устройство для контактной лазерной обработки

Формула изобретения

Устройство для контактной лазерной обработки, содержащее оптическую лазерную головку, щуп, датчик перемещения, отличающееся тем, что датчик выполнен в виде источника цифровых сигналов, имеющего две подпружиненные относительно друг друга дискретные пластины, а щуп снабжен регулируемым по высоте штоком, посредством которого он связан с одной из пластин, причем одна пластина подпружинена установленными на штоке пружинами обратного действия, а другая пластина подпружинена установленным на головке ходовым винтом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для лазерной резки различных материалов.

В настоящее время известны устройства, в которых контактные измерения расстояния между оптической головкой лазера и обрабатываемой поверхностью заготовки поддерживаются с помощью датчиков и осуществляются либо путем изменения фокусного расстояния, либо путем перемещения оптической головки при постоянном фокусном расстоянии.

Известно устройство контактной лазерной обработки, содержащее оптическую головку лазера, щуп, контактирующий с обрабатываемой поверхностью заготовки, аналоговый датчик перемещения оптической головки лазера (авт. св. 60-44-191 Япония (УР)Ф, МКИ 4 В 23 К 26/02, УДК 621.98(43), опубл. 09.03.85).

Измерения расстояния между оптической головкой лазера и обрабатываемой поверхностью производятся на основе аналоговых электрических сигналов, возникающих в результате упругих деформаций в датчике при смещении одного узла щупа относительно другого.

Недостатком известного устройства является, во-первых, малый диапазон измерений расстояния между оптической головкой и обрабатываемой поверхностью, во-вторых, необходимость преобразования формы сигнала датчика перемещений из аналоговой в цифровую для технического и информационного согласования устройства с системами ЧПУ, недостаточная точность и производительность обработки заготовки.

Задачей заявляемого технического решения является повышение точности и производительности обработки заготовки за счет преобразования формы сигнала из аналоговой в цифровую.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для контактной лазерной обработки, содержащем оптическую лазерную головку, щуп, датчик перемещения, датчик выполнен в виде источника цифровых сигналов, имеющего две подпружиненные относительно друг друга дискретные пластины, а щуп снабжен регулируемым по высоте штоком, посредством которого он связан с одной из пластин, причем одна пластина подпружинена установленными на штоке пружинами обратного действия, а другая пластина подпружинена установленным на головке ходовым винтом.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема общего вида устройства.

Устройство содержит оптическую головку 1 лазера с фокусирующей линзой 2. В оптической головке выполнено отверстие 3 для подачи рабочего газа, например кислорода, а сопло 4 головки имеет отверстие 5 для выхода лазерного излучения (источник лазерного излучения не показан). Оптическая головка введена во втулку 6, на одной из боковых сторон которой жестко закреплен кронштейн 7, несущий дискретный датчик перемещения. Конструкция дискретного датчика представляет собой две параллельно расположенные пластины. Одна 8 пластина жестко закреплена на кронштейне и является неподвижной, другая пластина 9 с помощью неподвижно установленной втулки 10 закреплена на подпружиненном пружиной 11 установленным в кронштейне штоке 12 и отслеживает ее перемещение. Обе пластины включены в схему преобразования и представления в цифровом виде информации о перемещении оптической головки. В кронштейне установлены винт 13 для ограничения хода штока вниз ниже предельно допустимого уровня и регулировочный винт 14, связанный с втулкой пружиной 15, идентичной по усилию пружине 11, но обратного действия. На свободном конце штока установлен гибкий щуп 16, в котором выполнено для контакта с поверхностью обрабатываемой заготовки 17 отверстие 18, совпадающее с оптической осью 19 лазера (или с центром отверстия в сопле оптической головки лазера для выхода лазерного излучения).

Конструктивно оптическая головка с датчиком смонтирована в неподвижном цилиндрическом корпусе 20 и связана через ходовой винт 21 с электродвигателем 22.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы с помощью регулировочного винта 14, преодолевая усилия обеих пружин 11 и 15, опускают шток 12 вниз до соприкосновения втулки 10 с винтом 13, что будет соответствовать наперед заданному предельно допустимому нижнему значению подвижной пластины 9 дискретного датчика по отношению к неподвижной пластине 8. При этом не важно нижнее положение щупа.

Обрабатываемую деталь 17 устанавливают под оптическую головку 1 лазера. Включают электродвигатель 22, что вызывает поворот ходового винта 21 и соответственно перемещение оптической головки 1 вниз до соприкосновения отверстия 18 щупа 16 с поверхностью обрабатываемой заготовки 17. При касании поверхности заготовки, воздействуя благодаря своей упругости другим своим концом на шток, щуп будет, преодолевая усилие сжатия пружины 11, перемещать шток вверх. Соответственно происходит относительное перемещение двух пластин дискретного датчика, поддерживая постоянно наперед заданное с помощью ЧПУ (не показано) первоначальное фокусное f положение на поверхности детали. Благодаря равным усилиям противоположно направленных пружин положение обеих пластин датчика будет уравновешено.

Далее производят обработку поверхности. В зону обработки через сопло 4 подают сфокусированное лазерное излучение с заданным фокусным расстоянием f, а через отверстие 3 поток газа. Затем осуществляют относительное перемещение оптической головки лазера по поверхности обрабатываемой заготовки вдоль плоскости обработки, находясь в фокусе оптической системы. При неизменном расстоянии между обрабатываемой поверхностью и фокусом относительное положение обеих пластин дискретного датчика постоянно, соответственно сигналы о перемещении оптической головки 1 отсутствуют.

При наличии на обрабатываемой поверхности неровностей (впадины, выступы и т.д.) щуп, постоянно прижатый к заготовке усилием пружины 11, перемещается соответственно вверх-вниз. Вместе со штоком получает перемещение и пластина 9 датчика, что сопровождается формированием импульсов на выходе неподвижной пластины 8, количество которых пропорционально величине перемещения. Импульсы датчика поступают в систему ЧПУ, где по типовым алгоритмам управления производится перемещение фокусной точки лазера, что приводит к вращению ходового винта, который будет компенсировать изменение относительного положения обеих пластин, чтобы восстановить первоначальное фокусное положение.

Если в программе обработки необходимо программно изменить первоначальное фокусное положение оптической головки лазера относительно обрабатываемой поверхности, то через систему ЧПУ осуществляется это изменение также по типовым алгоритмам управления, используя сигналы с датчика по вертикальной координате станка за счет вращения ходового винта электродвигателем.

Устройство, предназначенное для использования в составе системы ЧПУ лазерной установки, позволяет осуществлять программно-адаптивное управление фокусным положением фокусной оптической головки лазера относительно обрабатываемой поверхности заготовки, а также вести обработку заготовок с высокой точностью и производительностью.