Технологическая лазерная установка

Номер патента: 1810262

Авторы: Гарипов, Ладейщиков, Ревашин

ZIP архив

Текст

ОЮЗ СО ОЦИАЛИ ЕСПУБЛ ТСКИХических я)5 В 23 БРЕТЕНИЯ ВУ КОМ ВИДЕТ ый завод Ульяновмышленного компЛадейщиков и Б.Г. те иставкаасев, С,Акн. ЛазеперспешленноТ, 1988 к лазерам серии , Герасев, А,М, рные технологитивы их примести. - тезисы с, 60-61. ЕРНАЯ УСТА- бласти машидля обработкижиме твердо- обретения явологических номенклатуры(57) Изобретение отн ностроения и предн материалов в импу тельными лазерами. ляется расширен возможностей, уве КАЯ ЛА осится Мазначенольсном реЦелью изие технличение я ом- усым агенГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР,ЛТН. О.А. ГерНикИтин и др - Вческие установки инения в промыдокладов - М., НИА Изобретение относится к устройствам для обработки металлов лазерным лучом в импульсном режиме, а именно к,резке, сварке, прошивке отверстий и упрочнению изделий из черных металлов, дюралевых сплавов, углепластиков и других композиционных материалов.Целью изобретения является расширение технологических возможностей установки за счет увеличения номенклатуры обрабатываемых резкой материалов, повышения качества и производительности рез,ки,обрабатываемых резкой материалов, повышение качества и производительности. Установка содержит последовательно соединенные регулируемый стабилизатор постоянного тока, импульсный коммутатор, снабженный формирователем импульсов управления и твердотелвный излучатель, Имеется и система 5 транспортировки и фокусировки лазерного излучения, Импульсный коммутатор позволяет создавать импульсы с частотой 5-600 Гц и длительностью импульсов 0,3 - 14 мсек. Импульсный коммутатор построен по трехступенчатой схеме закрывания силового тиристора, Для этого с заданным временным сдвигом нэ нем создается обратное напряжение от трех предварительно заряженных емкостейЯ при последовательном включении трех коммутирующих тиристоров. Изобретение по зволяет .повысить качество резки ипроизводительность процесса путем увеличения импульсной мощности лазерного из-, Я лучения. 2 з,п, ф-лы,1 ил,На фиг.схема установк принципиальн мутатора; на ф тройства уп коммутатором;раммы работь ,Н,Ш,ГЧ - форм электроде тири ТЗ, Т 4 (фиг, 2) форма импульс но в т,т. "а", "в представлена структур и; на фиг. 2 -электричес я схема тиристорного к иг, 3 - структурная схема равления тиристорн на фиг. 4 - временные ди установки (на диаграмм а импульса на управляющ стора соответственно Т 1,на диаграммах Ч, Ч 1, Ч а напряжения соответствУстановка содержит блок питания 1 (фиг. 1) БП 10 - 40 в виде регулируемого ста. билизатора постоянного тока, излучатель 2 марки ЛТН - 103 (твердотельный на АИГ: Кс 1 с частотой излучения Л =-1,06 мкм), блок- приставку в виде тиристорного коммутатора 3, силовым входом подсоединенного к выходу блока питания 1, а входом - к твердотельному излучателю 2 при помощи стандартных разьемов, и устройства 4 управления коммутатором 3, представляющее собой формирователь управляющих импульсов, Установка содержит .систему 5 транспортировки и фокусировки излучейия (в виде коллиматора, поворотного зеркала и фокусирующей линзы в газолазерной головке - на фиг. не показаны), Силовая часть 3 (тиристорный коммутатор) блока-приставки и формирователь 4 управляющих импульсов смонтированы в прямоугольном корпусеразмерами 729 мм х 510 мм х 170 мм, устанавливаемом на крышке блока 1 питания БП 10 - 40,Коммутатор 3 "остоит из четырех силовых тиристоров Т 1, Т 2, ТЗ, Т 4 (фиг, 2), катоды которых подключены к минусу источника питания 1. Между анодами тиристоров Т 1, Т 2, ТЗ, Т 4 включены последовательно сое. диненные конденсаторы С 1, С 2, СЗ. Нагрузкой тиристора Т 1 являются последовательно подсоединенные нагрузочные лампы накачки излучателя 2 (фиг. 1) ЛТН, атиристоров Т 2, ТЗ, Т 4- соответственно резисторы 81, 82, ВЗ; тиристор Т 1 подключен к лампам накачки ЛТНчерез развязывающий диод 01, Лампы накачки другим полюсом подключены к плюсу блока 1 питания, как и резисторы 81, 82, 83. Тиристорный коммутатор 3 содержит также источник "дежуркой" дуги, включающий понижающий трансформатор Тр 1, выпрямительные диоды 02, 03, 04, 05, фильтрующую емкость С 4 и развязывающий диод 06 (фиг, 2), На входе трансформатора Тр 1 параллельно его первичной обмотке подключены магнитные пускатели К 1 и К 2 через двухпозиционный (А и В) переключатель, осуществляющий переключение режимов "непрерывный" - "импульсный". Магнитные пускаели имеют контакты К 1,1 для шунтирования и контакты К 2.1 и К 2.2 для отключения тиристоров коммутатора .в непрерывном режиме работы коммутатора 3. Контакт первого магнитного пускателя . К 1-К 1,1 включен параллельно первому тиристору Т 1, катод которого является входом, а анод - выходом тиристорного коммутатора 3, Катод первого тиристора Т 1 через первый контакт второго магнитного пускателя К 2-К 2.т соединен с катодами второго Т 2,третьего ТЗ и четвертого Т 4 тиристоров, аноды которых подключены, соответственно, через первый 81, второй 82 и третий 83 резисторы к общей шине (и+" на фиг; 2) тиристорного коммутатора 3, анод первого тиристора Т 1 подключен через второй контакт второго магнитного пускателя К 2-К 2 т 2 к первому конденсатору С 1. Вторые обкладки с первого по третий конденсаторов С 1, "0 С 2, СЗ соединены соответственно с первогопо третий резисторами 81, 82, ВЗ, Формирователь 4 управляющих импульсов коммутатора 3 содержит последовательно соединенные задающий генератор 6, одно вибратор 7, ВЯ-триггер 8, формировательстробирующего импульса 9, регистр сдвига 10. Генератор 6 подключен вторым выходом к входу первого транзисторного формирователя импульсов, выход которого подклю чен к управляющему электроду первоготиристора Т 1 коммутатора 3. Одновибратор 7 соединен с первым Я входом Вк 2-триггера, а выход триггера 8 соединен со входом ждущего мультивибратора 12, частота следова ния импульсов которого зависит отминимальной длительности импульса тока лампы накачки, выход же мультивибратора 12 подсоединен ко второму входу регистра сдвига 10; три выхода которого (первый, 30 второй и третий) соединены с входами трехформирователей управляющих импульсов 13, 14, 15, подключенных к управляющим электродам тиристоров соответственно Т 2, ТЗ, Т 4. Четвертый выход регистра сдвига 35 подключен ко второму входу иВ" 83-триггера 8. Устройство формирователя 4 выполне- .но на печатной плате из фольгированного . стеклотекстолита размером 210 х 80 мм.Тиристорный коммутатор работает сле дующим образом, В момент времени т 1(диаграмма 1, фиг. 4), соответствующий началу импульса тока в нагрузке, на управляющий электрод тиристора Т 1 (фиг. 2) с формирователя 4 управляющих импульсов приходит 45 открывающий импульс; открываясь, тиристор Т 1 передает напряжение 340 в с блока питания 1 БП 10- 40 в точку иа". При этом конденсатор С 1 заряжается до напряжения 340 В через тиристор 81, В момент времени 50 12 (диаграмма 11, фиг, 4) на управляющийэлектрод тиристора Т 2 приходит открывающий импульс. Открытый тиристор Т 2 прикладывает напряжение конденсатора О в обратной полярности к тиристору Т 1, кото рый при этом закрывается, прекращая под. ачу напряжения от блока питания БП 10-40 вточку иа" схемы, прекращая импульс (диаграмма /), Через открытый тиристор Т 2 заряжается до напряжения 340 В конденсатор С 2, В момент времени тз ( диаграмма 111)на управляющий электрод тиристора ТЗ проходит открывающий импульс, при этом открытый тиристор ТЗ прилагает напряжение конденсатора С 2 в обратной полярности к тиристору Т 2, закрывая его, Одновременно заряжается конденсатор СЗ до 340 В. В момент времени т 4 (диаграмма И) на управляющий электрод тиристора Т 4 приходит открывающий импульс, при этом открытый тиристор Т 4 прилагает напряжение конденсатора СЗ в обратной полярности к тиристору ТЗ, закрывая его. Затем.в момент времени 15 приходит открывающий импульс на тиристор Т 1, последовательность повторяется. Форма импульса напряжения в точке "а" показана на диаграмме Ч. Трехступенчатая схема закрывания тири. стора Т 1 позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую резисторами б 1 бЗ. Трансформатор Тр 1, диодный мост Д 2.Д 5, конденсатор фильтра . С 4 образуют по известной схеме источник постоянного напряжения величиной 170 В дежурной дуги (диаграмма И, фиг. 4). Диодный вентиль 06 не пропускает более высокое напряжение импульса 340 В в точке "в" выхода выпрямителя дежурной дуги. Вентиль 01 не пропускает напряжение дежурной дуги в точку "а" в промежуток времени 14-15 между импульсами, Таким образом вентили 01 и 06 устраняют взаимное влияние импульсной схемы и источника дежурной дуги, осуществляя, суммирование их напряжений в точке "с" (диаграмма Ч 1, фиг. 4).В .импульсном режиме переключатель режимов работы находится в положении "в", при этом работает магнитный пускатель К 2, замыкая контакты К 2.1; К 2.2; К 2.3, подключая к нагрузке импульсную схему и источник дежурной дуги, В непрерывном режиме переключатель режимов находится в положении "А", магнитный пускатель К 2 отключен, контакты К 2.1; К 2.2; К 2.3 разомкнуты, от нагрузки отключаются импульсная схема и источник дежурнойдуги. Магнитный пускатель К 1 включен, замкнут контакт К 1.1; шунтирующий тиристор Т 1, при этом в нагрузку(лампы накачки) беспрепятственно передается напряжение 340 8 с блока питания БП 10-40,Формирователь импульсов управления тиристорным коммутатором работает следующим образом; задающий генератор 6 управляет формирователем импульсов 11 управления тиристором Т 1 и запускает одновибратор 7, формирующий временной интервал (12-с 1), по истечении которого устанавливается бЗ-триггер 8; при этом формирователь стробирующего импульса 9 производит параллельную загрузку в ре 20 25 по контуру, задаваемому программным устройством относительно неподвижного излу 30 тотаи длительность импульсов), На пульте имеется .переключатель режимов "непре рывный" - "импульсный", позволяющий выбирать нужный технологический режим.При работе в импульсном режиме по сравнению с аналогичными условиями непрерывного режима улучшается качество резки 40 конструкционных и нержавеющих сталей(отсутствует капельный град в месте реза на частоте 100 - 150 Гц) и средняя скорость реза возрастает в 1,5-2,5 раза (в зависимости от толщины проката), что увеличивает 45 существенно производительность резки. В1,5-2 раза уменьшается ширина реза и устраняется обугливание краев при резке композиционных материалов, появляется возможность резать углепластик и дюра 50 55 51015 гистр 10, а мультивибратор 12 осуществляет последовательный сдвиг информации регистра, 1-й, 2-й и 3-й выходы регистра 10 подключены к формирователям 13, 14 и 15 управления тиристорами соответственно Т 2, ТЗ и Т 4, 4-й выход регистра сбрасывает бЯ-триггер 8, подготавливая устройство к новому циклу,Установка работает в итог следующим образом: включение установки происходит от блока питания БП 10 - 40, к ЛТН, при этом тиристорный коммутатор находится в режиме "непрерывный", устанавливаетСя необходимый технологический режим (длительность импульса тока, частота повторения импульсов), переключатель режимов устанавливается в режим "импульсный" Импульсный лазерный луч, сфокусированный системой 5 (фиг, 1), направляетсяна обрабатываемый дюралевый листовой ма- териал, расположенный на станке с числовым программным управлением, например, М А, который осуществляет последовательное движение обрабатываемой детали,чателя 2 и фокусирующей системы 5. Формирователь 4 импульсов управления(фиг. 1) осуществляет синхронное управление силовыми тиристорами коммутатора 3 в соответствии с задаваемым на его пульте управления технологическим режимом (часлюминиевый прокат, слоистые дюралюминиевые материалы.Введение импульсного режима резки при частоте созданных импульсов 5-600 Гц, длительности импульсов тока до 0,3 - 14 мсек и величине импульсов тока 60 А позволяет значительно расширить номенклатуру обрабатываемых материалов (как обладающих высокой теплопроводностью медные и дюралюминиевые сплавы-, так и некоторых композиционных материалов) и заметно повысить качество ипроизводительность резки материалов, обрабатываемых ранее при непрерывном режима, так как при импульсном лазерном излучении не происходит образования оплавленного металлического града и обугли вания углепластиков, характерього для импульсно-непрерывного режима, ввиду перераспределения градиента температуры; ширина реза при этом уменьшена, что также повышает качество резки и снижает 10 удельный расход затрачиваемой энергии.Данная технологическая лазерная установка с расширенными технологическими воэможностями может быть использована в "составе робототехнических комплексов в 15 связи с ее относительно небольшими габаритами, широкими технологическими возможностями и простотой обращения из-за минимального количества параметров, устанавливаемых вручную (длительность и ча стота следования импульсов, тск в импульсе), что обеспечено схемой управления; При незначительных доработках данные параметры могут устанавливаться от программы. 25Следовательно, по сравнению с прототипом расширяются технологические возможности установки, так как- увеличивается номенклатура обрабатываемых резкой материалов (установка 30 разрезает ранее. не разрезаемые дюралевые сплавы,углепластики, слоистые дюралевые материалы и т.п,);- увеличивается в 1,5-2 раза скорость резки, что повышает ее производитель ность;- улучшается качество резки за счет устранения обугливания краев углепластиков, возникновению металлического капельного града на поверхности конструк ционных и нержавеющих сталей, уменьшения в 1,5-2 раза ширины реза. Формула изобретения451, Технологическая лазерная установка, содержащая регулируемый стабилизатор постоянного тока, тиристорный коммутатор, входом соединенный с выходом формирователя управляющих импульсов, 50 твердотельный излучатель, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет увеличенйя номенклатуры обрабатываемых резкой материалов, повышения качества и производительности резки, она снабжена двумя раэвязывающими диодами и блоком дежурной дуги, соединенным с твердотельным излучателем, системой фокусировки излучения и средством транспортировки излучателя, причем силовой вход тиристорного коммутатора подключен к выходу регулируемого стабилизатора тока, а выход - к твердотельному излучателю и выходу блока дежурной дуги через развязывающие диоды,2. Установка по п, 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что тиристорный коммутатор содержит четыре тиристора, три последовательно соединенных конденсатора, три резистора и два магнитных пускателя, причем контакт первого магнитного пускателя включен параллельно первому тиристору, катод которого является входом, а анод - выходом импульсного коммутатора, катод первого тиристора через первый контакт второго магнитного пускателя соединен с катодами второго, третьего и четвертого тиристоров, аноды которых подключены соответственно через первый, второй и третий резисторы к общей шине тиристорного коммутатора, анод первого тиристора подключен через второй контакт второго магнитного пускателя к первому конденсатору, а вторые обкладки с первого по третий конденсаторов соединены соответственно с первого по третий резисторами,3, Установка по п,2, отл и ч а ю ща я с я тем, что формирователь управляющих импульсов содержит последовательно соединенные задающий генератор, одновибратор, ВЯ-триггер, формирователь стробирующего импульса, регистр сдвига, а также ждущий мультивибратор и четыре формирователя импульсов, подключенные к управляющим электродам соответствующих тиристоров импульсного коммутатора; причем второй вход ВЗ-триггера соединен с первым выходом регистра сдвига, второй, третий и четвертые выходы которого соединены соответственно с входами второго, третьего и четвертого формирователей импульсов, второй вход регистра сдвига через ждущий мультивибратор соединен с выходом ВЯ-триггера, а второй выход задающего генератора связан с входом первого формирователя импульсов.1810262 Составитель Б.РевашинРедактор хред М.Моргентал Корректор л, Филь Те Заказ 1415 Тираж " ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Смотреть

Заявка

4777652, 04.01.1990

САМОЛЕТОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД УЛЬЯНОВСКОГО АВИАЦИОННОГО ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

ГАРИПОВ АЛЬБЕРТ РИНАТОВИЧ, ЛАДЕЙЩИКОВ БОРИС ПАВЛОВИЧ, РЕВАШИН БОРИС ГЕННАДЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: B23K 26/00

Метки: лазерная, технологическая

Опубликовано: 23.04.1993

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1810262-tekhnologicheskaya-lazernaya-ustanovka.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Технологическая лазерная установка</a>

Похожие патенты