RU2504809C2 - Технологический объектив для лазерной обработки - Google Patents
Технологический объектив для лазерной обработки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504809C2 RU2504809C2 RU2012111140/28A RU2012111140A RU2504809C2 RU 2504809 C2 RU2504809 C2 RU 2504809C2 RU 2012111140/28 A RU2012111140/28 A RU 2012111140/28A RU 2012111140 A RU2012111140 A RU 2012111140A RU 2504809 C2 RU2504809 C2 RU 2504809C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- axis
- oval
- spot
- objective lens
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано, в частности, при резке листового стекла и/или других прозрачных или полупрозрачных хрупких материалов и при лазерной обработке крупногабаритных изделий сложной формы. Объектив содержит корпус, привод вращения корпуса вокруг оси, объектив, расположенный на станине в двух подшипниках, и три линзы, первая из которых отрицательная сферическая неподвижная, расширяющая входящий в объектив параллельный пучок лазерного излучения, вторая и третья линзы положительные цилиндрические со взаимно перпендикулярными образующими, задающие размеры фокусируемого на подложке овального лазерного пятна независимо друг от друга. Вторая линза регулирует в процессе работы величину одной, большей оси овала, а третья неподвижная линза задает величину меньшей оси овального пятна путем предварительного выставления расстояния от объектива до подложки. Объектив имеет два мини-двигателя, один мини-двигатель обеспечивает пространственное положение большой оси овального лазерного пятна по касательной к контуру вырезаемой детали, а второй мини-двигатель варьирует длину этой оси в процессе обработки путем перемещения второй линзы вдоль оптической оси объектива. Технический результат - регулирование и управление формой пятна фокусируемого лазерного луча в процессе работы. 3 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной обработке различных материалов, в частности, резке листового стекла и/или других прозрачных или полупрозрачных хрупких материалов и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется лазерная обработка крупногабаритных изделий сложной формы.
Известна лазерная обработка материалов, в частности, резка неметаллических материалов, преимущественно стекла, под действием термоупругих напряжений, возникающий в результате их нагрева лазерным излучением и образования в материале поверхностной трещины с последующим доламыванием (1).
В патенте указана важность использования при лазерной обработке материалов сечения лазерного пятна на обрабатываемом материале в виде эллипса. Рекомендовано выполнять следующие соотношения: плотность мощности излучения выдерживать в пределах (0,3-20)×106 Втм-2 при одновременном соблюдении равенства a=(0,2-2)h, b=(1-10)h, где a и b - малая и большая оси пятна лазерного пучка соответственно, h - толщина материала.
Такие ограничения на энергетические и геометрические параметры лазерного пучка обеспечивают оптимальные условия образования несквозной разделяющей трещины в материалах с различными теплофизическими свойствами и различной толщины. В этой работе была проведена резка стекла с высокой точностью тонких стекол малого размера (стекла для часов).
Недостатком такой лазерной обработки является невозможность управления формой лазерного пятна в процессе работы и трудность применения для обработки, в частности, резки крупногабаритного толстого стекла сложной конфигурации.
Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является технологический объектив для лазерной обработки (2), содержащий корпус, в котором закреплены линза и отражающий отклоняющий элемент, привод вращения корпуса вокруг оси, параллельной главной оптической оси, и сопловый блок. Отражающий лазерный луч элемент выполнен в виде призмы с рабочей стороной, имеющей кривизну определенного радиуса, призма имеет привод ее перемещения перпендикулярно оси падающего излучения, а также шарнирный механизм и два направляющих ролика, перемещающихся по обоим краям рабочей поверхности призмы.
Недостатком такого объектива является трудность применения для резки крупногабаритных изделий, в частности, толстого стекла сложной конфигурации, а, главное, фокусирующий объектив не управляет формой пятна сфокусированного лазерного луча в процессе работы.
Задачей изобретения является регулирование и управление формой пятна фокусируемого лазерного луча в процессе работы.
Поставленная задача решается тем, что фокусирующий объектив, расположенный на станине в двух подшипниках, состоит из трех линз, первая из которых отрицательная сферическая неподвижная, расширяющая входящий в объектив параллельный пучок лазерного излучения, вторая и третья линзы - положительные цилиндрические со взаимно перпендикулярными образующими, задающие размеры фокусируемого на разрезаемом материале (подложке) овального лазерного пятна независимо друг от друга при условии r<<R1 и R2, где r - радиус сечения падающего на объектив параллельного лазерного пучка, a R1 и R2 - радиусы цилиндрических линз, причем вторая линза регулирует в процессе работы величину одной, большей оси овала, а третья неподвижная линза задает величину меньшей оси овального пятна путем предварительного выставления расстояния от объектива до подложки. Кроме этого, объектив имеет два мини-двигателя, расположенные также на станине: один мини-двигатель обеспечивает пространственное положение большой оси овального лазерного пятна по касательной к контуру вырезаемой детали, а второй мини-двигатель варьирует длину этой оси в процессе обработки путем перемещения второй линзы вдоль оптической оси объектива с целью оптимизации условий лазерного управляемого термораскалывания.
Для оптимизации режима процесса лазерного управляемого термораскалывания необходимо иметь разную форму лазерного пятна на подложке. При этом лазерное пятно должно иметь разные оптимальные параметры для резки по прямой линии и на повороте на углу (по радиусу). По прямой целесообразнее проводить резку вытянутым вдоль линии реза пятном, так как при этом разделяемый материал успевает прогреться на большой длине реза и, поэтому, можно значительно увеличить скорость реза. При резке по радиусу (особенно при малых размерах) при больших размерах пятна прогревается широкая полоса материала при одновременном уменьшении нагрева на линии реза. Это приводит к неоптимальным условиям лазерного управляемого термораскалывания и к прекращению образования трещины. На радиусных участках контура реза целесообразно уменьшать величину большей оси эллипсоидного пятна вплоть до круга.
Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция объектива, где 1 - станина, 2 - подшипник, 3а и 3б - мини-двигатели, 4 - отрицательная сферическая линза, 5 - подвижная цилиндрическая линза, 7 - распылитель, 8 - муфта, 9 - шпилька-«ведунок», 10 - корпус объектива.
На фиг.2 показана оптическая схема объектива, где A - вид сверху, B - вид сбоку, 4 - сферическая отрицательная линза, 5, 6 - цилиндрические положительные линзы, образующие которых перпендикулярны друг другу, причем линза 5 - подвижная, 11 - форма сфокусированного на подложке лазерного пятна.
На фиг.3 показана форма лазерного пятна на обрабатываемой подложке. Стрелкой показано направление лазерной резки.
Объектив работает следующим образом. На координатный стол помещают подложку, например стеклозаготовку, например, размером 1440 мм × 1240 мм из стекла, например, толщиной 3 мм и закрепляют фиксирующим устройством. Фокусирующий объектив, соединенный с коллимационным устройством волоконного иттербиевого лазера (длина волны излучения лазера 1,07 мкм и мощность 700 ватт) перемещают по контуру реза стекла. При этом луч лазера направляют почти перпендикулярно к поверхности стекла. Одновременно одним мини-двигателем 3а вращают объектив вокруг оптической оси, тем самым направляя большую ось пятна лазерного луча по касательной к линии контура резки, а вторым мини-двигателем 3б перемещают вторую линзу 5 вдоль оптической оси объектива, тем самым изменяя длину большей оси овала лазерного пятна при прохождении радиусных участков контура стекла. Лазерный луч проходит через линзы, сначала рассеиваясь на линзе 4, а затем фокусируясь в двух перпендикулярных плоскостях на линзах 5 и 6. В результате на расстоянии 11 см от выходной линзы 6 формируется овальное пятно с величиной большей оси эллипса 18 мм (положение А, фиг.2) и 8 мм (положение В, фиг.2). Размер второй меньшей оси эллипса задается перед началом работы выставлением расстояния от линзы 6 до подложки и не изменяется в процессе работы. В результате была вырезана стеклозаготовка размером 1400×1200 мм с радиусными углами.
Предлагаемый объектив позволяет обеспечивать управление формой лазерного пятна в процессе работы, что обеспечивает устойчивое образование трещины в стекле.
Источники информации
1. Патент RU №2024441, CО3B 33/02, 1994 г.
2. Патент RU №2049632, B23K 26/06, 1995 г.
Claims (1)
- Технологический объектив для лазерной обработки, содержащий корпус, привод вращения корпуса вокруг оси, отличающийся тем, что объектив, расположенный на станине в двух подшипниках, состоит из трех линз, первая из которых отрицательная сферическая неподвижная, расширяющая входящий в объектив параллельный пучок лазерного излучения, вторая и третья линзы положительные цилиндрические со взаимно перпендикулярными образующими, задающие размеры фокусируемого на подложке овального лазерного пятна независимо друг от друга, причем вторая линза регулирует в процессе работы величину одной, большей оси овала, а третья неподвижная линза задает величину меньшей оси овального пятна путем предварительного выставления расстояния от объектива до подложки, кроме этого объектив имеет два мини-двигателя, один мини-двигатель обеспечивает пространственное положение большой оси овального лазерного пятна по касательной к контуру вырезаемой детали, а второй мини-двигатель варьирует длину этой оси в процессе обработки путем перемещения второй линзы вдоль оптической оси объектива.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111140/28A RU2504809C2 (ru) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Технологический объектив для лазерной обработки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111140/28A RU2504809C2 (ru) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Технологический объектив для лазерной обработки |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012111140A RU2012111140A (ru) | 2013-10-10 |
RU2504809C2 true RU2504809C2 (ru) | 2014-01-20 |
Family
ID=49302398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111140/28A RU2504809C2 (ru) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Технологический объектив для лазерной обработки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504809C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168922U1 (ru) * | 2016-06-24 | 2017-02-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Установка для лазерной обработки кольцевым пучком |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60178769A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-12 | Ricoh Co Ltd | 画素密度変換可能な光走査装置 |
WO1990001392A1 (en) * | 1988-08-15 | 1990-02-22 | Anstalt Gersan | Making an elongate cut using high energy radiation |
RU2049632C1 (ru) * | 1992-12-21 | 1995-12-10 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Технологический объектив для лазерной обработки |
RU2197010C1 (ru) * | 2001-11-20 | 2003-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение специальных материалов" | Портативное лазерное защитное устройство |
US7167321B1 (en) * | 2001-05-09 | 2007-01-23 | George Nemes | Optical systems and methods employing adjacent rotating cylindrical lenses |
-
2012
- 2012-03-26 RU RU2012111140/28A patent/RU2504809C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60178769A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-12 | Ricoh Co Ltd | 画素密度変換可能な光走査装置 |
WO1990001392A1 (en) * | 1988-08-15 | 1990-02-22 | Anstalt Gersan | Making an elongate cut using high energy radiation |
RU2049632C1 (ru) * | 1992-12-21 | 1995-12-10 | Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН | Технологический объектив для лазерной обработки |
US7167321B1 (en) * | 2001-05-09 | 2007-01-23 | George Nemes | Optical systems and methods employing adjacent rotating cylindrical lenses |
RU2197010C1 (ru) * | 2001-11-20 | 2003-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение специальных материалов" | Портативное лазерное защитное устройство |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168922U1 (ru) * | 2016-06-24 | 2017-02-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Установка для лазерной обработки кольцевым пучком |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012111140A (ru) | 2013-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11292082B2 (en) | Method of laser processing of a metallic material with high dynamic control of the movement axes of the laser beam along a predetermined processing path, as well as a machine and a computer program for the implementation of said method | |
US9375806B2 (en) | Method and arrangement for creating bevels on the edges of flat glass | |
JP6273231B2 (ja) | 精密レーザ罫書き | |
US11141815B2 (en) | Laser processing systems capable of dithering | |
CN105458530A (zh) | 一种飞秒激光加工航空发动机叶片气膜孔的装置及方法 | |
RU2528287C2 (ru) | Способ лазерной резки хрупких неметаллических материалов и устройство для его осуществления | |
KR101547806B1 (ko) | 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치 | |
TWI395721B (zh) | 由雷射導引迴旋管光束之玻璃片切割 | |
CN205309586U (zh) | 一种飞秒激光加工航空发动机叶片气膜孔的装置 | |
US20190151985A1 (en) | A method of laser processing of a metallic material with control of the transverse power distribution of the laser beam in a working plane, and a machine and computer program for the implementation of said method | |
TWI476063B (zh) | 雷射切割方法與裝置 | |
US10549382B2 (en) | Laser-assisted micromachining systems and methods | |
CN105522278B (zh) | 激光透光栅毛坯玻璃基底辅助机械刻划装置及方法 | |
CN109454326A (zh) | 一种透明材料激光辅助切削加工方法 | |
US9878400B1 (en) | Device for controlling the direction of a laser beam | |
RU2504809C2 (ru) | Технологический объектив для лазерной обработки | |
US10029940B1 (en) | Laser-separated edges with controlled roughness | |
CN103387335A (zh) | 基板切割装置及其方法 | |
CN116117304B (zh) | 一种整形光束的旋转跟随光学装置及激光加工系统 | |
KR101124509B1 (ko) | 레이저 가공장치 | |
CN103183470A (zh) | 一种激光光锯式切割玻璃的系统与方法 | |
KR102570759B1 (ko) | 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법 | |
TWI715548B (zh) | 硬脆材料的雷射切割方法及雷射切割機與雷射切割機的光學系統 | |
CN111843246B (zh) | 一种基于离焦控制技术的激光纵向钻孔方法 | |
CN112846536A (zh) | 一种太阳能电池片激光低损切割装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200327 |