×
02.10.2019
219.017.cea8

Лазерно-струйное устройство

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к лазерно-струйной технологии и может применяться для локальной лазерной обработки. Лазерно-струйное устройство с вводом лазерного излучения в струйный лучевод содержит лазерный излучатель импульсно-периодического режима, малогабаритный мобильный инструмент, включающий узел формирования струйного лучевода и узел ввода лазерного излучения в струйный лучевод, оптоволоконный кабель для доставки излучения от лазера к мобильному модулю, систему снабжения инструмента жидкостью. Ввод излучения из кварцевого волокна в струйный лучевод осуществляется без дополнительных оптических элементов фокусировки излучения в струю в результате прямого перехода из кварца в жидкость, при этом диаметр струи составляет 0,5-0,8 мм, давление 3-4 бар, диаметр оболочки оптоволокна меньше диаметра сопла, свободный полированный торец оптоволокна находится на оси струи и приподнят над верхней плоскостью сопла. Технический результат заключается в упрощении конструкции и уменьшении ее габаритов. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к устройствам, использующим лазерно-струйную технологию обработки материалов с доставкой излучения по струйному лучеводу и может применяться для локальной лазерной обработки мягких материалов, а также в медицине в качестве «холодного скальпеля» для локального рассечения кроветворных биологических тканей.

Предшествующий уровень техники

Хорошо известна технология «Laser microjet» фирмы Synova, Швейцария, подробно описанная в основополагающих патентах DE 4418845 С1 от 28.09.1995 г., WO 95/32834 от 07.12.1996 г., US 5,902,499 от 11.05.1999 "Method and apparatus for machining material with a liquid guided laser beam». В основе технологии «Laser microjet» лежит способ формирования устойчивой ламинарной микроструи и канализация в нее, как в лучевод, лазерного излучения с целью доставки и локализации зоны воздействия на объекте с одновременным удалением из нее тепла и продуктов обработки.

Известное устройство предполагает использование микроструй (на основе воды, минеральных масел и т.д.) диаметром менее ста микрон со скоростями до сотен метров в секунду и давлением более сотни бар. Как показал опыт многолетнего промышленного применения, устройство позволяет в полной мере реализовать достоинства технологии "Laser microjet" для целого ряда уникальных применений, широко описанных в литературе (T.A. Mai, N.U. Kling, N. Vago, B. Richerzhagen, K. Stray. «Laser microjet® technology - Fundamental Study and highlights of it's latest applications)). ALAC 2007, Boston, USA. 25.09.2007, pp. 1-9; F.Wagner, O. Sibailly, N. Vago, R. Romanowicz, B. Richerzhagen. «The Laser microjet® technology - 10 years of development)). ICALEO 2003. Jacksonville, USA, 13.10.2003), позволяет производить обработку глубоких отверстий, ультратонкую обработку твердых материалов и, в частности, изготавливать коронарные медицинские стенты высокого качества.

В то же время для ряда технологических применений, в частности, для резки мягких и легко обрабатываемых материалов (В.Ю. Холодный, А.Ф. Саленко. «Применение лазерно-струйного метода обработки для перфорирования сотового заполнителя авиационных сэндвич-панелей)). Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 1/5 (79), 2016, с. 19-30), для рассечения биологических тканей (Агеева С.А., Минаев В.П. «Современные лазерные скальпели как основа внедрения высокоэффективных и стационарозамещающих технологий в оториноларингологии)). Национальный медицинский каталог 2003, 1(2), стр. 62-68), требования к плотности энергии лазерного излучения в струйном лучеводе, по сравнению с известным устройством "Laser microjet", могут быть значительно снижены. При этом, преимущества, связанные с использованием принципа доставки лазерного излучения по струйному лучеводу, сохраняются и могут быть реализованы в новом существенно более простом устройстве, являющемся предметом настоящего изобретения.

Раскрытие сущности предлагаемого изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к лазерно-струйной обработке материалов с доставкой излучения по струйному лучеводу. Оно позволяет упростить известное устройство - прототип ("Laser microjet" Synova, Патент US 5,902,499) и использовать в нем новые решения, в частности, прямой ввод излучения из оптоволокна в струйный лучевод.

Известное устройство для реализации принципа лазерно-струйной обработки «Laser microjet)) предполагает локализацию лазерного излучения с высокой плотностью энергии в ламинарной микроструе жидкости диаметром в несколько десятков микрон. При этом длина волны лазера выбирается в области поглощения обрабатываемого материала и в области прозрачности жидкости, формирующей струю.

Формирование устойчивых микроструй с диаметрами в несколько десятков микрон требует необходимости использования высоких (более сотни бар) давлений жидкости и микросопел с уникальной геометрией и сложной технологией изготовления.

Увеличение диаметра струйного лучевода приводит к снижению плотности энергии в зоне обработки и некоторому ограничению возможностей обработки, но при этом существенно упрощает устройство для формирования ламинарной устойчивой струи. Как показали эксперименты, водяные струи диаметром от 0,5 до 0,8 мм устойчивы при скоростях, не превышающих десятка метров в секунду, давлениях 3-5 бар и могут формироваться в простых цилиндрических соплах, изготавливаемых обычным сверлением.

В результате, в предлагаемом лазерно-струйном устройстве требования, предъявляемые к системе формирования струи, а также к системе ввода в нее лазерного излучения, резко упрощаются, а сам лазерный инструмент перестает быть уникальным.

Узел ввода лазерного пучка в струю в области сопла имеет новую простую конфигурацию, предполагающую непосредственный вход пучка из кварцевого оптоволокна в струйный лучевод (переход кварц - жидкость) и исключающую необходимость дополнительных оптических элементов.

На Фиг. 1 приведены конфигурации системы ввода излучения "Laser microjet" Synova (а) и предлагаемого устройства (б).

На Фиг. 2 приведено взаимное расположение торца оптоволокна и цилиндрического сопла.

В известной системе прототипа (Фиг. 1(а)) излучение лазера 1 после доставки по оптоволокну 2 расширяется коллиматором 3 и попадает на линзу 4, фокусирующую излучение через окно 5 в плоскость сопла 6. Далее излучение по струйному лучеводу 7 доставляется на объект обработки 8.

Окно 5, разделяющее водяную и воздушную среды, в этом случае изготовлено из материала, пропускающего лазерное излучение (стекло). Кроме этого, разделительное окно в конструкции устройства «Laser microjet» (Фиг. 1) располагается вблизи плоскости фокусировки излучения, и его нижняя грань, граничащая с жидкостью, подвергается значительным лучевым нагрузкам и риску возникновения оптического пробоя, в особенности, если на нее нанесено просветляющее покрытие.

В предлагаемом устройстве (Фиг. 1б) система фокусировки исключена, а оптоволокно 2 через разделительный элемент 9, например, стандартную оптоволоконную феррулу, вводится непосредственно в рабочую жидкость, например, в воду таким образом, чтобы открытый полированный торец оптоволокна располагался напротив оси сопла 6. Жидкость в обоих случаях может подаваться в инструмент через несколько отверстий 10, расположенных симметрично относительно оси струйного лучевода 7.

Ввод излучения из оптоволокна с диаметром керна d в струйный лучевод, формируемый соплом диаметром D (Фиг. 2), может осуществляться без потерь при условии, что диаметр оболочки оптоволокна меньше диаметра сопла, и полированный торец приподнят над верхней плоскостью сопла на расстояние h, не превышающее значение, определяемое соотношением:

где NA - значение числовой апертуры кварцевого волокна, а -коэффициент преломления жидкости, формирующей струйный лучевод (для воды ).

В реализованном лазерно-струйном устройстве в качестве источника излучения используется иттербиевый оптоволоконный импульсно-периодический лазер ИРЭ «Полюс» YLPM-1-4×200-20-20 с пиковой мощностью до нескольких десятков киловатт, длительностью импульса в несколько десятков наносекунд и средней мощностью до 20 Вт. Излучение лазера выводится через серийное многомодовое кварцевое оптоволокно 315/400 мкм с диаметром керна d=315 мкм, NA=0,22.

Предпочтительный диаметр цилиндрического сопла, изготовленного из металла, составляет D=0,5 мм, высота цилиндра - 3 мм, наибольшее удаление торца волокна от сопла, вычисленное по формуле (1), составляет для воды: h=0,55 мм. Как показали эксперименты, целесообразно выпустить торец оптоволокна из феррулы на расстояние H, равное 2-3 мм (Фиг. 2).

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, сводится к формированию устойчивой ламинарной струи, эффективному вводу в нее лазерного излучения и к достижению преимуществ, присущих лазерно-струйной обработке, в сочетании с простотой устройства для его реализации.

Локализация в струе импульсно-периодического лазерного излучения с высокой пиковой и средней мощностью обеспечивает возможность точной обработки мягких материалов (например, полистирола), а также позволяет производить рассечение кроветворных биологических тканей в результате испарительной абляции. Как показали эксперименты, проводимые на образцах говяжьей печени in vitro, наличие эффекта охлаждения зоны обработки, локализованной струйным лучеводом, обеспечивает локальную коагуляцию краев разреза без карбонизации шва и термического перегрева прилегающих к нему областей.

В качестве жидкости в технологических применениях может использоваться вода, в медицинских применениях - водный физиологический раствор.

Промышленная применимость.

Устройство может найти применение в технологии тонкой обработки мягких конструкционных пластиков, а также в области лазерной хирургии, в качестве «холодного скальпеля» для рассечения кровонасыщенных биологических тканей.

Лазерно-струйное устройство с вводом лазерного излучения в струйный лучевод, содержащее лазерный излучатель импульсно-периодического режима, малогабаритный мобильный инструмент, включающий узел формирования струйного лучевода и узел ввода лазерного излучения в струйный лучевод, оптоволоконный кабель для доставки излучения от лазера к мобильному модулю, систему снабжения инструмента жидкостью, отличающееся тем, что ввод излучения из кварцевого волокна в струйный лучевод осуществляется без дополнительных оптических элементов фокусировки излучения в струю в результате прямого перехода из кварца в жидкость, при этом диаметр струи составляет 0,5-0,8 мм, давление 3-4 бар, диаметр оболочки оптоволокна меньше диаметра сопла, свободный полированный торец оптоволокна находится на оси струи и приподнят над верхней плоскостью сопла.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 31 items.
20.01.2013
№216.012.1bdf

Способ рельефной лазерной гравировки

Изобретение относится к лазерной технологии. Способ рельефной лазерной гравировки заключается в формировании трехмерного изображения в памяти компьютера с разложением на послойные зоны обработки и управлении лазерным лучом, при этом обработку осуществляют излучением волоконного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472629
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.05.2013
№216.012.3ff4

Адаптивное трехпалое захватное устройство

Изобретение относится к области робототехники. Устройство включает корпус с установленными на нем тремя пальцами, расположенными в вершинах равнобедренного или равностороннего треугольника. Каждый палец состоит из трех фаланг, первая из которых поворачивается относительно корпуса, а вторая и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481942
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.404e

Устройство выпуска троса связки двух космических аппаратов (варианты)

Группа изобретений относится к оборудованию космических аппаратов и, более конкретно, к орбитальным тросовым системам. Устройство содержит основной корпус (1), в котором установлена безынерционная катушка (2) с тросом, и подвижный подпружиненный корпус (3), где установлены электродвигатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482032
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.07.2014
№216.012.dede

Способ электронного сканирования пространства

Изобретение относится к области измерительной лазерной техники. Способ электронного сканирования пространства для получения трехмерной модели портрета сцены заключается в проецировании структурированной лазерной подсветки, формируемой с помощью нескольких лазерных генераторов линий,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522840
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.09.2014
№216.012.f192

Устройство для измерения мощности дозы гамма-излучения ядерной энергетической установки в условиях фоновой помехи от высокоэнергетичных космических электронов и протонов

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при создании измерителей мощности дозы гамма-излучения ядерной энергетической установки, размещаемой на космическом аппарате. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения мощности дозы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527664
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.05.2015
№216.013.4976

Спектрометр-радиометр для одновременного анализа характеристик смешанных полей альфа-бета- и гамма-излучений на основе составного детектора

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при создании аппаратуры радиационного контроля для определения спектрометрических, радиометрических и дозиметрических параметров загрязненной среды при одновременной регистрации альфа-, бета- и гамма-излучений....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550313
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.10.2015
№216.013.83c4

Блок детектирования гамма-излучения в составе беспилотных летательных аппаратов легкого класса

Изобретение относится к средствам поиска и обнаружения источников гамма-излучения и предназначается для оснащения беспилотных летательных аппаратов. Блок детектирования гамма-излучения в составе двух счетчиков сцинтилляционных, контроллера с установленным модулем GPS, аккумуляторной батареи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565335
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.84d5

Высотомер летательного аппарата

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения малых высот полета летательного аппарата. Достигаемый технический результат - расширение диапазона измеряемых высот летательного аппарата. Указанный результат достигается тем, что в высотомер введены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565608
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.04.2016
№216.015.2e18

Устройство для определения направления на источник гамма-излучения по двум координатам в телесном угле 2π стерадиан

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при радиационном мониторинге в качестве носимого средства поиска источника гамма-излучения. Устройство для определения направления на источник гамма-излучения по двум координатам в телесном угле 2π стерадиан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579799
Дата охранного документа: 10.04.2016
25.08.2017
№217.015.9b6d

Разборный инверсно-магнетронный вакуумметрический преобразователь с дополнительным углеродным автоэлектронным эмиттером, защищенным от ионной бомбардировки

Использование: для создания ионизационных вакуумметров. Сущность изобретения заключается в том, что инверсно-магнетронный вакуумметрический преобразователь содержит концентрически расположенные штыревой анод и полый цилиндрический коллектор ионов и автоэлектронный эмиттер, конструкция выполнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610214
Дата охранного документа: 08.02.2017
Showing 1-10 of 25 items.
20.01.2013
№216.012.1bdf

Способ рельефной лазерной гравировки

Изобретение относится к лазерной технологии. Способ рельефной лазерной гравировки заключается в формировании трехмерного изображения в памяти компьютера с разложением на послойные зоны обработки и управлении лазерным лучом, при этом обработку осуществляют излучением волоконного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472629
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.07.2013
№216.012.5ab5

Уточненное позиционирование в подводном навигационном пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками

Использование: в подводной навигации и может быть использовано при уточнении позиционирования в подводном навигационном пространстве, образованном произвольно расставленными гидроакустическими маяками-ответчиками. Сущность: результат достигается комплексированием инерциальных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488842
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.02.2014
№216.012.a359

Технология уточненного позиционирования в подводном навигационном пространстве мобильного полигона

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при натурных испытаниях подводных объектов. Технический результат - снижение погрешности определения координат позиционирования и углов ориентации объекта позиционирования в пространстве мобильного полигона. Для этого в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507532
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.07.2014
№216.012.dede

Способ электронного сканирования пространства

Изобретение относится к области измерительной лазерной техники. Способ электронного сканирования пространства для получения трехмерной модели портрета сцены заключается в проецировании структурированной лазерной подсветки, формируемой с помощью нескольких лазерных генераторов линий,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522840
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.04.2016
№216.015.37e2

Способ проведения внутрибрюшинной химиогипертермической перфузии брюшной полости у пациентов с канцероматозом брюшины

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии. Осуществляют циркуляцию перфузата, нагретого до 42-46°C в контуре, включающем насос с центробежной насадкой, систему подогрева перфузата, подводящую магистраль, полость живота, отводящую магистраль, насос. При этом перфузию проводят при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582567
Дата охранного документа: 27.04.2016
13.01.2017
№217.015.917b

Угледобывающий комбайн

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к добыче угля с помощью угледобывающих комбайнов. Технический результат - упрощение конструкции комбайнов, снижение трудоемкости их изготовления и затрат при эксплуатации, возможность применения шнеков различных диаметров для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605858
Дата охранного документа: 27.12.2016
25.08.2017
№217.015.ae20

Система импульсной лазерной локации

Изобретение относится к области оптической локации. Система содержит импульсный лазер, выходную оптическую систему, фотоприемное устройство, однокоординатное сканирующее устройство, оптический объектив фотоприемного устройства, вычислительное устройство, массив фотоприемных устройств,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612874
Дата охранного документа: 13.03.2017
26.08.2017
№217.015.e22c

Угледобывающий комбайн

Изобретение относится к угледобывающим комбайнам. Техническим результатом является упрощение конструкции комбайна при установке дробилки, уменьшение его габаритов, снижение минимальной вынимаемой мощности. Угледобывающий комбайн содержит корпус с закрепленными по его концам блоками резания со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625833
Дата охранного документа: 19.07.2017
26.08.2017
№217.015.e7e4

Многоканальное устройство для измерения временных интервалов

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники и может использоваться, например, в многолучевых лазерных дальномерах и лазерных локаторах для измерения времени распространения лазерного излучения. Устройство включает канал измерения, состоящий из двух триггеров фиксации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627136
Дата охранного документа: 03.08.2017
29.05.2018
№218.016.550e

Способ расчёта дозы противоопухолевого препарата при выполнении нормотермической изолированной химиоперфузии лёгкого с метастазэктомией

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике, и может быть использовано для расчёта дозы противоопухолевого препарата при выполнении нормотермической изолированной химиоперфузии легкого (НИХПЛ) и метастазэктомии. Для этого определяют объём лёгкого пациента методом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654417
Дата охранного документа: 17.05.2018
+ добавить свой РИД