Способ лазерной обработки и устройство для его осуществления

176312 щЗВ 23 К 2 РЕТЕН ТВ отли" ,пластина озрачного 3. Устройстч а ю щ е е свыполнена из отли- пластина лел микро ности рерывн висящи ерного и пока пласти асогоми от изИзобретени гии и оборудо ки. Целью изо ние производ нии сложных струкции опт На Фиг,1 ства для осу тически про ментом; на фна фиг,2; на ва для осущестающим фокусируе осуществ волнового фрон 1 и направляПри этом бразуют в гурации 3,существляют ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Институт общей Физики АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРю 267778, кл. в 23 к 27/оа, 197 г,Авторское свидетельство СССРИ 673157, кл. В 23 К 26/ОО, 1979,(5 Й) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ.ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ лазерной обработки,при котором осуществляют Фазовую модуляцию волнового. Фронта лазерногоизлучения и направляют его в зону об"работки, о т л и ч а: ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности при изготовлении сложныхдеталей, лазерное излучениепреобразуют в излучение требуемой конфигурации, а его фазовую модуляцию осуще"ствляют в зависимости от волновогоФронта и заданного распределения интенсивности излучения на обрабатываемой поверхности. относится к технолонию лазерной обработ ретения является повышетельности при изготовлееталей, упрощение конческой системы,.зображена схема устрой"ествления способа с опрачным Фокусируйщим элег.2 - Фокусирующий зле 22. Устройство для лазерной обра" ботки, содержащее лазер и оптическуюсистему с фокусирующим элементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощенйя конструкции оптической системы и повышения производи" тельности и долговечности, фокусирующий элемент оптической системы выполнен в виде пластины с нанесенной на его поверхностьмикрорельефной . структурой. во по п,2, я тем, чт оптически и материала,Устройство по п.2, ч а ю щ е е с я тем, чт вополнека отражающей.5. Устройство по пп.2 ч в ю щ е е с я тем, чт ефная структура на повер тины выполнена в аиде не рельефа с параметрами, з заданной конфигурации ла лучения, его длины волны ля преломления материала мент; на Фиг.3 " вид АФиг.4схема устройствления способа с отражющим элементом,При лазерной обработляют фазовую модуляциюта лазерного излученияют его в зону обработкилазерное излучение 1 преизлучение требуемой кона его Фазовую модуляциюв зависимости от волнового фронта и заданного распределения интенсивности излучения 1 на обрабатываемой поверхности детали 4 (Фиг,1,3).Устройство для реализации способа содержит лазер 5 и оптическуюсистему с Фокусирующим элементом 6, последний выполнен в видепластины снанесенной на его поверхности микрорельеф" ной структурой 7.Пластина может быть выполнена из оптически прозрачного материала или отражающей. Микрорельефная структура на поверхности пластины может быть ,1 Г выполнена Ъ виде непрерывного рельефа с параметрами, зависящими от заданной конфигурации лазерного излу" цения 1, его длины волны и показателя преломленйя материала пластины,Устройство работает следующим образом.Автоматическому блоку 8 задают программу разделки отверстий в детали 4 необходимой совокупности и в ко" 25 лицестве,кратном четырем, кроме того, вводят исходные данные, обеспечивающие синхронное включение импульсов рубинового лазера 5 и привода перемещения (линейного и углового) коорди р натного столика 9.Работа оператора заключается в закреплении детали 4 на рабочем сто" лике 9, запуске установки в работу церез блок 8, наблюдению за обрабаты" ваемой деталью 4 посредством системы 10 иконтроля-эа температуройдетали 4 по прибору 11.При необходимости; уцитывая технологицеские особенности операций обра" 40 ботки детали и ее температуру, опера тор Осуществляет подачу технологической средь. Для удаленияиспаряемого продукта керамики и стабилизацйи тем- пературы обрабатываемой детали могут 1 подавать воздух.Устройство может быть выполйено сотражающим Фокусирующим элементом 6 (Фиг.4), Такое устройство работает.следующим образом. 0При пробивке отверстий в металлических деталях, например в титановыхпанелях толщиной до 1 мм, в качестве технологической среды применяют кислород",цто позволяет эа "счет"экзотер-мицеской реакции между металлом икислородом ускорить процесс пробивкиотверстий с примейением лазера меньей мощности. При пробивке отверстий в более толстых металлических плитахв качестве технологицеской среды применяют инертный гаэ, например гелий,предотвращающий сгорание металла, ведущего к наруцение формы пробиваемогоотверстия, .Используемый в устройстве отражающий Фокусирующий элемент 6 вьполняютотражающим на металлической основе, наповерхности которой по цетырем зонамнаносят микрорельефнуюфазовую структуру,обеспечивающую преобразованиелазер"ного луча с неоднородной модовойструктурой в четыре пучка с точечнойфокусировкой и заданной модовойструктурой. Такой способ и устройст"во позволяют,осуществлять; разделкуотверстий сложного Фигурного сечения,резку, сварку, термообработку на ограниченной поверхности деталей сложной конфигурации, маркировку и раскрой листового материала по заданномуконтуру;при обработке неметаллических ма"терйалов и изготовлении иэделий изпластмасс и других полимерных материалов устройством обеспечивается выполйение операций по разделке отвер"стий заданной совокупности, по маркировке.требуемой конфигурации и другиеоперации;обработку (рассечение) поверхност"ного слоя плат и других элементовмикросхем на требуемую глубину по заданному контуру, маркировку кремниевых пластин, раскрой и нарезку керамических подложек сложной Формы;.раскрой материалов из кожи, натуральных матерчатых и искусственныхтканей. при изготовлении "перфокарт"для текстильной промышленности;в производстве стройматериалов иэкерамики, туфа и других твердых ихрупких материалов возможна их обра"ботка путем стеклования поверхностипо заданному рисунку, а также маркировка нужных знаков и разделка отверстий требуемой совокупности,Таким образом, возможность обработ"ки одновременно всего заданного контура обеспечивает высокую производительность процесса изготовления сложных деталей, а замена системы оптицеских элементов, позволяющей обес-.пецить полуцение излучения требуемойконфигурации и Фазовой модуляции,одной пластиной с микрорельефнойструктурой - упрощение конструкции оп5 17612тической системы и повышение ее долго"вечности,Пример осуществления способа.Пробивали отверстия диаметром6,12-0,25 мкм заданной совокупностив керамической детали (панели) тол"щиной до 1 мм. Лазерная установка состояла из импульсного рубинового лазера с плотностью мощности 10 Вт/см 10в импульсе длительностью 1 мс, излу"чающего пучок света с длиной волны0,69 мкм и коллимированного додиаметра 25 мм, оптической системы сотражающим Фокусирующим элементом 15диаметром 25 мм. Обрабатываемую керамическую деталь закрепляли на подвижном координатном столйке,20Устройство включало в себя также систему подачи технологической среды б (воздух, кислород, инертнйй газ, жидкость и др.), автоматическое уст-.ройство, выполненное в виде йрограммника с ЗВМ, систему наблюдения и прибор измерения температуры обрабатываемой детали. 8 6Фокусирующий элемент оптической системы выполняли в виде оптически прозрачной пластины с нанесенной на ней микрорельефной структурой с четырьмя равносимметричными зонами.Изготовление Фокусирующего элемента состояло из следующих основных этапов:- производили расчет на ЭВИ заданной фазовой функции элемента, позволяющего осуществить необходимые преобразования равномерного или гауссова распределения интенсивности;производили-изготовление амплитудной маски полученной фазовой функции с помощью сканирующего прецизионн ного устройства вывода оптического изображения из ЭВИ на прозрачную основу с фотоэмульсионным слоем;- производили изготовление фаэовой маски Фокусирующего элемента с требуемым рельефом на поверхности основы путем удаления (водой) незадубленного желатина из фотоэмульсии,В результате обработки получали одновременно заданное количество отверстий за один импульс.1763128 Составитель В,ДаниловТехред Корре Т,палий едактор 0.0 тенина е еее еееееее е еее е е е е аЬ е е е е Ти Одписно ГКНТ СССР,Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 Яака ВНИИ 12 Государственног 113035