Способ лазерной обработки внутри труб и устройство для его осуществления

)5 В 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ,ПАТЕНТУ Способ лазе устройство дл начены, напр навливающ излучением с установленно ри водяной р ной электр технологичес обрабатывае равляемым а клоняющим вращения и датчика, закр ступа к вод установленно ской системы емой с осью мощного из видимым пуч мощью обрат колл имацио установлен н торов, устано позволяет ус оптическую приемником р Равеле, Жефатон (Ей) РНОЙ ОБРАБОТКИ РОЙСТВО ДЛЯ ЕГО транспортировки с входной оптическ осью зеркального приемника на подвижн части системы транспортировки.На фиг. 1 представлены технологич ский лазер невидимого излучения, источн видимого излучения и система для совме ния оптических осей невидимого и видимо пучков, излучения технологического лазе и источника видимого излучения; на фиг, 2 обрабатывающая головка с фокусирующ системой, оптическая система транспорт ровки излучения, состоящая из неподви еик ще,(54) СПОСОБ ЛАЗЕ ВНУТРИ ТРУБ И УСТОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к лазерной обработке и может найти применение при обработке внутри труб в труднодоступныхместах, Цель изобретения - защита фотодетекторов от воздействия излучения технологического лазера и упрощение операциисовмещения выходной оптической оси зеркального передатчика и осью приемника. Изобретение относится к способу лазерной обработки, а именно к сварке внутри труб в труднодоступных местах атомной электростанции и устройству для его реализации.Целью изобретения является защита фотодетекторов светочувствительного измерительного органа от воздействия невидимого излучения технологического лазера и упрощение операции совмещения выходной оптической оси зеркального передатчика на неподвижной части системы рной обработки внутри труб ия его осуществления предназимер для возможности восстаей сварки инфракрасным помощью сварочной головки, й в теплообменной трубе внутубашки парогенератора атомостанции, Мощный пучок кого лазера переносят до оси мой трубы благодаря двум упвтоматическим оптическим отустройствам с приводами перемещения, а именно переепленного возле отверстия дояной рубашке, и приемника,го на подвижной части оптичетранспортировки и центрируобрабатываемой трубы. Пучок лучения коаксиально охвачен ком излучения, который с поных ретроотражателейи авто- нного кольцевого зеркала, ых на приемнике, и фотодетеквленных перед передатчиком, танавливать и поддерживать связь между передатчиком и . 2 с, и. ф-лы, 4 ил.ной и подвижной частей с органами совмещения оптических осей, выполненными в виде зеркального передатчика и зеркального приемника, установленных соответственно на выходе и входе этих частей, измерительного органа и органа анализа и управления; на фиг. 3 - конструкция узлов зеркального приемника или зеркального передатчика; на фиг. 4 - возвратный зеркальный орган, установленный перед приемником на подвижной части системы транспортировки.Устройство содержит технологический мощный лазер 1 на углекислом газе, источник 2 видимого излучения, оптическую систему для совмещения оптических осей пучков. лазера 1 и источника 2, состоящую из телескопической оптической системы 3, круглого прозрачного делителя 4 и установленного под углом 45 О к главной оптической оси 5 лазера 1 кольцевого поворотного зеркала 6 так, что его центр лежит на оси 5 (см фиг. 1). Зеркало 6 установлено с возможностью тонкой механической юстировки его относительно главных оптических осей 5 и 7 лазера 1 и источника 2Устройство также содержит оптическую систему транспортировки, состоящую из неподвижной и подвижной частей 8 и 9 (см, фиг. 2), На выходе неподвижной части 8 установлен с возможностью поворота вокруг оптической оси 5 и вокруг оси 10, перпендикулярной оси 5, оптически связанный с лазером 1 и источником 2 зеркальный передатчик 11 с приводами 12 вращения ( см. фиг. 3). На входе подвижной части 9 системы транспортировки установлен с возможностью поворота вокруг ее входной оси 13 и оси 14, перпендикулярной оси 13, зеркальный приемник 15 с механизмом 16 перемещения, На выходе неподвижной. части 8 системы транспортировки установлен светочувствительный измрительный орган 17, оптически связанный с системой транспортировки с помощью установленного под углом 45 коптическойоси 5 полупрозрачного кольцевого отражателя 18. Перед приемником 15 коаксиально с его входной оси 19 установлен зеркальный элемент 20 с кольцевым основанием 21 и равномерно установленными на нем по периферии по меньшей мере тремя ретроотражателями 22, а между ними в кольцевом основании 21 по периферии выполнены кольцеообразные пазы (см. фиг, 4). Отражающие грани ретро- отражателей 22 выполнены с прямыми углами при вершине, а отражающие поверхности обращены к передатчику 11. На выходе подвижной части 9 системы транспортировки коаксиально ее оси 13 установлены кольцевой зеркальный элемент23 с отражающей поверхностью, обращенной к передатчику 11, обрабатывающая головка 24 с фокусирующей системой 25, 5 установленным под углом 45 к ее оптической оси 26 поворотным зеркалом 27. Измерительный орган 17 состоит из фокусирующего объектива 28, светоделителя 29 и фотодетекторов 30 и 31. Устройство 10 также содержит орган анализа и управления, состоящий из вычисли 1 ельного устройства 32 и блока 33 видеоконтроля, причем вычислительное устройство 32 электрически связано с фотодетекторами 30 и 31, при водам 12 вращения передатчика 11 имеханизмом 16 перемещения приемника 15. Передатчик 11 состоит из установленных под углом 45 О к осям 5 и 10 с возможностью вращения вокруг этих осей поворотных зер кал 34 и 35. Приемник 15 состоит из установленных под углом 45 к осям 13 и 14 поворотных зеркал 36 и 37, Фотодетекторы 30 и,31 выполнены в виде анализаторов положения пучка излучения по двум коорди натам, расположенным в плоскости фотодетекторов 30 и 31. Неподвижная часть 8 системы транспортировки проходит через водяную рубашку 38, реактора, в котором установлена подвижная часть 9 и обрабаты вающая головка 24, связанные между собойсоединительной оснасткой 39, которая совмещает их оптические оси 13 и 26.Устройство работает следующим образом.35 С помощью оптической системы для совмещения оптических осей пучков излучения лазера 1 и источника 2 видимого излучения излучение источника 2 расширяют телескопической системой,3 до разме ров, больших диаметра пучка невидимогоизлучения лазера 1, вырезают делителем 4 кольцевой пучок и направляют его зеркалом 6 соосно главной оптической оси 5 лазера 1 в неподвижную часть 8 системы транспор тировки излучения, через которую ойо попадает на зеркальный передатчик 11, Передатчик 11 с помощью привода 12 вращения поворачивают так, чтобы направить кольцевой пучок видимого излучения на 50 вход зеркального приемника 15, который всвою очередь перемещают механизмом 16 перемещения в зависимости от светового сигнала, возвращенного в обратном направлении зеркальными элементами 20 и 23 55 на передатчик 11 и с помощью поворотногозеркала 18 на измерительный орган 17. Фотодетекторы 30 и 31 измерительного органа и блок 33 видеоконтроля передают информацию о пространственном положении подвижной части 9 системы транспортировкиизлучения и обрабатывающей головки 24 в, вычислительное устройство 32. Обрабатывающую головку 24 соосно устанавливают в обрабатываемую трубу 40 с помощью сигналов управления с вычислительного устройства 32, Совмещают свари ваемый кольцевой стык с выходным отверстием 41 в головке 24, Затем подают излучение лазера 1 по системе транспортировки.в обрабатываемую головку 24, фокусируют его системой 25 и поворотным зеркалом 27 направляют через отверстие 41 на свариваемый стык трубы 40 и производят лазерную сварку.Способ лазерной обработки внутри труб в труднодоступных местах атомной электростанции заключается в перемещении обрабатывающей головки 24 в заданное положение путем центровки головки 24 относительно оси 26 обрабатываемой трубы 40, введении головки в обрабатываемую трубу 40 до совмещения со свариваемым кольцевым стыком выходного отверстия 41головки 24, совмещении оптической оси 19 входа подвижной части 9 системы транспортировки излучения с оптической осью 42 выхода ее неподвижной части 8 с помощью направленного соосно с оптической осью 5 невидимого излучения кольцевого пучка 43 видимого излучения, При этом часть видимого излучения отражают с помощью возвратных зеркальных элементов 20, установленных на периферии вокруг траекториипучка невидимого излучения, на измерительный орган 17 и регистрируют по меньшей мере три пучка видимого излучения фотодетектором 30, характеризующим отклонение оптичесКой оси пучка 44 видимого излучения от выходной оптической оси 42 передатчика 11. Другую часть видимого излучения, проходящую через кольцеобразные пазы в основании 21 зеркального элемента 20 и отражающуюся от зеркал 36 и 37 с помощью возвратного кольцевого зеркала 23, установлейного соосно по периферии вокруг траектории пучка невидимого излучения,отражают на измерительный орган 17 и регистрируют фотодетектором 31, характеризующим отклонение выходной оптической оси 42 передатчика 11 от входной оптической оси 5 приемника 15. Причем электрические сигналы фотодетекторов 30 и 31 преобразуют в сигналы управления приводами 12 вращения и механизмом 16 перемещения передатчика 11 и приемника 15 для совмещения соответственно их выходной и входной оптических осей 42 и 19. Установка возвратных зеркальных элементов 20 и 23 и измерительного органа на периферии вокруг траектории пучка неви 15 20253035 404550 55 направление оси лазера 1; по отношению к которому регулируется передатчик 11 при монтаже системы, как и направление пучков, выходящих из приемника 15), направление оси обрабатываемой трубы 40, причем приемник 15 направляют относительно этой трубы посредство подвижной части 9 системы транспортировки, жестко связанной с этим приемником 15, и упирают подвижную часть 9 на трубчатую плиту, жестко связанную с трубой 40, Управление угловыми отклонениями передатчика 11 и приемника .15 позволяет, следовательно, направлять выходные пучки из передатчика 11 к приемнику 15, обеспечивая оптическуюсвязь между передатчиком 11 и приемником15,Формула изобретения1. Способ лазерной обработки внутритруб преимущественно в труднодоступныхместах атомной электростанции, заключающийся в центрировании обрабатывающей фокусирующей головки относительно оси обрабатываемой трубы, введении головки в обрабатываемую трубу до совмещения со свариваемым кольцевым стыком выходного отверстия головки, совмещении оптической оси входа подвижной части системы транспортировки излучения с оптической осью выхода ее неподвижной части с помощьюнаправленного соосно с оптической осьюневидимого излучения пучка видимого излучения, при этом часть видимого излучения отражают с помощью возвратных зеркальных элементов на измерительный орган сфотодетектором отклонения оптической оси пучка от выходной оптической оси передатчика, а другую часть видимого излучения преобразуют с помощью измерительного органа на другом фотодетекторе отклонения выходной оптической оси передатчика от входной оптической оси приемника, причем электрические сигналы фотодетекторов преобразуют в сигналы управления приводами вращения передатчика и приемника для совмещения соответственно их выходдимого излучения, а также использование кольцевого видимого пучка 43 позволяют защитить фотодетекторы 30 и 31 измерительного органа 17 от воздействия невиди мого излучения лазера 1, а также упроститьоперацию совмещения, выходной оптической оси 42 зеркального передатчика 11 на неподвижной части 8 системы транспортировки с входной оптической осью 19 зер кального приемника 15 на падзижной части9 системы транспортировки.Предложенным способом устанавливают направление пучков видкмого излучения источника 2, входящих в передатчик 11 (т. е.1713425 55 ной и входной оптических осей, далее подают невидимое излучение технологического. лазера на фокусирующую систему обрабатываемой головки и производят лазерную обработку трубы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью защиты фотодетекторов от воздействия излучения технологического лазера и упрощения операции совмещения выходной оптической оси передатчика с входной оптической осью приемника путеМ исключения отвода возвратных зеркальных элементов и измерительного органа в процессе совмещения оптических осей, видимый пучок излучения подают в виде кольцевого пучка, возвратные зеркальные элементы и измерительный орган устанавливают на периферии вокруг траектории пучка невидимого излучения.2, Устройство для лазерной обработкивнутри труб преимущественно в труднодоступных местах атомной электростанции, содержащее технологический лазер невидимого излучения, источник видимого излучения, систему для совмещения оптических осей пучков излучения лазера и источника видимого излучения, обрабатывающую головку с фокусирующей системой, оптическую систему транспортировки излучения, состоящую из неподвижной части и подвижной части с механизмом перемещения, на выходе неподвижной части установлен с возможностью поворота вокруг выходной оптической оси.и вокруг перпендикулярной ей оси оптически связанный с лазером и источником видимого излучения зеркальный передатчик с приводом вращения, на входе подвижной части системы транспортировки излучения установлен с возможностью поворота вокруг ее входной оси и вокруг перпендикулярной ей оси зеркальный приемник с приводами вращения, оптически связанный с системой фокусировки, возвратные зеркальные органы, светочувствительный измерительный орган с фотодетекторами и светоделителем, орган анализа и управления, на выходе подвижной части системы транспортировки излучения установлена центрирующая ее выходную ось оснастка, входы органа анализа и управления электрически связаны с выходами фотодетекторов, а его выходы - с приводами вращения зеркального передатчика и зеркального приемника и механизмом пе ремещения подвижной части системытранспортировки излучения, кроме того, фотодетекторы выполнены в виде анализаторов положения пучка излучения по двум координатам в плоскости фотодетекторов, 10 о т л и ч а ю щ е е с я тем; что, с целью защитыфотодетекторов от воздействия излучения технологического лазера и упрощения операции совмещения выходной оптической оси зеркального передатчика с входной оп тической осью зеркального приемника, устройство снабжено кольцевым зеркальным делителем, установленным,соосно и под углом к выходной оптической оси неподвижной части системы транспортировки 20 излучения и оптически связанным с измерительным органом, измерительный орган установлен на выходе неподвижной части системы транспортировки излучения, возвратные зеркальные органы выполнены в 25 виде установленного перед зеркальнымприемником зеркального элемента с кольцевым основанием и равномерно установленными на нем по периферии по меньшей мере тремя ретроотражателями, а между 30 ними в кольцевом основании по перифериивыполнены кольцеобразные пазы, и кольцевого зеркального элемента, установленного на выходе подвижной части системы транспортировки излучения перпендикулярно ее 35 .выходной оптической оси так, что его зеркальная поверхность обращена к зеркальному приемнику, отражающие грани каждого из ретроотражателей выполнены с прямыми углами при вершине, система со вмещения оптических осей пучков излучения лазера и источника видимого излучения выполнена в виде телескопической системы, оптического делителя и поворотного зеркала с центральным отверстием, уста новленного соосно и под углом к выходнойоптической оси неподвижной части системы транспортировки излучения, кроме того, фотодетекторы выполнены в виде анализаторов изображения пучка по его сечению.501713425 оставитель Л. Назароваехред М.Моргентал Корректор Э. Лончаков актор О, Снигови Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гага Заказ 547 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета п 113035, Москва, Ж Подписноезобретениям и открытиям при ГРаушская наб., 4/5