CN108265286A - 保护装置 - Google Patents

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CN108265286A
CN108265286A CN201710070847.0A CN201710070847A CN108265286A CN 108265286 A CN108265286 A CN 108265286A CN 201710070847 A CN201710070847 A CN 201710070847A CN 108265286 A CN108265286 A CN 108265286A
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郑晖达
郭静男
陈坤坐
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Abstract

本发明公开一种保护装置，包括光学镜组、喷嘴头元件及层板单元。层板单元位于光学镜组与喷嘴头元件之间，层板单元设有一粉尘止挡部，层板单元内部设有一光学通道，光学通道用以提供激光穿过并经由喷嘴头元件穿出。

Description

保护装置
技术领域
本发明涉及一种装置，且特别是涉及一种用于降低喷渣污染镜片的装置的保护装置。
背景技术
激光金属熔覆制作工艺技术(Laser Metal Deposition,LMD)，目前业界预期通过该项技术进行熔覆与修补等制作工艺，其应用特性即适合少量多样的高单价客制化商品。
然而，上述技术中，目前遭遇问题有在加工过程中，容易产生金属熏烟并沿着激光光路通道污染光学镜组。另一问题在于粉末经过气体高速传递，若未融熔披覆，也可能因为碰撞反弹污染光学镜组。
因此，如何改良并能提供一种保护装置来避免上述所遭遇到的问题，是业界所亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保护装置，能保护光学镜组或保护镜，并延长光学镜组或保护镜的使用寿命。
本发明提出一种保护装置，保护装置包括一光学镜组、一喷嘴头元件以及一层板单元。光学镜组用以提供一激光穿透。层板单元位于光学镜组与喷嘴头元件之间，层板单元设有一粉尘止挡部，粉尘止挡部邻近于喷嘴头元件，层板单元内部设有一光学通道，光学通道用以提供激光穿过并经由喷嘴头元件穿出。
基于上述，在本发明的保护装置中，通过在光学镜组与喷嘴头元件之间设置层板单元，通过层板单元的设置而能阻挡加工过程产生的金属熏烟及喷渣。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的保护装置一实施例的示意图；
图2A为图1中层板单元一实施例的示意图；
图2B为图1中层板单元一实施例的示意图；
图2C为图1中层板单元一实施例的示意图；
图3为本发明的保护装置一实施例的示意图；
图4为本发明的层板单元一实施例的示意图；
图5为本发明的层板单元一实施例的示意图；
图6为本发明的层板单元一实施例的示意图；
图7为本发明的层板单元一实施例的示意图；
图8为本发明的保护装置一实施例的示意图。
符号说明
10、20、70 保护装置
110 光学镜组
112 聚焦镜
114 保护镜
120 喷嘴头元件
122 壳体
130、130a、130b 层板单元
130d、130e、130f、130g 层板单元
131 顶部
132 光学通道
132a 光学通道内壁
133 底部
134、134a、134b 粉尘止挡部
134d、134e、134f、134g 粉尘止挡部
140 供粉料管
150 送粉单元
160 吹气通道
170 冷却水路元件
180 磁性元件
192 气体通道
194 冷却水路系统
194a 进水口
194b 出水口
196 冷却水供给单元
198 气体供给单元
θ1、θ2 夹角
R1 激光
R2 粉末流场
X 中心轴
W 工件
具体实施方式
以下谨结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。
图1为本发明的保护装置一实施例的示意图。请参阅图1。
在本实施例中，保护装置10包括一光学镜组110、一喷嘴头元件120以及一层板单元130。
光学镜组110用以提供一激光R1穿透，换言之，一激光提供单元(未绘示)能提供激光R1并穿透光学镜组110。光学镜组110包含一聚焦镜112与一保护镜114，保护镜114位于聚焦镜112与层板单元130之间。
喷嘴头元件120面对工件W。层板单元130位于光学镜组110与喷嘴头元件120之间，详细而言，层板单元130为一外形轮廓为圆形。层板单元130位于光学镜组110的激光出口端，层板单元130内部设有一光学通道132，光学通道132为层板单元130内设置的孔洞所形成，光学通道132用以提供激光R1穿过，激光R1经由喷嘴头元件120穿出以对工件W进行加工。
层板单元130的材质包含金属层板。层板单元130设有一粉尘止挡部134，粉尘止挡部134邻近于喷嘴头元件120。
在上述的配置之下，通过在光学镜组110与喷嘴头元件120之间设置层板单元130，通过层板单元130的设置而能阻挡加工过程产生的金属熏烟及喷渣，以保护光学镜组110而不受污染，进而能降低光学镜组110被损毁的机率。
此外，本实施例的层板单元130采用金属所制成，除了承受较高的温度而在高温制作工艺下仍能发挥阻挡的作用以外，金属材质制成的层板单元130能重复清洁使用，用于降低制作工艺的成本。
本实施例不限制层板单元130的型态，只要是在光学镜组110与喷嘴头元件120之间设置层板单元130均属本发明的范畴。
详细而言，图2A为图1中层板单元一实施例的示意图。请参阅图1及图2A。
光学通道132的孔径大小能依据层板单元130的置放位置与光束锥度进行设计以达最大遮蔽率。图2A中的层板单元130设有一顶部131，顶部131邻近于光学镜组110，粉尘止挡部134的底部133远离于光学镜组110，该光学通道132的孔径自顶部131至粉尘止挡部134的底部133为一渐缩孔洞，换言之，光学通道内壁132a为呈倒锥状。
在本实施例中，层板单元130设有一中心轴X，中心轴X位于光学通道132的内部，光学通道内壁132a与层板单元130的中心轴X夹设一夹角θ1，该夹角θ1的角度范围介于0度至45度之间。
另外，粉尘止挡部134为一斜锥板，该斜锥板角度θ2的角度范围介于0度至90度之间，举例而言，该斜锥板角度θ2的角度为0度，则为一平板体(如图6及图7所示)，图2A中的粉尘止挡部134的外侧至粉尘止挡部134的内侧为一渐缩结构，如图2B所示，图2B为图1中层板单元一实施例的示意图。层板单元130a中粉尘止挡部134a的外侧至粉尘止挡部134a的内侧为一渐扩结构。斜锥板的斜率为正斜率(如图2A)或负斜率(如图2B)。上述层板单元的粉尘止挡部为一体成形。然而，本发明不以此为限制，如图2C所示，图2C为图1中层板单元一实施例的示意图。层板单元130b中的粉尘止挡部134b为由多个组件组合而成的一负斜率的负锥度架构。
图3为本发明的保护装置一实施例的示意图。请参阅图3。图3的保护装置20与图1的保护装置10相似，其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明，以下仅说明差异处。
图3与图1的不同之处在于，保护装置20还包括供粉料管140与送粉单元150。所述供粉料管140的数目至少为一个，供粉料管140连接于对应的喷嘴头元件120。所述送粉单元150分别耦接于对应的供粉料管140。如图3所示，两供粉料管140前端之间具有一角度，换言之，供粉料管140并非垂直于工件W，而是供粉料管140相对于工件W呈一倾斜配置，然，本实施例不对此角度加以限制，端视实际设备产品而能调整供粉料管的配置态样。送粉单元150用以提供粉体至对应的供粉料管140内，通过供粉料管140所提供的粉体朝工件W的方向落下而形成一粉末流场R2，经激光R1以加热粉末流场R2内的粉体，而被加热后的粉体掉落至工件W或激光R1加热工件W形成融池后，粉体掉落至该融池而达到熔覆效果。
在此配置之下，在上述熔覆制作工艺对粉体加热过程所产生的大量喷溅的熔渣与金属熏烟会被层板单元130所遮挡，以避免喷溅的熔渣与金属熏烟污染到光学镜组110，进而能降低光学镜组110被损毁的机率，也能降低整体熔覆制作工艺的成本。
需说明的是，如图3所示的实施例中，是以熔覆制作工艺作为举例，然本发明的保护装置不限制于此，本发明的保护装置还可应用在如切割制作工艺或焊接制作工艺。
图4为本发明的层板单元一实施例的示意图。请参阅图4。图4的层板单元130d与图3的层板单元130相似，其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明，以下仅说明差异处。
图4与图3的不同之处在于，层板单元130d还包括一吹气通道160，吹气通道160设于层板单元130d内，换言之，即将图1或图3中的层板单元130换成图4的层板单元130d，本实施例的层板单元130d也可视实际情况而可选择如图2A、图2B与图2C层板单元的配置方式。
吹气通道160贯穿于层板单元130d的内部，从层板单元130d外侧边缘开槽。
在此配置之下，本实施例得以通过吹气通道160，使得吹气通道160得以朝喷嘴头元件120(参阅图3)的方向提供气流，使飘进喷嘴头元件120内的粉尘形成紊流，进而更容易让粉尘附着至层板单元130d的粉尘止挡部134d，并能通过粉尘止挡部134d的斜锥板结构，让粉尘能自粉尘止挡部134d的边缘落下，而不会从光学通道132中流入，以达到遮挡粉尘的目的。
图5为本发明的层板单元一实施例的示意图。请参阅图5。图5的层板单元130e与图4的层板单元130d相似，其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明，以下仅说明差异处。
图5与图4的不同之处在于，层板单元130e还包括一冷却水路元件170，冷却水路元件170设于层板单元130e内，换言之，即将图1或图3中的层板单元130换成图5的层板单元130e，而图5中的粉尘止挡部134e与前述图4粉尘止挡部134d的结构与功能类似，在此不重复赘述。本实施例的层板单元130e也可视实际情况而可选择如图2A、图2B与图2C层板单元的配置方式。
在此配置之下，除了前述吹气通道160的功效以外，本实施例得以通过冷却水路元件170提供冷却水来对层板单元130e降温，用于避免层板单元130e温度过高，进而有效延长层板单元130e的使用寿命。
图6为本发明的层板单元一实施例的示意图。请参阅图6。图6的层板单元130f与图5的层板单元130e相似，其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明，以下仅说明差异处。
图6与图5的不同之处在于，层板单元130f中粉尘止挡部134f为一平板体，而图1或图3中的层板单元130可换成图6的层板单元130f。
在此配置之下，除了前述吹气通道160与的冷却水路元件170功效以外，本实施例得以通过粉尘止挡部134f的平板体结构来有效阻挡对粉体加热过程所产生的大量喷溅的熔渣与金属熏烟。
图7为本发明的层板单元一实施例的示意图。请参阅图7。图7的层板单元130g与图6的层板单元130f相似，其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明，以下仅说明差异处。
图7与图6的不同之处在于，层板单元130g还包括一磁性元件180。磁性元件180设于层板单元130g内，而图1或图3中的层板单元130可换成图7的层板单元130g。
在本实施例中，磁性元件180例如为磁铁、电磁铁或感应磁铁或其他具有能以磁力吸附的元件。在进一步实施例中，磁性元件180包含一磁力阻绝材料。此外，磁性元件180例如邻近于粉尘止挡部134g。
在此配置之下，除了前述吹气通道160与冷却水路元件170功效以外，本实施例得以通过粉尘止挡部134g的平板体结构来有效阻挡对粉体加热过程所产生的大量喷溅的熔渣与金属熏烟，进一步地，由于粉体为金属粉粒，还能通过磁性元件180的吸附而使得金属粉粒容易附着在层板单元130g的粉尘止挡部134g上，而不会让金属粉粒流入至光学通道132，进而能降低污染光学镜组110的机率。
图8为本发明的保护装置一实施例的示意图。请参阅图8。图8的保护装置70与图3的保护装置20相似，其中相同的元件以相同的标号表示且具有相同的功效而不再重复说明，以下仅说明差异处。
图8与图3的不同之处在于，保护装置70还包括一壳体122、一气体通道192、一冷却水路系统194、一冷却水供给单元196以及一气体供给单元198。
壳体122例如为一圆柱体，壳体122一端连接于喷嘴头元件120，其中光学镜组110与层板单元130分别位于壳体122内，喷嘴头元件120位于壳体122外，供粉料管140连接于喷嘴头元件120。
在本实施例中，层板单元130可视实际情况而可选择如图2A、图2B与图2C层板单元的配置方式，或者层板单元130也可视情况而可配置如图4的吹气通道160、图5的冷却水路元件170、图6设计成平板体的粉尘止挡部134f或图7的磁性元件180。
气体通道192连通于壳体122内，气体供给单元198连通于气体通道192。如此一来，气体供给单元198能提供气体(如保护气体)经由气体通道192，而使气体进入壳体122内，以保护光学镜组110。此外，当层板单元130配置如图4的吹气通道160时，气体供给单元198也可提供气体至吹气通道160，当然，在一实施例中，如图4的吹气通道160也可通过另一气体供给单元来提供，本发明不对此加以限制。
冷却水路系统194设于壳体122，冷却水供给单元196连通于冷却水路系统194。举例而言，冷却水路系统194中的一进水口194a配置于壳体122的一侧，冷却水路系统194中的一出水口194b配置于壳体122的另一侧，如此一来，冷却水供给单元196提供冷却水经由进水口194a而进入壳体122内，冷却水能经由出水口194流回至冷却水供给单元196，以形成一水路循环系统。此外，当层板单元130配置如图5的冷却水路元件170时，冷却水供给单元196也可提供冷却水至冷却水路元件170，当然，在一实施例中，如图5的冷却水路元件170也可通过另一冷却水供给单元来提供，本发明不对此加以限制。
综上所述，在本发明的保护装置中，通过在光学镜组与喷嘴头元件之间设置层板单元，通过层板单元的设置以形成一过滤板的功能，故通过层板单元能阻挡加工过程(如熔覆制作工艺)产生的金属熏烟及大量喷溅的喷渣，以保护光学镜组而不受污染，进而能降低光学镜组被损毁的机率，也能降低整体制作工艺(如熔覆、切割或焊接等制作工艺)的成本。
再者，本实施例的光学通道的孔径大小能依据层板单元的置放位置与光束锥度进行设计以达最大遮蔽率。
进一步地，层板单元的粉尘止挡部设计成一斜锥板，使得粉尘能自粉尘止挡部的边缘落下，而不会从光学通道中流入，以提升遮挡粉尘的目的。
此外，本实施例的层板单元采用金属所制成，除了承受较高的温度而在高温制作工艺下仍能发挥阻挡的作用以外，金属材质制成的层板单元能重复清洁使用，用于降低制作工艺的成本。
进一步地，本实施例的层板单元内还可配置吹气通道，使得吹气通道得以朝喷嘴头元件的方向提供气流，使飘进喷嘴头元件内的粉尘形成紊流，进而更容易让粉尘附着至层板单元的粉尘止挡部，而不会从光学通道中流入，以达到遮挡粉尘的目的。
进一步地，本实施例的层板单元内还可配置冷却水路元件，通过冷却水路元件提供冷却水来对层板单元降温，用于避免层板单元温度过高，进而有效延长层板单元的使用寿命。
进一步地，由于粉体为金属粉粒，本实施例的层板单元内还可配置磁性元件，通过磁性元件的吸附而使得金属粉粒容易附着在层板单元上，而不会让金属粉粒流入至激光光路通道，进而能降低污染光学镜组的机率。
在一应用例中，可将保护装置中的光学镜组与层板单元分别配置于壳体内，喷嘴头元件位于壳体外，供粉料管连接于喷嘴头元件。如此一来，送粉单元提供粉体至对应的供粉料管内，通过供粉料管所提供的粉体朝工件的方向落下，并经激光加热以达到熔覆效果。在上述熔覆制作工艺中层板单元能遮挡对粉体加热过程所产生的大量喷溅的熔渣与金属熏烟，以避免喷溅的熔渣与金属熏烟污染到光学镜组，进而能降低光学镜组被损毁的机率，也能降低整体熔覆制作工艺的成本。此外，在此应用例中，还可配置气体通道来提供保护气体以保护光学镜组，或者还可配置冷却水路系统来降低整体装置温度。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (19)

1.一种保护装置，包括：
光学镜组，用以提供一激光穿透；
喷嘴头元件；以及
层板单元，位于该光学镜组与该喷嘴头元件之间，该层板单元设有粉尘止挡部，该粉尘止挡部邻近于该喷嘴头元件，该层板单元内部设有光学通道，该光学通道用以提供该激光穿过并经由该喷嘴头元件穿出。
2.如权利要求1所述的保护装置，其中该层板单元设有一中心轴，该中心轴位于该光学通道的内部，该光学通道内壁与该层板单元的中心轴夹设一夹角，该夹角的角度范围介于0度至45度之间。
3.如权利要求1所述的保护装置，其中该层板单元设有一顶部，该顶部邻近于该光学镜组，该粉尘止挡部的底部远离于该光学镜组，该光学通道的孔径自该顶部至该粉尘止挡部的底部为一渐缩孔洞。
4.如权利要求1所述的保护装置，其中该光学通道为呈倒锥状。
5.如权利要求1所述的保护装置，其中该粉尘止挡部的外侧至该粉尘止挡部的内侧为一渐扩结构或一渐缩结构。
6.如权利要求1所述的保护装置，其中该粉尘止挡部为一斜锥板，该斜锥板的斜率为正斜率或负斜率。
7.如权利要求6所述的保护装置，其中该斜锥板角度的角度范围介于0度至90度之间。
8.如权利要求1所述的保护装置，其中该粉尘止挡部为一平板体。
9.如权利要求1所述的保护装置，其中该粉尘止挡部为一体成形或多个组件组合而成。
10.如权利要求1所述的保护装置，其中该层板单元位于该光学镜组的激光出口端。
11.如权利要求1所述的保护装置，其中该层板单元的材质包含金属。
12.如权利要求1所述的保护装置，还包括：
冷却水路元件，设于该层板单元内。
13.如权利要求1所述的保护装置，还包括：
吹气通道，设于该层板单元内。
14.如权利要求1所述的保护装置，还包括：
磁性元件，设于该层板单元内。
15.如权利要求14所述的保护装置，其中该磁性元件为磁铁、电磁铁或感应磁铁。
16.如权利要求1所述的保护装置，还包括：
供粉料管，连接于该喷嘴头元件；以及
送粉单元，耦接于该供粉料管。
17.如权利要求1所述的保护装置，还包括：
壳体，其一端连接于该喷嘴头元件，其中该光学镜组与该层板单元分别位于该壳体内，该喷嘴头元件位于该壳体外。
18.如权利要求17所述的保护装置，还包括：
冷却水路系统，设于该壳体；以及
冷却水供给单元，连通于该冷却水路系统。
19.如权利要求17所述的保护装置，还包括：
气体通道，连通于该壳体内；以及
气体供给单元，连通于该气体通道。
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