Спосіб лазерної обробки циліндричних отворів в заготівках із прозорих матеріалів

Реферат: Спосіб лазерної обробки циліндричних отворів в заготівках із прозорих матеріалів включає розташування заготівки на столі лазерної технологічної установки на шляху лазерного променя, енергію якого концентрують оптичною системою на поверхню заготівки та подачею одного або декількох імпульсів лазерної енергії виконують обробку отвору, починаючи з поверхні, яка протилежна тій, що обернена до оптичної системи. Під час обробки через тіло заготівки нормально до осі променя направляють додатковий промінь видимого діапазону на фотоприймач, що розташовують з протилежного боку заготівки та підключають його до приводу переміщення столу вздовж осі променя, що обробляє отвір. UA 119051 U (12) UA 119051 U UA 119051 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до методів обробки отворів лазерним променем в заготівках, матеріал яких прозорий для світла видимого діапазону і може застосовуватися для формування отворів в часових рубінових каменях, алмазних волоках тощо. Відомий спосіб обробки отворів в заготівках, за яким заготівку розташовують на столі лазерної технологічної установки на шляху лазерного променя, енергію якого концентрують оптичною системою на поверхню заготівки та подачею одного або декількох імпульсів лазерної енергії виконують обробку отвору, причому її починають з поверхні, яку обернено до оптичної системи [1]. Аналогічний спосіб лазерної обробки має декілька недоліків. Перший пов'язаний з тим, що при руйнуванні матеріалу заготівки формується факел назустріч лазерному променю, що заважає доставці енергії в зону опромінення. До того ж швидкість розльоту складових факелу (пари, рідких крапель та твердих часток) додає їм такої кінетичної енергії, яка небезпечна для поверхонь оптичних елементів: вони можуть не тільки втрачати прозорість, але і руйнуватися. Наступні недоліки пов'язані з низькою якістю повздовжнього профілю обробленого отвору, який набуває конічної вхідної частини внаслідок більшого часу нагрівання матеріалу в цій частині протягом опромінення та загального конусу, чинником якого є поступове зниження рівня інтенсивності променя на дні отвору по мірі його переміщення до протилежної стінки заготівки. Ближчим за якістю оброблених отворів та алгоритмом його реалізації до корисної моделі є спосіб лазерної обробки отворів в заготівках із прозорих матеріалів, за яким заготівку розташовують на столі лазерної технологічної установки на шляху лазерного променя, енергію якого концентрують оптичною системою на поверхню заготівки та подачею одного або декількох імпульсів лазерної енергії виконують обробку отвору, причому її починають з поверхні, яка протилежна тій, що обернена до оптичної системи [2]. Недоліком відомого способу є конічна вихідна частина отвору та загальна його конусоподібність, яка викликана поступовим зниженням інтенсивності на дні отвору по мірі його зміщення в направленні до лінзи. Задачею корисної моделі є обробка отворів циліндричної подовжньої форми. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб лазерної обробки циліндричних отворів в заготівках із прозорих матеріалів, за яким заготівку розташовують на столі лазерної технологічної установки на шляху лазерного променя, енергію якого концентрують оптичною системою на поверхню заготівки та подачею одного або декількох імпульсів лазерної енергії виконують обробку отвору, починаючи з поверхні, яка протилежна тій, що обернена до оптичної системи, згідно з корисною моделлю, під час обробки через тіло заготівки нормально до осі променя направляють додатковий промінь видимого діапазону на фотоприймач, що розташовують з протилежного боку заготівки та підключають його до приводу переміщення столу вздовж осі променя, що обробляє отвір. Схема реалізації способу обробки отворів зображено на кресл., де промінь від лазера 1 направляють на лінзу 13, яку розташовують над поверхнею заготівки 3, установленій на поверхні столу 9 над технологічним отвором 12 в ньому, який накривають фольгою 8 з матеріалу, що має високу поглинальну здатність до променя 2. З однієї сторони заготівки 3 на рівні поверхні фольги 8 через тіло заготівки нормально до осі променя 2 направляють додатковий промінь 6 від випромінювача 5 (газовий лазер He-Ne або напівпровідниковий AlxGa1xAs з λ=0,62 мкм), який направляють в фотоприймач 7, вихід якого підключають до процесора 11, а його виходи з'єднують - один з блоком керування лазером 1, а інший з приводом 10 переміщення столу вздовж осі променя 2. 4 - діафрагми, які встановлюють для зменшення поперечного розміру променю 6. Спосіб реалізується в такій послідовності. Заготівку 3 розташовують на столі 9 від лінзою 13 віссю отвору, що потрібно виготовити, співвісно з отвором 12 в столі 9. Між заготівкою та столом розміщують фольгу 8 із матеріалу, що добро поглинає енергію променя 2. Лінзу 13 розташовують вздовж осі променя 2 на відстані від нижньої поверхні заготівки, яка потрібна для формування зони опромінення визначеного розміру на фользі 8. Лазер 5 розташовують з одного боку заготівки 3 таким чином, що б його промінь 6, зменшений у попереку діафрагмою 4, проходив нормально до осі променя на найменшій відстані від нижньої поверхні заготівки. На шляху променя 6 з іншої сторони заготівки 3 виставляють фотоприймач 7 з діафрагмою 4 на вхідному його вікні. Вихід фотоприймача 7 підключено до входу процесора 11, а через його виходи керуючі сигнали направляють на вхід приводу 10 переміщення столу 9 вздовж променя 2, а також на блок керування лазером 1. Режим роботи процесора 11 залежить від яскравості освітлення променем 6 фотоприймача 7: відсутність променя 6 на фотоприймачу 7 викликає роботу приводу 10 та переміщення заготівки 3 в бік від лінзи 13; ярке освітлення приймача 7 до виключення лазера 1, а нижча яскравість променя 6 - до зупинки руху столу 9 із заготівкою 3 1 UA 119051 U 5 10 15 20 приводом 10. При подачі імпульсів лазерної енергії на визначених режимах опромінення енергія першого з них поглинається матеріалом фольги 8 та її руйнує, що викликає створення в ній отвору та теплову дію на нижню поверхню заготівки 3. Її матеріал графітується (алмаз) або покривається непрозорими α та β фазами інших кристалів, що створює умови поглинання наступних порцій енергії та формування каналу отвору внаслідок руйнування матеріалу заготівки. Ріст глибини лунки викликає перекриття променя 6 непрозорими її стінками та запуск приводу 10 столу 9. Заготівка 3 опускається до відкриття променю, тобто дно лунки змішується в промені до перетину його каустики заданого розміру. Продукти руйнування матеріалу заготівки видаляються через отвір 12 в столі 9 та не заважають подачі енергії в оброблювальну лунку. Наступні імпульси енергії збільшують глибину лунки і процедура відновлення умов опромінення повторюється, це подовжується до формування наскрізного отвору, що викличе яскраве освітлення фотоприймача променем 6 над передньою поверхнею заготівки та виключення блока керування лазера 1. Таким чином, набір виконаних дій призведе до стабілізації умов опромінення протягом усієї операції, виключає вхідний конус отвору та вплив ерозійного факелу на результат обробки, тобто поставлену мету досягнуто. Джерела інформації: 1. Парфенов В.А. Лазерная микрообработка материалов. Санкт-Петербург: Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2011 г. - 59с. рис. 1.2, стр. 9. 2. Вакс Е.Д., Миленький М.Н., Сапрыкин Л.Г. Практика прецизионной лазерной обработки. Москва: Техносфера, 2013. - 696 с. рис. 7.2, стр. 445. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб лазерної обробки циліндричних отворів в заготівках із прозорих матеріалів, що включає розташування заготівки на столі лазерної технологічної установки на шляху лазерного променя, енергію якого концентрують оптичною системою на поверхню заготівки та подачею одного або декількох імпульсів лазерної енергії виконують обробку отвору, починаючи з поверхні, яка протилежна тій, що обернена до оптичної системи, який відрізняється тим, що під час обробки через тіло заготівки нормально до осі променя направляють додатковий промінь видимого діапазону на фотоприймач, що розташовують з протилежного боку заготівки та підключають його до приводу переміщення столу вздовж осі променя, що обробляє отвір. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2