устройство для лазерной обработки

Формула изобретения

Устройство для лазерной обработки, включающее корпус с размещенными в нем фокусирующими оптически прозрачными элементами и сопловый блок, отличающееся тем, что фокусирующие оптически прозрачные элементы выполнены в виде двух стержней с поперечными сечениями переменной кривизны, расположенных один над другим во взаимно перпендикулярных плоскостях с возможностью перемещения, и снабжены двумя приводами, кинематически связанными с соответствующими стержнями, причем участки стержней с одинаковыми радиусами кривизны лежат в одной плоскости, совпадающей с оптической осью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов с помощью лазерного излучения, в частности для обработки (резки, сварки) различных материалов с изменяемой по траектории толщиной.

Известны устройства для лазерной обработки материалов [1] [2] включающие в свой состав корпус, фокусирующий элемент (линза), сопловой блок. Лазерный луч, прохода через такое устройство, фокусируется линзой и далее через сопловой блок направляется на обрабатываемую деталь (детали).

Недостатком такого устройства является его ограниченные технологические возможности обработка материалов одной толщины. При смене обрабатываемого материала на другой, с другой толщиной, необходимо разбирать устройство (резак) и менять линзу на другую с необходимым фокусным расстоянием либо менять резак. Эта операция требует больших затрат времени и высококвалифицированного труда. Кроме того, нахождение персонала вблизи зоны прохождения лазерного излучения снижает безопасность работы на лазерной установке.

Другим недостатком вышеуказанной конструкции является невозможность обработки материалов с изменяемой на траектории обработки толщиной.

Известно, что для обработки материалов с различной толщиной необходимы фокусирующие элементы с различными фокусными расстояниями, причем, в общем случае, чем больше толщина обрабатываемого материала, тем большее фокусное расстояние фокусирующего устройства требуется для его обработки (фиг.1).

Известно устройство для лазерной обработки [3] имеющее в своем составе кассету со сменными фокусирующими линзами. Каждая фокусирующая линза имеет свое определенное фокусное расстояние. Кассета имеет привод вращения вокруг вертикальной оси. При вращении кассеты в зону прохождения лазерного излучения, в зависимости от конкретной задачи может подводиться та или иная линза. Тем самым возможно оперативное изменение фокусного расстояния всего устройства.

Однако вышеуказанное устройство имеет следующий недостаток ступенчатое изменение фокусного расстояния и, следовательно, ограниченные технологические возможности. Например, таким устройством невозможно обработать широкораспространенные в практике детали, представленные на фиг.2. Траектория фокуса для обработки детали 1 показана пунктиром. Отработка траектории фокyса с помощью вертикальных перемещений фокусирующего устройства не приведет к положительному результату, так как обработка различных толщин устройством с постоянным фокусным расстоянием ведет к непостоянству качества обработки и, следовательно, к общему ухудшению качества обработки.

Другим недостатком рассматриваемого устройства является необходимость остановки работы лазерной установки (отключение лазера) при каждом изменении фокуса.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей устройства.

Вышеуказанная цель достигается тем, что в известной конструкции, содержащей корпус, сопловой блок, фокусирующий элемент выполнен в виде двух расположенных друг над другом во взаимно перпендикулярных плоскостях стержней с поперечными сечениями переменной кривизны, причем оба стержня имеют собственные приводы перемещения в горизонтальной плоскости, а участки стержней с одинаковыми радиусами кривизны поверхности лежат в одной плоскости, совпадающей с оптической осью.

Сущность изобретения поясняется фиг.3.

Устройство состоит на корпуса 1, соплового блока 2, фокусирующего оптически прозрачного стержня 3, перемещающегося вдоль оси X и привода 4 к нему. Перпендикулярно к первому стержню размещается фокусирующий оптически прозрачный стержень 5, перемещающийся вдоль оси У, и привод 6 к нему. Общий вид фокусирующего оптически прозрачного стержня показан на фиг.4. Оба привода управляются общей системой управления 7 лазерной установкой, в состав которой входит данное устройство (на фиг.3 не показана).

Устройство работает следующим образом.

Падающий на фокусирующий стержень лазерный луч фокусируется в линию с длиной, равной диаметру лазерного луча (фиг.4). Другой фокусирующий стержень, установленный перпендикулярно первому, фокусирует лазерный луч в линию перпендикулярно первой линии. Суммарная фокусировка излучения точка. Перемещение фокусирующего стержня под стационарным вертикальным лазерным лучом ведет к изменению фокусного расстояния. Причем зависимость фокусного расстояния от величины перемещения фокусирующих стержней линейная (фиг.5). При обработке материалов с постоянной толщиной стержни неподвижны и фокусируют лазерный луч как обычная линза. При обработке материалов с изменяемой толщиной (фиг. 1) система управления 7 по заданной программе обработки детали управляет работой приводов 4 и 6, которые перемещают фокусирующие стержни на заданное расстояние с необходимой скоростью. Тем самым во время работы осуществляется плавное изменение фокуса устройства.

Для того, чтобы при изменении фокуса обеспечить фокусировку излучения в точку, необходимо при любом перемещении, чтобы под лазерным лучом были расположены участки обоих фокусирующих стержней, имеющие одинаковый радиус кривизны поверхностей. Поэтому перемещения обоих стержней взаимозависимы. От внешних воздействий стержни закрыты корпусом 1; после прохождения фокусирующих стержней излучение попадает в сопловой блок 2 и далее из него на обрабатываемую деталь (детали).

Использование предлагаемого устройства позволяет автоматически плавно изменять фокус и тем самым использовать его для обработки материалов с изменяемой толщиной. Бесступенчатое изменение фокуса позволяет также легко программно вести обработку деталей, показанных на фиг.6 (обрабатываются поверхности А), причем изменение размеров и формы деталей, а также смена номенклатуры не ведут за собой замену фокусирующих элементов.