Импульсная лазерная установка для обработки материалов

(51)5 В 23 К 26/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТКРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Установка для лазерной сварки и газо- лазерной резки "Квант - 15", Техническое описание и конструкция по эксплуатации ТМ 2, 334. 000 ТО - 1982.Тяпкин В.А., Лысун В.Н., Букин О,А. и др. Малогабаритный блок питания для твердотельного лазера и оптического усилителя. Приборы и техника эксперимента, 1986, В 2, с, 176-177.(54) ИМПУЛЬСНАЯ ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к лазерной обработке материалов, Цель изобретения - повышение качества и производительности лазерной обработки и упрощение установИзобретение относится к машиностроению и предназначено для лазерной обработки материалов,Цель изобретения - повышение качества и производительности лазерной обработки, а также упрощение установки.На фиг. 1 изображена функциональная схема технологической импульсной лазерной установки; на фиг. 2 - электрическая принципиальная схема блока управления.Установка содержит последовательно соединенные дроссель 1, зарядный тири- стор 2, емкостный накопитель 3, диод 4, подключенные к двум фазам питающей сети, последовательно соединенные первый ки. Установка состоит из дросселя, зарядного и разрядных тиристоров, емкостного накопителя, импульсного трансформатора.лампы накачки и оптического тракта. Установка содержит также схему управления тиристорами, блок дежурной дуги и И 1 ок поджига, С помощью резисторного делителя сетевое напряжение поступает на вход блока управления, который вырабатывает сигналы управления тиристорами. В положительный полупериср сетевого напряжения открывается входной тиристор и - заряжается емкостный накопитель, в отрицательный полупериод - выходные тиристоры, которые разряжают емкостный накопитель на лампу. Установка позволяет повысить производительность обработки за счет введения частоты 50 Гц, упростить схему за счет исключения сиЧхронизирующего трансформатора и снижения числа линий связи, 1 э.п.ф-лы, 2 ил. разрядный тиристор 5, импульснь 1 й трансформатор 6 поджига, лампу 7 накачки, установленную в квантроне 8, освещающую кристалл 9 и второй разрядный тиристор 10, защитный конденсатор 11, блок 12 поджига, блок 13 управления тиристорами, блок 14 дежурной дуги, оптически сопряженный отражающее зеркало 15, линзу 16 и изделие 17, последовательно соединенные резисторы 18 и 19 делителя напряжения,Блок дежурной дуги подключен входом к трем Фазам питающей сети, а выходом - к последовательно соединенным лампе 7 накачки и импульсному трансформатору б.Первый 20 и второй 21 входы блока 13 которому на минус питания подключен треуправления подключены параллельно рези- тий конденсатор 41, а фазосдвигающая цестору 19, первый 22 и второй 23 выходы почка второго триггера 45 включаетподключены к управляющему входу заряд- параллельно соединенные десятый резиного тиристора 2, третий 24 и четвертый 25 5 стор 36 и четвертый диод 39, подключенныевыходы - к управляющему входу второго к неинвертирующему выходу и Й-входу втора эрядного тиристора 10, а пятый 26 и шес- рого триггера 45, к которому на минус пита. йт 42.той 27 выходы - к управляющему входу пер- ния подключен четвертыи конденсаторвого разрядного тиристора 5. Устройство работает следующим обраБлок 13 управления (фиг.2) содержит 10 эом,первый конденсатор 28, соединенный Источник питания подключается к трехмежду плюсом и минусом питания, допол- фазной сети 380 В/50 Гц. Дроссель 1 огранительный делитель напряжения, включаю- ничивает броски тока. В положительнующий резисторы 29 и 30, резисторы часть полупериода синусоидального напря 31 - 36,второй 37, третий 38 и четвертый 39 15 жения (между фазами А и С) сигналом подиоды, второй 40, третий 41 и четвертый 42 цепи управления включается зарядный тиконденсаторы, компаратор 43, первый 44 и ристор 2, в результате чего заряжается емвторой 45 триггеры, последовательно сое- костный накопитель 3, Изменяя моментдиненные первую дифференцирующую включения тиристоров, можно регулироватьцепь 46, первый усилитель 47 и первый раз напряжение заряда на емкостном накопитевяэывающий трансформатор 48, а также по- ле 3. Для развязки зарядного устройства отследовательно соединенные вторую блока 14 дежурной дуги используется диоддифференцирующую цепь 49, второй усили. В отрицательный полупериод сетевоготель 50 и второй развязывающий трансфор- напряжения, когда зарядный тиристор 2 заматор 51, переменный резистор 52, 25 крыт,посигналунауправляющемзлектродепереключатель 53, состоящий из четырех включается разрядный тиристор 5, и емкодвухпоэиционных первой 54, второй 55, стный накопитель 3 через вторичную обмоттретьей 56, четвертой 57 кнопок и счетчик- ку импульсного трансформатора 6дешифраторфратор 58. разряжается на лампу 7 накачки, котораяЗамыкающий контакт первой кнопки 54 30 установлена в квантроне 8 и освещает крисоединен с минусом питания, размыкаю- сталл 9, По окончании разряда емкостногощий контакт - с плюсом питания, переклю- накопителя разрядный тиристор 5 закрывачающий контакт - с входом второго ется,конденсатора 40, выходом соединенного свосьмым резистором 34 и катодом второго 35 Для гальванической развязки емкостнодиода 37, соединенного анодом с В-входом го накопителя 3 от блока 14 дежурной дугисчетчика-дешифратора 58 и через девятыйв схему включен разрядный тиристор 10,резистор 35 с С-входами первого 44 и вто- который включается одновременно с раэрого 45 триггеров, и объединенными вто- рядным тиристором 5. Для защиты раэрядрым переключающим контактом второй 40 ных тиристоров от действия поджигающегокнопки 55, вторым переключающим контак- импульса служит защитный конденсатор 11.том третьей кнопки 56, первым и вторым Блок 12 поджига обеспечивает зажиганиепереключающими контактами четвертой лампы 7 накачки, При его работе во вторичкнопки 57, замыкающий контакт которой со- ной обмотке импульсного трансформатораединен с выходом "1" счетчика-дешифрато 6 вырабатывается высоковольтный имра, в58 выход "0" которого соединен с пульс, который прикладывается через заС-входами триггеров 44 и 45 через последо- щитный конденсатор 11 к лампе 7 накачки ивательно соединенные первые замыкаю- пробивает ее. Для управления зарядным 2 ищие контакты второй 55, третьей 56 и разрядными 5 и 10 тиристорамислужитблокчетвертой кнопок, выход "2" - с замыкаю 13 управления, Для поддержания лампы 7щим контактом третьей 56 кнопки, выход накачки в рабочем состоянии в промежутке"4" - с замыкающим контактом второй кноп- между разрядными импульсами на выходеки 55. квантрона 8 через оптически напряженныеВыход компаратора 43 соединен с син- детали - отражающее зеркало 15 и фокусихронизирующим С-входом счетчика дешиф рующую линзу 16 - заводится на место об-.ратора 58. Фазосдвигающая цепочка работки изделия 17. Через резисторныйпервого триггера 44 содержит параллельно делитель 18 - 19 на входы 20 и 21 схемы упсоединенные переменный резистор 52 и равления подается входное сетевое напрятретий диод 38, подключенные к прямому жение, в результате чего вырабатываютсявыходу первого триггера 44 и его В-входу, к сигналы 22 и 23 управления зарядным тири 1683937старом 2 и сигналы 24 - 27 управления разрядными тиристорами 5 и 10,Блок 13 управления (фиг,2) работает следующим образом,Сетевое напряжение поступает на входы 20 и 21 блока 13 управления, параллельно которому подключен защитный конденсатор 28, который ослабляет проникновение импульсных помех на вход электрической схемы. Резисторы 29 и 30 задают среднюю точку, относительно которой нэ вход компаратора 43 через резисторы 31 и 32 поступает входное напряжение. Резистор 33 совместно с резистором 32 включены таким образом, что компаратор 43 включен по схеме порогового элемента - триггера Шмидта, Изменяя значения резисторов 32 и 33, можно варьировать порог срабатывания триггера Шмидта, Резистор 31 служит для целей устранения смещения от входных токов компаратора, Резистор 31выбирается равным сумме сопротивлений параллельно включенных резисторов 32 и 33. С выхода порогового элемента прямоугольные импульсы с крутыми фронтами поступают на синхронный вход С счетчикадешифраторэ 58, Кнопочным переключателем 53 можно задавать коэффициент деления счетчика-дешифратора 58, В данном случае на выходе микросхемы можно получать частоты 12,5 Гц (кнопка 55), 25 Гц (кнопка 56) и 50 Гц (кнопка 57),Кнопочный переключатель 53 содержит всего 5 кнопок, Кнопки 55-57 - зависимые фиксируемые, а кнопка 54 - независимая нефиксируемая, Дополнительная пятая кнопка .сброса (не показана) электрически никуда не подключается, но механически связана с кнопками 55 - 57. При необходимости выработки одиночного импульса нажатием кнопки сброса, кнопки 55-57 устанавливаются в исходное положение, указанное на фиг,2, Цепь одиночного запуска образуют элементы 24, 35, 37 - 54; В исходном состоянии выход "О" счетчика-дешифратора 58 через замкнутые контакты кнопок 55-57 и девятый резистор 35 поступает на вход сброса К, в результате чего образуется цепь обратной связи и счетик-дешифратор 58 не изменяет своего состояния независимо от сигналов на его входе С. При нажатии кнопки 54 "Один" через дифференцирующую цепочку 40 и 34 на вход В поступает кратковременный импульс, который разрывает цепь обратной связи, в результате чего на выходе счетчика-дешифратора 58 вырабатывается одиночный импульс,После появления сигнала на выходе "О" счетчика-дешифратора 58 обратная цепьснова замыкается и счетчик-дешифратор 58 переходит в статическое состояние. Диод 37 служит для защиты входа Й счетчикэ-дешифрэтора 58 от перегрузки со стороны дифференцирующей цепочки. По положительным фронтам сформировайных счетчиком-дешифрэтором 58 импульсов запускаются одновибраторы, собранные на Э К-триггерах 44 и 45. Поскольку в исходном состоянии на вход Э триггеров поступает 510 уровень "1", то при поступлении положительного фронта на вход С на прямых выходах триггеров 44 и 45 появляются напряжения, соответствующие логической "1".Через резистор 52 начинается заряд. конденсатора 41, Когда напряжение на нем достигает уровня срабатывания входа сбровается уровень "О" и конденсатор 41 начинает разряжаться. Для ускорения процесса используется диод 38. Длительность импульса зависит от номинала деталей 41 и 52 и она определяет длительность задержки. Одновременно триггер 45 работает аналогичным образом, Через инвеосные выходы триггеров 44 и 45 импульсы проходят через дифференцирующие цепочки соответственно 46 и 49, которые вырабатывают короткие импульсы. Длительность их выбирается достаточной для включения тиристоров 2,5,10. Эти импульсы усиливаются в усилителях 47 и 50 и через развязывающие 25 30 35 импульсные трансформаторы 48 и 51 передаются на управляющие электроды тиристоров 2,5,10. По выходам 22 и 23 управляется зарядный тиристор 2 и подбором конденсатора 41, резистора 52 выбирается длительность задержки - такая, чтобы выходной импульс вырабатывался во второй половине положительного полупериода сетевого напряжения,Резистором 52 можно изменять момент выработки импульсов управления, а значит и напряжение заряда емкостного накопителя 3. С выходов 24 и 25, 26 и 27 импульсы поступают на управляющие электроды разрядных тиристоров 5 и 10, Номиналы деталей 42 и 36 подбираются таким образом, чтобы импульсы управления разрядом приходились на отрицательный полупериод сетевого напряжения,Изобретение позволяет повысить качество, производительность лазерной обработки, упростить методику настройки лазерной установки.Формула изобретения 1.Импульсная лазерная установка для обработки материалов, содержащая последовательно соединенные с одной фазой пи 40 45 50 55 20 са К, на прямом выходе триггера устанавли 1683937тающей сети дрогсель,зарядный тиристор, первый разрядный тиристор, трансФорматор поджига, лампу накачки, второй разрядный тиристор и емкостный накопитель, другим выводом подключенный к катоду зарядного тиристора, параллельно трансформатору поджига и лампе накачки включены защитный конденсатор и блок дежурной ду. ги, входы которого подключены к фазам питающей сети, а также блок управления тиристорами, шесть выходов которого подключены к управляющим входам и катодам сОответственно зарядного и разрядных тиристоров, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества и производиТЕльности лазерной обработки, а также упрощения установкИ, она снабжена диодом и делителем напряжения, соединеннь 1 м одним выводом с анодом зарядного тока, дру гим - с второй фазой питающей сетл,катодом диода и первым входом блока управления тиристорами, второй вход которого подключен к среднему выводу делителя . напряжения, анод диода соединен с катодом второго разрядного тиристора.2. Установка по п,1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что блок управления тиристорами содержит параллельно его входам первый конденсатор, дополнительный делигель напряжения, включенный между плюсом и минусом питания, шесть резисторов, второй, третий и четвертый диоды, третил и четвертый конденсаторы, компаратор, первый и второй триггеры, последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, первый усилитель и первый развязывающий трансформатор, а также последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь, второй усилитель 1 л второй раэвяэывающий трансформаор, переменный резистор, переключатель, состоящий из четырех двухпозиционных первой, второй, третьей, четвертой кнопок, а также счетчика-дешифратора, причем замыкающий контакт первой кнопки соединен с минусом питания, размыка 1 ощий контакт с плюсом питания, переключающий контакт с одним выводом второго конденсатора, вторым выводом соединенного через пер 5 вый резистор с плюсом питания и катодом второгО диода, сОединенногО анодом с входом счетчика-дещифратора и через второй резистор с С-входами первого и второго триггеров и объединенными вторым пере 10 ключающим контактом второй кнопки, вторым переключающим контактом третьей кнопки, первым и вторым переключающими контактами четвертой кнопки, замыкающий контакт которой соединен с выходом "1"15 счетчика-дешифратора, выход "О" которого соединен с С-входами триггеров через последовательно соединенные первые замыкающие контакты второй, третьей и четвертой кнопок, выход "2" - с замыкаю 20 щим контактом третьей кнопки, выход "4" - с замыкающим контактом второй кнопки, выход компаратора соединен с синхрониэируащим С-входом счетчика-дещифратора, Фазосдвигающая цепочка первого триггера,25 включающая параллельно соединенные переменный резистор и третий диод, подключена к прямому выходу первого триггера и его Я-входу, который через конденсатор подключен к,минусу питания, а фазосдвига 30 ющая цепочка второго триггера, включающая параллельно соединенные третий резистор и четвертый диод, подключена к неинвертирующему вь 1 ходу и Я-входу второго триггера, который через четвертый кон 35 денсатор подклточен к минусу питания, выход компаратора через четвертый резистор соединен с пятым резистором и прямым входом компаратора, обратный вход которого подключен через шестой резистор к40 первому входу блока, средний вывод дополнительного делителя напряжения соединен с пятым резистором и вторым входом блока, выходы развязывающих трансформаторов подключены к выходам блока,1683937Составитель В.Грибова едактор И,Касарда Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун каз 3466 Тираж Подписчое ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101