RU133046U1

RU133046U1 - INSTALLATION FOR LASER PERFORATION OF MULTI-LAYER ROLL MATERIALS

Info

Publication number: RU133046U1
Application number: RU2013123479/02U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Барабанов; Павел Александрович Вятлев; Владимир Александрович Грозин; Даниил Владимирович Сергеев; Олег Юрьевич Стекольщиков; Валентин Константинович Сысоев
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Установка для лазерной перфорации отверстий многослойных рулонных материалов, содержащая несущую раму, на противоположных вертикальных стойках которой смонтированы с возможностью вращения исходный и приемный валы, смонтированные между ними с возможностью вращения промежуточные валы, привод, соединенный с приемным валом, узел перфорации, включающий лазерный излучатель, блок управления и питания лазерного излучателя и поддерживающий рабочий элемент, продольная ось которого параллельна продольным осям промежуточных валов и который смонтирован между промежуточными валами в зоне выполнения перфорации, систему вытяжки и защитные экраны, отличающаяся тем, что узел перфорации установки снабжен сканирующим устройством, включающим сканатор с линейным приводом его перемещения, соединенный с лазерным излучателем посредством оптического волокна, а установка снабжена управляющим компьютером, датчиками вращения исходных валов и скорости движения материала и вторым исходным валом, смонтированным с возможностью вращения на тех же стойках несущей рамы, что и первый исходный вал, при этом датчики вращения установлены на упомянутых валах, а с указанным управляющим компьютером соединены сканатор и линейный привод сканирующего устройства, блок управления и питания лазерного излучателя, привод приемного вала, датчики вращения исходных валов, датчик скорости движения материала, установленный на первом промежуточном валу и система вытяжки, причем поддерживающий рабочий элемент узла перфорации представляет собой полый профиль прямоугольного сечения со сквозной продольной прорезью, длина которой равна ширине пеInstallation for laser perforation of openings of multilayer roll materials, comprising a supporting frame, on opposite vertical posts of which the input and receiving shafts are mounted rotatably, intermediate shafts are mounted rotatably mounted between them, a drive connected to the receiving shaft, a perforation unit including a laser emitter, a control unit and power supply of the laser emitter and a supporting working element, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axes of the intermediate shafts and which mounted between the intermediate shafts in the area of perforation, an exhaust system and protective screens, characterized in that the unit's perforation unit is equipped with a scanning device including a scanner with a linear drive for moving it, connected to the laser emitter by means of optical fiber, and the installation is equipped with a control computer, rotation sensors the source shafts and the speed of movement of the material and the second source shaft mounted for rotation on the same racks of the supporting frame as the first source al, in this case, rotation sensors are mounted on the said shafts, and a scanner and a linear drive of the scanning device, a control unit and power supply of the laser emitter, a drive of the receiving shaft, sensors of rotation of the source shafts, a material velocity sensor mounted on the first intermediate shaft are connected to the specified control computer and an exhaust system, the supporting working element of the perforation unit being a hollow rectangular-shaped profile with a through longitudinal slot, the length of which is equal to the width of

Description

Полезная модель относится к технике для перфорации отверстий в тонких материалах и сварки тонких пленок, в частности, для изготовления экранно-вакуумной теплоизоляции.The utility model relates to techniques for perforating holes in thin materials and welding thin films, in particular for the manufacture of screen-vacuum thermal insulation.

Экранно-вакуумная теплоизоляция, состоящая из многих слоев металлизированных пленок полиэтилентерефталатной и полиимидной с одновременным ее дублированием прокладочным материалом, например, холстом стекловолокнистым, предназначена для тепловой защиты космических аппаратов от воздействия окружающей среды с целью уменьшения теплообмена и сохранения необходимых тепловых условий для успешной работы этих изделий.Screen-vacuum thermal insulation, consisting of many layers of metallized films of polyethylene terephthalate and polyimide with its simultaneous duplication of cushioning material, for example, fiberglass canvas, is intended for thermal protection of spacecraft from environmental influences in order to reduce heat transfer and maintain the necessary thermal conditions for the successful operation of these products .

Для лучшего вакуумирования и защиты от электростатического разряда слои пленки для мата ЭВТИ необходимо перфорировать. Принято перфорировать пленку для мата ЭВТИ отверстиями с диаметром 2 мм на расстоянии 50 мм друг от друга.For better evacuation and protection against electrostatic discharge, the layers of the film for the EVTI mat must be perforated. It is customary to perforate the EVTI mat film with holes with a diameter of 2 mm at a distance of 50 mm from each other.

Известно оборудование для изготовления ЭВТИ, состоящее из двух независимых установок: установки для перфорации пленок, которая предназначена для автоматизированной перфорации супертонких (5-20 мкм) полимерных пленок, в т.ч. металлизированных, применяемых для изготовления ЭВТИ, в космической, теплоэнергетической и холодильной технике (диаметр перфорируемых отверстий равен 2±0,1 мм) и установки для гофрирования и дублирования пленок со стекловуалью (УОП-2М), которая предназначена для изготовления материала ЭВТИ шириной 600 мм путем гофрирования перфорированной пленки (полиэтилентерефталатной и полиимидной) с одновременным ее дублированием прокладочным материалом (например, холстом стекловолокнистым) (см. сайт (http://www.ua.all.biz/oborudovanie-dlya-izgotovleniya-ekranno-vakuumnoj-g1385259).Known equipment for the manufacture of EVTI, consisting of two independent installations: installation for perforation of films, which is intended for automated perforation of superthin (5-20 microns) polymer films, including metallized, used for the manufacture of EVTI in space, heat energy and refrigeration equipment (diameter of perforated holes is 2 ± 0.1 mm) and installations for corrugating and duplication of films with glass veil (UOP-2M), which is intended for the manufacture of EVTI material with a width of 600 mm by corrugating a perforated film (polyethylene terephthalate and polyimide) with its simultaneous duplication of cushioning material (for example, fiberglass canvas) (see the website (http://www.ua.all.biz/oborudovanie-dlya-izgotovleniya-ekranno-vakuumnoj-g1385259) .

Работа установки для перфорации основана на контактном воздействии на материал. Перфорация осуществляется с помощью электрически нагреваемого вала с игольчатыми сегментами, который вращается со скоростью обрабатываемой пленки вместе с термостойким щетинистым валом.The operation of the perforation plant is based on the contact effect on the material. Perforation is carried out using an electrically heated shaft with needle segments, which rotates at the speed of the processed film together with a heat-resistant bristle shaft.

Недостатками установки являются невозможность варьирования диаметров перфорируемых отверстий, не очень высокое качество кромок после перфорации вследствие механического воздействия, возможность повреждения перфорируемого материала за счет его прилипания к нагретым частям устройства, а также необходимость последующей операции дублирования пленки прокладочным материалом.The disadvantages of the installation are the impossibility of varying the diameters of the perforated holes, the not very high quality of the edges after perforation due to mechanical stress, the possibility of damage to the perforated material due to its adhesion to the heated parts of the device, and the need for the subsequent operation of duplicating the film with cushioning material.

Недостатком второй установки является необходимость использования уже проперфорированных пленок, что добавляет лишний технический процесс.The disadvantage of the second installation is the need to use already perforated films, which adds an extra technical process.

Известно также, взятое за прототип, устройство для перфорации рулонных материалов, несущую раму, на противоположных вертикальных стойках которой смонтированы, с возможностью вращения, исходный и приемный валы, смонтированные между ними с возможностью вращения, промежуточные валы, привод, соединенный с приемным валом, узел перфорации, включающий лазерный излучатель, блок управления и питания лазерного излучателя и поддерживающий рабочий элемент, продольная ось которого параллельна продольным осям промежуточных валов, между которыми, в зоне выполнения перфорации, он смонтирован, а также систему вытяжки и защитные экраны (патент на полезную модель RU 121185 от 21.06.2012, МПК B26F 1/31). Излучающее устройство по данному патенту представляет собой набор световых излучателей либо в виде лазеров, либо в виде диодов с линзами, расположенных в линию по ширине материала в количестве, соответствующем количеству пробиваемых или прожигаемых отверстий.It is also known, taken as a prototype, a device for perforating rolled materials, a supporting frame, on opposite vertical racks of which are mounted, rotatably, source and receiving shafts, rotationally mounted between them, intermediate shafts, a drive connected to the receiving shaft, assembly perforations, including a laser emitter, a control unit and power supply of the laser emitter and a supporting working element, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axes of the intermediate shafts, between which, the perforation zone, it is mounted, as well as the exhaust system and protective screens (utility model patent RU 121185 dated June 21, 2012, IPC B26F 1/31). The radiating device according to this patent is a set of light emitters either in the form of lasers or in the form of diodes with lenses arranged in a line across the width of the material in an amount corresponding to the number of punched or burned holes.

Недостатками данного устройства, как и в предыдущих устройствах, является то, что оно предназначено только для выполнения перфорации в одном материале, а соединение его с другими материалами, входящими в состав ЭВТИ необходимо производить на другом оборудовании. Кроме того, выполнение перфорации устройством, включающим в себя несколько световых излучателей, усложняет конструкцию, а прожигание или пробивание отверстий основано на том, что обработка материала ведется высококонцентрированным источником энергии. Основными процессами, протекающими при образовании отверстий, являются плавление и испарение материала. За счет плавления стенок происходит увеличение отверстия по диаметру, а за счет испарения - отверстие растет вглубь.The disadvantages of this device, as in previous devices, is that it is intended only to perform perforation in one material, and its connection with other materials that make up the EVTI must be done on other equipment. In addition, the perforation of the device, which includes several light emitters, complicates the design, and burning or punching holes is based on the fact that the material is processed by a highly concentrated energy source. The main processes that occur during the formation of holes are the melting and evaporation of the material. Due to the melting of the walls, the hole in diameter increases, and due to evaporation, the hole grows deeper.

Недостатком данного метода являются также большие энергозатраты на удаление материала, не очень высокое качество кромки отверстия, а также абляция, т.е. осаждение удаленного материала в виде копоти на чистых поверхностях пленок для мата ЭВТИ, что недопустимо для космической отрасли. Еще одним недостатком является невозможность получения различных диаметров отверстий. Для изменения диаметра отверстия необходимо менять оптику.The disadvantage of this method is also the high energy consumption for material removal, not very high quality of the hole edge, as well as ablation, i.e. deposition of removed material in the form of soot on clean surfaces of films for EVTI mat, which is unacceptable for the space industry. Another disadvantage is the inability to obtain different diameters of the holes. To change the diameter of the hole, you need to change the optics.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение вышеуказанных недостатков и обеспечение возможности изготовление ЭВТИ (и других многослойных изделий) с помощью одного устройства.The proposed technical solution is aimed at eliminating the above disadvantages and providing the possibility of manufacturing EVTI (and other multilayer products) using one device.

Ниже при раскрытии сущности полезной модели и рассмотрении ее конкретной реализации будут названы и другие виды достигаемого технического результата.Below, when revealing the essence of the utility model and considering its specific implementation, other types of achieved technical result will be named.

Данный технический результат достигается тем, что, предлагаемая установка, как и известное, взятое за прототип, устройство, включает несущую раму, на противоположных вертикальных стойках которой смонтированы, с возможностью вращения, исходный и приемный валы, смонтированные между ними с возможностью вращения, промежуточные валы, привод, соединенный с приемным валом, узел перфорации, включающий лазерный излучатель, блок управления и питания лазерного излучателя и поддерживающий рабочий элемент, продольная ось которого параллельна продольным осям промежуточных валов, между которыми, в зоне выполнения перфорации, он смонтирован, а также систему вытяжки и защитные экраны, кроме того, в отличие от известного устройства, в предлагаемой установке узел перфорации снабжен, сканирующим устройством, включающим сканатор с линейным приводом его перемещения, соединенный с лазерным излучателем посредством оптического волокна, установка снабжена управляющим компьютером, а также, вторым исходным валом, смонтированным с возможностью вращения, на тех же стойках несущей рамы, что и первый исходный вал, и на данных валах установлены датчики вращения, при этом, с указанным управляющим компьютером соединены сканатор и линейный привод сканирующего устройства, блок управления и питания лазерного излучателя, привод приемного вала, датчики вращения исходных валов, датчик скорости движения материала, установленный на первом промежуточном валу и система вытяжки, кроме того, поддерживающий рабочий элемент узла перфорации представляет собой полый профиль прямоугольного сечения со сквозной продольной прорезью, длина которой равна ширине перфорируемого материала и, выполненной со стороны контакта с перфорируемым материалом, а полость профиля соединена с системой вытяжки.This technical result is achieved by the fact that the proposed installation, like the well-known, taken as a prototype, device includes a supporting frame, on the opposite vertical racks of which are mounted, with the possibility of rotation, the source and receiving shafts mounted between them with the possibility of rotation, intermediate shafts , a drive connected to the receiving shaft, a perforation unit including a laser emitter, a control unit and power supply for the laser emitter and a supporting working element, the longitudinal axis of which is parallel to the the axles of the intermediate shafts, between which, in the perforation zone, it is mounted, as well as the exhaust system and protective shields, in addition, unlike the known device, in the proposed installation the perforation unit is equipped with a scanning device including a scanner with a linear drive for moving it connected to the laser emitter by means of an optical fiber, the installation is equipped with a control computer, as well as a second source shaft mounted for rotation on the same racks of the supporting frame as output shaft, and rotation sensors are installed on these shafts, while a scanner and a linear drive of the scanning device, a control unit and power supply of the laser emitter, a drive of the receiving shaft, sensors of rotation of the source shafts, a material velocity sensor mounted on these shafts are connected to the first intermediate shaft and the exhaust system, in addition, the supporting working element of the perforation unit is a hollow rectangular profile with a through longitudinal slot, the length of which is p VNA width of perforated material, and formed by contact with the perforated material and the profile of the cavity is connected to a vacuum system.

Размещение на несущей раме дополнительного исходного вала позволило устанавливать на нем дополнительный рулон с материалом для получения на выходе многослойного перфорированного материала. Новое устройство отличается тем, что в качестве рабочего инструмента предлагается использовать один лазер, выходное излучение которого доставляется до зоны обработки посредством оптического волокна и направляется уже в самой зоне обработки с помощью сканатора. С помощью оптики удается достичь диаметра сфокусированного лазерного луча около 40 мкм. Максимально возможная скорость углового сканирования составляет 5 м/сек. Это позволяет производить вырезку отверстий по контуру (а не прожигать их) с меньшими энергозатратами по сравнению с другими методами, а также осуществлять одновременно процесс сварки материала пленки с прокладывающимся материалом по контуру отверстия путем оплавления кромки этого отверстия.Placing an additional initial shaft on the supporting frame made it possible to install an additional roll of material on it to obtain a multilayer perforated material at the output. The new device is characterized in that it is proposed to use a single laser as a working tool, the output radiation of which is delivered to the processing zone by means of an optical fiber and is sent already in the processing zone by means of a scanner. Using optics, it is possible to achieve a diameter of a focused laser beam of about 40 microns. The maximum possible angular scanning speed is 5 m / s. This allows cutting holes along the contour (rather than burning them) with lower energy consumption compared to other methods, as well as simultaneously carrying out the process of welding the film material with the material being laid along the contour of the hole by flashing the edge of this hole.

Удаление материала происходит с минимальной абляцией в отличие от прожигания отверстий, что обеспечивает высокую чистоту процесса. Большим преимуществом использования сканатора является возможность варьирования диаметра отверстия в достаточно широких пределах.Removal of material occurs with minimal ablation, in contrast to burning holes, which ensures high purity of the process. A great advantage of using a scanner is the ability to vary the diameter of the hole over a wide range.

Таким образом, стало возможным совместить несколько операций, таких как перфорация и соединение слоев материала, образующих экранно-вакуумную теплоизоляцию, на одной установке, одновременно, что позволяет экономить не только время и энергозатраты, но и рабочие площади, занимаемые установкой.Thus, it became possible to combine several operations, such as perforation and joining of material layers forming a screen-vacuum thermal insulation, in one installation at the same time, which saves not only time and energy costs, but also the working area occupied by the installation.

Данное техническое решение поясняется чертежами, где:This technical solution is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 - представлен общий вид устройства;figure 1 - presents a General view of the device;

на фиг.2 - представлена блок-схема устройства;figure 2 - presents a block diagram of a device;

на фиг.3 - представлена для большей наглядности установка в проекции (правый защитный кожух снят);figure 3 - presents for greater clarity, the installation in the projection (the right protective casing is removed);

на фиг.4 - схема движения луча в процессе работы (штрих-пунктирными линиями обозначено движение луча без компенсации смещения, основными линиями обозначено движение луча с компенсацией смещения)figure 4 - diagram of the movement of the beam during operation (dashed lines indicate the movement of the beam without offset compensation, the main lines indicate the movement of the beam with offset compensation)

Установка для лазерной перфорации отверстий многослойных рулонных материалов, включает в себя несущую раму 1, на противоположных вертикальных стойках 2 которой смонтированы, с возможностью вращения, исходный 3 и приемный 4 валы. Приемный вал 4 соединен с приводом 5 в виде шагового электродвигателя. На тех же стойках 2, на которых закреплен исходный вал 3, смонтирован также с возможностью вращения второй исходный вал 6. Между стойками 2, на поперечных балках 7, смонтированы, с возможностью вращения, промежуточные валы 8 и 9. Установка также включает узел перфорации 10, состоящий из сканирующего устройства 11, включающего в себя сканатор 12 с линейным приводом 13 его перемещения, лазерный излучатель 14 (фиг.2), блок 15 управления и питания лазерного излучателя 14, и поддерживающий рабочий элемент 16. Излучение на сканатор 12 передается посредством оптического волокна 17 от лазерного излучателя 14. Поддерживающий элемент 16, в зоне которого происходит перфорация, закреплен на балках 7, между промежуточными валами 8 и 9 и его продольная ось параллельна продольным осям промежуточных валов 8 и 9, между которыми он смонтирован.Installation for laser perforation of holes of multilayer rolled materials, includes a supporting frame 1, on the opposite vertical posts 2 which are mounted, with the possibility of rotation, the source 3 and 4 receiving shafts. The receiving shaft 4 is connected to the drive 5 in the form of a stepper motor. On the same posts 2, on which the source shaft 3 is fixed, a second source shaft 6 is also mounted rotatably. Between the posts 2, on the transverse beams 7, the intermediate shafts 8 and 9 are mounted, rotatably mounted. The installation also includes a perforation unit 10 consisting of a scanning device 11, which includes a scanner 12 with a linear drive 13 for moving it, a laser emitter 14 (figure 2), a control unit 15 and the power of the laser emitter 14, and a supporting working element 16. The radiation to the scanner 12 is transmitted by optical fiber 17 from the laser emitter 14. The supporting element 16, in the area of which the perforation occurs, is fixed on the beams 7, between the intermediate shafts 8 and 9 and its longitudinal axis is parallel to the longitudinal axes of the intermediate shafts 8 and 9, between which it is mounted.

Поддерживающий рабочий элемент 16 представляет собой полый профиль прямоугольного сечения с заглушками на торцах со сквозной продольной прорезью 17, длина которой равна ширине перфорируемого материала и выполненной со стороны контакта с перфорируемым материалом, а полость профиля соединена с системой вытяжки 18. Рабочая зона установки закрыта защитными экранами 19. Также установка снабжена управляющим компьютером 20 (фиг.2), с которым соединены привод 5 приемного вала 4, линейный привод 13 сканирующего устройства 11, сканатор 12, блок 15 управления и питания лазерного излучателя, датчики 21 вращения исходных валов 3 и 6, установленные на торцах этих валов, датчик 22 скорости движения материала, установленный на торце первого промежуточного вала 8, и система вытяжки 18.The supporting working element 16 is a hollow rectangular profile with plugs at the ends with a through longitudinal slot 17, the length of which is equal to the width of the perforated material and made on the contact side with the perforated material, and the cavity of the profile is connected to the exhaust system 18. The working area of the installation is closed by protective shields 19. The installation is also equipped with a control computer 20 (figure 2), which is connected to the drive 5 of the receiving shaft 4, the linear drive 13 of the scanning device 11, the scanner 12, the block 15 is controlled I and the power of the laser emitter, the sensors 21 starting rotation shafts 3 and 6 are mounted on the ends of these shafts, the speed sensor 22, material movement, mounted on the end of the first intermediate shaft 8, and exhaust system 18.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Бобина 23 с металлизированной лавсановой лентой закрепляется на исходном валу 3 с помощью крепежных конусов. Данный тип крепления позволяет использовать бобины с различными внутренними диаметрами.The bobbin 23 with a metallized mylar ribbon is fixed on the input shaft 3 using mounting cones. This type of mount allows the use of bobbins with various inner diameters.

Бобина 24 с полиамидной тканью также закрепляется на валу 6 с помощью крепежных конусов. Датчики вращения 21 определяют наличие вращения валов 3 и 6. Сигнал от датчиков 21 с информацией о вращении валов 3 и 6 поступает на управляющий компьютер 20.The bobbin 24 with a polyamide fabric is also fixed on the shaft 6 using mounting cones. The rotation sensors 21 determine the presence of rotation of the shafts 3 and 6. The signal from the sensors 21 with information about the rotation of the shafts 3 and 6 is fed to the control computer 20.

Для удобства подачи, а также экономии места валы 3 и 6 с бобинами 23 и 24 с материалами расположены один над другим. Материалы с этих бобин 23 и 24 подаются через два промежуточных вала: передний 8 и задний 9, а также через поддерживающий рабочий элемент 16 для обработки и удаления отходов перфорации, на бобину 25 с готовым изделием. Подача происходит с помощью привода 5 в виде шагового электродвигателя, закрепленного на несущей раме 1 и соединенного с приемным валом 4, на котором посредством крепежных конусов закреплена бобина 25 с, наматываемым на нее готовым изделием. Привод 5 связан с управляющим компьютером 20, с которого на него приходят сигналы для запуска, регулировки режима работы, а также остановки шагового электродвигателя 5.For ease of supply, as well as saving space, shafts 3 and 6 with reels 23 and 24 with materials are located one above the other. Materials from these bobbins 23 and 24 are fed through two intermediate shafts: front 8 and rear 9, as well as through a supporting working element 16 for processing and removing perforation wastes, onto the bobbin 25 with the finished product. The feed takes place with the help of a drive 5 in the form of a stepper motor, mounted on a supporting frame 1 and connected to a receiving shaft 4, on which a bobbin 25 s is wound through the fastening cones, and the finished product wound around it. The drive 5 is connected to the control computer 20, from which signals are received to start, adjust the operating mode, as well as stop the stepper motor 5.

Проходя передний промежуточный вал 8 материалы: металлизированная лавсановая лента и полиамидная ткань прижимаются друг к другу. Попадая в зону обработки, на поддерживающий рабочий элемент 16, материалы подвергаются воздействию лазерного излучения. В прорезь элемента 16 выпадают остатки перфорации, а именно вырезанные кружки материала. Для удаления этих отходов перфорации к полости элемента 16 через специальное сопло подсоединена система вытяжки 18. Управление работой данной системы вытяжки 18 осуществляется управляющим компьютером 20, посредством подаваемых на нее управляющих сигналов.Passing the front countershaft 8 materials: metallized polyester tape and polyamide fabric are pressed against each other. Once in the processing zone, on the supporting working element 16, the materials are exposed to laser radiation. The perforation residues, namely cut out circles of material, fall into the slot of the element 16. To remove this perforation waste, an exhaust system 18 is connected to the cavity of the element 16 through a special nozzle. The operation of this exhaust system 18 is controlled by a control computer 20 by means of control signals supplied to it.

При воздействии лазерного излучения на материалы вырезаются отверстия диаметром 2 мм, а также одновременно происходит сварка материала пленки с прокладывающимся материалом по контуру отверстия за счет оплавления их краев.When laser radiation acts on the materials, holes with a diameter of 2 mm are cut out, and at the same time, the film material is welded with the material being laid along the hole contour due to the fusion of their edges.

Лазерным излучателем 14 служит, например, волоконный импульсный лазер YLP 1-100-20-20-RG с рабочей длиной волны 1,062 мкм, максимальной выходной мощностью 20 Вт и частотой следования импульсов от 20 до 100 кГц. Сканирующее устройство 11 служит для подачи излучения в зону обработки и представляет собой, например, сканирующую систему СМ-400 с угловым типом сканирования, максимальная скорость которого составляет 5 м/с, а размер рабочей зоны составляет 100×100 мм.The laser emitter 14 is, for example, a YLP 1-100-20-20-RG fiber pulsed laser with a working wavelength of 1.062 μm, a maximum output power of 20 W and a pulse repetition rate of from 20 to 100 kHz. The scanning device 11 serves to supply radiation to the processing zone and is, for example, a scanning system SM-400 with an angular type of scanning, the maximum speed of which is 5 m / s, and the size of the working area is 100 × 100 mm.

По команде управляющего компьютера 20, сканирующее устройство 11 направляет коллимированное излучение лазерного излучателя 14 на обрабатываемые материалы и формирует его по кругу.At the command of the control computer 20, the scanning device 11 directs the collimated radiation of the laser emitter 14 to the processed materials and forms it in a circle.

Так как необходимо обрабатывать движущиеся материалы, то, следовательно, если использовать траекторию для обработки одного отверстия в виде окружности - на обрабатываемых материалах мы получим незаконченный контур, из-за их смещения в сторону движения. Поэтому требуется компенсировать это смещение сканирующим устройством 11, таким образом, чтобы относительно материала луч описывал только круговую траекторию в месте обработки (фиг.4).Since it is necessary to process moving materials, therefore, if we use the trajectory to process one hole in the form of a circle, we will obtain an unfinished contour on the materials being processed, due to their displacement in the direction of movement. Therefore, it is required to compensate for this displacement by the scanning device 11, so that relative to the material, the beam describes only a circular path at the processing site (Fig. 4).

Также для того, чтобы отверстия после перфорации находились на одной линии, перпендикулярной краю обрабатываемого материала, и на равном расстоянии друг от друга, возникает необходимость наклона линии сканирования.Also, so that the holes after perforation are on the same line, perpendicular to the edge of the processed material, and at an equal distance from each other, it becomes necessary to tilt the scan line.

То есть первое отверстие вырезается в самом начале зоны обработки, затем линия сканирования перемещается в сторону движения материалов на расстояние, которое проходит первое отверстие за время, пока линейный привод 13 переместит сканатор 12 на заданное между отверстиями расстояние в перпендикулярном краю материала направлении, происходит вырезка второго отверстия, далее все повторяется. Последнее отверстие находится в самом конце зоны обработки. В итоге относительно зоны обработки отверстия вырезаются по диагонали.That is, the first hole is cut at the very beginning of the processing zone, then the scan line moves in the direction of movement of materials by the distance that the first hole travels in time, while the linear drive 13 moves the scanner 12 to a predetermined distance between the holes in the direction perpendicular to the edge of the material, the second holes, then everything repeats. The last hole is at the very end of the treatment area. As a result, the holes are cut diagonally relative to the treatment area.

Для компенсации наклона линии сканирования осуществляется обратное смещение, компенсирующее трапецевидную траекторию сканирования.To compensate for the slope of the scan line, a reverse bias is performed to compensate for the trapezoidal scan path.

Лазерный излучатель 14 и блок 15 управления и питания лазерного излучателя размещены рядом с установкой. От лазерного излучателя 14 посредством оптического волокна 17 лазерное излучение доставляется к сканатору 12.The laser emitter 14 and the control unit and the power of the laser emitter 15 are located next to the installation. From the laser emitter 14 through the optical fiber 17, the laser radiation is delivered to the scanner 12.

Для перемещения сканатора 12 поперек обрабатываемых материалов используется линейный привод 13,а именно LSM-P-32-265-50, с длиной рабочего хода 740 мм и максимальной скоростью перемещения в 0,6 м/с. Линейный привод 13 соединен с управляющим компьютером 20, сигналы с которого управляют его работой.To move the scanner 12 across the processed materials, a linear drive 13 is used, namely LSM-P-32-265-50, with a stroke length of 740 mm and a maximum travel speed of 0.6 m / s. The linear actuator 13 is connected to the control computer 20, the signals from which control its operation.

Для управления работой сканатора 12 используется управляющий компьютер 20.To control the operation of the scanner 12, a control computer 20 is used.

Затем скрепленные между собой перфорированные материалы, представляющие собой готовое изделие, проходят задний промежуточный вал 9, огибая его и наматываясь на бобину 25 на приемном валу 4.Then, perforated materials, which are a finished product, fastened together, pass the rear intermediate shaft 9, enveloping it and winding on the reel 25 on the receiving shaft 4.

На торце переднего промежуточного вала 8 расположен датчик 22 - инкрементальный энкодер, позволяющий определять скорость движения материала. Это необходимо для регулировки скорости вращения приемного вала 4, чтобы предотвратить разрыв материалов, а также корректировки работы сканирующего устройства 11 в случае неравномерности скорости наматывания готового изделия на бобину 25. Данный датчик 22 соединен с управляющим компьютером 20. Сигнал от датчика 22 с информацией о скорости вращения вала поступает на управляющий компьютер 20.At the end of the front intermediate shaft 8 is a sensor 22 - incremental encoder that allows you to determine the speed of movement of the material. This is necessary to adjust the rotation speed of the receiving shaft 4, to prevent rupture of materials, as well as adjusting the operation of the scanning device 11 in case of uneven speed of winding the finished product on the bobbin 25. This sensor 22 is connected to the control computer 20. The signal from the sensor 22 with speed information rotation of the shaft is supplied to the control computer 20.

В случае возникновения экстренной ситуации: разрыв материалов, отсутствие вращения бобин 23, 24, 25 с материалами, неисправности линейного привода 13 и другого, срабатывает сигнализация и устройство отключается. Для индикации таких ситуаций на несущей раме расположена сигнальная штанга 26, сигналы об экстренных ситуациях на которую приходят от управляющего компьютера 20.In case of emergency: rupture of materials, lack of rotation of bobbins 23, 24, 25 with materials, malfunctions of linear drive 13 and another, an alarm is triggered and the device turns off. To indicate such situations, a signal rod 26 is located on the carrier frame, emergency signals to which are received from the control computer 20.

Также для защиты оператора установки от воздействия лазерного излучения зона обработки закрыта защитными экранами 19, которые не пропускают рабочую длину волны, тем самым защищают окружающих от попадания опасного лазерного излучения в глаза и другие участки тела. В местах крепления защитных экранов к несущей раме расположены концевые датчики 27, которые сигнализируют о том, что защитные экраны открыты 19, и оператор может подвергаться опасности воздействия лазерного излучения. Сигналы с этих датчиков 27 поступают на управляющий компьютер 20, где они обрабатываются и индицируются для оператора на экране с дублированием индикации сигнальными колоннами.Also, to protect the operator of the installation from the effects of laser radiation, the treatment area is covered with protective shields 19 that do not pass the working wavelength, thereby protecting others from harmful laser radiation from entering the eyes and other parts of the body. At the points of attachment of the protective shields to the supporting frame, end sensors 27 are located, which signal that the protective shields are open 19, and the operator may be exposed to the risk of laser radiation. The signals from these sensors 27 are sent to the control computer 20, where they are processed and displayed for the operator on the screen with duplication of indication by signal columns.

Таким образом, предложенная установка позволяет изготавливать слои ЭВТИ за один рабочий цикл, выполняя одновременно перфорацию отверстий и соединение слоев материала, при этом достигается снижение энергозатрат, а также увеличение скорости процесса (сварка слоев происходит одновременно с перфорацией), улучшение качества поверхности готового материала и кромок отверстий перфорации, а именно - сохранение прочности исходного материала, а также высокая чистота поверхности из-за уменьшения осаждение удаленного материала в виде копоти на поверхностях пленок для мата ЭВТИ, а также сокращение занимаемых рабочих площадей (одна компактная установка вместо двух).Thus, the proposed installation allows one to produce EVTI layers in one working cycle, while simultaneously perforating the holes and connecting the material layers, while reducing energy costs and also increasing the speed of the process (welding of the layers occurs simultaneously with the perforation), improving the quality of the surface of the finished material and edges perforation holes, namely, the preservation of the strength of the starting material, as well as high surface cleanliness due to the reduction of the deposition of the removed material in the form of soot by surface films for mat SVHI and reducing occupied working areas (one compact unit instead of two).

Claims

Installation for laser perforation of openings of multilayer rolled materials, comprising a supporting frame, on opposite vertical posts of which the input and receiving shafts are mounted rotatably, intermediate shafts are mounted rotatably mounted between them, a drive connected to the receiving shaft, a perforation unit including a laser emitter, a control unit and power supply of the laser emitter and a supporting working element, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axes of the intermediate shafts and which mounted between the intermediate shafts in the area of perforation, an exhaust system and protective screens, characterized in that the unit's perforation unit is equipped with a scanning device including a scanner with a linear drive for moving it, connected to the laser emitter by means of optical fiber, and the installation is equipped with a control computer, rotation sensors the source shafts and the speed of movement of the material and the second source shaft mounted for rotation on the same racks of the supporting frame as the first source al, in this case, rotation sensors are mounted on the said shafts, and a scanner and a linear drive of the scanning device, a control unit and power supply of the laser emitter, a drive of the receiving shaft, sensors of rotation of the source shafts, a material velocity sensor mounted on the first intermediate shaft are connected to the specified control computer and an exhaust system, the supporting working element of the perforation unit being a hollow rectangular-shaped profile with a through longitudinal slot, the length of which is equal to the width of perforated material and made from the side of contact with the perforated material, and the cavity of the profile is connected to the exhaust system.