Способ лазерной обработки

(51)5 В 23 К 26/00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР БРЕТЕНИЯ ИСАНИЕ АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТ 1,2(21) 4868676(08, (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ(22) 08,06,90, (57) Использование: при лазерной обработ- (46) 30,07.92, Бюл, М 28 .;,: ке материалов, Сущность: повышение каче- (71) Специализированное конструкторСкое ства обработки путем предотвращения бюро с опытнымпроизводством Отдела теп-появления трещин достигается за счеттого, лофизики АН УЗССР ".,-, : что лазерную обработку проводят с по- (72) Д.Т. Алимов, А.М. Бакиев, С.Х. Валиев, мощью излучения двухдлин -волн активной Н.В. Кряжев, Ш.З. Сабитов и П.К, Хабибул- . среды лазера, объектрасполагают в фокальлаев,.:ной плоскости объектива, собтветствующей (53) 621,791,72.03 (088,8), меньшей длине волйы, и обрабатывают его (56) Авторское свйдетельство СССР . .,: импульсами излучения обеих длин волн од- М 980364, кл. В 23 К 26/00, 1980,;:.: новременно, при этомдлййа коротковолноБакиев А.М Валиев С.Х, Временййе и ваго резонатора больше длины спектральновременные особенности внут-: длинноволнового на расстояниеот центра рирезойаторного излучения активнай сре- активного элемента лазера до обрабатывады на парах меди; Квантовая электройика; - емого обьекта, 1 ил.т. 16, 1989, Ь 12, с. 2489-2492,; .:.Яс Изобретение относится к лазерной обработке материалов.Известно устройство для лазерной обработки, содержащее активный элемент лазера, излучающий пучок с двумя длинами- волн, оптический резонатор,светоделительный элемент, разделяющий излучение по длинам волн и расположенный междуактивным элементом и системой регистрации изображения обрабатываемого обьекта.Недостатком известного устройства является низкое качество, обусловленное возникновением микротрещин на объекте при обработке,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, позволяющее его использовать для лазерной обработки, содержащее активный элемент, излучающий на двух длинах волн А 1= 510,6 нм и Л 2 = 578,2 нм, по одну сторойу которого вдоль бптической оси расположен объектив, вблизи фокальной плоскости которого установлен обрабатываемый объект, а по другую - диСпергирующий элемент(дифракционная решетка), пространствейно разделяющий генерируемое йзлучение на два пучка; в каждом из которых установлено по зеркалу,. причем каждое из зеркал образует вместе с поверхностью обрабатываемого объекта оптический резонатор.Недостатком известйого технического решения является то, что.для обеспечения равномерного качества лазерной обработки по всему обрабатываемому полю., в нем необходимо использовать лазерный луч с равномерным распределением мощности по его сечению, однако при обработке таким лучом хрупких объектов таких как, например ЯЮ 2, могут образовываться микротрещины,снижающие качество обработки, В известном устройстве содержатся конструктивные элементы, .способствующие повышению качества обработки, однако применительно к обработке хрупких и других обьектов, имеющих тенденцию к растрескиванию при лазерной обработке., данные конструктивные элементы "не срабатывают".Целью изобретения является повышение качества обработки путем предотвращения появления трещин,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу лазерной обработки обработку производят с . омощью излучения двух длин волн активной среды лазера, с целью повышения качества обработки, обьект располагают в фокальной плоскости объектива, соответствующей меньшей длине волны, и, обрабатывая объект импульсом излучения с меньшей длиной волны момент воздействия импульса излучения с большей длиной волны совмещают с моментом воздействия импульса излучения с меньшей длиной волны, для чего длины плеч резонаторов удовлетворяют следующему соотношению:1 1 = 12 + 13где 11 - длина плеча первого резонатора;12 - длина плеча второго резонатора;1 з - расстояние от центра активного элемента лазера до обрабатываемого обьекта. Согласно предлагаемому изобретению поставленная цель - повышение качества обработки путем предотвращения растрескивания отдельных участков обрабатываемой поверхности (или, в крайнем случае, путем уменьшения размеров и количества . микротрещин, подлежащих затем "залечиванию") - достигается (в плане используемых физических принципов) тем, обработка про зводится одновременно двумя пучками излучений с различными длинами волн и различной интенсивности: излучение с более короткой длиной волны и с большей интенсивностью (в случае использования лазера на парах меди это "зеленое" излучение с длиной волны А 1 ==510,6 нм) используется в качестве остросфокусированного пучка, соответственно для обработки, а излучение с большей длиной волны и меньшей интенсивностью (в случае использования лазера на парах меди генерация излучения на "желтой" линии А 2 = 578,2 нм оказывается меньшей мощности) - для "залечивания" микротрещин (для предотвращения их образования или роста уже образовавшихся),На чертеже показана схема устройствадля реализации предлагаемого способа лазерной обработки,Устройство содержит активный элемент5 1 лазера на парах меди, генерирующий излучение на зеленой Х 1 = 510,6 нм и желтой12= 578,2 нм длинах волн, по одну сторонукоторого вдоль оптической оси расположенобьектив 2, в фокальной плоскости которо 10 го, соответствующей меньшей (" зеленой" )длине волны, установлен обрабатываемыйобъект 3. При этом фокальная плоскостьобьектива, соответствующая большей("желтой") длине волны, в силу присущей15 всем оптическим системам хроматическойабберации, не будет совпадать с поверхностью объекта 3. По другую сторону активного элемента 1 установлен диспергирующийэлемент 4 (дифракционная. решетка, призма20 и т,п,), пространственно разделяющий опти- .ческую ось на первую и вторую оптическиеоси в функции длинволн генерируемого из-.лучения. Иначе говоря, диспергирующийэлемент 4 выполняет свою основную функ 25 цию; пространственно разделяет падающий на него вдоль главной оптической осипучо генерируемого излучения сложногоспектрального состава на два пучка излучения с различными длинами волн, распрост 30 раняющихся после прохождениядиспергирующего элемента 4 вдоль первойи второй оптических осей. Излучение с большей длиной волнь 1 4= 578,2 нм ("желтый"пучок) отклоняется элементом 4 на меньший35 угол и распространяется вдоль второй оптической оси (плечо 12), а излучение с меньшейдлиной волны 11= 510,6 нм (" зеленый" пучок) отклоняется на больший угол и распространяется вдоль первой оптической оси40 (плечо 11).Перпендикулярно первой и второй оптическим осям установлены соответственнопервое 5 и второе 6 зеркала, образующие споверхностью объекта 3 соответственно45 первый и второй резонаторы. Расстояниемежду диспергирующим элементом 4 и первым зеркалом 5 обозначено 11, расстояниемежду элементом 4 и вторым зеркалом 6обозначено 12, 13 и 14 расстояния от центраактивного элемента 1 лазера до обрабатываемого объекта 3 диспергирующего элемента 4 соответственно.Таким образом, длина первого резонатора, образованного поверхностью объ 55 екта 3 и первым зеркалом 5, составляет11 + 1 з + 14, а длина второго резонатора,образованного поверхностью объекта 3 ивторым зеркалом 6, составляет 12+ 13+ 14,Согласно изобретению конструктивные элементы устройства пространственно расположены один относительно другого таким образом, что длина плеча первого резонатора превышает длину плеча второго резона тора на величину, равную расстояниюот центра активного элемента 1 до обрабатываемого объекта 3, т.е, 1 = 1 г +з.Такое взаиморасположение элементов устройства выбрано из следующих сообра жений.Для рассматриваемого устройства; имеющего двухплечевой резонатор, осуществляется как спектральное, так и временное разделение пучков однопроходной и двух проходной генерации: излучение одйопроходной генерации состоит почти целйком из зеленой компонентыа излучение двухпроходной генерации - из желтой,Время, необходимое для осуществле ния- однопроходной генерации зеленая компонента), составляет2 1 + 14)Х 1 =сгде с - скорость света25Аналогично время двухпроходной генерациихг -2 3 + 13 + 14)сгде 11 - расстояние между диспергирующим 30 элементом и зеркалом 5 (длина плеча пер-.вого резонатора);1 г- расстояние между диспергирующимэлементом и зеркалом б (длина плеча второго резонатора); 351 з и 14 - расстояние от центра активного элемента лазера до обрабатываемого объекта и диспергирующего элемента соответственно.Взаиморасположение элементов уст ройства выбираются так, чтобы импульсы однопроходной и двухпроходной генерации достигали поверхности обрабатываемого объекта 3 одновременно; т,е. х = хг или2 1 4 4 2 3 + 3 + 42с соткуда и получаем1 =- 1 г+ 1 з.Именно одновременное достижение поверхности обрабатываемого объекта импульсами "зеленого" (собственно.обрабатывающего) и "желтого" (меньшей мощности) излучений позволяет "залечивать" образующиеся микротрещины в самом начале их возникновения, не дожидаясь их роста увеличения размеров этих микротрещин),Формула изобретения. Способ лазерной обработки, заключающийся в том, что обработку объекта производят сфокусированным на его йоверхности с помощью микрообъектива излучением лазера с активным элементом на парах меди, генерирующим излучение нэ двух длинах волн с помощью двухрезонаторов. образованных с одной стороныповерхностью обрабатываемого объекта и двумя пространственно разнесенными зеркалами с другой стороны, оптически связанными с обрабатываемым объектом с помощью диспергирующего элемента, про 1 странственно разделяющего генерируемое излучение на два пучка,отличающийся тем,что,с целью повышения качества обработки, объект располагают в фокальной плоскостй микрообьектива, соответствующей меньшей длине волны, а моменты воздействия импульсов излучения разных длин волн совмещают, при этом длина плеча 1 от диспергирующего элемента до зеркала резонатора, генерирующего излучение с меньшей длиной волны, больше длины плеча 1 г от диспергирующего элемента до зеркала резонатора, генерирующего излучение с большей длиной волны, на расстояние 1 з от центра активного элемента лазера до поверхности обрабатываемого объекта,Р 50901 Составитель А, Баки Техред М,Моргентал Редактор С, Л ректор И. Мус н каз 2650 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035. Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10