Установка для лазерного гравіювання

Реферат: Установка для лазерного гравіювання містить лазер і розташовану послідовно на шляху променя систему з двох дзеркал, кожне з яких оснащене приводом коливання відносно однієї з двох взаємно перпендикулярних осей, фокусуючу лінзу, предметний стіл. Дзеркала установлені під нахилом до оптичної осі лазера. Для керування приводами і роботою лазера застосовано пристрій. Осі коливання дзеркал зміщені з їх дзеркальних поверхонь. UA 76873 U (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ГРАВІЮВАННЯ UA 76873 U UA 76873 U 5 10 15 20 25 30 Установка для лазерного гравіювання променем лазера призначена для нанесення на поверхню деталей машин, вимірювального інструменту, мікросхем і інших деталей порядкових номерів, шкал, відрізняючих знаків і т.п. і може бути використана у всіх галузях промисловості на операціях клеймування і маркування, особливо нежорстких деталей з крихких і важкооброблюваних матеріалів. Відомі установки для лазерного клеймування, які містять лазер, фокусуючу систему і пристрій для формування рисунка маркування у вигляді: системи взаємного координатного переміщення фокусуючої системи та деталі [1] або системи з двох дзеркал, встановлених після фокусуючої лінзи під нахилом до оптичної осі з приводами для їх коливання [2]. Загальним недоліком відомих пристроїв є складність швидкого програмного взаємного переміщення деталі і фокусуючого пристрою, а також зниження якості маркування на границях рисунка через суттєве розфокусування випромінювання. Як найближчий аналог вибрана установка для лазерного гравіювання [3], яка містить лазер і розташовану послідовно по шляху променя систему з двох дзеркал, встановлених під нахилом до оптичної осі лазера, причому кожне має можливість коливання навколо осі, розташованої на поверхні дзеркала, та оснащено приводом їх коливання, фокусуючу лінзу і предметний стіл, крім цього, усіма приводами і роботою лазера керує керуючий пристрій. Недоліком відомої установки є те, що при гравіюванні протяжних рисунків знижується якість обробки через зростання аберації при переломленні пучка випромінювання периферією лінзи, що обмежує розміри рисунка. Задачею корисної моделі є збільшення розмірів рисунку з достатньою якістю обробки за рахунок стабілізації розмірів зони опромінення в межах його площі через зменшення впливу аберації фокусуючої лінзи. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованій установці для лазерного гравіювання, яка містить лазер і розташовану послідовно на шляху променя систему з двох дзеркал, установлених під нахилом до оптичної осі лазера, причому кожне оснащене приводом коливання відносно одної з двох взаємно перпендикулярних осей, фокусуючу лінзу, предметний стіл, а для управління приводами і роботою лазера застосовано пристрій, відмінним є те, що осі коливання дзеркал зміщені з їх дзеркальних поверхонь на величину а, яку вибирають з співвідношення:       A  b  c tg2  a 2  csc      b1  tg         4   4  ,  35 40 45 50 де: А - апертура фокусуючої лінзи; а - відстань від осі коливання дзеркала до відбиваючої поверхні; b - відстань від осі коливання до оптичної осі лазера; с - відстань від осі коливання до головної площини фокусування лінзи. Завдяки цьому зменшується зміщення променя S, що падає на лінзу, зберігається при цьому граничний розмір рисунка, порівняно з найближчим аналогом, але зменшується вплив аберації фокусуючої лінзи, що приводить до підвищення якості рисунка або його площі за тією ж якістю. Креслення 1, 2 та 3 пояснюють суть корисної моделі, де на фіг. 1 зображена схема пропонованої установки, на фіг. 2 зображено хід променів через відхиляюче дзеркало і фокусуючи лінзу, на фіг. 3 зображені залежності відстані зміщення променя S, що падає на лінзу від кута φ повороту відбиваючого дзеркала при різних зміщеннях центру коливання. Установка складається з лазера 1, енергія випромінювання якого w (потужність Р) визначаються за залежностями: d 2 W  W n p  S0vh  k  , 4 ; де:  Вт   2   W n - порогова густина потужності теплового потоку  см  , τ - тривалість імпульсу (с), S0  кДж   см      г  , V - швидкість обробки  с  , к - коефіцієнт зосередженості питома енергія руйнування  гаусового джерела, h - глибина рисунка, що наноситься. Як джерело лазерного випромінювання можуть використовуватися серійні установки з випромінювачами ЛТІ 502; ЛТН-102; ЛТН-103 і ін.; двокоординатні скануючі системи, наприклад; 1 UA 76873 U 5 EvroScan з приводами 2, відбиваючі елементи якої можуть виготовлятися з металу, скла з багатошаровим діелектричним покриттям, що забезпечує 100 % відбивання випромінювання, а як приводи можуть використовуватися обертаючі трансформатори, сельсини, гальванометри і ін.; фокусна відстань фокусуючої лінзи 3, необхідна для формування отвору діаметром d (паза шириною Ь), визначається з співвідношення: f d 10 15 20 25 , де: θ - кут розбіжності випромінювання. На кресленні позначено: стіл 5 і заготівка 4, причому як стіл можуть використовуватися столи з приводами; керуючого пристрою 6, причому як керуючий пристрій можуть використовуватися ПК, а також блоки управління від різних станків з ЧПК. Установка працює наступним чином: Розробляються алгоритм нанесення окремих знаків рисунка і всього рисунка в цілому у вигляді програми кутових переміщень скануючої системи 2. Деталь 4 базується на столі 5. Запускається керуючий пристрій 6, який видає команди на включення лазера, переміщення сканерів. Промінь лазера переміщується по поверхні деталі 4, причому поперечний розмір рисунка визначається за формулою: 2В=2ftg|2φ|, а апертура фокусуючої лінзи співвідношенням (1) фіг. 2. На фіг. 3 позначено: S - зміщення падаючого на лінзу променя від центра лінзи; φ - кут повороту відхиляючого дзеркала 1: с=50 мм, в=0 мм, а=0 мм, 2: с=50 мм, в=10 мм, а=0 мм, 3: с=50 мм, в=0 мм, а=10 мм, 4: с=50 мм, в=20 мм, а=10 мм. При цьому величина зміщення осі коливання першого по ходу променя відхиляючого дзеркала може бути більше, ніж у другого (при умові однакової якості нанесення рисунка по двох координатах деталі X і Y), і обирається з співвідношення:  b1  c1 tg2  a1           2  csc      b1 1  tg      b 2  c 2 tg2  a 2  2  csc      b      4  4  4     30 35 40 45 50 , де: а1, а2 - відстань від осі коливання до дзеркал першого по ходу променя і другого до відбиваючих поверхонь; b1; b2 - відстань від осей коливання до осей падаючого на дзеркалах променя. По закінченні операції деталь міняють, а якщо стіл оснащений приводом, то він зміщується на наступну позицію, міняючи деталь. Крім того, при обробці крупних деталей, стіл оснащений приводами, додатково керується пристроєм 6 і рисунок наноситься по ділянках. Як джерело лазерного випромінювання використали лазер ЛТІ-502 потужністю 16 Вт. Як фокусуючий об'єктив використали лінзу з f=150 мм, що забезпечує пляму фокусування, рівну 0,08 мм. Як дзеркала використали мідні пластини розміром 20×20 мм з багатошаровим діелектричним покриттям з параметрами зміщення відносно осі коливання b1=25 мм, а1=10 мм, b2=15 мм, а2=0, при цьому рисунок наносився на ділянку розміром 150×150 мм з шириною лінії 0,08-0,1 мм і глибиною 0,1 мм. Електричний привід керований процесором. Посилання: 1. Мильто А.А., Талала Н.С. Газолазерна розміточно-маркувальна машина з програмним управлінням - Механізація і автоматизація виробництва, 1981 р., № 3, с. 15-16. 2. P.M. Berek, "Laser Marking and Serializing", Proceedings of the First International Laser Processing Conferense, November 16-17, Anaheim, California Laser Institute of America, 1981. 3. Von P. Affolter and R. Rernund "Banteile mit laserstrahi beshrifren", Techn, Rolsch. 1981, v73, № 22. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Установка для лазерного гравіювання, що містить лазер і розташовану послідовно на шляху променя систему з двох дзеркал, установлених під нахилом до оптичної осі лазера, кожне з яких оснащене приводом коливання відносно однієї з двох взаємно перпендикулярних осей, фокусуючу лінзу, предметний стіл, а для керування приводами і роботою лазера застосовано 2 UA 76873 U пристрій, яка відрізняється тим, що осі коливання дзеркал зміщені з їх дзеркальних поверхонь на величину a , яку обирають з співвідношення:       A  b  c tg2  a 2  csc      b1  tg     ,     4   4   де: A - апертура фокусуючої лінзи; 5 a - відстань від осі коливання дзеркала до відбиваючої поверхні; b - відстань від осі коливання до оптичного середовища лазера; с - відстань від осі коливання до головної площини фокусуючої лінзи. 3 UA 76873 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4