Патент на изобретение №2293005

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к лазерной технологии, в частности к установке для лазерной обработки, которая может быть использована для различной обработки деталей с поверхностями вращения. В установке устройство крепления и вращения (3) обрабатываемой детали (4) установлено на платформе, выполненной с возможностью ее перемещения по направляющим (6). Технологический лазер, лазерная головка (15) и световой шарнир (19) выполнены в виде единого лазерного блока, который установлен на каретке привода вертикального перемещения (8), установленного на каретке стационарного привода горизонтального перемещения (9). Привод (20) углового поворота светового шарнира (19) установлен на корпусе лазерного блока. Внутренние полости светового шарнира (19) и лазерной головки (15) соединены с системой подачи очищенного воздуха. Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности эксплуатации установки, сокращении ее габаритов, уменьшении загрязнения оптических элементов в процессе обработки. 4 ил.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для различной лазерной обработки деталей с поверхностями вращения.

Известна установка для лазерной обработки по пат. РФ №2107599 (опубл. 27.03.1998), включающая в себя стационарный технологический лазер, систему транспортировки излучения с поворотным блоком с отражающим зеркалом, систему управления, защитную кабину, технологический стол для обрабатываемой детали, подвижный блок, установленный над технологическим столом, состоящий из привода перемещения в горизонтальной плоскости, технологического объектива и поворотного отражающего зеркала, вращающегося вокруг вертикальной оси.

При работе данной установки генерируемое в технологическом лазере излучение направляется на управляемый поворотный блок, отражается на его зеркале и далее попадает на поворотное зеркало подвижного блока. Затем, отражаясь от поворотного зеркала подвижного блока, излучение направляется вертикально вниз в технологический объектив, где фокусируется на обрабатываемую деталь, установленную на технологическом столе. Подвижный блок осуществляет горизонтальные перемещения вдоль двух координат, формируя траекторию обработки детали.

Однако данная установка пригодна для обработки только плоских деталей (листы и пр.) или деталей с незначительным отклонением от плоскости, так как лазерный луч направлен вертикально вниз и не меняет своего направления в процессе обработки и технологический стол в процессе обработки неподвижен. Другим недостатком описанной установки является нестабильность длины лазерного луча при обработке детали из-за того, что технологический лазер установлен стационарно, а подвижный блок, передающий излучение, перемещается по обрабатываемой поверхности. При изменении длины лазерного луча изменяются его характеристики, а следовательно, качество выполнения операций обработки детали лазерным лучом в разных положениях подвижного блока будет различно.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для лазерной обработки по пат. РФ №2218255 (опубл. 10.12.2003), предназначенная для обработки крупногабаритных деталей с поверхностями вращения второго порядка. Установка содержит несущую конструкцию, стационарный технологический лазер, лазерную головку с приводом фокусировки, световой шарнир, устройство крепления обрабатываемой детали, системы управления и энергообеспечения. Имеются приводы углового поворота лазерной головки, вертикального перемещения лазерной головки, горизонтального перемещения лазерной головки, горизонтального перемещения устройства крепления обрабатываемой детали, вращения обрабатываемой детали.

Благодаря увеличению степеней свободы перемещения лазерного луча относительно обрабатываемой детали описанная установка позволяет обрабатывать более широкий спектр деталей (становится возможной обработка деталей с поверхностями вращения второго порядка). Однако недостатком указанной установки по-прежнему является изменение длины лазерного луча в процессе обработки, что затрудняет фокусировку луча, так как постоянно изменяется расстояние между стационарным технологическим лазером и подвижной лазерной головкой. Вследствие установки технологического лазера стационарно, и при условии обеспечения перемещения лазерной головки по всем перечисленным координатам усложняется и удлиняется оптический тракт, что приводит к увеличению потерь энергии. Другим недостатком данной установки является возможность загрязнения оптических элементов лазерной головки и светового шарнира продуктами лазерной обработки, попадающими в процессе работы установки в окружающий воздух.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечить постоянную и минимальную длину лазерного луча в процессе обработки, предотвратить возможность загрязнения оптических элементов лазерной головки и светового шарнира продуктами лазерной обработки, попадающими в процессе работы установки в окружающий воздух.

Для достижения указанного технического результата в установке для лазерной обработки, содержащей несущую конструкцию, технологический лазер, лазерную головку, световой шарнир с приводом его поворота, приводы горизонтального и вертикального перемещений лазерной головки и светового шарнира, устройство крепления и вращения обрабатываемой детали, установленное на платформе, выполненной с возможностью ее перемещения по направляющим, системы управления и энергообеспечения, технологический лазер, лазерная головка и световой шарнир выполнены как единый лазерный блок, лазерный блок установлен на каретке привода вертикального перемещения, привод вертикального перемещения установлен на каретке стационарного привода горизонтального перемещения, привод углового поворота светового шарнира установлен на корпусе лазерного блока, внутренние полости светового шарнира и лазерной головки соединены с системой подачи очищенного воздуха.

Отличительными признаками предлагаемой установки лазерной обработки от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются выполнение технологического лазера, лазерной головки и светового шарнира в виде единого лазерного блока, установка лазерного блока на каретке привода вертикального перемещения, установка привода вертикального перемещения на каретке стационарного привода горизонтального перемещения, установка привода углового поворота светового шарнира на корпусе лазерного блока и соединение внутренних полостей светового шарнира и лазерной головки с системой подачи очищенного воздуха.

Благодаря наличию этих признаков при работе установки для лазерной обработки удается обеспечить 2 степени свободы перемещения технического лазера относительно обрабатываемой поверхности, в результате становится возможным позиционировать источник лазерного излучения на минимальном расстоянии от обрабатываемой поверхности и упростить оптический тракт за счет сокращения оптических элементов, уменьшить длину лазерного луча и поддерживать ее постоянной, и, как следствие, уменьшить потери энергии в оптическом тракте, исключить процесс фокусировки лазерного луча при обработке поверхности, упростить процесс обработки. Кроме того, соединение внутренних полостей светового шарнира и лазерной головки с системой подачи очищенного воздуха дает возможность предотвратить загрязнение оптических элементов лазерной головки и светового шарнира продуктами лазерной обработки, попадающими в процессе работы установки в окружающий воздух, повысить надежность и безопасность ее эксплуатации, сократить габариты.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 показан общий вид установки для лазерной обработки.

На фиг.2 показаны пути перемещения рабочих органов установки.

На фиг.3 показан путь лазерного луча.

На фиг.4 показано устройство лазерного блока.

Установка для лазерной обработки (фиг.1) содержит защитную кабину 1, лазерный блок 2, устройство крепления и вращения обрабатываемой детали в виде технологического стола 3, на который устанавливается обрабатываемая деталь 4. Привод 5 перемещает технологический стол 3 в горизонтальном направлении (координата Z, фиг.2, 3) по направляющим 6. Привод 7 приводит во вращение обрабатываемую деталь 4 вокруг своей оси (координата U, фиг.2, 3). Лазерный блок 2 установлен на каретке привода 8 вертикального перемещения лазерного блока 2 (координата Y, фиг.2, 3). Привод 8 с лазерным блоком 2 закреплены на каретке стационарного привода 9 горизонтального перемещения (координата X, фиг.2, 3). Лазерный блок 2 через гибкую связь 10 и систему роликов 11 соединен с противовесом 12 (фиг.1) для обеспечения надежности и безопасности работы установки, исключения возможности самопроизвольного перемещения лазерного блока по вертикали.

Лазерный блок 2 (фиг.4) содержит технологический лазер 13, установленный в герметичном корпусе 14, лазерную головку 15, штуцер 16 системы подвода очищенного воздуха, неподвижное зеркало 17, подшипниковый узел 18, световой шарнир 19, привод 20 светового шарнира 19, кинематическую передачу 21. Лазерная головка 15 содержит входное защитное стекло 22, рассеивающую линзу 23, неподвижную в осевом направлении, и трансфокатор 24. Трансфокатор 24 содержит собирающую линзу 25, подвижную в осевом направлении, подвижную оправку 26 рассеивающей линзы 23. Световой шарнир 19 содержит подвижное зеркало 27 и подвижное защитное стекло 28. Защитная кабина 1 имеет защитный рольставень – 29 (фиг.1). Предлагаемая установка работает следующим образом. В исходном положении лазерный блок 2 поднят в верхнее положение, защитный рольставень 29 открыт и технологический стол 3 выведен из защитной кабины 1 (фиг.1). На поверхность технологического стола 3 устанавливается обрабатываемая деталь 4, при этом ось вращения технологического стола 3 совпадает с осью вращения обрабатываемой поверхности детали 4. С помощью привода 5 технологический стол 3 по направляющим 6 перемещается внутрь защитной кабины 1 и останавливается в рабочем положении (координата Z, фиг.2, 3). Защитный рольставень 29 закрывается. Лазерный блок 2 с помощью стационарного привода 9 позиционируется над обрабатываемой деталью 4 по координате Х (фиг.2, 3), затем с помощью привода 8 – по координате Y (фиг.2, 3). Выполнение технологического лазера как единого лазерного блока 2 позволяет установить его на каретке привода 8 вертикального перемещения, который установлен на каретке стационарного привода 9 горизонтального перемещения. Установка лазерного блока 2 на каретке линейного привода 8 вертикального перемещения (координата Y фиг.2, 3) дает возможность перемещаться лазерному блоку 2 по двум координатам Х и Y (фиг.2, 3), т.е. лазерный блок 2 имеет две степени свободы относительно защитной кабины 1. Появляется возможность позиционирования луча на минимальное и постоянное расстояние от обрабатываемой поверхности 4, отпадает необходимость его фокусировки в процессе работы, упрощается процесс обработки, число оптических элементов сокращается, уменьшаются потери энергии.

Световой шарнир 19 позиционирует лазерный луч в начальную точку обработки детали 4 (координата Т, фиг.2, 3). Включается технологический лазер 13 и вращение технологического стола 3 (координата U, фиг.2, 3). Лазерный луч L, выходя из технологического лазера 13, направляется вертикально вниз, и, проходя через входное защитное стекло 22, рассеивающую линзу 23, собирающую линзу 25, попадает под углом 45° на неподвижное зеркало 17. Затем, отразившись от зеркала 17, лазерный луч получает горизонтальное направление по оси А (фиг.3) поворота светового шарнира 19 и попадает на поверхность подвижного зеркала 27 под углом 45°, отражается от него и получает направление, соответствующее повороту светового шарнира 19. Световой шарнир 19 приводится в движение приводом 20, который установлен на корпусе 14 лазерного блока 2. Установка привода 20 на корпусе 14 лазерного блока 2 дает возможность упростить конструкцию кинематической передачи 21 от привода 20 к световому шарниру 19. Пройдя через выходное защитное стекло 28, луч выходит из светового шарнира 19 и попадает на поверхность обрабатываемой детали 4. Для предотвращения попадания продуктов лазерной обработки во внутренние полости лазерной головки 15 и светового шарнира 19, эти полости соединены с системой 16 подачи очищенного воздуха (фиг.4). При подаче сжатый воздух создает избыточное давление во внутренних полостях лазерной головки 15 и светового шарнира 19 и, тем самым, препятствует попаданию в полости продуктов лазерной обработки и, как следствие, возможности оседания этих продуктов на поверхностях оптических элементов. После каждого оборота технологического стола 3 производится поворот светового шарнира 19 (координата Т, фиг.4) на заданную величину в одном направлении, пока координата Т не достигнет заданного конечного значения. Путем последовательного изменения координат X, Y, Z, Т становится возможным проводить обработку поверхности в любой точке поверхности детали.

Формула изобретения

Установка для лазерной обработки, содержащая несущую конструкцию, технологический лазер, лазерную головку, световой шарнир с приводом его поворота, привод вертикального перемещения с кареткой, стационарный привод горизонтального перемещения с кареткой, устройство крепления и вращения обрабатываемой детали, установленное на платформе, выполненной с возможностью ее перемещения по направляющим, и системы управления и энергообеспечения, отличающаяся тем, что технологический лазер, лазерная головка и световой шарнир выполнены в виде единого лазерного блока, который установлен на каретке привода вертикального перемещения, установленного на каретке стационарного привода горизонтального перемещения, при этом привод углового поворота светового шарнира установлен на корпусе лазерного блока, а внутренние полости светового шарнира и лазерной головки соединены с системой подачи очищенного воздуха.

РИСУНКИ