Установка для лазерного термораскалывания хрупких неметаллических материалов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМОРАСКАЛЫВАНИЯ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Шершнев Евгений Борисович Соколов Сергей Иванович Побияха Александр Сергеевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Установка для лазерного термораскалывания хрупких неметаллических материалов по круговому контуру, включающая лазер, фокусирующий объектив, координатный стол с блоком управления, механизм нанесения надреза, узел подачи хладагента с форсункой,отличающаяся тем, что фокусирующий объектив снабжен дополнительной сферической короткофокусной линзой, при этом установка дополнительно содержит механизм смены линз фокусирующего объектива, механизм перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру, установленный на координатном столе и электрически связанный с блоком управления координатным столом, блок управления механизмом нанесения дефекта, блок управления установкой, электрически связанный с блоком управления координатным столом и блоком управления механизмом нанесения дефекта. 46252008.08.30 Полезная модель относится к оборудованию для лазерной резки хрупких неметаллических материалов методом лазерного термораскалывания и может быть использована в электронной, стекольной и авиационной промышленности для получения изделий круглой формы из различных типов стекла. Известна установка для лазерного термораскалывания хрупких неметаллических материалов, содержащая лазер, фокусирующий объектив, координатный стол, механизм нанесения дефекта с резцом и узел подачи хладагента с форсункой 1. Известная установка обеспечивает возможность высококачественного и безотходного разделения стекла методом лазерного термораскалывания лишь при резке по прямолинейным траекториям. Однако в случае резки стеклоизделий по криволинейным замкнутым траекториям сложной трехмерной формы конструктивное решение известной установки не обеспечивает поддержание оптимальных значений плотности мощности излучения на поверхности обрабатываемого изделия из-за дефокусировки лазерного пучка, что отрицательно влияет на качество резки. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является установка для лазерного термораскалывания хрупких неметаллических материалов по круговому контуру, включающая лазер, фокусирующий объектив, координатный стол с блоком управления, механизм нанесения надреза, узел подачи хладагента с форсункой 2. При этом фокусирующий объектив, форсунка узла подачи хладагента и резец механизма нанесения дефекта размещены на каретке механизма вертикального перемещения. Кроме того, установка содержит блок управления механизмом вертикального перемещения. Использование механизма вертикального перемещения с размещенными на его каретке фокусирующим объективом и форсункой обеспечивает резку по криволинейному контуру, но не обеспечивает качественную резку по круговому контуру. Это объясняется тем, что в известной установке в случае резки по круговому контуру невозможно обеспечить подачу хладагента точно по контуру обработки. Кроме того, при замыкании контура резки возникает суперпозиция одноименных напряжений растяжения, которые присутствуют у начала трещины, что приводит к искривлению линии реза в месте стыковки контура. Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в обеспечении высококачественного разделения хрупкого неметаллического материала по круговому контуру. Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в устранении искривления линии реза в месте стыковки контура и обеспечении точной подачи хладагента по контуру обработки. Указанный технический результат достигается тем, что в установке для лазерного термораскалывания хрупких неметаллических материалов по круговому контуру, включающей лазер, фокусирующий объектив, координатный стол с блоком управления, механизм нанесения надреза, узел подачи хладагента с форсункой, фокусирующий объектив снабжен дополнительной сферической короткофокусной линзой, при этом установка дополнительно содержит механизм смены линз фокусирующего объектива, механизм перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру, установленный на координатном столе и электрически связанный с блоком управления координатным столом, блок управления механизмом нанесения дефекта, блок управления установкой, электрически связанный с блоком управления координатным столом и блоком управления механизмом нанесения дефекта. На фигуре схематически изображена заявляемая полезная модель, вид сбоку. Установка для лазерного термораскалывания хрупких неметаллических материалов по круговому контуру содержит лазер 1, фокусирующий объектив 2, механизм смены линз 3,2 46252008.08.30 механизм нанесения дефекта 4, блок управления 5 механизмом нанесения дефекта 4, координатный стол 6, механизм 7 перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру, блок управления 8 координатным столом 6 и механизмом перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру 7, узел подачи хладагента 9 с форсункой 10,блок управления установкой 11. Позицией 12 отмечен обрабатываемый материал. В качестве лазера 1 в установке используют лазер, длина волны которого соответствует диапазону спектра, для которого материал непрозрачен. Фокусирующий объектив 2 с линзой комбинированной сферическо-цилиндрической для осуществления термораскалывания дополнительно снабжен линзой сферической короткофокусной для осуществления сквозного отверстия в обрабатываемом материале 12. Механизм 4 нанесения дефекта предназначен для нанесения локальной инициирующей трещины на предполагаемой линии термораскалывания и может быть выполнен в виде твердосплавного резца или алмазного наконечника. Координатный стол 6 предназначен для относительного перемещения лазерного пучка и обрабатываемого материала 12 в горизонтальной плоскости, а механизм 7 перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру служит для поворота обрабатываемого материала 12 на угол от 0 до 360. Узел 9 подачи хладагента служит для подачи и регулировки воды и сжатого воздуха к форсунке 10. Блок управления 11 осуществляет программное управление установкой и связан с блоком управления 8, узлом подачи хладагента 9 и блоком управления 5. Установка работает следующим образом. Лист обрабатываемого материала 12 устанавливают на механизме 7 перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру. Блок управления 8 задает координатному столу 6 необходимое перемещение для выставления необходимого радиуса окружности изделия. К началу работы установки в фокусирующем объективе 2 установлена линза сферическая короткофокусная для формирования сквозного отверстия в обрабатываемом материале 12. Блок управления 11 подает сигнал на включение лазера 1, который формирует сквозное отверстие в обрабатываемом материале 12. Через определенное время, которое устанавливают для конкретного обрабатываемого материала, блок управления 11 подает сигнал на выключение лазера 1 и сигнал механизму смены линз 3 на установку линзы комбинированной сферическо-цилиндрической в фокусирующем объективе 2 для осуществления термораскалывания. Блок управления 5 дает сигнал механизму нанесения дефекта 4 нанести микродефект на поверхности обрабатываемого материала от края сквозного отверстия в направлении контура обработки. Блок управления 12 подает сигнал на включение лазера 1, узлу подачи хладагента 9 для включения форсунки 10. Механизм перемещения обрабатываемого материала по круговому контуру 7 осуществляет перемещение обрабатываемого материала 12 в заданном направлении. При этом в месте подачи хладагента образуется микротрещина, которая развивается в зоне подачи хладагента вслед за лазерным пучком со скоростью, определяемой относительным перемещением лазерного пучка и листа обрабатываемого материала 12. После замыкания кругового контура блок управления 11 прекращает подачу лазерного излучения, хладагента и выводит координатный стол 6 в исходное положение. Результатом работы установки является качественно вырезанное изделие круглой формы. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3