CN102017067A - 碎片撷取排出系统 - Google Patents

Abstract

碎片撷取的系统及方法，藉由供给气流特征结构而降低工作件(104)上的举升力。供给气流特征结构可藉由具有围绕内排气管(120)的外供给管(122)的撷取喷嘴(116)而实施。藉由使用限制流向工作件(104)的有效激光切割区的排气气流的多个撷取喷嘴(116)还可实现更小的举升力。

Description

碎片撷取排出系统

相关申请

本申请要求在2008年5月6日提交的申请号为61/050944，名称为“碎片撷取的循环排出”的美国临时专利申请的权益，从而在此将其引用作为参考。

背景技术

在此叙述的各种实施方式大致关于撷取碎片的方法以及使用排气系统的其它内容，一些实施例具体地涉及用于从激光切割系统撷取碎片的排气系统，以及使用此排气系统的方法及装置。当应用在用以形成薄膜多结的太阳能电池的激光切割系统中撷取碎片时，在此描述的许多方法及装置格外有效。

目前形成薄膜太阳能电池的方法，包含在基材上沉积或形成多个层，基材是适合形成一或更多p-n结的诸如玻璃、金属或聚合物的材料。太阳能电池的实例是在基材上沉积氧化物层(例如，透明导电氧化物)，随后沉积非晶硅层及金属背层(metal back layer)。可用以形成太阳能电池的材料实例，以及形成电池的方法及装置，揭示在例如审查中的美国专利申请号11/671,988，申请日为2007年2月6日，发明名称为「MULTI-JUNCTION SOLAR CELLS AND METHODS AND APPARATUSES FOR FORMING THE SAME」，在此合并该申请作为参考。当太阳能面板是由大型基板形成时，通常在每层中使用一系列的激光切割线以划分出各个电池。

激光切割线是经由烧蚀(ablating)工作件上的材料而形成，该工作件是由基材与沉积的层所构成。这是将大量的能量集中在一个非常短持续时间的激光脉冲中，并选择能与材料耦合的最佳激光波长而达成。当达到合适的切割条件时，在包含碎片的爆炸卷流(explosive plume)中移除材料。通常使用撷取单元移除源来自激光切割工序的碎片。在先前的方式中，是在封闭的抽气罩内抓取碎片，然后经管路系统通过空气将碎片运送至碎片撷取单元，在碎片撷取单元中将这些碎片由气流中分离出来。用来移除碎片的气流将施予工作件很大的举升力，因此将影响工作件与激光器间的距离。若降低气流流量以减少施加在工作件上的举升力，则气流的流速可能变得过低而无法有效地移除所有碎片。因此，需要一种能迅速且有效地移除碎片，同时不会产生太大举升力的改良的排气系统。

先前的方式也有其它缺点。例如，封闭抽气罩会在进行切割的工作件上方形成封闭区。来自排气系统的气流很难控制封闭区内温度的稳定性，但是温度稳定性对激光切割工艺是很重要的，因为激光扫描仪对于温度具敏感性。再者，具有大排气负荷的排气系统以及对空气调节的需求也使操作成本增加。

因此，希望发展出一种系统和方法，其至少可克服现存于激光切割及生产太阳能面板装置中的碎片撷取系统及方法的一些缺点以及潜在缺点。而且，可了解到，对于较佳碎片撷取的需求也存在于平面显示面板的大型光罩的直接图案化以及其它大型显示设备的直接图案化中，例如，黑色矩阵的烧蚀。

发明内容

为了提供对本发明的基本了解，以下概述本发明的一些实施方式。在此的概述并非本发明的广泛性概要。亦非用以鉴别本发明的关键或重要组件，或是描述本发明的范畴。此概述的唯一目的，是以简化的形式提出本发明的一些实施方式作为详细描述的先导，更详细的描述将在下文中叙述。

在此提供一种从进行激光切割中的工作件上撷取碎片的系统及方法。各种实施例通过导入供给气流至该工作件上的有效区，以便迅速且有效的移除该工作件内该有效区中的碎片。此供给气流有助于降低施加在该工作件上的举升力。此外，供给气流有助于稳定该有效区内的温度，进而有助于稳定激光切割处理。此系统及方法能以较少的排气系统负荷及/或较少空气调节及/或加热需求而装设，因此可降低包括购置成本及运转费用在内的成本。

在一实施例中，提供碎片撷取排出系统。此系统包括：撷取喷嘴，其包含至少一个碎片撷取口。每一碎片撷取口邻接工作件的有效区。此系统包括排气源，用以经由每一碎片撷取口来撷取排气气流以及来自该有效区的碎片。对每一碎片撷取口而言，该撷取喷嘴包括耦接于该碎片撷取口的第一管以及耦接于该碎片撷取口的第二管。该第二管设置成可朝该有效区输送供给气流，且该第一管设置成可移除排气气流以及来自该有效区的碎片。

碎片撷取排出系统包括多种选择。例如，该第二管至少围绕该第一管的一部分。该第二管能够在该碎片撷取口的周围排出该供给气流。系统可包括过滤器，用以从该排气气流中移除碎片，藉此，经过滤的排气气流能再循环进入该供给气流中。此过滤器可包括粒子过滤器(particle filter)或化学过滤器(chemical filter)。每一碎片撷取口设置成能自单独激光切割区中撷取碎片，其中该激光切割区为工作件上的区域，其能被激光扫描仪(laser scanner)加以处理。系统可包括平移机构，用以移动该撷取喷嘴，使得每一碎片撷取口与该有效区协调移动。此系统装设成使得第一管内的气流速度够高，以能够自该工作件上抓取及传送几乎所有的碎片，以及使该第一管内不形成使碎片滞留以及抑制碎片沿该第一管运送的涡流。此系统可建构成使该碎片撷取口与该工作件间的间距是能调整的。此撷取喷嘴可包括至少一个端件，该端件可拆卸以进行保养、清洁及/或几何修正。每一端件能界定该碎片撷取口。此系统可建构成使有效区的相对侧的压差小于所要求的值。

在另一实施例中，提供一种利用气流移除工作件上碎片的方法。该方法包括提供供给气流，朝工作件的有效区排出该供给气流，以及经由碎片撷取口撷取排气气流及来自该有效区的碎片。

利用气流移除工作件上碎片的方法可包含多种选择。例如，该供给气流的流率及方向足够维持该工作件与该碎片撷取口间的最小间隔。一种方法可包括过滤该排气气流用以实质移除碎片，以及将该过滤的排气气流再循环进入该供给气流。可藉由粒子过滤器或化学过滤器的处理而过滤该排气气流。可将供给气流的排出以及排气气流的撷取实质限制在正在进行激光切割的工作件上的一或更多个区域。可经第一管提供该供给气流，且沿朝向该有效区的撷取喷嘴输送该供给气体。可经由第二管撷取该排气气流及碎片，用以沿该撷取喷嘴传送该排气气流及碎片离开该有效区。

在另一实施例中，提供一种碎片撷取排出系统。该系统包括多个撷取喷嘴，每一撷取喷嘴包括碎片撷取口，该碎片撷取口装配在邻接工作件的对应有效区。该系统还包括：供给气源，用以经由每一撷取喷嘴的第一管而引导供给气流朝向该对应的有效区；以及排气源，用以经每一第二管撷取排气气流以及来自该对应的有效区的碎片。

碎片撷取排出系统可包含多种选择。例如，该供给气流的流率及方向足够维持该工作件与每一撷取喷嘴间的最小间隔。可建构系统使每一有效区的相对侧的压差小于所要求的值。一种系统可包括过滤器，用以由该排气气流中移除碎片，藉此，该排气气流可再循环进入该供给气流。一种系统可包括平移机构，用以移动该些撷取喷嘴，使得每一碎片撷取口与它的对应有效区可协调移动。

为了更完整了解本发明的本质及优点，请参照随后详细的叙述及附图。由以下详细的叙述及附图，将可了解各种实施方式的其它方面、目的及优点。

附图说明

根据本发明的各种实施方式将参照附图叙述，其中：

图1示出根据一实施例的激光切割装置的透视图。

图2示出根据本发明一实施例的激光切割装置的侧视图。

图3示出根据一实施例的排气系统的部件。

图4示出根据一实施例的属于排气系统的八个撷取喷嘴的透视图。

图5示出根据一实施例的属于排气系统的八个撷取喷嘴(如图4所示)的连接管路的透视图。

图6示出根据一实施例的撷取喷嘴的透视图。

图7示出根据一实施例的撷取喷嘴(如图6所示)的剖面图。

图8示出根据一实施例的撷取喷嘴的碎片撷取口(与扫瞄区影像一起，以呈现碎片撷取口相对于扫瞄区的尺寸)。

图9示出根据一实施例的碎片撷取口附近的“供给气流”以及“排气气流”。

图10示出根据一实施例的撷取喷嘴中气流速度的计算机仿真结果。

具体实施方式

在下文中，将叙述本揭露的各种实施方式。为了解释的目的，其中叙述特定的构造以及细节，以充分了解实施方式。然而，对本领域技术人员而言，在无一些特定细节的情况下实施本发明是显而易见的。再者，为了避免模糊叙述中的实施例，可能省略其中一些众所皆知的特征结构。

根据本揭露各种实施方式的系统及方法，可克服一或更多上述及其它存在于碎片撷取排出系统方式(debris-extracting exhaust system approaches)的缺点。各种实施例可大幅降低工作件上的举升力，有助于维持所期望的工作件的间隔距离，以及提供较佳的温度控制，且能降低操作成本。根据各种实施例的装置提供藉由使用多个撷取喷嘴以移除碎片的迅速及有效的排气系统方式，撷取喷嘴的构形只覆盖每一单独的激光切割区域，且被建构成可与激光切割区域一起移动。当这些系统及方法应用于激光切割及生产太阳能面板装置中的碎片撷取排出系统时，格外有效。在其它应用中，它们也是有效的，例如，应用在平板显示器的大型光罩的直接图案化，以及应用在例如黑色矩阵烧蚀的其它大型显示器应用中的碎片撷取排出系统。

在许多实施例中，在排气系统中(具有输送供给气流至有效区的气体供给结构)可实现由工作件的有效区上迅速且有效的撷取碎片。然后，从有效区撷取包含碎片以及至少一部份供给气流的排气气流。供给气流有助于避免将有效区置于低压下，其存在于一些先前技术的排气系统中。在一些先前技术的排气系统中，会从排气喷嘴外部经排气喷嘴与工作件之间的间隙吸进排气气流。经过间隙的气流在有效区上形成压降(pressure drop)，因缺乏有效区相反侧的平衡压降，故通常造成工作件的举升力。可装设具有供给气流的碎片撷取排气系统，使有效区相对侧的压差小于所要求的值(例如小于1.0psi，但不限于此)。藉由导入供给气流以避免压力下降而降低工作件上的举升力。降低的举升力有助于确保使排气系统对于工作件与邻接组件(例如排气系统的撷取喷嘴、激光聚焦光学组件、聚焦在工作件上的激光等)间的间隔距离的影响降低，且事实上可经由控制压力而控制这些间隔距离。可控制供给气流的温度而提高有效区温度的稳定性(例如，排气系统的撷取喷嘴内的温度及/或邻接有效区的封闭抽气罩内的温度)。因为激光扫描仪对温度具敏感性，因此提高温度稳定性有助于稳定激光切割工序。再者，具有较低排气负荷与空气调节需求的排气系统的操作可降低装置运作的成本。

在许多实施例中，可将排气气流与碎片进行过滤以移除碎片。可使用已知的过滤器(例如粒子过滤器、化学过滤器等)完成过滤。一些或全部的排气气流可再循环进入供给气流中。如上所述，经过滤的排气气流的再循环有助于稳定供给气流的温度，因此有助于稳定有效区的温度而使激光切割工序稳定。排气气流的再循环也可减少为了达到供给气流的预设温度所必须加入供给气流的热量或由供给气流中移除的热量，故有助于降低空气调节及/或加热的成本，其视周围环境温度而定。

激光切割系统可同时拥有大于一个的激光切割工作件，以提升产量。这形成多个对应于激光扫描仪的扫瞄场区的激光切割区。(注意，扫瞄场区对应于可被激光切割的区域)在许多实施例中，取代覆盖在所有各激光切割区上的单一大型封闭抽气罩，而使用多个分离的撷取喷嘴覆盖在每一激光切割区上。藉由将排气气流限制在只存有待撷取碎片的区域，可达成更高效能的碎片撷取。这也有助于降低作用在工作件上的举升力，以及降低排气鼓风机的负荷。具有较低排气鼓风机负荷的排气系统的运作可搭配消耗较少功率的较小型的鼓风机，因此可降低成本。

前述的多个切割激光可固定在支撑件上，该支撑件可由控制器及伺服马达驱动而在横轨上作平移。因此，前述的激光切割区域将可依据切割激光本身的移动而横向移动，且其支撑件也在该轨上作横向移动。在许多实施例中，先前提及的多个分离的撷取喷嘴的移动可配合玻璃基材下激光的移动。这样一来，使得分离的撷取喷嘴可覆盖各个激光切割区域，如此藉由将排气气流限制在只存有待撷取碎片的区域，可产生更高效能的碎片撷取。这也有助于降低作用在工作件上的举升力，以及降低排气鼓风机的负荷。

在许多实施例中，建构排气系统以在有效区附近产生足够的气流速度而自有效区撷取几乎所有的微粒(碎片微粒)，并可避免产生让微粒(碎片微粒)由气流中掉落的低速区域。例如，可选择流率、截面积、及内部轮廓，且可利用已知的分析方法预测及/或可量测所形成的气流。建构系统使所形成的气流足以抓取微粒，并能在水平与垂直的管路中运送微粒(碎片微粒)。可以建构系统使其中不会形成让微粒(碎片微粒)从气流中掉落在工作件、抽气罩或管路的低速区域。能建构系统使其中不会形成会滞留微粒及抑制微粒被传送到过滤单元的涡流(vortices)。

可以轻易地调整实施例中的撷取喷嘴，而将工作件上的工作高度最佳化。在一些实施例中，这可藉由将机械位置控制以及供给气流及/或排气气流与碎片的压力控制结合而达成。撷取喷嘴能装设成可提供未来可能进行几何形状改变的可拆卸/可置换零件，以改善排气气流的流动特征，并方便进行保养与清洁。为了安全性以及避免静电累积，可将排气系统电性接地。

图1示出根据实施方式所使用的激光切割装置100的实施例。此装置包括实质平坦的床台或基座102，此基座102通常是水平的，用以接收及操纵工作件104(例如基材，具有至少一层沉积其上)。在一实施例中，工作件能以不同速率(例如0m/s至2m/s或更快)沿单一方向移动(亦即，对Y-基座)。通常，将工作件对准在实质平行于工作件在装置中移动方向的工作件长轴的固定方向上。可使用相机或影像装置搭配工作件上的标记，以辅助对准的动作。在本实施例中，激光(示出在接续的图示中)位在工作件下方，且与架桥106相对，该架桥106夹持排气装置108的部件，而排气装置108是用以在切割处理过程中撷取由基材上移除或脱落的物质。工作件104通常以基材侧向下(朝向激光)及层侧向上(朝向排气装置)的方式装载进入基座102的第一端。工作件可容置在滚轮110阵列上，但也可使用已知技术的其它轴承式或平移式对象(translation-type objects)以容置及传送工作件。在本实施例中，滚轮阵列全部朝向单一方向，即是基材传递的方向，使得基材104可在纵向(longitudinal direction)上相对于激光组件向前或向后移动。本装置可包括至少可控制的驱动机构112，用以控制工作件104在基座102上的方向与移动速率。其它关于此系统的叙述及使用方式记载于美国临时申请案No.61/044,021中，在此合并作为参考。

图2为激光切割装置100的实施例的侧视图，其中示出一系列用以切割工作件上各层的激光组件114。在本实施中有四个激光组件114，每一激光组件包括激光装置以及例如透镜或其它光学组件的组件，用以聚焦或调整激光的形态(aspects)。此激光装置可为任何能够切割工作件上至少一层的适当激光装置，例如脉冲固态激光器(pulsed solid-state laser)。如图所示，为了将经各个激光装置而由工作件上烧蚀或移除的物质有效地排出，排气装置108的一部分与每一激光组件相对于工作件成相对配置。每一激光装置事实上可产生能切割工作件的两道有效光束。为了能够提供此光束对，每一激光组件包括至少一个分束装置(beam splitting device)。虽然图中呈现四个激光装置，但可使用其它数量的激光装置。虽然在此每一激光装置用以产生两道有效光束，但每一激光装置可产生不同数目的有效光束。

图3示出根据实施方式可使用于排气系统的构件。图3示出用以切割工作件104上的层的两个激光组件114，以及用以撷取激光切割所产生的碎片的两个撷取喷嘴116。如图所示，为了有效地排出经各激光装置而自工作件上烧蚀或移除的物质，每一撷取喷嘴116与激光组件114相对于工作件成相对配置。藉由使用激光扫描仪，每一激光装置能够有效率地在激光切割区118上进行切割。示出的碎片撷取口足以完全覆盖在激光切割区118上，且激光切割区118是等于激光扫描仪的扫瞄区域。

撷取喷嘴116包括两个分离的管件：内管120，用以移除排气气流与来自工作件的碎片；以及外管122，用以排放供给气流至工作件104上。外管122可至少部分地围绕内管120，例如以均匀的间隔围绕。当气体供应器126提供“供给气流”进入外“供给气流”管122时，排气装置124同时由内“排气气流”管120移除“排气气流”。

撷取喷嘴116与工作件104间以撷取间隙128(其可例如为3mm)而彼此间隔。可使用空气轴承130形成例如40-100μm的气隙132以将工作件支撑在基座102上，但也可使用已知技术的滚轮或其它轴承或平移式对象以容置及移动工作件104。

图3示出的排气系统实施例，藉由使用气流供给结构而实现迅速且有效的碎片撷取。藉由空气供应器126供应供给气流。供给气流(经由外管122与内管120间形成的气流通道)排放在每一喷嘴末端的周围，使得吸进排气装置124的排气气流及碎片包含在喷嘴末端周围所排放出的供给气流。此供给气流提供至少两项优点。第一，供给气流可降低经由撷取喷嘴与工作件之间的外围间隙吸进的空气量，因此减少喷嘴外部与工作件的有效区之间的压降(pressure drop)。此减少的压降可降低作用在工作件上的举升力，因此工作件上方的间隔距离可获得良好的控制。第二，因为由外围间隙吸进的空气较少，所以经由外围间隙吸进的外部碎片减少，而且可降低经外围间隙吸进的空气所衍生的湍流量。

再者，可将被吸回到排气系统的排气气流及碎片进行清洁，并藉由再循环，而将其中至少部分的空气再引导向工作件。此空气回流的特征结构对于工作件104中有效区的温度可提供较高的稳定度，因为由外部经外围间隙所吸进的空气视外部空气的温度可能会影响有效区的温度。因为激光扫描仪对温度的敏感性，空气回流特征结构可稳定激光切割处理。若无此空气回流特征结构，可能视外部空气的温度而必须使用空调装置或加热器调整外部空气的温度。因此，此排气系统的运作需较少的空调装置及/或加热器而有助于降低成本。在实质移除碎片的后(例如，以粒子过滤器进行过滤，或以化学过滤器进行过滤)，排气气流可被再循环回到供给气流输入。请留意图3并未明确示出在碎片移除后将被排气装置124移除的排气气流再循环，而成为由空气供应器126流出的供给气流。因此，在特定的实施例中，供给气流可来自排气气流以外的气源(例如，外界的空气)。然而，至少在一些应用中，排气气流再循环进入供给气流，是实施供给气流特征结构最迅速及最有效的方式。

如上所述，激光切割系统可同时拥有多于一个用以切割工作件的激光，以提升产量。这形成多个激光切割区，其对应于激光扫描仪的扫瞄区。每一扫瞄区对应于一个可被各激光输出切割的面积或区域。因此，取代在所有各自激光切割区上方设置单一大型的封闭抽气罩，而可使用多个分离的撷取喷嘴覆盖在每一激光切割区上方。藉由限制排气气流流向存有待撷取碎片的区域，可形成更具效能的碎片撷取。这因此可降低作用在工作件上的举升力以及排气鼓风机的负荷。例如图3中显示激光切割系统具有两个激光组件114、两个激光切割区118以及覆盖在每一激光切割区118上方的两个分离撷取喷嘴116。

图4示出根据实施方式的属于排气系统的八个撷取喷嘴的透视图。作为实施例，图4示出具有八个激光切割区118的激光切割系统，八个分离撷取喷嘴116的每一个都覆盖在对应的激光切割区118上方。撷取喷嘴116可藉由机架134而固设在架桥106上。机架134可包括X方向的移动基座，以使撷取喷嘴116的侧向移动(在工作件的平面上平行于架桥106)与激光切割区的侧向移动同步。机架134还可包括Y方向的移动基座，用以纵向地移动撷取喷嘴116(在工作件的平面上垂直于架桥106)。此纵向移动可使激光切割区118露出，因此可由工作件的上方观察到激光切割区及/或激光脉冲(例如，以显微镜、影像装置、光束质量分析仪等)。

图5示出根据实施方式的属于排气系统的八个撷取喷嘴的连接管路的透视图。图5中，示出用以输出排气气流与输入供给气流的管路。当供给管路组件138供应供给气流至外“供给气流”管时，排气管路组件136由内“排气气流”管移除排气气流。如上所述，管路组件可经由机架134固设在架桥106上，且机架134可包括上述的X方向及Y方向的移动基座。

图6示出根据实施方式的撷取喷嘴116的外部图。经由连接到撷取喷嘴116的供给管路组件138，提供供给气流至撷取喷嘴116(如图5所示)。经由连接到撷取喷嘴116的排气管路组件136，排气气流以及碎片从撷取喷嘴116离开(例如图5所示)。撷取喷嘴116可包括端件140，其可被拆卸以进行保养及/或清洁。可修改或置换端件140以改变撷取喷嘴的几何形状。此几何修正可用以改变撷取喷嘴的流动特征。端件140界定碎片撷取口142，且碎片撷取口142配置在邻接工作件的处，用以从工作件上撷取碎片，例如从工作件上的有效区(例如激光切割区)撷取碎片。端件140可包括滑板144，其可避免撷取喷嘴116损坏工作件。滑板144可例如由铁氟龙(Teflon

，可由Dupont of Wilmington，DE取得)或其它树脂或类似材料所制造，此些材料可降低摩擦以及提供对高温、化学反应、腐蚀及应力破裂(stress-cracking)的阻抗。

图7示出根据实施方式的撷取喷嘴116(如图6所示)的剖面图。撷取喷嘴116可包括两个分离的管件：内管120，用以移除排气气流与来自工作件的碎片；以及外管122，用以提供供给气流至工作件104上。外管122可至少部分地围绕内管120(但非必要)，且有各种实施方式。例如，外管122与内管120以同心方式配置。外管122与内管120可具有各种形状，且可以各种尺寸间隔开。例如，外管122以均匀的间隔围绕内管，且至少涵盖部分的内管120。图7示出此两管件以及它们与排气管路组件136及供给气流管路组件138的连接。

图8示出根据实施方式的碎片撷取口142。图中呈现激光扫瞄场区118与碎片撷取口142的相对关系，用以说明碎片撷取口142可完全覆盖在单一激光切割区上，而激光切割区是等于激光扫描仪的扫瞄场区。激光扫瞄场区118可为各种的形状及尺寸，例如图示的60mm×60mm。端件可用以界定碎片撷取口142，且可建构为可拆卸式。如上所述，撷取喷嘴可包括滑板144。滑板144可用以覆盖撷取喷嘴的周围的延伸超越撷取喷嘴开口的部分。

图9示出根据实施方式的撷取喷嘴116的开口附近的供给气流(标示为供给气流箭头202)、间隙气流(标示为间隙气流箭头204)以及排气气流(标示为排气气流箭头206)。可建构气流而由工作件104上的激光扫瞄场上撷取几乎所有的碎片。经由撷取喷嘴116与工作件104之间的周围间隙流进的间隙空气204的量可藉由调整撷取喷嘴116与工作件104之间的间隙大小及/或藉由调整供给气流202相对于排气气流206的流率而获得调整。撷取喷嘴内部与撷取喷嘴外部之间的压差也可藉由调整间隙大小及/或调整供给气流202对排气气流206的相对流率而被调整。例如，降低周围间隙及/或提高排气气流206相对于供给气流202的流率将会提高由撷取喷嘴116外部至撷取喷嘴内部(亦即，邻接工作件104的有效区)的压降。反之，提高周围间隙及/或提高供给气流202相对于排气气流206的流率将会减小由撷取喷嘴116外部至撷取喷嘴内部的压降。

图9示出的撷取喷嘴116包括两个分离的管件：供应供给气流202至工作件104的外管122，以及移除排气气流与工作件上的碎片的内管120。如上所述，外管122可装设为以例如固定的间隔而围绕至少部分的内管120。撷取喷嘴116可设置在工作件104上方的一距离(例如在一实施例中为3mm)。当撷取喷嘴116与工作件104相接触时，滑板144可避免撷取喷嘴116损毁工作件104。可拆卸部件146为撷取喷嘴部件的一实施例，为了改善排气气流特征以及方便保养与清洁，可拆卸部件146能被移除或置换以用于未来潜在的几何形状的改变。在此实施例中，可拆卸部件146可耦接于外管122。可拆卸部件146及滑板144可使用各种方式与撷取喷嘴116耦接，例如藉由螺栓148将其固定在外管122上。

图10示出根据实施方式的沿着撷取喷嘴的中心线平面的气流速度的计算机仿真结果。仿真结果利用等高图形(shaded-contour plot)描绘气流速度的值。此计算机仿真结果可用以调整排气系统的流率、撷取喷嘴的几何形状、以及撷取喷嘴与工作件之间的周围间隙。计算机仿真结果可用以预测因喷嘴运作时所造成的压差，并因此可预测作用在工作件上的举升力的程度。

此计算机仿真结果可用来调整排气系统及撷取喷嘴以产生足够的气流速度，以自工作件的有效区中撷取几乎所有的微粒(碎片微粒)，并可避免产生微粒(碎片微粒)由气流中掉落的低速区域。可产生足够大小的气流速度，以在垂直及水平的方向上抓取及输送微粒(碎片微粒)。能防止产生低速区域，在低速区域中，微粒(碎片微粒)可能由气流掉落在工作件、抽气罩或管路。能够避免发生会滞留微粒及抑制微粒被传送到过滤单元的涡流。

计算机仿真还示出根据实施方式的撷取喷嘴的运作方式。供给气流202由外管向下流动，并在碎片撷取口的周围朝向工作件的有效区排放。间隙气流经由周围间隙而被吸入。供给气流202及间隙气流204在撷取喷嘴的碎片撷取口的区域中结合，因此供给的气流变成排气气流206。气流的结合行为能够用以由工作件的有效区移除碎片。

因此，说明书及附图应视为用于解释的用途，而非限制。然而，在不脱离本发明的范畴和权利要求记载的范围的情况下，基于本揭露的各种修改或变更是显然的。再者，实施例可单独地或以任何方式结合实施以实现本发明的优点。

Claims (15)

1.一种碎片撷取排出系统，包括：

撷取喷嘴，包含至少一个碎片撷取口，且每一该碎片撷取口设置成邻接工作件的有效区，以及

排气源，用以经由每一该碎片撷取口撷取排气气流以及来自所述有效区的碎片，

其中，对每一所述碎片撷取口，所述撷取喷嘴包括：第一管，其耦接于所述碎片撷取口，以及第二管，其耦接于所述碎片撷取口，所述第二管设置成朝所述有效区输送供给气流，且所述第一管设置成移除排气气流以及来自所述有效区的碎片。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述第二管至少围绕所述第一管的一部分。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述第二管在所述碎片撷取口的周围排出所述供给气流。

4.如权利要求1所述的系统，还包括过滤器，用以由所述排气气流中移除碎片，藉此经过滤的排气气流能再循环进入所述供给气流中。

5.如权利要求1所述的系统，其中每一碎片撷取口设置成自一单独激光切割区中撷取碎片，且其中所述激光切割区为工作件上的能被激光扫描仪处理的区域。

6.如权利要求1所述的系统，还包括平移机构，用以移动所述撷取喷嘴，使得每一所述碎片撷取口与所述有效区协调移动。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述系统系设置成：

使第一管内的气流速度足够高而由所述工作件上提取及传送实质上所有的碎片；以及

使所述第一管内不形成会使所述碎片滞留及会抑制所述碎片沿所述第一管传送的涡流。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述碎片撷取口与所述工作件间的间距是能调整的。

9.如权利要求1所述的系统，其中撷取喷嘴包括至少一个端件，其可被移除以进行保养、清洁或几何修正，且其中每一所述端件界定所述碎片撷取口。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述有效区的相对侧的压差小于1.0psi。

11.一种利用气流移除工作件上碎片的方法，包括：

提供供给气流；

朝工作件的有效区排出所述供给气流；以及

经碎片撷取口撷取排气气流以及来自所述有效区的碎片。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述供给气流的流率及方向足够维持所述工作件与所述碎片撷取口间的最小间隔。

13.如权利要求11所述的方法，还包括：

过滤所述排气气流，用以实质移除所述碎片；以及

将经过滤的排气气流再循环进入所述供给气流。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述供给气流的排出以及所述排气气流与碎片的撷取被实质限制在正在进行激光切割的所述工作件上的一或更多个区域。

15.如权利要求11所述的方法，其中经由第一管提供所述供给气流，且沿朝向所述有效区的撷取喷嘴输送所述供给气体，且其中经由第二管撷取所述排气气流，用以沿所述撷取喷嘴传送所述排气气流及碎片离开所述有效区。

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