Оборудование и материалы, применяемые для экспериментов обработки материалов лазерным излучением

3.1 Оборудование и материалы, применяемые для экспериментов.

Для проведения экспериментов использовалась экспериментальная лазерная установка, содержащая следующие основные части:

- один или два газовых СО₂ лазера мощностью 70 или 100 Вт с блоками питания;

- оптическую систему, состоящую из заслонки, поглотителя, поворотного зеркала и объектива, обеспечивающую получение пучка заданных размеров на поверхности материала;

- координатный стол, обеспечивающий перемещение по координатам X, Y 190 мм и по координате Z до 45 мм;

- компьютер с программой управления установкой;

- устройство нанесения начального дефекта;

- пространственный каркас, обеспечивающий необходимое расположение узлов установки.

Благодаря примененным техническим решениям, установка может быть легко перенастроена на различные виды обработки материалов лазерным излучением. В отдельных случаях, для перенастройки требуется сменить объектив.

Программа управления установкой написана на базе стандартной, используемой для установок лазерной резки ОАО «МЗ «Сапфир». Использованы следующие программные решения, ранее не применявшиеся в лазерных установках завода:

- введен код, отвечающий за управление устройством нанесения начального дефекта. Воздействие устройства нанесения начального дефекта на материал регулируется путем формирования программой контроллера импульсов заданной длительности;

- введен код, обеспечивающий совмещение положения начального дефекта с линией реза;

- введена дублирующая подпрограмма, обеспечивающая рабочий ход реза не только по оси Х, но также и по оси Y, что требуется для резки методом ЛПТ;

- введено управление блоком питания лазера (включение, регулировка мощности);

- оптимизирован интерфейс управления;

- модифицирована процедура сохранения настроек в конфигурационный файл;

- модифицирована процедура сохранения данных реза для обеспечения обратной совместимости.

Рисунок 3.1.1 Окно терминала программы

Рисунок 3.1.2 Окно установки позиции программы

Рисунок 3.1.3 Окно задания параметров резки ЛУТ и ЛПТ

Рисунок 3.1.4 Окно задания дополнительных параметров программы

Рисунок 3.1.5 Предварительно заданные точки

Рисунок 3.1.6 Окно задания параметров круговой резки

Рисунок 3.1.7 Управление электромеханическим ударником

Рисунок 3.1.8 Окно задания параметров резки трубок

Рисунок 3.1.9 Управление приводом алмазной пирамидки

Описанные усовершенствования программы используются в повседневной работе, а также в программах для других установок.

Установка с двумя лазерами использовалась для изучения вопроса совмещения нескольких пучков излучения на поверхности материала. Узел второго объектива и поворотного зеркала имеет возможность перемещения, что позволяет изменять расстояние между пучками излучения, добиваясь оптимального распределения мощности по поверхности материала. Поворотное зеркало закреплено таким образом, что при изменении расстояния между пучками не требуется заново юстировать зеркало – т.к. пучок излучения лазера падает на зеркало по оси его вращения. Такая конструкция позволяет быстро перенастраивать установку для проведения различных экспериментов. Каждый лазер имеет свою заслонку, перекрывающую пучок излучения в нерабочем положении, и свой поглотитель. Оптическая схема установки с одним лазером приведена на рис. 3.1

Рисунок 3.1.10 Схема опытной лазерной установки.

На рисунке 3.1.10: 1 – лазер; 2 – заслонка; 3 – поглотитель; 4 – поворотное зеркало; 5 – объектив; 6 – материал; 7 – координатный стол; 8 – устройство нанесения начального дефекта; 9 – пучок излучения лазера на поверхности материала.

Рисунок 3.1.11 Схема установки с двумя лазерами.

Обозначения те же, что и на рис. 3.1.10

Таблица 3.1.1

Параметры применяемых лазеров

Марка                                                           ЛГ-25М

Мощность номинальная                             70 Вт

Размер пучка (по уровню 50%)                  12 мм

Модовый состав излучения                        регулируемый, ТЕМ₀₀+ТЕМ₀₁

Угловая расходимость, не хуже                 8 мрад

Рабочее напряжение                                   8 кВ

Напряжение зажигания                               25 кВ

Максимальный ток                                     50 мА

Марка                                                           EFR-1600A

Мощность номинальная                             100 Вт

Размер пучка (по уровню 50%)                  8 мм

Модовый состав излучения                        нерегулируемый, ТЕМ₀₀+ТЕМ₀₁

Угловая расходимость, не хуже                 6 мрад

Рабочее напряжение                                   10 кВ

Напряжение зажигания                               40 кВ

Максимальный ток                                     30 мА

Эксперименты проводились со следующими материалами:

- стекло оконное марки М1-М4 по ГОСТ 111-2001. Толщины 4 – 15 мм;

- стекло оптическое марки К8 по ГОСТ 3514-94. Толщина 10 мм;

- кварц искусственный оптический по ТУ 41-07-009-83;

- сапфир искусственный (заготовки лейкосапфировые по ТУ 6-09-45-107-91);

В большинстве случаев, использовалась поверхность материала в состоянии поставки – для оконного стекла полированная. Использование шлифованной поверхности материала оговорено особо.

Для закрепления материала на поверхности стола использован вакуумный столик либо механический прижим.