Устройство для лазерной обработки

СО 103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1657319 А В 23 К 26 00 Й КОМИТЕТМ И ОТКРЫТИ ГОСУДАРСТВЕН ПО ИЗОБРЕТЕН Г 1 РИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБОТКИ(57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной технологии с использованием С 02-лазеров с накачкой продольным самостоятельным разрядом. Цель изобретения - расширение технологических возможностей устройства путем реализации импульсного режима работы в излучателе непрерывного действия. Устройство содержит излучатель 1, высоковольтный выпрямитель 2, стабилизатор 3 тока, сумматор 4, блок 5 управления, первый источник 6 опорного напряжения, компаратор 8, генератор 9 и второй источник 10 опорного напряжения. Импульсный режим реализуется предварительной ионизацией газоразрядного промежут ка комплексным током. содержащим постоянную и импульсную составляющие, Амплитуда комплексного тока находится на уровне, при котором отсутствует генерация. Отношение постоянной составляющей к импульсной выбирается иэ условия устойчивости импульсного режима. Частота импульсов ионизации находится в пределах 50 кГц, а сами импульсы присутствуют в токе излучателя вплоть до момента, когда ток разряда, вызванный током наКачки, становится устойчивым. Способ позволяет формировать произвольную форму оптических импульсов вплоть до непрерывного излучения путем оптимизации условий предварительной иониэации газо- разрядного промежутка комплесным током.Изобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной технологии с использованием С 02-лазеров с накачкой продольным самостоятельным разрядом.Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем реализации импульсного режима работы в излучателе непрерывного действия.На чертеже изображена функциональная схема устройства для лазерной обработки.Устройство содержит излучатель 1 с катодом К и анодом А, высоковольтный выпрямитель 2, стабилизатор 3 тока, сумматор 4, блок 5 управления, первый источник б опорного напряжения, резистор 7, компаратор 8, генератор 9, второй источник 10 опорного напряжения. Выходы блока 5 управления и первого источника б опорного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 4, выход сумматора 4 соединен с входом стабилизатора 3 тока, первый выход которого соединен с катодом К излучателя 1, а второй выход стабилизатора 3 тока соединен через резистор 7 с минусом высоковольтного выпрямителя 2, плюс которого соединен с анодом А излучателя 1, Выход второго источника 10 опорного напряжения соединен с первым входом компараторэ 8, второй вход которого соединен с вторым выходом стабилизатора 3 тока, а выход компаратора 8 соединен с входом генератора 9, выход которого соединен с третьим входом сумматора 4.Устройство работатет следующим образом.При подаче напряжения сети постоянное напряжение с выхода первого источника б опорного напряжения поступает на второй вход сумматора 4, на третий вход которого с выхода генератора 9 поступают импульсы напряжения. Сумма этих двух напряжений с выхода сумматора 4 поступает на вход стабилизатора 3 тока и задает режим его работы. В результате по цепи излучатель 1. стабилизатор 3 тока, оезистор 7 и высоковольтный выпрямитель 2 начинает протекать ток предварительной ионизации излучателя 1, содержащий как постоянную, так и импульсную составляющую. Амплитуда постоянной составляющей определяется выходным напряжением первого источника 6 опорного напряжения. Амплитуда и частота импульсной составляющей определяются генератором 9, На резисторе 7, находящемся в токовой цепи излучателя 1 возникает падение напряжения, которое подается нэ второй вход компараторэ 8, На первый вход этого компэра тора 8 поступаетпостоянное напряжение с выхода второго источника 10 опорного напряжения. Уровень этого напряжения выбирается выше, чем уровень падения напряжения на резисторе 7 от протекания тока предваритель ной иониээции.При включении блока 5 управления на его выходе появляются импульсы управления с заданной частотой. длительностью и фор мой, Эти импульсы поступают на первый вход сумматора 4, где суммируются с напряжением от первого источника б опорного напряжения и с импульсами напряжения о генератора 9, т.е, сигнал управления накладывэетгя на сигнал предварительной ионизации, Комплексный сигнал с выхода сумматора 4, воздействуя на вход стабили затооа 3 тока, заставляет изменяться ток, протекающий через излучатель 1 по закону, определяемому сигналом с выхода блокэ 5 управления.При достижении тока в излучателе 1 и, следовательно, тока через резистор 7 д, величины, при которой разряд становится устойчивым, на резисторе 7 выделяется напряжение, величина которого становится достаточной для того, чтобы сработал компаратор 8, При этом генератор 9 отключается и ионизация излучателя 1 импульсным током прекращается. При снижении тока в излучателе 1 и, следовательно, уменьшении тока через резистор 7 до величины, при которой разряд может стать неустойчивым, на резисторе 7 падение напряжения уменьшается до величины, при которой компаратор 8 возвращается в свое исходное положение. При этом генератор 8 включается и импульсы ионизации с выхода генератора 9 через сумматор 4 вновь поступят на вход стабилизатора 3 тока, Следовательно, в токе, протекающем через излучатель 1, снова появится импульсная составляющая тока ионизэции, которая будет препятствовать срыву разрядного тока и срыву генерации. Принцип работы устройства не зависит от режима работы излучателя 1 (импульсного или непрерывного) и определяется только величиной разрядного тока излучателя 1, задаваемой блоком 5 управления, Предварительная ионизация разрядного промежутка постоянным "оком далеко не всегда позволяет реализовать импульсный режим работы излучателя непрерывного дейс-вия. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Даже если сформировать сигнал управления, состоящий из импульса накачки, следующего за пачкой импульсов иониэации такой .комплексный сигнал управления не гарантирует работу излучателя непрерыв. ного действия в импульсном режиме,з.скольку фронт импульса накачки можс быть различным по длительности (зависи от технологии), то уровен, тока, при кото ром разряд становится устойчивым, л ожет во времени далеко отстоя; ь от послс днего импульса ионизации. При этом концен;.ация электронов в плазме может значитечьно снизиться, что приведет к срыру импульса накачки, а следовательно, импульсный режим не будет реализован,Аналогичный эффект произойдет если даже крутой фронт импульса накачки будет отстоять от последнего импульса ионизации на время, достаточное для снижения концентрации электронов.Сущность изобретения заключается в том, что в паузах между импульсами накачки, задаваемыми блоком управления, на постоянный ток предварительной ионизации, который задается первым источником опорного напряжения, накладывается импульсный ток предварительной ионизации, который задается генератором. Комплекс. ное воздействие постоянного и импульсно. го токов, протекающих по основн ому энергетическому каналу, иониэирует излучатель намного эффективнее, причем эа счет наличия цепи обратной связи с второго выхода стабилизатора на второй вход компаратора происходит слежение за развитием тока разряда в излучателе и осуществление процесса импульсной иониэации вплоть до момента, когда ток в излучателе достигает величины, при которой разряд становится устойчивым. Амплитуды постоянного и импульсного токов ионизации выбираются так, чтобы управляющий сигнал с выхода сумматора обеспечивал ток стабилизации и, следовательно, ток излу ателя на уровне, при котором отсутствует;е. нерация. Отношение амплитудь постоянного тока ионизации к амплитуде импульсного тока исниэации и частота им пульсного тока ионизации выбираются из соображений устойчивости импульсного режима работы излучателя.Таким образом, устройство для лазерной обработки автоматически в паузах между импульсами накачки осуществляет ионизацию газоразрядного промежутка излучателя комплексным током вплоть до момента развития устойчивого разряда, Это позволяет осуществить импульсный режим работы в излучателе непрерывного дейст 10 15 Как показали эксперименты, установкана основе предлагаемого устроиства может применяться для выполнения ряда технологических операции: ргзки,сварки, пробивки отверстий, термоупрочнения и их комбинаций. При этом отсутствует необходимость в разработке нового типа излучателя.Формула изобретения Устройство для лазерной обработки, содержащее излучатель, высоковольтный выпрямитель, стабилизатор тока, сумматор, блок управления и первый источник опорного напряжения, в котором выходы блока управления и первого источника опорного напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматоров, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, первый выход которого соединен с катодом излучателя, а второй выход - через резистор с минусовой шиной высоковольтного выпрямителя, плюсовая шина которого соединена с анодом излучателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем реализации импульсного режима работы в излучателе непрерывного действия, оно снабжено компаратором, генератором и вторым источником опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с вторым выходом стабилизатора тока, выход компаратора соединен с управляющим входом генератора, выход которого соединен с третьим входом сумматора. 1 0 25 30 35 40 45 г 0 вия беэ изменения конструкции излучателя введения дополнительных яысоковольгн 3,. устройств и усложнения блока управленияСоздан макет устройства для лазерно обработки. На макете реализованы два режима работы излучателя непрерывный и импульсный, В непрерывном режиме устройство позволило изменить мощность излучения от нуля до максимума по любому закону беэ срывов генерации. В импульсном режиме устройство позволяет изменять длительность импульсов излучения от 100 мкс до секунд и скважность минимум до 2, В импульсном режиме устроиство позволяет реализовать режим с превышением мощности в импульсе излучения над максимальной мощностью в непрерывном режиме в 3 раза.