Исследование динамики физических процессов при адаптированном управлении параметрами лазерного излучения в процессе лазерной обработки

Оригинальный метод расчистки  канала по завершении процесса сквозного сверления при инициировании плазмы внутри просверленного канала путем использования регулируемой «жесткой» модуляции добротности позволяет уменьшать конусность аблируемых каналов и получать цилиндрические каналы глубиной не менее 10 мм и диаметром 80-300 мкм в различных конструкционных материалах - стали, алюминии, никелевом сплаве и керамике.

     Использование  визуального контроля при адаптивном регулировании параметров генерации лазера в процессе аблирования керамики AI2O2 позволило получить рекордно глубокие каналы длиной 27 мм при диаметре входного отверстия 250 мкм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В машинах серии М.Л35-2ЛД установлен излучатель модели LH 106.223Y. Излучатель собран   по   2-х   квантронной   схеме   «генератор-усилитель».   Резонатор   излучателя образован   двумя   зеркалами   с   многослойными   диэлектрическими   отражающими покрытиями.   «Глухое» зеркало имеет коэффициент пропускания менее 0.1%.    В    зависимости    от   задачи    и    выбранной    схемы    в   резонатор    могут устанавливаться   «глухие»  зеркала  как   плоские, так   и сферические . «Выходное»  зеркало  обычно плоское  и  имеет коэффициент пропускания от 30 до 40 %.

Зеркала ф20мм, устанавливаются через фторопластовые кольца в защитную оправу.

В   излучателе   лазера   используются  два   одноламповых   квантрона   типа QF.104.5000  с диффузным  отражателем.   В   квантронах   установлены   активные элементы Nd:YAG 6,3x130 и лампы накачки    ИНП-6/120 е диаметром разрядной промежутка 6 мм    и   длиной    120   мм   соответственно.    Внутри    излучателя параллельно его оптической оси размещен полупроводниковый лазер-пилот  с красным цветом излучения, который используется для визуализации оси излучения и юстировки оптической системы, а также поворотные зеркала для заведения излучения лазер-пилота на оптическую ось излучателя.

В комплект поставки машины входит медное (или латунное) «режущее» защитное сопло с диаметром отверстия 0,7....0,9 мм. Сопло с уплотняющей паронитовой  прокладкой ввинчивается в резьбу керамической изолирующей втулки.

Координатная система с управлением  от IBM PC и рабочим полем по X-Y-Z 1250x1250x150мм, и блоком управления БУД предназначена для работы в составе лазерного технологического станка MJI35 с управлением от CNC (ЧПУ) типа AEROTECH А-3200.

При работе станка (машины лазерной MJ135) обрабатываемая листовая заготовка размером до 1250x1250 мм крепится с помощью зажимных приспособлений на опорных «ножах» рабочего стола. Портальное устройство с установленным лазерным излучателем перемещает режущую головку по координатам X и Y.

Лазерное излучение с помощью  системы подвижных зеркал передается на фокусирующую оптику режущей головки.

Z-привод режущей головки обеспечивает вертикальное перемещение сфокусированного лазерного пятна на поверхность заготовки. 

Каретка вертикального Z-привода режущей головки закреплена на подвижной площадке Х-привода строго перпендикулярно к горизонтальной X-Y плоскости. Вертикальный ход каретки режущей головки составляет не менее 30 мм и ограничен концевыми выключателями и упорами.

Блок контроля за зазором режущего сопла (БСЗ) обеспечивает автоматическое поддержание требуемой высоты сопла над заготовкой в процессе резки (200...500 мкм) и при безлазерных переходах (10.. .30 мм).

Портал размещен на раме

Портал состоит из:

• механизма перемещения по координате X;
• механизмов перемещения Y1 hY2;
• системы ЧПУ;

Механизм перемещения X предназначен для транспортирования луча лазера по координате X.

Механизм перемещения X состоит  из двигателя трехфазного линейного X; преобразователя линейных перемещения  MTS М1Е; датчиков конечного положения НОА1812 и платы датчиков Холла.

Статор двигателя X реализован на постоянных магнитах. Датчики конечного  положения предназначены для  ограничения хода механизма перемещения, один из датчиков используе тся при  нулировании механизма перемещения X. Плата датчиков Холла предназначена  для фазирования двигателя X. Преобразователь  линейных перемещений предназначен для измерения величины перемещения  механизма перемещения по координате X.

Механизмы перемещения Y1 и Y2 предназначены для транспортирования луча лазера по координате Y. Механизм перемещения Y1 состоит из двигателя трехфазного линейного Y1: преобразователя линейных перемещения MTS М1Е; датчиков конечного положения HOAI8I2; платы датчиков Холла. Статор двигателя Y1 реализован на постоянных магнитах.

Датчики конечного положения  предназначены для ограничения  хода механизма перемещения, один из датчиков используется при нулировании  механизма перемещения Y1. Плата датчиков Холла предназначена для фазирования двигателя Y1. Преобразователь линейных перемещений предназначен для измерения величины перемещения механизма перемещения по координате Y.

Механизм перемещения  Y2 состоит из двигателя трехфазного линейного Y2; преобразователя линейных перемещения MTS М1Е; датчиков конечного положения НОА1812; платы датчиков Холла. Статор двигателя Y2 реализован на постоянных магнитах. Датчики конечного положения предназначены для ограничения хода механизма перемещения, один из датчиков используется при нулировании механизма перемещения Y2. Плата датчиков Холла предназначена для фазирования двигателя Y2. Преобразователь линейных перемещений предназначен для измерения величины перемещения механизма перемещения по координате Y.

Система ЧПУ предназначена  для управления процессом резания  в соответствии с чертежом детали и технологическим процессом  резания.

Система ЧПУ представляет собой  программно-аппаратный комплекс на базе персонального компьютера, на системную  шину которого установлен контроллер, управляющие сигналы с которого через жгут GS20 заводятся на кросс-плату ВВ501.

Гидравлическая система.

Гидравлическая схема  машины приведена на Рис.

Система двухконтурного охлаждения (тип «вода-вода»).

При снижении расхода, превышении разрешенных температурных границ, и др. микропроцессор СО выдает необходимые  предупреждающие и диагностические  сообщения на индикатор.

Система охлаждения С0-12000Т  подключается к квантронам Q и Q' излучателя двумя гибкими шлангами к водопроводу или контуру оборотной воды.

Пневматическая система.

Пневматическая система  машины МЛ35-3 показана на Рис. 12

Она состоит из трех основных трактов:тракты подачи защитного, или режущего газа (аргон, азот или кислород); тракт  подачи сжатого воздуха; тракт дымоудаления.

Кислород или «режущий газ» из газового баллона подается па входной штуцер «ГАЗ», далее на электроклапан и далее на разъем «ГАЗ» на распределительной панели

Воздух для защиты силового объектива и поддува в зону реза должен подаваться на входной  штуцер «ВОЗДУХ», далее на фильтр - регулятор  и на электроклапан, далее подводиться  гибкими шлангами к штуцеру «ВОЗДУХ».

Исполнительные электроклапана газовой  и пневматической систем управляются  с пульта оператора станка или  из программы, что позволяет значительно  сократить непроизводительный расход газов и воздуха.

Специальный настраиваемый  датчик давления газа контролирует наличие  избыточного давления газа или воздуха  в сопле и не разрешает включение излучения при отсутствии подачи газа.

Рис. 12. Система подачи режущих и  вспомогательных газов и воздуха.

 

Анализ современных программных  средств по аппаратному обеспечению  лазерных технологических установок.

LaserCut5. Программа может  устанавливаться как отдельно, так  и встраиваться в программы Corel Draw(11, 12 версии) и Auto Cad(все версии до 2006 г).

Файлы для работы можно  создавать как в самой программе, так и импортировать. Данная программа  имеет возможность импорта как  векторных(Corel Draw, Auto Cad), так и растровых(PLT, DXF, BMP, JPG, GIF, PNG,WMF,ICO)файлов.

Для каждого отдельного вектора  или группы векторов можно применять  различные настройки лазерной машины. Программа позволяет выделять каждый вектор или группу векторов файла  и в отдельности на каждый из них  задавать свои параметры и режимы(гравировка, резка, мощность, скорость), после чего файл загружается в память лазерной машины.

Данная программа позволяет  в один заход производить лазерную резку и гравировку материала. Программа  позволяет задавать точку начала обработки материала на рабочем  столе лазерной машины , направление  обработки и последовательность действий. В программе имеется  режим симуляции, который позволяет  на экране монитора увидеть, как лазерная машина будет обрабатывать подготовленный материал. 
Программа позволяет рассчитать реальное время, затрачиваемое на выполнение работы. Так же программа выполняет множество других функций, которые описаны в инструкции, прилагающейся к лазерной машине.

При установке на ПК требует 12 МБ памяти жесткого диска, работает в  операционной системе Windows.

JobControl

JobControl – это максимальная  функциональность и универсальность  во время лазерной обработки.  Программа использует возможности  персонального компьютера и налаживает  его быструю и надежную коммуникацию  с лазерным оборудованием. При  помощи пакета JobControl можно контролировать  все функции лазерной установки  и корректировать параметры обработки  даже в процессе работы. JobControl контролирует и дополнительное  оборудование, например вытяжную  систему, задавая таким образом  новый стандарт в области разработки  программного обеспечения для  лазерных систем.

Пакет JobControl очень прост в использовании. В большинстве случаев нужно  выполнить  всего несколько итераций на пути от проекта до готовой продукции. Пакет JobControl обладает следующими возможностями: функция Quickprint, позволяющая выполнять  задание одним нажатием клавиши, расширенная база данных материалов с предустановками для широко распространенных применений, возможность  подготавливать к работе очередной  проект во время реализации предыдущего. Обработка информации осуществляется в фоновом режиме – быстро, безошибочно  и надежно.

i-Cut®

i-Cut® это имя зарегистрированной  торговой марки для системы  экономного раскроя материала, состоящей из CCD камеры и программного обеспечения для резки. Данная система хорошо подходит для печатной промышленности, для области производства пластиковых наклеек на дисплеи, для акриловых вывесок  многого другого.

• Распознование ключевых отметок
• Выбор типа раскроя и экономи материала в пяти различных режимах.
• Распознавание края материала
• Распознавание штрих-кодов

M-Script

Программный комплекс M-Script предназначен для работы с лазерными граверами FMark, БетаМарк RL, 
использующими систему управления фирмы Raylase.

Пакет программ M-Script по своим  возможностям и удобству в использовании  соответствует уровню программ ведущих  мировых производителей лазерного  маркирующего оборудования. Без преувеличения  можно сказать, что M-Script дает уникальные возможности, позволяющие в считанные  минуты справиться с задачами, на решение  которых в большинстве других программ ушло бы несколько часов, либо которые и вовсе было бы невозможно решить.

Результат выполнения программы: за простым и понятным интерфейсом  стоит мощный и современный программно-математический аппарат, созданный и отлаженный специально для работы с прецизионными  лазерными маркирующим комплексами. По структуре и идеологии построения системы M-Script является гибридом между  векторным графическим редактором, компилятором языка высокого уровня и конвертором разных форматов данных. Возможность одновременной работы над несколькими проектами даже во время маркировки, общая оболочка для частей M-Script, сквозная и незаметная для потребителя работа с файлами  проекта, всплывающие подсказки, синтаксический разбор и диагностика ошибок, раскраска  операторов, констант и прочие "мелочи" делают обучение и работу в M-Script легким и увлекательным процессом.

Базовый набор функций M-Script позволяют решать все нам известные задачи лазерной маркировки. При этом M-Script в отличие от других программных продуктов позволяет осуществить:

• работу со сложнейшими объектами, являющимися комбинациями текста, полигонов, операторов, чисел, примитивов,
• использование любых шрифтов (как true type, так и линейных),
• предпросмотр ожидаемых результатов маркировки,
• изменение и комбинирование технологических параметров,
• возможность не прибегать к использованию других графических редакторов и CAD-систем,
• арифметические и логические операции с векторными объектами,
• связь c данными пользователя,
• штриховку и заполнение одних объектов другими,
• поддержку линейных и 2-х мерных штрих-кодов.