Способ лазерной обработки внутри труб и устройство для его осуществления - SU1713425A3

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу лазерной обработки, а именно к сварке внутри труб в труднодоступных местах атомной электростанции и устройству для его реализации .

Целью изобретения является защита фотодетекторов светочувствительного измерительного органа от воздействия невидимого излучения технологического лазера и упрощение операции совмещения выходной оптической оси зеркального передатчика на неподвижной части системы

транспортировки с входной оптической осью зеркального приемника на подвижной части системы транспортировки.

На фиг. 1 представлены технологический лазер невидимого излучения, источник видимого излучения и система для совмещения оптических осей невидимого и видимого пучков .излучения технологического лазера и источника видимого излучения: на фиг. 2 обрабатывающая головка с фокусирующей системой, оптическая система транспортировки излучения, состоящая из неподвижной и подвижной частей с органами совмещения оптических осей, выполненными в виде зеркального передатчика и зеркального приемника, установленных соответственно на выходе и входе этих частей, измерительного органа и органа анализа и управления, на фиг, 3 - конструкция узлов зеркального приемника или зеркального передатчика; на фиг. 4 - возвратный зеркальный орган, установленный перед приемником на подвижной части системы транспортировки.

Устройство содержит технологический мощный лазер 1 на углекислом газе, источник 2 видимого излучения, оптическую сиетему для совмещения оптических осей пучков лазера 1 и источника 2, состоящую из телескопической оптической системы 3, круглого прозрачного делителя 4 и установленного под углом 45° к главной оптической оси 5 лазера 1 кольцевого поворотного зеркала 6 так, что его центр лежит на оси 5 (см. фиг. 1). Зеркало 6 установлено с возможностью тонкой механической юстировки его относительно главных оптических осей 5 и 7 лазера 1 и источника 2.

Устройство также содержит опту1ческую систему транспортировки, состоящую из неподвижной и подвижной частей 8 и 9 (см. иг. 2). На выходе неподвижной части 8 установлен с возможностью поворота вокруг оптической оси 5 и вокруг оси 10, перпендикулярной оси 5, оптически связанный с лазером 1 и источником 2 зеркальный передатчик 11 с приводами 12 вращения (см. фиг. 3). На входе подвижной части 9 системы транспортировки установлен с возможностью поворота вокруг ее входной оси 13 и оси 14, перпендикулярной оСи 13, зеркальный приемник 15 с механизмом 16 перемещения . На выходе неподвижной части 8 системы транспортировки установлен светочувствительный измрительный орган 17, оптически связанный с системой транспортировки с помощью установленного под углом 45° к оптической оси 5 полупрозрачного кольцевого отражателя 18. Перед приемником Т5 коаксиально с его входной оси 19 установлен зеркальный элемент 20 с кольцевым основанием 21 и равномерно установленными на нем по периферии по меньшей мере тремя ретроотражателями 22, а между ними в кольцевом основании 21 по периферии выполнены кольцеообразные пазы (см. фиг. 4). Отражающие грани ретроотражателей 22 выполнены с прямыми углами при вершине, а отражающие поверхности обращены к передатчику 11. На выходе подвижной части 9 системы транспортировки коаксиально ее оси 13 установлены кольцевой зеркальный элемент 23 с отражающей поверхностью, обращенной к передатчику 11, обрабатывающая головка 24 с фокусирующей системой 25, установленным под углом 45° к ее оптической оси 26 поворотным зеркалом 27. Измерительный орган 17 состоит из фокусирующего объектива 28, светоделителя 29 и фотодетекторов 30 и 31. Устройство также содержит орган анализа и управления , состоящий из вычислительного устройства 32 и блока 33 видеоконтроля, причем вычислительное устройство 32 электрически связано с фотодетекторам,и 30 и 31, приводом 12 вращения передатчика 11 и механизмом 16 перемещения приемника 15. Передатчик 11 состоит из установленных под углом 45° к осям 5 и 10 с возможностью вращения вокруг этих осей поворотных зеркал 34 и 35. Приемник 15 состоит из установленных под углом 45° к осям 13 и 14 поворотных зеркал 36 и 37. Фотодетекторы 30 и. 31 выполнены в виде анализаторов положения пучка излучения по двум координатам , расположенным в плоскости фотодетекторов 30 и 31. Неподвижная часть 8 системы транспортировки проходит через водяную рубашку 38. реактора, в котором установлена подвижная часть 9 и обрабатывающая головка 24, связанные между собой соединительной оснасткой 39, которая совмещает их оптические оси 13 и 26.

Устройство работает следующим образом ,

С помощью оптической системы для совмещения оптических осей пучков излучения лазера 1 и источника 2 видимого излучения излучение источника 2 расширяют телескопической системой. 3 до размеров , больших диаметра пучка невидимого излучения лазера 1, вырезают делителем 4 кольцевой пучок и направляют его зеркалом 6 соосно главной оптической оси 5 лазера 1 в неподвижную часть 8 системы транспортировки излучения, через которую ойо попадает на зеркальны / передатчик 11. Передатчик 11с помо14ью привода 12 вращения поворачивают так, чтобы направить кольцевой пучок видимого излучения на вход зеркального приемника 15, который в свою очередь перемещают механизмом 16 перемещения в зависимости от светового сигнала, возвращенного в обратном направлении зеркальными элементами 20 и 23 на передатчик 11 и с помощью поворотного зеркала 18 на измерительный орган 17. Фотодетекторы 30 и 31 измерительного органа и блок 33 видеоконтроля передают информацию о пространственном положении подвижной части 9 системы транспортировки

излучения и обрабатывающей головки 24 в. вычислительное устройство 32. Обрабатывающую головку 24 соосно устанавливают в обрабатываемую трубу 40 с помощью сигналов управления с вычислительного устройства 32. Совмещают свариваемый кольцевой стык с выходным отверстием 41 в головке 24. Затем подают излучение лазера 1 по системе транспортировки в обрабатываемую головку 24, фокусируют его системой 25 и поворотным зеркалом 27 направляют через отверстие 41 на свариваемый стык труВы 40 и производят лазерную сварку.

Способ лазерной обработки внутри труб в труднодоступных местах атомной электростанции заключается в перемещении обрабать1вающей головки 24 в заданное положение путем центровки головки 24 относительно оси 26 обрабатываемой трубы 40, введении головки в обрабатываемую трубу 40 до совмещения со свариваемым кольцевым стыком выходного отверстия 41 головки 24, совмещении оптической оси 19 входа подвижной части 9 системы транспортировки излучения с оптической осью 42 выхода ее неподвижной части 8 с помощью направленного соосно с оптической осью 5 невидимого излучения кольцевого пучка 43 .видимого излучения. При этом часть видимого излучения отражают с помощью возвратных зеркальных элементов 20, установленных на периферии вокруг траектории пучка невидимого излучения, на измерительный орган 17 и регистрируют по меньшей мере три пучка видимого излучения фотодетектором 30, характеризующим отклонение оптической оси пучка 44 видимого излучения от выходной оптической оси 42 передатчика 11. Другую часть видимого излучения , проходящую через кольцеобразные пазы в основании 21 зеркального элемента 20 и отражающуюся от зеркал 36 и 37 с помощью возвратного кольцевого зеркала 23, установленного соосно по периферии вокруг траектории пучка невидимого излучения,отражают на измерительный орган 17 и регистрируют фотодетектором 31, характеризующим отклонение выходной оптической оси 42 передатчика 11 от входной оптической оси 5 приемника 15. Причем электрические сигналы фотодетёкторовЗО и 31 преобразуют в сигналы управления приводами 12 вращения и механизмом 16 перемещения передатчика 11 и приемника 1В для совмещения соответственно их выходной и входной оптических осей 42 и 19. Установка возвратных зеркальных элементов 20 и 23 и измерительного органа на периферии вокруг траектории пучка невидимого излучения, а также использование кольцевого видимого пучка 43 позволяют защитить фотодетекторы 30 и 31 измерительного органа 17 от воздействия невидимого излучения лазера 1, а также упростить операцию совмещения, выходной оптической оси 42 зеркального передатчика 11 на неподвижной части 8 системы транспортировки с входной оптической осью 19 зеркального приемника 15 на подвижной части 9 системы транспортировки.

Предложенным способом устанавливают направление пучков видимого излучения источника 2, входящих в передатчик 11 (т. е.

5 направление оси лазера 1, по отгЕошению к которому регулируется передатчик 11 при монтаже системы, как и направление пучков , выходящих из приемника 15), направление оси обраб атываемой трубы 40,

0 причем приемник 15 направляют относительно этой трубы посредством подвижной части 9 системы транспортировки, жестко связанной с этим приемником 15, и упирают подвижную часть 9 на трубчатую плиту, жестко связанную с трубой 40. Управление угловыми отклонениями передатчика 11 и приемника 15 позволяет, следовательно, направлять выходные пучки из передатчика 11 к приемнику 15, обеспечивая оптическую

0 связь между передатчиком 11 и приемником 15.

Формула изобретения 1. Способ лазерной обработки внутри труб преимущественно в труднодоступных

5 местах атомной электростанции, заключающийся в центрировании обрабатывающей фокусирующей головки относительно оси обрабатываемой трубы, введении головки в обрабатываемую трубу до совмещения со

0 свариваемым кольцевым стыком выходного отверстия головки, совмещении оптической оси входа подвижной части системы транспортировки излучения с оптической осью выхода ее неподвижной части с помощью

5 направленного соосно с оптической осью невидимого излучения пучка видимого излучения , при этом часть видимого излучения отражают с помощью возвратных зеркальных элементов на измерительный орган с

0 фотодетектором отклонения оптической оси пучка от выходной оптической оси передатчика , а другую часть видимого излучения преобразуют с помощью измерительного органа на другом фотодетекторе отклонения выходной оптической оси передатчика от входной оптической оси приемника, причём электрические сигналы фотодетекторов преобразуют в сигналы управления приводами вращения передатчика и приемника для совмещения соответственно их выходной и входной оптических осей, далее подают невидимое излучение технологического лазера на фокусирующую систему обрабатываемой головки и производят лазерную обработку трубы, отличающийся тем, что, с целью защиты фотодетекторов от воздействия излучения технологического лазера и упрощения операции совмещения выходной оптической оси передатчика с входной оптической осью приемника путем исключения отвода возвратных зеркальных элементов и измерительного органа в процессе совмещения оптических осей, видимый пучок излучения подают в виде кольцевого пучка, возвратные зеркальные элементы и измерительный орган устанавливают на периферии вокруг траектории пучка невидимого излучения.

2. Устройство для лазерной обработки внутри труб преимущественно в труднодоступных местах атомной электростанции, содержащее технологический лазер невидимого излучения, источник видимого излучения , систему для совмещения оптических осей пучков излучения лазера и источника видимого излучения, обрабатывающую головку с фокусирующей системой, оптическую систему транспортировки излучения, состоящую из неподвижной части и подвижной части с механизмом перемещения, на выходе неподвижной части установлен с возможностью поворота вокруг выходной оптической оси и вокруг перпендикулярной ей оси оптически связанный с лазером и источником видимого излучения зеркальный передатчик с приводом вращения, на входе подвижной части системы транспортировки излучения установлен с возможностью поворота вокруг ее входной оси и вокруг перпендикулярной ей оси зеркальный приемник с приводами вращения, оптически связанный с системой фокусировки, возвратные зеркальные органы, светочувствительный измерительный орган с фотодетекторами и светоделителем, орган анализа и управления, на выходе подвижной части системы транспортировки излучения установлена центрирующая ее выходную ось оснастка , входы органа анализа и управления

электрически связаны с выходами фотодетекторов , а его выходы - с приводами вращения зеркального передатчика и зеркального приемника и механизмом перемещения подвижной части системы транспортировки излучения, кроме того, фотодетекторы выполнены в виде анализаторов полож)ения пучка излучения по двум координатам в плоскости фотодетекторов,

отлйча ю щ е е с я тем, что, с целью защиты фотодетекторов от воздействия излучения технологического лазера и упрощения операции совмещения выходной оптической оси зеркального передатчика с входной оптической осью зеркального приемника, устройство снабжено кольцевым зеркальным делителем, установленным .соосно и под углом к выходной оптической оси неподвижной части системы транспортировки

излучения и оптически связанным с измерительным органом, измерительный орган установлен на выходе неподвижной части системы транспортировки излучения, возвратные зеркальные органы выполнены в

виде установленного перед зеркальным приемником зеркального элемента с кольцевым основанием и равномерно установленными на нем по периферии по меньшей мере тремя ретроотражателями, а между

ними в кольцевом основании по периферии выполнены кольцеобразные пазы, и кольцевого зеркального элемента, установленного на выходе подвижной части системы транспортировки излучения перпендикулярно ее

выходной оптической оси так, что его зеркальная поверхность обращена к зеркальному приемнику, отражающие грани каждого из ретроотраж телей выполнены с прямыми углами при вершине, система совмещения оптических осей пучков излучения лазера и источника видимого излучения выполнена в виде телескопической системы , оптического делителя и поворотного зеркала с центральным отверстием, установленного соосно и под углом к выходной оптической оси неподвижной части системы транспортировки излучения, кроме того, фотодетекторы выполнены в виде анализаторов изображения пучка по его сечению.

Фиг.1

дзиг.З

Реферат

Изобретение относится к лазерной обработке и может найти применение при обработке внутри труб в труднодоступных местах. Цель изобретения - защита фотоде- текторов от воздействия излучения технологического лазера и упрощение операции совмещения выходной оптической оси зеркального передатчика и осью приемника.Способ лазерной обработки внутри труб и устройство для его осуществления предназначены, например для возможности восстанавливающей сварки инфракрасным излучением с помощью сварочной головки, установленной в теплообменной трубе внутри водяной рубашки парогенератора атомной электростанции. Мощный пучок технологического лазера переносят до оси обрабатываемой трубы благодаря двум управляемым автоматическим оптическим отклоняющим устройствам с приводами вращения и перемещения, а именно передатчика, закрепленного возле отверстия доступа к водяной рубашке, и приемника, установленного на подвижной части оптической системы транспортировки и центрируемой с осью обрабатываемой трубы. Пучок мощного излучения коаксиально охвачен видимым пучком излучения, который с помощью обратных ретроотражателей и автоколлимационного кольцевого зеркала, установленных на приемнике, и фотодетек- торов, установленных перед передатчиком, позволяет устанавливать и поддерживать оптическую связь между передатчиком и приемником. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Формула

фигЛ