Для технологічного устаткування, призначеного для обробки довговимірних виробів

Ця задача виникає тоді, коли необхідно застосувати в технологічному комплексі для обробки довговимірних деталей конкретний лазер, і провірити в яких межах буде змінюватися положення горловини сфокусованого пучка і його глибина чіткості. Якщо ж ці параметри задовольняють вимоги, тоді визначити розміри оптичних деталей.

В роботі виконати наступне:

-розрахувати параметри резонатора довжиною L=10м, в якому формується лазерний пучок моди ТЕМ₀₁ з такими характеристиками, що при переміщенні фокусувального об’єктива вздовж виробу довжиною L_В =12м положення горловини сфокусованого пучка змінюється в межах довжини Dd=2мм, а глибини чіткості - не більше ніж в 4 рази;

- визначити діаметр пучка на вихідному дзеркалі Æ_рез; розміри оптичних елементів технологічного комплексу і фокусувального об’єктиву.

При розрахунках взяти фокусну відстань f фокусувального об’єктиву рівною 0,15м.

Задачу розв’яжемо для моди ТЕМ₀₀, визначення діаметрів дзеркал і фокусувальної лінзи для моди ТЕМ₀₁ див. «Практичні заняття до лекцій 13,14».

Для розв’язку задачі використаємо співвідношення (4.21) та (4.22) (див.п.4.8.). Аналіз (4.22) показав, що положення горловини сфокусованого пучка віддаляється щонайбільше від фокальної площини фокусувальної лінзи, на величину при зміні відстані d₁ фокусувальної лінзи від горловини пучка, який фокусується. Отже, якщо ≤ Dd, то лазерний пучок з конфокальним параметром Z₀=2b₁, сфокусований лінзою з фокусною відстанню f, задовольнятиме цю вимогу при всіх можливих значеннях d₁. Звідси бажане значення . В нашому випадку b₁ ³5,625м. Виберемо резонатор у формі плоскосферичного, утвореного плоским і вгнутим сферичним дзеркалами, для якого . З цього співвідношення визначимо R³13м.

Для визначення глибини чіткості 2 l_R необхідно визначити конфокальний параметр сфокусованого пучка, оскільки вони рівні (див. п. 4.22). Користуючись ф-лою (4.21) і підставляючи b₁ та найменше і найбільше значення d₁, одержимо глибини чіткості при положенні фокусувальної лінзи на найближчому і найдальшому кінці виробу. Для визначення крайніх значень d₁ необхідно вибрати вихідне дзеркало резонатора. Ним може бути або плоске дзеркало або сферичне. Розглянемо обидва варіанти.

Вихідне дзеркало плоске. Оптична схема технологічного устаткування зі стійким плоско - сферичним резонатором з виводом проміння через плоске дзеркало, показана на рис.10.6 – 1.

Рис.10.6 – 1.

Горловина лазерного пучка, сформованого в резонаторі, розміщується на цьому дзеркалі. З міркувань ергономіки та доцільних конструктивних рішень фокусувальний пристрій не можна розмістити безпосередньо біля вихідного дзеркала лазера. Нехай найменша відстань = l =1м, а тоді найбільша буде = + L_В. = l + L_В. Згідно (4.21), при найближчому розміщенні фокусувального пристрою глибина чіткості 2 l_R становить 7,8мм, а при найдальшому – 1,28мм, а їх відношення більше ніж 6. Отже, такий резонатор не задовольняє поставлені вимоги.

Вихідне дзеркало сферичне на афокальній підкладинці. Оптична схема технологічного устаткування зі стійким плоско - сферичним резонатором з виводом проміння через сферичне дзеркало, показана на рис.10.6 – 2.

Рис.10.6 – 2.

Горловина лазерного пучка розміщується як завжди на плоскому дзеркалі. Тому в такому резонаторі = l + L, а = l + L + L_В. Відповідні їм значення глибини чіткості будуть 1,7 та 0,46. Їх відношення менше 4. Отже, цей резонатор задовльняє поставленим вимогам.

Діаметр лазерного пучка на вихідному дзеркалі, оптичних елементах технологічного комплексу і фокусувального об’єктиву визначимо скористувавшись значенням b₁, ф-лою (4.4) та (4.26), прирівнявши координату z відповідним відстаням цих оптичних елементів від горловини лазерного пучка. Діаметр пучка на плоскому дзеркалі резонатора становить 2w₀₁(0)»17мм, на сферичному - 2w₀₁(10м)»34мм, на відстані 2w₀₁(11м)» – 36мм, на найдальшому кінці виробу 2w₀₁(23м)»70мм. Отже, дзеркала резонатора повинні мати діаметр»40мм, а діаметр фокусувальної лінзи»80мм. В переважній більшості технологічних комплексів лазерний пучок виходить з лазера в горизонтальному напрямку, а оброблювану деталь розміщують на горизонтальному столі, що дозволяє не кріпити її, оскільки вона втримується на столі власною вагою. При такому взаємному їх розміщенні лазерний пучок необхідно направити поворотним дзеркалом вниз та сфокусувати фокусувальною лінзою. Дзеркало встановлюють повідношенню до пучка під кутом падіння 45°, або близьким до нього. Тому в площині падіння розмір дзеркала повинен бути в більшим ніж діаметр лінзи в цьому місці. Оскільки дзеркало круглої форми виготовити простіше ніж овальної, то діаметр такого поворотного дзеркала в нашій задачі становитиме приблизно 115мм.

10.7. Розрахувати геометричні параметри нестійкого резонатора СО₂-лазера для технологічного устаткування, призначеного для обробки

Поиск по сайту: