Установка для розділення кристалів лазерним променем

Реферат: Установка для розділення кристалів лазерним променем, який утримує лазер, оптичну систему із двох перетворюючих лінз - сферичної та циліндричної, розташованих одна за одною на осі променя з можливістю переміщення сферичної лінзи вздовж нього, та стіл для розташування заготівки, причому в оптичній системі додатково використовується друга циліндрична лінза, яка розташована під першою таким чином, що їх осі перехрещуються під нормальним кутом, причому кожна має привод її переміщення вздовж повздовжньої осі іншої, а обидві мають також привод їх сумісного повороту навколо осі променя та переміщення вздовж неї. UA 109745 U –– UA 109745 U UA 109745 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до лазерного технологічного обладнання і призначена для застосування в операціях обробки (розрізання, зміцнення та гравірування) матеріалів, зокрема для безвідхідного розділення кристалів. Відома установка для розрізання крихких неметалевих матеріалів, яка має лазер, оптичну систему із двох перетворюючих лінз - сферичної та циліндричної, розташованих одна за одною на осі променя, пристрій у вигляді форсунки для подачі повітряно-рідинного холодоагенту на оброблювальну поверхню заготівки та стіл для її розміщення з приводом переміщення відносно лазерного променя [1]. Недоліками відомої установки є складність виконання послідовних переходів технологічної операції: надрізання паза вздовж лінії різу перетвореним сферичною лінзою лазерним променем, нагрівання дна різу в матеріалі заготівки променем, перетвореним циліндричною лінзою у витягнуту форму з одночасним переміщенням заготівки відносно променя та точкової форсунки для подачі повітряно-рідинного холодоагенту. Додатково ця складність призводить до помилок відносного розташування променя і заготівки при зміненні перетворюючої лінзи для виконання другого переходу та охолодження різу струменем рідини. Найбільш близьким за технічною суттю та результатами, що досягаються, до запропонованої установки є установка [2], яка має лазер, оптичну систему із двох перетворюючих лінз - сферичної та циліндричної, розташованих одна за одною на осі променя, та протяжний щілинний механізм подачі холодоагенту, витягнутий уздовж лінії різання та стіл для розташування та переміщення заготівки. Відома установка для розділення кристалів лазерним променем має недоліки, які пов'язані із складністю налагодження взаємного розташування двох елементів оптичної системи та характерної каустики променя, який перетворений ними, вздовж лінії розділення кристалу, а також відповідного переміщення вздовж вибраного напряму розділення. Задачею корисної моделі є спрощення процедури налагодження оптичної системи відносно кристалу, що розділяється, а також підвищення точності виконання відносного переміщення кристала та лазерного променя. Поставлена задача вирішується в запропонованій установці для розділення кристалів лазерним променем, який утримує лазер, оптичну систему із двох перетворюючих лінз сферичної та циліндричної, розташованих одна за одною на осі променя з можливістю переміщення сферичної лінзи вздовж нього, та стіл для розташування заготівки, в оптичній системі додатково використовується друга циліндрична лінза, яка розташована під першою таким чином, що їх осі перехрещуються під нормальним кутом, причому кожна має привод її переміщення вздовж повздовжньої осі іншої, а обидві мають також привод їх сумісного повороту навколо осі променя та переміщення вздовж неї. На фіг. 1, фіг. 2 та фіг. 3 зображено схему установки: два бічних зображення (фіг. 1 та фіг. 2) та вигляд її оптичної системи зверху. Установка працює наступним чином. Заготівку кристалу 5, що необхідно розділити за площинами спайності на складові більш правильної форми, розташовують на столі 8 та орієнтують її відносно осі оптичної системи, яка складається із сферичної лінзи 2, що центрована відносно осі лазера 1, та з розташованих одна над другій циліндричних лінз 3 і 4. Останні встановлені в пазах оправки 6 з можливістю переміщення в них кожній з двох вздовж осі іншої, а втулка може обертатися чи повертатися на кут φ навколо осі оптичної системи в корпусі 7. Перед початком операції поперечним зміщенням поєднують середню точку визначеної лінії розділення заготівки а - b кристалу з оптичним центром оптичної системи 2-3-4, причому обидві циліндричні лінза повинні знаходитися в центрі оправки 6. Для цього можна використати промінь лазера (газового He-Ne або напівпровідникового AlxGa1-xAs) видимого (червоного) діапазону λHe-Ne=0,6328 мкм та λAlGaAs=0,62 мкм. Далі, необхідно зміщенням лінзи 2 вздовж осі променя розташувати її на відстані F2 - ΔF2: F2-ΔF2=F2[1-(l-F2θ)/D], де: l - довжина лінії розділення кристалу, θ - кут розбіжності променя; F2 - фокусна відстань лінзи 2, ΔF2 - величина зміщення фокальної площини лінзи з поверхні кристалу. Циліндричні лінзи 3 та 4 повинні бути розташовані на відстані b2+3 від головної площини лінз 3 і 4: b2+3=F2+3(1-a/F2), де: F2+3=F2F3/(F2+F3-а) - фокусна відстань системи лінз 2 та 3, розташованих на відстані а одна від одної. Поворотом втулки 6 навколо осі променя суміщають вісь однієї з циліндричних лінз, наприклад 3, вздовж направлення розділення кристалу, а іншу лінзу (4) переміщують до співпадіння її осі з початком лінії а - b (фіг. 3). Далі включають лазер 1 та привод переміщення іншої циліндричної лінзи (4) вздовж осі лінзи 3. Серією імпульсів формують різ вздовж лінії 1 UA 109745 U 5 10 розділення кристалу. Лінза 4 відводиться в кінець ходу у оправці 6 і через лінзи 2 та 3 виконують опромінення дна сформованого різу променем з витягнутим попереком вздовж нього на режимі (енергія імпульсу, його тривалість та кількість імпульсів), достатньому для створення в заготівці достатнього рівня напруги розтягування для розколювання кристалу вздовж площі спайності (для алмазу - октаедра). Таким чином, операцію виконано за легкого налагодження, без необхідності перебазування інструменту та заготівки при зміні переходу операції та зміненні інструменту, тобто мета корисної моделі досягнута. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2024441, МКИ С03В 33/02, опубл. 15.12.1994 2. Патент РФ № 2237622, МКИ С03В 33/09, опубл. 27.12.2003 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Установка для розділення кристалів лазерним променем, який утримує лазер, оптичну систему із двох перетворюючих лінз - сферичної та циліндричної, розташованих одна за одною на осі променя з можливістю переміщення сферичної лінзи вздовж нього, та стіл для розташування заготівки, який відрізняється тим, що в оптичній системі додатково використовується друга циліндрична лінза, яка розташована під першою таким чином, що їх осі перехрещуються під нормальним кутом, причому кожна має привод її переміщення вздовж повздовжньої осі іншої, а обидві мають також привод їх сумісного повороту навколо осі променя та переміщення вздовж неї. 2 UA 109745 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3