Сканатор для лазерных технологических установок

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 931 РЕСПУБ 5) 4 0 02 В 26/ ГОСУДАРС ПО ДЕЛА АНИЕ ИЗОБРЕТЕ Сканаеских устат тор дл новок 2, устударньс ркалом е 4,и новленным на ом ан и парами 5, св4 и корпусом3 с симметрич о мыслом привод усмотре оложеннь 1. Пре но рас 8,ко тромагнитам и э о -м торых подключ Сканатор допо ель мощности 9 снабжен поными измерител 0 параметровсили ельн следовательно соедин ным преобразователем движения сканирующег ьбло 12 с зеркала1 и блок зового сд нием, под усилителя братной с ига СР982,ым выходом кти 9. В резульсистеме вознивыход на станий с частотойающей собствен ощно тат зи в ние, олеб(54 АНАТОРУСТАНбретени изделщногоя, а имаченнымлазерн кает мов оз буждй режим ГИЧЕСКИХ 57) Изо циона в нес олька раз обррбот ную час поддерж жима пр Допуска ков для стемы, и оту механическо ощью м злучен редназ е виброударного и параметров с тройка введенн ние этог изменен ем тся пере регулиро нировани и амп я частоты и ф-лы, ретения - повыш туды ск:В ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ Й ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 21) 3972971/31-10(56) Кольцов И.М. и др. Оптико-механическое устройство для отклонения светового луча, - Приборы и теника эксперимента, 1973,5,с. 213-214,Авторское свидетельство ССК 042468, кл. С 02 В 27/17,ДЛЯ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛ ВОК относится к технике ий и материалов, с по- прерывного лазерного нно к сканаторам, для управления .пере - о пучка. Цель изобние производительноочности сканированилазерных технологичнабжен сканирующимИзобретение относится к устройствам для обработки изделий и материалов,с помощью мощного непрерывного лазерного излучения а именно к сканаЭ5торам для лазерных технологическихустановок, предназначенным для управ -ления перемещением лазерного луча,и может быть использовано при изготовлении прецизионных износостойкихузлов и деталей машин в ведущих областях машиностроения: авиационной,автатракторной, станкостроительнойи в ремонтно-восстановительных рабатах для автоматизированной закалки, 15сварки, резки и термоабрабатки поверхности металлических деталей, атакже в измерительной технике, основанной на принципе сканирования,Цель изобретения - пов пение скорости и точности сканирования.На фиг, 1 показана структурнаясхема сканатора и характеристика блока с насьпцением на фиг, 2 - схемаблока фазового сдвига, на фиг. 3 исхема блока с насьпцением и вариант выполнения звена с насьпцениемна Фиг. 5 - амплитудно-частотная характеристика сканатора.Сканатор дпя лазерных техналогических установок содержит корпус 1 сустановленными в нем сканирующимэлементом (зеркалом) 2 и возбудительколебаний сканирующего элемента. Сканирующий элемент 2 укреплен на коромысле 4 с возможностью поворота относительно корпуса 1. Сканатор снабженсимметрично расположенными ударнымипарами 5, падвюкные элементы которыхжестко связаны с коромыслом 4 а неподвижные укреплены в корпусе 1,например, с вазможностью регулирования. Между коромыслом 4 и корпусам 1 симметрична установлены центрирующие упругие элементы б, напржлер пружины, ап ределяющие взаимное расположение первых в статическом состоянии,Возбудитель 3 колебаний сканирующего элемента может быть выполнен ввиде симметрично расположенных электромагнитов с управляющими диодами 7, последовательно включенными с обмотками электромагнитов 8 и связанными с усилителем 9 мощности. В сканаторе предусмотрен измерительный преобразователь 10 параметров движения сканирующего элемента 2, например фотоэлектрический датчик перемещения зеркала относительно корпуса 1, установленный в корпусе. Выход преобразователя 10 связан с входом блока 11 фазового сдвига, а выход последнего является входом блока 12 с насьпцением, включающего звено 13 с насьпцением. Выход последнего соединен с входом усилителя 9 мощности.Пример зависимости величины выходного сигнала Х звена 13 от величины входного сигнала Х показан на фиг.б сплошной ливией, причем Й - уровень насьпцения, с(= агам К, К - начальный коэффициент усиления звена.Блок 11 Фазового сдвига может быть выполнен в виде Фазовращателя 14 (Фиг. 2 а) с передаточной функцией, например, ч =, (1-Тр)/(1+Тр), корректирующего звена 15 (фиг. 2 б) с передаточной функцией, например, ч = - (1+Тр)(1+Тр)/(1+Т р) (1+Тр) или фильтра 16 (Фиг; 2 в) с передаточной функцией, например, ч = (1+Т р )/(1+4 Тр+ +Т р ), где р = й/ЙТ - оператор дифференцирования, Т, Т Т - постоянные времени звеньев. Возможны варианты реализации блока 11 из трех указанных звеньев (фиг.2 г - ж), при этом запускается также параллельное включение звеньев 14-16.Блок 12 с насьпцением (фиг. За) целесообразно снабдить частотостабилизирующими элементами - частотомером 17, например, емкостным, и блоком 18 регулирования уровня насьпцения, выходы которого связаны с управляющими входами звена 13 с насыщением.Блок 18 регулирования уровня насыщения (Фиг, Зб) состоит, например, из элемента 9 деления, источника 20 постоянного сигнала, наприлер напряжения, и усилителегг 21 и 22 постоянного напряжения, один из которых (22) является инвертирующим, соединенных между собой определенным образом. На Фиг. 4 а приведена схема звена 13 с насьпцением. Блок 12 мажет быть снабжен генератором 23 периодических сигналов, например, генераторам напряжения (фиг. 4 б), выход которого связан с выходом звена 13.Сканатор целесообразно выполнить с регулируемыми блоками 11 и 12 или с с регулируемыми звеньями 14-16 (фиг. 2) блоком 18 с источником 20(фиг. 3), генератором 23 и элементами схемы (фиг, 4 а), определяющими уровень насыщения.Сканатор может быть оснащен возбудителем колебаний сканирующего элемента иного типа, например электро- динамическим, пневматическим, гидравлическим и др., элементы 9-12 или их часть также могут быть выполнены в виде элементов пневмогидроавтоматики.Принцип работы сканатора заключается в следующем.Сфокусированный лазерный пучок П,(фиг. а) от мощного технологиче - ского лазера (не показан) отклоняется зеркалом 2, а отраженный от него пучок Пнаправляется на деталь (не показана),ависимость амплитуды а,о угла отклонения у лазерного пучка Пот частоты колебаний Г коромысла 4 с зеркалом 2 показана на фиг.5 сплошной линией. Максимальная скорость сканирования (угловая скорость зеркала 2) при заданной средней мощности возбудителя 3 достигается на частоте Гр и соответствует точке А амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фиг.5. Действие возмущений в известном устройстве (прототипе) приводит к срыву виброударного режима А и к выходу сканатора на безударный гармонический режим с амплитудой точки Б фиг. 5. Поэтому в известном устройстве заведом снижают частоту до величины Г что соответствует точке В фиг. 5.Однако таким образом обеспечивается лишь устойчивость при малых возмущениях. Резкие флюктуации тех или иных возмущений могут привести к срыву режима В и установлению режима Г. Для восстановления виброударного режима необходимо вновь осуществлять затягивание по частоте или жесткое возбуждение.В предлагаемом сканаторе оптимальный пилообразный режим (точка А) является единственным устойчивым режимом. Изменение параметров сканатора или возмущающих воздействий может привести к отклонениям по частоте режима от Г , но не к срыву виброударного режиа. Эти отклонения соответствуют, например, точкам А и А ц на фиг. 5,При изменении в меньшую или большую амплитуды напряжения на элелектромагнитах. Величины этих отклонений могут быть уменьшены до заданных пределов.Сигнал с преобразователя О изменяется по фазе в блоке 11, ограничивается по амплитуде в блоке 12 и после усилителя 9 мощности подается на электромагнить 8, приводящие в движение коромысло 4 с зеркалом 2. В системе происходит самвозбуждение, выход на стационарный режим автоколебаний и его поддержание при изменении параметров системы. В данной системе реализуется качественно новый режим пилообразных колебаний с частотой Г,в несколько раз большей собственной частоты Г механической системы - коромысла А на упругих элементах 6.Ьлок 11 обес ечивает реализацию максимально возможной при данном уровне насыщения й частоты Г. Точность воспроизведения требуемых фазовых соотношений повышается по мере усложнения схемы блока 1 от схем фиг. 2 ав до фиг, 2 ж. Звено 14 рекомендуется использовать при значительных, а звенья 15 и 16 при малых величинах требуемого фазового сдвига, Звено 16 служит также для исключения нежелательных частотных диапазонов сканатора, связанных с наличием побочных резонансов, например, на собственной частоте коромысла-балки.Звено 13 блока 12 обеспечивает требуемый уровень возбуждения привода для реализации частоты Гг. Остальные звенья 19-23 блока 12 служат для стабилизации частоты Г.На выходе частотомера 17 формируется сигнал, пропорциональный частоте колебаний. При отклонениях рабочей частоты от Г блок 18 изменяет уровень насыщения и восстанавливает режим А. Элемент 19 деления формирует сигнаг, Х= Х /Х, = К /КГ, пропорциональный периоду колебаний и равный отношению сигнала Х з = Кз= сопвь ) О источника 20 к сигналу Х= КГ (:1 = сопз 1 ) О) на выходе частотомера 17. Напряжения на входах г. и ш звена формируют. соответственно положительный и отрицательный уровни насьпцения характеристики звена 13 после прохожцения сигналов через усилители. 21 и 22.Менее стабильной по скорости сканирования, но более простой схемой стабилизации частоты сканатора является пример реализации блока 12 с1430931 5насыщением (фиг. 4 б), когда реализуется известный для близких к гармоническим колебаниям эффект захватывания частотой вынуждающего периодического воздействия частоты автоколебаний, Однако в отличие от известного в данном случае это явление возникает при пилообразном законе движения на частотах, в несколько раз больших собственной частоты механической системы. Сигнал от источника 23 может быть в несколько раз меньше сигнала на выходе звена 13,Регулирование скорости сканирования при постоянной амплитуде а может осуществляться одним звеном 13 изменением уровня насьпцения Й, увеличение которого приводит к увеличению скорости сканирования. В варианте фиг. 4 б следует также изменить период выходного сигнала источника 23.Для более точной настройки во всех вариантах следует перестроить также звенья 14-16, при этом перестройка блока 18 может осуществляться, например, изменением величины сигнала К источника 20.Регулировка амплитуды сканирования при постоянной скорости в определенных пределах может осуществляться изменением зазора в ударных парах 5 перемещением элементов, установленных в корпусе, Изменение амплитуды и частоты сканирования осуществляется соответствующей комплексной перестройкой указанных звеньев. Формула изобретения 1. Сканатор для лазерных технологических установок, содержащий сканирующий элемент, установленный с возможностью перемещеНия относительно корпуса, возбудитель колебаний сканирующего элемента, присоеди- денный к корпусу, ударные пары, элементы которых установлены соответСтвенно на сканирующем, элементе и в корпусе с возможностью взаимодействия между собой при перемещении сканирующего элемента, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения скорости и точности сканирования, в него введены измерительныйпреобразователь параметров движения5сканирующего элемента, блок фазовогосдвига, блок с насьпцением н виде звена с насьпцением и усилитель мощности,выход которого подключен к управляющему входу возбудителя колебаний сканирующего элемента.2, Сканатор по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок фазовогосдвига выполнен в виде фазовращателяили корректирующего звена или фильт 15 ра3. Сканатор по п,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок фазовогосдвига выполнен в виде последовательно соедиенных фазовращателя, корректирующего звена и фильтра,4. Сканатор по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок фазового сдвига выполнен регулируемым.5. Сканатор по п.1, о т л и ч а25 ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации частоты сканирования, блокснасьпцением дополнительно снабженпоследовательно соединенными частотомером и блоком регулирования уровня насьпцения, подключенным выходамик дополнительным управляющим входамзвена с насьпцением, вход которогосоединен с входом частотомера. 6. Сканатор по п,5, о т л и ч аю щ и, й с я тем, что блок регулирования уровня насьпцения снабженинвертирующим и неинвертирующимусилителями постоянного напряжения,40 последовательно соединенными с источником постоянного напряжения иэлементом деления, другой вход которого является входом блока регулирования уровня насьпцения, а выходыпоследнего соединены через соответствующие усилители напряжения с выходом элемента деления,Сканатор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок с насьпцением сяабжен генератором периодических сигналов, подключенным к выходу звена с насьпцением.1430933 а г Составитель Ю. Алешинактор Л. Пчолинская Техред Л. Сердюкова Корректор М. Васильев аз 5342/ исноеСР Госуд д, 4 в редприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,играфич нн роиэво ВНИИПпо 3035, Тираж 533 арственног изобретени Ж, Рауш