Устройство для лазерной обработки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ , содержащее лазер, поляризатор, фокусирующий объектив, зеркало, установленное на пути отраженного от материала излучения, световозвращатель и оптический элемент, изменяющий поляризацию, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обработки за счет повторного использования излучения, оптический элемент, изменяющий поляризацию , установлен последовательно по ходу излучения между поляризатором и объективом , а зеркало установлено на пути отраженного излучения, прошедшего через поляризатор.

(OK)3 ГОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ г ГСПУБЛИК

„„ 1 „„957507 А1 (ч>s B 23 К 26/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

В ЕДОЧСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) .1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ ., К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2926548/27 (22) 20.05.80 (46) 23.12.92, Бюл,N. 47 (72) Ю.В.Лакиза и А.А,Малащенко (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Северная зоря" (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, содержащеелазер, поляризатор, фокусирующий объектив, зеркало, установленное на пути отраженного от материала

Изобретение относится к лазерной обработке материалов и может быть использовано при.сварке, упрочне4ии, прошивке отверстий и других термических операциях.

Целью изобретения является повышение эффективности обработки за счет повторного использования излучения.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для обработки материалов.

Устройство содержит лазер 1 и расположенные последовательно по ходу линейнополяриэованного излучения лазера поляризатор 2, пропускающий излучение лазера, оптический элемент 3, изменяющий поляризацию проходящего через него излучения с линейной на круговую и, наоборот, и фокусирующий объектив 4. На пути излучения, обратно отраженного обрабатываемых материалом и ответвлен ного поляризатором. расположено зеркало 5, Устройство работает следующим образом.

Линейно-поляризованное излучение лазера 1 через поляризатор 2 поступает на оптический элемент 3, после прохождения излучения, световоэвращатель и оптический элемент, изменяющий поляризацию, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности обработки за счет повторного использования излучения, оптический элемент, изменяющий поляризацию, установлен последовательно по ходу излучения между поляризатором и объективом, а зеркало установлено на пути отраженного излучения, прошедшего через поляризатор. которого преобразуется в излучение с круговой поляризацией. Это излучение фокусирующим объективом 4 направляется на обрабатываемый материал 6. Часть излучения, отраженного материалом в направлении объектива 4, пройдя объектив, поступает на оптический элемент 3, после прохождения которого преобразуется в излучение линейно-поляризованное, но с плоскостью поляризации, повернутой на 90 по отношению к линейно-поляризованному излучению.лазера. Данное ортогональное линейно-поляризованное излучение поступает на поляризатор 2 и ответвляется поляризатором на зеркало 5. Отразившись от зеркала, излучение поступает на поляризатор 2, ответвляется им на оптический элемент 3, после прохождения которого преобразуется в излучение с круговой поляризацией противоположного знака. Данное излучение объективом 4 фокусируется на обрабатываемый материал 6. После повторного отражения от материала излучение поступает через объектив 4 на оптический элемент 3, после прохождения которого преобразуется в линейно-поляризованное излучение с плоскостью поляризации, сов957507

55 падающей с плоскостью первичного пучка лазера, и далее, пройдя поляризатор 2, уходит в лазер 1.

В целях дальнейшего использования излучения, повторно отраженного от материала, оптический элемент 3 выполнен в виде оптического модулятора поляризации, Импульс излучения лазера 1 длительностью т, имеющий линейную поляризацию, проходит поляризатор 2 и оптический модулятор поляризации 3, после которого преобразуется в излучение с круговой поляризацией.

Это излучение фокусируется объективом 4 на обрабатываемый материал 6. Часть отраженного материалом в направлении объектива 4 излучения, пройдя объектив, поступает на модулятор поляризации 3, после прохождения которого преобразуется в излучение линейно-поляризованное, но ортогональное первичному пучку лазера. После прохождения заднего фронта импульса через модулятор поляризации 3 модулятор изменяет свои свойства, а именно в дальнейшем не изменяет поляризации излучения. Импульс излучения с ортогональной линейной поляризацией поступает на поляризатор 2 и ответвляется на зеркало 5, Отразившись от зеркала, излучение поступает на поляризатор 2, ответвляется им на оптический модулятор поляризации 3, проходит через него, не изменяя поляризации, фокусируется объективом 4 на обрабатываемый материал 6, После повторного отражения от материала излучение поступает через объектив 4 на оптический модулятор поляризации 3, проходит через него, не изменяя поляризации, и поступает на поляризатор 2, которым вновь направляется на зеркало 5.

Отразившись от зеркала, излучение поступает на поляризатор 2, и цикл повторяется до тех пор, пока интенсивность излучения, отраженного от материала, не уменьшается до нуля или до тех пор, пока модулятор поляризации не изменит поляризации излучения.

Для возврата всего импульса излучения в зону .: бработки необходимо, чтобы выполнялось следующее условие г=т <

2! с где t — время переключения оптического модулятора поляризации;

t — оптическая длина пути между элементами модулятор-поляризатор-зеркало; с — скорость света..

Различной установкой зеркала 5 по отношению к падающему на него излучения можно обеспечить либо возврат излучения в место отражения пучка от материала, либо

45 в любую точку окрестности этой зоны. Последнее также обеспечивает повышение эффективности обработки материала, так как можно реализовать обработку новой области материала, подогрев периферии зоны обработки и т.п.

Использование оптического модулятора поляризации с целью многократного возврата излучения в зону обработки также обеспечивает защиту лазера от отраженного материала излучения, что особенно важно для мощных коротких импульсов, В качестве поляризатора в устройстве может быть использована соответствующая поляризационная призма или пластинка. В качестве элемента, изменяющего поляризацию излучения с линейной на круговую и наоборот, проще всего использовать четвертьволновую пластинку, B качестве оптического модулятора поляризации могут быть использованы известные модуляторы на основе электрооптического и магнитооптического эффекта, явления фотоупругости.

Повторное использование для обработки отраженного от материала излучения позволяет существенно повысить эффективность обработки. металлических поверхностей излучением твердотельных и газовых лазеров. Возврат излучения в зону обработки для материалов с высоким коэффициентом отражения равносилен повышению мощности лазера. Основное преимущество предлагаемого устройства перед известными заключается в возврате в зону обработки излучения, отражаемого в направлении фокусирующего объектива, Причем устройство позволяет производить возврат этого излучения в зону обработки многократно. При обработке материалов нормально падающим пучком основная доля отраженного излучения распространяется в направлении объектива, в связи с этим предлагаемое устройство решает задачу использования этого излучения.

Проведенные эксперименты показали, что при сварке деталей реле из мельхиора и ковара глубина проплавления может быть увеличена на 20 — 30, а скорость лазерного упрочнения при тех же параметрах обработки увеличивается на 40-50%. Наиболее эффективная работа устройства была получена при упрочнении инструментальных сталей в среде аргона. В этом случае обрабатываемая поверхность не окислялась и сохранена свои отражательные свойства.

Было получено увеличение скорости обработки (за счет снижения энергии и увеличения частоты посылки импульсов) почти в два раза.

Составитель Н. Соколова

Редактор Т. Шарганова Техред M.Моргентал Корректор Л. Ливринц

Заказ 566 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101