РУЧНОЙ БЛОК ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к оборудованию для лазерной обработки материалов, а именно к устройствам для ручной газопорошковой лазерной наплавки, термообработки, сварки и резки, с целью обработки, восстановления и ремонта тяжеловесных деталей и узлов авиа и судостроения без демонтажа.
Из уровня техники известна ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением (RU 2004126859 A от 10.06.2005).
Недостатком данного устройства является ограничение использования из-за отсутствия сканатора лазерного луча и неудобства работы оператора из-за подключения волоконно-оптического кабеля с задней стороны горелки, тракта для газовой транспортировки порошка с боковых сторон, защитного газа с верхней стороны, электрических кабелей от датчиков и выключателей с нижней стороны.
Задачей полезной модели является создание компактного, эргономичного, удобного в работе ручного блока лазерной обработки, позволяющего осуществлять:
- термообработку и наплавку деталей и узлов сложных форм и больших размеров в ручном режиме без демонтажа и без применения координатных столов с ЧПУ
- резку листового металла, пластмасс, дерева и других материалов,
- дозированную подачу порошкового материала в зону обработки за счет телескопического коаксиального сопла
- перемещение сфокусированного лазерного луча с частотой 50-250 Гц по изменяемой траектории фигур Лиссажу с регулируемой амплитудой
Технический результат, на который направлена полезная модель, заключается в увеличении производительности лазерной обработки за счет эргономичности, компактности и удобства для оператора ручного блока лазерной обработки, который содержит сканатор лазерного луча и телескопическое коаксиальное сопло позволяющие регулировать форму и геометрические размеры наплавленного слоя, сменного сопла для лазерной резки.
Для получения наплавленных слоев значительной ширины (более 5 мм) необходимо расфокусировать лазерный луч до размеров наплавляемого слоя. Однако это приводит к необходимости увеличения мощности излучения, так как при расфокусировке луча плотность мощности в пятне уменьшается, что приводит к недостатку энергии для формирования наплавленного слоя. Устранение данного недостатка возможно сканированием максимально сфокусированного лазерного луча с частотой 50-250 Гц. При ручной обработке достичь такой частоты сканирования рукой оператора невозможно, поэтому необходимо специальное устройство, встроенное в ручной блок газопорошковой лазерной наплавки.
Основание ручного блока лазерной обработки выполнено в виде эргономичной пистолетной рукояти, состоящей из двух частей, одна из которых является корпусом, внутри которого проложены все необходимые для функционирования блока тракты: волоконно-оптический для подключения излучения от лазерного источника, газопорошковый - для доставки порошкового материала в зону обработки, тракт защитного газа - для защиты и охлаждения оптики и зоны обработки, электрический тракт - кабели датчиков включения, блокировки и настройки ручного блока лазерной обработки, другая часть основания является крышкой.
Для подвода к ручному блоку лазерного излучения на основание установлена система сопряжения и фокусирования, содержащая обойму сопряжения с коллимирующей оптической системой и фокусатором, регулировочным резьбовым кольцом и приводом.
На основании установлен сканатор лазерного луча, который содержит корпус, в который встроена система электромагнитов, закрепленный в корпусе резьбовым кольцом резонансный элемент, с помощью которого осуществляется сканирование зеркала с амплитудой равной ширине наплавляемого слоя, с изменяемой частотой и траекторией сканирования. Зеркало закреплено в охлаждаемой оправке с сердечником в центре резонансного элемента гайкой.
На основании блока также установлено коаксиальное телескопическое сопло, содержащее внешнее сопло, с отверстием для подвода газопорошковой струи внутри которого закреплено внутреннее направляющее сопло с центральным конусным отверстием для прохода лазерного излучения.
Для ручного включения блока и блокировки от случайного включения на основании установлены датчик ручного включения с курком и датчик дистанционной блокировки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 и фиг. 2 показаны общий вид ручного блока лазерной обработки.
Ручной блок состоит из основания 1 с крышкой 2, внутри которого проложены: волоконно-оптический кабель 4, медная трубка 5 газопорошкового тракта, медная трубка 6 тракта защитного газа, кабель 7 датчика включения 8 с курком 9 и датчика блокировки 10, установлен корпус 11 сканатора лазерного луча, в который встроена система электромагнитов 12, резонансный элемент 13, закрепленный в корпусе 11 резьбовым кольцом 14, сердечник 15, который закреплен в центре резонансного элемента 13 гайкой 16, имеющий охлаждающую оправку 17 с зеркалом 18.
Сканатор лазерного луча работает следующим образом: при подаче периодического напряжения на катушки электромагнитов 12, возникает переменное магнитное поле, которое приводит сердечник 15, через резонансный элемент 13 в колебательное движение и осуществляется сканирование зеркала 18 с амплитудой равной ширине наплавляемого слоя, необходимой частотой и траекторией. Сканатор закреплен под углом относительно оптической оси входящего лазерного луча для поворота его по оптической оси блока. Зеркало 18 охлаждается прохождением защитного газа через оправку 17 через гибкие переходники A и B.
Для подвода к ручному блоку лазерного излучения на основание 1 установлена система сопряжения и фокусирования, содержащая коннектор 19, обойму сопряжения 20 с коллимирующей оптической системой 22, фокусатором 23 с линзой 24, регулировочным резьбовым кольцом 25 и приводом 26.
Система сопряжения и фокусирования работает следующим образом: для использования блока газопорошковой лазерной наплавки с применением волоконного лазера в обойму сопряжение 20 через коннектор 19 закрепляется выходной узел 21 оптоволоконного кабеля волоконного лазера. Излучение лазера из выходного узла 21 отражается зеркалом 18 по оптической оси блока, проходит через коллиматор 20 с линзой 22, фокусатор 23 с фокусирующей линзой 24 и выходит через центральное отверстие сопла 27. Регулировка фокусного расстояния и коррекция фокуса в зоне обработки, что необходимо из-за нагрева оптики и изменения фокусного расстояния производится фокусатором 23 через регулировочное резьбовое кольцо 25 в ручном режиме или в автоматическом режиме с помощью привода 26, который через кабель 7 соединен с лазерным блоком.
На основании блока также установлено коаксиальное телескопическое сопло 27, с отверстием для подвода газопорошковой струи, с центральным конусным отверстием для прохода лазерного излучения, на котором закреплено внешнее направляющее сопло 28. Коаксиальное телескопическое сопло 27 работает следующим образом, при подаче газопорошковой струи от дозирующего устройства к штуцеру 29 через медную трубку 5, газопорошковая смесь проходит через отверстие между внешним соплом 28 и внутренним соплом 27, формируя конусный факел газопорошковой струи на выходе из сопла. Внешнее сопло 28 имеет возможность перемещения относительно коаксиального сопла 27, что необходимо для точной настройки и совмещения фокуса факела газопорошковой струи и фокуса лазерного луча. Для защиты оптического тракта от продуктов горения и охлаждения зеркала 18, телескопического коаксиального сопла 27, через штуцер 30 и медную трубку 6 подается защитный газ, который проходит через гибкие переходники A и B, охлаждая оправку 17 с зеркалом 18, далее выходит из основания 1 через отверстие, расположенное за фокусатором 23 и выходит из сопла 27. Для осуществления процесса лазерной резки необходимо сменить коаксиальное сопло 27 и 28 на сопло для резки (на чертеже не показано) при этом подача газопорошковой струи не производится, а процесс лазерной резки происходит за счет лазерного излучения и газа, подаваемого по трубке 6 через штуцер 30.
Для ручного включения блока и блокировки от случайного включения на основании установлены датчик ручного включения 8 с курком 9 и датчик дистанционной блокировки 10.
Ручное включение и дистанционная блокировка работают следующим образом: Датчик включения и дистанционной блокировки включены последовательно, при нажатии на курок 9 замыкаются контакты датчика 8 и через кабель 7 разрешающий сигнал попадает на датчик дистанционной блокировки 10, который замкнется только при определенном расстоянии от среза телескопического коаксиального сопла 27 до поверхности обрабатываемой детали 31, находящейся в пределах перетяжки сфокусированного лазерного луча и газопорошкового факела, после чего разрешительный сигнал попадает через кабель 7 и разъем 32 в исполнительные устройства, расположенные в блока лазера и дозатора, позволяющие включить подачу газопорошковой смеси и лазерного излучения.
Для удобства работы оператора и уменьшения нагрузки на руку к основанию 1 в зоне коаксиального сопла крепится боковая рукоятка 3, что дает возможность оператору производить обработку двумя руками.
Использование ручного блока лазерной обработки позволит регулировать форму и геометрические размеры наплавленного слоя, увеличить производительность газопорошковой лазерной наплавки за счет эргономичности, компактности и удобства для оператора ручного блока лазерной обработки с использованием сканатора лазерного луча и телескопического коаксиального сопла и сменного сопла для лезерной резки.