RU2032195C1

RU2032195C1 - Scanner of powerful laser radiation

Info

Publication number: RU2032195C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Фадеев; И.А. Алексеев; Ю.Б. Бутаев; А.К. Зинченко; В.В. Миронов
Original assignee: Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1995-03-27

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: scanner is intended for scanning of laser beam with rectilinear trajectories on to treated surfaces. Scanner includes electric motor drive, mandrel put on shaft of electric motor drive. Reflecting element of ring shape made of restoring material is installed in mandrel. Reflecting element is so bent that its reflecting surfaces forms circumference on axis of shaft with radius r with crossing of one of cylindrical surfaces coaxial to shaft axis. For fixed radii different from radius r not less than one section of helical line is the crossing. Gap between reflecting element and mandrel is filled with heat conducting plastic material. Nonworking surface of mandrel is manufactured in the form of heat-sink to dissipate heat. Reflecting element is mounted in mandrel for adjustment and fixing of its bending. EFFECT: simplified design, enhanced efficiency of laser treatment. 5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к оптическим устройствам для лазерной обработки, а более конкретно к устройствам сканирования мощным лазерным излучением. The invention relates to optical devices for laser processing, and more particularly to scanning devices with powerful laser radiation.

Известно устройство для сканирования лазерным излучением (1), содержащее электропривод, на валу которого установлена оправа с плоским или сферическим зеркалом, нормаль к поверхности которого из точки пересечения отражающей поверхности с осью вращения вала электропривода составляет с данной осью отличный от нуля угол. Указанное устройство обеспечивает круговую развертку луча. При линейном перемещении облучаемого образца траекторией луча является циклоида. В результате возникает наложение проходов луча, что приводит к разупрочнению поверхности из-за ее повторного нагрева. A device for scanning by laser radiation (1) is known, which contains an electric drive, on the shaft of which there is a frame with a flat or spherical mirror, the normal to the surface of which from the point of intersection of the reflecting surface with the axis of rotation of the electric drive shaft makes a non-zero angle with this axis. The specified device provides a circular scan of the beam. When the irradiated sample is linearly moved, the ray path is a cycloid. As a result, superposition of the beam passages occurs, which leads to softening of the surface due to its reheating.

Этот недостаток устранен в выбранном в качестве прототипа устройстве (2), состоящем из закрепленного на основании электропривода, на валу которого расположена оправа, с установленными в ней, с возможностью поворота и фиксации, секторными отражающими элементами, расположенными на осях перпендикулярных оси вращения привода и под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Данный сканатор обеспечивает прямолинейную развертку на фиксированный угол, величина которого зависит от числа и соотношения размеров секторных элементов. В то же время указанное устройство имеет существенный недостаток - скорость сканирования излучения по обрабатываемой поверхности не постоянна и не может быть задана заранее по определенному закону, а связана с углом поворота отражающего элемента (V ≈ 1/cos²2 α , где α - угол между падающим излучением и нормалью к поверхности отражающего элемента). Неравномерность скорости перемещения излучения по обрабатываемому изделию приводит к соответствующему перекосу энерговыделения по поверхности. Приближение к случаю сканирования с практически неизменной скоростью возможно по мере увеличения числа секторных элементов (при n _→ ∞ V = const), но в этом случае уменьшается угол сканирования и растет число переключений луча. Для получения на обработанной поверхности приемлемого соотношения центральной зоны, которая характеризуется постоянной толщиной термоупрочненного слоя, и периферийной зоны, возникающей при пересечении луча краем отражающего секторного элемента, необходимо чтобы размеры одиночного отражающего элемента значительно превосходили диаметр пучка. Поэтому, для получения качественной и равномерной обработки, необходимо иметь большое число отражающих элементов, размерами значительно превышающих диаметр пучка, что приводит к увеличению размеров и усложнению устройства в целом.This disadvantage is eliminated in the device (2) selected as a prototype, consisting of an electric drive mounted on the base, on the shaft of which there is a frame, mounted in it, with the possibility of rotation and fixing, sector reflective elements located on the axes perpendicular to the axis of rotation of the drive and under angle to a plane perpendicular to the axis of rotation. This scanner provides a straightforward scan at a fixed angle, the value of which depends on the number and size ratio of sector elements. At the same time, this device has a significant drawback - the scanning speed of radiation on the treated surface is not constant and cannot be set in advance according to a certain law, but is related to the rotation angle of the reflecting element (V ≈ 1 / cos ² 2 α, where α is the angle between incident radiation and the normal to the surface of the reflecting element). The unevenness of the speed of movement of radiation on the workpiece leads to a corresponding imbalance of energy release over the surface. Approaching the case of scanning at a practically constant speed is possible as the number of sector elements increases (as n _ → ∞ V = const), but in this case the scanning angle decreases and the number of beam switching increases. To obtain an acceptable ratio of the central zone on the treated surface, which is characterized by a constant thickness of the heat-strengthened layer and the peripheral zone that occurs when the beam intersects the edge of the reflective sector element, it is necessary that the dimensions of a single reflective element significantly exceed the beam diameter. Therefore, in order to obtain high-quality and uniform processing, it is necessary to have a large number of reflective elements that are significantly larger than the beam diameter, which leads to an increase in size and complexity of the device as a whole.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и улучшение качества термообработки. The aim of the invention is to expand the functionality and improve the quality of heat treatment.

Цель достигается тем, что в сканаторе, состоящем из электропривода, на валу которого установлена оправа с закрепленным на ней отражающим элементом, отражающий элемент выполнен в виде разрезанной пластины кольцевой формы, отражающая поверхность которой при пересечении с одной из цилиндрических поверхностей, соосной оси вала, образует окружность радиусом r с центром на оси вала, а для отличных от r фиксированных радиусов пересечением является, по крайней мере, один отрезок винтовой линии. The goal is achieved in that in the scanner, consisting of an electric drive, on the shaft of which there is a frame with a reflective element fixed on it, the reflective element is made in the form of a cut plate of a circular shape, the reflective surface of which, when crossing from one of the cylindrical surfaces, is aligned with the shaft axis, forms a circle of radius r centered on the axis of the shaft, and for fixed radii other than r, the intersection is at least one segment of a helix.

Цель достигается также тем, что у сканатора зазор между кольцевым отражающим элементом и оправой заполнен теплопроводящим пластичным материалом, например, пастой на основе BeO, а часть нерабочей поверхности оправы выполнена в виде радиатора для рассеивания тепла, например, пластинчатой формы. The goal is also achieved by the fact that at the scanner the gap between the annular reflective element and the frame is filled with heat-conducting plastic material, for example, BeO-based paste, and part of the non-working surface of the frame is made in the form of a radiator for heat dissipation, for example, of a plate shape.

Целью изобретения также является упрощение юстировки сканатора. The aim of the invention is also to simplify the alignment of the scanner.

Цель достигается тем, что кольцевой отражающий элемент выполнен из упругого материала и установлен в оправе с возможностью регулировки и фиксации изгиба отражающего элемента, например, с помощью винтов. The goal is achieved in that the annular reflective element is made of elastic material and mounted in a frame with the ability to adjust and fix the bend of the reflective element, for example, using screws.

На фиг. 1 изображен отражающий элемент сканатора, внутренняя кромка которого образует окружность в перпендикулярной оси вала плоскости; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг. 3 - ход лучей для сканатора с отражающим элементом, у которого внутренняя кромка лежит в плоскости, перпендикулярной оси вращения и образует окружность с центром на этой оси; на фиг. 4 - пример отражающего элемента сканатора, середина рабочей кольцевой поверхности которого совпадает с окружностью; на фиг. 5 - вид сверху; на фиг. 6 - ход лучей в сканаторе с отражающим элементом, у которого середина рабочей кольцевой поверхности образует окружность с центром на оси вала электропривода и в плоскости перпендикулярной данной оси; на фиг. 7 - пример конкретной реализации сканатора; на фиг. 8 - вид сверху. In FIG. 1 shows a reflective element of the scanner, the inner edge of which forms a circle in the plane perpendicular to the axis of the shaft; in FIG. 2 - top view; in FIG. 3 - the path of the rays for the scanner with a reflective element, in which the inner edge lies in a plane perpendicular to the axis of rotation and forms a circle centered on this axis; in FIG. 4 is an example of a reflective element of the scanner, the middle of the working annular surface of which coincides with the circle; in FIG. 5 is a top view; in FIG. 6 - the beam path in the scanner with a reflective element, in which the middle of the working annular surface forms a circle centered on the axis of the drive shaft and in a plane perpendicular to this axis; in FIG. 7 is an example of a specific implementation of the scanner; in FIG. 8 is a plan view.

Покажем причинно-следственную связь между отличительными признаками и целью изобретения. На фиг. 1 показан основной отличающийся элемент сканатора - оправа, с закрепленным в ней отражающим элементом. Оправа состоит из двух цилиндрических частей: нижней 1 и верхней 2. Вдоль наружной кромки части оправы 1 расположены отверстия с резьбой, в которые закручиваются винты 3, изгибающие и фиксирующие наружную часть отражающего элемента 4. Ось оправы и отражающего элемента в сканаторе совпадает с осью вала электропривода. Ближняя к внутренней кромке часть кольцевого отражателя, обозначенная 5, зажимается между двумя треугольными выступами двух частей оправы так, что отражающая поверхность элемента образует окружность радиусом r в плоскости, перпендикулярной оси оправы вала электродвигателя. Кольцевой отражающий элемент имеет радиальный разрез 7. С помощью винтов 3 внешняя часть отражающего элемента 6, устанавливается так, что для любого радиуса большего r, отражающая поверхность образует виток винтовой линии с разрывом по разрезу 7. Пунктиром на фиг. 1 показано второе положение отражающего элемента в месте разреза. We show a causal relationship between the hallmarks and the purpose of the invention. In FIG. 1 shows the main different element of the scanner - the frame, with a reflecting element fixed in it. The frame consists of two cylindrical parts: bottom 1 and top 2. Along the outer edge of the frame part 1 there are threaded holes into which screws 3 are screwed, bending and fixing the outer part of the reflecting element 4. The axis of the frame and the reflecting element in the scanner coincides with the shaft axis electric drive. The part of the annular reflector, marked 5, closest to the inner edge, is clamped between two triangular protrusions of the two parts of the frame so that the reflective surface of the element forms a circle of radius r in a plane perpendicular to the axis of the frame of the motor shaft. The annular reflecting element has a radial section 7. Using screws 3, the outer part of the reflecting element 6 is installed so that for any radius greater than r, the reflecting surface forms a coil of a helical line with a gap along section 7. The dotted line in FIG. 1 shows the second position of the reflective element in the section.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

За счет вращения вала электродвигателя происходит поворот оправы 1, с закрепленным на ней отражающим элементом 4. Рассмотрим один цикл сканирования равный повороту отражающего элемента вокруг оси на 2п. При вращении отражающего элемента в точке падения луча происходит плавный, до пересечения разреза 7, разворот нормали отражающей поверхности относительно оси. Ход лучей, позволяющей подробнее объяснить принцип работы устройства приведен на фиг. 3. На нем показано положение отражающей поверхности в трех различных моментах времени одного периода сканирования, соответствующие повороту вала привода вокруг оси ZZ', например, на углы Ψ₁,Ψ₂,Ψ₃ . При этом отражающая поверхность элемента занимает положение ОА, ОВ, ОС соответственно. Угол между первым и вторым положением отражающей поверхности обозначим α₁ , вторым и третьим - α₂, XX' - нормаль к отражающей поверхности в точке падения луча при первом ее положении (ОА). α_o - угол между нормалью XX' и падающим лучом (К). Точки M, N, L соответствуют месту падения луча на обрабатываемую поверхность (8) при углах поворота Ψ₁,Ψ₂,Ψ₃. При этом угол поворота отраженного пучка из первого положения во второе равен 2 α₁ , из второго в третье - 2α₂ . Для отражающего элемента с одним разрезом по 7, сканирование за один период осуществляется с постоянной или плавно изменяющейся скоростью. Быстрое переключение луча в исходное положение происходит при пересечении пучка разрезанной частью отражающего элемента. Характер изменения скорости за период задается соотношением между углом поворота Ψ отражающего элемента вокруг оси ZZ' и изменением проекции на ось ZZ' расстояния между начальной и текущей точками отражения луча. При повороте вала из положения Ψ₁ в Ψ₂ отражающая поверхность перемещается на угол α₁ из положения ОА в ОВ, точка отражения из Х₁ в Х₂, отраженный пучок при этом поворачивается на угол 2 α₁ , и проходит по обрабатываемой поверхности путь из точки М в точку N. Последующий поворот из Ψ₂ в Ψ₃ приводит к перемещению отражающей поверхности на угол α₂ в положение ОС, точки отражения из Х₂ в Х₃. Отраженное излучение при этом поворачивается еще на угол 2 α₂ и перемещается по поверхности 8 из точки N в точку L. Таким образом, за счет выбора соотношения Ψ₂-Ψ₁ и величины угла α₁,Ψ₃-Ψ₂ и α₂ удается установить необходимый характер распределения скорости сканирования. В наиболее простом случае, когда вращение вала электропривода происходит равномерно ( ∂Ψ/∂ t = const, Ψ₁= Ψ₂= Ψ₃ ), распределение скорости сканирования задается только величинами α₁ , α₂ и т.д.Due to the rotation of the motor shaft, the frame 1 rotates, with the reflecting element 4 mounted on it. Consider one scan cycle equal to 2p rotation of the reflecting element around the axis. When the reflective element rotates at the point of incidence of the beam, the normal of the reflecting surface normal to the axis rotates smoothly until the intersection of section 7. The path of the rays, which allows to explain in more detail the principle of operation of the device is shown in FIG. 3. It shows the position of the reflecting surface at three different time points of the same scanning period, corresponding to the rotation of the drive shaft around the axis ZZ ', for example, at angles Ψ ₁ , Ψ ₂ , Ψ ₃ . In this case, the reflecting surface of the element occupies the position OA, OV, OS, respectively. The angle between the first and second positions of the reflecting surface is denoted by α ₁ , the second and third - α ₂ , XX 'is the normal to the reflecting surface at the point of incidence of the beam at its first position (OA). α _o - the angle between the normal XX 'and the incident beam (K). The points M, N, L correspond to the point of incidence of the beam on the work surface (8) at rotation angles Ψ ₁ , Ψ ₂ , Ψ ₃ . In this case, the angle of rotation of the reflected beam from the first position to the second is 2 α ₁ , from the second to the third - 2 α ₂ . For a reflecting element with one cut in 7, scanning in one period is carried out with a constant or smoothly changing speed. Rapid beam switching to the initial position occurs when the beam intersects the cut part of the reflecting element. The nature of the change in speed over a period is determined by the ratio between the angle of rotation Ψ of the reflecting element about the ZZ axis and the change in the projection on the ZZ axis of the distance between the initial and current points of reflection of the beam. When the shaft rotates from position Ψ ₁ to Ψ _{2, the} reflecting surface moves at an angle α ₁ from the position OA to OB, the reflection point from X ₁ to X ₂ , the reflected beam is rotated through an angle 2 α ₁ , and the path passes from the surface to be processed from point M to point N. Subsequent rotation from Ψ ₂ to Ψ ₃ leads to the movement of the reflecting surface at an angle α ₂ to the position of the OS, the reflection point from X ₂ to X ₃ . In this case, the reflected radiation is also rotated by an angle of 2 α ₂ and moves along surface 8 from point N to point L. Thus, by choosing the ratio Ψ ₂ -Ψ ₁ and the magnitude of the angle α ₁ , Ψ ₃ -Ψ ₂ and α ₂ establish the necessary nature of the distribution of the scanning speed. In the simplest case, when the rotation of the drive shaft occurs uniformly (∂Ψ / ∂ t = const, Ψ ₁ = Ψ ₂ = Ψ ₃ ), the distribution of the scanning speed is set only by the values α ₁ , α ₂ , etc.

На фиг. 4 показан случай, когда рабочая часть отражающей поверхности кольцевого отражающего элемента (9), на которую падает излучение, лежит вблизи образующей данную поверхность окружности радиусом r. При этом части отражающей поверхности отстоящий от оси ZZ' на большие и меньшие r расстояния образуют разнонаправленные витки винтовых линий. Пунктиром показано второе положение отражающего элемента у линии разреза. На фиг. 6 показан ход лучей при падении излучения на часть отражающей поверхности, совпадающей с окружностью r. Точка падения луча на отражающую поверхность - ОХ' - нормаль к отражающей поверхности в первом ее положении (ОА). Положение ОА соответствует углу поворота вала и отражающего элемента Ψ₁ , ОВ - Ψ₂, ОС - Ψ₃ . Угол на который разворачивается отражающая поверхность при повороте вала электропривода из Ψ₁ в Ψ₂ равен α₁ , из Ψ₂ в Ψ₃ - α₂. Угол между падающим лучом (К) и нормалью ОХ' - α_o . На обрабатываемую поверхность 8 луч падает в точке М, если положение отражающей поверхности соответствует ОА( Ψ₁) , в точку N - ОВ( Ψ₂ ), в L - ОС( Ψ₃ ). Поворот луча при этом осуществляется на углы 2α₁ , 2 α₂ соответственно.In FIG. Figure 4 shows the case when the working part of the reflecting surface of the annular reflecting element (9), on which the radiation is incident, lies near a circle of radius r forming this surface. In this case, parts of the reflecting surface spaced apart from the ZZ axis by large and smaller r distances form multidirectional turns of helical lines. The dotted line shows the second position of the reflecting element at the cut line. In FIG. Figure 6 shows the course of the rays when radiation falls on a part of the reflecting surface that coincides with the circle r. The point of incidence of the beam on the reflective surface - OX '- normal to the reflective surface in its first position (OA). The position of the OA corresponds to the angle of rotation of the shaft and the reflecting element Ψ ₁ , OV - Ψ ₂ , OS - Ψ ₃ . The angle at which the reflecting surface unfolds when the electric drive shaft is rotated from Ψ ₁ to Ψ ₂ is equal to α ₁ , from Ψ ₂ to Ψ ₃ - α ₂ . The angle between the incident beam (K) and the normal OX 'is α _o . The beam falls on the treated surface 8 at point M, if the position of the reflecting surface corresponds to OA (Ψ ₁ ), to point N - OB (Ψ ₂ ), in L - OS (Ψ ₃ ). The rotation of the beam is carried out at angles 2α ₁ , 2 α _2, respectively.

Развертка луча по обрабатываемой поверхности происходит следующим образом. Во время вращения вала электропривода и оправы с отражающим элементом вокруг оси ZZ', отражающая поверхность элемента проходит последовательно положения ОА, ОВ, ОС при этом излучение разворачивается по поверхности вдоль одной прямой последовательно через точки M, N, L. В случае равномерного вращения вала скорость перемещения луча на отрезках MN и NL зависит от соотношения угла поворота вала и изменения высоты (шага) винтовой линии, т. е. при Ψ₁=Ψ₂=Ψ₃ от величины отрезков АВ, ВС и т.д. Точность установки заданного плавного распределения скорости зависит от числа разбиений и отражающей поверхности на единичные участки с заданным углом разворота луча. Обратный ход пучка реализуется при пересечении последнего разрезной частью отражающей поверхности. При необходимости число разрезов поверхности может быть увеличено.The development of the beam along the surface to be processed is as follows. During rotation of the drive shaft and the frame with the reflecting element around the ZZ axis, the reflecting surface of the element passes successively to the positions OA, OV, OS, while the radiation unfolds along the surface along one straight line sequentially through points M, N, L. In the case of uniform rotation of the shaft, the speed the beam movement on the segments MN and NL depends on the ratio of the angle of rotation of the shaft and the change in the height (pitch) of the helix, i.e., when Ψ ₁ = Ψ ₂ = Ψ ₃ on the size of the segments AB, BC, etc. The accuracy of setting a given smooth distribution of speed depends on the number of partitions and the reflecting surface into individual sections with a given angle of beam rotation. The return stroke of the beam is realized when the latter intersects the split part of the reflective surface. If necessary, the number of surface cuts can be increased.

Для расширения возможностей обработки за счет больших мощностей излучения при необходимости сохранения качества отражающей поверхности, зазор между отражающим элементом и оправой заправляется теплопроводящим эластичным материалом, например пастой на основе ВеО. Это позволяет передать тепло оправе, нерабочая часть поверхности которой выполнена в виде радиатора. To expand the processing capabilities due to high radiation powers, if it is necessary to maintain the quality of the reflective surface, the gap between the reflective element and the frame is filled with a heat-conducting elastic material, for example, BeO-based paste. This allows you to transfer heat to the frame, the non-working part of the surface of which is made in the form of a radiator.

Наиболее простым способом создания заданной сложной поверхности отражающего элемента, является изгиб первоначально плоского кольцевого элемента из упругого материала, одна из сторон которого обработана до получения оптической поверхности. При этом часть тыльной поверхности кольцевого элемента опирается на кольцевой выступ оправы, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси вала электропривода, и имеющий радиус r. Данная часть поверхности фиксируется другим противолежащим выступом или с помощью винтов, расположенных на или рядом с выступом. При неизменной толщине отражающего элемента, это позволяет добиться расположения части отражающей поверхности по окружности с центром на оси вала и в плоскости перпендикулярной данной оси. Другие части отражающей поверхности элемента, отстоящие от оси на фиксированное расстояние большее или меньшее r, притягиваются или отжимаются от винтовых выступов оправы, например, с помощью винтов. При этом за счет искривления отражающей поверхности, устанавливается необходимое для данного участка отражающего элемента соответствие, между углом поворота вала привода и смещением излучения по обрабатываемой поверхности. Перестройка отражающего элемента на другой режим сканирования осуществляется аналогичным образом. После чего, отражающий элемент фиксируется в оправе в новом положении. The simplest way to create a given complex surface of a reflecting element is to bend an initially flat annular element of elastic material, one of the sides of which is processed to obtain an optical surface. In this case, a part of the back surface of the annular element rests on an annular protrusion of the frame lying in a plane perpendicular to the axis of the electric drive shaft and having a radius r. This part of the surface is fixed with another opposing protrusion or with screws located on or near the protrusion. With a constant thickness of the reflecting element, this makes it possible to arrange a part of the reflecting surface in a circle centered on the axis of the shaft and in a plane perpendicular to this axis. Other parts of the reflecting surface of the element, spaced from the axis by a fixed distance greater or less than r, are attracted or wrung out from the screw protrusions of the frame, for example, using screws. In this case, due to the curvature of the reflecting surface, the correspondence necessary for a given section of the reflecting element is established between the angle of rotation of the drive shaft and the radiation displacement along the treated surface. The rebuilding of the reflecting element to another scanning mode is carried out in a similar way. After that, the reflective element is fixed in the frame in a new position.

Таким образом, показана причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью изобретения. Авторам не неизвестны технические решения, в которых поставленная цель достигалась бы перечисленной совокупностью признаков и, следовательно, изобретение удовлетворяет критерию "существенные отличия". Thus, a causal relationship between the distinguishing features and the purpose of the invention is shown. The authors are not aware of technical solutions in which the goal would be achieved by the above set of features and, therefore, the invention meets the criterion of "significant differences".

Пример конкретной реализации сканатора приведен на фиг. 7. На валу 10 электродвигателя 11 марки . .Д-50А.. установлена металлическая цилиндрическая оправа 1 диаметром ..160 мм.., так что ось вала электродвигателя 10 совпадает с осью оправы. На оправе 1 имеется два скругленных выступа 12, 13. Выступ 12 имеет внешний радиус 45 мм ширину 2 мм и расположен в плоскости, перпендикулярной оси со стороны противоположной расположению электродвигателя. Выступ 12 отстоит от оси на расстоянии 80 мм и имеет винтовую поверхность шириной 2 мм. Винтовая поверхность выступа 12 начинается в той же плоскости, что и 13 и при повороте оправы на 2 вокруг оси смещается в сторону электродвигателя 11 на 1,25 мм. Отражающий элемент 4 выполнен из неотожженной бескислородной меди толщиной 3 мм, имеет форму кольца с внешним радиусом 80 мм, одна из поверхностей обработана по 14 классу чистоты. Кольцевой отражающий элемент имеет один разрез по радиусу. На расстоянии 5 мм от внешней и внутренней кромки кольца расположены 21 отверстия диаметром 3 мм с шагом соответствующему углу... 18. градусов (т.е. для внешнего ряда отверстий шаг 25 мм, для внутреннего - 15 мм). При этом первые по часовой стрелке (для обработанной поверхности) отверстия отстоят от разреза на угол 1,5 град. На оправе 1 в выступах 12, 13, начиная от уступа, образованного при завершении витка винтовой поверхности, на том же расстоянии от оси и с тем же шагом, что и в отражающем элементе, имеются отверстия с резьбой МЗ, соосные осям оправы и вала электродвигателя. С помощью винтов 4 отражающий элемент закрепляют в оправе. При этом за счет тех же винтов регулируют степень поджатия отражающего элемента к выступам 12, 13. Зазор 14 между отражающим элементом и оправой заполнен теплопроводящей пастой на основе ВеО. Излишнее количество пасты удаляется через отверстия 15 в оправе. Фиксация отражающего элемента осуществляется гайками 16. Настройку (юстировку) отражающего элемента осуществляют следующим образом. Излучение видимого диапазона, например, Не-Ne лазера, направляют на центральную часть отражающей поверхности кольцевого элемента под рабочими углами (углами падения обрабатывающего излучения). Кольцевой элемент поворачивают на валу электродвигателя до тех пор, пока радиус проходящий через ось и первые от уступа (разрез кольца) регулировочные винты не пересечет точку падения излучения. Из двух пар винтов, расположенных по обе стороны разреза отражающего элемента, первыми будем считать расположенные по часовой стрелке. Порядок юстировки по часовой стрелки или против значения не имеет. При помощи первых пар винтов у отражающего элемента устанавливается положение его начального участка в плоскости, параллельной поверхности выступа 14. При этом отраженный луч так падает в начальную точку его траектории на обрабатываемую поверхность, что соответствует точке М фиг. 2, 4. Вся траектория для получения, например, равномерной скорости, разбивается на n - 1 число участков, где n - число пар регулировочных винтов. Далее отражающий элемент сканатора поворачивается так, что луч юстировочного лазера пересекает радиус проходящий через винтовую пару винтов и ось. За счет поджатия винтами отражающего элемента луч Не-Ne лазера смещается на n - 1 часть траектории сканирования по обрабатываемой поверхности (точке фиг. 3). После поворота отражающего элемента до следующей пары винтов, ими производится изгиб отражающего элемента, до получения следующего равного предыдущему перемещению луча по поверхности обработки. Операция повторяется до получения всех n - 1 отрезков прямолинейной траектории. После чего положение отражающего элемента фиксируется с помощью гаек, стопорящих настроечные винты. Для получения сканирования с неравномерной скоростью с помощью винтов устанавливают соответствующую пропорцию угла поворота отражающего элемента вокруг оси ZZ' и перемещения излучения на детали. Следует отметить, что ширина термообработанной дорожки при линейном перемещении обрабатываемого изделия поперек направления сканирования, зависит от расстояния между сканатором и изделием и от изгиба отражающего элемента. An example of a specific implementation of the scanner is shown in FIG. 7. On the shaft 10 of the electric motor 11 of the brand. .D-50A .. a metal cylindrical frame 1 with a diameter of ..160 mm .. is installed, so that the axis of the shaft of the electric motor 10 coincides with the axis of the frame. On the frame 1 there are two rounded protrusions 12, 13. The protrusion 12 has an external radius of 45 mm, a width of 2 mm and is located in a plane perpendicular to the axis from the side opposite to the location of the electric motor. The protrusion 12 is spaced from the axis at a distance of 80 mm and has a helical surface 2 mm wide. The helical surface of the protrusion 12 begins in the same plane as 13, and when the frame is rotated 2 around the axis, it is shifted toward the electric motor 11 by 1.25 mm. The reflecting element 4 is made of unannealed oxygen-free copper with a thickness of 3 mm, has the shape of a ring with an external radius of 80 mm, one of the surfaces is processed according to 14 class of cleanliness. The annular reflective element has one radius cut. At a distance of 5 mm from the outer and inner edges of the ring, there are 21 holes with a diameter of 3 mm with a pitch corresponding to an angle of ... 18. degrees (i.e., for the outer row of holes the pitch is 25 mm, for the inner - 15 mm). The first clockwise (for the machined surface) holes are 1.5 degrees apart from the cut. On the frame 1 in the protrusions 12, 13, starting from the ledge formed at the end of the winding of the screw surface, at the same distance from the axis and at the same step as in the reflective element, there are holes with M3 threads, coaxial to the axes of the frame and the motor shaft . Using screws 4, the reflective element is fixed in the frame. Moreover, due to the same screws, the degree of preloading of the reflecting element to the protrusions 12, 13 is controlled. The gap 14 between the reflecting element and the frame is filled with a heat-conducting paste based on BeO. Excess paste is removed through holes 15 in the frame. The fixing of the reflective element is carried out by nuts 16. The adjustment (adjustment) of the reflective element is as follows. Visible radiation, for example, a He-Ne laser, is directed to the central part of the reflecting surface of the annular element at working angles (angles of incidence of the processing radiation). The ring element is rotated on the motor shaft until the radius passing through the axis and the first adjusting screws from the ledge (ring cut) crosses the point of radiation incidence. Of the two pairs of screws located on both sides of the section of the reflective element, we will consider the first ones located clockwise. The adjustment order clockwise or counterclockwise does not matter. Using the first pairs of screws at the reflective element, the position of its initial portion in the plane parallel to the surface of the protrusion 14 is established. In this case, the reflected beam thus falls at the initial point of its trajectory onto the surface to be treated, which corresponds to point M of FIG. 2, 4. The entire path to obtain, for example, uniform speed, is divided into n - 1 number of sections, where n is the number of pairs of adjusting screws. Next, the reflective element of the scanner is rotated so that the beam of the alignment laser intersects the radius passing through the screw pair of screws and the axis. Due to the preload of the reflecting element by the screws, the He-Ne laser beam is shifted by n - 1 part of the scanning path along the surface to be treated (point in Fig. 3). After the reflective element is rotated to the next pair of screws, they bend the reflective element to obtain the next beam equal to the previous movement along the processing surface. The operation is repeated until all n - 1 segments of the rectilinear trajectory are received. After that, the position of the reflective element is fixed with the help of nuts locking the tuning screws. To obtain a scan with an uneven speed, the corresponding proportions of the angle of rotation of the reflecting element about the ZZ axis and the radiation movement on the part are set using screws. It should be noted that the width of the heat-treated track when moving the workpiece linearly across the scanning direction depends on the distance between the scanner and the product and on the bending of the reflecting element.

Технико-экономическая эффективность устройства обеспечивается расширением функциональных возможностей и улучшением качества термообработки, позволяющих реализовать широкий спектр операций. При этом обеспечивается простота, надежность конструкции с сохранением возможности перестройки на отличные друг от друга режимы. В настоящее время испытан опытный образец устройства и разрабатывается документация на серию устройств данного типа. The technical and economic efficiency of the device is provided by expanding the functionality and improving the quality of heat treatment, allowing to realize a wide range of operations. This ensures simplicity, reliability of the design while maintaining the ability to rebuild to different modes from each other. A prototype of the device has been tested and documentation is being developed for a series of devices of this type.

Изобретение может быть использовано для всех видов поверхностной лазерной обработки и применено при разработке высокоэффективного лазерного оборудования. The invention can be used for all types of surface laser processing and is applied in the development of highly efficient laser equipment.

Claims

1. SCANNER OF POWER LASER RADIATION, containing an electric drive, on the shaft of which a frame is mounted with a reflecting element fixed to it, characterized in that the frame is made with a cylindrical protrusion, coaxial with the shaft and in contact with a reflective element, which has the shape of a ring with at least one radial cut made of elastic material and fixed on the frame with the formation of at least one helical surface.

2. The scanner according to claim 1, characterized in that the gap between the reflecting element and the frame is filled with heat-conducting plastic material, and part of the non-working surface of the frame is made in the form of a plate-shaped radiator for heat dissipation.

3. The scanner according to claim 2, characterized in that a paste based on BeO is used as a heat-conducting plastic material.

4. The scanner according to claims 1 and 2, characterized in that the reflective element is mounted in a frame with the ability to adjust and fix its bend.

5. The scanner according to claims 1 to 4, characterized in that the adjustment and fixing of the bend of the reflecting element are carried out using screws.