CZ296294A3

CZ296294A3 - Apparatus for machining by a light beam

Info

Publication number: CZ296294A3
Application number: CZ942962A
Authority: CZ
Inventors: Mikhail Ivanovich Oparin; Mikhail Timofeevich Borisov; Georgy Mikhailovich Alexeev
Original assignee: Mgm N Proizv
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-08-16
Also published as: US5592582A; WO1994024586A1; EP0645648A1; RU2047876C1; AU4592793A; EP0645648A4

Description

Vynález se týká světelné techniky, zejména technických prostředků na svazkování optického záření. Může se používat př_í obrábění materiálů světelným paprskem včetně pájení a svařování plechů, Zařízení je možno používat při výrobě a opravách karoserií automobilů, při výrobě kovové krytiny pro budovy a domy a při dalších pracech, kde se požaduje spolehlivé a. bezpečné zařízení pro místní ohřev povrchu dílů.

Dosavadní stav techniky

Zařízení, které soustřeďuje energii optického záření, se používá dlouhou, dobu při realizaci různých technologických procesů spojených s místním ohřevem povrchu obráběného materiálu.

Je známé zařízení na obrábění světelným paprskem, které se skládá z reflektoru, jehož odrazová plocha je provedena jako rotační elipsoid, kde v jednom z jeho ohnisek je umístěn zdroj obloukového světla a v druhém ohnisku je. povrch obráběného materiálu (patent USA č. 3774995, tř. 350-294, MKI-5-' G 02 B 5/10, 1973). K nedostatkům tohoto zařízení patří velké rozměry pří použití výkonných zdrojů světla. Rovněž existuje zařízení na zpracování světelným paprskem, které se skládá z 'reflektoru provedeného jako sériového a souosého základního a přídavného elipsoidu, které jsou spojeny kruhovým prvkem. Ve společném vyzařujícím ohnisku je umístěn zdroj· bodového světla a povrch obráběného materiálu je umístěn v druhém ohnisku základního elipsoidu. Mezi-druhým ohniskem přídavného elipsoidu a druhým ohniskem základního elipsoidu je v rovině, která je kolmá ke společné ose elipsoidů, umístěno zrcadlo, které směruje 2áření odražené od povrchu přídavného elipsoidu do druhého ohniska základního elipsoidu (přihláška SRN č. 319 562, MKI-5: F 21 V 7/09. 1984),

Při použití ' reflektoru s povrchem ve tvaru rotačního

X elipsoidu v Intervalu mezi horním bodem reflektoru a bodem vyzařujícího ohniska má za následek velké rozměry záříce jestliže se budeme snažit zvětšit vzdálenost mezi bodem vyzařování a horním bodem reflektoru, abychom snížili tepelné zatížení stěny reflektoru, které je nepřímo úměrné čtverci vzdálenosti mezi- bodem vyzařování a povrchem reflektoru. Zvýšení tepelného zatížení současně zapříčiňuje deformaci tvaru reflektoru, což mění jeho optické vlastnosti. Abychom kompenzovali tento jev, potřebujeme velké množství chladící kapaliny, což opět. znamená, že musíme zvětšit tlouštku stěny a tím stoupá i váha.

•Podstata· vymá-l-e<cí.i· τ

Vynález sí klade za úkol vytvořit zařízení, jehož využití umožní použít výkonnější obloukové zářiče a současně snížit váhu koncentrujícího reflektoru.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že v zařízení na obrábění světelným paprskem, ve kterém je umístěn bodový zdroj optického záření a koncentrující reflektor s odrazovou plochou ve tvaru rotační plochy s povrchovou přímkou, jejíž jednu část tvoří oblouk elipsy, přičemž hlavní osa elipsy se kryje s osou rotace, se jedno z ohnisek kryje se zdrojem záření a druhé ohnisko se kryje s plochou obráběného materiálu, rotační plocha koncentrujícího reflektoru je provedena s povrchovou přímkou, skládající se z oblouků bifokálních elips, úseček

- paprsků které spo jují - je j i ch -konce - a začínají v ohn isku , které — se kryje se . zdrojem záření a z oblouků kružnice se středem _v_tomto_ohnisku; rozměry úseček povrchové přímky a jejich vzájemné umístění je takové, aby libovolná přímka procházející bodem, který se kryje se zdrojem záření a protínající plochu reflektoru na úseku s povrchovou přímkou ve tvaru oblouku kružnice protínala plochu reflektoru na úseku s povrchovou přímkou ve tvaru oblouku elipsy a aby se libovolná přímka, protínající ohniskový bod kryjící se s plochou obráběného materiálu protínala pouze v jednom místě s odrazovou plochou koncentrujícího reflektoru; počet oblouků elips k povrchové

-3neporusi.de obecnou zásadu zařízení; která spočívá v r

t;

přímky, počet úseků paprsků n a počet, oblouků kružnic m jsou spojeny vztahem k = r+w+l. kde n a m jsou celá č.ísla^: n.B) 0,1,2.....

Toto provedení odrazové plochy koncentrujícího reflektoru sestrojení optického systému tom, že záření bodového zdroje světla, který je umístěn v prvním ohniskovém bodu reflektoru, jde podél plochy ve tvaru rotačního elipsoidu a soustřeďuje se ve druhém ohniskovém bodu elipsoidu. Použití systému sériově umístěných odrazových vrstev ve tvaru rotačních elipsoidů pro koncentraci zářeni je ekvivalentní odrazové ploše s jedním elipsoidem. Spojení sousedících odrazových úseků’pomocí úseků kuželových ploch, které' jsou souosé s eliptickými plochami, s horním bodem kuželu, který se kryje s prvním společným ohniskem odrazových elips, umožňuje zabránit odrazům od neeliptických částí reflektoru. Využití odrazových úseků plochy reflektoru, které mají. tvar kulovité vrstvy se středem koule v prvním ohniskovém bodu, umožňuje zásadním způsobem měnit tvar reflektoru v závislostí na požadavcích technologického postupu, Současně po odražení od kulové plochy se dostane záření zdroje na eliptický úsek a následovně se bude koncentrovat ve druhém ohnisku. Je samozřejmé, že záření odražené, od eliptické odrazové plochy nesmí být zachyceno kuželovou nebo kulovou plochou na dráze ke druhému ohnisku, které se kryje s plochou obráběného materiálu provedení koncentrujícího reflektoru jako sledu úseků s eliptickými, kuželovými a kulovými odrazovými plochami umožňuje za prvé podstatně zvětšit vzdálenost mezi zdrojem záření a plochou reflektoru, což podstatně snižuje tepelné zatížení reflektoru a za druhé do Značné míry měnit tvar odrazové plochy podle požadavků technologického postupu. To znamená, že navržené technické řešení umožňuje zvýšit výkon použitého světelného zdroje a rozsahu).

dokonce zmenšit rozměry zařízení Cv rozumném

Přehled obrázků na výkrese “i Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu a popisu na 'obr'. 1\ kde je uveden příklad ' provedení zařízeni na obrábění materiálu světelným paprskem.

Příklady provedení vynálezu

Optický zářič obsahuje zdroj záření 1 s bodovou oblastí záření umístěnou v bodu Fl na ose koncentrujícího reflektoru 2 S odrazovou plochou, která představuje plochu získanou rotací lomené čáry. a která je sestrojena ze dvou elips 3 s ohniskami v bodech Fl a F2. úseků paprsků 4 vycházejfcích z bodu Fl a oblouků kružnic 5 se středem v bodu Fl podél osy procházející body Fl a F2.

Zařízení pracuje následovně- Záření zdroje X se šíří podél paprsků z bodu Fl, odráží se od plochy koncentrujícího reflektoru 2. Jestliže k odrazu dojde na úseku plochy s povrchovou přímkou ve tvaru oblouku elipsy 3. s ohnisky . v bodech Fl a F2, po odrazu bude záření směrovat podél paprsku procházejícího bodem F2. Na obr.l je tento případ popsán /

pomocí úseků [Fl. A] a [A. F2]. Jestliže k odrazu dochází na úseku plochy s povrchovou přímkou ve tvaru oblouku kružnice 5 se středem v bodu Fl. projde záření po odrazu opět bodem Fl a Šíří se do protnutí plochy reflektoru na úseku s povrchovou přímkou ve tvaru elipsy 3. Tomu odpovídá dráha paprsku podél úseků [Fl, Bl a [B. Fl. Cl. Jestliže bod C povrchové přímky na rotační ploše koncentrujícího reflektoru bude také na oblouku „kružnice___________5...........záření_____„projde........několikrát. ..... po . dráze .

[B. C] . [C. B1 a nedostane se.do ohniska F2-. Tento úsek nebude ·

mít žádný vliv na záření procházející účinným průřezem, kde je plocha obráběného materiálu. Tento případ proto musíme (

vyloučit ze všech možných variant realizace reflektoru.

Protože směr šířeni záření odpovídá paprskům vycházejícím z bodu Fl. k odrazu záření od úseků plochy reflektoru s povrchovou přímkou ve tvaru úseků paprsků 4 nedojde a tyto úseky nemohou ovlivnit šíření záření, jestliže nebudou na dráze záření po odrazu od eliptických úseků. Podobné překážky, které mohou být zapříčiněny úseky reflektoru s povrchovými

- Jpřímkami ve tvaru oblouku kružnic 5 se nesmí objevit ve variantě realizace reflektoru.

Provedeni plochy koncentrujícího reflektoru 2 s povrchovou přímkou ve tvaru lomené čáry s úseky složenými z oblouků elips

3. oblouků kružnic 5 nebo úseků paprsků 4 umožňuje zásadním způsobem měnit tvar· reflektoru v závislosti na konkrétních podmínkách. Jestliže potřebujeme např. zajistit velký činitel

I využití záření, musíme zmenšit průměr vstupního průřezu ť reflektoru a přiblížit tento průřez k bodu F2. V mezním j

případu pří shodě výstupního okna a roviny řezu procházející bodem F2 bude úhel využití zářeni a dán vztahem:

*· « = π 2 arctgía²/b^?-1 )^lz2 , kde a je délka hlavní poloosy elipsy, b je délka vedlejší poloosy. Jestliže a/b=2, <ζ=1,6&π radiánů a jestliže a/b=3, <r=l, 66π radiánů.

Provedení koncentrujícího reflektoru ve výše popsaném tvaru umožňuje podstatně snížit tepelnou zátěž stěny reflektoru, což umožňuje zmenšit tlouštku stěn, snížit váhu a zmenšit rozměry zářiče, nebo zvýšit výkon, používaného zdroje optického záření.

Průmyslová využitelnost

Navrhované technické řešení . umožňuje zvýšit výkon světelných zdrojů v zařízení na obrábění světelným paprskem a zmenšit rozměry. To rozšíří oblast použití tohoto zařízení.

Tu l Bude je možné využít v různých průmyslových odvětvích v stavebnictví, dopravě, automobilovém průmyslu nebo zemědělském i

strojírenství při svařování plechů, při opravách karoserií automobilů, při pokládání a opravě kovové krytiny na domech atd.

Claims

' Zařízení na obrábění světelným paprskem, ve kterém je :

umístěn bodový zdroj optického záření a koncentrující i reflektor s odrazovou plochou ve tvaru rotační plochy í s povrchovou přímkou, jejíž jednu část tvoří oblouk elipsy,- { přičemž hlavní osa elipsy se kryje s osou rotace, se jedno ’ · ř ' z ohnisek kryje se zdrojem záření a druhé ohnisko se kryje >

s plochou obráběného materiálu, vyznačující setím. Že i rotační plocha koncentrujícího reflektoru (2) je provedena j

-s -povrchovou- přímkou, skláda j ící -se -z oblouků--C3) -b-i-f ok-á-l-n-í-eh -......

_oJ._i.ps-;_ilseků—C4J_papírků__které- spo-j-uj-í_je-j-řch_ke.n&e_a_i začínají v ohnisku CF1). které se kryje se zdrojem Cl) ~ záření ;

a z oblouků C5) kružnice se středem v tomto ohnisku, přičemž rozměry úseků povrchové přímky a jejich vzájemné umístění je takové, Že libovolná přímka . procházející bodem, který se kryje se zdrojem Cl) záření . a protínající plochu koncentrujícího reflektoru C2) na úseku s povrchovou přímkou ž ve tvaru' oblouku (5) kružnice protíná plochu koncentrujícího —;

reflektoru C2) na. úseku s povrchovou přímkou ve tvaru oblouku C3) elipsy a libovolná přímka, protínající ohniskový bod CF2) ležící v ploše obráběného materiálu protíná se pouze v jednom místě s odrazovou plochou t koncentru j íc ího reflektoru C2) ,, při Čemž počet oblouků C3) elips jt, “ k---------povrchové přímky —; početúseků·C4) paprsků n a počet-------r ’ oblouků. C5) kružnic m je spojen vztahem k = n + z? + 1. * kde η ά m _jsou celá čís 1 a^: n . n =._0 ,.l.2