SU1682096A1 - Устройство дл лазерной обработки деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано при лазерной обработке различных материалов. Цель изобретени  - повышение мощности излучени  и расширение области применени . Устройство содержит два коммутатора, приводы заслонок, синхрогенератор, п оптико- электронных устройств, блок формировани  машинных элементов, коррел ционную систему , посто нное запоминающее устройство . Оптический тракт содержит юстиро- вочный лазер, телескопическую систему полупрозрачную пластину, формирующую систему, комбинированное и плоское зеркала и п модулей излучател . Комбинированное зеркало выполнено в виде единичных секций, кажда  из которых сопр жена с соответствующим модулем излучател , и предназначено дл  сведени  оптических осей всех излучателей в одну точку. Плоское зеркало установлено на приводе и автоматически юстируетс  системой управлени  по информации с оптико-электронных устройств . Мощность лазерной обработки повышаетс  путем сведени  в одну точку излучени  от п лазеров. 1 з п ф-лы. 4 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к области машиностроени  и предназначено дл  лазерной обработки различных материалов.

Цель изобретени  - повышение мощности лазерного излучени  и производительности обработки, расширение области применени  установки.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - принципиальна  электрическа  схема системы управлени ; на фиг. 3 - блок формировани  машинных элементов; на фиг. 4 - коррел ционна  система.

Устройство содержит п модулей 1 излучател , соединенные с соответствующими с первого по п блоками 2 поджига.

Каждый из п модулей излучател  через соответствующие заслонки 3 с первой по п

с приводами 4 оптически сопр жены с соответствующими с первой по п оптико-электронными устройствами 5 а также через комбинированное зеркало 6 с плоским зеркалом 7 с приводом 8, полупрозрачной пластиной 9, формирующей 10 и телескопической 11 системами и котировочным лазером 12. Система 13 управлени  соединена с вторым коммутатором 14, блоком 15 формировани  машинных элементов, коррел ционной системой 16, блоком 17 сравнени , первым коммутатором 18, синхрогенерато- ром 19, посто нным запоминающим устройством 20 и сумматором 21, который подключен последовательно к цифроанало- говому преобразователю 22 и усилителю 23

О 00 О Ю

ON

Система 13 управлени  содержит одиннадцать логических схем 1/1 24-34, п ть логических схем ИЛИ 35-39, первый 40 и второй 41 регистры сдвига, первый 42 и второй 43 сумматоры, инвертор 44, первую 45, вторую 46 и тре гью 47 линии задержки, первый 48 и .второй 49 счетчики, оперативное запоминающее устройство 50, коммутатор 51, первый 52, второй 53 и третий 54 триггеры и дешифраюр 55.

Один из вариантов выполнени  блока 15 формировани  машинных элементов представлен на фиг. 3, Блок состоит из аналого-цифрового преобразовател  56, двух сумматоров 57 м 58, регистра 59, оперативного запоминающего устройства 60, трех счетчиков 61-63, трех логических схем И 64-66, формировател  67.

Коррел ционна  система 16 может быть выполнена, как показано на фиг. 4. Она состоит из регистра 68, двух схем 69 и 70 сравнени , логической схемы И 71, посто нного запоминающего устройства 72 и двух счетчиков 73 и 74.

Устройство работает следующим образом .

Непосредственно перед началом работы установки осуществл етс  автоматическа  юстировка последовательно каждого из п модулей излучател  1. При этом на первый вход системы 13 управлени  подаетс  команда Юстировка.

Излучение юстировочного лазера 12, пройд  через телескопическую систему 11, полупрозрачную пластину 9, плоское зеркало 7 и комбинированное зеркало 6, выводитс  на первый модуль 1 излучател . Далее через открытую нервую заслонку 3 оптический сигнал поступает в первое оптико- электронное устройство 5. Положение плоского зеркала 7 определ етс  информацией , наход щейс  в посто нном запоминающем устройстве 20 и соответствующей работе определенного модул  излучател  1. Сигнал с выхода посто нного запоминающего устройства 20 поступает на первый вход сумматора 21, далее через цифроана- логовый преобразователь 22 и усилитель 23 поступает на привод 8 зеркала, жестко са - занный с плоским зеркалом 7. На второй вход сумматора 21с второго выхода системы 13 управлени  поступают сигналы, соответствующие перемещению с посто нным шагом плоского зеркала 7 в пределах пол  ошибок вывода соответствующего модул  излучател  на общую оптическую ось. Дл  каждого положени  плоского зеркала 7 на выходе оптико-электронных устройств 5 формируютс  изображени  эксцентричных колец, которые образуютс  путем переотражени  при прохождении излучени  через соответствующий модуль излучател . Число , форма и  ркость колец характеризует точность юстировки каждого модул  излучател  с общей оптической осью.

В оптико-электронном устройстве 5 оптический сигнал преобразуетс  в электрический и далее через второй коммутатор 14 поступает в блок 15 формировани  машинных элементов, в котором происходит вычисление среднего значени  видеосигнала с участка телевизионного кадра размером пхп элементов разложени  телевизионного стандарта. В коррел ционной системе 16

изображение, поступающее с соответствующего оптико-электронного устройства 5, сравниваетс  с эталонным изображением, соответствующим наибольшей точности юстировки установки, и по результату сравнеии  формируетс  значение коэффициента коррел ции, величина которого зависит от степени совпадени  изображений. Вычисленное значение коэффициента коррел ции поступает на блок 17 сравнени , в котором

сравниваютс  значени  коэффициентов коррел ции, вычисленные дл  каждого положени  плоского зеркала 7. перемещающегос  в пределах пол  ошибок соответствующего модул . Значени  координат, при

которых коэффициент коррел ции максимальный , записываютс  в оперативное запоминающее устройство 50, наход щеес  в системе 13 управлени . В режиме работы установки эти координаты суммируютс  с

основными координатами, соответствующими положению оптической оси каждого модул  излучател  на обрабатываемойдета- ли в соответствии с требуемой программой. После вычислени  и запоминани  координат юстировки первого модул  излучател  привод 8 зеркала переключаетс  дл  юстировки следующего модул , в котором аналогично вычисл ютс  координаты юстировки .

-Аналогичным образом осуществл етс  автоматическа  юстировка всех модулей излучател , Полученные поправки к координатам положени  плоского зеркала 7.. соответствующим выводу каждого модул 

излучател  на общую оптическую ось, записаны в оперативном запоминающем устройстве 50.

Дл  работы устройства по требуемой программе на второй вход системы 23 управлени  подаетс  команда Работа, в результате чего на сумматор 21 поступают координаты положени  плоского зеркала 7, соответствующие выведению на общую оптическую ось первого модул  1 излучател ,

и дополнительно сигналы поправки, вычисленные при юстировании излучател .

С п того выхода системы 23 управлени  на первый коммутатор 18 поступают сигналы с тактовой частотой fM, которые включают поочередно соответствующие блоки 2 поджига. По сигналу с шестого выхода системы 13 управлени  закрываютс  соответствующие заслонки 3. Излучение каждого модул  1 излучател  поочередно, пройд  через комбинированное зеркало 6, плоское зеркало 7, которое с помощью привода 8 установлено в соответствующее данному модулю положение, полупрозрачную пластину 9 и формирующую систему 10, направл етс  на обрабатываемую деталь

Управление работой устройством осуществл етс  системой 13 управлени .

При поступлении на первый вход системы 13 управлени  команды на проведение юстировки второй триггер 53 устанавливаетс  в единичное состо ние, через шестой выход системы 13 управлени  открываетс  заслонка 3, открываетс  перва  логическа  схема И 24 и коммутатор 51 переключаетс  дл  прохождени  поправочных координат, а через первую логическую схему ИЛИ 35 первый кольцевой регистр сдвига 40 устанавливаетс  в исходное состо ние - ни первом его выходе устанавливаетс  уровень логической единицы.

Кадровые тактовые импульсы fK третьего выхода синхрогенератора 19 поступают на четвертый вход системы 13 управлени , переход т через первую логическую схему И 24 и поступают через четвертый выход системы 13 управлени  на вход записи блока 17 сравнени  в случае, если блок 17 сравнени  выдает уровень логической 1 (ККП KKn-i). Кадровые тактовые импульсы поступают также на вторую, . ,етью, четвертую и п тую логические схемы И 25-28, которые распредел ют прохождение тактовой частоты на суммирующие или вычитающие входы первого и второго сумматоров 42 и 43, где формируютс  справочные координаты юстировани . В случае, если в каждом последующем кадре коэффициент коррел ции ККП будет больше или равен коэффициенту коррел ции ККп-1 предыдущего кадра, эремещение плоского зеркала 7 в пределах пол  ошибок вывода соответствующего модул  излучател  на общую оптическую ось будет осуществл тьс  пр молинейно вдоль одной из координат. Например, открыта втора  логическа  схема И 25 и импульсы тк поступают на суммирующий вход первого сумм;тора 42, где при этом формируетс  поправка координаты перемещени  плоского зеокала по оси X с установленным

шагом. Если при очередном шаге коэффициент коррел ции будет меньше значени  коэффициента коррел ции предыдущего шага, блок 17 сравнени  выдает уровень логического О, при этом шеста  логическа  схема И 29 закрываетс , а седьма  логическа  схема И 30 через инвертор 44 открываетс  и пропускает импульсы fK на счетный вход первого регистра 40 сдвига.

0 при этом уровень логической 1 формируетс  на втором выходе первого регистра 40 сдвига и открывает третью логическую схему И 26. Это приводит к тому, что направление перемещени  плоского зеркала 7

5 измен етс  на 90°, т.е. измен ютс  по оси Y в сторону увеличени , если ККП ККП 1. Таким образом, каждое уменьшение текущего коэффициента коррел ции предыдущего значени  вызывает поворот направлени 

0 допуска на 90°.

Второй регистр 41 сдвига, восьма , дев та  и дес та  логические схемы И 31 -33, перва  лини  задержки 45 и первый триггер 52 формируют команду остановки поиска

5 положени  наилучшей юстировки модул  излучател  с общей оптической осью. В случае , если в двух последующих шагах до поиска коэффициент коррел ции ККП ККп-1. то поправочные координаты следующего

0 шага будут записаны в оперативное запоминающее устройство 50 и в дальнейшем в процессе работы установки они суммируютс  с координатами положени  плоского зеркала соответствующего модул  излучател ,

5 на котором проводилась юстировка оптических осей.

Схема формировани  команды на остановку юстировани  данного модул  работает следующим образом.

0Сигнал о смене направлени  допоиска

TH с седьмой логической схемы И 30 поступает на тактовый вход второго регистра 41 сдвига , у которого в младшем разр де записана логическа  1. Логическа  1 переходит во

5 второй разр д Этот же сигнал обнул ет первый триггер 52, который через врем  задержки первой линии 45 задержки включитс  импульсом 1т. Если же в следующем шаге допоиска не поступит сигнал fH, первый

0 триггер 52 остаетс  включенным и сигнал fr , поступающий на его пр мой вход, пройдет через открытую дес тую логическую схему И 33 и установит второй регистр 41 сдвига в исходное состо ние (уровень логической

5 единицы в младшем разр де).

Если в следующем шаге допоиска повторно будет сигнал fH, то уровень логической 1 во втором регистре 41 сдвига перейдет в третий разр д (первый выход) и откроет восьмую логическую схему И 31;

через нее в п тую логическую схему ИЛИ 39 в следующем шаге пройдет импульс fr через дес тую логическую схему И 33, который будет  вл тьс  командой остановки допо- иска данного модул  излучател . Эта же команда будет формироватьс  и в случае, если сигнал fn-придет в третьем шаге допоиска подр д, При этом во втором регистре 41 сдвига уровень логической 1 переместитс  в четвертый разр д (второй выход) и откроет дев тую логическую схему И 32, котора  в том же такте пропустит на п тую логическую схему ИЛИ 39 импульс fT с временной задержкой первой линии 45 задержки . В результате нескольких повторов допопска Р щг in ркало 7 устамэвлмоаег- с  в положение, в котором коэффициент коррел ции максимальный. По команде остановки допоиска элементы схемы устанавливаютс  в исходное состо ние - первый регистр 40 сдвига через первую логическую схему ИЛИ 35; обнуление регистров блока 17 сравнени ; второй счетчик 49 адреса посто нного запоминающего устройства 20 выбора координат положени  плоского зеркала 7 через четвертую логическую схему ИЛИ 38 по счетному входу устанавливаетс  на адрес координат следующего модул  1, дл  которого будет проводитьс  автоюстировка аналогичным образом, в оперативном запоминающем устройстве 50 через врем  задержки второй линии 46 задержки записываютс  координаты рассогласовани  оптических осей модул  1 излучател  с общей оптической осью, вычисленные в этом цикле .

После переключени  работы на следующий модуль 1 излучател  повтор етс  аналогична  операци  звтоюстировки. Дешифратор 55 формирует сигнал об окончании юстировки путем выдачи импульса, когда на его входе будет код числа следующего после адреса координат последнего модул  1 излучател . По импульсу конца юстировки обнул ютс : второй триггер 53 через третью логическую схему ИЛИ 37, второй счетчик 49 адреса посто нного запоминающего устройства 20, третий триггер 54, первый счетчик 48 адреса оперативного запоминающего устройства 50.

После прихода на второй вход системы 13 управлени  команды на начало работы установки второй триггер 53 через третью логическую схему ИЛИ 37 обнул етс  и открывает коммутатор 51 на прохождение поправочных координат положени  плоского зеркала, которые были сформированы в режиме юстировки и записаны в оперативном запоминающем устройстве 50 дл  каждого модул  излучател . Через шестой выход системы 13 управлени  поступает сигнал на закрытие заслонок 3.

Кроме того, устанавливаетс  в единичное состо ние третий триггер 54, открываетс  одиннадцата  логическа  схема И 34 и сигнал с тактовой частотой работы модулей fM поступает через п тый выход системы 13 управлени  на первый коммутатор 18 через четвертую логическую схему ИЛИ 38 на вто0 рой счетчик 49 адреса посто нного запоминающего устройства и через вторую логическую схему ИЛИ 36 - на первый счетчик 48 адреса записи оперативного запоми- нающего устройства 50, на которых

5 формируютс  адреса координат положени  плоского зеркала соответствующего модул  излучател  и адреса поправки к координатам . После обработки последнего модул  излучател  дешифратор 55 останавливает

0 работу, переключаетс  третий триггер 54,

Блок 15 формировани  машинных элементов осуществл ет вычисление среднего значени  видеосигнала с участка телевизионного кадра размером лхп элементов

5 разложени  телевизионного стандарта. С телевизионной камеры оптикоэлектронно- го устройства 5 через второй коммутатор 14 сигнал подаетс  на аналого-цифровой преобразователь 56 блока 15 формирова0 ни  машинных элементов. Первый сумматор 57 совместно с регистром 59 образуют накапливающий сумматор и вычисл ют суммарный видеосигнал по отрезкам телевизионных строк. Второй сумматор 58 и опе5 ративное запоминающее устройство 60 образуют накапливающий сумматор, в котором суммируютс  соответствующие отрезки строк и формируетс  строка машинных элементов . Первый счетчик 61 и перва  логи0 ческа  схема И 64 формируют тактовый сигнал конца отрезка строки, по которому обнул етс  регистр 59. Второй счетчик 62 и втора  логическа  схема И 65 формируют тактовую частоту выдачи машинных элемен5 той. Третий счетчик 63 формирует адрес оперативного запоминающего устройства 60. Формирователь 67 обрабатывает задний фронт синхроимпульса fc и обнул ет третий счетчик 63. Треть  логическа  схема И

0 66 пропускает на счетный вход третьего счетчика 63 импульсы конца отрезка машинного элемента в пределах пр мого хода строки.

Машинные элементы, сформированные

5 в блоки 15 формировани  машинных элементов , записываютс  в регистр 68 и поступают на первую схему 69 сравнени , где они сравниваютс  с пороговым уровнем, Результат сравнени  поступает на вторую одноразр дную схему 70 сравнени , в которой

происходит сравнение с эталонным изображением , записанным в посто нном запоминающем устройстве 72. Если значени  сигналов будут равны, то логическа  схема И 71 откроетс  и через нее пройдет сигнал Рмэ на вход второго счетчика. Чем больше будет совпадений фрагментов изображени  текущего и эталонного, тем большее число сформируетс  на втором счетчике 74. Это число представл ет собой знаковый коэф- фициент коррел ции дл  текущего и эталонного изображений. Первый счетчик 73 формирует адрес посто нного запоминающего устройства 72 эталона.

Формирующа  система 10, осуществл - юща  формирование требуемой диаграммы направленности излучени  и фокусирование его на обрабатываемой детали, представл ет собой телескоп определенной кратности с подвижным вдоль оси окул - ром.

Полупрозрачна  пластина 9, осуществл юща  сопр жение котировочного лазера 12 с общей оптической осью установки, выполнена в виде оптической пластины с зо- нальным покрытием.

Телескопическа  система 11, осуществл юща  формирование излучени  юстиро- вочного лазера, может быть выполнена в виде телескопа или подвижного окул ра.

Котировочный лазер 12 осуществл ет генерацию монохроматического импульсного излучени ; может быть использован лазер типа ЛТИП4-6.

Плоское зеркало 7 осуществл ет излу- чение в пространстве направлени  оси лазерного излучени  по определенной заданной программе и может быть выполнена , например, в виде головки с качающимс  зеркалом.

Привод зеркала 8 может быть постдоен на базе шагового двигател .

Оптико-электронное устройство 5 представл ет собой телевизионную камеру.

Комбинированное зеркало 6 представ- л ет собой многоэлементное зеркало, каждый элемент которого ориентирован так, что оптические оси модулей излучател  1 свод тс  в одну точку на плоском зеркале 7.

Заслонка 3 с приводом 4 может быть выполнена в виде механической шторки, установленной на оси шагового двигател .

Технологическа  установка, построенна  описанным выше образом, за счет осуществлени  автоматической юстировки модулей излучател  непосредственно перед началом работы установки обеспечивает повышение точности сведени  оптических лучей, что приводит к повышению средней плотности мощности излучени  на поверхности обрабатываемой детали . Это позволило расширить область применени  технологической лазерной установки.

Кроме операции сварки материалов установка позвол ет осуществл ть операцию сверлени  отверстий, резани  материалов, их термообработки и получени  на них рисунков с высокой скоростью.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  лазерной обработки деталей, содержащее систему управлени , модуль излучател  с блоком поджига, плоское зеркало с приводом и формирующую систему, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени , в нее введены оптически сопр женные юсти- ровочный лазер, телескопическа  система и полупрозрачна  пластина, установленна  между плоским зеркалом и формирующей системой, комбинированное зеркало, оптически сопр женное с плоским зеркалом и с модулем излучател , п-1 дополнительных модулей излучател  с блоками поджига , установленных параллельно модулю излучател  и оптически сопр женных с комбинированным зеркалом, п оптико-электронных устройств, каждое из которых оптически сопр жено с соответствующим модулем излучател , п заслонок с приводом , кажда  из которых установлена междусоответствующим модулем излучател  и оптико-электронным устройством, первый коммутатор, выход которого соединены с входами блоков поджига, а вход подключен к п тому выходу системы управлени , шестой выход которой соединен с приводами заслонок, последовательно соединенные второй коммутатор, блок формировани  машинных элементов, коррел ционна  система и блок сравнени , последовательно со- единенные посто нно запоминающее устройство, сумматор, цифроаналоговый преобразователь, усилитель и синхрогене- ратор, при этом информационные входы второго коммутатора соединены с выходами оптико-электронных устройств, первый выход системы управлени  подключен к входу посто нного запоминающего устройства и управл ющему входу второго коммутатора , второй выход системы управлени  - к второму входу сумматора, третий и четвертый выход системы управлени  - соответственно к второму и третьему входам блока сравнени , выход блока сравнени  соединен с третьим входом системы управлени , первый выход синхрогенерато- ра соединен с первыми входами блока формировани  машинных элементов и коррел ционной системы, второй выход син- хрогенератора соединен с вторыми входами блока формировани  машинных элементов, коррел ционной системы и каждого оптико- электронного устройства, третий выход син- хрогенератора соединен с четвертым входом системы управлени  и третьими входами блока формировани  машинных элементов , коррел ционной системы и каждого оптико-электронного устройства, четвертый выход синхрогенератора соединен с п тым входом системы управлени .
2. 2. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что система управлени  содержит одиннадцать логических схем И, п ть логических схем ИЛИ, два регистра, два сумматора , инвертор, три линии задержки, два счетчика, оперативное запоминающее устройство , коммутатор, три триггера и дешифратор при этом выход первой логической схемы И соединен с первыми входами второй , третьей, четвертой, п той, шестой и седьмой логических схем И и через первую линию задержки с первыми входами дев той и дес той логических схем И и S-входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом дес той логической схемы И, выход которой подключен к первому входу восьмой логической схемы И и информационному входу второго регистра сдвига, второй вход шестой логической схемы И объединен с входом инвертора и  вл етс  третьим входом системы управлени , выход шестой логической схемы И  вл етс  четвертым выходом системы управлени , выход инвертора подключен к второму входу седьмой логической схемы .И, выход которой соединен с входами синхронизации первого и второго регистров сдвига и R-входам первого триггера, первый , второй, третий и четвертый выходы первого регистра сдвига подключены к вторым входам соответственно второй, третьей, четвертой и п той логических схем И, выходы второй и третьей логических схем И соединены с суммирующими входами соответственно первого и второго сумматоров , выходы четвертой и п той логических схем И соединены с вычитающими входами соответственно первого и второго сумматоров , выходы кот орых подключены к информационному входу оперативного запоминающего устройства и второму информационному входу коммутатора, первый выход второго регистра сдвига подключен к второму входу восьмой логической схемы И, выход которой соединен с первым входом

   п той логической схемы ИЛИ, второй выход второго регистра сдвига соединен с вторым входом дев той логической схемы И, выход которой подключен к второму входу п той

   логической схемы ИЛИ, выход которой подключен к первому входу четвертой логической схемы ИЛИ, через вторую линию задержки к входу записи оперативного запоминающего устройства, через вторую и

   третью линии задержки к обнул ющим входам первого и второго сумматоров, к перво- му входу первой логической схемы ИЛИ и  вл етс  третьим выходом системы управлени , второй вход первой логической схемы ИЛИ объединен с А входом второго триггера и  вл етс  первым входом системы управлени , выход первой логической схемы ИЛИ соединен с информационным входом первого регистра сдвига, первый вход

   первой логической схемы И  вл етс  четвертым входом системы управлени , неинвертирующий выход второго триггера подключен к второму управл ющему входу коммутатора, второму входу первой логической схемы И и  вл етс  шестым выходом системы управлени , первый вход одиннадцатой логической схемы И  вл етс  п тым входом системы управлени , S-вход третьего триггера объединен с первым входом

   третьей логической схемы ИЛИ и  вл етс  вторым входом системы управлени , выход третьей логической схемы ИЛИ подключен к R-входу второго триггера, инвертирующий выход которого соединен с первым управл ющим входом коммутатора, выход третьего триггера подключен к второму входу одиннадцатой логической схемы И, выход которой соединен с вторыми входами второй и четвертой логических схем ИЛИ и  вл етс 

   п тым выходом системы управлени , выход четвертой логической схемы ИЛИ подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора и  вл етс  первым выходом системы управлени , выход дешифратора подключен к R-входам третьего триггера, первого и второго счетчиков и к второму входу третьей логической схемы ИЛИ, выход второй логической схемы ИЛИ соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен к адресному входу оперативного запоминающего устройства , выход оперативного запоминающего устройства соединен с первым

   информационным входом коммутатора, выход которого  вл етс  вторым выходом системы управлени .

   СО

   хпдд

   у81

   хтдд

   Щ

   9602991

   Риг.З

   КШ.17

   L