Глава ID

Оборудование для лазерной и электронно-лучевой

обработки

15.1. Технологические установки

Широкое распространение в промыш* ленности получили технологические установки с импульсными лазерами на стекле с неодимом.

В лазерных установках импульсного действия универсального типа (пер­вое поколение лазерных технологиче­ских установок) в качестве активного материала использовались только кристаллы рубина. Технические ха­рактеристики установок на рубине приведены в табл. 15.1 ІЗ 1.

В СССР первые технологические установки типа СУ-1 и К-3 были вы­пущены в 1964 г. В дальнейшем в те­чение нескольких лет сотни установок эксплуатировались многими органи­зациями, выполняя операции по свер­лению отверстий, микросварке дета­лей, подгонке номиналов сопротивле­ний и др. В процессе эксплуатации установок накопленный опыт позволил выработать требования к новым уста­новкам, создать их с более совершен­ными эксплуатационными и энерге­тическими выходными характеристи­ками, что значительно расширило диа­пазон решаемых технологических задач. Были разработаны и освоены промышленностью более совершенные установки К-ЗМ, «Луч-Ш», УЛ-2, УЛ-2М, «Искра-8», УЛ-20, УЛ-20М, «Свет-30» и др. Характеристики дан­ных и других установок приведены и ряде работ [3, 20]. Большинство установок являются универсальными, С широкими технологическими воз­можностями, которые в начальный период развития лазерной технологии обеспечивали разнообразные техноло­гические исследования. Позднее, после завершения значительного числа тех­нологических разработок для серий­ного массового производства начало увеличиваться число установок узко­специализированного назначения. Первой такой отечественной установ­кой для подгонки сопротивлений была установка «Луч-Ш».

В настоящее время с учетом совре­менных достижений в области разрабо­ток конструкций различных типов лазеров, накопленного опыта эксплуа­тации их, технологических задач в раз­личных отраслях производства оте­чественная промышленность выпускает высокопроизводительные л азер и ые

установки типа «Квант» и «Кристалл», установки «Корунд», «Катунь», «Кар­дамон» и др. На базе этих установок создан целый ряд модификаций для выполнения различных операций. Имеется также значительное число лазерных установок, изготовляемых небольшими партиями и используе­мых для решения конкретных техно­логических задач, например, в микро­электронике.

Использование новых лазерных веществ, таких как иттрий-алюми — ниевый гранат, вольфрамат кальция и других позволило создать непрерыв­ный режим работы, или высокую частоту повторения обработки. Успехи в разработке н создании новых мето­дов возбуждения активных сред от­крывают широкие перспективы суще-

стаєнного улучшения характеристик излучения газовых лазеров и увели­чения значения энергетических параметров, что значительно увели — чивает их технологические возмож­ности.

Основными параметрами, характе­ризующими технологические установки (и необходимыми для разработки лю­бого заданного технологического про­цесса), следует считать энергию излу­чения в импульсе, его длительность, диаметр светового лятна на обрабаты­ваемой поверхности.

Технологические установки имеют много общих элементов. Анализ струк­турной схемы (рис. 15.1) позволяет выделить следующие основные узлы [18, 20]:

излучатель 1; источник питания 2; систему поджига импульсной лампы 3; систему охлаждения 4, оптическую систему для фокусирования излучения на обрабатываемую заготовку (энерге­тическую) и наблюдения результатов обработки (наблюдательную) € рабо­чий стол для закрепления и перемеще­ния обрабатываемых заготовок 7.

Рис, 13,1. Структурная схема лазерной технологической установки:

I ■ излучатель; 2 — источник питания;

3 — блок импульсной лампы; 4 — система охлаждения; 5 — устройство для дозирова­ния энергии; б — оптическая система для фокусирования и наблюдения; 7 — рабо­чий стол; Л • — система автоматической ста­билизации выходной энергии; 9 — про­граммирующее устройство

В ряде случаев технологические уста­новки снабжаются устройством для дозирования анергии 5 системой авто­матической стабилизации уровня вы­ходной анергии 5; программным (элек­тронным или электромеханическим) устройством 9, регулирующим про­хождение импульсов излучения лазера на обрабатываемую заготовку и пере­мещение рабочего стола.

Излучатель включает в себя лазер­ное вещество, резонатор, систему оп­тической накачки,

В качестве активных элементов в су­ществующих технологических уста­новках используются стержни из руби­на и различных марок стекла с нео­димом. В качестве лазерных веществ применяются также стержни из итт — рий-алюмипиевого граната с неодимом и вольфрамата кальция. Преимущества и недостатки указанных лазерных веществ достаточно подробно рассмо­трены в гл. 1. Отметим, что стекла и гранаты с неодимом по сравнению с рубином имеют более низкий порог возбуждения и обеспечивают возмож­ность получения более высокого КПД лазера (18].

Параметры излучения лазеров на стекле с неодимом и на YAG зависят от температуры в меньшей степени, чем рубиновых [8, 18j. Это обстоятельство обусловливает более высокую ста­бильность их я позволяет проще ре­шать проблему охлаждения лазерного вещества, так как отпадает необходи­мость температурной стабилизации.

Возможность изготовления стерж­ней высокого оптического качества со значительно большими размерами, чем это позволяет технология выра­щивания кристаллических лазерных веществ, отмечается в работе [18]. Так, в лазерах для промышленных установок используются стержни длиной 26 см и диаметром 1,0—1,5 см, что обеспечивает получение импульсов излучения с энергией в несколько де­сятков джоулей при сроке службы стержней более 10е вспышек. В то же время относительно низкая теплопро­водность по сравнению с кристал­лическими материалами существенно осложняет отвод от стержня теплоты, выделяющейся в процессе оптической накачки, ограничивает среднюю мощ­ность излучения и частоту повторения импульсов. Обычно частота повторе­ния импульсов лазеров на стекле с нео­димом не превышает нескольких герц (чаще всего 1 Гц), что вполне доста­точно для точечной сварки, сверления отверстий. В то же время для лазеров на стекле, используемых в процессах шовной сварки и резки материалов, характерна неэкономичность из-за не­достаточной производительности, определяемой прежде всего частотой повторения импульсов.

Лазеры на YAG обладают более благоприятными теплофизическими характеристиками и значительно бо­лее низким порогом возбуждения. Так, теплопроводность его на порядок выше, у него меньше коэффициент теплового расширения, более высокая механическая прочность по сравнению со стеклом с неодимом, т. е. стержни на YAG способны выдерживать без разрушения значительно большие

тепловые нагрузки. В результате становится возможный создание эко­номически целесообразных установок для шовной сварки и резки при ча­стоте повторения импульсов 10— 100 Гц и средней мощности излуче­ния —100 Вт и более [18].

Режим модуляции добротности, осу­ществляемый при непрерывной па — качке с помощью акустического за­твора, позволяет достичь больших частот повторения импульсов (1— 40 кГц) при пиковой мощности 1— 5 кВт и средней мощности 50 Вт, что обеспечивает в ысокоп р о изводител ь — ную обработку тонких пленок и скрайбирование полупроводниковых материалов 19, 18]. Однако стои­

мость YAG значительно выше стои­мости неодимового стекла, т. е. в тех случаях, когда достаточна частота повторения импульсов 1—5 Гц, целе­сообразно применять стержни из стекла с неодимом.

Импульсные лампы и отражатели образуют осветительную систему на­качки, которую характеризуют такие параметры, как эффективность кон­центрация светового излучения лампы на стержне, однородность светового поля в объеме отражателя, срок службы отражателя и импульсных ламп.

Если в первых образцах лазеров в качестве источника накачки исполь­зовались спиральные импульсные лампы, внутри которых размещалось лазерное вещество, а снаружи — бе­лые диффузные цилиндрические отра­жатели, то в дальнейшем в техноло­гических установках наиболее широко стали применять осветительные си­стемы, состоящие из прямых трубчатых ламп и отражателей в форме эллипти­ческих или круговых цилиндров с зер­кальной отражающей поверхностью и обладающие наибольшей эффектив­ностью использования излучения лампы. Для использования фокуси­рующих свойств эллипса в фокальных осях эллиптического цилиндра раз­мещаются прямая трубчатая лампа и цилиндрический стержень активного элемента. Световые потоки от лампы, расположенной в одном из фокусов эллипса, после отражения от зер­кальной поверхности, фохусируются на активном элементе во втором фокусе.

Однако неоднородность распреде­ления энергии по сечению лазерного излучения с такими осветителями в значительной степени обусловли­вается неравномерностью распределе­ния светового поля па стержне из-за несимметричности конструкции ука­занных осветителей, что в итоге суще­ственно снижает точность размерной обработки.

Более однородное распределение энергии по сечению потока излучения, но с меньшей эффективностью, дости­гается при использовании симметрич­ных осветителей.

Пример использования симметрич­ного осветителя с полостной лампой типа ИФПП-7000 в установке «Квант-3» приводится в работе [20]. Кольцевой разряд в такой лампе обеспечивает равномерное освещение стержня, раз­мещаемого во внутренней полости лампы. В тех случаях, когда требуется более равномерная «прокачка» воз­можно большего объема лазерного вещества, вместо зеркальных поверх­ностей изготовляют диффузные с нане­сением слоя MgCOa.

Наиболее широкое применение в тех­нологических установках получили осветительные системы с прямой лам­пой и цилиндрическим отражателем (рис. 15.2, а—г). Лампа и стержень устанавливаются вплотную друг к другу в камере с зеркальной по­верхностью, минимальный объем и форму которых подбирают экспери­ментально (рис. 15,2) [4, 18, 20]. Эф­фективность использования излуче­ния лампы в осветительной системе с «тесной компоновкой» (рис. 15.2, в, г) в 2—3 раза выше, чем осветителей с полостными (коаксиальными) лам­пами (рис. 15.2, (3).

Высокая симметричность светового поля накачки вместе со значительной эффективностью использования излу­чения лампы достигается в освети­тельных системах, где активный эле­мент и лампа накачки устанавливаются последовательно на одной оси, а отра­жатель представляет собой эллипсоид вращения (см. рис. 15, е) или состоит из конических поверхностей (см. рис. 15, ж).

В некоторых типах технологиче­ских установок используются цилин­дрические и эллиптические отража­тели, выполненные из стеклянных или кварцевых трубок, блоков, имеющие наибольший срок службы и эффек­тивность. Внешняя поверхность их покрывается слоем серебра яла окиси магния [20].

Резонатор обусловливает временную структуру лазерного излучения. Ис­пользование в резонаторах технологи­ческих установок сферических зеркал значительно улучшает пространствен­ные и временные характеристики излу­чения, а в некоторых случаях позво­ляет получать беспичковый, гладкий импульс излучения. Однако более вы­сокие значения расходимости ограни­чивают использование установок с ре­зонаторами из сферических зеркал при получении микроотверстий и т. д.

Конструкция осветительной системы должна обеспечивать возможность получения высокой параллельности зеркал (~10") и необходимую жест­кость для длительной сохранности оптимальной юстировки во время эксплуатации. В энергетическом смыс­ле сферический резонатор менее кри­тичен к юстировке, чем плоскопарал­лельный.

Зеркала резонаторов твердотельных лазеров конструктивно могут быть выполнены как единое целое с лазер­ным веществом (серебро напыляется на торцы стержня). Одно из основ­ных требований к зеркалам резонатора заключается в том, чтобы потоки в них были минимальными. В первых образцах лазеров в качестве зеркал ис­пользовались тонкослойные серебря­ные покрытия, которые (в ряде слу­чаев) наносились непосредственно на торцы стержня. Потери энергии при таких зеркалах составляли 5—10%, а максимальный коэффициент отра­жения не превышал 90—95 % (в ви­димой области спектра).

Значительные потери приводят к снижению добротности резонатора и быстрому разрушению зеркал под
действием излучения. Например, зеркала или торцы с нанесенными серебряными покрытиями выдержи­вали не более нескольких сотен вспы­шек при энергии излучения, ие пре­вышающей 1 Дж.

В современных технологических установках используются внешние выносные зеркала с многослойными диэлектрическими покрытиями, обра­зованными чередующимися прозрач­ными слоями с различными коэффи­циентами преломления пг и яа и опти­ческой ТОЛЩИНОЙ njl! = njl J = Х/4 (здесь Лі и fta — геометрическая тол­щина слоев). Так, для видимой части спектра используются такие вещества (соединения), как сульфид цинка ZnS («! = 2,3) и криолит Na3AlFe (я2 = 1,35). Коэффициент отражения R зеркала растет с увеличением числа слоев. Полупрозрачные зеркала (R яа я» 30-J-50 %) состоят из 3—7 диэлек­трических слоев, непрозрачные глу­хие зеркала (R > 99%) имеют 15— 17 слоев, при этом коэффициент погло­щения не превышает 0,1—0,3%.

В некоторых случаях диэлектри­ческие покрытия наносятся на торец активного элемента (например, уста­новка СУ-1}. При этом, несмотря на существенное упрощение конструк­ции излучателя и повышение его меха­нической надежности срок службы по­крытий оказывается незначительным вследствие нагрева от импульсной лампы, а интенсивное охлаждение активного элемента может разрушить диэлектрические покрытия из-за появ­ления на них влаги.

Работа лазера в периодическом ре­жиме с большой частотой повторения импульсов излучения приводит к из­менению свойств резонатора вследствие термического деформирования стерж­ня, который делается подобным поло­жительной линзе. При этом резонатор с плоскими зеркалами оказывается эквивалентным сферическому, что приводит к повышению его добротности для высших типов колебаний и возра­станию числа генерируемых мод [20]. Вследствие этого (в переходном и уста­новившемся режиме работы лазера) увеличиваются энергия излучения, его расходимость, длительность импульса, что наиболее существенно для нео­димового лазера, нагрев активного элемента которого слабо сказывается на спектрально-люминесцентных ха­рактеристиках.

Симметричность термического де­формирования, существенного при ра­боте лазера в периодическом режиме, достигается легче всего при использо­вании осветительных систем типа эл­липсоида вращения. Перспективными для технологических установок сле­дует считать аксикокпые и сфероко­нические осветительные системы, так как они одновременно обеспечивают высокую эффективность использова­ния излучения лампы и симметрич­ность светового поля накачки [5, 20].

В подавляющем большинстве источ­ников оптической накачки в лазерах, в том числе для технологических уста­новок, используются импульсные ксе — оновые лампы, у которых максимумы в спектрах излучения располагаются вблизи полос поглощения в видимой инфракрасной областях оптического спектра таких лазерных веществ, как рубин или стекло с неодимом.

Эксплуатационные параметры наи­более широко используемых в серий­ных установках ламп представлены в табл. 15,2 и 15.3.

Срок службы современных импульс­ных ламп — 10s—10е вспышек [20].

Особенностью лазерных веществ газовых излучателей являются вы­сокая оптическая однородность, обус­ловливающая малую расходимость излучения, не превышающую, напри­мер, для серийно выпускаемых лазе­ров б одномодовом режиме 5′ [18], а также то, что непосредственное про­хождение электрического тока создает инверсию населенностей,

При получении непрерывного излу­чения лазерное вещество возбуждается преимущественно стационарным тлею­щим разрядом, при котором через плазму протекает неизменающийся во времени ток, к электродам подво­дится постоянное напряжение от вы­соковольтного выпрямителя через стабилизирующее устройство [18].

При реализации импульсного ре­жима работы излучателя используется импульсный разряд высоковольтного источника, причем ток в лазерном ве­ществе протекает только в течение

15.2. Параметры (предельных режимов) некоторых прямых
трубчатых импульсных ксеоновых ламп

Лампа

Размеры светящейся пасти, мы

Сопро- тнплен не, Ом

Энергия

ПСПНШКИ,

Дж

Напря­ми ЄНИ я зажига­ния *, В

Напряжения санопро — боя * *, В

Средняя

мощность*

Вт

ИФП-400

5X40

400

ИФП-800

7X80

0,3

800

700

3200

1000

ИФП-1000-2

7X80

—.

1 000

ИФП-1200

6,ЗХ 120

0.25

1 200

1000

ИФП-2000

11X130

0,2

2 000

1200

2600

133

ИФП-5000

11X250

0,4

5 000

1600

5000

170

ИФП-15000

10X580

1.5

15 000

2000

9000

1250

* Н&пряжевиен зажигания лампы £/за?#г называется минимальное напряжение на батарее конденсаторов, при котором возникает пробой межэлектронного промежутка в лампе при подаче вспомогательного импульса от схемы поджига.

•* Напряжением с а моп роб о я Uc называется напряжение, при котором возможно проникновение разряда между электродами лампы без вспомогательного поджигающего импульса.

коротких интервалов времени. Инвер­сия населенности определяется свой­ствами нестационарной плазмы, а мак­симальная частота повторения им­пульсов ограничивается только инер­ционностью процессов в плазме газо­вого разряда и достигает килогерц [18], Подобно твердотельным газовые излучатели состоят из резонатора, между зеркалами которого располо­жена газоразрядная трубка. В отли­чие от твердотельного излучателя, где концентрация частиц N в лазерном веществе составляет -1017 —1020 см~®, в газовой среде значительно меньше N 10*4-101» см 3, поэтому значна тельные мощности излучения дости­гаются лишь при больших длинах газоразрядных трубок. Конструкции излучателей газовых лазеров и их схе­мы рассмотрены в работе [9, 18].

Излучателя непрерывных в импульс­ных газовых лазеров представляют собой стеклянную или кварцевую трубку, через которую прокачивается газовая смесь, или заполненную газо­вой смесью и запаянную. В трубку впаяны {или вмонтированы) металли-

15.3. Некоторые эксплуатационные параметры импульсных ламп накачки [14]

Лампа

Диа­

метр

лампы

Рас­

стоя­

ние

между

элек­

тро­

дами

Лазерная

установка

• О

tc н

(я ed

а о

хо И

» 5

О О 2 <5 М «£ Е Р «а Я) О Ш (ЬР.

Начальное ра­бочее напряже­ние, кВ

Предельное на­пряжение, кВ

Длительность разряда, мс

н

ок1-

И а „

gK л ” 1U о ►j (х и

*2 5 і

v О

а

X 3 о с (X о

U м

Энергия излуче­ния, Дж

мм

ИФП-800

7

80

«Корунд»

100

0,9

1,25

0,2

5

500

0,3

«Квант-11»

75

0,6

1,0

0,2

то

2500

0,2

ИФП-1200

7

120

«Квант-9»

800

1,3

1,7

0,7

і

100

8,0

»

800

0,7

1,7

0,7

і

200

2,0

ИФП’5000

11

250

«Кв лит-10»

2000

1,7

2,2

6,0

і

300

15,0

15.4. Характеристики некоторых типов излучателей
газовых лазеров

Из луча — — тель

Активная

среда

s

* ac x * К

О K д s к

« £ в?

£ ч

Режим

работы

Мощность, Вт

| Длительность импульса, с

Частота повто­рения НМПУЛЬ — сов, Гц

Примечание

ЛГИ-21

N*

0,34

Им-

МО3

1-Ю-8

100

Отпаянный

ТИЛУ

COj+He+Nj

10,6

пульс — ный То же

2-Ю3

10-4

До

Прокачпой

ЛГ-22

COj+IIc-f-N*

10,6

Непре-

40

______

100

Отпаянный

Л Г-17

COg+He+N,

10,6

рывный То же

25

_

»

«Карда-

COa+He+N2

10,6

я

800

Прокачпой

МОН»

а Катунь»

C08+He+Ns

10,6

1200

веские электроды; зеркала могут рас­полагаться внутри трубки и вне ее [9, 18].

Кроме этого, выходные окна, уста­новленные под углом Брюстера к оп­тической оси резонатора, обеспечи­вают линейную поляризацию излу­чения при минимальных потерях вы­ходного излучения.

Характеристики некоторых типов излучателей отечественных газовых лазеров приведены в табл. 15.4, не­которые конструкции активных эле­
ментов газовых лазеров — на рис. 15.3, [1, 9, 13, 18, 26].

Схема продольной прокачки (мед­ленной) активной среды, используемая в лазерах типа ТИЛУ, «Кардамон» и «Катунь», применение которой обу-

| У пит

I ямшжшшшжхжш

в) г

словлено необходимостью смены газо­вой активной среды вследствие диссо­циации молекул С0а на Оа н СО, приведена на рис. 15.3. Фактическая долговечность отпаянных разрядных трубок составляет несколько тысяч часов (см. рис. 15,3, б, в) [18].

Для увеличения мощности излуче­ния и срока службы газовых лазеров применяют непрерывную прокачку ра­бочей смеси через разрядную трубку излучателя. В этом случае полученные выходные мощности лазера на 1 м дли­ны разрядной трубки составляют 30— 70 Вт/м при медленной прокачке га­зовой смеси и 250 Вт/м при быстрой про­качке смеси. Для уменьшения ПОЛНОЙ длины излучателя большинство мощ­ных лазеров с продольной прокачкой газовой смеси через разрядную трубку строится по так называемой свернутой конструкции, когда луч поворачивается на 180® двумя зеркалами, расположен­ными под углом 45° к его направлению. Подобные конструкции излучателя имеют лазеры типа «Катунь» и «Карда­мон» [23], причем в отличие от отпа­янных газовых лазеров, значительно меньших по размерам, требуются для работы, кроме источника питания, системы откачки и напуска рабочего газа. Система откачки предназначена для создания разряжения в газораз­рядной трубе.

Для осуществления разряда в трубе
на ее электроды подается высокое на­пряжение (~10—20) кВ постоянного или переменного тока.

Несущей конструкцией излучателя «Катунь» служит рама из дюралевых двутавров, опирающаяся на три под­ставки. Внутри рамы размещены си­стема газоразрядных труб о рубаш­ками для водяного охлаждения и две концевые призмы с зеркалами [23]. Газоразрядные трубы / расположены в два яруса (рис. 15.4), четыре внизу и две вверху, а каждая труба имеет по два разрядных промежутка с вы­соковольтными электродами (на рис. 15.4 обозначены римскими циф­рами), которые через водяные балласт­ные резисторы соединены параллель­но. Два сферических зеркала, выеоко — отражатощее 3 и полупрозрачное 4 с радиусами кривизны 40 м, образуют резонатор.

Десять плоских поворотных зеркал 2 соединяют все газоразрядные трубы I оптически последовательно. Непро­зрачные зеркала изготовлены из ин­вара и покрыты моем серебра, а по­лупрозрачное — из арсенида галлия. Для защиты выходного зеркала 4 от влияния внешней среды использу­ется выходное окно из хлористого ка­лия. Все зеркала размещены в юсти­руемых водоохлаждаемых оправах, закрепленных на концевых призмах, служащих также заземленными элект­родами газоразрядных труб-

Примерно так же выполнен излуча­тель лазера «Кардамон»: четыре газо­разрядные трубы длиной примерно 6,5 м размещены в жесткой стальной трубе диаметром 58 см и оптически соединяются шестью полностью отра­жающими зеркалами из суперинвара, на поверхности которых и внесен слой из моноокиси меди. Зеркала крепятся в юстируемых водоохлаждаемых гнез­дах. Заднее, непрозрачное, зеркало выполнено также из супер инвар а, переднее — из КС1. Радиусы кривизны этих зеркал —24 м. В центральной части труб размещены безразрядные промежутки.

Используют также оптические резо­наторы плоскосфер и ческой формы: пы — ходчое полупрозрачное зеркало — плоское, отражающее зеркало вогну­тое, причем рекомендуется радиус
кривизны г, близкий или больший рас­стояния L между зеркалами (полусфе­рическая система). Подложки отража­ющих зеркал образуют обработанные и полированные пластины из меди вакуумного переплава, покрытые сло­ем твердого аморфного никеля, либо пластины из коррозионно-стойкой стали. Подложки покрыты отражаю­щим слоем золота, образующим зер­кальную поверхность. В мощных ла­зерах на С03 такие зеркала охлажда­ются проточной водой (охлаждение зеркальных подложек или арматуры дли их крепления). Такие зеркала вы­держивают поверхностную плотность мощности излучения более 50 кВт/сма в режиме непрерывной генерации.

Подложки полупрозрачных зеркал делают из германия или арсенида гал­лия, реже из теллурида кадмия или селенида цинка. Обработанные и по­лированные полупроводниковые под­ложки покрывают тонкими диэлектри­ческими покрытиями с оптической тол­щиной У4 (например, ZnSe или ThF.) для получения соответствующего пропускания. Германиевые зеркала вы­держивают поверхностную плотность мощности непрерывного излучения 200—350 Вт/сма, а зеркала из арсенида галлия — до 1 кВт/cm2. В мощных ла­зерах на СОа узлы крепления полу­прозрачных зеркал охлаждаются про­точной водой.

Система напуска рабочих газов «Ка­ту ни» размещена в одной из тумб — подставок для излучателя (всего под­ставок три). Она служит для дозиро­ванной подачи газовой смеси и состоит из баллонов высокого давления I (рис. 15.5), редуктора 2, стабилизато­ров давления газа 3, регуляторов РДГ6 4, отсекающих вентилей 5, ре­гулируемых натекателей 6, смеситель­ного баллона 7, образцового монова­куумметра 8 и электромагнитного кла­пана 9 [231. Рабочие газы (СОг,

N2, Не) из баллонов высокого давле­ния 1 поступают в систему газопапу — ска через редукторы 2, вынесенные п газовый шкаф.

Дозирование смеси в отношении 1 : I, 5 : 10 (СОа, Na, Не соответствен­но) обеспечивают регулируемые нате — катели. В смесительном баллоне с по­мощью дросселирующей диафрагмы, установленной на выходе из баллона, давление поддерживается в диапазоне 0,02—0,04 МПа и контролируется по образцовому моновакуумметру. Пода­ча газовой смеси в разрядные трубы осуществляется через электромагнит­ный клапан.

Вакуумный насос системы откачки прокачивает газовую смесь через тру­бы. Чтобы исключить попадание ма­сляных паров из насоса в разрядные трубы, предусмотрены масляная ло­вушка и отсекающий электромагнит­ный клапан. Контроль герметичности системы и парциальных давлений га­зов выполняется вакуумметром.

Оптические системы в лазерных тех­нологических установках состоят из двух подсистем — энергетической и наблюдательной и предназначены для формирования потоке излучения, а также для наводки излучения на об­рабатываемое место для контроля про­цесса обработки и оценки (изменения) ее результатов.

Распределение светового поля в фо­кальном пятне изменяется но сравне­нию с полем до оптической системы, а результирующая освещенность, про­интегрированная по всей области, на которую падает поток излучения, ра­вна сумме освещенностей, создаваемых каждым отдельным источником (на­пример, светящейся микрооблаетью).

Геометрические характеристики сформированного лазерного луча опре­деляются свойствами потока излуче­ния, положением обрабатываемого предмета относительно фокуса опти­ческой системы и параметрами самой оптической системы,

Рис, 15.В. схема системы газоналусца лазера на СО,

Рассмотрим оптические системы (сначала энергетические, затем на­блюдательные), которые используются в технологических установках, а так­же те, которые могут быть эффек­тивно использованы при решении не­которых конкретных технологических задач размерной лазерной обра­ботки.

Оптические системы, служащие для передачи и трансформирования мощ­ных световых потоков излучения лазе­ра, называются энергетическими. Ис­пользуя преломляющие, отражающие и фокусирующие оптические элементы, излучение лазера можно подвести к об­рабатываемой заготовке под любым углом к ее поверхности, на необхо­димом от излучателя расстоянии, в труднодоступные места и т. д.

Как правило, расстояние между из­лучателем и обрабатываемой заготов­кой определяется необходимостью раз­
мещения оптической фокусирующей системы, особенностями процесса об­работки. Так, при дистанционной об­работке, например, радиоактивных ма­териалов это расстояние может быть значительным [18].

Изменение направления распростра­нения излучения с длиной волны в ви­димой или в ближней инфракрасной области спектра производят с по­мощью призм полного внутреннего отражения или интерференционных зеркал с многослойными диэлектри­ческими покрытиями. Для излучения С ДЛИНОЙ волны 10,6 мкм применяют металлические зеркала с покрытиями из золота и алюминия, имеющие высо­кий коэффициент отражения и не окис­ляющиеся па воздухе.

Представляется целесообразным рас­смотреть некоторые принципиальные схемы обработки деталей лучом ла­зера [18].

При обработке по контуру (шовная сварка, резка) или по координатам (сверление систем отверстий) необ­ходимо решить возникающую задачу относительного перемещения луча и детали. Такая задача решается либо

за счет перемещения заготовки, что представляется оправданным при об­работке малогабаритных заготовок, либо за счет перемещения луча, что перспективней при увеличении скоро­стей обработки и размеров обрабаты­ваемых заготовок. В этом случае уменьшается масса подвижных узлов, что, в свою очередь, облегчает управле­ние перемещением, повышает точ­ность обработки, сокращается время на установку и съем деталей.

Движение луча по произвольному контуру можно обеспечить применени­ем системы подвижных зеркал, пере­мещаемых по соответствующим коор­динатам (рис. 15.6, о) Ц8]. По оси X зеркала 2 и 3 и объектив 4 перемеща­ются совместно, а по оси Y могут двигаться только зеркало 3 с объек­тивом 4. Сложение перемещений по осям X и У обеспечивает получение необходимой траектории луча.

^ При обработке незначительных пло­щадей перемещение луча в фокальной плоскости по двум координатам ре­комендуется выполнять путем изме­нения угла наклона луча к оптической оси неподвижного объектива (рис. 15.6, б), причем изменение этого угла получают путем вращения зер­кал 2 и 3 вокруг взаимно перпенди­кулярных осей.

‘■ Круговую траекторию луча можно получить перемещением фокального

і пятна по окружности за счет вращения

‘ вокруг оси луча оптической системы,

состоящей из зеркала и объектива [ 18]. Если радиус окружности не превышает радиуса поля зрения объек­тива, то круговую траекторию движе­ния фокального пятна можно получить путем смещения объектива и его вра — j щения относительно оси луча. .(

Обработка материалов в фокальной плоскости линз или объектива.

Во многих технологических установ­ках в качестве энергетических фоку­сирующих систем использовались про­стейшие оптические системы, состоя­щие из лазера и линзы или объектива. Принципиальные схемы таких систем приведены на рис. 15.7 [18, 20]. Конфигурация потока излучения после фокальной плоскости определяется хо­дом внутренних лучей, исходящих из краев светящейся зоны торца активно­го элемента. Наибольшая плотность мощности излучения создается в об­ласти, находящейся между фокальной плоскостью F’ линзы или объектива и плоскостью изображения 5′ диафра­гмы, расположенной вблизи выходного зеркала лазера.

В случае отсутствия ограничивающей диафрагмы плоскостью предмета, со-

Рис. 15,7. Схема фокусировании излучения
лазера;

а — точка С пересечения лучей / и // ле­жит за передним фокусом объектива; 6 — точка пересечения лучей I л If совпадает с передним фокусом объектива; 1 — излу­чатель: 2 — диафрагма; J — фокусирую — ТЦН И объектив

Рис. 15.а. Оптическая схема лазерной тех­нологической установки с увеличенным рабочим отрезком:

I — лазер; 2 — телескопическая система; 8 — фокусирующий оБъеитин; 4 — обра­батываемая заготовка

пряженной с плоскостью S’, целесооб­разно считать минимальное сече кие луча внутри резонатора [18}, причем для симметричных резонаторов мини­мальное сечение находится в середине между зеркалами, а если одно из зер­кал сферическое, а другое плоское, то минимальное сечение совпадает с повер­хностью плоского зеркала. Для умень­шения габаритов установок оптическую систему (фокусирующие линзу или объектив) располагают возможно ближе к резонатору лазера. В этом случае минимальный размер пятна фокусирования располагается в фо­кальной плоскости F’.

Диаметр светового пятна d в фо­кальной плоскости определяется по формуле d да Г ig V я? f’y (здесь d — диаметр светового пятна; у — угол расходимости луча лазера, Г — фо­кусное расстояние оптической систе­мы).

Сократить диаметр пятна можно уменьшением фокусного расстояния /’ линзы или объектива либо угла рас­ходимости излучения у. Уменьшение Г нецелесообразно, так как при этом уменьшается рабочий отрезок объек­тива и необходимо предохранить линзу или объектив от повреждений разлетающимися продуктами взаимо­действия излучения с материалом. Кроме этого, использование коротко­фокусных объективов (или линз) обу­словливает значительно большую за­висимость результатов размерной об­работки от соосности оптических осей резонатора ОКГ и фокусирующей си­стемы, а также к изменению положе­ния обрабатываемой детали относи­тельно фокальной плоскости. Соче­тание диаметра пятна фокусирования в несколько микрон со значительным рабочим отрезком достигается исполь­зованием оптической системы, где пе­ред длиннофокусным объективом с большим рабочим отрезком располага­ется телескопическая система (уста­новки «Луч-10», «Квант-3» и др.) (рис. 15,8). Такая оптическая система позволяет получать пятно фокусиро­вания диаметром 5 мкм при рабочих отрезках 100 мм («Луч-10») и 70 мм «Квант-3*,

Диаметр пятна фокусирования d в такой комбинированной оптической системе определяется выражением

d = (УП/Г,

где у — угол расходимости излучения; Г — фокусное расстояние оптической системы; Г — видимое увеличение телескопической системы.

В некоторых технологических уста­новках (К-3, К-ЗМ) оптические систе­мы содержат компоненты, существенно улучшающие коллимацию лазерного луча, (т. е. уменьшение расходимости излучения). Такие оптические системы состоят из двух линз — первой отри­цательной и второй положительной (или объектива) и представляют со­бой трубу Галилея в обратном ходе [2), а их действие подобно действию теле­скопической системы. Уменьшение уг­ла расходимости примерно пропор —

циопалыю угловому увеличению си­стемы:

V» = 1/Ро = ——/£//$•

где Ро — поперечное увеличение си­стемы; ІІ и f’2 — фокусные расстояния положительного и отрицательного компонентов соответственно.

Использование оптической системы с отрицательным и положительным компонентами также уменьшает сфе­рическую аберрацию, существенно вли­яющую на расходимость лазерного пучка 12].

Недостатком рассмотренного способа лазерной размерной обработки следует считать сложность получения конфи­гураций пятна фокусирования, кроме круглой и линейной при использова­нии сферической и цилиндрической оптики соответственно. Однако наи­более существенным недостатком явля­ется сравнительно низкая точность обработки, обусловленная обработкой в плоскости изображения светящегося торца активного элемента, излучение с которого вследствие многих причин имеет несимметричную структуру.

Расположение детали в фокальной плоскости оптической системы дает на обрабатываемой поверхности рас­пределение интенсивности излучения, зависящее от его углового распределе­ния в световом пучке. Чаще всего вследствие невысокой оптической од­нородности стержней из лазерных ве­ществ, несовершенных систем на­качки, неточности юстировки зеркал резонатора и других факторов полу­чают несимметричное распределение. Точность лазерной обработки, напри­мер, при получении отверстий можно значительно улучшить, если резко ограничить зону действия излучения краями изображения на детали. Кратко рассмотрим особенности такого спо­соба, названного проекционным [10, 20].

Поскольку при обработке отверстий форма их продольного сечения су­щественно зависит от конфигурации светового пучка между фокальной плоскостью и плотностью изображе­ния торца активного элемента (или диафрагмы), то оптическую схему ус­тановки можно построить таким об­разом, чтобы точка пересечения крат­ных внутренних лучей (определяющих конфигурацию светового пучка) сов­падала с передним фокусом объектива (см. рис. 15.7, б) [20]. В этом случае световая трубка ограничивается ци­линдрической поверхностью. Длина цилиндрической части пучка х’ опре­деляется из выражения.

= (/*Y)/d,

где f — фокусное расстояние объектива; у — угол расходимости лазерного лу­ча; d — диаметр отверстия диаф­рагмы.

Использование оптической системы, дающей цилиндрическую трубку, поз­воляет в 1,5—2 раза увеличить глу­бину отверстия и значительно умень­шить конусность отверстий [20].

Проекционный способ обработки. Основными достоинствами проекцион­ного способа следует считать возмож­ность получения изображения слож­ной конфигурации, повторяющих с заданным уменьшением рисунок ма­ски, высокую разрешающую способ­ность и возможность одновременной обработки значительно большей по сравнению с фокальным пятном пло­щади, т. е. можно получать рисунки печатных и пленочных схем различ­ной конфигурации с большей плот­ностью элементов, системы круглых отверстий и отверстий сложной формы в тонких пластинах, сетки, шкалы и т. д. 110]. Способ также можно ис­пользовать для поверхностной терми­ческой обработки материалов по опре­деленному рисунку. Кроме этого, об­работка в плоскости изображения ма­ски, например диафрагмы, существенно повышает точность получаемых отвер­стий за счет резкого ограничения пара­метром диафрагмы краев светящегося торца активного элемента.

Принципиальная схема проекцион­ного способа обработки приведена на рис. 15.9, б [9]. Поток излучения лазера / с помощью оптической систе­мы (линзы или телескопической сис­темы) расширяется до размеров ма­ски 3, и ее изображение другой опти­ческой системой (проекционной) 4 про­ектируется па обрабатываемую за­готовку 5. Характер и степень обра­ботки материала определяются плот­ностью потока излучения в освещен-

пых местах проецируемого рисунка маски. Телескопическая система уве­личивает поперечный размер пучка до значений, превышающих размер маски, и одновременно уменьшает плот­ность энергии до величин, при кото­рых отсутствует ее разрушение. Наз­начение проекционной системы — создать на поверхности обрабатыва­емой детали уменьшенное до заданных размеров изображение рисунка маски с сохранением достаточной плотности энергии для выполнения конкретного вида обработки.

Наиболее важными параметрами оп­тической системы проекционного спо­соба обработки являются линейное уменьшение проекционной системы Рл (обусловливает разрешающую спо­собность оптической системы) и ли­нейное увеличение телескопической си­стемы р. г (определяет величину одно­временно обрабатываемой площади), Рассмотрим подробнее определение указанных параметров, пользуясь ре­зультатами работ [10, 20].

Номинальное уменьшение проекци­онной системы Р = DMlDl (DM— раз­мер маски или части рисунка па ней;

— размер соответствующего изоб­ражения). При этом должно выпол­няться условие

PmlQ Р Ртах ►

Минимальное уменьшение рП1Ш опре­деляется условием получения необ­ходимой плотности энергии на обра­батываемой детали без разрушения материала маски, т. е. Pra;tj: =

— V4tdQa (Qm и С’п — пороговые значения плотностей энергии соответ­
ственно разрушения маски и для кон­кретного вида обработки материала).

Максимальное уменьшение проек­ционной системы ршах {или минималь­ное увеличение, обеспечивающее ми­нимальный размер рисунка па образце) ограничивается дифракционными яв­лениями на ее апертуре и определяется из выражения

О____________ V________

Pmln-(D0-D) dnun — л/1

здесь А — длина волны излучения; dmln— минимальный размер щели ри­сунка маски; D0 — диаметр входного зрачка проекционной системы; f — фокусное расстояние проекционного объектива.

При выбранном р можно определить размер щели маски dTri1ni общий раз­мер маски D, а также расстояние ме­жду маской И оптической системой (:

D = Dl/fr

Получение значительных уменьше­ний связано с большими увеличениями размеров оптической системы. Полу­чение значительных Р можно достиг­нуть применением коллективных линз.

Полное перекрытие маски потоком излучения обеспечивается значением увеличения телескопической системы Рт > DID’ (D’ — диаметр потока из­лучения). Плотность энергии q должна удовлетворять условию

<?нр?>?>9пр? р.

Плотность энергии на обрабатывае­мом образце и маске

Если диаметр пучка излучения на выходе лазера больше размеров ма­ски, то целесообразнее использовать упрощенные оптические системы для
проекционного метода обработки (на­пример, без телескопической системы). Такой упрощенный вариант применя­ется ‘в ряде выпускаемых в послед­нее время технологических устано­вок. В случае, когда нет необходи­мости в уменьшении изображения маски и плотность энергии достаточна для проведения конкретного вида об­работки, кроме телескопической си­стемы можно исключить и проекцион­ную, а маску непосредственно нало­жить на обрабатываемую заготовку.

Следует отметить оптическую схему, предложенную в работе [20], для по­лучения отверстий некруглой формы, состоящую из двух телескопических систем. Первая служит для расшире­ния светового пучка. После нее уста­навливается маска с вырезом сложной формы. Вторая телескопическая сис­тема проецирует изображение на по­верхность детали. Расширение свето­вого пучка первой телескопической системой благодаря уменьшению плотности и мощности позволяет Не­пал ьзопать в качестве масок обычные фотодиапозитивы.

Оптические системы технологических установок. Оптическая схема, реали зованная в установках СУ-1, УЛ-2, У Л-20, приведена па рис. 15.10 [13, 201. Энергетическая (фокусирующий объектив) и наблюдательная системы являются самостоятельными. Визуаль­ная система представляет собой микро­скоп с увеличением от нескольких крат до предельного для светового микроскопа, расположенного под уг­лом к оптической оси фокусирующего объектива. Такое наклонное положе­ние микроскопа в этих установках не позволяет вести обработку в углубле­ниях (например, фильеры, алмазные волоки, приборные камни) или свари­
вать детали в условиях тесного мон­тажа. Часть поля зрения микроскопа оказывается нерезкой, форма рассма­триваемых объективов искажена пер­спективой, что не позволяет проводить точный контроль и измерение пара­метров пробиваемых отверстий. Ука­занные недостатки отсутствуют в опти­ческих системах, где визуальная и фокусирующая системы имеют общий объектив [3, 20]. Совмещения фоку­сирующих и визуальных систем до­стигают применением отключающихся зеркал и призм (установки К-3, К.-ЗМ), зеркала с отверстием (установка К-2) [20].

Оптическая схема установки К-3 приведена на рис. 15.11. Резонатор лазера образован зеркалами 1 и 5 (с коэффициентами отражения соот­ветственно 0,05 и 0,5), между кото­рыми установлен кристалл рубина

6 (75X7 мм). Отражающие покры­тия зеркал закрыты защитными стек­лами 3 и 10. Между зеркалом и кри­сталлом установлена ирисовая диаф­рагма 8, предназначенная для регули­рования энергии потока излучения. Лампа 7 помещена вместе с кристал­лом в эллиптический отражатель 5 с полированными стенками. Фокуси­рование излучения осуществляется с помощью отрицательной линзы 11 и объектива 13 микроскопа.

Для наводки излучения на обраба­тываемый участок и наблюдения ис­пользуются призма 12 и окуляр 16

Гиг. 13.10. Оптич сскап схема установки
СУ-1;

о — сварка (шторка закрита); б — наве­дение излучения пи место сварки (шторка открыта); 1. 5 — призмы; К — корпус;

•3 — лампочка; 4 — лазер; Н — микроскоп;

7 — шторка; — фокусирующий объек­тив; 9 — импульсная лампа; 10 — линза

Рис. і 16.11. Оптическая схема
установки К’З <K>3JYl>:

/ — фотоэлемент; 2 — свето­фильтр; з, 10 — защитное стек­ло; 4, 9 — зернила резонатора с коэффициентом отражения 0,95 и 0,5 соответственно; 5 — отра­жатель; 6’ — кристалл рубина; 7 — импульсная лампа накач­ки; & — ирисовая диафрагма;

11 — отрицательная линза;

12 — откидная призма; ІЗ — объектив; 14 — предметное стек­ло с обрабатываемой деталью; щ — сетка с перекрестием; 16 — окуляр; J7 — лампочка; 13 — конденсатор; 19 — зеркало для

подсвета отверстий

микрофотонасадки {при работе лазера призма выводится из хода лучей мик­роскопа). В фокальной плоскости оку­ляра установлена сетка 15 с перекре­стием для наводки излучения на объект и шкалой для измерений. Место об­работки освещается осветителем (лам­почка 17 и конденсатор 18). Зеркало 19 служит для подсветки получаемых отверстий. Световой поток, прошед­ший через зеркало 4 (коэффициент пропускания <0,05) и светофильтр 2, используется с помощью фотоэлемента 1 для относительного измерения энер­гии излучения. В установке К-ЗМ призма заменена откидным зеркалом, а зеркало 19 — лампочкой для под­светки отверстий снизу.

Оптическая схема установки К-2 приведена на рис. 15.12 [20], особен­ность которой — наличие зеркала 3 с отверстием в отражающем покрытии, обеспечивающим совмещение фокуси­рующей и визуальной систем.

Для установок последующих поко­лений были разработаны более совер­шенные целевые оптические схемы (рис. 15.13). Показана схема оптиче­ской системы «Квант-10». Резонатор лазера образован двумя сферическими зеркалами 1 к 2 радиусом 1200 см, расположенными на расстоянии 66 см друг от друга. Излучение проходит через ирисовую диафрагму 4, служа­щую для регулирования диаметра луча, и через телескопическую систему. Уве-

лнчение телескопической системы 2*, поэтому расходимость излучения с по­мощью нее уменьшается в 2 раза. Отрицательный компонент 5 телескопи­ческой системы может перемещаться вдоль оптической оси, что позволяет изменять расходимость луча. Интер­ференционным зеркалом 8 излучение направляется на объектив 10, который фокусирует его на поверхность обра­батываемых заготовок 20. Фокусное расстояние объектива 70 см. Защит­ное стекло 11 предохраняет объектив от загрязнения продуктами воздейст­вия излучения на свариваемые за­готовки.

Часть энергии луча (примерно 8 %) с помощью стеклянной пластины 9 отводится на фотодиод 13, являющийся датчиком системы индикации энергии. Наводка излучения и визуальный кон­троль сварных соединений осуществля­
ются оптической системой, состоящей из объектива 10, тубусной линзы 14, зеркала 15, светофильтров 16, бино­кулярной насадки 17. Общее увели­чение визуальной системы 33* при диаметре поля зрения 3 мм. Для осве­щения свариваемых деталей служат два осветителя.

Оптическая схема установки «Квапт-9» приведена на рис, 15.14. Для (фокусирования излучений сфор-

Ряс. 15*13. Оптическая схема. установки
«Кввит-10» :

1,2 — зеркала резонатора; 3 — активный элемент; 4 — ирисовая диафрагма; 5, в — телескопическая система; 7 — бипризма; і? — интерференционное зеркало; 9 — стек­лянная пластина; 10 — объектив: и — за­щитное стекло; і 2 — набор светофильтров; 13 — фотодиод ФД-7К; 14 —тубусная лин­за; 15 — зеркало; 10 — светофильтры; 17 — бинокулярная насадка; JS — лампа; 19 — конденсор; 20 — поверхность обрабаты­ваемой заготовки

мировашюго в резонаторе, служат телескопическая система, состоящая из линз 5 и 6, и фокусирующий объ — ективі 8, который защищен от частиц и пара материала обрабатываемой де­тали 24 сменным плоскопараллельным стеклом 9. Для регулирования энер­гии излучения могут быть использо­ваны сменные диафрагмы 4 с различ­ными диаметрами отверстий. В комп­лекте установки имеется два фокуси­рующих объектива — один с фокус­ным расстоянием 24 мм, другой — 38 мм. Телескопическая система с трех­кратным увеличением выполнена в виде насадки. Фокусирование излучении может производиться как с насадкой, так и без псе. Телескопическую систе­му применяют при сверлении отвер­стий диаметром менее 0,1 мм.

Наблюдательная оптическая си‘ стема установки «Квапт-9» состоит из двух самостоятельных микроскопов с одним общим окуляром 19. Микро­скоп, служащий для наблюдения об­рабатываемой детали сверху и наведе­ния луча па обрабатываемую точку, составлен из объектива 8, ахроматиче­ской линзы 20, светофильтров 17, сетки с перекрестием 18 и окуляра 19. Второй микроскоп служит для на­блюдения обрабатываемой детали в бо­ковой проекции и состоит из защит­ного стекла 10, поворотной призмы 11, объективов 12 и 13, подвижного фо­кусирующего компонента 14, зеркала 15 и тех же фильтров 17, сетки 18 и окуляра 19. Для совмещения фоку­сирующей системы с микроскопом для наблюдения сверху служит интерфе­ренционное зеркало 7, имеющее ко­эффициент отражения для излучения лазера около единицы и являющееся прозрачным для большей части спектра видимого излучения. Для совмещения полей зрения обоих наблюдательных микроскопов служит светоделитсльпьтй куб 16. Увеличение микроскопа для на­блюдения сверху составляет 02,5х при объективе с фокусным расстоянием 24 мм и 39.2х при фокусном расстоянии объектива 38 мм. Увеличение микро­скопа для наблюдения сбоку постоянно и равно 62,5х, Оптическая система для наблюдения обрабатываемой детали в боковой проекции дает возможность контролировать форму продольного се­чения отверстия в прозрачных матери­алах в процессе их обработки. Наличие такой системы позволило существенно увеличить точность чернового сверле­ния отверстий в алмазных волоках и уменьшить припуски па окончатель­ную обработку.

Для освещения обрабатываемой де­тали служат два осветителя, состо­ящие из ламп 21 и кондеисорных линз 22. Полый фокон 23 улучшает концентрацию света на обрабатыва­емой детали. Для переключения на­блюдательных ветвей оптической си­стемы служит заслонка 25.

Следует отметить, что энергетическая часть оптической системы установки «Квант-9» аналогична оптической схеме установки СЛС-10-1. Фокусное рас­стояние объектива 40 мм. Один из компонентов телескопической системы может перемещаться, что дает возмож­ность менять расходимость луча перед фокусирующим объективом и тем са­мым’ диаметр фокусированного луча I IS].

Схема оптической системы установки *Квант-12» представлена на рис. 15.15 [22]. Излучение лазера 2, выходя че­рез зеркало резонатора 3 с коэффици­ентом пропускания 0,7, попадает в те­лескопическую систему, состоящую из короткофокусного компонента 4 и длиннофокусного Л. Телескопическая система уменьшает расходимость луча. Интерференционное зеркало 10 на­правляет излучение в фокусирующий объектив 12 с фокусным расстоянием 50 и 100 мм. При помощи телескопиче­ской системы и объектива излучение лазера может быть сфокусировано в пятно диаметром от 0,25 до 1,0 мм. Изменение диаметра пятна осущест­вляется ступенчато благодаря приме­нению сменных короткофокусных ком­понентов телескопической системы или плавно путем перемещения длинно­фокусного компонента.

Визуальная часть оптической систе­мы кроме объектива включает тубусную линзу 6, оборачивающую призму 8 и бинокулярную насадку 9. Для за­щиты зрения оператора от излучения плазменного факела, возникающего в зоне сварки, а также от излучения лазера, отраженного от свариваемых

/ — имііульсЕїая ланиа типа ИФИ-^ОО;

2 — активный элемент из АИГ {до >< 6 мм):

3 — зеркало резонатора с коэффициентом пропускания 0,7: 4, В — элементы телеско­пической системы [короткофокусный (4) Н длиннофокусный (5) компоненты]; 5 — ту — бусиая линза; 7 затвор; 5 — оборачи­вающая призма; 9 — бинокулярная насад­ка: 10 — интерферонционноезеркало;11 — стеклянная пластина; 12 — фокусирую­щий объектив; 13 — защитная стеклянная пластина: 14 — светофильтры; 15 — кон­денсор

деталей, предусмотрен затвор 7. Ра­бота затвора синхронизирована с по­дачей лазерных импульсов таким об­разом, что в момент импульса визуаль­ная оптическая система оказывается перекрытой. Время перекрывания по­
добрано так, чтобы оператор не ощущал изменения освещенности в поле зре­ния, Применение затвора позволило обеспечить непрерывность наблюдения за ходом сварки.

Одним из способов значительного увеличения производительности (кро­ме способа повышения частоты следо­вания импульсов излучения), напри­мер применение лазера на алюмоиттри — евом гранате, является распределение излучения от одного излучателя ни несколько рабочих зон (рис. 15.16) [18]. Разделение луча с помощью светоделительных зеркал показано на рис. 15.16, а [18]. Здесь число рабо­чих позиций (ветвей) ограничива­ется только энергией излучения ла­зера и: энергетическими потерями на

зеркалах, а после разделения луч сохраняет свою первоначальную по­перечную форму. Для разделения ис­пользованы призмы с двумя или боль­шим числом отражающих поверхностей (рис. 15.16, б) (можно с различными коэффициентами отражения). Недо­статком схемы является то, что свето­вые пучки после разделения имеют в поперечном сечении форму секторов, что отрицательно влияет на форму круглых отверстий. В оптической схеме предусмотрен двусторонний выход из­лучения из резонатора с помощью размещения в нем светоделительной призмы-куба {рис. 15.16, в). Резона­тор образован двумя зеркалами с ко­эффициентами отражения ~1. В ус­тановке К-13 была реализована схема, показанная на рис. 15.17, с помощью которой луч лазера разделен на две позиции [18]. Параметры установки: энергия излучения, подаваемого на каждую позицию, — до 1 Дж, частота повторения импульсов — 3 Гц, дли­тельность импульса — 0,25 мс.

В установках АК-345 и АК-378 используется проекционный метод ло­кализации излучения на деталь, кото­рый в сочетании с используемым фо­кусирующим объективом определил тип резонатора лазера, основные га­бариты станков и их компоновку [24J. Фокусирование излучения производи­тся объективом ОМ-12 с фокусным расстоянием / = 34 мм и рабочим от­резком, равным 28 мм. В установке АК-345 вывод излучения осуществля­ется через отверстие диаметром 2—3 мм в непрозрачном зеркале, причем ука­
занное отверстие проецируется на деталь. В установке АК-.378 на детали проецируется весь торец активного элемента, для чего из резонатора излу­чение выводится через зеркало с коэф­фициентом пропускания 0,25.

Световой поток из горизонтально расположенного излучателя с помощью призмы 2 (рис. 15.18) переводится в вертикальную плоскость и объекти­вом 3 фокусируется на деталь 4. Объектив 3, подвижное зеркало 5 и телескопическая трубка {линза 6 с / = 110 мм и окуляр "7 — МОВ 1-15*) образуют наблюдательную систему с увеличением 45х. Защита объектива 3 от продуктов испарения материала де­тали осуществляется стеклянной пла­стиной 8, вращаемой электродвигате­лями 9. В схеме стачка АК-378 отсутст­вует поворотная призма вследствие вер­тикального размещения излучателя.

Оптическая схема эксперименталь­ной установки К-5 для получения ри­сунков на тонкопленочных покрытиях; за один импульс лазера на площади диаметром 30 мм приведена на рис. 15.19, а. Сферические зеркала резонатора, установленные конфо­кально, обеспечивали большую доб­ротность для иеаксиальных колебаний

с целью получения высокой равномер­ности распределения интенсивности из­лучения по сечению луча. Телескопи­ческая система с увеличением 25* расширяет диаметр лазерного луча до размеров маски, равных 45 см. Проекционная система, состоящая из коллективной линзы и объектива, дает изображение маски на поверхности

I — излучатель; 2 — призма: Я объек­тив* 4 — деталь; 5 — подвижное зеркало; S — линза — 7 — окуляр; S — стеклянная пластина; 9 — электродвигатель

обрабатываемой поверхности в мас­штабе 1 : 4. Микроскоп (с увеличе­нием 25*) позволяет точно совмещать обрабатываемые участки с изображе­нием маски, проектируемые оптиче­ской системой при введении в ход лучей осветителя (состоит из лампы и конденсатора). С использованием ус­тановки К-5 были получены тонко­пленочные рисунки па площади 20 X X 20 мм3 с разрешающей способно­стью 30 лин/мм [18].

Оптическая схема установки «Квант-№ приведена на рис. 19, б, в излучателе которой использованы два активных элемента 1 из граната [22], помещенных в отделыше освети­тельные камеры.

Источники питания. Сведения о принципах построения источников пи­тания различного типа лазеров, об их основных особенностях и Др. МОЖНО найти в ряде работ {см., например, [8, 9, 12, 13, 15, 18, 20, 28]).

Источники питании используются для возбуждения газоразрядного про­межутка газовых и твердотельных из­лучателей.

Источник питания в газовых лазе­рах непосредственно возбуждает газо­разрядную трубку, а в твердотельных лазерах — лампы накачки активного элемента, и в зависимости от режима

работы лазера работает в импульсном или непрерывном режиме.

Импульсное питание как газовых, так и. твердотельных лазеров характе­ризуется использованием электромаг­нитных устройств (емкостного или индуктивного тина) для предваритель­ного накопления энергии за достато­чно большой промежуток времени от сравнительно маломощных источни­ков, а в последующем происходит реализация накопленной энергии в на­грузке, с помощью которой формиру­ется импульс (тока или напряжения) заданной формы.

В технологических установках им­пульсного действия (преимущественно твердотельных) в основном использу­ются накопительные устройства, запа­сающие энергию в электрическом поле конденсаторной батареи (емкостные на­копители) (8, 12, 18, 28].

Известны также накопительные уст­ройства другого типа, в которых энер­гия запасается в магнитном поле дрос­селей-накопителей (индуктивные на­копители) [18, 20].

Ниже рассмотрим накопители ука­занных типов, однако прежде предста­вляется целесообразным кратко рас­смотреть схемы формирования вы­ходных электрических параметров: им­пульсного тока и напряжет;ия, дли­тельности и частоты повторения вы­ходных импульсов. К ферме импульса разрядного тока через лампу накачки твердотельного излучателя ке предъ­является жестких требований. Так длительность фронта для устранения возможности возникновения ударной полны, способной вывести из строя лампу накачки, составляет сбычно не менее 100 мкс [8, 28]. В то же время наименьшая длительность фронта дол­жна превышать время, необходимое для генерации излучения, а наиболь­шая определяется необходимой дли­тельностью излучения и может дости­гать единиц и даже десятков милли­секунд.

Энергия накачки для различных лазеров составляет единицы джоу­лей — десятки и сотни килоджоулей.

При импульсном режиме работы лазер можно питать энергией или непосредственно от сети, или от про­межуточного накопителя энергии [8, 28]. Первый вариант, несмотря на свою простоту, малоприемлем для питания — лазерной техники.

Промежуточное накопление энер­гии приводит к существенному’ усло­жнению схемы источника питания, однако позволяет совместно с комму­тирующими элементами реализовать все необходимые режимы работы с лю­быми значениями входных парамет­ров, и необходима для накачки лазе­ров энергия может накапливаться в ви­де энергии электрического (в конден­саторах) или магнитного поля (в ин­дуктивных элементах).

Существующие системы классифи­кации множества схем формирования выходных импульсов источников пи­тания лазерных излучателей основаны на определении вида накопителя энер­гии и режима его работы.

Зарядка индуктивного накопителя энергии осуществляется от устрой­ства с низким выходным напряжением при среднем значении зарядного тока, рапном половине амплитуды тока в мо­мент окончания зарядки, а для ем­костного накопителя выходное напря­жение зарядного устройства должно быть не менее требуемого значения напряжения накопителя, а среднее значение тока зарядки при заданных значениях напряжения и емкссти на­копителя зависит от цикла зарядки и может быть по много раз мет. те амплитуды импульса разрядного тока [8, 28]. Выбор накопителя определяет требования к параметрам зарядною устройства. Накопители энергии мо­гут работать в режимах полней или частичной разрядки, характер которой определяется типом разрядного ком­мутатора.

Энергия, накопленная в накопи­теле, пся передается в нагрузку л ре­жиме полней разрядки при замыка­нии коммутатора для емкостного на­копителя и размыкания индуктивного, причем возврат коммутаторов в ис­ходное положение происходит не ра­нее окончания процесса разрядки на­копителя. Такой режим позволяет иметь минимальный размер накопите­ля, что представляется важным при больших величинах энергии накачки. Форма импульса разрядного тока на нагрузке (активное л и ней нс с сопро-

Рис. 13.19. Схемы оптических систем;

■и — установка К-5: /т 4 — зеркала резо­натора; 2 — модулятор добротности; 3 — активный элемент; S, 8, 11, 18 — поворот­ные-интерференционные зеркала; 6, 7 — осветительная телескопическая система; 9 — маска; 10 — коллективная линза; 12 — проекционный объектив; 13 — защитное стекло; 14 — обрабатываемая деталь; 13 — линза; 16 — конденсор; 17 — лампа; 19 — сетка; 20 — окуляр; б — установка Квант-17: 1 — активные элементы из алю- моиттрневого граната; 2 — импульсные лампы накачки; 3 — сферические зеркала с одинаковым коэффициентом Пропуска­ння; 4 — призмы полного внутреннего от­ражения; Б — фокусирующие объективы; Є — корпуса интегральных схем; 7 — кас­сета загрузочного устройства; 8 — источ­ник питания

тивление) представляет собой экспо­ненту при полном разряде как ем­костного, так и индуктивного накопи­телей.

Однако вследствие того, что у газо­разрядных приборов (лампы накачки, газовые излучатели) характер нагру­зки нелинейный (изменение тока на­качки не пропорционально изменению напряжения на нагрузке), т. е. стати­ческое и динамическое сопротивления газового разряда не равны друг другу и постоянно изменяются в процессе раз­ряда, то и форма разрядного тока отличается от экспоненциальной.

Источники электропитания с низ­кой частотой повторения импульсов. Промышленность освоила серийное производство множества типов исто­чников электропитания, которые по­ставляются как отдельно, так и в ком­плекте с лазерными технологическими установками импульсного действия с твердотельными излучателями преимуг іцественно на стекле с неодимом, алю — моиттриевом гранате и с лаборато­рными на стекле с неодимом, рубине.

В первых отечественных технологи­ческих установках К-3, К-ЗМ, СУ-1 источник питания представлял собой ■батарею конденсаторов, заряжаемую от высоковольтного выпрямителя мало­эффективным способом — через актив­ный резистор [8, 20]. В дальнейшем в электронной промышленности были разработаны более совершенные схемы электропитания. Так, уже в установ­ках «Квант-3» были использованы ис­точники питания МИЛ-24 и МИЛ-25, построенные на базе индуктивно-емко­
стных преобразователен (8]. Такие же источники были использованы в технологической установке СЛС-10-1. Опыт — эксплуатации этих установок, а также разработка многочисленных лабораторных источников питания по­служили основой для создания унифи­цированного ряда блоков литания ти­па БП, основные характеристики ко­торого приведены в табл. 15.5 [61. Накопительные конденсаторы и блоки «поджига» импульсной лампы в состав блока питания не входят.

Техническая характеристика импульсных
источников питания

Коэффициент полезного дейст — 0,7—D, Яй вня

Нечувствительность к корот­ким замыканиям, в том числе при переходе импульсной лам­пы в режим стационарного го­рения

Условия эксплуатации:

Управление всеми импульсными блоками питания осуществляется уни­версальной системой управления, пред­назначенной для обеспечения плавного регулирования напряжения на кон­денсаторах накопителя в пределах от 220 В до номинального значения при нестабильности ± 1 %, а также дія выдачи командных сигналов на осу­ществление следующих режимов ра­боты импульсной лампы: одиночного, периодического несин хрон изированно — го и синхронизированного с модуля­тором добротности, «поджига» импульс­ной лампы в двух диапазонах частот внутреннего запуска:

1- й диапазон: 1/20; 1/15; 1/10; 1/8; 1/5; 1/4; 1/3 я 1/2 Га;

2- й диапазон: 1; 2; 3; 4; 5; 8 и 10 Гц, а также при запуске от внешнего генератора с частотой 10 Гц и от фото­датчика.

Запуск импульсами синхронизации осуществляется с частотой 300 Гц (в режиме модулированной добротно­сти лазера), при этом плавное регули­рование командного сигнала на за­держку «поджига» импульсной лампы осуществляется в пределах 200— 1500 мкс.

Модуляторы импульсных ламп (МИЛ) для технологических установок «Корунд» (МИЛ-35), «Квант-10» (МИЛ-40), «Квант-12», «Квант-16»,

«Квант-17» ‘ (МТ-42), ЛТИПЧ-1

(МИЛ-36, ЛУМ-1, МИЛ-38) выполнены с использованием блоков питания |8], Приводится подробное описание уст­ройства и работы силовой части (а так­же взаимодействие узлов ее) модуля­тора МТ-42 для питания импульсных твердотельных излучателей, упра­вление которой производится систе­мой управления СУМ-10 (подробнее О ней будет сказано ниже). Кратко отметим только некоторые особенно­сти МТ-42, состоящего ил зарядного устройства и разрядного контура. За­рядное устройство выполнено с ис­пользованием двух блоков из унифи­
цированного ряда блоков питания: блока источника тока типа ИТ-2-Зф и блока выпрямителя ВЗ-2000-Эф. Блок ИТ-2-Зф представляет собой индуктив­ный емкостной преобразователь, на выпуск которого установлен зарядный коммутатор на тиристорах.

В блоке накопителя Н-2 размещен разрядный контур, включающий в себя формирующую накопительную ли­нию, разрядный коммутатор, блок зажигания МТ-ЗПЖ, источник пита­ния дежурной дуги. Формирующая липня имеет четыре звена н еобрана на индуктивных элементах и бата­реях конденсаторов, причем каждая батарея разбита па четыре группы по три конденсатора тина К75-17 в каждой. Различные комбинации со­единений групп позволяют получить
импульсы с формирующей ЛИНИИ с че­тырьмя фиксированными длительно­стями: 1,5; 2; 2,5; 4 не при форме, близкой к прямоугольной. В модуля­торе МТ-42 используется двухступен­чатая схема зажигания. Первая сту­пень обеспечивается блоком зажига­ния МТ-ЗГЩ, вторая ступень — источ­ником питания дежурной дуги, выпол­ненным на основе маломощного одно­фазного ИЕП.

Основные технические характеристики модулятора МТ-42

Пределы плавного регулиро­вания напряжении на нако­пительных конденсаторах. В 250—100 Стабильность иредраярядного

значення на накопительных конденсаторах, %, не хуже. . =±1

-Максимальная частота следова­ния разрядных импульсов, Гц 20 Средняя потребляемая мощ­ность от цепи, кВт… 12

Нагрузкой модулятора могут слу­жить импульсные лампы ИФП-800, ИФІІ-1200 и др.

Источники питания с реактивны­ми токоограничивающими, элемента­ми. Также достаточно широко исполь­зуются источники питания, выполнен­ные на не менее эффективных, чем ИЕП, зарядных устройствах с емко­стным токоограничивающим элементом • [8, 28]. Также зарядные устройства используются в установках «Квант-9» (МИЛ-29) и «Квапт-9М». В МИЛ-29 используется принцип зарядки на­копительных конденсаторов по схеме удвоения напряжения [8], достоин­ствами которой считают нечувстви­тельность к коротким замыканиям, .вдвое меньшее входное напряжение, .высокий КПД, ограниченное значе­ние напряжения холостого хода и др. Здесь же отмечают и недостаток, за­ключающийся в возможном подмагни — — чиваипи входного трансформатора, происходящего во время включения. зарядного коммутатора, включенного последовательно с первичной обмоткой входного трансформатора. Последнее способствует возникновению тока в первичной обмотке трансформатора, увеличению потерь в трансформаторе, коммутаторе и т, Д.

В работе (8, 28] предлагаются спо­собы устранения указанного недо­статка. Первый способ предполагает синхронизацию момента включения зарядного коммутатора с фазой вход­ного напряжения сети, Еторой пред­лагает перенести зарядный коммута­тор во вторичную обмотку. Третий способ — совмещение функций заряд­ного коммутатора и выпрямителя. В этом случае совмещенный коммута­тор — выпрямитель находится на вторичной обмотке трансформатора, что исключает подмагпичивание. По такой схеме выполнен импульсный модулятор МИЛ-49, состоящий из двух функциональных блоков: импульсного источника питания ИПИ-2 и системы управления СУМ-10, ИПИ-2, как и ранее описанные импульсные моду­ляторы, содержит зарядное устройство и разрядный контур.

Подробно устройство и работа ИПИ-2 описаны в.[8, 28]. Здесь же приведены основные технические данные ИПИ-2; пределы плавного регулирования на­пряжения накопителя 250—2000 В;

стабильность нредразрядного зна­чения на накопительных конденсато­рах нс хуже 1 %;

максимальная частота следования разрядных импульсов 3—5 Гд;

индуктивность разрядного контура 100 мкГ;

средняя потребляемая мощность 2 кВт.

Нагрузкой ИПИ-2 могут служить лампы ИФП-800, ИФЛ-1200 и другие с аналогичными параметрами.

Данные по разработанным источни­кам электропитания для импульсных лазерных установок приведены в табл. 15.6.

Источники питания для твердо­тельных излучателей с повышенной частотой повторения импульсов. Для разработки зарядных устройств им­пульсных источников питания газо­разрядных приборов с повышенной ча­стотой повторения разрядных импуль­сов в [8] рекомендуется использовать схемы зарядки емкостного накопителя энергии от сети переменного напряже­ния с нулевой фазой включения заряд­ного коммутатора. В этих схемах накопительный конденсатор начинает заряжаться при включении зарядного коммутатора п момент перехода сину­соиды сетевого напряжения через нуль,

15.6. Характеристика источников питания для импульсных технологических установок______________________________

Источник

питания

Силовая

часть

Система

управле­

ния

Применение

<9

аз н

g

л —

а;

с (0 а >>

о Ь

sS

Параметры

выходных

(разрядных)

нмпульсОп

Частота,

Гц

Длп — тель* кость, мс *

МИЛ-25

ИЕП

СУМ-1

«Квант-3»

5,0

0,01—3

1; 4; 8

Модифи-

СЛС-Ю-1

1,5

0,5

2; 4

кация

СУЛИ

МИЛ-29

ИМ-1 (схе-

СУЛІ-5

«Квант — 9»

1,5

0,05—1

0,6

ма удяос-

нвя)

МИЛ-35

БП — 5000-0,6

СУМ-2

«Корунд»

1,5

0,05—1

0,2

МИЛ-36

Б П — 5000- 0,6

СУМ-2

ЛТИПЧ-1

1,5

0,1

0,4

МИЛ-38

БП-5000-1,2

СУМ-8

ЛУМ-1

3,0

1 _ 1

3

(«Импульс-1»)

90 • 240

МИЛ-40

БП-5000-1,8

СУМ-4

«Квант-10»,

4,0

0,05—1

8

«Квант-16»

ЛІТ-41

Б П-2000-9

СУМ-10

Двух к аваль-

6,0

0,1—10

0,5

(МИЛ-41)

пап установка

на рубине

МТ-42

Б П-2000-9

СУМ-10

«Квант-12»

6,0

0,1—20

1,5; 2;

(МИЛ-42)

2,5; 4

МТ-47

ЕП

СУМ-ЮЛ

‘ __

6,0

0,1—30

0,2

МТ-42М

ИЕП

СУМ-ЮЛ

«Квант-17»

8,0

0,1—30

2

;3; 4; 5

МИЛ-49

ИПИ-2

сум-1о

« Квант — 9М»

1,5

0,05—5

0,6

(схема уд-

воения)

Параметры

накопителя

Иеточ ник

Размеры, мм.

Масса,

питания

Напряжение,

Емкость,

Лампа

источника питання

кг

кВ

мкф

АШЛ-25

0,4—1,8

4000

ИСПТ-6000

1000X 800X1500

600

0,2—1

4Х1000

ИФП-1200

543X598X1212

210

МИЛ-29

0,4—2

800

ИФ1М200

496X 454X 253

90

МИЛ-35

0,4—2,5

300

ИФП-800

595X 613X1356

250

МИЛ-36

0,4—2,5

2X500

ИФП-1200

595Х613Х 1356

280

(4 шт.)

МИЛ-38

0,4—4,5

4Х 1400

ИФП-2000

595X613X1700

1700

(4 шт.)

МИЛ-40

0,4—2

2000

ИФП-5000

595X 613X1730

500

МТ-41

0,2—2

600

ИСПТ-6000

595X613X2300

600

(МИЛ-41)

МТ-42

0,2—1

4X600

ИФП-800

595X613X2000

580

(МИЛ-42)

МТ-47

0,2—2

100

ИФП-1200

718X610X1895

510

МТ-42М

0,2—1

4X600

ИФП-800

718Х610Х 1895

550

(2 шт.)

МИЛ-49

0,4—2

800

ИФП-1200

496X454X253

90

а зарядный ток в этом случае ограни­чивается скоростью нарастания напря­жения и имеет форму отрезка коси­нусоиды, причем в процессе зарядки используется менее четверти периода синусоиды, что делает потребление энергии относительно неравномерным. Такие схемы рекомендуется исполь­зовать ори сравнительно небольших энергиях (до нескольких сотен джоу­лей) в системах питания твердотель­ных излучателей, например, на алюмо — иттриевом гранате с оптимальными частотами повторения импульсов излу­чения 50—100 Гц. В [81 подробно на примере модулятора накачки МИЛ-31, входящего в состав серийно выпуска­емых твердотельных лазеров типа Л ТИ и ЛТИ-П4, описываются уст­ройство, принцип работы и взаимодей­ствие отдельных частей источника пи­тания. Две батареи конденсаторов (2 К150 мкФ) одновременно заряжа­ются от сети с нулевой фазой включе­ния коммутатора, а при разрядке на лампу накачки батареи включаются последовательно, удваивая тем самым напряжение на выходе. Отметим, что в состав МИЛ-31 входят блок зарядки БЗ-1, разрядный блок БР-1 и система управления СУМ-7. Отметим также, что в МИЛ-31 используется двухсту­пенчатая схема зажигания лампы на­качки, где режим дежурной дуги лампы обеспечивается источником тока

МТ-2ИТ. Основные технические ха­рактеристики модулятора МИЛ-31 и других источников питания с повышен­ной частотой повторения импульсов на­качки для твердотельных излучате­лей приведены в табл. 15.7 [8].

Системы управления импульсными источниками питания. Как уже ранее отмечалось, неотъемлемой частью исто­чников питания (модуляторов) являют­ся системы управления, причем в отли­чие от силовых цепей источников, опре­деляющих такие показатели, как энер­гетические, массу, габариты, стои­мость, они преимущественно опреде­ляют качественные характеристики все­го комплекса [8, 28]. Системы управ­ления модуляторов (СУМ) обеспечи­вают необходимую точность и стабиль­ность, быстродействие и устойчи­вость, синхронизацию и выдачу сигна­лов, устанавливают режим работы модулятора, т. е. определяют работу лазерной установки.

Перечень основных функциональных назначений, выполняемых СУМ:

задать частоту циклов зарядка— разрядка накопителя;

— регулировать напряжение на накопителе;

— стабилизировать нредразрядное значение напряжения на накопителе;

— осуществлять заданную про­грамму управления зарядным устрой­ством;

— синхронизировать начало заряд­ки накопителя с внешними датчиками;

— синхронизировать разрядку на­копителя с устройствами модуляции добротности резонатора излучателя; с измерителями энергии, с другими устройствами;

— обеспечить время для деиониза­ции ГР II;

— обеспечить различные блокиров­ки, повышающие устойчивость работы в условиях значительных импульсных полей.

В зависимости от назначения лазер­ных установок системы управления имеют и другое назначение.

При проектировании и изготовле­нии технологических установок на­бор необходимых функций может быть реализован путем использования из большого количества структурных схем и составляющих их узлов (модулей) минимального числа указанных моду­лей для получения оптимальных структурных схем с заданными свой­ствами [8).

Такой подход был использован лри создании первых промышленных уста­новок. В установке «Квант-3» исполь­зована система управления СУМ-1, для которой разработаны универсаль­ные функциональные модули. В системе управления СУМ-2 для уже описан­ного унифицированного ряда импуль­сных блоков питания БП использованы модернизированные функциональные модули. На их основе (названных ти­повыми — ЛІТ) созданы системы СУМ-4 (для установки «Квапт-Ш»), СУМ-5 («Кван"т-9»), СУМ-б (модуля­тор МЙЛ-30), СУМ-7 (модулятор МИЛ-31), СУМ-8 (ЛУМ-1), универ­сальная система управления СУМ-10 («Квант-9М», «Квант-12»).

На примере наиболее широко рас­пространенной системы СУЛІ-10 рас­сматривается структурная схема СУМов, описывается достаточно под­робно принцип их действия и т. д.

Непрерывный режим работы лазеров на С02 требует согласования внешних характеристик истопника питания с вольт-ампер ной характеристикой га­зоразрядного промежутка (8, 20, 28], причем для большей устойчивости разряда в газовой среде необходимо осуществлять его от источника с круто падающей внешней характеристикой, наклон которой больше, чем у стати­ческой характеристики газового раз­ряда. Включение последовательно с ГРП балластных (активные или ре­активные) сопротивлений и исполь­зование источника с повышенным на­пряжением холостого хода увеличи­вает крутизну внешней его характери­стики. Указанное чаще всего дости­гают с помощью двухтактных выпря­мителей или с удвоением напряжения с включением соответствующих бал­ластных сопротивлений, включаемых последовательно с газоразрядной труб­кой [20, 28]. Здесь же отмечается, что указанные схемы обеспечивают силу рабочего тока при напряжении, превосходящем напряжение пробоя, т. е. большая часть мощности рассеи­вается на балластном сопротивлении.

Установки «Квант-9», «Квант-9М» предназначены для сверления отвер­стий в заготовках алмазных волок и других материалах. Рекомендуются для применения в инструментальной, электронной и приборостроительной отраслях промышленности [7, 20, 22].

Особенно эффективно их применение при получении черновых отверстий в алмазных волоках. Производитель­ность установок при лазерном свер­лении алмазов в 20 раз выше, чем при использовании других электрофи­зических методов, и в 200 раз произ­водительнее механического сверления. Сверление можно выполнять одноим — пульсным и многоимиульсным мето­дами, причем при одноимиульсном методе диаметр и глубина отверстий могут составлять 0,0005—0,04 см и до 0,1 см, а при много импульсной обработке: диаметр до 0,8 мм и глу­бина до 3 мм. Имеется также ручное у п р авл ение установками.

В установках используются импульс­ные ла-зеры на стекле с неодимом. Оптическая система позволяет контро­лировать процесс обработки н двух взаимно перпендикулярных проекциях при увеличении 62х.

Изображения этих ироекций сов­мещены в одном поле зрепия, что поз­воляет контролировать размеры и форму отверстий в прозрачных ма­териалах.

В комплект установок входят тех­нологический стол с излучателем и оптической системой, источник пита­ния ИП-Ґ и система охлаждения ла­зера дистиллированной водой, система управления СУМ-5.

Техническая характеристика

«Квант-0» «Кчант-ЭМ»

Диаметр отверстии,

мм…………………………………… 0,005—0,8 0,005 — 2,0

Глубина отверстий,

мм…………………………………… До 3

Максимальная энер­гия излучения, Дж 8

Длительность им­пульса, мс…. 0.5 —0,7 0,5

Частота повторения Импульсов в авто­матическом режиме,

имп/мин………………………… 6—60 6—180

Срок службы им­пульсной лампы на­качки, тыс. вспы­шек 200

Установка СЛС-Ю-1 предназначена для точечной сварки различных ма­териалов, в том числе тугоплавких (молибдена, тантала н др.), толщиной до 0,3—0,4 мм. Применяется в произ­водстве электровакуумных приборов и реле [20, 22].

Лазерную сварку на установке СЛС-Ю-1 отличает высокое качество соединений, свариваемых в атмосфере инертного газа, точность регулиро­вок, возможных замены элементов резонатора без разъюстировки, хоро­шая воспроизводимость длительности и формы импульсов. На базе установки создано несколько разновидностей специализированного сварочного обо­рудования: полуавтоматов СЛС-8-Ш, СЛС-25-1 и др., применяющихся в при­боростроении для сварки материалов и деталей приборов.

Техническая характеристика

Диаметр светового пят­на, мм. 0,4—1,5

Энергия импульса излу­чения, Дж…… До 8

Длительность импуль­са, нс………………… 2; А

Частота повторения им­пульсов, имп/мин. , ф 30

Напряжение питания, в 220/380

Потребляемая мощ­ность» кВт……….. 2,5

Габариты, мм:

стайка…………………………….. . 1005х#20Х 1255

источника питания D40X598X1212

Масса, кг………………………….. 350

16 Ры калия Н. Н. и др.

Установка «Квант-11». Полуавто­мат с лазером на алюмоиттриевом гра­нате предназначен для сквозной резки на дискретные элементы полупровод­никовых пластин с готовыми структу­рами 122].

Техническая характеристика

Скорость разделения полупроводниковых пла­стин при глубине рО&0 0,025 см, см/мин «…

12,0

Максимальная глубина реза, мм

Ширина дефектной зо­ны, см. , . ,

0,04

0,02

Средняя мощность излу­чения, Вт…………………………………………….

20

Диаметр светового пят­на, МКМ

30—300

Напряжение питания, В

2S0/3&0

Потребляемая мощ­ность* кВт…………………………………………………

2

Габариты, мм….

U50X700X 1200

Масса, кг…………………………………

200

Установка «Квант-10» применяется для точечной сварки деталей из раз­личных материалов толщиной 0,05— 0,10 см в производстве электроваку­умных приборов, реле, точном при­боростроении и т. д. [17, 20, 22].

В установке используется импульс­ный лазер на стекле с неодимом. Оп­тическая система позволяет контроли­ровать процесс сварки при увеличении ЗЗХ В конструкции установки преду­смотрено применение различных спе­циализированных приспособлений для закрепления обрабатываемых деталей.

Установка снабжена обеспыленной камерой и может производить сварку в инертном газе. Параметры установки позволяют получать вакуумно-плот­ные швы при точечно-шовной сварке со скоростью до 30 мм/мин. Энергия излучения стабильна. Расстояние от объектива до плоскости обработки 60 мм.

Техническая характеристика.

Диаметр Светового пятна, мм 0,4—1,4 Номинальная энергии излу­чения, Дж 10

Максимальная энергия излу­чении, Дж…………… 30

Длительность импульса, мс. . 4,0

Максимальная частота следо­вания импульсов в автомати­ческом режиме, имп/мин… 60

Срок службы импульсной лам — пы накачки, тыс. вспышек. , 300

Напряженке питания, В. . , 220/380

Потребляемая мощность, кВт 6

Габаритные размеры, мм:

станка………………….

блока питания, , , Ліасса, кг: станка

блока питания. . , Д л и тс ль к о сть имя у л ь — са излучения, яс, , * Частота повторения нмпудьсол, Гц. . . . JСпряжение питания* 13 Габариты, мм:

станка ………………………………..

стойi<it питання. . .

Масса, кг………………………………….

Установка «Квамт-12» с лазером на алгомоиттриепом гранате обеспечи­вает шовную сварку однородных и раз­нородных металлов и сплавов малых толщин при минимальной их деформа­ции и с высокой локальностью нагрева. Применяется для сварки узлов и де­талей в производстве электровакуум­ных и полупроводниковых приборов, приборов точной механики, миниа­тюрных электромагнитных реле [22].

Система охлаждения излучателя— двухконтурная. Увеличение наблю­дательной оптической системы при наличии двух сменных объективов составляет 40-х — и 20X Установка, кроме частотного режима, может так­же работать в одиночном режиме с ручным запуском.

Texavuнекая характеристика

Скорость свар к]] для ко­мара При глубине tfPOM — лгшления(J>3 мм, мм/мин

1 50

Средняя мощность излу­чения, Вт………………………………..

Частота повторении им­пульсов, Ги. .

за

До SCI

Энергия импульса по­лучения, Дж, , . , ,

До 3

Длительность импуль­са, мс. ……

1,5: 2,0; 2,5; 4,0

Диаметр сиетоного пят­на 8 фокальной пло­скости оптической си­стемы, мм………

0,25—1.0

Напряжение питания. В

220/380

Потребляемая мощ­ность, кВт…………………………………………….

6

Габариты, мм: станка с генератором

1000Х950Х 1230

источника питания

БОГ) X 595 X 3000

Масел, иг;

станка с генератором

250

источ ник а пит ани я

350

Установка «Квант-

16» применяется

СОСТОЙКОСТЬ в 2—4 раза по сравнению с износостойкостью инструмента, под­вергнутого обычной термообработке. Может быть использована также для импульсной сварки металлов с глу­биной проплавления до 0,7 мм |22].

Техническая характеристико

"1 е р м о о б р а Ь о т к а

П роняв 0ДИТСЛ h HOCTL тер мообр и боткн, мм*/ мин

5 С

Глубина упрочненного слоя, мм……………………………………………

0.1

Диаметр зоны воздей­ствия изучения, мм

2—5

Энергия импульс Я ИЗ-

лучения, Дж…………………………..

50

С о ярка

Глубин я проплавления по никелю, см. . . ,

0,07

Диаметр зоны воздей­ствия излучения, см. .

0,07—0,14

Энергия импульса из­лучения, Дж. . , .

30

Длительность им­пульса излучения, мс

4—7

Частота повтор єни si им — |IVflbCOl$, Гц, .

0,1—1

Размер стержня, с. м. .

1,2X26,0

Лампа накачки, , . .

ИФП-5ГЮ0-1

Увеличение канала на­блюдения, кпат. , , .

, 0,2- 12,Б

Поле зрения канала на­блюдения, см. , „ ,

0,7— 1,4

Рабочий отрезок объек­тива, см

Й,0

Максимальные размеры обрабатываемого изде­лия, см…………………………………………………

10, ОХ 10.0×5,0

11 гшряженн е питан. и si* В

220/3 SO

П отреб л я ем а я мо щ — ИОСТЬт кВт…………………………..

12

Габариты, мм: станка………….

122, fix і ОД, 0х

стойки питания, ,

Х95,0

137, Sx 59, Вх 61,0

Масса, кг:

станки…………………………..

150

стойки питании, , .

200

Установка «Квант-18», Предназна­чена для импульсного термоупрочне­ния рабочих поверхностей металличе­ских деталей с целью повышения их износостойкости, а также для точеч­ной сварки металлов.

Установка может быть использована в производстве электровакуумных при­боров для термообработки штампов, режущего и мерительного инструмента и сварки узлов и приборов ЭВП.

В установке «Квант-18» использован излучатель с четырьмя цилиндриче­скими или одним прямоугольным стер­жнями из стекла с неодимом, что поз-

воляет получать на обрабатываемой поверхности детали круглые или пря­моугольные «пятна закалки». Приме­нение «пяТен закалки» прямоугольной формы позволяет эффективно обраба­тывать технологическую оснастку сло­жной формы с протяженными прямо­линейными кромками.

Оптическая система установки обе­спечивает стабильное положение пло­скости обработки, при этом размеры лазерного луча могут главно изменя­ться во всем диапазоне регулирования. Это позволяет производить корректи­ровку’ режимов упрочнения для раз­личной оснастки путем незначитель­ного изменения размеров «пятен за­калки», при этом тепловой режим излу­чателя установки остается неизменным. Использование длиннофокусного объ­ектива дает возможность упрочнять технологическую оснастку е перепадом высот рабочих элементов в предачах ^-10 мм без перемещения обрабаты­ваемого изделия по вертикали отно­сительно объектива. С целью повыше­ния качества термообработки путем улучшения равномерности распреде­ления интенсивности излучения в зоне обработки в оптическую систему уста­новки введены корректирующие эле­менты (полупрозрачные зеркала). Уста­новка «Квант-18» по сравнению с «Квант-16» имеет более высокую надеж­ность и производит закалку импульс­ным лазерным излучением, более ши­рокой номенклатуры инструмента и технологической оснастки.

Техничен ■ка п хора кт е ри і ти ка

Производительность: в режиме термообра­ботки (защитная сре­да — аргон), мм*/мии

Не менее 8,00

в режиме с «арки, то­чок /мин……

(и атмосфере • До Я,00)

Не менее 30

Максимальные размеры обр и 6 ат ы п а с и ы х д ст а — лай, мм. „ . ,

200x200x300

Размеры рабочей зо­ны, мм……………………………………………

60ОХ 000X500

Максимален а я глубин а проплавления (по спла­ву 2<Н1К). мм

1,5

Мзксимальиая глубина закаливания (по стали У8А), мм

0,1 в

Диаметр зоны воэдей-

ствия нзлученияі см: для * термообработки

0,4— 1,6

для сварки. „ , . .

0,1 —0,4

Диапазон регулирова­ния энергии импульса излучения, Дж…. Частота повторения им­пульсов J] Ящерного из­лучения, Гц

Д Л И ТСЛ ь Н Ос [Ь, импуль­сов излучения но уров­ню 0,1, мс

Потребляемая мощноеть,

кВг……………………………….. . . .

асе а установки, кг. . Площадь, зян имасмая установкой, м2 ….

Установка «Квант* 17» — специали­зированная двух л ученая полуавто­матическая сварочная с лазером на алюмоиттрневом гранате предназна­чена для герметизации штырьковых металлостеклянных корпусов инте­гральных схем с размерами сторон корпуса от 10 до 40 мм [22].

Техническая характеристика

ІЦои зподительность при герметизации кор­пусов интегральных схем с размерами 3,0Х X 4,0 см, шт./ч….

До 120

Суммарная толщина свариваемых кромок, мм……..

£1,5- 0,8

Энергия импульса из­лучения я каждом лу­че, Дж…………………..

Суммарная средняя мощ­ность излучения, 13т. ,

4

80

Частота повторения им­пульсов, Гц……………………………

10

Длительность импуль­са. мс……..

1,5; 2,0; 2,5; 1,

Напряжение питания. В……….

220/380

Потребляемая мощ­ность, кВт……

12

Габариты устаноики, мм: сварочного стола, ,

S10X700X 1080

стойки питания. . .

SB5к 585х 2000

Масса, кг:

сварочного стола. .

200

стойки питания. <

Я50

Установка «Кристалл-0» с лазером на стекле с неодимом предназначена

для сверления и фрезер опатшя раз­личных металлов и неметаллических материалов: керамики, ситалла, фер­рита, рубина 122].

Техническая характеристика

Диаметр обрабатывае­мы* отверстий, мы. . . QJ — 0,6

Глубина обработки, мм ‘ До з

Ширина обрабатывае­мого паза, мм , , . , , 0,005—0,02

Точность обработки, класс 3—4

Энергия импульса из­лучения, Дж t. . . . Qi5— 4

Частота повторения нм-

нуль СО». Гц……………………………..

По г р еб л я ем а я м ощ —

ность, кВт………………………………

Габариты, мм………………………..

Ресурс работы основ­ных элементов лазера без проведения регла­ментных работ, млн.

вспышек………………………………….

лампы и акаики. . . активного элемента зеркал резонатора. .

Установка * Кристалл-7» с лазером на стекле с неодимом применяется для сверления в деталях инструменталь­ной оснастки сквозных отверстий, пред­назначенных для контурной обработки на электроискровых станках [22].

Техническая характеристика

Длина ноли излучения, мкм. . …………………….

1,05

Длительность и мл уль — са, мкс…….

150—200

Энергия импульса из­лучения, Дж…..

0,1 — 5

Частота повторения им­пульсов, Га……….

0,5—10

Диаметр обрабативае — мых отверстий, мм. .

0,05—0,4

Точность координат­ных перемещений, мм

rti П,003

Глубина обработка, мм

До 4

Потребляемая мощ­ность, кВт……………….

4,5

Габариты, мм….

1700ХИ00Х

Установка «Кристалл-8» — авто­мат с лазером на стекле с неодимом предназначена для подгонки толсто — пленочных резисторов. Работает с ча­стотой 20 Ги.

Техническая характеристика

Толщина обрабатывае­мых пленок, мкм. . , Ширина реал, мм. , . Точность модгонки, % Манг никое время под­гони ч одного резисто­ра, с. . .

Энергия импульса из­лучения, Дж

Длительность импуль­са, кс…

П отр сб л и е м л я м о щ —

кость, кВт…………………

Габариты, мм. , , г Масса, кг…

Установка «Кр истаял-10» с лазе­ром и а азоте типа ЛГИ-21 предназна­чена для подгонки пленочных рези­сторов микросхем. Координатный стол обеспечивает перемещение луча с од­
ного модуля на другой в пределах платы, а система сканирования — в пределах модуля [22].

Г ех ни ч иск ця ха р акт е р и cm и ка

Толщина обрабатывл — смых ггленок, мкм, . .

До 1

Ширина реза, мкм. ,

5-30

Скорость резки рери — СТИИНОЙ пленки, мм/с

4

Обрабатыпаемая пло­щадь, мм

иП У. 6 0

Длила волны излуче­ния, мкм + . * / , ,

0,33

Мощность излучения в импульсе, кВт, , . ,

1-2

Длительность импуль­са, нс

10-13

Частота повторения им­пульсе и, Гц, , . . ,

ко

Потребляемая мощ­ность, Вт

500

Габарити, мм….

2ош)хеоох

Установка «Кристалл-1 А» приме­няется для резки стеклянных трубок излучением лазера на СОа методом термораскалывания [22].

Техкическая характеристика

Точность резки, мм … . ОД

Перпендикулярность реза,

мм………………………………………………….. Не хуже 0,1

Время резки трубок, с:

из стекле С-87*1 …. 2—4

из стекла С-49-2 * . . , 5—20

Диаметр трубок, мм. . . 5—50

Толщина стенки трубок» мм 0,5—2 Мощность излучения, Вт 25—40

Установка «Корунд» с лазером на стекле с неодимом предназначена для обработки отверстий. Широко приме­няется для получения предваритель­ных (черновых) отверстий в производ­стве часовых камней [20, 22]. Свер­ление отверстий производится серией импульсов с энергией каждого 0,1— 0,5 Дж и длительностью 50—75 мкс, что исключает появление трещин и обеспечивает толщину дефектного опоя не более 2 мкм и точность обработки в пределах 0.02 мм. Установка может работать как с ручным управлением, так и в автоматическом режиме с. за­данной частотой. Производительность установки в автоматическом режиме — один камень в секунду. Установка снабжена автоматизированным загру­зочным устройством. Используется при­нудительное охлаждение дистиллиро­ванной водой.

Диаметр обрабатывае­мого отверстия, мм, . . 0,03 — — 0,1В Толщина обрабатывав* мого материала, мм . . До 1.0

Энергия импульса кз*

лучения, Дж…… До 0,5

, Дли тс ль пость и мп уд ь — са, мкс……. 50—75

Частота повторения им­пульсов, Гц………………………………………………… До 10

Техническая характеристики

Ресурс работы основных элементов лазера без проведения регламент­ных работ, млн. вспы­шек:

лампы накачки. . 1

активного элемента б

зеркал резонатора. . 20

Напряжение литания. В 220/380

Потребляемая мощ­ность, кВт 2,0

Габариты, мм…. 600х Ї200Х 1400

Масса, кг……………………………….. 300

Установки А К-345 и А К-378 пред­назначены для сверления отверстий в рубиновых камнях. Эксплуатируются на Петродвориовом часовом заводе. Имеют следующие технические харак­теристики:

Диаметр обрабаты­ваемы* Отверстий,

ЛК-34 5

ДК-378

мкм…..

Толщина заготовки,

50— во

80—200

мм,……………..

Число импульс on ия обработку одного

0,5

0,й; 0,75

отверстия………

Время обпйботки

2

4; 0

одного отверстия, с Энергия импульса.

о, я

0,8: 1.2

Дж………………………….. .. .

Ч астота гговторенн я

0,2: 0,5

1,5

импульсов, ҐЦ

2:5

5

Лазерный станок 4222Ф2 с ЧПУ [24]. Создан на базе стайка 4222, используемого в нескольких модифи­кациях для конкретных технологи­ческих процессов (разметка и подрезка алмазов, вырезка по контуру и др.). В базовой модели применена проекци­онная схема локализации излучения на деталь, допускающая плавное из­менение пятна в зоне обработки. Ста­нок комплектуется двумя съемными головками с активным элементом из стекла с неодимом. В осветителе эл­линского типа размещены активный элемент и лампа (0 5Х 100 мм с лам­пой ИФП-800, а 0 6Х130 мм и 7Х130 мм с лампой ИФП-1200).

Конструктивно станок 4222 пред­ставляет собой Т-образную конструк­цию, состоящую из колонны, на кото­рой установлены излучатель с опти­ческим блоком, и коодинатиого стола с крепежной оснасти ой, размещенного на приваренной к колонне плите. В отдельных шкафах размещены элект­рооборудование и блок охлаждения.

Для изготовления деталей с боль­шим числом отверстий диаметром 10—200 мкм (элементы газоразрядных приборов, сетки, сепараторы, вырезка отверстий, пазов в труднообрабатыва­емых материалах и др.) был создан станок 4222Ф2 с ЧПУ, позволяющий управлять работой лазера и обеспе­чивать перемещение двухкоординат­ного стола с деталью по программе. Привод станка выполнен на двух шаго­вых двигателях ЩЦ-5Д1 с дискрет­ностью шага 10 мкм. Перемещение по двум координатам стола составляет соответственно 300Х 100 мм. ЧПУ поз­воляет прошивать отверстия с шагом по каждой коордипате независимо от одной дискреты до 10 мм при числе импульсов на изготовление одного отверстия 1—100. При этом часовая производительность составляет более 10 000 отверстий при шаге до 1,5 мы. Предусмотрена возможность програм­мирования вырезки по сложному кон­туру.

Установка «Кизил» с лазером на стекле с неодимом предназначена для размерной микрообработки тонких пленок и металлической фольги [9]. Лазер работает в импульсном режиме с модуляцией добротности резонатора; что позволяет получать импульсы дли­тельностью несколько десятков нано­секунды. Частота повторения импуль­сов — I Г ц.

Установки с газовыми лазерами. Газовые лазеры могут работать в не­прерывном или импульсно-периодиче­ском (с высокой частотой повторения импульсов) режиме, их КПД на поря­док больше, чем у твердотельных, что позволяет значительно увеличить производительность обработки, рас­ширить диапазон решаемых задач. Очи по сравнению с твердотельными обладают лучшей воспроизводимостью структуры излучения, его энергии, других параметров. Газовые лазеры
во многих случаях достаточно просты в обслуживании, отработанные модели обладают высокой надежностью и зна­чительной долговечностью и т. II. В табл. 15.8 приведены характеристики некоторых газовых лазеров технологи­ческого назначения.

Импульсный лазер на СОа типа ОКГ-15 (импульсный режим создан соответствующей системой питания) эффективно может использоваться для прошивки отверстий в неметалличе­ских материалах, подгонки толстопле­ночных сопротивлений и т. д. [9, 26], Установки ТИЛУ-1 с ОКГ-15 ли опе­рации подгонки резисторов заменила целую линию из 20 импульсных лазе­ров па рубине типа СУ-1.

Лазер на азоте удобен для обработки топких пленок (длина волны 0,33 мкм, длительность импульса излучения 10—40 нс, частота повторения импуль­сов — несколько сот герц, энергия излучения в импульсе 0,01—0,1 МД ж). Малая длина волны облегчает фокуси­ровку излучения, малая длительность практически исключает повреждение подложки при обработке пленки, а большая частота повторения импульсов делает процесс обработки достаточно производительным. Лазеры типа ЛГИ-21 и «Сигнал-3» (имеют круглое, а не прямоугольное, как у зарубеж­ных лазеров, сечение луча) применя­ются для обработки пленочных сло­ев — гравировки высокоомных сопро­тивлений и подгонки их номиналов, изготовления щелевых конденсаторов, подгонки частоты кварцевых резона­торов как на воздухе, так и в вакууме. Указанные приборы можно также ис­пользовать для разделения р—«-пе­реходов в изготовлении полупроводни­ковых приборов, изготовления меза — структур, скрайбирования кремние­вых интегральных схем, прецизион­ной резки полупроводниковых мате­риалов (монокристаллов сурьмяни­стого индия, арсенида галлия, гер­мания).

Гелий-кадмиевый лазер представля­ет интерес для фотохимии в связи с наибольшей (по сравнению с другими лазерами) энергией кванта излучения.

Для обработки материалов (наиболее успешно для испарения тонких пле­нок) могут использоваться высоко ко­герентные импульсные гелий-неоновые лазеры с мощностью излучении в им­пульсе до 250 Вт, с частотой повторе­ния импульсов до 2000 Гц.

Автоматизированная установка для программного однослойного раскроя неметаллических материалов лучом ла­зера типа ЛУРЛ1 предназначена для применения в различных отраслях легкой промышленности, а также мо­жет использоваться в авиационной, судостроительной, автомобильной, химической и других отраслях на­родного хозяйства [ 1 ]. Установка состоит из двухкоординатной машины с устройствами для автоматической подачи материала из рулона и съема выкроенных деталей, лазера на СОа типа «Кардамон» с оптической систе­мой и числового программного уст­ройства. Оптический резак установлен на каретке, перемещающейся по на­правляющей портала с иомощыо рееч­ной передачи. Портал с помощью двух стоек крепится к остову машины. Ме­жду ними по рельсовым направляющим перемещается стол. Стол также с по­мощью реечной передачи приводится в движение от привода продольной по­дачи. Раскройный стол выполнен из алюминия в виде ячеистой структуры. Фиксация материала на столе и удале­ние продуктов термического разло­жения осуществляются вакуумной си­стемой.

Точность исполнения контура при раскрое составляет 0,8—1,0 мм.

7 ех н и ч веко я хара клт ер и ап и ко

Тип установки, , , ,

Нлиґо^’іьшіте размеры обрабатываемого мм■ териала, см

ОднОПОЭИЦМ — oiiH ая

ширина……………………………..

180.0

длина

Линейная скорость pric-

! 50, U

кроя, м’мил…………………………..

До 42

Тип привода подач. ,

Элек тр огидо ст­ал нчески Ї) шаговый ШД-БД!

Система управления, , Тсім программного уст-

Даухкоордин ат нал, числовая программна л, контурная

ройетва………………………………….

■ЭМ-907

Тип интерполяции. .

‘ Линейно-

КоД программирования

• круговая

со

Рабочая частота, Гц *

2000.

Максимальная частота

Оптический резак снабжен соплом для подачи газа соосно с лучом в зону река ем я, а также электромеханиче­ским плавающим устройством для стабилизации положення фокадмюй плоскости луча лазера.

Установка для резки профильного стекла типа УРСП-1 предназначена для направленного локального ослаб­ления прочности стекла под воздей­ствием сфокусированного излучении лазера на С03 с целью последующего механического разламывания по заданному прямолинейному контуру [20], Установка снабжена двумя "от­паянными лазерами на СОй типа ЛГ-17 мощностью в непрерывном режиме 25 Вт каждый и двумя подвижными фо ку сиру іощим и сис тем ам и т пер с-

мещающимисн в одной плоскости вдоль* направления реза. Это позво­ляет производить резку по двум про­тивоположным плоскостям профиль­ного стекла в виде прямоугольного короба, швеллера волнистого сече­ния, а также листового стекла в про­цессе непрерывного производства.

Те хи и ч р. с к a v х а р а ю п е ри с ти кй

Скорость резки, м/с Мачсп ма. льная высота

До 3,5

гт1,о£нлн, мм……………

(>0

Ширина стекла, мм. .

600

Толщина стекла, мм.

) і лир я, к сп не Ештаияя,

1(1

В(Гц)………………………………………

11 о тр еб л я см а я мощ —

220 (50)

и ОСТЬ, кВт………………………..

Габариты, мм………………

2

3050X1410Х 500

Охлаждение — водяное с

подачей воды при

давлении 1,5 МПа до 10

Л/МИН

Лазерная гравировальная установка

создана на базе электрогравироваль­ного автомата и предназначена для изготовления типографских форм

па неметаллической основе [17]. При­менение вместо резца сфокусирован­ного лазерного луча увеличило произ­водительность технологического про­цесса примерно в 5 раз, улучшило повторяемость качества изготовлен­ных клише при высоких линиатурах, эксплуатационную долговечность я надежность. Интенсивность луча

модулируется с помощью электрпогтти — чссчого модулятора МЛ-7 на основе кристалла арсенида галлия.

К техническим характеристикам относятся: линиатура (растров 27,

34, 48, 54, 68 и 96 лип/см; линейная скорость гравирования до 10 м/мин; максимальная величина гравюры 45 X 35 см, Габариты установки;

163.6 X 60,0 X 130,0 см; напряжение питания 220 В, 50 Гц; потребляемая мощность 2 кВт, Применяемый лазер на С02 обеспечивает в непрерывном режиме 25 Вт, минимальный диаметр фокального пятна 100 мкм.

Установка «Квант-15» предназна­чена для точечной и шовной сварки деталей из различных металлов и сплавов. В установке используется импульсный лазер на ялюмоиттрисвом гранате с длиной волны излучения

1.6 мкм. Конструктивно выполнена аналогично установка «Квант-12». Однако в отличие от последней здесь используются два осветителя, чем до­стигается повышение мощности излу­чения и увеличение производитель­ности.

Установка «Квант-15» может также использоваться для резки металлов, поверхностного упрочнения деталей и инструмента. Скорость сварки 60— 850 мм/мип; энергия излучения в им­пульсе не менее 6,3 Дж; длительность импульса 0,6—4 мкс; диаметр зоны обработки — 0.5—1,3 мм; частота повторения импульсов до 12 Гц; глубина проплавления до 1 мм.

Установка «Кварц-2» с лазером на азоте предназначена для обработки монолитных кварцевых фильтров и прецизионных кварцевых резонато­ров в лабораториях и цеховых усло­виях, а также для прецизионной об­работки металлических тонких пле­нок [17]. Установка работает в импульсном режиме; мощность в им­пульсе 1000 Вт; частота следования импульсов — фиксированная, от 1 до 100 Гц. Схема обработки изделий — контур но-пр секционная. Форма ма­ски — квадрат с размерами в плоско­сти обработки 10 X 10 и 100 X 100 мм. Увеличение визуальной системы со­ставляет 100х. Линейное пате зрения 0,075 см. Рабочий стол может пере­мещаться по горизонтали в двух вза­имно перпендикулярных направле­ниях и по вертикали.

Установка «Модуль» предназначена для размерной обработки толстых пленок и подгонки пленочных рези­сторов. Она позволяет-увеличить про­изводительность труда, повысить качество и точность подгонки номи­налов резисторов [17]. В установке — используется импульсный лазер на С02 с длительностью импульса 150 мкс и мощностью до 1 кВт. Частота повторения импульсов 150 Гц, а по­требляемая мощность от сети — 1 кВт. Габариты установки 300,0 X 200,0 X X 250,0 см, масса 300 кг.

Установка УПР-1 с лазером на СО, предназначена для автоматической подгонки резистор on толст силен оч­ных микросхем [22). Выставление ко­ординат начала подгонки резистора производится с помощью шаблона. Производительность установки — до 1500 резисторов в час. Точность подгонки ±3%; размеры поля под­гонки 2,0 X 2,0 см. Энергия импульса излучения 0,05 Дж; частота следова­ния 35—100 Гц; длительность им­пульса 0,2 мс; потребляемая мощность 3 кВт; габариты у ста. чопки ПО X X 130 X 240 мм; масса 250 кг.

Автомат ЛИР-1 с лазером на СО., предназначен для нарезки резисторов типа МЛТ и ВС [221. Производитель­ность нарезки резисторов с номиналом 0,25 Вт составляет 1500 шт/ч. Диапа­зон номиналов нарезаемых резисторов 100—5-Ю5 Ом. Точность нарезки ±(2—4) %. Ширина нарезаемой канавки 0,01—0,03 см. Средняя мощ­ность излучения 5—10 Вт; частота следования импульсов 300 Гц; дли­тельность импульса 0,1 мс; габариты автомата 200 X 75 X 200 мм.