Узлы юстировки.

Узлы юстировки отражателей и др. оптических элементов, которые точно устанавливаются под определенным углом к оптической оси резонатора, должны обеспечивать простую и быструю юстировку оптической системы лазера и неизменность положения юстировочных элементов при эксплуатации.

В зависимости от геометрии резонатора (длина L, радиусы кривизны сферических зеркал r и светового диаметра а) требования к точности юстирования колеблются от долей угловых секунд до десятков минут.

Наиболее жесткие требования к точности юстировки предъявляют плоскопараллельные и неустойчивые телескопические резонаторы.

Наиболее мягкие требования к юстировке предъявляют конфокальные и концентрические резонаторы.

Большинство известных конструкций юстировочных узлов могут быть объединены в три группы:

- узлы юстировки в кардановом подвесе;

- узлы с юстировочно-крепежными винтами;

- узлы юстировки со сферическим подшипником.

1.Узлы юстировки с кардановым подвесом используются при наиболее высоких требованиях к точности юстировки, где пкпкпкп.

25.10.

Основным недостатком такого узла юстировки является то, что юстировку приходиться выполнять не в прямоугольных координатах, а по трем направлениям через . После некоторой практики это почти незаметно.

Узел юстировки со сферическим подлинником.

Узел юстировки со сферическим подлинником позволяет при той же компактности и сравнительно низкой стоимости, что и узел юстировки с крепежными винтами, значительно повысить точность юстировки и увеличить диапазон углов поворота.

Юстировка по-прежнему выполняется в координатах.

В такой конструкции зеркало 2 закрепляется во внутреннем кольце 1 сферического подшипника. Внешнее кольцо (6) которого является корпусом юстировочного узла.

От осевого смещения внутреннее кольцо подшипника удерживается 3-мя плоскими пружинами (3). Правые (см. рис...) концы, на которых с помощью трех эксцентриковых осей (5) грубой юстировки могут перемещаться вдоль оптической оси.

Для точной юстировки используются три винта (4), которые своими концами упираются в среднюю часть плоских пружин (3) и прогибают их с шагом S. Прогнутая плоская пружина выполняет роль рычага с переменным ( в зависимости от величины прогиба) соотношением плеч.

Чувствительность данного механизма максимальна при малом прогибе пружины и постепенно уменьшается по мере ввертывания винтов (4).

Оба юстировочных механизма после заводской выверки стопорятся. Как правило, головки винтов заливают красной эмалью.

26,1,1

Системы отклонения лазерного луча.

Любая лазерная технология предполагает относительное перемещение луча и обрабатываемого изделия. Эта задача может быть решена двумя способами:

1. Перемещение обрабатываемого изделия относительно неподвижного лазерного луча;

2. Перемещение лазерного луча относительно неподвижного обрабатываемого изделия;

3. Возможна комбинация обоих решений.

Первый способ характеризуется простотой оптической схемы и отсутствием расфокусировки, т.к. обычно обрабатываемое изделие перемещается в плоскости, перпендикулярной направлению распространения луча, кроме того, этот способ предполагает большие зоны обработки.

В качестве недостатков 1-го способа отметим следующие:

1. Сложность устройств позиционирования обрабатываемого изделия;

2. Низкое быстродействие, высокая инерционность;

3. Относительно низкая надежность;

4. Высокая стоимость устройств позиционирования изделия.

Второй способ имеет следующие преимущества:

1. Высокое быстродействие;

2. Возможность реализации самых сложных траекторий движения луча при относительно простых средствах управления.

Недостатки 2-го способа:

1. Наличие расфокусировки из-за переменной длины расстояний до зоны обработки, часто требует введения системы подфокусировки луча (автоматической) или ограничения зоны обработки до пределов, где расфокусировка незначительна.

Системы 1-го типа используют в основном для обработки массивных деталей с большой зоной перемещения луча. Системы 2-го типа в основном используют для обработки малых и миниатюрных изделий.

Требования к отклоняющим системам:

1. Высокая чувствительность отклонения на заданную величину (угла или линейного смещения) должна происходить при минимальной величине управляющего фактора;

2. Система отклонения должна быть линейной (величина отклонения пропорциональна величине отклоняющего фактора);

3. Отклоняющая система (О.С.) не должна нарушать фокусировку;

4. О.С. должна обладать максимальным быстродействием, минимальной инерционностью;

5. О.С. должна обеспечить заданную точность перемещения луча;

6. О.С. должна иметь максимальный к.п.д., минимальные габариты, вес и стоимость, быть безопасной в работе.

Назначение О.С.:

О.С. может выполнять несколько функций:

1. Центрирование луча относительно оптической оси;

2. Модуляция луча во времени;

3. Отклонение луча по поверхности в соответствии с заданной программой;

4. Возможна комбинация нескольких операций.

Соответственно по функциональному назначению О.С. может быть юстирующей, апавпав и отклоняющей.

Перемещение лазерного луча по изделию осуществляется чаще всего одним или несколькими плоскими зеркалами (от одного до трех).

Плоское зеркало является простейшей оптической системой, которое обеспечивает получение идеального изображения (отсутствуют сферические аберрации, размеры изображения равны размерам предмета, сохраняется гомоцентричность пучка после очередного отражения).

Существует много других систем "отклонения" проецирования лазерного луча с помощью линз, призм, зеркал и др. оптических деталей, но всем им, кроме вышеперечисленных, присущ еще один серьезный недостаток - размытые изображения, уменьшена концентрация излучения и, как следствие, снижение эффективности использования лазерного излу

чения.

Например, у Григорьянца для получения кольцевых зон обработки предлагается схема с аксиконом, в виде прозрачных конусов, обращенных основанием к источнику излучения.

1-аксикон; 2-линза; 3-обрабатываемое изделие; 4-лазерное излучение.

Полученное таким образом кольцевое излучение далее проходит через фокусирующую систему для увеличения концентрации энергии за счет уменьшения ширины кольца на обрабатываемом изделии. Обработка изделия может быть выполнена за один импульс без перемещения луча или деталей. Однако это устройство имеет пониженную плотность энергии вследствие ее распределения по кольцу. Поэтому такой способ развертки рекомендуется для термообработки кольцевых участков, где требуемые плотности мощности ниже, для размерной обработки и сварки.

26.2.

Высоты и пересечения лучей с поверхностями U величины предметов и

изображений и считаются положительными вверх от оптической оси и отрицательным вниз от нее.

Угол луча с оптической осью считается положительным, если для совмещения

оси с лучом ось нужно вращать по часовой стрелке, и отрицательным, если ось нужно вращать против часовой стрелки.

6. Углы и между лучами и нормальности к поверхности в точке в точке падения луча (углы падения и преломления) считаются положительными, если для совмещения нормали с лучом ее надо вращать по часовой стрелки, и отрицательным, если нормаль нужно вращать против часовой стрелки.

При отражении луча от поверхности изменяется знак у показателя преломле-

ния n и величины расстояния между отражающей поверхностью и поверхностью, на которую падает отраженный луч.

Принятые обозначения позволяют осуществить запись оптических систем, не прибегая к чертежам.

2. Расчет хода параксиальных лучей через оптическую систему.

Параксиальным лучом называется луч, исходящей из осевой предметной точки, встречающей оптическую систему на малой высоте h и составляющей с оптической осью малый угол .

Величина угла должна быть такой, чтобы . Тогда закон преломления записывается в виде: , (25..2)

где - показатели преломления сред

- угол падения и угол преломления соответственно т. к. ;

Параксиальный луч встречает поверхность оптической детали на малой высоте h, поэтому для сферических и несферических поверхностей точки N и M можно считать совпадающими (точка N – точка встречи параксиального луча с плоскостью к оптической оси и проходящей через вершину О поверхности).

Таким образом в параксиальной области преломление (отражение) можно рассматривать происходящим на плоскостях, касательным к вершинам поверхностей.

Для вычисления хода параксиального луча используют следующие соотношения.

Из по теореме синусов имеем:

( 3)

или, с учетом условия параксиальности,

, ( 4)

тогда с учетом (00.2)

. ( 5)

Угол между преломленным параксиальным лучом и оптической осью

( 6)

и далее из по теореме синусов

. ( 7)

Тогда ( 8)

Как видно из рисунка и соотношения (00.1), получаем:

.

Подставив последнее в (00.8), получим

.

Обе части делим на , получаем:

.

Таким образом, получаем формулу

, (26.9)

которая называется инвариантом преломления.

Эта формула связывает отрезки S и , определяющие положение предметной точки и ее изображения относительно преломляющей плоскости.

Для отражающей поверхности ( ) формула (00.9) приобретает вид

. ( 10)

При переходе к расчету хода параксиального луча через следующую поверхность (после вычисления отрезка , относящегося к первой поверхности) необходимо учитывать, что

, ( 11)

где d – расстояние между вершинами первой и второй поверхности.