SU1764905A1 - Устройство дл лазерной обработки - Google Patents

Abstract

Использование: относитс  к области машиностроени  и предназначено дл  лазерной обработки. Сущность изобретени : устройство содержит импульсный источник энергии, который составлен из дес ти отдельных секций. Кажда  секци  выполнена из последовательно соединенных генератора зар дного тока, высоковольтного выпр мител , накопительной батареи, разр дного коммутатора, формировател  импульсов Система обратной св зи состоит из объектива , диафрагмы, конденсаторной линзы и 50%-ного нейтрального светоделител , установленных на одной оси, и двух фотоэлек- тронных умножителей. Входные окна умножителей закрыты светофильтрами с разнесенными полосами пропускани , расположенными перпендикул рно оптическим ос м каждого плеча, а умножители св заны с блоком управлени . Изобретение позвол ет формировать различные формы импульсов излучени . Изобретение расшир ет номенклатуру свариваемых материалов , повышает глубину проплавлени  и прочность швов путем подбора оптимальной формы и длительности импульсов . 2 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к области лазерной обработки и может быть использова- но дл  целей лазерной сварки в машиностроительной, электротехнической, автомобильной и др, отрасл х народного хоз йства .

Известно устройство питани  системы оптической накачки твердотельного импульсного лазера дл  сварки. Устройство состоит из импульсного источника энергии, оптического и управл ющего блоков. Отличительной особенностью импульсного источника энергии  вл етс  подача на лампу накачки двух импульсов тока от двух накопителей . Первый импульс с меньшей энергией , второй импульс несет в себе основную часть излучени . К недостаткам данного устройства следует отнести низкие технологические возможности установки, св занные с

невозможностью сваривать издели  из металлов с высокой отражающей способностью , например меди, т. к. на нем невозможно сформировать форму импульса , необходимую дл  сварки металлов с высокой отражающей способностью.

Кроме того, отсутствие отрицательной обратной св зи не позвол ет автоматизировать технологический процесс и измен ть энергетический вклад в свариваемый материал .

Вследствие того, что устройство формирует два импульса - первый с высокой плотностью мощности, который может вызывать  вление выплеска материала из сварочной ванны, а так как второй импульс несет в себе основную часть энергии излучени , то процесс сварки может перейти в процесс резVI

О Јь Ю О

ел

к и материала. Таким образом, качество сварки низкое.

Целью изобретени   вл етс  расширение технологических возможностей и улучшение качества сварки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известное устройство снабжено двум  формировател ми сигналов, измерителем соот- ношени  сигналов, формирователем импульсов обратной св зи, разр дным ре- гистром последовательного приближени , дес тью ждущими блокинг-генераторами, дес тью запоминающими устройствами, дес тью преобразовател ми код-аналог, дес тью устройствами сравнени , дес тью ждущими блокинг-генераторами зар дного коммутатора, регистрами кода скорости разр да и кода адреса пам ти формы импульса , селектором скорости разр да, логической системой управлени , дополнительно восемью импульсными источниками энергии, оптически св занными объективом, диафрагмой, конденсорной линзой, нейтральным светоделителем и двум  фотоэлектронными умножител ми, вы- ходные окна которых снабжены светофильтрами с разнесенными полосами пропускани , а выходы через формирователи сигналов соединены с входами измерител  соотношени  сигналов, выход которого через формирователь импульсов обратной св зи св зан с управл ющим входом разр дного регистра последовательного приближени , каждый из дес ти выходов которого через соответствующие ждущие блокинг-генераторы св заны с управл ющими входами каждого из дес ти разр дных коммутаторов, последовательно соединенными дес тью запоминающими устройствами, преобразовател ми код-ана- лог, устройствами сравнени  и ждущими блокинг-генераторами зар дного коммутатора , выходом св занными с управл ющими входами генераторов зар дного тока, а также регистрами кода скорости разр да и кода адреса пам ти формы импульса, выходом соединенными с каждым из дес ти запоминающих устройств, причем выход регистра кода скорости разр да через последовательно соединенные селектор ско- рости разр да и логическую систему управлени  св зан с установленным входом разр дного регистра последовательного приближени .

Изобретение дает возможность созда- ни  импульсов необходимой формы и длительности у лазеров импульсно-периодического действи , за счет набора его из 10 коротких импульсов, каждый из которых регулируетс  по амплитуде. Так как импульс формируетс 

из набора коротких импульсов, то по вл етс  возможность регулировки его по длительности .

При воздействии сформированного импульса повышаетс  температура зоны сварки , котора  улавливаетс  оптическим блоком обратной св зи. Температурный сигнал после регистрации сравниваетс  с эталоном, далее происходит остановка разр да накопител , либо уменьшение паузы между импульсами в зависимости от заданного режима обратной св зи.

Устройство состоит из клавиатуры 1, генератора тактовых импульсов 2, регистрового накопител  данных дл  хранени  кода скорости разр да 3, регистрового накопител  данных дл  хранени  кода адреса пам ти формы импульса 4, селектора скорости разр да 5, логической системы управлени  6, разр дного регистра последовательного приближени  7, формировател  импульса обратной св зи 8, ждущих блокинг-генера- торов 9-18, формировател  импульсов сигнала обратной св зи 19, измерител  соотношени  сигналов 20, формирователей сигналов 21, 22. Система обратной св зи 23-30 содержит электронные умножители 23, 24, 50% нейтральный светоделитель 25, светофильтры с разнесенной полосой пропускани  26, 27, конденсорной линзы 28, диафрагмы 29, объектива 30. Также устройство включает запоминающие устройства 31-40, преобразователи код-аналог 41-50, устройство сравнени  51-60, ждущих бло- кинг-генераторов зар дного коммутатора 61-70. Импульсный источник энергии, вход щий в состав устройства 71-120, включает в себ  генераторы зар дного тока 71-80, высоковольтные выпр мители 81-90, накопительные батареи 91-100, разр дные коммутаторы 101-110, формирователи импульсов 111-120, лампы накачки 121 и оптический блок 122.

Оптический блок 122 включает в себ  фокусирующие элементы и защитные окна.

В импульсном источнике энергии применены 10 независимых источников. Это позвол ет зар жать накопительную батарею до различных, заданных заранее значе- ний зар да. Блок-схема импульсного источника энергии представлена на фиг. 1. Управление работой зар дных и разр дных цепей накопител  обеспечиваетс  блоком управлени . Блок управлени  на фиг. 1 представлен позици ми с 1 по 22; с 31 по 70. Генератор тактовых импульсов 2 вырабатывает набор частот, необходимых дл  работы всей системы, селектор скорости разр да 5 необходим дл  выбора скорости разр да разр дного коммутатора. Регистровые накопители данных, служащие дл  хранени  кода данных, записанных с клавиатуры 1, обозначены: 3 -дл  хранени  кода скорости разр да, 4 - дл  хранени  кода адреса пам ти формы импульса. Логическа  система управлени  6 осуществл ет управление системой в режимах работы зар д-разр д. Разр дный регистр последовательного приближени  7 управл ет дес тью ждущими блокинг-генераторами 9-18, Ждущие бло- кинг-генераторы вырабатывают последовательность коротких импульсов, необходимых дл  управлени  зар дных и разр дных тиристоров.

Клавиатура 1 св зана с регистровым накопителем данных, который служит дл  хранени  кода адреса пам ти формы импульса 4. Код адреса пам ти хранитс  в запоминающем устройстве 31-40. Дл  преобразовани  кода, хран щегос  в запоминающем устройстве, служит преобразователь код- аналог 41-50. Аналоговый сигнал  вл етс  опорным дл  устройства сравнении 51-60. Устройства сравнени  через регистры последовательного приближени  61-70 св заны с генераторами тока 71-80.

Система обратной св зи включает в себ  с 23-30. Ока обеспечивает измерение параметров лучистого потока и строитс  по принципу спектральных отношений. Этот метод состоит в том, что измерительный поток раздел етс  системой цветоотделени  и фильтрации на два узкополосных потока с разными длинами волн. Через объектив 30, диафрагму 29, конденсатор 28 световой поток попадает на 50% нейтральный светоделитель 25. На нем делитс  на 2 части и попадает на входные кона 26, 27, которые закрыты светофильтрами с разнесенными полосами пропускани . Фоюзлектронные умножители 23, 24 св заны с формировател ми сигналов 21, 22 и далее с измерителем соотношени  этих сигналов 20. В свою очередь , он св зан с формирователем импульсного сигнала обратной св зи 19 и далее с формирователем импульса обратной св зи измерительной системы 8.

Оптический блок 122 включает в себ  фокусирующие элементы и защитные окна.

Рассмотрим работу устройства. Дл  этого проследим работу одного канала, т. к. остальные работают аналогично. Перед началом работы ввод тс  данные в пам ть блока управлени , то есть задать форму импульса , необходимую дл  решени  данной технологической задачи. Объем пам ти прибора позвол ет заносить 16 значений форм импульса и вызывать их по необходимости, мен   адрес запроса. Контроль формы импульса , вызываемого из пам ти и заносимого в пам ть, осуществл етс  по табло на передней панели прибора. Необходимо установить сЩЗбст ь разр да накопител , значение которой тоже вли ет на форму

выходного импульса. Скорость разр да набираетс  на клавиатуре двоичным кодом и отображаетс  на передней панели. Далее устанавливают верхнее значение температур зоны сварки набором кода в блоке об0 ратной св зи. При нажатии в клавиатуре клавиши импульс5 сигнал логическа  1 поступит в блок 6. Отработав сигнал блок 6 выдает команду на зар д накопител . Генераторы зар дного тока силовой части нахо5 д тс  в закрытом состо нии. Дл  поддержани  этого состо ни  генераторы получают импульсы, необходимые дл  управлени  семистором от ждущих блокинг- генераторов, которые будут выдавать

0 импульс управлени  до тех пор, пока на их логическом входе будет записана 1. Блок 6 снимает 1 в логическом входе блокинг- генераторов и они прекращают выработку запускающих импульсов. Семисторы гене5 ратора тока закрываютс , и на входе генератора начинает расти напр жение, которое через повышающий трансформатор и высоковольтный выпр митель начинает зар д накопительной батареи. Код формы

0 импульса, записанный в пам ть блока 31 по данному адресу, набранному с клавиатуры, поступает в преобразователь код-аналог, преобразуетс  в аналоговый сигнал, который  вл етс  опорным, и подаетс  на один

5 из входов устройства сравнени . На второй его вход по цепочке обратной св зи поступает значение зар да на данный момент времени. При достижении равенства двух величин устройство сравнени  переходит в

0 другое логическое состо ние и записывает 1 в блокинг-генератор генератора тока, ко- торые получив команду, начинают вырабатывать импульсы. Семисторы генераторов тока открываютс  и закорачивают выход ге5 нераторов тока. Зар д накопительной батареи окончен. Затем блок 6 получает команду на формирование разр дного импульса. Поскольку скорость разр да накопительной батареи заранее выбрана и занесена в блок

0 3, то на выходе селектора присутствует одна из семи частот, поданных на селектор, котора  и определит скорость разр да накопительной батареи. Последовательность разр дных импульсов вырабатываетс  бло5 ком 6 и поступает в регистр последовательного приближени , который с заданной скоростью запускает разр дные блокинг-ге- нераторы. Последние начинают вырабатывать импульс запуска тиристоров разр дного коммутатора. Открыва сь по

очереди, тиристоры разр дного коммутатора в такой же последовательности разр жают накопительную батарею на импульсную лампу накачки, котора  возбуждает оптическую часть установки. В результате импульс лазерного излучени  воздействует на зону сварки, что приводит к мгновенному повышению температуры этой зоны, температура в свою очередь регистрируетс  измерительным блоком. Сигнал температурной обратной св зи, сформированный в измерительном блоке, поступает в блок управлени , где, пройд  дополнительное формирование и сравнение, поступает на разр дный регистр последовательного приближени . Это приводит к остановке регистра и остановке разр да части накопител , что предохран ет нарушение технологического процесса.

Данна  совокупность блоков позвол ет формировать различные формы импульса как по амплитуде фиг. 2а, б, так и по длительности фиг. 2 в, г. Что, в свою очередь, открывает возможность производить сварку металлов с высокой отражающей способностью . Т. к. при применении импульса с крутым передним фронтом, характерным дл  частотно-периодических лазеров (рис. 1, е), процесс сварки механизмов с высокой отражающей способностью организовать невоз- можно 1. Это позвол ет расширить технологические возможности установки. Улучшение качества сварки происходит за счет возможности регулировать тепловло- жение в зону сварки. Т, е. форма, длительность , амплитуда импульса формируютс  в зависимости от теплофизических характеристик свариваемых материалов и условий сварки.

Известно применение импульсных источников энергии, которые примен ют дл  сварки материалов 1. В предлагаемом изобретении разделение импульсного источника энергии на 10 отдельных секций, причем кажда  секци  соответственно св занна  с блоком управлени  обратной св зью, и системы обратной св зи позвол ют получить тот или иной закон введени  энергии и измен ть его в течение технологического процесса в зону сварки.

При проведении экспертизы не вы влено технических решений, которые сходны с предлагаемыми, следовательно, последнее обладает существенными отличи ми.

Использование устройства дл  лазерной обработки позвол ет улучшить качество сварки материалов, так при этом уменьшаетс  нестабильность глубины проплавлени  в 3,6 раза; уменьшаетс  ширина зоны термического вли ни  в 3 раза; снижаетс  число пор на единицу длины шва в 4 раза.

Claims (1)

1. Кроме того, можно осуществл ть сварку металлов с высокой отражающей способно5 стью, например медь и алюминий. Формула изобретени  Устройство дл  лазерной обработки, содержащее оптический блок, первый и второй импульсные источники энергии,

   0 состо щие из последовательно соединенных генератора зар дного тока, высоковольтного выпр мител , накопительной линии, разр дного коммутатора, формировател  импульсов, генератора тактовых им5 пульсов, отличающеес  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей и улучшени  качества сварки, оно снабжено двум  формировател ми сигналов , измерителем соотношени  сигналов,

   0 формирователем импульсов обратной св зи , разр дным регистром последовательного приближени , дес тью ждущими блокинг-генераторами, дес тью запоминающими устройствами, дес тью преобразо5 вател ми код-аналог, дес тью устройствами сравнени , дес тью ждущими блокинг-генераторами зар дного коммутатора, регистрами кода скорости разр да и кода адреса пам ти формы импульса, селектором скоро0 сти разр да, логической системой управлени , дополнительно восемью импульсными источниками энергии, оптически св занными объективом, диафрагмой, конденсорной линзой, нейтральным светоделителем и

   5 двум  фотоэлектронными умножител ми, входные окна которых снабжены светофильтрами с разнесенными полосами пропускани , а выходы - через формирователи сигналов соединены с входами измерител 

   0 соотношени  сигналов, выход которого через формирователь импульсов обратной св зи св зан с управл ющим входом разр дного регистра последовательного приближени , каждый из дес ти выходов

   5 которого через соответствующие ждущие блокинг-генераторы св заны с управл ющими входами каждого из дес ти разр дных коммутаторов, последовательно соединенными дес тью запоминающими

   0 устройствами, преобразовател ми код-аналог , устройствами сравнени  и ждущими блокинг-генераторами зар дного коммутатора , выходом св занными с управл ющими входами генераторов зар дного тока, а

   5 также регистрами кода скорости разр да и кода адреса пам ти формы импульса, выходом соединенным с каждом из дес ти запо- минающих устройств, причем выход регистра кода скорости разр да через по- следовательно соединенные селектор скорости разр да и логическую систему управлени  св зан с установленным входом разр дного регистра последовательного приближени .

   djjjjjjJM.

   т

   a

   LI Li

   S 5Ю

   A

   иШШШША.

   s

   Ш

   MM