RU2090328C1

RU2090328C1 - Optical turning device for laser processing equipment

Info

Publication number: RU2090328C1
Application number: RU95116697A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Сафонов; Г.Ю. Микульшин
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Технолазер"
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: laser machining; transmission of radiation in flexible manufacturing systems. SUBSTANCE: optical turning device makes it possible to direct radiation in four relatively perpendicular directions. Device has rotating truncated pyramid 1 with replaceable mirrors. Each mirror has its special function providing transmission of radiation of different lasers along one transmissions system. Radiation modifying mirrors are included into set of replaceable mirrors which makes it possible to slightly focus radiation transmitted over small distances, keeping aperture within tolerable limits. Truncated pyramid 1 with replaceable mirrors rotates both around its own axis and around axis coinciding with axis of incident radiation which provides pointing of beam in four relatively perpendicular directions. EFFECT: enlarged operating capabilities. 3 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для лазерной обработки материалов. Устройство предназначено для использования в лазерных гибких производствах, а также в традиционных машиностроительных производствах с использованием лазерной техники. The present invention relates to equipment for laser processing of materials. The device is intended for use in laser flexible manufacturing, as well as in traditional engineering industries using laser technology.

Известно поворотное устройство установки LBW 1500 S 3 западногерманской фирмы "Leybould Heraens" [1] Поворотное устройство имеет в своем составе 3 отклоняющих зеркала. По команде системы управления, контролирующей работу всей установки, поворотное устройство перемещает необходимое отклоняющее зеркало в зону прохождения лазерного излучения и горизонтально исходящее от лазера излучения отклоняется вниз на нужный технологический пост. После этого проводится обработка детали. Для перевода обработки на другой технологический пост система управления отключает лазер, поворотное устройство возвращает отклоняющее зеркало на прежнее место и перемещает в зону прохождения лазерного излучения новое отклоняющее зеркало, находящееся над тем постом, где будет производится обработка. Known rotary device installation LBW 1500 S 3 West German company "Leybould Heraens" [1] The rotary device incorporates 3 deflecting mirrors. At the command of the control system that controls the operation of the entire installation, the rotary device moves the necessary deflecting mirror into the zone of laser radiation and the radiation emanating horizontally from the laser deviates down to the desired technological station. After that, the part is processed. To transfer processing to another technological station, the control system turns off the laser, the rotary device returns the deflecting mirror to its previous position and moves a new deflecting mirror located above the station where the processing will be performed to the zone of laser radiation.

Однако это поворотное устройство имеет очень ограниченные возможности и может отклонять лазерный луч лишь в одном направлении. Его невозможно использовать в других лазерных установках, где необходимо автоматическое направление лазерного луча на разные технологические посты или где нужно синхронизировать лазерный луч. However, this rotary device has very limited capabilities and can deflect the laser beam in only one direction. It cannot be used in other laser installations where the automatic laser beam is directed to different processing stations or where the laser beam needs to be synchronized.

Известен лазерный обрабатывающий модуль, установленный экспериментальной ГПС, г. Цукуба, Япония [2] Модуль имеет три рабочих позиции, на двух из которых используют источник лазерного излучения на CO2-газе, а на третьей - лазер на ИЛГ (алюмоиттриевый гранат). A well-known laser processing module installed by the experimental GPS, Tsukuba, Japan [2] The module has three working positions, two of which use a source of laser radiation using CO2 gas, and the third one uses an ILH laser (yttrium aluminum garnet).

Недостатком лазерного обрабатывающего модуля является необходимость использования двух систем транспортировки излучения от лазеров к технологическим постам: для CO2-лазеров; для ИАГ-лазера. Это связано с различными свойствами лазерных излучений CO2-лазеров и ИАГ-лазеров и, следовательно, с использованием в системах транспортировки излучения отражающих элементов с разными характеристиками. The disadvantage of the laser processing module is the need to use two systems for transporting radiation from lasers to technological posts: for CO2 lasers; for YAG laser. This is due to the different properties of the laser radiation of CO2 lasers and YAG lasers and, therefore, to the use of reflecting elements with different characteristics in radiation transportation systems.

Наличие двух систем транспортировки излучения резко снижает гибкость лазерного обрабатывающего модуля, т.к. заставляет жестко привязывать определенные лазеры к определенному технологическому оборудованию. The presence of two radiation transportation systems dramatically reduces the flexibility of the laser processing module, because makes it hard to tie certain lasers to certain technological equipment.

Известно устройство для отклонения лазерного луча при поверхностной закалке, имеющее в своем составе усеченную пирамиду с приводом для ее вращения, закрепленные на гранях усеченной пирамиды отражающие зеркала [3] При осуществлении лазерной закалки многогранная пирамида вращается вокруг собственной вертикальной оси. В результате направленный на грани усеченной пирамиды лазерный пучок совершает возвратно-поступательное движение поперек оси вращающейся усеченной пирамиды и, отклоняясь, направляется на обрабатываемую деталь. A device for deflecting a laser beam during surface hardening is known, comprising a truncated pyramid with a drive for its rotation, reflecting mirrors mounted on the faces of a truncated pyramid [3] When laser hardening is performed, a multifaceted pyramid rotates around its own vertical axis. As a result, the laser beam directed to the edges of the truncated pyramid makes a reciprocating motion across the axis of the rotating truncated pyramid and, deviating, is directed to the workpiece.

Недостатком устройства является его ограниченные технологические возможности. Кроме того, лазерный луч от стыков зеркал рассеивается в нерегулированном направлении, что создает опасность для персонала. Целью изобретения является расширение технологических возможностей и улучшение безопасности работы. The disadvantage of this device is its limited technological capabilities. In addition, the laser beam from the joints of the mirrors is scattered in an unregulated direction, which creates a danger to personnel. The aim of the invention is the expansion of technological capabilities and improved safety.

Вышеуказанная цель достигается тем, что в оптическом поворотном устройстве для лазерного технологического оборудования, включающем усеченную пирамиду с приводом ее вращения и закрепленные на ее гранях отклоняющие зеркала, усеченная пирамида с отклоняющими зеркалами закреплена на вращающейся в горизонтальной плоскости платформе с приводом для вращения платформы совпадает с оптической осью падающего вертикального луча лазера, а усеченная пирамида с вращающейся платформой помещена внутри защитного кожуха, имеющего в верхней крышке отверстие для ввода лазерного луча и в боковых стенках отверстия для его вывода, отклоняющиеся зеркала выполнены в виде сменных пластин, каждая из которых имеет различное функциональное назначение и расположены они под углом 45^o к оси вращения усеченной пирамиды, а оси отверстий для вывода излучения расположены в одной горизонтальной плоскости перпендикулярно друг к другу.The above goal is achieved by the fact that in an optical rotary device for laser technological equipment, including a truncated pyramid with a drive for its rotation and deflecting mirrors fixed on its faces, a truncated pyramid with deflecting mirrors is mounted on a platform rotating in a horizontal plane with the drive for rotation of the platform coincides with the optical the axis of the incident vertical laser beam, and a truncated pyramid with a rotating platform is placed inside the protective casing, having in the upper cover about Verstov input laser beam and to the sidewalls of the hole to its output deflection mirror is embodied as interchangeable plates, each of which has a different functionality and they are located at an angle of 45 ^o to the axis of rotation of a truncated pyramid, and the axes of the holes for the emission output are located in one horizontal plane perpendicular to each other.

Крепление усеченной пирамиды с отклоняющими зеркалами на вращающейся горизонтальной плоскости платформе, имеющей ось вращения, совпадающей с осью попадающего луча, дает возможность направления вертикально падающего излучения в любом из 4-х взаимноперпендикулярных направлениях. The fastening of a truncated pyramid with deflecting mirrors on a rotating horizontal plane of a platform having an axis of rotation coinciding with the axis of the incident beam makes it possible to direct vertically incident radiation in any of 4 mutually perpendicular directions.

Наличие кожуха приводит к предотвращению попадания луча на обслуживающий персонал, что повышает безопасность при работе. The presence of a casing prevents the beam from reaching the operating personnel, which increases safety during operation.

Наличие отклоняющих зеркал, имеющих различное функциональное назначение, дает возможность модернизировать лазерный луч, использовать в составе технологического оборудования различные лазеры. The presence of deflecting mirrors having different functional purposes makes it possible to upgrade the laser beam and use various lasers as part of the technological equipment.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 и 2 изображена усеченная пирамида со сменными отклоняющими зеркалами 1, жестко закрепленная на валу 2, который может вращаться в подшипниковом узле 3. Для вращения вала 2 используется двигатель вращения пирамиды 4, закрепленный на платформе 5. Платформа 5 крепится на валу вращения пирамиды вокруг оси лазерного излучения 6, вращающуюся в подшипниковом узле 7. Для вращения вала 6 используются двигатель 8. Корпус подшипникового узла 7 и двигатель 8 закреплены на основании 9. К основанию 9 крепится защитный кожух 10 с отверстиями в крышке и боковых стенках. Сверху к защитному кожуху крепится вертикальный лучепровод для ввода излучения 11, а к 4-м боковым сторонам его горизонтальные лучепроводы для вывода излучения 12. Для направления излучения в поворотное устройство на вертикальном лучепроводе закреплено поворотное зеркало 13. Все поворотное устройство опирается на стойку 14. Управление поворотным устройством осуществляется от системы управления лазерным технологическим оборудованием 15, в которое она входит (фиг. не показана). In FIG. 1 and 2 depict a truncated pyramid with interchangeable deflecting mirrors 1, rigidly mounted on a shaft 2, which can rotate in the bearing assembly 3. To rotate the shaft 2, a pyramid rotation motor 4 mounted on the platform 5 is used. The platform 5 is mounted on the pyramid's rotation shaft around the axis laser radiation 6, rotating in the bearing assembly 7. For the rotation of the shaft 6, the motor 8 is used. The housing of the bearing assembly 7 and the motor 8 are mounted on the base 9. A protective casing 10 is fastened to the base 9 with holes in the cover and side walls nkah. A vertical beam line for inputting radiation 11 is attached to the protective casing at the top, and horizontal beam lines for outputting radiation 12 are attached to the 4 sides of the beam. To rotate the radiation into the rotary device, a rotary mirror 13 is mounted on the vertical beam line. the rotary device is carried out from the control system of laser processing equipment 15, into which it is included (Fig. not shown).

Работа устройства заключается в следующем. Система управления технологическим оборудованием 15 по заданной программе осуществляет выбор необходимого направления лазерного излучения. После этого включается двигатель 8, и он через вал 6 в подшипниковом узле 7 начинает вращать платформу 5 до того положения (одно из 4-х), когда отклоняющее зеркало усеченной пирамиды 1 не встанет в положение, позволяющее ему отклонить вертикально падающее от поворотного зеркала 13 излучение, идущее по лучепроводу 11, в необходимом горизонтальном направлении. При этом луч попадает в горизонтальный лучепровод 12. На фиг. 1 показано положение усеченной пирамиды, когда лазерный луч отклоняется вправо. The operation of the device is as follows. The control system of technological equipment 15 according to a given program selects the required direction of laser radiation. After that, the engine 8 is turned on, and through the shaft 6 in the bearing unit 7 it starts to rotate the platform 5 to the position (one of 4) when the deflecting mirror of the truncated pyramid 1 does not stand in a position that allows it to deflect vertically falling from the rotary mirror 13 radiation traveling along the beam line 11 in the necessary horizontal direction. In this case, the beam enters the horizontal beam line 12. In FIG. 1 shows the position of the truncated pyramid when the laser beam is deflected to the right.

Для смены направления лазерного излучения (передача луча на другой технологический пост), система управления перемещает платформу и пирамиду в другое положение (на фиг. 1 пунктиром показано положение усеченной пирамиды при отклонении луча влево) таким образом, что отклоняющее зеркало может отразить луч в необходимом направлении. В случае необходимости модернизации лазерного излучения (фокусировки, расширение луча), система управления наряду с выбором направления отклонения выбирает также и необходимое отклоняющее зеркало. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны примеры отклоняющих зеркал с различными функциональными назначениями (на фиг. 3 с подфокусировкой излучения; на фиг. 4 с расщеплением излучения на два технологических поста). To change the direction of laser radiation (transferring the beam to another technological station), the control system moves the platform and the pyramid to a different position (the dotted line in Fig. 1 shows the position of the truncated pyramid when the beam is deflected to the left) so that the deflecting mirror can reflect the beam in the necessary direction . If it is necessary to modernize laser radiation (focusing, beam expansion), the control system along with the choice of the direction of deflection also selects the necessary deflecting mirror. In FIG. 3 and FIG. Figure 4 shows examples of deflecting mirrors with different functionalities (in Fig. 3 with radiation focusing; in Fig. 4 with radiation splitting into two technological stations).

Для выбора необходимого отклоняющего зеркала используется привод с электродвигателем, который через вал 3 и подшипниковый узел 2 вращает пирамиду 1. Выбор зеркал используется также в случае применения в составе оборудования нескольких лазеров с различными характеристиками излучения (CO2-лазеры, твердотельные лазеры, эксимеры). To select the required deflecting mirror, a drive with an electric motor is used, which rotates the pyramid 1 through the shaft 3 and the bearing assembly 2. The choice of mirrors is also used when several lasers with different radiation characteristics (CO2 lasers, solid-state lasers, excimers) are used in the equipment.

Для защиты всех механизмов, а также оптических элементов от внешних воздействий на расположенном на стойке 14 основании 9 закреплен защитный кожух 10 с отверстием в верхней крышке и четыремя отверстиями в боковых стенках. To protect all mechanisms, as well as optical elements from external influences, a protective casing 10 with a hole in the top cover and four holes in the side walls is mounted on the base 9 located on the rack 14.

Использование данного поворотного устройства позволяет автоматически направлять лазерное излучение в 4-х взаимноперпендикулярных направлениях, модернизировать его, передавать излучение с различными характеристиками, тем самым увеличивается гибкость всего лазерного оборудования. Using this rotary device allows you to automatically direct laser radiation in 4 mutually perpendicular directions, upgrade it, transmit radiation with different characteristics, thereby increasing the flexibility of all laser equipment.

Применение нескольких, оптически связанных между собой таких устройств в составе лазерных ГПС, имеющих несколько технологических постов и лазеров дает возможность направления лазерного направления от любого лазера к любому технологическому посту. Причем в случае изменения технологического маршрута обработки (например, при смене номенклатуры обрабатываемых деталей), по сигналу системы управления проводится оперативное изменение маршрутов прохождения лазерного излучения и выбор необходимых отклоняющих зеркал. The use of several such optically interconnected such devices as part of laser GPS with several technological stations and lasers makes it possible to direct the laser direction from any laser to any technological station. Moreover, in the event of a change in the technological processing route (for example, when changing the nomenclature of the workpieces), an operational change in the laser radiation paths and the selection of the necessary deflecting mirrors are carried out by the control system signal.

Claims

1. An optical rotary device for laser technological equipment, made in the form of a truncated pyramid with deflecting mirrors fixed on its faces and with a drive for its rotation, characterized in that it is equipped with a rotary platform with a drive for its rotation, a base and a protective casing with holes for input and laser beam output, a protective casing is fixed on the base, and inside it on the base coaxially with the main optical axis a rotatable platform with a drive for its rotation is installed, on which oh fastened rotatably and eccentrically relative to the platform axis of rotation of a truncated pyramid.

2. The device according to claim 1, characterized in that the deflecting mirrors are made in the form of interchangeable plates for various functional purposes.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the side faces of the truncated pyramid are located at an angle of 45 ^o to the axis of its rotation, and the axis of the holes for outputting the beam made in the casing are located in one plane perpendicular to one another.