CN112038875A - 具有同步光路延迟的激光装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有同步光路延迟的激光装置，包含一激光光程调整单元搭配一龙门机台，该龙门机台带动一加工头在二维或三维方向移动形成一加工头总移动距离，该激光光程调整单元随着该加工头总移动距离同步调节一激光光束传播到该加工头的传播距离，以使从该加工输出的激光光束的一焦点大小维持不变，并保持在一平面上。

Description

具有同步光路延迟的激光装置
技术领域
本发明有关于激光领域，尤其关于一种具有激光光程调整的激光装置。
背景技术
传统激光加工机例如龙门激光机台等，利用移动机构例如龙门机构带动一激光加工头在二维方向移动并对准激光加工头下方固定不动的加工件进行激光加工。但是这种现有技术在激光加工头移动时会造成激光光束从激光源到激光加工头之间传播距离变动，使得从激光加工头射出的激光光束的焦点无法维持聚焦在加工件表面，或者作用到加工件表面的激光光束的光斑大小不一致，进而造成加工效果不同。
另外一种现有激光加工机将激光加工头设置在一固定高度对准下方的加工平台上的加工件表面，驱动该加工平台在激光加工头下方以二维方向移动，激光加工头不动的方式维持激光光束具焦在加工件表面的焦点。然而这种现有技术的机台大占空间，不利于小空间的加工需求。
因此如何提供可配合现有龙门式激光加工机，且具有稳定一致的激光光束对加工件加工即为本案的发明人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在者。
发明内容
本发明的一目的，提供一种具有同步调整光程之光路延迟的激光装置，具有一激光光程调整单元随着一加工头移动距离同步调节一激光光束传播到该加工头的传播距离，使加工头移动时维持激光光源到达该加工头后发射到之加工平面之聚焦条件。
本发明另一目的，提供一种具有同步调整光程之光路延迟的激光装置，将系统分为两部分设置，包含放置龙门机台的一第一基座及放置具有激光光源的激光光程调整单元之一第二基座，且该第二基座所配备之激光可以依不同加工材料以及加工需求配备不同激光源，以满足多元激光加工的客制化需求。
本发明另一目的，提供一种具有同步调整光程之光路延迟的激光装置，该龙门机台及该激光光程调整单元共同设置在一基座上，以符合小空间或空间受限制的需求。
为达成上述的目的，本发明提供一种具有同步光程延迟的激光装置，包含:一龙门机台，具有一第一方向移动模块及一第二方向移动模块可以移动的连接该第一方向移动模块，该第二方向移动模块设有一移动端反射元件，该移动端反射元件对应一加工头，该加工头随着该第一方向移动模块及该第二方向移动模块移动；一激光光源端反射元件组，对应该移动端反射元件；一激光光程调整单元，具有一激光光源及一光程调整模块，该光程调整模块对应该激光光源端反射元件组，该激光光源发射一激光光束经由该光程调整模块及该激光光源端反射元件组反射通过该移动端反射元件至该加工头，该光程调整模块具有一导引元件及一复归反射元件组，该复归反射元件组与该加工头同步移动并在该导引元件上往复移动一调节距离配合该加工头的移动。
前述第一方向移动模块是X方向移动模块，该第二方向移动模块是Y方向移动模块。
前述加工头具有一第三方向移动模块，该第三方向移动模块活动地连接该第二方向移动模块，其中该第三方向移动模块是Z方向移动模块。
前述加工头具有一激光光束输入端及至少一激光光束输出端及一切换元件。该至少一激光光束输出端包括一第一激光光束输出端及一第二激光光束输出端。
前述激光光源端反射元件组包括一第一反射元件、一第二反射元件及一第三反射元件，该第一反射元件对应该激光光源及该第二反射元件，该第二反射元件及该第三反射元件对应该该复归反射元件组，且该第三反射元件对应该移动端反射元件。
前述复归反射元件组及该第一反射元件、该第二反射元件及该第三反射元件是反射镜。
前述龙门机台及该激光光程调整单元连接一控制单元。
前述加工头经由该第一方向移动模块及该第二方向移动模块的移动形成一加工头总移动距离，该光程调整单元的调节距离是该加工头总移动距离的一半。
前述加工头经由该第一方向移动模块及该第二方向移动模块及该第三方向移动模块的移动形成一加工头总移动距离，该光程调整单元的调节距离是该加工头总移动距离的一半。
附图说明
下列图式的目的在于使本发明能更容易被理解，于本文中会详加描述该些图式，并使其构成具体实施例的一部份。通过本文中的具体实施例并参考相对应的图式，使得便于详细解说本发明的具体实施例，并用以阐述发明的作用原理。
图1是表示本案龙门机台及激光光程调整单元可分离设置的示意图；
图2是图1的侧视示意图；
图3是本案连接一控制单元的示意图；
图4A至图4E是本案启动时各种位置变化俯视示意图；
图5是本案的加工头移动时激光光束聚焦在一物体表面上的示意图；
图6A及图6B是另一实施的位置变化示意图。
附图标记列表：10-龙门机台；11-第一方向移动模块；12-第二方向移动模块；15-第三方向移动模块；123-门柱；13-加工头；131-激光光束输入端；132-第一激光光束输出端；133-第二激光光束输出端；134-切换元件；14-移动端反射元件；16-视觉模块；20-激光光程调整单元；21-激光光源；22-光程调整模块；221-导引元件；222-光程调整单元；2221、2222-复归反射元件；23-激光光源端反射元件组；231-第一反射元件；232-第二反射元件；233-第三反射元件；30-控制单元；31、31a-加工件；311a-凸块；41-第一基座；42-第二基座。
具体实施方式
本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式的较佳实施例予以说明。
图1是表示本案龙门机台及激光光程调整单元可分离设置的示意图。如图1所示的激光装置包括一龙门机台10及一激光光程调整单元20，该龙门机台10及该激光光程调整单元20是个别独立的单元可以分开设置，其中该龙门机台10设置在一第一基座41上，该激光光程调整单元20及其一激光光源21设置在一第二基座42上。因此，当面对不同加工材料以及加工需求时可能需要不同激光光源，可以改变第二基座42的尺寸大小以配和不同激光光源体积大小，并且方便更换不同激光光源21。但不限于此，考虑到加工场所的空间限制，该龙门机台10及该激光光程调整单元20共同设置在一基座上。前述第一基座41、第二基座42例如为固定式或可移动式或两者兼具的基座。
前述龙门机台10具有一第一方向移动模块11及一第二方向移动模块12可以移动的连接该第一方向移动模块11，该第二方向移动模块12具有一移动端反射元件14，一第三方向移动模块15活动地连接该第二方向移动模块12且设有一加工头13，在这样的实施，该加工头13可以选择在二维方向(例如X-Y方向)或者三维方向(例如X-Y-Z方向)移动。在另一实施，该第三方向移动模块15可以省略以符合简单加工或减少成本需求，该加工头13经由滑块活动的连接该第二方向模块12，在这样的实施，该加工头13可以在二维方向(例如X-Y方向)移动。
前述第一方向移动模块11例如为X方向移动模块，该第二方向移动模块12例如为Y方向移动模块被两门柱123支撑地连结该第一方向移动模块11，该第三方向移动模块15例如为Z方向移动模块。在本实施该第一、二、三方向移动模块11、12及15例如为线性滑轨与滑块及驱动马达。
在本实施该移动端反射元件14对应该第三方向移动模块15的加工头13，该加工头13在Z方向以一高度距离对准其下方的一加工件31。在一些实施，该加工头13通过该第三方向移动模块15调整Z方向高度。再者，该加工头13具有一激光光束输入端131例如为反射镜及至少一激光光束输出端及一切换元件134例如为反射镜，在本图式中表示该加工头13包括一第一激光光束输出端132及一第二激光光束输出端133，但是不限于此，可以根据加工需求设置更多激光光束输出端。在本实施该第一激光光束输出端132例如为聚焦镜构成，该第二激光光束输出端133例如为振镜构成。因此，经过激光光束输入端131的激光光束通过切换元件134选择从第一激光光束输出端132或第二激光光束输出端133输出。
另外，一视觉模块16经由一滑块活动的连接该第二方向移动模块12，该视觉模块16包括一显微镜及光源，用以视觉显示加工件31表面。
当该龙门机台10移动时，该第二方向移动模块12的两门柱123在该第一方向移动模块11上进行X方向移动，该第三方向移动模块15带着该加工头13沿着该第二方向移动模块进行Y方向移动。另外，该加工头13经由该第三方向移动模块15维持Z方向高度或者带动调整Z方向高度。如此，该加工头13通过该第一方向移动模块11及该第二方向移动模块12带动进而移动一加工头总移动距离，或者加工头13通过该第一方向移动模块11及该第二方向移动模块12及该第三方向移动模块15带动进而移动一加工头总移动距离。
该激光光程调整单元20具有一激光光源21及一光程调整模块22及一激光光源端反射元件组23，该激光光源21用以发射一激光光束，该激光光源端反射元件组23包括一第一反射元件231、一第二反射元件232及一第三反射元件233，该光程调整模块22具有一导引元件221(例如为线性导轨及滑块)及一复归反射元件组2221、2222，该归反射元件组2221、2222组通过滑块在该导引元件221上往复的线性移动。
前述第一反射元件231对应该激光光源21及该第二反射元件232，该第二反射元件232及该第三反射元件233分别对应该复归反射元件组2221、2222，且该第三反射元件233对应该移动端反射元件14以构成该激光光束从该激光光源21到该加工头13的第一激光光束输出端132或第二激光光束输出端133的总光程(Optical Path Length,OPL)。
因此，当激光光束发射后从该第一反射元件231到该第二反射元件232，然后从该第二反射元件232到该复归反射元件组2221及2222，然后从该复归反射元件组2221及2222到该第三反射元件233，然后从该第三反射元件233到该移动端反射元件14，然后从该移动端反射元件14到该加工头13的激光光束输入端131最后选择从该加工头13的第一激光光束输出端132或第二激光光束输出端133输出。
另外，该复归反射元件组2221及2222随着该加工头13的移动同步在该导引元件221上往复移动一调节距离配合该加工头13移动距离以使从该激光光源21传播到加工头13的第一激光光束输出端132或第二激光光束输出端133的激光光束维持固定的传播距离，进而防止加工头13因为移动产生的光程距离变化造成激光光束传播距离不够。
要说明的是，因为激光光束从该第二反射元件232到该复归反射元件组2221及2222，然后从该复归反射元件组2221及2222到该第三反射元件233形成两平行路径，也就是激光光束在该光程调整模块22上形成双重路径，所以该光程调整单元222的调节距离是该加工头总移动距离的一半，例如当该加工头总移动距离为L，该调节距离为1/2L。该激光光束的总光程则为该加工头总移动距离L加上该调节距离1/2L的总和。
请继续参考图2所示，在本实施该移动端反射元件14及该激光光源端反射元件组23的第三反射元件233与龙门机台10的X方向平行使该激光光束有适当的传播路径输出至该龙门机台10的加工头13。该等复归反射元件2221、2222及该第一反射元件231、该第二反射元件232及该第三反射元件233例如但不限制反射镜。在其他一些实施，该激光光程调整单元20设置在该龙门机台10的第一基座41下方或者上方，通过该激光光源端反射元件组23分别对应该激光光源21及该移动端反射元件14进而构成激光光束的传播路径。
请继续参考图3所示，在一具体实施，该龙门机台10及该激光光程调整单元20连接一控制单元30，通过该控制单元30控制该龙门机台10的加工头13及该激光光程调整单元20的复归反射元件组2221及2222同步移动及该激光光源21发射激光光束。更详细的说，该控制单元30控制该加工头31的加工头总移动距离并根据该加工头总移动距离控制该复归反射元件组2221及2222的调节距离，令该龙门机台10及该激光光程调整单元20同步启动。
以下举例讲解该龙门机台10及该激光光程调整单元20如何同步启动，并列举该加工头13与该工作件31的其中几个相对位置作为讲解，为了方便理解，以下实施以激光光束从该加工头13的第一激光光束出射端132作为表示，以下这些列举的尺寸、座标及相对位置不局限本创作的权利主张。
如图4A至图4E是本案启动时各种位置变化俯视示意图。如这些图所示及参考图1，加工件31例如为长200mm，宽200mm。该光程调整模块22的线性移动长度为200mm。当加工头13在起始位置也就是在加工件31的左上角亦即X＝0，Y＝0，Z＝0(表示加工头13维持在一Z方向高度，以下皆同)，表示该加工头移动距离为0，该光程调整模块22的复归反射元件组2221及2222在该导引元件221的最右侧，表示该调节距离为0(如图4A)。
另外，当该加工头13往右移动到加工件31的右上角时也就是X＝0,Y＝200mm,Z＝0，表示该加工头总移动距离为200mm，该复归反射元件组2221及2222的调节距离往左移动100mm到导引元件221的中间位置(如图4B)。
另外，当该加工头13从起始位置(X＝0，Y＝0，Z＝0)移动到该加工件31的中央位置也就是X＝100mm，Y＝100mm，Z＝0，表示该加工头总移动距离为200mm，该复归反射元件组2221及2222的调节距离从导引元件221的最右侧往左移动100mm到导引元件221的中间位置(如图4C)。
另外，当该加工头13从起始位置(X＝0，Y＝0，Z＝0)移动到该加工件31的左下角位置也就是X＝200mm,Y＝0，Z＝0，表示该加工头总移动距离为200mm，该复归反射元件组2221及2222的调节距离从导引元件221的最右侧往左移动100mm到导引元件221的中间位置(如图4D)。
另外，当该加工头13从起始位置(X＝0，Y＝0，Z＝0)移动到该加工件31的右下角位置也就是X＝200mm,Y＝200mm，Z＝0，表示该加工头移动总距离为400mm，该复归反射元件组2221及2222的调节距离从导引元件221的最右侧往左移动200mm到导引元件221的最左边位置(如图4E)。
如图5是前述实施的加工头13移动时激光光束聚焦在一物体表面上的示意图。在该加工头13移动时通过该光程调整单元222的调节距离以维持从该激光光源21发射到该加工头13的激光光束的传播距离。因此不论加工头13移动到工作件31的任何位置，通过该加工头13的第一激光光束输出端132输出的激光光束的焦点能维持聚焦在该工作件31的表面，进而使加工的切缝一致，并有利于精密加工。
如图6A及图6B，在其他实施，一加工件31a的表面具有一凸块311a凸出该表面，使加工件形成高表面及低表面，例如但不限制该高表面比该低表面略高20mm，当该加工头13往右移动到加工件31的右上角过程中遇到该高表面，便通过该第三方向移动模块15调整该加工头13的Z方向高度距离往上提升20mm，也就是X＝0,Y＝200mm,Z＝20mm，因此该加工头总移动距离为220mm，该复归反射元件组2221及2222的调节距离往左移动110mm到导引元件221的中间偏左位置。
以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能限定本发明实施之范围。即凡依本发明申请范围所作之均等变化与修饰等，皆应仍属本发明之专利涵盖范围。

Claims (10)

1.一种具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，包含:
一龙门机台，具有一第一方向移动模块及一第二方向移动模块可以移动的连接该第一方向移动模块，该第二方向移动模块设有一移动端反射元件，该移动端反射元件对应一加工头，该加工头随着该第一方向移动模块及该第二方向移动模块移动；
一激光光源端反射元件组，对应该移动端反射元件；
一激光光程调整单元，具有一激光光源及一光程调整模块，该光程调整模块对应该激光光源端反射元件组，该激光光源发射一激光光束经由该光程调整模块及该激光光源端反射元件组反射通过该移动端反射元件至该加工头，该光程调整模块具有一导引元件及一复归反射元件组，该复归反射元件组与该加工头同步移动并在该导引元件上往复移动一调节距离配合该加工头的移动。
2.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该第一方向移动模块是X方向移动模块，该第二方向移动模块是Y方向移动模块。
3.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该加工头具有一第三方向移动模块，该第三方向移动模块活动地连接该第二方向移动模块，其中该第三方向移动模块是Z方向移动模块。
4.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该加工头具有一激光光束输入端及至少一激光光束输出端及一切换元件，该至少一激光光束输出端包括一第一激光光束输出端及一第二激光光束输出端。
5.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该第二方向移动模块设有一视觉模块。
6.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该激光光源端反射元件组包括一第一反射元件、一第二反射元件及一第三反射元件，该第一反射元件对应该激光光源及该第二反射元件，该第二反射元件及该第三反射元件对应该该复归反射元件组，且该第三反射元件对应该移动端反射元件。
7.根据权利要求4所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该复归反射元件组及该第一反射元件、该第二反射元件及该第三反射元件是反射镜。
8.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该龙门机台及该激光光程调整单元连接一控制单元。
9.根据权利要求1所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该加工头经由该第一方向移动模块及该第二方向移动模块的移动形成一加工头总移动距离，该光程调整单元的调节距离是该加工头总移动距离的一半。
10.根据权利要求3所述的具有同步光路延迟的激光装置，其特征在于，该加工头经由该第一方向移动模块及该第二方向移动模块及该第三方向移动模块的移动形成一加工头总移动距离，该光程调整单元的调节距离是该加工头总移动距离的一半。
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