Установка для обработки детали лучом лазера

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ЛУЧОМ ЛАЗЕРА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Мышковец Виктор Николаевич Максименко Александр Васильевич Баевич Георгий Александрович Усов Петр Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1. Установка для обработки детали лучом лазера, содержащая технологический лазер,оптико-фокусирующую головку, снабженную механизмом качания, внутри которой закреплены зеркало и по меньшей мере одна фокусирующая линза, а также привод механизма качания, отличающаяся тем, что содержит устройство для разделения лазерного пучка, по меньшей мере одну дополнительную оптико-фокусирующую головку с механизмом качания, световоды, выполненные из оптического волокна, связывающие выходы устройства для разделения лазерного пучка с входами оптико-фокусирующих головок, общую систему управления, состоящую из блоков управления и компьютера, при этом механизм качания каждой оптико-фокусирующей головки выполнен в виде шарнирно связанных между собой неподвижной обоймы и сферического элемента, соединенного с верхней частью оптикофокусирующей головки, привод каждого механизма качания выполнен в виде ряда силовых 88702012.12.30 узлов, содержащих штоки, равномерно расположенные по окружности сферического элемента и на равном расстоянии от оси оптико-фокусирующей головки, при этом оптикофокусирующие головки установлены так, чтобы их лазерные лучи при максимальных рабочих амплитудах колебаний имели общие зоны обработки, и, кроме того, вторая и последующие оптико-фокусирующие головки снабжены отсекателями лазерного излучения. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что силовые узлы могут быть размещены как перпендикулярно, так и под углом к сферическому элементу. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что сферический элемент выполнен в виде или сферического кольца, или сферической втулки. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что технологический лазер может быть выполнен в виде импульсного 2 генератора или на твердом теле кристалла и 3. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что световоды снабжены устройствами ввода и вывода лазерного излучения. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для разделения лазерного пучка выполнено в виде светоделительных зеркал, последовательно установленных по ходу лазерного излучения. 7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый световод оптически сопряжен с устройством для разделения лазерного пучка с помощью светоделительных зеркал и с каждой оптико-фокусирующей головкой с помощью зеркала.(56) 1. Рыкалин Н.Н. и др. Лазерная обработка материалов. - М. Машиностроение, 1975. 2. Патент РБ на полезную модель 1036, МПК 23 26/00, 2002. 3. Патент РФ на полезную модель 28840, МПК 23 26/00, 2003 (прототип). Полезная модель относится к обработке поверхности лучом лазера и может быть использована в машиностроении при наплавке, термоупрочнении, легировании, текстурировании рабочих поверхностей крупногабаритных деталей, а также резке и прошивке отверстий. Известна установка для лазерной обработки, содержащая технологический лазер, оптико-фокусирующую головку, внутри которой закреплены зеркало и по меньшей мере одна фокусирующая линза, а также привод 1. Существенным недостатком установки является то, что сфокусированный в технологическом объективе лазерный луч не позволяет обрабатывать поверхности крупногабаритных деталей без их переустановки или перемещения, что снижает производительность и ограничивает номенклатуру изделий. Известна установка для лазерной обработки, содержащая технологический лазер, три оптико-фокусирующие головки, внутри каждой из которых закреплено зеркало и по меньшей мере одна фокусирующая линза, устройство для разделения лазерного пучка,световоды из оптического волокна, каждый из которых связывает устройство для разделения пучка с соответствующей оптико-фокусирующей головкой 2. Данная установка за счет наличия нескольких энергетических каналов передачи лазерного излучения позволяет осуществлять многопозиционную обработку крупногабаритной детали локально в зоне размещения ее частей на нескольких рабочих местах,однако не позволяет осуществлять обработку крупногабаритной детали по различным заданным прямолинейным, криволинейным или круговым траекториям движения до стыковочных зон обработки без ее переустановки или перемещения. Наиболее близким техническим решением является установка для обработки детали лучом лазера, содержащая технологический лазер, оптико-фокусирующую головку, снаб 2 88702012.12.30 женную механизмом качания, внутри которой закреплены зеркало и по меньшей мере одна фокусирующая линза, а также привод механизма качания 3. Данная установка, выбранная в качестве прототипа, позволяет обрабатывать детали без их переустановки или перемещения за счет придания оптико-фокусирующей головке колебательного движения по прямолинейной траектории, а также вращения детали. Это сократило количество холостых перемещений, но установка не обеспечивает возможности обработки крупногабаритной детали по различным заданным прямолинейным, криволинейным или круговым траекториям движения без ее переустановки или перемещения. Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении производительности и расширении технологических возможностей лазерной обработки деталей, а также в снижении энергозатрат при обработке деталей. Технический результат, достигаемый полезной моделью обеспечение многопозиционной обработки и сокращение количества холостых перемещений оптико-фокусирующей головки при обработке деталей и времени на наладку и переустановку детали сокращение времени обработки расширение технологических возможностей за счет широкого подбора оптимальных траекторий обработки детали. Технический результат достигается тем, что установка для обработки детали лучом лазера, содержащая технологический лазер, оптико-фокусирующую головку, снабженную механизмом качания, внутри которой закреплены зеркало и по меньшей мере одна фокусирующая линза, а также привод механизма качания, дополнительно содержит устройство для разделения лазерного пучка, по меньшей мере одну дополнительную оптикофокусирующую головку с механизмом качания, световоды, выполненные из оптического волокна, связывающие выходы устройства для разделения лазерного пучка со входами оптико-фокусирующих головок, общую систему управления, состоящую из блоков управления и компьютера, при этом механизм качания каждой оптико-фокусирующей головки выполнен в виде шарнирно связанных между собой неподвижной обоймы и сферического элемента, соединенного с верхней частью оптико-фокусирующей головки, привод каждого механизма качания выполнен в виде ряда силовых узлов, содержащих штоки, равномерно расположенные по окружности сферического элемента и на равном расстоянии от оси оптико-фокусирующей головки, при этом оптико-фокусирующие головки установлены так, чтобы их лазерные лучи при максимальных рабочих амплитудах колебаний имели общие зоны обработки, и, кроме того, вторая и последующие оптико-фокусирующие головки снабжены отсекателями лазерного излучения. Кроме этого, силовые узлы могут быть размещены как перпендикулярно, так и под углом к сферическому элементу. Сферический элемент выполнен в виде или сферического кольца, или сферической втулки. Технологический лазер может быть выполнен в виде импульсного СО 2 генератора или на твердом теле кристалла и 3. Световоды из оптического волокна снабжены устройствами ввода и вывода лазерного излучения. Устройство для разделения лазерного пучка выполнено в виде светоделительных зеркал, последовательно установленных по ходу лазерного излучения. Каждый световод оптически сопряжен с устройством для разделения лазерного пучка с помощью светоделительных зеркал и с каждой оптико-фокусирующей головкой с помощью зеркала. Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что новым в установке является то, что она дополнительно содержит устройство для разделения лазерного пучка, по меньшей мере одну дополнительную оптико-фокусирующую головку 3 88702012.12.30 с механизмом качания, световоды, выполненные из оптического волокна, связывающие выходы устройства для разделения лазерного пучка с входами оптико-фокусирующих головок, общую систему управления, состоящую из блоков управления и компьютера, при этом механизм качания каждой оптико-фокусирующей головки выполнен в виде шарнирно связанных между собой неподвижной обоймы и сферического элемента, соединенного с верхней частью оптико-фокусирующей головки, привод каждого механизма качания выполнен в виде ряда силовых узлов, содержащих штоки, равномерно расположенные по окружности сферического элемента и на равном расстоянии от оси оптико-фокусирующей головки, при этом оптико-фокусирующие головки выполнены и установлены таким образом, чтобы их лазерные лучи при максимальных рабочих амплитудах колебаний имели общие зоны обработки, кроме того, вторая и последующие оптико-фокусирующие головки снабжены отсекателями лазерного излучения. Для специалиста существенные отличительные признаки явным образом не следуют из уровня техники. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемой установки для обработки детали лучом лазера, отсутствуют. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами, на которых представлены фиг. 1 - установка для лазерной обработки деталей, общий вид фиг. 2 - вид установки с оптико-фокусирующими головками, совершающими колебательные движения фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 фиг. 4 - траектории движения лучей по поверхности детали. Установка для обработки детали лучом лазера (фиг. 1) содержит технологический лазер 1, оптико-фокусирующую головку 2, внутри которой закреплены зеркало 3 и по меньшей мере одна фокусирующая линза 4, механизм 5 качания оптико-фокусирующей головки 2 и привод 6 механизма 5 качания. Установка снабжена устройством 7 для разделения лазерного пучка, дополнительными оптико-фокусирующими головками 8 и 9 и световодами 10, выполненными из оптического волокна. Световоды 10 связывают выход соответствующего потока излучения из устройства 7 для разделения лазерного пучка со входом в свою оптико-фокусирующую головку 2, 8, 9. Установка также содержит механизм 11 качания каждой дополнительной оптико-фокусирующей головки 8 и 9, а также общую систему управления, состоящую из блоков управления 12 и компьютера 13. Механизмы 5 и 11 качания каждой оптико-фокусирующей головки 2, 8, 9 выполнены в виде шарнирно связанных между собой неподвижной обоймы 14 и сферического элемента 15. Сферический элемент 15 соединен с верхней частью каждой оптико-фокусирующей головки 2, 8, 9. Привод 6 каждого механизма 5 и 11 качания выполнен в виде ряда силовых узлов 16, содержащих штоки 17. Штоки 17 равномерно расположены по окружности сферического элемента 15 и на равном расстоянии от оси каждой оптико-фокусирующей головки 2, 8, 9. Оптико-фокусирующие головки 2, 8, 9 выполнены и установлены таким образом, чтобы их лазерные лучи, при максимальных рабочих амплитудах колебаний,имели общие зоны обработки. Вторая 8 и последующая 9 оптико-фокусирующие головки снабжены отсекателями лазерного излучения (на фигурах не показаны). Силовые узлы 16 могут быть размещены как перпендикулярно, так и под углом к сферическому элементу 15. Сферический элемент 15 выполнен в виде или сферического кольца, или сферической втулки. Технологический лазер может быть выполнен в виде импульсного СО 2 генератора или на твердом теле кристалла и 3. Устройство 7 для разделения лазерного пучка выполнено в виде светоделительных зеркал 18, последовательно установленных по ходу лазерного излучения. Световоды 10 снабжены устройствами ввода 19 и вывода 20 лазер 4 88702012.12.30 ного излучения. Каждый световод 10 оптически сопряжен с устройством 7 для разделения лазерного пучка с помощью светоделительных зеркал 18 и с каждой оптико-фокусирующей головкой 2, 8, 9 с помощью зеркала 3. Отсекатели лазерного излучения могут быть различных конструкций, например в виде поворотных узлов зеркал 18 или заслонок зеркал 18 (на фигурах не показаны), и размещены в устройстве 7 для разделения лазерного пучка. Устройство включает координатный стол 21 для установки обрабатываемой детали 22. Установка работает следующим образом. Обрабатываемую деталь 22 устанавливают на координатном столе 21 лазерного станка. Включают технологический лазер 1, излучение которого транспортируется в устройство 7 для разделения лазерного пучка. Устройство 7 разделяет излучение лазера 1 на пучки, которые зеркала 18 направляют через устройство ввода 19 в соответствующий световод 10, а по нему через устройство ввода 20 направляют на зеркала 3 и линзы 4 оптикофокусирующих головок 2, 8 и 9 и фокусируют в зонах обработки детали. Далее общей системой управления, состоящей из блоков 12 управления и компьютера 13, включают привод 6 механизмов 5 и 11 качания. Привод 6 по заданной компьютером 13 программе штоками 17 каждого силового узла 16 поочередно взаимодействует со сферическими элементами 15 механизмов 5 и 11 качания. Сферические элементы 15 (фиг. 3), совершая колебательные движения в неподвижной обойме 14, придают каждой оптикофокусирующей головке 2, 8 и 9 заданные системой управления прямолинейные и/или круговые колебательные движения, а также заданные углы наклона. Оптико-фокусирующие головки 2, 8 и 9 производят многолучевую обработку детали 22 по заданным траекториям движения без ее переустановки. Задаваясь различной частотой взаимодействия штоков 17 со сферическими элементами 15, создают различную частоту отклонений каждого луча лазера, а изменяя угловое положение каждого сферического элемента 15 штоками 17 в обойме 14, изменяют амплитуду колебаний каждого луча лазера 1. Оптико-фокусирующие головки 2, 8 и 9 установлены таким образом, чтобы их лазерные лучи, при рабочих амплитудах колебаний, могли осуществлять многолучевую лазерную обработку детали 22 как по одинаковым, так и различным заданным в одном или противоположном направлении, по прямолинейным, криволинейным или круговым траекториям движения до стыковочных зон обработки. После окончания обработки детали 22 штоки 17 силовых узлов 16 возвращают сферические элементы 15 в первоначальное положение. Выполнение световодов 10 из оптического волокна, разделение лазерного пучка устройством для разделения 7 с зеркалами 18, передача лазерного пучка светоделительными зеркалами 18 по световодам 10 в оптико-фокусирующие головки 2, 8 и 9, придание механизмами качания 5 и 11 одинаковых или различных прямолинейных и/или круговых колебательных движений, встречного или противоположного направления, а также заданных углов наклона оптико-фокусирующим головкам 2, 8 и 9 позволяют выполнить многолучевую обработку крупногабаритной детали лазерными лучами без ее переустановки или перемещения. Благодаря возможности задавать различные колебательные движения оптикофокусирующим головкам 2, 8 и 9 можно получать траектории движения лазерного луча по поверхности детали - по окружности, по спирали, маятниковые и различные виды многолепестковых движений (фиг. 4) и обрабатывать лазерными лучами всю поверхность крупногабаритной детали. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить производительность и расширить технологические возможности лазерной обработки крупногабаритных изделий без переустановки и перемещения изделия. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства. 5 88702012.12.30 Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6