчатого корпуса для прохождения в нем лазерного луча размещена фокусирующая линза. Сопло для подачи в зону обработки газа жестко связано с трубчатым корпусом. Снаружи трубчатого корпуса с возможностью поворота вокруг оси лазерного луча закреплено концентричное кольцо. К кольцу на горизонтальном стержне прикреплено коромысло. На одном конце кольца закреплена вспомогательная оптико-фокусирующая головка для направления вспомогательного лазерного луча в зону обработки. На другом конце закреплено отражающее зеркало, установленное перпендикулярно оси отраженного от обрабатываемой поверхности лазерного луча вспомогательной оптико-фокусирующей головки. Такая конструкция головки позволяет повысить коэффициент поглощения основного лазерного луча за счет предварительного подогрева зоны обработки вспомогательным лазерным лучом. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для лазерной технологии, точнее к оптико-фокусирующим головкам для лазерной обработки.

Известная оптико-фокусирующая головка для лазерной обработки включает трубчатый корпус для прохождения в нем лазерного луча, фокусирующую линзу внутри трубчатого корпуса, сопло для подачи в зону обработки газа [1]. Эта оптико-фокусирующая головка является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. прототипом.

Недостаток прототипа заключается в низкой эффективности использования энергии лазерного луча вследствие его отражения от поверхности, особенно при обработке гладких металлических изделий.

Техническая задача изобретения заключается в повышении эффективности использования энергии лазерного луча.

Указанная техническая задача в предлагаемой оптико-фокусирующей головке для лазерной обработки реализуется за счет того, что снаружи трубчатого корпуса имеется концентричное кольцо с возможностью его поворота вокруг оси лазерного луча, к кольцу на горизонтальном стержне прикреплено коромысло, на одном конце которого закреплена вспомогательная оптико-фокусирующая головка для направления вспомогательного лазерного луча в зону обработки, а на другом конце закреплено отражающее зеркало, устанавливаемое перпендикулярно оси отраженного от обрабатываемой поверхности лазерного луча вспомогательной и оптико-фокусирующей головки.

Наличие в оптико-фокусирующей головке вспомогательной оптико-фокусирующей головки позволяет подавать в зону обработки вспомогательный лазерный луч, выполняющий задачу предварительного подогрева зоны обработки, что приводит к повышению коэффициента поглощения первого, основного лазерного луча. Закрепление на коромысле отражательного зеркала позволяет возвращать лазерный луч от вспомогательной оптико-фокусирующей головки в зону обработки, что приводит к повышению коэффициента поглощения вспомогательного лазерного луча.

Коромысло, закрепленное на горизонтальном стержне, обеспечивает регулировку расстояния и угла падения вспомогательного лазерного луча в зону обработки, а также расстояния от зоны обработки до отражающего зеркала. Это дает возможность регулировки распределения температуры в зоне обработки и приводит к повышению общего коэффициента поглощения.

Концентричное кольцо снаружи трубчатого корпуса позволяет изменять положение вспомогательного лазерного луча относительно основного, регулировать распределение температуры в зоне обработки, и также приводит к повышению общего коэффициента поглощения.

Повышение коэффициента поглощения основного лазерного луча за счет предварительного подогрева зоны обработки вспомогательным лазерным лучом, увеличение коэффициента поглощения вспомогательного лазерного луча за счет возвращения отражений его части в зону обработки, а также регулирование распределения температуры за счет изменения положения, формы и угла падения вспомогательного лазерного луча и повышение общего коэффициента поглощения приводят к повышению эффективности использования энергии лазерного луча.

На фиг. 1 показан общий вид оптико-фокусирующеи головки.

Она включает в свой состав трубчатый корпус 1 для прохождения в нем основного лазерного луча, фокусирующую линзу 2 внутри трубчатого корпуса 1, а также сопло 3 для подачи защитного или технологического газа. В ряде случаев фокусирующая линза 2 может быть заменена на другой фокусирующий элемент, например на фокусирующее зеркало.

Снаружи трубчатого корпуса 1 имеется концентричное кольцо 4, имеющее возможность поворота вокруг оси лазерного луча, для чего может быть закреплено на уступе корпуса 1. К кольцу 4 на горизонтальном стержне 5 прикреплено коромысло 6, имеющее возможность поворота на стержне 5. На одном конце коромысла 6 закреплена вспомогательная оптико-фокусирующая головка 7, которая также может включать в свой трубчатый корпус фокусирующий элемент и сопло. Во вспомогательную оптико-фокусирующую головку 7 могут подавать вспомогательный лазерный луч от дополнительного лазера, в частности от маломощного твердотельного, а также могут подавать отщепленный пучок от основного лазерного луча.

При повороте концентричного кольца 4 лазерный луч от вспомогательной оптико-фокусирующей головки 7 занимает разное положение относительно центра основного лазерного луча и траектории обработки (фиг. 2).

На втором конце коромысла 6 закреплено отражающее зеркало 8, устанавливаемое перпендикулярно оси отраженного от обрабатываемой поверхности лазерного луча вспомогательной оптико-фокусирующей головки (фиг. 1).

Предложенная оптико-фокусирующая головка для лазерной обработки работает следующим образом. Трубчатый корпус 1 с фокусирующей линзой 2 и соплом 3 устанавливают таким образом, чтобы ось основного лазерного луча попадала в центр зоны обработки на обрабатываемой поверхности 9 (фиг. 1). Поворотом концентричного кольца 4 устанавливают центр вспомогательного лазерного луча от вспомогательной оптико-фокусирующей головки 7 в необходимое положение относительно центра лазерного луча основной оптико-фокусирующей головки и траектории обработки. Смещение вспомогательного лазерного луча в сторону от траектории обработки поворотом на угол α (фиг. 2) необходимо в случае термообработки поверхностей, находящихся вблизи кромок для устранения их оплавления.

Поворотом коромысла 6 изменяют расстояние от вспомогательной оптико-фокусирующей головки 7 до обрабатываемой поверхности 9, что приводит к изменению размера и формы вспомогательного лазерного луча на обрабатываемой поверхности 9. Положение вспомогательного лазерного луча корректируют изменением угла наклона вспомогательной оптико-фокусирующей головки 7 на коромысле 6, для крепления предусмотрена возможность поворота головки 7.

Отражающее зеркало 8 устанавливают перпендикулярно оси отраженного обрабатываемой поверхности лазерного луча от вспомогательной оптико-фокусирующей головки 7, для чего узел крепления зеркала 8 также может иметь механизм его поворота.

В трубчатый корпус 1 и в оптико-фокусирующую головку 7 подают лазерные лучи и включают их перемещение относительно обрабатываемой поверхности 9, осуществляя ее обработку.

Литература 1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностей лазерной обработки. - М.: Высшая школа, 1987. - 191 с. (см. рис. 4.7, схема IV).

Формула изобретения

Оптико-фокусирующая головка для лазерной обработки, включающая в свой состав трубчатый корпус для прохождения в нем лазерного луча, фокусирующую линзу внутри трубчатого корпуса, сопла для подачи в зону обработки газа, отличающаяся тем, что снаружи трубчатого корпуса имеется концентричное кольцо с возможностью его поворота вокруг оси лазерного луча, к кольцу на горизонтальном стержне прикреплено коромысло, на одном конце которого закреплена вспомогательная оптико-фокусирующая головка для направления вспомогательного лазерного луча в зону обработки, а на другом конце закреплено отражающее зеркало, устанавливаемое перпендикулярно к оси отраженного от обрабатываемой поверхности лазерного луча вспомогательной оптико-фокусирующей головки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2