Способ определения положения фокального пятна

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 15079 СПУБЛИК 5)5 В 23 К 15 ЕТ емин и В.К,Драварка, Под ред Думка, 1987, с., Зуев И,В., Котронно-лучевая алов, М., МашиГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР. 918автомобильный завод им,ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕОКАЛЬНОГО ПЯТНА Изобретение относится к способам фокусировки концентрированных источников энергии и может быть использовано в машиностроении при лазерной или электроннолучевой обработке изделий сложной формы.Целью данного изобретения являетсяповышение точности фокусировки;На фиг, 1 изображен зонд для определения положения фокального пятна-пучка; на фиг, 2 - схема фокусировки электронных и , лазерных пучков;П р и м е р (конкретное выполнениеспособа). Вращающийся зонд 1 (фиг, 1) устанавливают таким образом, чтобы его плоскости вращения находились на одинаковом расстоянии й от требуемого положения фокальной плоскости пучка (сечения пучка с максимальной плотностью мощности энергии) (фиг. 2). Для измерения темпе(57) Использование: при фокусировании концентрированных пучков при лазерной и электронно-лучевой обработке изделий сложной формы. Сущность изобретения; положение фокального пятна и его смещения определяют по величине рассогласования контрольных сигналов, для этого использу-ют зонд с двумя поглощающими поверхно,стями; расположенйыми диаметрально . противоположно относительно оси вращения зонда, на расстоянии одна от другой, большем участка длины перетяжки пучка, амплитуду сигналов определяют по температуре поглощающих поверхностей, а положение фокального пятна определяют по равенству амплитуд двух контрольных сигналов. 2 ил,ратуры в зоне взаимодействия пучка. 2 с поглощающими поверхностями, над зондом 1 устанавливают электронно-оптические датчики 3 и 4, помещенные в защитные экраны 5 и 6; С помощью электродвигателя 7 приводят во вращение зонд 1, а пучок 2 требуемой мощности направляют на мишень 8 таким образом, чтобы плоскости зонда 1 пересекли его. После чего регистрируют температуру верхней и нижней плоскостей, сравнивают их с помощью блока сравнения 10 и при наличии сигнала рассогласования изменяют положение фокального пятна с помощью фокусирующих систем 9 до равенства амплитуд сигналов от датчиков 3 и 4. При равенстве амплитуд сигналов фокальное пятно будет находиться на одинаковом расстоянии В = О 2 от поглощающих поверхностей зонда 2 (1 - расстояние между поглощающими поверхностями), так как характер распределения плотности энергии впучке (например, нормальное распределение) до и после перетяжки не меняется, апучок симметричен относительно фокальной плоскостиТочность способа зависит от температуры зон, в которых проходит регистрациятеплового воздействия пучка на поверхность зонда, так как удельный поток излучения о 2 Вт/м 1 тела, нагретого дотемпературы Т (С), через его поверхность,согласно закону Стефана-Больцмана, пропорционален четвертой степейи абсолютной температуры поверхности этого тела. С (Т + 273)4ц= 100где С - коэффициент излучения, зависящийот состояния поверхности.. Однако, если пучок имеет большуюплотность мощности (близкую к значению вфокусе), то может происходить разрушенйезонда (плавление и испарение), поэтомурасстояние между плоскостями зонда выбирают большим, чем длина перетяжки пучка,а зонд изготавливают из тугойлавких материалов (например, Та). Кроме того, температура зон регистрацйи зависит от скоростиперемещения поверхностей, поэтому скорость перемещения обеих поверхностейдолжна быть одинаковой,ВектОр скорости, перемещения долженлежать в плоскости, нормальной к оси пучка,так как; в противном случае, увеличивается.отражение излученияот поглощающих поверхностей и точность способа в значительной мере будет зависеть от физическихсвойств этих поверхностей.Точность данного способа не зависит отвторичных токов; так как они не оказываютникакого теплового влияния на зонд, Изменейие размеров зонда также не влияет наточность способа, поскольку сигнал регистрируется по амплитуде, а не по длительности. Кроме того, в процессе измерений разрушение зонда не происходит, так как они проводятся в областях, далеких от фокуса 5 (более полудлины перетяжки), где плотностьмощности намного, меньше, чем в фокальном пятне, При этом скорость перемещения зонда выбирается такой; чтобы температура в зоне регистрации теплового излучения от 10 поглощающей поверхности была меньшетемпературы плавления материала зонда.Экспериментальную проверку проводили при фокусировке электронных пучков мощностью 30 кВт(60 кв и 0,5 А), а лазерных 15 пучков - 2,5 кВтТаким образом, по сравнению с прототипом предложенный способ значительно повышает точность фокусировки электроннь 1 х и лазерных пучков и позволяет исполь. зовать их для электронно-лучевой илазерной обработки деталей сложной формы.Формула изобретения Способ определения положения фо кального пятна, электронных и лазерных,лучков, при котором формируют контрольнйе сигналы с помощью равномерно вращающегося зонда. с поглощающей поверхностью, перпендикулярной оси луча, 30 после чего положение фокального пятна иего смещение определяют по величине рас-.сбгласования контрольнь 1 х сигналов, о т л ич е ю щ и й с я тем, что, с целью повышения тдчности фокусировки, используют зонд с 35 двумя поглощающими поверхностями, расположенными диаметрально противопо-.ложно относительно оси вращения зонда, на расстоянии одна от другой, большем длины участка перетяжки пучка, амплитуду сиг налов определяют по температурепоглощающих поверхностей, а положениефокального пятна определяют по равенству амплитуд двух контрольных сигналов.1815079 дактор Тираж Подписное енного комитета по изобретениям и открыт 3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 м при ГКНТ СС жгород, ул. Га Производственно-издательскии комбинат "Пате з 1609ВНИИПИ Госуда Сост Техр до 2 лоиающие лоберхнОс Фиг.Л ль К.ЕлизаровМоргентал Корректор Т Вашко