RU4092U1 - Лазерное устройство маломодового излучения для термической обработки материалов - Google Patents

Abstract

Лазерное устройство маломодового излучения для термической обработки материалов, содержащее парциальные генераторы с параллельным соединением активных элементов, работающих в одномодовом режиме, и объектив, отличающееся тем, что оно снабжено поворотным зеркалом с отверстием, диаметр которого равен внутреннему диаметру моды TEMOI излучения одного генератора на поверхности зеркала и наружному диаметру моды TEMOO излучения другого генератора в месте прохождения его через отверстие, установленным в месте пересечения пучков излучения.

Description

Лазерное УСТРОЙСТВО иалоиодового излучения .. для термической обработки материалов.

Полезная модель относится к обработке м|1.териалов лазерным излучением и может быть использована в машиностроении для поверхностного упрочнения изделий из металлов и сплавов, для лазерной резки и сварки.

Известен трехкаскадный усилитель одномодового излучен1 я СТ. Т. Басиев, А. Н. Кравец и др. Квантовая электроника 1991, Т. 18, N7, с. 822-824), где излучение задаюгйего генератора, имеющего высокие пространственные характеристики, усиливается с помощью трех активных элементов, что позволяет значительно повысить ВЫХОДНУЮ мощность устройства при низкой расходимости излучения.

Недостатком данного устройства является то, что временные и энергетические параметры излучения определяются режимом работы задающего генератора и не МОГУТ изменятся в достаточно ЩИРОКИХ пределах, необходимых для термической обработки.

Известно также УСТРОЙСТВО маломодового излучения для термической обработки С патент Р. Ф. N 2016089, МКИ 5-C21D 1/09, 1994 ), где ЛУЧИ, исходящие от отдельных парциальных генераторов, с помощью оптической .системы преобразуются в узкий параллельный ПУЧОК и ФОКУСИРУЮТСЯ обьективом в ЗОНУ обработки. Излучение генераторов направлено в ОДНУ ТОЧКУ, расположенную в Фокусе оптической системы, а УГОЛ схождения лучей / удоволетворяет УСЛОВИЮ.

tgy CD d)/ F,

где D - диаметр апертурной диафрагмы оптической системы, d - диаметр луча парциального генератора в месте расположения диафрагмы, F Фокусное расстояние оптической системы.

Недостатком данного устройства является то, что во время подбора режимов обработки путем изменения расстояния от обьектива до поверхности обрабатываемого материала, проявляется нестабильность ФОРМЫ и СТРУКТУРЫ пятна, так как строгое совпадение лучей отдельных парциальных генераторов ПРИ Фокусировке излучения ПРОИСХОДИТ только в одной точке, которая расположена в Фокусе обьектива, структура поперечного пучка вне 1этой точки представляет из себя сочетание пятен, центры КОТОРЫХ расположены на некотором расстоянии друг от друга и чем дальше от Фокуса, тем больще расстояние между ними.

ДРУГОЙ недостаток состоит в ТРУДНОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО исполнения устройства из-за необходимости соблюдения условия С1), где угол должен быть минимальным.

Цель пол1езной модели - увеличение стабильности Формы и СТРУКТУРЫ в зоне обработки ПРИ различной степени расфокусировки излучения и упрощение КОНСТРУКТИВНОГО исполнения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что УСТРОЙСТВО маломодового излучения, содержащее парциальные генераторы с параллельным соединением активных элементов, работающих в одномодовом режиме, и обьектив, Фокз -сирующий ЛУЧИ на поверхность обрабатываемого материала, имеет поворотное зеркало с отверстием, диаметр КОТОРОГО peiBeH внутреннему диаметру

CID

раторов.

Отличием данного устройства от прототипа является то, что вместо оптической системы для соединния лучей парциадьных генераторов применяется поворотное зеркало с отверстием.

Оптическая схема устройства реализуется ПРИ выполнении равенства

Оею D;zf Db/ ,с 2)

где D00- наружный диаметр ТЕМОО моды в месте прохождения через отверстие в зеркале. D - диаметр отверстия. В./- внутренний диаметр TEHOl моды на поверхности зеркала.

ПРИ этом величина Doo зависящая от расходимости излучения Q и расстояния между генератором и зеркалом 1, определяется по формуле

Do0 d + Q1,СЗ)

щ где d - диаметр пучка на выходе кз генератора.

Варьируя величинами 1 и D , согл)асно, УСЛОВИЮ С33, добиваются выполнения равенства С23, при СТРОГОМ соблюдении котораго излучение за пово 5 отным зеркалом представляет из себя сплошной КРУГ, где центральная зона, образованная проходящим через отверстие в зеркале излучением ТЕМОО моды,плавно переходит в переферийную ЗОНУ, образованную излучением ТЕИ01 моды. После прохождения такого излучения через обьектив, структура и Форма пятна на обрабатываемой детали ПРИ различной степени расфокусировки остается неизменной.

Для обеспечения ОКРУГЛОСТИ Формы пяна в зоне обработки угол схождения лучей, исходящих от парциальных генераторов, в предлагаемом устройстве должен составлять 90 . По сравнению с ПРОТОТИПОМ, где, согласно УСЛОВИЮ С1), УГОЛ должен быть минимальным, здесь снимаются ограничения по габаритным размерам генераторов, а также отпадает необходимость применять дополнительные поворотные зеркала. Благодаря ЭТОМУ существенно упрощается конструктивная реализация устройства и появляется возможftiocTb применения более ШИРОКОГО круга лазеров для его изготовления. Здесь возможно применение ДВУХ газовых или комбинации газового и твердотельного лазера с непрерывным или импульсно-периодическим излучением. 5 На Фиг.1 приведена оптическая схема лазерного устройства для термической обработки материалов.

УСТРОЙСТВО содержит два оптических генератора 1, 2, оси КОТОРЫХ образуют УГОЛ 90 , жестко закрепленое зеркало с отверстием 3, обьектив 4, ФОКУСИРУЮЩИЙ ЛУЧИ на обрабатываемое изделие 5.

УСТРОЙСТВО работает следующим образом. Генератор 1, настроенный на моду ТЕМ01, посылает ПУЧОК излучения с кольцевым сечением на поворотное зеркало 3, ПРИ этом внутренняя часть кольца, где интенсивность излучения равна НУЛЮ совпадй ет с отверстием в зеркале, а остальная часть пучка отражается от поверхности зеркала и Фокусируется обьективом 4 на обрабатываемую поверхность 5. ПУЧОК излучения генератора 2 ПРОХОДИТ че,рез отверстие ,в зеркале и заполняет внутреннюю часть отраженного от зеркала пучка кольцевого сечения, распространяясь с ним соосно в ЗОНУ обработки. Таким образом ПУЧКИ излучения, исходящие от ДВУХ различных генераторов, образуют монолитный ПУЧОК, КОТОРЫЙ после прохождения ФОКУлении от Фокальной плоскости.

Руководитель патентного

Кравец А. Н.

АВТОРЫ: : Крайнов А. С. Родин В. Ю. 4 Федин А. В. подразделения,.- Серкина Е. П.

Claims (1)

1. Лазерное устройство маломодового излучения для термической обработки материалов, содержащее парциальные генераторы с параллельным соединением активных элементов, работающих в одномодовом режиме, и объектив, отличающееся тем, что оно снабжено поворотным зеркалом с отверстием, диаметр которого равен внутреннему диаметру моды TEMOI излучения одного генератора на поверхности зеркала и наружному диаметру моды TEMOO излучения другого генератора в месте прохождения его через отверстие, установленным в месте пересечения пучков излучения.