CN106583929A - 激光除痕系统及激光除痕系统的除痕方法 - Google Patents

Abstract

一种激光除痕系统及激光除痕系统的除痕方法。该激光除痕系统包括：一激光源、一扩束镜以及一光源调整组件；该激光源用以产生至少一激光束；该扩束镜位于该激光束的光路上，并用以扩大该激光束的直径；该扩束镜介于该激光源与该光源调整组件之间，且该光源调整组件位于该激光束的光路上，该光源调整组件用以调整该激光束的形状与尺寸；其中该激光束经过该扩束镜与该光源调整组件而变成一除痕光束。本发明通过扩束镜与光源调整组件的调整，使得除痕光束能快速且有效地去除加工件上的应力痕。

Description

激光除痕系统及激光除痕系统的除痕方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工系统，特别是一种激光除痕系统。

本发明涉及一种激光加工方法，特别是一种激光除痕系统的除痕方法。

背景技术

近年来，消费者除了在意产品的效能外，亦在意产品的外观。也就是说，外观的美丑已连带影响消费者的消费意愿。电子产品的外观件通常是利用注塑成型的方式制造而成。然而，由于模具设计结构和注塑成型条件的限制，故外观件在注塑成型过程中，经常会在表面出现应力痕，进而影响外观件的美观性。详细来说，应力痕主要出现在外观件厚度变化较大的部位。当外观件上有应力痕出现时，消费者易感觉出外观件的局部表面有发亮或发白，使得外观件有色泽不均的问题。

目前消除外观件上应力痕的方式为羊毛毡擦拭或表面喷砂。其中，羊毛毡擦拭是作业员用羊毛毡对塑料件表面进行反复擦拭，将表面光泽降低。羊毛毡擦拭的缺点是人工擦拭容易产生漏擦或擦拭不均匀等问题，且人工成本较高。表面喷砂是用喷砂机喷射出的细小颗粒喷打塑料件表面，降低表面光泽度，使塑料件表面光泽一致之后利用超声波清洗。表面喷砂的缺点是细小的颗粒污染环境，并存在易刮伤喷砂以外的表面的问题。

因此，需要提供一种激光除痕系统及激光除痕系统的除痕方法来解决上述问题。

发明内容

本发明在于提供一种激光除痕系统及其除痕方法，藉以改善外观件因应力痕而有色泽不均的问题。

本发明的一实施例所公开的激光除痕系统，包括一激光源、一扩束镜及一光源调整组件。激光源用以产生至少一激光束。扩束镜位于激光束的光路上，并用以扩大激光束的直径。扩束镜介于激光源与光源调整组件之间，且光源调整组件位于激光束的光路上。光源调整组件包括一整形镜及一光阑。整形镜位于扩束镜旁，并用以调整激光束的形状。光阑位于整形镜远离扩束镜的一侧，并用以过滤整形后的激光束的外缘区域。其中激光束经过扩束镜与光源调整组件而变成一除痕光束。

本发明还公开一种激光除痕系统，该激光除痕系统包括：一激光源，该激光源用以产生至少一激光束；一扩束镜，该扩束镜位于该激光束的光路上，并用以扩大该激光束的直径；以及一光源调整组件，该光源调整组件位于该激光束的光路上，且该扩束镜介于该激光源与该光源调整组件之间，该光源调整组件用以调整该激光束的形状与尺寸；其中该激光束经过该扩束镜与该光源调整组件而变成一除痕光束。

本发明的一实施例所公开的激光除痕系统的除痕方法，包括：提供一激光束；扩大该激光束的直径；以及调整该激光束的形状与尺寸，以令该激光束变成一除痕光束。

根据上述实施例所公开的激光除痕系统及其除痕方法，通过扩束镜与光源调整组件的调整，使得除痕光束能快速且有效地去除加工件上的应力痕。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所述的激光除痕系统的系统示意图。

图2为图1的激光束的平面示意图。

图3为图1的第一整形光束的平面示意图。

图4为激光的功率密度与作用时间的效果示意图。

图5为图1的除痕光束的扫描过程示意图。

图6为加工件经波长为9300纳米的激光束扫描的成品示意图。

图7为加工件经波长为10200纳米的激光束扫描的成品示意图。

图8为加工件经波长为10640纳米的激光束扫描的成品示意图。

图9为加工件经波长为532纳米的激光束扫描的成品示意图。

图10为加工件经波长为355纳米的激光束扫描的成品示意图。

主要组件符号说明：

10 激光除痕系统

20 加工件

22 加工面

100 激光源

200 扩束镜

300 光源调整组件

310 整形镜

320 光阑

400 扫描振镜

500 聚焦透镜

L1、L1' 激光束

L2 第一整形光束

L3 第一整形光束

L4 除痕光束

D1、D2 距离

具体实施方式

请参阅图1至图3。图1为根据本发明一实施例所述的激光除痕系统的系统示意图。图2为图1的激光束的平面示意图。图3为图1的第一整形光束的平面示意图。

本实施例的激光除痕系统10用以对一加工件20的加工面22进行除痕作业，以去除加工件20的加工面22上的应力痕。激光除痕系统10包含一激光源100、一扩束镜200、一光源调整组件300、一扫描振镜400及聚焦透镜500。

激光源100例如为二氧化碳激光产生器，并用以产生截面形状为圆形的一激光束L1(如图2所示)。激光源100的出光频率为20至100千赫兹。其中，激光束L1的波长介于9200至10640纳米，激光束L1的功率为30瓦到150瓦，以及激光束L1的直径约为0.8毫米到1.2毫米。选定此波长范围的激光束L1的原因请容后一并说明。

扩束镜200位于激光束L1的光路上，并用以增大激光束L1的直径。也就是说，经过扩束镜200后的激光束L1'的直径D2大于经过扩束镜200前的激光束L1的直径D1。举例来说，在本实施例中，激光束L1'的直径D2为激光束L1的直径D1的两倍，但并不以此为限。

扩束镜200介于激光源100与光源调整组件300之间，且光源调整组件300位于激光束L1'的光路上。光源调整组件300包含一整形镜310及一光阑320。

整形镜310位于扩束镜200旁，并用以调整激光束L1'的形状。详细来说，截面形状为圆形的激光束L1'经过整形镜310而变成截面形状为椭圆形的一第一整形光束L2(如图3所示)。在本实施例中，将激光束L2的截面形状整形成长条状的椭圆形其目的是为了能够提高加工效率。值得注意的是，本实施例的第一整形光束L2的截面形状是以长条状的椭圆形为例，但并不以此为限，在其他实施例中，第一整形光束L2的截面形状也可以为圆形、椭圆形或矩形。

此外，在本实施例中，第一整形光束L2的截面积约为12平方毫米到20平方毫米。需注意的是，若第一整形光束L2的截面积大于20平方毫米时，需提高激光源100的功率要求。反之，若第一整形光束L2的截面积小于12平方毫米时，又会降低激光除痕系统10的加工效率。

光阑320位于整形镜310远离扩束镜200的一侧。光阑320的尺寸与形状匹配于第一整形光束L2的尺寸与形状。即光阑320的尺寸略小于第一整形光束L2的尺寸，而光阑320的形状实质上等于第一整形光束L2的形状。光阑320用以过滤第一整形光束L2的外缘区域，使第一整形光束L2变成一第二整形光束L3。其中，设置光阑320的目的为滤掉第一整形光束L2强度较弱的外缘区域，使第二整形光束L3中央区域与外围区域的光强度差缩小，藉此能够降低激光束L1对加工件20所产生的热影响。

第一整形光束L2经光阑320后会变成第二整形光束L3再经过聚焦透镜500后变成除痕光束L4，且除痕光束的截面积例如为0.36平方毫米到0.60平方毫米。

扫描振镜400例如为三轴高速扫描振镜，其扫描速度为4000至10000毫米/秒，使得除痕光束的功率密度小于等于每平方厘米12500瓦，且大于等于每平方厘米1040瓦。聚焦透镜500位于第二整形光束L3的光路上，并用以将第二整形光束L3变成一除痕光束L4并导引至加工件20的加工面22上，以去除存在加工面22上的应力痕。

详细来说，请参阅图4，图4为激光的功率密度与作用时间的效果示意图。依据激光的功率密度与作用时间大致上可分为加热(I)、融化(II)、汽化(III)三种效果。其中，在上述实施例中，除痕光束L4的功率密度小于等于每平方厘米12500瓦，且大于等于每平方厘米1040瓦。上述条件对应图4可知，除痕光束L4是以加热(I)的原理对加工件20进行处理，以达到除痕的效果。

此外，请进一步参阅图5，图5为图1的除痕光束的扫描过程示意图。除上述除痕条件外，还可进一步控制扫描振镜400的扫描速度(4000至10000毫米每秒)与激光源100的出光频率(20至100千赫兹)，使除痕光束L4在加工面22上的重叠率介于83％-92％，以进一步提升激光除痕系统10的除痕效果。以除痕光束L3的截面形状为圆形为例，光斑直径重叠率O的定义为其中，d为除痕光束L4的直径，v为扫描振镜的扫描速度，f为激光器的出光频率。

此外，上述的激光除痕系统10亦可搭配一升降机构(未绘示)，以扩大激光除痕系统10的除痕范围。

接下来将以多个不同波长的激光束L1来去除加工件20上的应力痕的状况来比较其除痕效果与除痕效率，并藉以通过这些结果来说明选定上述波长范围的激光束L1的原因。请进一步参阅表1、图6至图10。图6为加工件经波长为9200纳米的激光束扫描的成品示意图。图7为加工件经波长为10200纳米的激光束扫描的成品示意图。图8为加工件经波长为10640纳米的激光束扫描的成品示意图。图9为加工件经波长为532纳米的激光束扫描的成品示意图。图10为加工件经波长为355纳米的激光束扫描的成品示意图。

表1

实施例	图6	图7	图8	图9	图10
						激光束的波长(纳米)	9300	10200	10640	532	355
激光束的功率(瓦)	30～150	30～150	30～150	8	5
						扫描频率(千赫兹)	60	60	60	60	60
扫描速度(毫米/秒)	4000～10000	4000～10000	4000～10000	4000～10000	4000～10000
						加工时间(秒)	30	30	30	200	240

从表1、图6至图10中可知，当激光束L1的波长选定为9300纳米(落于9200至9400纳米之间)或10200纳米(落于10100至10300纳米之间)时，除痕光束L4能够有效的消除应力痕迹但是又不会让加工件20的加工面22过热而产生发亮的现象(如图6与图7所示)。当激光束L1的波长选定为10640纳米时，除痕光束L4对加工件20的加工面22的热影响虽然会稍为增加，但对除痕效果的影响并不大(如图8所示)，故当激光束L1的波长选定为10640纳米时，除痕光束L4仍能有效兼顾除痕效果与除痕效率。当激光束L1的波长选定为532纳米或355纳米(小于9200纳米)时，则激光束L1容易改变加工件20的加工面22的颜色(如图9与图10所示)。也就是说，当激光束L1的波长选定为532纳米或355纳米时，所产生的除痕光束L4并无法达到除痕效果。

再者，从表1中可知，在图6至图8的实施例中，一件加工件的加工时间为30秒，远快于人工羊毛毡擦拭所需耗费的时间85秒。因此，使用本实施例的激光除痕系统10来对加工件20除痕能够提升除痕效率。

此外，因激光除痕系统10为自动化除痕，可大幅缩减人力需求，进而降低除痕成本。

根据上述实施例所公开的激光除痕系统及其除痕方法，通过扩束镜与光源调整组件的调整，使得除痕光束能快速且有效地去除加工件上的应力痕。

此外，控制扫描振镜的扫描速度(4000至10000毫米每秒)与激光源的出光频率(20至100千赫兹)，使除痕光束的重叠率为83％至92％能进一步提升激光除痕系统的除痕效果。

再者，激光源发出的激光束的波长介于9200至10640纳米，以兼顾激光除痕系统消除应力痕的能力与降低激光束对加工件热影响程度。

通过整形镜让第一整形光束的截面积约为12平方毫米到20平方毫米，使得除痕光束的功率密度小于等于每平方厘米12500瓦，且大于等于每平方厘米1040瓦，以进一步提升激光除痕系统的除痕效果。

虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种激光除痕系统，该激光除痕系统包括：

一激光源，该激光源用以产生至少一激光束；

一扩束镜，该扩束镜位于该激光束的光路上，并用以扩大该激光束的直径；以及

一光源调整组件，该光源调整组件位于该激光束的光路上，且该扩束镜介于该激光源与该光源调整组件之间，该光源调整组件用以调整该激光束的形状与尺寸；

其中该激光束经过该扩束镜与该光源调整组件而变成一除痕光束。

2.如权利要求1所述的激光除痕系统，还包括一扫描振镜，该扫描振镜位于该除痕光束的光路上。

3.如权利要求1所述的激光除痕系统，其中该扫描振镜的扫描速度为4000至10000毫米/秒，该扫描振镜的扫描频率为20至100千赫兹。

4.如权利要求1所述的激光除痕系统，其中该光源调整组件还包括一整形镜及一光阑，该整形镜位于该扩束镜旁，并用以调整该激光束的形状，该光阑位于该整形镜远离该扩束镜的一侧，用以过滤该激光束的外缘。

5.如权利要求1所述的激光除痕系统，其中该激光源为二氧化碳激光产生器，该激光束的波长介于9200至10640纳米。

6.如权利要求5所述的激光除痕系统，其中该激光源为二氧化碳激光产生器，该激光束的波长介于9200至9400纳米或10100至10300纳米。

7.如权利要求4所述的激光除痕系统，其中该激光束经过该整形镜而变成一第一整形光束，该第一整形光束的截面积为12至20平方毫米。

8.如权利要求7所述的激光除痕系统，其中该光源调整组件还包括一聚焦镜，该第一整形光束经过该光阑而变成一第二整形光束，该第二整形光束经该聚焦镜而变成该除痕光束。

9.如权利要求1所述的激光除痕系统，其中该除痕光束的大小为0.36至0.6平方毫米。

10.如权利要求1所述的激光除痕系统，其中该除痕光束的功率密度小于等于每平方厘米12500瓦，且大于等于每平方厘米1040瓦。

11.如权利要求1所述的激光除痕系统，其中该除痕光束在一加工面上的重叠率为83％-92％。

12.一种激光除痕系统的除痕方法，该激光除痕系统的除痕方法包括：

提供一激光束；

扩大该激光束的直径；以及

调整该激光束的形状与尺寸，以令该激光束变成一除痕光束。

13.如权利要求12所述的激光除痕系统的除痕方法，其中在调整该激光束的形状与尺寸的步骤，还包括：

调整该激光束的形状，以令该激光束变成一第一整形光束；

过滤该第一整形光束的外缘，以令该第一整形光束变成一第二整形光束；以及

聚焦该第二整形光束，以令该第二整形光束变成该除痕光束。

14.如权利要求12所述的激光除痕系统的除痕方法，其中在调整该激光束的形状与尺寸的步骤后，还包括：

扫描该除痕光束于一加工件。

15.如权利要求12所述的激光除痕系统的除痕方法，其中该激光源为二氧化碳激光产生器，该激光束的波长介于9200至10640纳米。

16.如权利要求15所述的激光除痕系统的除痕方法，其中该激光源为二氧化碳激光产生器，该激光束的波长介于9200至9400纳米或10100至10300纳米。