ОПТИКО-ФОКУСИРУЮЩАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к устройствам для лазерной технологии, точнее к оптико-фокусирующим головкам для лазерной обработки [1].
Известен патент RU 2398665 на УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОННОГО ЛАЗЕРА. Устройство содержит два оптических блока, расположенных в цилиндрическом канале металлического корпуса. Каждый из оптических блоков снабжен механизмом перемещения. Торцы цилиндрического канала металлического корпуса закрыты фланцами. На одном из фланцев установлен третий оптический блок. Второй торец корпуса присоединяется к коннектору оптического кабеля. Герметичность устройства в целом обеспечивается за счет герметичного выполнения всех элементов устройства и всех их соединений.
Недостатком является неэффективное использование для резки круглого пятна лазерного излучения.
Также известен патент RU 2301496 на УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ. Устройство содержит формирующую оптическую систему, фотоприемную систему, систему корректировки фокусировки, блок оптической компенсации, источник излучения. Формирующая оптическая система представляет собой принимающий и передающий телескопы. Передающий телескоп оптически сопряжен с источником излучения. Принимающий телескоп оптически сопряжен с блоком оптической компенсации. Блок оптической компенсации оптически сопряжен с фотоприемной системой. Выход фотоприемной системы подключен к входу системы корректировки фокусировки. Первый выход системы корректировки фокусировки подключен к приводам блока оптической компенсации. Второй выход системы корректировки фокусировки подключен к приводу отклоняющей пластины источника излучения. К системе корректировки фокусировки подключены входы приводов горизонтального и вертикального наведения формирующей оптической системы.
Недостатком является неэффективность использования для резки круглого пятна излучения.
Также известен патент RU 2504809 на ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ. Объектив содержит корпус, привод вращения корпуса вокруг оси, объектив, расположенный на станине в двух подшипниках, и три линзы, первая из которых отрицательная сферическая неподвижная, расширяющая входящий в объектив параллельный пучок лазерного излучения, вторая и третья линзы положительные цилиндрические со взаимно перпендикулярными образующими, задающие размеры фокусируемого на подложке овального лазерного пятна независимо друг от работы величину одной, большей оси овала, а третья неподвижная линза задает величину меньшей оси овального пятна путем предварительного выставления расстояния от объектива до подложки. Объектив имеет два мини-двигателя, один мини-двигатель обеспечивает пространственное положение большой оси овального лазерного пятна по касательной к контуру вырезаемой детали, а второй мини-двигатель варьирует длину этой оси в процессе обработки путем перемещения второй линзы вдоль оптической оси объектива.
Недостатком является необходимость постоянного регулирования формы пятна, что сказывается на снижении быстродействия.
Наиболее близким по технической сущности принята в качестве прототипа
6
ОПТИКО-ФОКУСИРУЮЩАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ по патенту 2116180 МПК B23K 26/06, где повышение эффективности использования энергии лазерного луча реализуется за счет того, что снаружи трубчатого корпуса имеется концентричное кольцо с возможностью его поворота вокруг оси лазерного луча, к кольцу на горизонтальном стержне прикреплено коромысло, на одном конце которого закреплена вспомогательная оптико-фокусирующая головка для направления вспомогательного лазерного луча в зону обработки, а на другом конце закреплено отражающее зеркало, устанавливаемое перпендикулярно оси отраженного от обрабатываемой поверхности лазерного луча вспомогательной и оптико-фокусирующей головки.
Недостатком прототипа является необходимость поворота вокруг оси лазерного луча, что приводит к снижению производительности из-за выбора формы пятна и замедлению процесса резки.
Целью полезной модели является получение стационарного пятна удлиненной формы обеспечивающий постоянный режим фокуса для высокой производительности реза.
Поставленная цель достигается тем, что в корпусе закреплено первое по ходу луча фокусирующее зеркало, устанавливаемое плоскостью под 45 град к ходу луча, далее второе по ходу луча фокусирующее зеркало, устанавливаемое плоскостью под 90 град к плоскости первого зеркала, после второго зеркала закреплен штуцер для подачи сжатого газа, устанавливаемый ортогонально к оси луча, далее в корпусе закреплена поворотная защитная крышка с клапаном избыточного давления сжатого газа, устанавливаемая по ходу луча.
Сущность предполагаемой полезной модели заключается в том, что луч падающий на первое зеркало изменяет форму на вытянутую, отражается и падает на второе зеркало, где фокусируется в виде удлиненного пятна стабильной формы. Для создания высокочистой среды в фокусирующей головке через штуцер, закрепленный в фокусирующей головке, подается инертный газ под давлением, который выходит через поворотную защитную крышку, таким образом создается поток газа, защищающий зеркала фокусирующей головки. Защитная крышка закрывает фокусирующую головку в нерабочем состоянии и предохраняет оптические зеркала от загрязнения.
На фиг. 1 приведена фокусирующая головка, реализующая предлагаемую полезную модель.
Практическая работа устройства происходит следующим образом.
Перед подачей лазерного излучения открывается крышка 2 и в полость фокусирующей головки через отверстие 1 подается под давлением инертный газ. Лазерное излучение круглого сечения предварительно преобразуют в овальное за счет аберраций первого зеркала 3, расположенного под углом к оси лазерного луча, далее используют второе зеркало 4, фокусирующее короткую ось овального пятна в линию с шириной, определяющейся фокусирующими свойствами зеркала, и с длиной, соответствующей длинной оси овала. Излучение выходит через открытую крышку 2. На расстоянии фокуса второй линзы формируется линия фокуса, позволяющая эффективно резать материал. Пятно 5 в фокусе удлиненной формы, формируемое оптической системой фокусирующей головки, показано на фиг. 2.
Полезная модель оптико-фокусирующей головки может быть использована в составе специальных комплексов для снижения ледовой нагрузки на суда и инженерные сооружения, работающие в ледовых условиях, а также для повышения безопасности их эксплуатации.
Чертежи
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фотографиями, представленными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 показана фокусирующая головка, в конструкции которой реализована предлагаемая полезная модель. На фиг. 1 отмечены следующие позиции:
- позиция 1 - отверстие для присоединения штуцера подачи инертного газа под давлением,
- позиция 2 - крышка фокусирующей головки,
- позиция 3 - входное зеркало фокусирующей головки,
- позиция 3 - выходное зеркало фокусирующей головки.
На фиг. 2 показано пятно в фокусе удлиненной формы, создаваемое оптической системой фокусирующей головки, представленной на фиг. 1. На фиг. 2 отмечена следующая позиция:
- позиция 5 - пятно, формируемое оптической системой фокусирующей головки.
Литература.
1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностей лазерной обработки. - М.: Высшая школа, 1987. - 191 с