Устройство для фокусировки лазерного луча

 

Изобретение относится к устройствам для резки, сверления, обработки поверхности, а более конкретно для поверхностного упрочнения, нанесения порошковых покрытий и полирования с помощью лазерного луча. В устройство введен механизм изменения геометрии лазерного луча, выполненный в виде зубчатых реек, расположенных на внутренней стенке защитного кожуха и на корпусе фокусирующей системы. Эти рейки входят в зацепление с шестернями приводов. Приводы расположены один во внутренней части корпуса, а другой на внешней его поверхности. Приводы могут быть электрическими. Введение механизма изменения геометрии лазерного луча позволяет регулировать перетяжку и величину "пятна падения" лазерного луча. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для резки, сверления, обработки поверхности, а более конкретно для поверхностного упрочнения, нанесения порошковых покрытий и полирования с помощью лазерного луча.

Известно устройство для резки и сверления с помощью лазерного луча (Патент Великобритании N 1547172, B 23 K 27/00, 9/00), содержащее корпус, защитный кожух, в центральной части которого расположено рассеивающее зеркало на стойках и электрода в нижней части рассеивающего зеркала.

Однако при использовании этого устройства невозможно: регулировать длину перетяжки и величину "пятна падения" лазерного луча, так как фокусирующая система зафиксирована в одном положении (неизменна); использовать отраженный от детали луч, так как отсутствуют зеркало для улавливания отраженного (рассеянного) луча и фокусирование его на детали; защитить зону обработки (поверхность детали) от воздействия окружающей среды при изменении рассеяния от фокусирующей системы до детали, так как защитный кожух имеет фокусированный размер.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей данного устройства и повышение производительности обработки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство дополнительно введен механизм изменения геометрии лазерного луча, выполненный из зубчатых реек, расположенных на внутренней стенке защитного кожуха и на корпусе фокусирующей системы, которые входят в зацепление с шестернями приводов, например электрического, последние из которых расположены во внутренней части корпуса, а другой - на внешней его поверхности.

Существенным отличием предложенного устройства является использование отраженного лазерного луча от каверны расплавленного металла посредством фокусирующего зеркала, расположенного в нижней части рассеивающего зеркала, установленного на стойках, и увеличения длины защитного кожуха посредством двух приводов с рейками и шестернями.

По сравнению с известным устройством данное устройство позволяет исключать перемещение положения обрабатывающей поверхности в вертикальной плоскости, увеличивает КПД за счет использования отраженного луча и производительность.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство для фокусировки лазерного луча состоит из корпуса 4, шестерни 2, входящей в зацепление с зубчатой рейкой 3, закрепленной на корпусе 4, подвижного кожуха 5, сменного защитного конуса 10, закрепленного на нижней части подвижного кожуха 5 посредством крепежно-юстировочного устройства 8, рассеивающего зеркала 7, расположенного в центральной части подвижного кожуха 5 посредством стоек 11, фокусирующего зеркала 9, расположенного в нижней части рассеивающего зеркала 7, шестерни 12 привода подвижного кожуха 5, входящей в зацепление с зубчатой рейкой 13, закрепленной на внутренней стенке подвижного кожуха 5.

В корпусе 4 выполнен сквозной канал 1 для подачи лазерного луча на рассеивающее зеркало 7 и защитного газа, например, аргона, азота. Ведущая шестерня 2 предназначена для перемещения корпуса 4, на котором закреплена зубчатая рейка 3, с которой она входит в зацепление, в результате этого перемещения (по вертикальной оси) изменяется положение точки А (фокуса фокальной плоскости).

Ведущая шестерня 12 предназначена для перемещения подвижного кожуха 5, на котором закреплена зубчатая рейка 13, с которой она входит в зецепление, в результате этого перемещения изменяются площадь "пятна" падающего (основного) на луч на деталь и длина перетяжки лазерного луча.

Фокусирующее зеркало 9 предназначено для улавливания отраженного (рассеянного) от обрабатываемой поверхности детали (каверны расплава) лазерного луча и фокусирования его на деталь.

Стойки 11 фиксируют рассеивающее 7 и фокусирующее 9 зеркала, предназначены для юстировки зеркала 7 относительно лазерного луча, проходящего внутри осевого канала 1, выполненного внутри корпуса 4, а также для подвода охлаждающей жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При работе лазерной установки лазерный луч из излучателя или от поворотного зеркала попадает в корпус 4 фокусирующей системы. В нем лазерный луч проходит через сквозной канал 1 корпуса 4 фокусирующей системы и попадает на рассеивающее зеркало 7, закрепленное посредством стоек 11 к подвижному кожуху 5. Отразившись от него, лазерный луч попадает на фокусирующее зеркало 6, находящееся в нижней части корпуса 4 фокусирующей системы. Сфокусировавшись, лазерный луч попадает на деталь 14, образуя "пятно", плотность мощности в котором зависит от положения фокусирующей системы относительно самой детали.

Под воздействием лазерного излучения (луча) на поверхности обрабатываемой детали (материала) 14 образуется каверна расплава 15. От нее часть лазерного луча отражается в противоположную сторону. Отраженный луч попадает на фокусирующее зеркало 9 и возвращается обратно на обрабатываемую деталь, что позволяет полностью использовать энергию лазерного излучения.

При включенном приводе 2 корпус 4 движется вверх, при этом увеличивается диаметр "пятна падения" лазерного луча, а плотность мощности уменьшается до номинального, при таком рабочем положении корпуса 4 происходят полирование и упрочнение поверхностного слоя обрабатываемой детали. При обратном движении корпуса 4, т.е. вниз, диаметр "пятна падения" уменьшается, а плотность мощности увеличивается до максимальной, при таком положении корпуса 4 происходят резка и сверление обрабатываемой детали.

При включении привода 12 подвижный кожух 5 движется в зависимости от требуемой длины "перетяжки" лазерного луча: вверх для увеличения длины "перетяжки" до величины, соразмерной с изменением кривизны поверхности детали, например, кулачка распределительного вала двигателя автомобиля при его термообработке, наплавке, полировании; вниз для уменьшения длины перетяжки до слияния ее с фокусом (фокальной плоскости) при резке, сверлении материалов.

Ввод дополнительных приводов в устройство расширяет его функциональные возможности при различных видах обработки деталей (резка, сверление, термообработка и т.д.) посредством регулировки перетяжки и величины "пятна падения" лазерного луча. Ввод сменных защитных кожухов и возможность перемещения фокусирующего устройства приводом улучшают защиту зоны обработки от воздействия окружающей среды регулированием расстояния от защитного кожуха до обрабатываемой детали. Ввод фокусирующего зеркала увеличивает КПД устройства, сокращая потерю на рассеивание (отражение) лазерного луча от поверхности детали (каверны расплава).

Формула изобретения

Устройство для фокусировки лазерного луча, состоящее из корпуса, защитного кожуха, в центральной части которого расположено рассеивающее зеркало, установленное на стойках, отличающееся тем, что в него дополнительно введены механизм изменения геометрии лазерного луча и фокусирующее зеркало, при этом механизм для изменения геометрии лазерного луча выполнен из зубчатых реек, расположенных на внутренней стенке подвижного кожуха и на корпусе фокусирующей системы, которые входят в зацепление с шестернями приводов, например электрических, последние из которых расположены один во внутренней части корпуса, а другой на внешней его поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1