RU2112636C1 - Method and apparatus for laser cutting - Google Patents
Method and apparatus for laser cutting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112636C1 RU2112636C1 RU97106152A RU97106152A RU2112636C1 RU 2112636 C1 RU2112636 C1 RU 2112636C1 RU 97106152 A RU97106152 A RU 97106152A RU 97106152 A RU97106152 A RU 97106152A RU 2112636 C1 RU2112636 C1 RU 2112636C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- workpiece
- cutter
- platform
- processing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для лазерной резки различных материалов. The invention relates to mechanical engineering and can be used for laser cutting of various materials.
В настоящее время известны как контактные, так и бесконтактные способы лазерной обработки материалов. At present, both contact and non-contact methods for laser processing of materials are known.
При бесконтактном способе лазерной обработки стабилизация величины зазора между соплом и заготовкой может поддерживаться как с помощью датчиков, так и с помощью создания избыточного давления газа в зазоре. With a non-contact laser processing method, stabilization of the gap between the nozzle and the workpiece can be supported both by sensors and by creating excess gas pressure in the gap.
Известно устройства для выборки выходного сигнала датчика в оборудовании для обработки лучом лазера, в котором мундштук устройства имеет емкостной датчик, позволяющий определить зазор между ним и заготовкой. Определение осуществляется по измерению электростатической емкости и сравнению с хранящимся в ЗУ эталонными величинами зазора. Замеры определяют расстояние с шагом 0,1 мм. Хранение значений эталонных замеров обеспечивается блоком схемы замеров. Перемещением мундштука управляют на основании величин отклонений от заданных величин. Данные от датчика обновляются при каждом новом замере. Способ позволяет повысить точность обработки и сократить частоту положения мундштука [1]. It is known device for sampling the output signal of the sensor in equipment for processing a laser beam, in which the mouthpiece of the device has a capacitive sensor, which allows to determine the gap between it and the workpiece. The determination is carried out by measuring the electrostatic capacitance and comparing with the standard clearance values stored in the memory. Measurements determine the distance in 0.1 mm increments. Storage of values of reference measurements is provided by the block of the scheme of measurements. The movement of the mouthpiece is controlled based on deviations from predetermined values. Data from the sensor is updated with each new measurement. The method allows to increase the accuracy of processing and reduce the frequency of the position of the mouthpiece [1].
Известен также бесконтактный способ лазерной резки, при котором подпружиненный резак устанавливают на поверхности обрабатываемого материала, а в зону реза через сопло резака подают сфокусированное лазерное излучение и поток газа и осуществляют относительное перемещение с зазором резака и материала вдоль плоскости реза с одновременной стабилизацией величины зазора, резак предварительно подпружинивают относительно поверхности обрабатываемого материала, а стабилизацию зазора осуществляют, создавая в нем избыточное давление газа, определяемое заявляемым соотношением. A non-contact laser cutting method is also known, in which a spring-loaded cutter is mounted on the surface of the material being processed, and focused laser radiation and gas flow are fed into the cutting zone through the cutting nozzle and relative movement is made with the gap of the torch and material along the cutting plane, while the gap is stabilized, the cutter pre-spring relative to the surface of the processed material, and the gap is stabilized by creating an excess gas pressure in it, op edelyaemoe claimed ratio.
Повышение точности стабилизации зазора в случае резки менее плотных материалов обеспечивает за счет изменения давления на поверхности среза сопла резака создание вокруг сопла замкнутой кольцевой полости и дополнительной подачи в нее газа. При этом соотношение диаметров кольцевой полости выбирают из заявленного соотношения [2]. Improving the accuracy of stabilization of the gap in the case of cutting less dense materials allows for the creation of a closed annular cavity around the nozzle and additional gas supply to it by changing the pressure on the cutting surface of the torch nozzle. The ratio of the diameters of the annular cavity is selected from the claimed ratio [2].
Для осуществления указанного способа используют устройство для лазерной резки, содержащее лазер, зеркало и подпружиненный резак, дополнительно на сопле соосно ему с зазором расположена замкнутая кольцевая камера, на рабочем торце которой установлен пористый насадок [2]. To implement this method, a laser cutting device is used that contains a laser, a mirror, and a spring-loaded cutter; in addition, a closed annular chamber is located coaxially with the gap on the nozzle, and a porous nozzle is installed at its working end [2].
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает постоянного фокусного расстояния при наличии неровностей на обрабатываемой поверхности. При программной обработке возможно перемещение резака над уже вырезанным окном; при этом давление газа между соплом и обрабатываемой заготовкой отсутствует; резак опустится вниз и при боковом перемещении произойдет останов или поломка. The disadvantage of this method is that it does not provide a constant focal length in the presence of irregularities on the treated surface. With software processing, it is possible to move the torch over an already cut window; there is no gas pressure between the nozzle and the workpiece; the torch will lower and a lateral movement will stop or break.
Наиболее близким к решаемой задаче является контактный способ лазерной обработки, который осуществляется путем скольжения устройства сканирования по поверхности обрабатываемого материала. Используя этот метод, можно осуществить резку металлических и неметаллических материалов с высоким качеством поверхности реза за счет точного расположения фокального пятна, что обеспечивается постоянным прижатием устройства сканирования к обрабатываемому материалу по его оси роликами [3]. Closest to the problem being solved is the contact method of laser processing, which is carried out by sliding the scanning device on the surface of the processed material. Using this method, it is possible to cut metal and nonmetallic materials with a high quality of the cut surface due to the exact location of the focal spot, which is ensured by constant pressing of the scanning device to the processed material along its axis with rollers [3].
Известно устройство для осуществления контактной лазерной сварки, содержащее подвижно установленную фокусирующую головку, оснащенную устройством сканирования для поддержания заданного расстояния между головкой и сварным швом. Устройство сканирования имеет кольцо, расположенное под углом к оси лазерного излучения. Внешний край кольца опирается на детали, а внутренний край - на несколько роликов, причем лазерное излучение проходит через внутреннюю часть кольца [3]. A device for performing contact laser welding, comprising a movably mounted focusing head, equipped with a scanning device to maintain a given distance between the head and the weld. The scanning device has a ring located at an angle to the axis of the laser radiation. The outer edge of the ring rests on the parts, and the inner edge - on several rollers, and the laser radiation passes through the inner part of the ring [3].
Однако этот способ отличается трудоемкостью изготовления следящей системы и точность сканирования снижается пропорционально увеличению диаметра кольца. However, this method differs in the laboriousness of manufacturing a follow-up system and the scanning accuracy decreases in proportion to the increase in the diameter of the ring.
Целью изобретения является оптимизация процесса лазерной обработки путем поддержания постоянным фокусного расстояния, защиты оптической системы за счет обеспечения газоотвода с продуктами сгорания как в начальный момент, так и в процессе обработки. The aim of the invention is to optimize the laser processing process by maintaining a constant focal length, protecting the optical system by providing gas exhaust with combustion products both at the initial moment and during processing.
Указанная цель достигается тем, что в контактном способе лазерной обработки, при котором в зону обработки через сопло резака подают сфокусированное лазерное излучение с заданным фокусным расстоянием и поток газа, и осуществляют относительное перемещение устройства сканирования резака по поверхности обрабатываемой заготовки вдоль плоскости обработки, перед обработкой измеряют среднестатистический предел величины изгиба заготовки, заготовку укладывают на подпружиненную платформу, резак устанавливают на поверхности заготовки с поджатием, обеспечивающим в процессе обработки постоянный контакт резака с заготовкой в пределах ее максимального изгиба, а заданное фокусное расстояние в процессе обработки корректируют исходя из зависимости
где
f - фокусное расстояние, мм;
h - расстояние от главной фокальной плоскости оптической системы до поверхности заготовки, мм;
G - среднестатистический предел величины поджатия пружины платформы, H/м;
S - толщина заготовки, мм.This goal is achieved by the fact that in the contact method of laser processing, in which focused laser radiation with a predetermined focal length and a gas flow are supplied to the processing zone through the torch nozzle, and the torch scanning device is moved relative to the surface of the workpiece along the processing plane, they measure before processing the average limit value of the bending of the workpiece, the workpiece is laid on a spring-loaded platform, the cutter is installed on the surface of the workpiece with with a material that ensures constant contact between the torch and the workpiece during processing, within its maximum bend, and the specified focal length during processing is adjusted based on the dependence
Where
f is the focal length, mm;
h is the distance from the main focal plane of the optical system to the surface of the workpiece, mm;
G is the average statistical limit of the amount of compression of the platform spring, H / m;
S - thickness of the workpiece, mm.
Указанная цель достигается также тем, что в устройстве для контактной лазерной обработки, содержащем лазер, зеркало, резак со сканирующим устройством на сопле и стол, предусмотрена плавающая платформа, установленная на столе посредством пружин, с возможностью сохранения плоскости реза под углом 87-93o к оптической оси, сканирующее устройство выполнено в виде сферического насадка с углубленными и перпендикулярными оптической оси лазера радиальными прорезями, расположенными между собой под равными углами, причем центр пересечения прорезей совпадает с оптической осью лазера, кроме того, на нижней части платформы установлены микровыключатели, обеспечивающие аварийный останов лазерной установки при опускании платформы ниже предельно допустимого уровня.This goal is also achieved by the fact that in the device for contact laser processing, containing a laser, a mirror, a cutter with a scanning device on the nozzle and a table, there is a floating platform mounted on the table by means of springs, with the possibility of maintaining the cutting plane at an angle of 87-93 o to optical axis, the scanning device is made in the form of a spherical nozzle with deep and perpendicular to the laser optical axis radial slots located at equal angles to each other, with the center of intersection of the slot The second coincides with the optical axis of the laser, in addition, microswitches are installed on the lower part of the platform, which ensure an emergency stop of the laser system when the platform is lowered below the maximum permissible level.
На фиг. 1 изображено устройство для лазерной обработки; на фиг. 2 - пример обработки определенной плоскости на деталях с заданными изгибами; на фиг. 3 - насадок с прорезями. In FIG. 1 shows a device for laser processing; in FIG. 2 - an example of processing a certain plane on parts with specified bends; in FIG. 3 - nozzles with slots.
Устройство для контактной лазерной обработки с автоматической коррекцией положения фокальной плоскости содержит лазерный резак 1, на сопле 2 которого предусмотрено устройство сканирования в виде сферического насадка 3, в верхней точке которого выполнены углубленные и перпендикулярные к оптической оси 4 лазера радиальные прорези 5, расположенные между собой под равными углами, например 90o, причем центр пересечения прорезей совпадает с оптической осью лазера (или с центром отверстия в сопле для выхода лазерного излучения), что позволяет производить отвод избыточного количества газа из зоны резки и исключить попадание продуктов сгорания внутрь сопла.A device for contact laser processing with automatic correction of the position of the focal plane contains a
На основании 6 предусмотрена плавающая платформа 7, установленная, например, с помощью четырех пластинчатых Z-образных пружин 8, расположенных между основанием и платформой по четырем углам, которые обеспечивают сохранение плоскости реза под углом 87-93o к оптической оси 4.Based on 6, a
Поджим пружин 8 на определенную массу заготовки 9 осуществляется регуляторами, например регулировочными винтами 10. The compression of the
На нижней части платформы расположены микровыключатели 11, подающие команду на аварийный останов лазерной установки при опускании платформы ниже предельно допустимого уровня Нп. On the lower part of the platform are microswitches 11, which command the emergency stop of the laser unit when lowering the platform below the maximum permissible level of Нп.
Перед началом работы определяют среднестатистический изгиб для обрабатываемой заготовки 9, резак 1 с устройством сканирования устанавливают на ее поверхности с поджатием плавающей платформы 7 для обеспечения в процессе обработки постоянного контакта резака 1 с заготовкой 9 в пределах ее максимального изгиба. Before starting work, determine the average bend for the
Затем в зону реза через сопло резака подают сфокусированное лазерное излучение с заданным фокусным расстоянием и поток газа. В начальный момент за счет прорезей в насадке обеспечивается газоотвод с продуктами сгорания. Затем осуществляется перемещение насадка 3 резака 1 относительно заготовки вдоль плоскости реза без зазора, находясь в фокусе оптической системы. Then, focused laser radiation with a given focal length and a gas stream are fed into the cut zone through the nozzle of the torch. At the initial moment, through the slots in the nozzle, a gas outlet with combustion products is provided. Then, the
Сферический насадок препятствует "проваливанию" резака в вырезанные окна при перемещении над ними в процессе обработки, контактируя с острыми кромками сферической поверхностью по касательной, а прорези предотвращают попадание продуктов сгорания внутрь сопла и прилипание сопла к поверхности материала. The spherical nozzle prevents the torch from “falling through” into the cut-out windows when moving over them during processing, contacting the sharp edges with a spherical surface tangentially, and the slots prevent combustion products from entering the nozzle and the nozzle sticking to the material surface.
Основная часть газа в процессе обработки уходит вместе с продуктами горения обрабатываемого материала, а остальная часть - через прорези 5. The main part of the gas during processing goes along with the combustion products of the processed material, and the rest - through the
Таким образом, насадок служит для контакта с поверхностью обрабатываемой детали и поддержания постоянной величины зазора между соплом резака и обрабатываемой заготовкой и отвода газа как в начальный момент, так и в процессе обработки, что достигается выбранной суммарной площадью прорезей. Thus, the nozzles serve to contact the surface of the workpiece and maintain a constant gap between the nozzle of the torch and the workpiece and exhaust gas both at the initial moment and during processing, which is achieved by the selected total area of the slots.
При изменении профиля обрабатываемой заготовки (изгиб, коробление, деформация и т.д.) сферическая рабочая поверхность насадка давит на обрабатываемую поверхность заготовки, заставляя плавающую платформу компенсировать за счет пружин 8 изменение положения плоскости заготовки, сохраняя ее в фокальной плоскости оптической системы. При опускании платформы ниже предельно допустимого уровня срабатывает один из микровыключателей 11 в зависимости от места расположения резака. When changing the profile of the workpiece (bending, warping, deformation, etc.), the spherical working surface of the nozzle presses on the workpiece surface, forcing the floating platform to compensate due to the
Заданное фокусное расстояние в процессе обработки корректируют в соответствии с экспериментально установленной зависимостью по изменению положения плавающей платформы, обеспечивающей автоматическую коррекцию положения фокальной плоскости:
где
f - фокусное расстояние, мм;
h - расстояние от главной фокальной плоскости оптической системы до поверхности заготовки, мм;
G - среднестатистический предел величины изгиба заготовки, H/м;
S - толщина заготовки, мм.The specified focal length during processing is adjusted in accordance with the experimentally established dependence on the change in the position of the floating platform, providing automatic correction of the position of the focal plane:
Where
f is the focal length, mm;
h is the distance from the main focal plane of the optical system to the surface of the workpiece, mm;
G is the average limit value of the bending of the workpiece, N / m;
S - thickness of the workpiece, mm.
Кроме того, предлагаемый способ контактной лазерной обработки позволяет выдерживать положение фокального пятна на поверхности обрабатываемого материала без больших усилий, причем плоскость резания будет постоянно под углом 90±3o к поверхности обработки за счет изменения угла наклона плавающей платформы.In addition, the proposed method of contact laser processing allows you to maintain the position of the focal spot on the surface of the processed material without much effort, and the cutting plane will be constantly at an angle of 90 ± 3 o to the processing surface by changing the angle of inclination of the floating platform.
Пример. В эксперименте применялся YAG-лазер типа МЛТ-500, объектив с фокусным расстоянием 50 мм и сопло Dc = 1 мм, диаметр фокального пятна лазерного пучка при этом составлял Dx = 0,3 мм. Example. An MLT-500 type YAG laser, a lens with a focal length of 50 mm, and a nozzle Dc = 1 mm were used in the experiment; the diameter of the focal spot of the laser beam was Dx = 0.3 mm.
Расход газа в резаке дросселировался жиклером диаметром 1 мм. The gas flow rate in the torch was throttled by a jet with a diameter of 1 mm.
Резак был установлен в контакте с заготовкой поджатием для 0,5 мм - 3,0 = 3-15 Н/м плавающей платформы, обеспечивающим в процессе обработки постоянный контакт резака с заготовкой в пределах ее максимального изгиба 0,1 - 2,8 мм. The cutter was installed in contact with the workpiece by preloading for 0.5 mm - 3.0 = 3-15 N / m of the floating platform, which ensures constant contact between the torch and the workpiece during processing within its maximum bend of 0.1 - 2.8 mm.
После этого через резак подавали поток воздуха под давлением 0,5 - 3,5 атм. Подводили сфокусированный поток излучения и производили резку. After that, an air flow under a pressure of 0.5-3.5 atm was supplied through the cutter. A focused radiation flux was applied and cutting was performed.
Обработке подвергались заготовки толщиной от 0,5 до 3,0 мм из материала: ст.2, ст. 20, ст. 40X, ст. 12X18H10T, и весом от 0,5 до 3,7 кг при следующих режимах обработки:
мощность N = 80,0 ... 50 Вт,
скорость резания v = 0,15 ... 6 м/мин,
давление рабочего газа P = 0,5 ... 3,5 кГс/см2,
фокусное расстояние оптической системы f = 50 мм,
расстояние от главной фокальной плоскости до поверхности заготовки 49,5 мм.Workpieces were processed with a thickness of 0.5 to 3.0 mm from the material: Art. 2, Art. 20, Art. 40X, Art. 12X18H10T, and weighing from 0.5 to 3.7 kg under the following processing modes:
power N = 80.0 ... 50 W,
cutting speed v = 0.15 ... 6 m / min,
working gas pressure P = 0.5 ... 3.5 kG / cm 2 ,
focal length of the optical system f = 50 mm,
the distance from the main focal plane to the workpiece surface is 49.5 mm.
Данные экспериментального подтверждения зависимости сведены в таблицу. The data of experimental confirmation of the dependence are summarized in the table.
Как видно из таблицы, автоматическая коррекция положения фокальной плоскости в соответствии с заявляемой зависимостью, обеспечивающая поддержание постоянным фокусного расстояния, защита оптической системы, позволяют производить качественную обработку заготовки без грата на кромках и неровностях на торцах шва. As can be seen from the table, automatic correction of the position of the focal plane in accordance with the claimed dependence, ensuring the maintenance of a constant focal length, protection of the optical system, allows for high-quality processing of the workpiece without grata at the edges and irregularities at the butt ends.
Claims (2)
где f - фокусное расстояние, мм;
h - расстояние от главной фокальной плоскости оптической системы до поверхности заготовки, мм;
G - среднестатистический предел величины поджатия пружины платформы, н/м;
S - толщина заготовки, мм.1. The contact method of laser processing, in which focused laser radiation with a predetermined focal length and a gas stream are supplied to the processing zone through the nozzle of the torch and the torch scanning device is moved relative to the surface of the workpiece along the processing plane, characterized in that the average statistical limit is measured before processing bending values of the workpiece, the workpiece is laid on a spring-loaded platform, the cutter is mounted on the surface of the workpiece with compression, ensuring ayuschim during machining cutter constant contact with the workpiece within its maximum bend and adjust the predetermined focal distance depending on a processing
where f is the focal length, mm;
h is the distance from the main focal plane of the optical system to the surface of the workpiece, mm;
G is the average statistical limit of the amount of compression of the platform spring, n / m;
S - thickness of the workpiece, mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97106152A RU2112636C1 (en) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Method and apparatus for laser cutting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97106152A RU2112636C1 (en) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Method and apparatus for laser cutting |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2112636C1 true RU2112636C1 (en) | 1998-06-10 |
| RU97106152A RU97106152A (en) | 1998-10-10 |
Family
ID=20192027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97106152A RU2112636C1 (en) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Method and apparatus for laser cutting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112636C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU179487U1 (en) * | 2017-02-02 | 2018-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | DEVICE FOR LASER PROCESSING OF LONG DIMENSIONAL CYLINDER PARTS |
| RU2758425C2 (en) * | 2016-09-21 | 2021-10-28 | Этксе-Тар, С.А. | Method and system for welding using energy beam |
-
1997
- 1997-04-15 RU RU97106152A patent/RU2112636C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758425C2 (en) * | 2016-09-21 | 2021-10-28 | Этксе-Тар, С.А. | Method and system for welding using energy beam |
| US11491577B2 (en) | 2016-09-21 | 2022-11-08 | Etxe-Tar, S.A. | Method of and system for welding using an energy beam scanned repeatively in two dimensions |
| RU179487U1 (en) * | 2017-02-02 | 2018-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | DEVICE FOR LASER PROCESSING OF LONG DIMENSIONAL CYLINDER PARTS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU647095B2 (en) | Apparatus and method for automatically aligning a welding device for butt welding workpieces | |
| EP1600241B1 (en) | Focus adjuster for laser beam machine | |
| US11623301B2 (en) | Laser machining apparatus and laser machining method | |
| JPH08103880A (en) | Laser cutting device | |
| US7248940B2 (en) | Method and device for the robot-controlled cutting of workpieces to be assembled by means of laser radiation | |
| US8847114B1 (en) | Laser-assisted micromachining system and method | |
| US20070114213A1 (en) | Apparatus for processing work-piece | |
| RU2112636C1 (en) | Method and apparatus for laser cutting | |
| KR102288196B1 (en) | Auto focusing apparatus of laser cutting machine | |
| US5493095A (en) | Laser beam divergence compensation apparatus | |
| US5011253A (en) | Optical system for laser marking | |
| EP1643281A1 (en) | Optical element of a laser processing machine and support for the optical element | |
| JPH07144289A (en) | Method and device for centering nozzle of laser beam machine | |
| EP3819069B1 (en) | Laser machining method | |
| JPS5973189A (en) | Surface scarfing method | |
| JPH0275489A (en) | Automatic adjusting device for focal distance | |
| EP3865244B1 (en) | Laser processing machine and laser processing method | |
| RU2127179C1 (en) | Apparatus for laser treatment | |
| RU1787321C (en) | Method of and device for laser cutting | |
| RU2205096C1 (en) | Method for keeping predetermined distance between nozzle and worked surface at laser working and apparatus for performing the same | |
| JPH036872B2 (en) | ||
| JPH08215869A (en) | Laser beam welding method and its device | |
| CN218855871U (en) | Control equipment for laser cutting focus position | |
| EP4219062A1 (en) | Laser cutting method and machine | |
| JPH07256477A (en) | Carbon dioxide laser beam machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110416 |