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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Entfernen
eines Grats, welcher sich entwickelt, wenn eine Schneidbearbeitung
an einem Werkstück
durchgeführt
wird. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Technik
zum Entfernen eines Grats, welcher sich an einer Verbindung zwischen
einem ersten Loch und einem zweiten Loch entwickelt, welche innerhalb
des Werkstücks
relativ zueinander winklig stehen.
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Teile,
wie eine Öldruckpumpe
und eine Kraftstoffpumpe, weisen komplizierte kleine Löcher (eines Durchmessers
von etwa 1 bis 10 mm) auf, um Öl
und Kraftstoff zuzuführen.
Die meisten dieser Teile weisen eine Verbindung zwischen Löchern auf,
welche relativ zueinander winklig sind, und bereiten gelegentlich
Schwierigkeiten.
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Die
erste Schwierigkeit wird beschrieben. Ein Grat wird an jeder Verbindung
zwischen Löchern entwickelt,
welche hauptsächlich
durch einen Schneidvorgang hergestellt werden. Der Grat behindert
nicht nur Öl-
und Kraftstoffzufuhr, sondern weist auch das Risiko auf, die Funktion
des Produkts zu stoppen, wenn der Grat heraustritt und ein Ventil
oder dergleichen blockiert.
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Deshalb
wird der Grat durch eine Bürste
poliert oder wird durch eine elektrolytische Gratentfernungseinrichtung
entfernt. In einem Fall, in welchem der Grat durch die Bürste poliert
wird, bleibt der Grat möglicherweise
innerhalb des Lochs zurück,
wenn der Grat auf eine Oberfläche
des Lochs fällt.
Auch in dem Fall der elektrolytischen Entfernung ist eine Ausstattung
kostspielig und verschiedenste Arten von Elektroden müssen entsprechend
den Bedingungen hergestellt werden. Wenn die Elektroden verschlissen
sind und ersetzt werden müssen,
ist die Reproduktion der Elektroden kostenintensiv. Deshalb sind auch
die hohen Reproduktionskosten ein Nachteil. In letzter Zeit wurde
es infolge von Umweltschutzaspekten schwierig, flüssige Abfall-Elektrolyte
zu behandeln. Deshalb ist ein Gratentfernungsverfahren erforderlich,
welches hoch zuverlässig
und kostengünstig ist,
sowie geringe Umweltbeeinträchtigung
aufweist.
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Eine
zweite Schwierigkeit wird beschrieben. In letzter Zeit wird der
Druck innerhalb der Teile, wie einer Pumpe, stetig erhöht. Eine
Kante einer Verbindung zwischen den Löchern muss deshalb abgerundet
werden, um Spannung zu senken. Es ist einfach, einen Bearbeitungsbetrieb
der Löcher
auszuführen, wenn
die Kante zum Äußeren hin
freiliegt. Jedoch ist es schwierig, eine Bearbeitung innerhalb eines
kleinen und langen Lochs eines Pumpenteils und dergleichen zu bearbeiten.
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Als
eine Gegenmaßnahme
für die
vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten ist ein Gratentfernungsverfahren
durch einen Laserstrahl in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 2000-317660 offenbart, wobei das Gratentfernungsverfahren keinerlei
Elektroden erfordert, und dennoch schnelle Entfernung durchführt.
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In Übereinstimmung
mit der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung Nr. 2000-317660
wird beschrieben, dass ein Grat an der Verbindung zwischen zwei
Löchern
möglichenfalls
entfernt werden kann. Jedoch offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 2000-317660 kein spezifisches Verfahren zum Entfernen eines
Grats innerhalb eines Lochs. In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 2000-317660 bestrahlt ein Laser mit einem Galvanometer-Abtastgerät (Scanner)
ein Werkstück
mit einem Laserstrahl von außen, während ein
gelenkiger Roboter das Werkstück
hält. Dieses
Verfahren weist jedoch eine Schwierigkeit hinsichtlich des Entfernens
des Grats innerhalb des Lochs auf, obwohl das Verfahren effektiv
den zur Außenseite
freiliegenden Grat entfernt. Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 2000-317660 beschreibt auch ein Verfahren zum Entfernen des Grats
unter Verwendung einer optischen Faser, welche durch den gelenkigen
Roboter gehalten wird. Jedoch ist es schwierig, eine feine optische
Faser an einer Verbindung von Löchern
genau zu positionieren. Wenn ein Anwendungsbereich der Gratentfernung innerhalb
eines Lochs in Übereinstimmung
mit der Beschreibung in der vorstehend beschriebenen japanischen
ungeprüften
Patentveröffentlichung
eingeschätzt
wird, kann das Verfahren in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 2000-317660 auf ein großes
Loch mit einem Durchmesser von einigen zehn Millimetern angewandt
werden. Es ist somit schwierig, den Grat innerhalb eines kleinen Lochs,
welches einen Durchmesser von wenigen Millimetern aufweist, zu entfernen.
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Die
vorliegende Erfindung wendet sich gegen die vorstehend beschriebenen
Nachteile. Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Einrichtung zum wirksamen Entfernen eines
Grats, welcher an einer Verbindung von Löchern innerhalb eines Werkstücks entwickelt
wird, durch einen Strahl hoher Energiedichte bereitzustellen.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ein Verfahren zum
Entfernen eines Grats vorgesehen, welcher an einer Verbindung zwischen einem
ersten Loch und einem zweiten Loch ausgebildet wird, welche relativ
zueinander innerhalb eines Werkstücks winklig zueinander stehen.
Gemäß dem Verfahren
wird ein Strahl hoher Energiedichte erzeugt. Der Strahl hoher Energiedichte
wird durch eine Sammellinse gesammelt, welche außerhalb der ersten und zweiten
Löcher
des Werkstücks
angeordnet sind. Der gesammelte Strahl hoher Energiedichte wird
zu dem Grat durch zumindest einen Reflexionsspiegel reflektiert,
welcher in einem der ersten und zweiten Löcher angeordnet ist.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist auch eine
Gratentfernungseinrichtung zum Entfernen eines Grats vorgesehen,
welche an einer Verbindung zwischen einem ersten Loch und einem
zweiten Loch ausgebildet ist, welche relativ zueinander innerhalb
eines Werkstücks
zueinander abgewinkelt sind. Die Gratentfernungseinrichtung enthält einen
Generator für
hoch energiedichte Strahlen, ein rohrförmiges Gehäuse, eine Sammellinse und zumindest
einen Reflexionsspiegel. Der Generator für hoch energiedichte Strahlen
erzeugt einen Strahl hoher Energiedichte. Das rohrförmige Gehäuse ist
während
des Betriebs in einem der ersten und zweiten Löcher angeordnet. Die Sammellinse
ist außerhalb
des Werkstücks
zum Sammeln des Strahls hoher Energiedichte angeordnet, welcher durch
den Generator für
hoch energiedichte Strahlen erzeugt wird. Der zumindest eine Reflexionsspiegel ist
innerhalb des rohrförmigen
Gehäuses
zum Reflektieren des durch die Sammellinse gesammelten Strahls hoher
Energiedichte zu dem Grat angeordnet.
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Die
Erfindung wird zusammen mit zusätzlichen
Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben am besten aus der nachfolgenden
Beschreibung, den anliegenden Ansprüchen und begleitenden Zeichnungen
verstanden werden, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht einer Gratentfernungseinrichtung zur Entfernung
eines Grats durch einen Strahl hoher Energiedichte in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Werkstücks
ist;
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3 eine
Ansicht der Gratentfernungseinrichtung ist;
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4 eine
Ansicht eines Hauptteils der Gratentfernungseinrichtung ist;
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5A und 5B Querschnittsansichten eines
durch einen Laserstrahl bestrahlten Punkts sind;
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6A und 6B Querschnittsansichten des
durch einen Laserstrahl bestrahlten Punkts sind;
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7 eine
Querschnittsansicht der Gratentfernungseinrichtung und des Werkstücks sind,
wenn zwangsweises Absaugen angewandt wird;
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8 eine
Querschnittsansicht der Gratentfernungseinrichtung und des Werkstücks ist,
wenn kein zwangsweises Saugen angewandt wird;
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9A und 9B Querschnittsansichten von
einstellbaren Fokuspunktlinsen sind;
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10 eine
Ansicht eines Hauptteils einer optischen Einheit ist;
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11 eine
Ansicht eines Hauptteils einer optischen Einheit ist;
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12 eine
schematische Ansicht einer Gratentfernungseinrichtung mit einem
Strahl hoher Energiedichte in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
ist;
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13 eine
schematische Ansicht einer Gratentfernungseinrichtung mit einem
Strahl hoher Energiedichte in Übereinstimmung
mit der zweiten Ausführungsform
ist;
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14 eine
Ansicht eines Hauptteils der Gratentfernungseinrichtung ist;
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15 eine
schematische Ansicht ist, welche entlang der Linie XV-XV in 14 genommen ist;
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16 eine
Querschnittsansicht mit einer abgenommenen optischen Einheit ist;
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17 eine
Ansicht eines Hauptteils der Gratentfernungseinrichtung ist;
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18 eine
Ansicht eines Hauptteils der Gratentfernungseinrichtung ist; und
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19 eine
Querschnittsansicht einer abgenommenen optischen Einheit ist.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht, welche eine Gratentfernungseinrichtung 10 zum
Entfernen eines Grats durch einen Strahl Lb mit hoher Energiedichte
in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine
Querschnittsansicht eines Werkstücks
W. 3 ist eine Ansicht der Gratentfernungseinrichtung 10. 4 ist
eine Ansicht eines Hauptteils der Gratentfernungseinrichtung 10.
Ein Laserstrahl wird als der Strahl Lb mit hoher Energiedichte verwendet.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das Werkstück W ein Gehäuseblock
für ein
Fahrzeugteil (z.B. eine Kraftstoffeinspritzpumpe) und ist aus Aluminum
hergestellt. Eine Verbindung zwischen einem Loch 1 und einem
Loch 2, welche zueinander winklig sind, ist innerhalb des
Werkstücks
W ausgebildet. Das Loch 1 ist dahingehend ausgebildet,
sich in Längsrichtung (vertikal)
von einer Oberseite des Werkstücks
aus zu erstrecken, wie in 1 gezeigt
ist, und eine Axiallänge
des Lochs 1 ist vorbestimmt. Das Loch 2 ist dahingehend
ausgebildet, sich seitlich (horizontal) von der Seitenwand des Werkstücks W aus
zu erstrecken, wie in 1 gezeigt ist, und verbindet
sich mit dem Loch 1 (insbesondere dieses im rechten Winkel schneidend).
Ein Durchmesser des Lochs 1 ist 10 mm und ein Durchmesser
des Lochs 2 ist 3 mm. Das Loch 2 schneidet das
Loch 1 mit rechtem Winkel. Wie in 2 gezeigt,
entwickelt sich ein Grat 3 mit einer hervorstehenden Länge von
0,3 mm an der Verbindung zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2 in
einem Schneidvorgang der Löcher 1, 2.
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Obwohl 1 die
Löcher
des Werkstücks
W schematisch zeigt, sind die tatsächlichen Löcher des Werkstücks W komplizierter.
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Unter
Bezugnahme auf 1 enthält eine Gratentfernungseinrichtung 10 einen
Laserstrahlerzeuger 11, einen Spiegel 12, eine
bündelnde
Linse 13 und einen reflektierenden Spiegel 14.
Der Laserstrahlgenerator 11 erzeugt den Strahl hoher Energiedichte.
Der reflektierende Spiegel 14 ist innerhalb des Lochs 1 des
Werkstücks
W angeordnet. Andere Teile 11, 12 und 13 sind
außerhalb
des Lochs 1 des Werkstücks
W angeordnet. Ein Laserstrahl Lb, welcher durch den Laserstrahlgenerator 11 abgegeben
(erzeugt) wird, läuft
durch den Spiegel 12, die Sammellinse 13 und den
Reflexionsspiegel 14. Der Laserstrahl Lb trifft dann auf
den Grat 3 (in 3 gezeigt) bei der Verbindung
zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2 des Werkstücks W auf.
Ein optischer Pfad (optisches System) enthält den Laserstrahlgenerator 11,
den Spiegel 12, die Sammellinse 13 und den Reflexionsspiegel 14.
In diesem optischen Pfad wird der Laserstrahl Lb, welcher durch
den Laserstrahlgenerator 11 erzeugt wird, durch die Sammellinse 13 gesammelt,
welches außerhalb
des Lochs 1 und des Lochs 2 des Werkstücks W angeordnet
ist. Der Laserstrahl Lb läuft
dann zu dem Inneren des Lochs 1 des Werkstücks W, wie
in 3 gezeigt ist. Der Laserstrahl Lb wird in der
horizontalen Richtung durch den Reflexionsspiegel 14 reflektiert.
Der Laserstrahl Lb wird somit intensiv auf den Grat 3 aufgebracht bzw.
auf diesem zur Einwirkung gebracht. Durch das Aufbringen des Laserstrahls
Lb auf den Grat 3 wird der Grat 3 entfernt. Eine
optische Achse des Laserstrahls Lb, welcher durch die Sammellinse 13 hindurch
getreten ist, ist dieselbe wie eine Längsachse des Lochs 1,
welche den Reflexionsspiegel 14 aufnimmt.
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Die
Details der Gratentfernungseinrichtung 10 werden beschrieben.
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Wie
in 3 gezeigt, erzeugt der Laserstrahlgenerator 10 einen
YAG-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,064 μm. Die Gratentfernungseinrichtung 10 enthält eine
Laserstrahlgeneratorstütze 15,
ein Vertikalpositionierungselement, einen Tisch 17 und
eine optische Einheit 18. Die Laserstrahlgeneratorstütze 15 hält den Laserstrahlgenerator 11 und
dergleichen. Der Tisch 17 hält das Werkstück W. Die
optische Einheit 18 ist an das Vertikalpositionierungselement 16 angefügt. Das
Vertikalpositionierungselement 16 ist oberhalb des Tisches 17 angeordnet.
Die Laserstrahlgeneratorstütze 15 ist
an der Seite des Vertikalpositionierungselements 16 angeordnet.
Der Laserstrahl Lb wird durch den Laserstrahlgenerator 11 erzeugt,
welcher innerhalb der Laserstrahlgeneratorstütze 15 angeordnet
ist. Der Laserstrahl Lb verläuft
in der Zeichnung nach unten, nachdem dieser durch einen Spiegel 12 reflektiert wurde,
welcher innerhalb des Vertikalpositionierungselements 16 angeordnet
ist. Das Vertikalpositionierungselement 16 bewegt sich
vertikal (entlang der Z-Achsenrichtung). Der Tisch 17 bewegt
entlang der X-Achsen-, Y-Achsen- und θ-Richtung, wobei θ eine Rotations-(winkel)-richtung
bezeichnet. Das Werkstück
W, in welchem das Loch 1 und das Loch 2 ausgebildet
sind, ist auf dem Tisch 17 befestigt. Das Werkstück W bewegt
sich somit entlang X-Achsen-, Y-Achsen- und θ-Richtung gemeinsam mit der
Bewegung des Tischs 17. Das Vertikalpositionierungselement 16 und
die optische Einheit 18 werden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Das
Vertikalpositionierungselement 16 weist einen Laserstrahldurchtritt 20 auf.
Der Spiegel 12 ist an der Ecke der Verbindung zwischen
dem horizontalen Teil 20a und einem vertikalen Teil 20b des
Laserstrahldurchtritts 20 angeordnet. Die optische Einheit 18 ist
unterhalb des Vertikalpositionierungselements 16 angeordnet.
Die optische Einheit 18 ist mit einem Linsengehäuse 25 in
einem oberen Teil der optischen Einheit 18 und einem rohrförmigen Gehäuse 26 in
einem unteren Teil der optischen Einheit 18 versehen. Das
rohrförmige
Gehäuse 26 ist
in das Loch 1 eingesetzt. Der vertikale Teil 20b des
Laserstrahldurchtritts 20 innerhalb des Vertikalpositionierungselements 16 ist
mit dem Linsengehäuse 25 der optischen
Einheit 18 verbunden. Die Sammellinse 13 ist innerhalb
des Linsengehäuses 25 der
optischen Einheit 18 angeordnet. Die Sammellinse 13 hat
eine Fokuslänge
f von 100 mm. Die Sammellinse 13 wird durch einen Vertikalgleitmechanismus 27 gehalten, und
bewegt sich in der Vertikalrichtung in der Zeichnung (entlang der
optischen Achse des einfallenden Strahls). Der Vertikalgleitmechanismus 27 dient
einem Strahldurchmesser-Einstellmechanismus, welcher in einer Gratentfernungseinrichtung 10 angeordnet
ist. Die Sammellinse 13 wird somit durch den Vertikalgleitmechanismus 27 gehalten,
und bewegt sich zu dem Reflexionsspiegel 14 entlang der
optischen Achse des Laserstrahls Lb hin oder von diesem weg. Ein
Motor 28 ist an den Vertikalgleitmechanismus 27 angeschlossen.
Der Motor 28 bewegt die Sammellinse 13 in der
Vertikalrichtung in der Zeichnung. Ein Strahldurchmesser des Laserstrahls
Lb an dem Bestrahlungspunkt wird durch Bewegen der Sammellinse 13 eingestellt.
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Das
rohrförmige
Gehäuse 26 ist
ein gerades Rohr, welches vertikal steht und einen geschlossenen
Boden aufweist. Das rohrförmige
Gehäuse 26 weist
einen Außendurchmesser
von 7 mm auf, und ist in das Loch 1 eingesetzt, welches
einen Durchmesser von 10 mm aufweist. Das rohrförmige Gehäuse 26 erstreckt sich
von außerhalb
des Werkstücks
W in das Innere des Lochs 1. Das rohrförmige Gehäuse 26 und das Linsengehäuse 25 werden
miteinander verbunden und aneinander gehalten, so dass der Laserstrahl
Lb aus der Sammellinse 13 in das rohrförmige Gehäuse 26 eingeleitet
wird. Es ist ein Schutzglas 29 zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 26 und
dem Linsengehäuse 25 vorgesehen. Das
Schutzglas 29 trennt das Innere des rohrförmigen Gehäuses 26 von
dem Inneren des Linsengehäuses 25.
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Die
innere Bodenoberfläche
des rohrförmigen
Gehäuses 26 ist
abgeschrägt
und der Reflexionsspiegel 14 ist auf der abgeschrägten Oberfläche angefügt. Der
Reflexionsspiegel 14 ist aus Kupfer hergestellt und die
Kupferoberfläche
wird durch Ultrapräzisionsschneiden
zu einem Spiegel endbearbeitet, d.h. derat bearbeitet, daß die Oberfläche spiegelt.
Der Laserstrahl Lb, welcher in das rohrförmige Gehäuse 26 eintritt, wird
durch den Reflexionsspiegel 14 reflektiert, und läuft zu dem
Grat 3. Der Winkel des Reflexionsspiegels 14 wird
durch Einstellschrauben 30 eingestellt. Der Reflexionsspiegel 14 wird durch
die Einstellschrauben 30 eingestellt und fixiert, so dass
der vertikal auftreffende Laserstrahl Lb um 90° gegenüber der Horizontalrichtung
reflektiert wird. Ein Außendurchmesser
des Reflexionsspiegels 14 ist 4 mm, was kleiner als der
Innendurchmesser des Lochs 1 ist. Ein Strahlauslass (Gasauslass) 31 ist
an dem unteren Teil des rohrförmigen
Gehäuses 26 ausgebildet.
Der Laserstrahl Lb, welcher durch den Reflexionsspiegel 14 reflektiert
wird, wird aus dem Strahlauslass 31 des rohrförmigen Gehäuses 26 zu dem
Grat 3 hin ausgegeben. Der Strahlauslass 31 hat
einen Durchmesser von 5 mm.
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Ein
Gaseinlassrohr 32, welches als eine Gaszufuhr dient, ist
an dem oberen Teil des rohrförmigen
Gehäuses 26 angeschlossen.
Gas wird in das Innere des rohrförmigen
Gehäuses 26 durch
das Gaseinlassrohr 32 zugeführt. Luft von 0,6 MPa wird
als das Gas verwendet. Die Luft, welche in das Innere des rohrförmigen Gehäuses 26 zugeführt wird,
wird aus dem rohrförmigen
Gehäuse 26 durch
den Strahlauslass 31 entlang der reflektierenden Oberfläche des
Reflexionsspiegels 14 abgegeben. Die Luft, welche in das
rohrförmige
Gehäuse 26 zugeführt wird, bewegt
sich infolge des Schutzglases 29 nicht auf die Sammellinse 13 zu.
Das Schutzglas kann aus irgendeinem Material oder Materialien hergestellt
sein, sofern das Material (die Materialien) hinreichend transparent
sind, um eine mögliche
Interferenz mit dem bzw. eine Störung
des Gratentfemungsvorgangs zu vermeiden. Art und Druck des Gases
(z.B. Luft in diesem Fall) werden so bestimmt, dass das Gas, welches
eine Gasströmung
erzeugt, welche an der Reflexionsoberfläche des Reflexionsspiegels 14 vorbeiströmt, eine
Schmelze daran hindert, auf dem Reflexionsspiegel 14 anzuhaften,
während
der Laserstrahl Lb, wie später
beschrieben wird, aufgebracht wird bzw. auftrifft.
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Ein
Strahlteiler 33 ist etwa am Mittelpunkt des optischen Pfads
des Laserstrahls Lb angeordnet, insbesondere bei dem vertikalen
Teil 20b des Laserdurchtritts 20 (zwischen dem
Spiegel 12 und dem Sammelspiegel 13) entlang der
optischen Achse des Laserstrahls Lb. Es ist somit möglich, ein
Inneres des Lochs 1 und des Lochs 2 durch einen
optischen Beobachtungspfad (optisches Beobachtungssystem) zu beobachten,
welcher von dem optischen Pfad abgezweigt ist. In dem optischen
Beobachtungspfad, welcher durch den Strahlteiler 33 abgezweigt
wird, ist eine Kamera 34, welche als eine Bildertassungseinrichtung
zur Beobachtung des Inneren der Löcher dient, außerhalb
des Laserdurchtritts 20 angeordnet. Die Kamera 34 erfasst
ein Bild eines Gratentfemungsteils durch den Strahlteiler 33,
die Sammellinse 13 und den Reflexionsspiegel 14.
Eine Einstellung einer Gratentfemungsposition und eine Einstellung des
Strahldurchmessers durch Bewegen der Sammellinse 13 werden
durchgeführt,
während
dessen der Gratentfernungsteil durch die Kamera 34 beobachtet
wird.
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Die
optische Einheit 18 wird in eine Öffnung des Lochs 1 an
einer Oberseite des Werkstücks
W eingesetzt. Eine Gaszuführdüse 35,
welche als eine weitere Gaszufuhr dient, ist in der Nähe eines
Teils aufgesetzt, wo die optische Einheit 18 in das Loch 1 eingesetzt
ist. Die Gaszufuhrdüse 35 führt Gas
zu dem inneren Raum zwischen einer inneren Wand des Lochs 1 und
der äußeren Oberfäche des
rohrförmigen
Gehäuses 26 zu.
Luft von 0,5 MPa wird als das Gas verwendet. Das Gas wird durch
die Düse 35 durch
die Öffnung
des Lochs 1 zugeführt,
welches das rohrförmige
Gehäuse 26 aufnimmt.
Das Gas tritt bzw. strömt
zwischen der inneren Wand des Lochs 1 und der äußeren Oberfläche des
rohrförmigen
Gehäuses 26 durch.
Dann tritt bzw. strömt
das Gas an dem Grat 3 an der Verbindung zwischen dem Loch 1 und
dem Loch 2 vorbei, und wird aus einer Öffnung des Lochs 2 (der Öffnung auf
einer äußeren Oberfläche des
Werkstücks
W) abgegeben.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist die Gratentfernungseinrichtung 10 die
Gaszufuhr 35 auf, welche das Gas zu dem inneren Raum zwischen
der inneren Wand des Lochs 1 und der äußeren Oberfläche des
rohrförmigen
Gehäuses 26 durch
die Öffnung
des Lochs 1 hindurch zuführt, welches das rohrförmige Gehäuse 26 aufnimmt.
Das Gas tritt bzw. strömt
dann an dem Grat 3 an der Verbindung zwischen den Löchern 1 und 2 vorbei.
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Gleichzeitig
ist ein Druck des Gases, welches aus dem Strahlauslass 31 des
rohrförmigen
Gehäuses 26 abgegeben
wird, niedriger als ein Druck des durch die Gaszuführdüse 35 an
der Öffnung
des Lochs 1 des Werkstücks
W zugeführt
wird. Das Gas aus der Gaszuführdüse 35 wird
somit daran gehindert, in das Innere des rohrförmigen Gehäuses 26 durch den
Strahlauslass 31 des rohrförmigen Gehäuses 26 einzutreten.
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Ein
Gratentfernungsverfahren, welches in einem Betrieb der Gratentfernungseinrichtung 10 verwendet
wird, wird beschrieben.
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Das
Loch 1 und das Loch 2 werden in dem Schneidvorgang
dahingehend ausgebildet, dass diese sich einander innerhalb des
Werkstücks
W schneiden. Das Werkstück
W wird auf den Tisch 17 gesetzt (befestigt), wie in 3 gezeigt
ist. Der Tisch 17, welcher den Bewegungsmechanismus zum
Bewegen in der X-Achsen-,
Y-Achsen und θ-Richtung
aufweist, bewegt und dreht das Werkstück W. Das Vertikalpositionierungselement 16,
welches den Bewegungsmechanismus für Bewegung in der Vertikalrichtung aufweist,
bewegt die optische Einheit 18 in der Vertikalrichtung
(entlang der Z-Achse). Der Grat 3 wird durch die Bewegungen
und Drehungen des Werkstücks
W und der optischen Einheit 18 angezielt bzw. angepeilt.
Der Laserstrahl wird dann auf den Grat 3 bei der Verbindung
zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2 innerhalb des
Werkstücks
W zum Entfernen des Grats 3 angewandt, d.h. der Laserstrahl
trifft auf den Grat 3 auf. An dem Äußeren des Lochs 1 und
des Lochs 2, welche innerhalb des Werkstücks W ausgebildet
sind, wird der Laserstrahl Lb durch die Sammellinse 13 gesammelt.
Der Laserstrahl Lb wird in das Loch 1 geführt. Der
Laserstrahl Lb wird durch den Reflexionsspiegel 14 in dem
Loch 2 reflektiert, und wird zu dem Grat 3 geführt. Der
Grat 3 entwickelt sich bei einer Öffnung des Lochs 2 an
der Verbindung zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2.
Insbesondere wird in dem Äußeren des
Lochs 1 und des Lochs 2, welche innerhalb des
Werkstücks
W ausgebildet sind, der Laserstrahl Lb durch die Sammellinse 13 gesammelt.
Der Laserstrahl Lb wird in das Loch 1 geführt, welches
das größere der
beiden sich schneidenden Löcher 1 und 2 ist.
Der Laserstrahl Lb wird durch den Reflexionsspiegel 14 reflektiert,
welcher in dem Loch 1 angeordnet ist, und zu dem Grat 3 geführt. Der
Grat 3 entwickelt sich bei der Öffnung des Lochs 2 an
der Verbindung und das Loch 2 ist das kleinere der sich
schneidenden Löcher 1 und 2.
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Während der
Laserstrahl Lb auf den Grat 3 auftrifft, wird der Laserstrahl
Lb zu dem Grat 3 gelenkt oder verschoben, welcher sich
an einer Kante der Verbindung zwischen dem Loch 1 und dem
Loch 2 entwickelt, wie in den 5A und 5B gezeigt
ist. Das Lenken des Laserstrahls Lb wird durch die Vertikalbewegung
der optischen Einheit 18 und durch die Horizontalbewegung
des Tisches 17 (des Werkstücks W) durchgeführt. Das
Vertikalpositionierungselement 16 weist den Bewegungsmechanismus
zum Bewegen in der Vertikalrichtung auf. Der Tisch 17 weist
den Bewegungsmechanismus zum Bewegen in den X-Achsen-, Y-Achsen- und θ-Richtungen
in der Zeichnung auf. Die Positionierung des Laserstrahls Lb zu
der Zeit des Lenkens des Laserstrahls Lb wird durch eine vorprogrammierte
Funktion (NC-Funktion) bestimmt. Der Grat wird durch den Laserstrahl
Lb unter vorbestimmten Bedingungen entfernt, wobei eine Ausgangsleistung
100 Watt ist, eine Frequenz 50 Hz beträgt, und eine Vorschubgeschwindigkeit
300 mm/min vorliegt. Somit wird, während dessen ein kleiner Grat
entfernt werden muss, der Laserstrahl Lb gelenkt, und auf einen
Grat auf der Kante der Verbindung zwischen den Löchern 1 und 2 (auf
eine Kontur des Lochs 2) aufgebracht. Ebenfalls während dessen eine
Ecke der Verbindung zwischen den Löchern 1 und 2 abgerundet
werden muß,
nachdem der Grat der Ecke entfernt wurde, wird der Laserstrahl Lb
gelenkt und auf die Ecke (einer Kontur des Lochs 2) zur Einwirkung
gebracht bzw. aufgebracht.
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Wenn
das Loch 2 klein ist oder der Grat schnell ohne eine feine
Oberflächenendbearbeitung oder
Genauigkeit entfernt werden muss, wird der Durchmesser des Laserstrahls
Lb größer gemacht als
der Durchmesser des Lochs 2, wie in den 6A und 6B gezeigt
ist, indem eine Vertikalposition der Sammellinse 13 eingestellt
wird. Der Laserstrahl Lb wird dann auf den Grat 3 angewandt.
Das heißt, der
Laserstrahl Lb wird derart eingestellt, dass der Durchmesser des
Laserstrahls Lb groß genug
ist, den gesamten Grat auf der Kante der Verbindung zwischen dem
Loch 1 und dem Loch 2 (der Kontur der Löcher) zu
bestrahlen.
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Das
Verfahren zum Entfernen des Grats 3 an der Verbindung zwischen
dem Loch 1 und dem Loch 2 innerhalb des Werkstücks W durch
Anwenden des Laserstrahls Lb, welcher als der Strahl hoher Energiedichte
dient, wird somit der Laserstrahl Lb außerhalb des innerhalb des Werkstücks W ausgebildeten Lochs 1 und
des innerhalb des Werkstücks
W ausgebildeten Lochs 2 gesammelt bzw. konvergiert. Der Laserstrahl
Lb wird in das erste Loch 1 geführt und durch den Reflexionsspiegel 14 zu
dem Grat 3 reflektiert, welcher innerhalb des ersten Lochs 1 angeordnet
ist.
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Um
den Laserstrahl Lb effektiv in das kleine Loch einzuführen, muss
der optische Pfad in das Loch 1 eingeleitet werden. Der
eingeleitete optische Pfad, welcher eingeleitet ist, ist erwünschterweise auch
ein fester optischer Pfad, welcher den Reflexionsspiegel 14 verwendet,
so dass der feste optische Pfad den Strahl ordnungsgemäß innerhalb
des kleinen Lochs führt.
Ein Durchmesser des Reflexionsspiegels ist akzeptabel, wenn der
Durchmesser des Reflexionsspiegels zumindest so groß ist wie
der Durchmesser eines bestrahlten Punkts. Es ist somit möglich, dass
der Durchmesser des Reflexionsspiegels reduziert wird, um in den
Durchmesser des Lochs 1 zu passen, welcher den festen optischen Pfad
aufnimmt. Ein Durchmesser des durch den Laserstrahlgenerator 11 zugeführten Laserstrahls
ist üblicherweise
größer als
der Durchmesser des Lochs 1. Der Durchmesser des Laserstrahls
wird auch durch einen Erweiterer bzw. Expandierer größer als der
Durchmesser des Lochs 1. Die Sammellinse 13, welche
letztlich den Laserstrahl Lb zu einem gesammelten Laserstrahl für den Gratentfernungsvorgang sammelt,
weist einen Durchmesser von wenigen 10 Millimetern auf. Die Sammellinse 13 muss
somit außerhalb
des Lochs 1 des Werkstücks
W zum Entfernen des Grats 3 innerhalb eines kleinen Lochs
angeordnet sein. Ähnlich
so ist es möglich,
den Grat 3, welche bei der Verbindung zwischen dem Loch 1 und dem
Loch 2 ausgebildet wird, welche relativ zueinander innerhalb
eines Werkstücks
W winklig stehen, zu entfernen.
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In
diesem Fall ist, wie in 4 gezeigt, ein Abstand L2 zwischen
der Sammellinse 13 und der Reflexionslinse 14 länger als
ein Abstand L1 zwischen dem Einlass des Lochs 1, welches
das rohrförmige
Gehäuse 26 aufnimmt,
und der Verbindung des Lochs 1 und des Lochs 2.
Der Reflexionsspiegel 14 der optischen Einheit 18 wird
somit dahingehend positioniert, den Laserstrahl Lb zu dem Grat 3 ordnungsgemäß zu reflektieren.
Der Grat 3 wird deshalb effektiv entfernt.
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Der
Strahldurchmesser des bestrahlten Punkts, welcher mit dem Laserstrahl
Lb bestrahlt wird (ein fokussierter Punktdurchmesser des Laserstrahls Lb,
welcher auf den Grat zur Einwirkung gebracht wird), wird durch Änderung
des Abstands L2 zwischen der Sammellinse 13 und dem Reflexionsspiegel 14 geändert (eingestellt),
indem der Gleitmechanismus 27 verwendet wird, welcher als
ein Strahldurchmesser-Einstellmechanismus dient, und durch den Motor 28.
Das rohrförmige
Gehäuse 26 (der
Reflexionsspiegel 14) der optischen Einheit 18 wird
in einer Radialrichtung (in der Horizontalrichtung in 4)
innerhalb des Lochs 1 bewegt, um den fokussierten Punktdurchmesser
des Laserstrahls Lb in Übereinstimmung
mit den Umgebungsbedingungen des zu entfernenden Grats einzustellen.
Das Einstellen des fokussierten Punktdurchmessers ist jedoch schwierig,
da ein Bewegungsbereich sehr beschränkt ist, wenn das Loch 1 klein
ist. Dahingegen wird der fokussierte Punktdurchmesser des Laserstrahls
Lb einfach durch Einstellen des Abstands zwischen der Sammellinse 13 und
dem Reflexionsspiegel 14 in der optischen Einheit 18 bei
der vorliegenden Ausführungsform
eingestellt.
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Für diese
Einstellung werden die Kamera 34 und der Strahlteiler 33,
welcher zwischen dem Laserstrahlgenerator 11 und der optischen
Einheit 18 angeordnet sind, verwendet. Ein Ort der Sammellinse 13 (der
Durchmesser des Strahls) wird optimiert, während die Bedingungen bei dem
Gratentfernungsteil durch das Bild geprüft werden, welches durch die Kamera 34 erfasst
wird.
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Die
Einstellung wird alternativ mittels manueller Bedienung anstelle
der Motorbedienung durchgeführt.
Die Bedienung des Motors 28 übertrifft jedoch die manuelle
Bedienung.
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Eine
Schmelze und ein sublimiertes Material haftet an der Umgebung des
bestrahlten Teils an, während
der Laserstrahl Lb auf dem Grat 3 innerhalb des Lochs 1 und
des Lochs 2 zur Einwirkung gebracht wird, während der
Grat 3 entfernt wird. Mit anderen Worten, härtet die
Schmelze und sublimiertes Material an einem anderen Ort als der
Teil, wo der Grat entfernt wurde. Es ist nicht erwünscht, dass
das geschmolzene Material an dem Inneren des Lochs des Werkstücks W anhaftet,
da ein zusätzlicher
Gratentfernungsvorgang erforderlich wird. Das Gas wird somit innerhalb
des Lochs 1 aus der Gaszuführdüse 35 zugeführt, während der
Grat 3 durch das Einwirken des Laserstrahls Lb auf den
Grat 3 entfernt wird. Das Gas strömt somit an dem Grat 3 vorbei.
Das Gas wird dann aus der Öffnung
des Lochs 2 abgegeben, nachdem dieses durch das Loch 1 und
das Loch 2 hindurch getreten ist. Eine Ausbildung einer
Ablagerung innerhalb des Lochs 1 und des Lochs 2 wird
daher erschwert (das geschmolzene Material wird daran gehindert,
an dem Inneren des Lochs 1 und des Lochs 2 des
Werkstücks
W anzuhaften).
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Die
Bedingungen der Ablagerung, welche sich während des Entfernens des Grats
bildet und ein entfernter Teil des Grats werden durch den Beobachtungsmechanismus
(den Strahlteiler 33 und die Kamera 34) ausgewertet.
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Eine
Schmelze und sublimiertes Material haften nicht nur auf dem Werkstück W an,
sondern auch auf dem Reflexionsspiegel 14 der optischen Einheit 18 während der
Anwendung des Laserstrahls. Es wird schwierig, den Laserstrahl Lb
auf den zu entfernenden Gratteil zweckmäßig und mit Bestimmtheit zur
Einwirkung zu bringen, wenn die Ablagerung auf dem Reflexionsspiegel 14 anhaftet.
Dieses Problem wird ernster, wenn ein Raum zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 26 und
der inneren Wand des Lochs 1 infolge des kleineren Lochs 1 kleiner
wird. Dies ist somit ein großes
Problem, wenn während
eines Betriebs das rohrförmige
Gehäuse 26 der
optischen Einheit 18 in das Loch 1 eingesetzt wird.
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Wenn
deshalb der Grat 3 durch Anwenden des Laserstrahls Lb entfernt
wird, wird das Gas in das Loch 1 zugeführt, insbesondere in das rohrförmige Gehäuse 26 der
optischen Einheit 18. Das Gas tritt bzw. strömt dann
an einer Reflexionsoberfläche
des Reflexionsspiegels 14 vorbei und wird aus dem Strahlauslass 31 abgegeben.
Die Ablagerung wird dann daran gehindert, auf dem Reflexionsspiegel 14 anzuhaften.
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Die
vorstehende Ausführungsform
der Erfindung kann wie folgt modifiziert werden.
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Gemäß 7 wird
das Gas, wenn das Gas dem Loch 1 zugeführt und das Gas abgegeben wird, nachdem
es den zu entfernenden Gratteil passiert hat, zwangsweise durch
ein Gassaugelement 40 (Saugsystem) gesaugt wird, welches
an die Öffnung des
Lochs 2 auf einer Außenoberfläche des
Werkstücks
W angeschlossen ist. In 7 enthält das Gassaugelement 40 eine
Saugpumpe 41, einen Adapter 42, eine Leitung 43 und
ein Filter 44. Die Leitung 43 ist an dem Werkstück W durch
den Adapter 42 angeschlossen. Das Werkstück W, das
Filter 44 und die Saugpumpe 41 sind miteinander
in dieser Reihenfolge durch die Leitung 43 verbunden. In
einem Fall, in welchem ein Loch 45 horizontal an dem Loch 1 innerhalb
des Werkstücks
W angeschlossen ist, wird eine Öffnung
des Lochs 45 auf der Außenoberfläche des Werkstücks W durch
eine Kappe 46 verschlossen.
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Der
Grund des Durchführens
des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird beschrieben. Wenn Gas
in das Loch 1 zweckmäßig aus
der Düse 35 und dem
Gaseinlassrohr 32 zugeführt
wird, ist es möglich,
das geschmolzene Material daran zu hindern, an dem Inneren anzuhaften,
da das Loch mit dem Durchmesser von 10 mm schmal ausgebildet ist,
und das Loch 1 nichts aufweist, was die Gasströmung behindern
könnte.
Die Ablagerung neigt jedoch dazu, in einem Fall, in welchem das
Loch 1 in dem Werkstück W
lang ausgebildet ist und ein Ende des Lochs 1, wie in 8 gezeigt,
geschlossen ist, dazu, anzuhaften, da eine Gasströmung f1
zum Verbleiben in dem Loch 1 unterhalb der Verbindung zwischen
dem Loch 1 und dem Loch 2 neigt. Wie in 7 gezeigt,
ist das Gassaugelement 40 auf der Außenoberfläche des Werkstücks W durch
den Saugadapter 42 an der Öffnung des Lochs 2 angeschlossen,
welches den Durchmesser von 3 mm aufweist. Das Gas, welches durch
die Gaszuführdüse 35 zugeführt wird,
und das Gas, welches aus der optischen Einheit 18 abgegeben
wird, werden dann durch das Gassaugelement 40 angesaugt.
Die Gasströmung
wird dann daran gehindert, in dem Loch unterhalb der Verbindung
zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2 zu verbleiben,
so dass die Ablagerung daran gehindert wird, im Inneren des Werkstücks W anzuhaften.
Ferner wird eine Verschlechterung der Saugwirkung durch Schließen des
Lochs 45 verhindert, welches horizontal erstreckend ausgebildet
ist.
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Um
zu verhindern, dass die Ablagerung auf dem Inneren des Werkstücks W anhaftet,
wird beispielsweise das Gas aus einem, dem Loch 1 oder dem
Loch 2, gesaugt, welches nicht die optische Einheit 18 aufnimmt,
so dass das Gas an dem Grat 3 vorbeiströmt und aus dem Werkstück W ausströmt. Die
Schmelze und das sublimierte Material, welches während des Entfernens des Grats
erzeugt wird, wird am Anhaften an dem Werkstück W gehindert. Gleichzeitig
wird tendenziell verhindert, daß die
Ablagerung an dem Reflexionsspiegel 14 anhaftet. Absaugen des
Gases aus der Öffnung 1 des
Lochs 1 (welches die optische Einheit 18 aufnimmt)
anstelle aus der Öffnung
des Lochs 2 ist nicht wünschenswert,
da die Schmelze und das sublimierte Material, welches während der
Entfernung des Grats erzeugt wird, dazu neigt, an der optischen
Einheit 18 anzuhaften.
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Der
Strahldurchmesser wird durch die vertikale Bewegung der Sammellinse 18 eingestellt,
welche durch den Gleitmechanismus 27 und dem Motor 28 bewegt
wird, wie in 4 gezeigt ist. Wie in den 9A und 9B gezeigt,
ist eine einstellbare Fokuspunkteinrichtung 50 auf einer
Einfallseite der Sammellinse 13 angebracht. Durch Ändern der
Fokuslänge
der einstellbaren Fokuspunkteinrichtung 50 innerhalb des
Bereichs von f1 bis f2, wie in den 9A und 9B bezeigt,
werden Winkel von Strahlen des Laserstrahls auf der Einfallseite
der Sammellinse 13 bezüglich
einer optischen Achse des Laserstrahls Lb innerhalb des Bereichs
eines Sammelwinkels von α1
bzw. eines Streuwinkels von α2 geändert, wie
in den 9A und 9B gezeigt
ist. Durch Ändern
der Winkelstrahlen des Laserstrahls Lb auf der Einfallseite der
Sammellinse 13 wird somit der Strahldurchmesser alternativ
eingestellt.
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Insbesondere
enthält
die einstellbare Fokuspunkteinrichtung 50 einen ersten
Ringteil 51, eine erste glastransparente elastische Platte 52 und
eine zweite glastransparente elastische Platte 53, ein
Arbeitsfluid 54, einen zweiten Ringteil 55, vier
piezoelektrische Bimorphs 56 (die piezoelektrischen Bimorphs 56 sind
elastische Platten, deren beide Seiten mit piezoelektrischen Ringplatten
gekoppelt sind, wobei die elastischen Platten als gemeinsame Elektroden
dienen), einen rohrförmigen
inneren Oberflächenanschluss 57 und
stangenartige äußere Oberflächenanschlüsse 58.
Die erste glastransparente elastische Platte 52 und die
zweite glastransparente elastische Platte 53 haften an
beiden Seiten des ersten Ringteils 51. Das Arbeitsfluid 54 ist
in einem Raum abgedichtet, welcher durch den ersten Ringteil 51,
die erste transparente elastische Platte 52 und die zweite
transparente elastische Platte 53 gebildet wird. Der zweite
Ringteil 55 ist an der zweiten glastransparenten elastischen
Platte 53 angefügt.
Der rohrförmige
innere Oberflächenanschluss 57 ist
mit inneren Oberflächen
von vier piezoelektrischen Bimorphs 56 verbunden. Ein Bodenende
entlang einer Längsachse
des rohrförmigen
inneren Oberflächenanschlusses 57 ist
mit der ersten glastransparenten elastischen Platte 52 verbunden.
Die stangenartigen äußeren Oberflächenanschlüsse 58 sind
mit äußeren Oberflächen der
vier piezoelektrischen Bimorphs 56 verbunden, und ein Bodenende
der stangenartigen äußeren Oberflächenanschlüsse 58 sind
mit dem ersten Ringteil 51 verbunden. Die stangenartigen äußeren Oberflächenanschlüsse 58 sind
gleichmäßig beabstandet
und radial um die optische Achse des Laserstrahls Lb herum angeordnet.
Silikonöl,
welches einen ähnlichen
Brechnungsindex wie Brechnungsindices der ersten glastransparenten
elastischen Platte 52 und der zweiten glastransparenten elastischen
Platte 53 aufweist, wird als das Arbeitsfluid 54 verwendet.
Die erste glastransparente elastische Platte 52, die zweite
glastransparente elastische Platte 53 und das Arbeitsfluid 54 bilden
die einstellbare Linse. Die piezoelektrischen Bimorphs 56 sind
elastische Platten, deren beide Seiten mit piezoelektrischen Ringplatten
gekoppelt sind. Die elastischen Platten dienen als gemeinsame Elektroden. Eine
filmartige Elektrode ist auf einer Oberfläche jeder piezoelektrischen
Ringplatte ausgebildet. Eine der Oberflächenelektroden jeder piezoelektrischen Ringplatte
ist elektrisch mit dem inneren Oberflächenanschluss 57 verbunden.
Die anderen der Oberflächenelektroden
jeder piezoelektrischen Ringplatte sind elektrisch mit dem äußeren Oberflächenanschluss 58 verbunden.
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Wenn
an das piezoelektrische Bimorph 56 durch den inneren Oberflächenanschluss 57 und
den äußeren Oberflächenanschluss 58A eine
Spannung angelegt wird, wird eine Form des piezoelektrischen Bimorph 56 derart
geändert,
dass der innere Oberflächenanschluss 57 auf
einer der angelegten Spannung entsprechenden Höhe positioniert wird. Wenn beispielsweise
die Spannung nicht an das piezoelektrische Bimorph 56 angelegt
wird, ist der innere Oberflächenanschluss 57 an
einer untersten Position angeordnet, welche in 9A gezeigt
ist. Das Inne re des zweiten Ringteils 55, die erste glastransparente elastische
Platte 52 und die zweite glastransparente elastische Platte 53 bilden
somit eine Projektion nach unten. Wenn dahingegen eine höchste Spannung
an das piezoelektrische Bimorph 56 durch den inneren Oberflächenanschluss 57 und
den äußeren Oberflächenanschluss 58 angelegt
wird, bilden die erste glastransparente elastische Platte 52 und
die zweite glastransparente elastische Platte 53 eine Projektion nach
oben, wie in 9B gezeigt ist. Ähnlich dazu werden
die Formen der ersten glastransparenten elastischen Platte 52 und
der zweiten glastransparenten elastischen Platte 53 in Übereinstimmung
mit der Spannung eingestellt, welche an das piezoelektrische Bimorph 56 angelegt
wird, welches als ein Strahldurchmesser-Einstallaktuator dient. Eine Fokuslänge der
einstellbaren Linse, welche das Arbeitsfluid 54, die erste
glastransparente elastische Platte 52 und die zweite glastransparente
elastische Platte 53 beinhaltet, wird innerhalb des Bereichs
von f1 bis f2 eingestellt, wie in den 9A und 9B gezeigt ist.
Der Strahldurchmesser wird daher durch Einstellen des Fokuspunkts
des Laserstrahls Lb eingestellt, welcher innerhalb des zweiten Ringteils 55 durchtritt.
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Die
einstellbare Linse (52, 53, 54), deren Krümmung einer
gekrümmten
Oberfläche
einstellbar ist, ist auf der Laserstrahl Lb -Einfallsseite der Sammellinse 13 angeordnet.
Der Strahldurchmesser-Einstellaktuator 56 ändert die
Krümmung
der gekrümmten
Oberfläche
der einstellbaren Linse (52, 53, 54). Durch Ändern von
Winkeln von Strahlen des Laserstrahls Lb auf der Einfallsseite der
Sammellinse 13 bezüglich
der optischen Achse des Laserstrahls Lb innerhalb des Bereichs des
Sammelwinkels von α1 zu
dem Streuwinkel von α2
in den Zeichnungen, wird der Strahldurchmesser des bestrahlten Punkts
eingestellt. Die einstellbare Linse, deren Krümmung der gekrümmten Oberfläche änderbar
ist, wird derart verwendet, dass die Krümmung der einstellbaren Linse geändert wird,
während
die Position der Sammellinse fest ist. Dieses Verfahren ist in einem
solchen, problematischen Fall effektiv, in welchem der Motor 28 eine
Schwingung erzeugt, während
der Strahldurchmesser eingestellt wird, in einem solchen Fall, in
welchem eine Linearität
einer Bewegung der Sammellinse 13 schlechter wird, während die
Sammellinse 13 sich entlang der optischen Achse des Laserstrahls
Lb bewegt, und in ei nem solchen Fall, in welchem der Fokuspunkt
schneller verschoben werden muss als eine durch den Motor 28 angetriebene
Bewegung.
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Eine
Orientierung des Reflexionsspiegels 14 wird durch Schrauben 30 in 4 eingestellt.
Anstelle dessen ist auch ein Aufbau des Reflexionsspiegels 14 nach 10 anwendbar.
Ebenso ist ein Aufbau des Reflexionsspiegels 14 gemäß 10 anwendbar.
Wie in 10 gezeigt, ist eine Drehplatte 62 mit einer
Drehachse 61 versehen. Die Drehplatte 62 ist um
die Drehachse 61 herum drehbar. Der Reflexionsspiegel 14 ist
fest an der Drehplatte 62 befestigt. Der Reflexionsspiegel 14 wird
somit in einer Weise gehalten derart, dass die Orientierung des
Reflexionsspiegels 14 einstellbar ist. Die Drehachse 61 ist
an einem Motor 60 angeschlossen, welcher die Drehachse 61 antreibt.
Der Laserstrahl Lb wird durch Ändern
der Orientierung des Reflexionsspiegels 14 gelenkt, dessen
Orientierung durch den Motor 60 geändert wird. So ähnlich wird
der Laserstrahl Lb alternativ entlang der Oberfläche des Grats 3 gelenkt,
wie in 5A und 5B gezeigt
ist, indem die Orientierung des Reflexionsspiegels 14 geändert wird,
dessen Orientierung durch den Motor 60, welcher als ein
Aktuator dient, geändert
wird.
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11 zeigt
einen alternativen Aufbau des Strahldurchmesser-Einstellmechanismus.
In 11 wird ein konkaver Spiegel als ein Reflexionsspiegel 65 verwendet.
Eine Reflexionsoberfläche 65a enthält ein Deckmetall,
welches mit einem piezoelektrischen Element 66 (z.B. PZT)
auf einer Rückseite
versehen ist. Das Deckmetall, welches die Reflexionsoberfläche bildet,
ist dahingehend deformiert, eine gewünschte Krümmung aufzuweisen, indem eine
an das piezoelektrische Element 66 (z.B. PZT) angelegte
Spannung eingestellt wird, was als ein Aktuator dient. Ähnlich so,
kann der Strahldurchmesser an dem Laserstrahl-bestrahlten Punkt
durch Ändern
der Krümmung
der Reflexionsoberfläche
des Reflexionsspiegels 65 eingestellt werden, welcher derart
konstruiert ist, dass die Krümmung
der Reflexionsoberfläche änderbar
ist. Obwohl der Reflexionsspiegel 65 bei dieser Ausführungsform
ein konkaver Spiegel ist, kann alternativ ein konvexer Spiegel verwendet
werden, dessen Krümmung
einer Reflexionsoberfläche einstellbar
ist.
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In 1 und
dergleichen wird der Laserstrahl Lb, welcher durch die Sammellinse 13 gesammelt
wird, durch den Reflexionsspiegel 14 zu dem Grat 3 durch
das größere der
Löcher,
Loch 1 und Loch 2, ausgeübt bzw. zur Einwirkung gebracht
werden. Der gesammelte Laserstrahl Lb kann jedoch alternativ durch
ein kleineres der Löcher,
Loch 1 und Loch 2, welche einander schneiden,
auf den Grat 3 ausgeübt
werden, wenn ein Durchmesser des kleineren Lochs größer als
ein Durchmesser des rohrförmigen
Gehäuses 26 ist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter hauptsächlicher Fokussierung eines
Unterschieds zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten
Ausführungsform
beschrieben.
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12 ist
ein schematisches Diagramm, welches eine Gratentfernungseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt.
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Wie
in 13 gezeigt, enthält die Gratentfernungseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
einen Werkzeughalter 81, welcher einen Bohrer 80 hält, der
als eine Schneideinrichtung dient. Wie in 12 gezeigt,
wird die optische Einheit 70, welche als ein Zusatzgerät dient,
automatisch an der Gratentfernungseinrichtung angefügt, nachdem
der Werkzeughalter automatisch von der Gratentfemungseinrichtung
gelöst
wurde. Zu der Zeit, wenn der Bohrvorgang vorüber ist, entfernt die Gratentfernungseinrichtung
den Grat unter Verwendung einer Positionseinstellfunktion, welche
an der Schneideinrichtung vorgesehen ist. Mehr als eine optische
Einheit 70 werden als die Zusatzgeräte vorbereitet und automatisch
gegeneinander ausgetauscht. Die Gratentfernungseinrichtung muss
mit verschiedenen Bedingungen zurecht kommen, wie einem Durchmesser
eines Lochs, welches in ein Teil (Werkstück W) geschnitten ist, einen
Winkel des Lochs relativ zu dem Werkstück W, und Formen des Grates.
Auch muss die Gratentfernungseinrichtung mit einem komplexen Gratentfernungsvorgang
der verschiedenen Bedingungen bzw. Zustände des Grats 3, wie
Größe und Form,
infolge einer komplexen Verbindung des Lochs 1 mit dem
Loch 2 zurechtkommen. Die Gratentfernungseinrichtung weist
daher eine optische Werkzeugersetzfunktion auf, welche mehr als
eine optische Einheit 70 automatisch ersetzt.
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14 zeigt
eine Ansicht eines Hauptteils einer zu 4 der zweiten
Ausführungsform
alternativen Gratentfernungseinrichtung.
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Innere
Komponenten der optischen Einheit 70 enthalten die Sammellinse 13,
ein Schutzglas 29, den Reflexionsspiegel 14 und
dergleichen. Die optische Einheit 70 weist somit einen ähnlichen
Aufbau wie die optische Einheit 18 auf, wie sie in der
ersten Ausführungsform
beschrieben wurde.
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In 13 ist
ein vertikales Positionierungselement 16 mit einem drehenden
Gehäuse 82 versehen.
Das drehende Gehäuse
weist ein Loch 82a auf, in welchem der Werkzeughalter 81 befestigt
ist. Der Werkzeughalter 81 hält den Bohrer 80,
welcher als das Schneidwerkzeug dient. Das drehende Gehäuse 82 ist
an einem Motor 86 über
ein Paar von Riemenscheiben 83, 84 und einen Riemen 85 angeschlossen.
Der Motor 86 treibt das drehende Gehäuse 82 drehend an,
und die Drehung des drehenden Gehäuses 82 dreht den
Werkzeughalter 81 (den Bohrer 80), um Löcher zu
schneiden bzw. zu bohren.
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Wie
in 16 gezeigt, nimmt ein oberes Gehäuses 71 der
optischen Einheit 70 eine Form (eine Konusform) an, so
dass die optische Einheit 70 in das Loch 82a eingepasst
ist. Ein Kranz des oberen Gehäuses 71 weist
einen Keilkanal 72 auf, welcher als ein Vorsprungsausnehmungs-Positionierungselement
dient, wie in 15 (eine entlang der Linie XV-XV
in 14 genommene Ansicht) gezeigt ist. Der Keilkanal 72 des
oberen Gehäuses 71 greift
in einen Keilvorsprung 73 des drehenden Gehäuses 82 ein.
Zu der Zeit, wenn das obere Gehäuse 71 der
optischen Einheit 70 in das Loch 82a des drehenden Gehäuses 82 eingepasst
wird, kann somit durch Eingriff des Keilkanals 72 mit dem
Keilvorsprung 73 die optische Einheit 70 genau
positioniert werden.
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Ähnlich so
sind, um die optische Einheit 70 relativ zu dem vertikalen
Positionierungselement 16 zu positionieren, welches als
ein Einrichtungshauptkörper
(oder ein Anfügekörper) durch
Einstellen einer Bestrahlungsrichtung des Laserstrahls Lb, einer
Auslenkrichtung des Laserstrahls Lb und einer Einsetz-Orientierung
des rohrförmigen
Gehäuses 26 relativ
zu dem Loch 1 dient, sind der Keilkanal 72 auf der
optischen Einheit 70 und der Vorsprung 73 auf
einem Halter (dem vertikalen Positionierungselement 16),
welcher die optische Einheit 70 hält, vorgesehen. Die optische
Einheit 70 ist relativ zu dem Einrichtungshauptkörper 16 durch
den Eingriff mit dem Vorsprung in die Ausnehmung positioniert. Die
optische Einheit 70 wird deshalb ordnungsgemäß zu dem
Einrichtungshauptkörper 16 positioniert.
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17 ist
eine optische Einheit 90 als das Zusatzgerät. Die optische
Einheit 90 wird in einem Fall verwendet, wenn die Längsachse
des Lochs 1 mit einer Neigung relativ zu einer Oberfläche des Werkstücks W ausgebildet
ist. Insbesondere weist die optische Einheit 90 zumindest
zwei Reflexionsspiegel 91, 92 auf, welche innerhalb
der optischen Einheit 90 angeordnet sind. Die Längsachse
des rohrförmigen
Gehäuses 26 der
optischen Einheit 90 ist relativ zu der optischen Achse
des Laserstrahls Lb gewinkelt, welche zu der Sammellinse 13 hin
verläuft. Die
optische Achse des Laserstrahls Lb, welche durch die Sammellinse 13 hindurchtritt,
ist durch zumindest einen der zwei Reflexionsspiegel 91, 92 parallel
zu der Längsachse
des rohrförmigen
Gehäuses 26 vorgesehen.
Somit ist das Innere des rohrförmigen
Gehäuses 26 der
optischen Einheit 90, die Achse des Laserstrahls Lb, welche
durch die Sammellinse 13 hindurch getreten ist, parallel
zu der Längsachse
des Lochs 1 durch den zumindest einen der zwei Reflexionsspiegel 91, 92 vorgesehen. Ähnlich so,
ist die Längsachse
des Lochs 1 parallel zu der Längsachse des rohrförmigen Gehäuses 26 vorgesehen, so
dass das rohrförmige
Gehäuse 26 in
das Loch 1 eingesetzt ist. Schrauben 30 stellen
eine Position des bestrahlten Punkts ein, welcher durch den Laserstrahl
Lb bestrahlt wird.
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Die
Gratentfernungseinrichtung muss auf verschiedene Bedingungen eingehen,
wie ein Durchmesser eines Lochs, welches in ein Teil (Werkstück W) geschnitten
ist, einen Winkel der Längsachse
des Lochs relativ zu dem Werkstück
W, und Formen des Grats 3. Ebenso muss die Gratentfernungseinrichtung
auf einen komplexen Gratentfernungsvorgang von verschiedenen Zuständen des
Grats 3 eingehen, wie Größen und Formen, infolge einer
komplexen Art der Verbindung des Lochs 1 mit dem Loch 2.
Die Gratentfernungseinrichtung ist somit mit den optischen Einheiten 70, 90 versehen,
welche an die verschiedenen Bedingungen angepasst sind. Sowohl die
optische Einheit 70 als auch die optische Einheit 90 ist auf
ein Gestell 87 gesetzt, welche mit einem Tisch 17 in
der X-Achsen-, Y-Achsen- und θ-Richtung
beweglich ist, wie in 13 gezeigt ist.
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Eine
Art des Ersetzens der optischen Einheit 70 und der optischen
Einheit 90 gegeneinander in Übereinstimmung mit Bedingungen
wird nachfolgend beschrieben. Die optische Einheit 70 (90)
oder der Werkstückhalter 81 wird
aus dem Loch 82a des vertikalen Positionierungselements 16 gelöst. Wie
in 13 gezeigt, wird dann die optische Einheit 70 (90),
welche auf das Gestell 87 gesetzt ist, durch den Positionierungsmechanismus
zum Bewegen in der X-Achsen-, Y-Achsen- und θ-Richtung des Tischs 17 und
des Gestells 87 bewegt, um auf das Vertikalpositionierungselement 16 vertikal
zu weisen. Das Vertikalpositionierungselement 16 wird dann
durch den Vertikalpositionierungsmechanismus des Vertikalpositionierungselements 16 nach
unten verschoben, so dass eine ausgewählte optische Einheit 70 (90)
in das Loch 82a des Vertikalpositionierungselements 16 eingesetzt
wird. Zu dieser Zeit wird die ausgewählte optische Einheit 70 (90)
durch Eingriff des Keilkanals 72 in den Keilvorsprung 73 positioniert. Die
Bestrahlungsrichtung des Laserstrahls Lb innerhalb der ausgewählten optischen
Einheit 70 (90), die Auslenkrichtung des Laserstrahls
Lb innerhalb der ausgewählten
optischen Einheit 70 (90) und die Einsetz-Orientierung
des rohrförmigen
Gehäuses 26 relativ
zu dem Loch 1 sind daher bestimmt. Das Werkstück W ist
dann dahingehend positioniert, vertikal auf das Vertikalpositionierungselement 16 (die
ausgewählte
optische Einheit 70 (90)) zu weisen.
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Der
Grat 3 wird dann durch Führen des Laserstrahls Lb zu
einem Zielpunkt durch die Positionierung der ausgewählten optischen
Einheit 70 (90) in dem Loch 1 entfernt.
Ferner wird der Grat 3 durch Auslenken des Laserstrahls
Lb (z.B. durch die Drehung in der θ-Richtung des Werkstücks W oder
der optischen Einheit 70 (90)), wie vorstehend
beschrieben, entfernt.
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Ähnlich so,
werden der Lochschneidvorgang und der Gratentfernungsvorgang durch
Ersetzen der optischen Einheiten 70 (90) durchgeführt, welche
in Übereinstimmung
mit einer Größe und Form
des Lochs 1 vorbereitet sind. Ein Grat 3, welcher
an verschiedenen Teilen von verschiedenen Arten von Produkten ausgebildet
wird, kann daher entfernt werden. Beispielsweise kann, wie in 17 gezeigt
ist, in einem Fall, in welchem der Grat 3, welcher in dem
Loch 1 ausgebildet ist, der eine Neigung relativ zu dem Werkstück W aufweist,
das rohrförmige
Gehäuse 26 in
das Loch 1 eingesetzt werden, indem die Längsachse
des rohrförmigen
Gehäuses 26 parallel
zu der Längsachse
des Lochs 1 vorgesehen wird.
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Das
drehende Gehäuse 82,
in welches der Werkzeughalter 81 der Schneideinrichtung
eingepasst ist, kann verwendet werden, um die optische Einheit 70 zu
halten. Eine Einrichtung kann somit sowohl den Vorgang des Schneidens
von Löchern
als auch den Vorgang des Entfernens des Grats, welcher während des
Vorgangs des Schneidens der Löcher ausgebildet
wird, durchführen.
Eine kostspielige Einrichtung zum Anwenden des Strahls hoher Energiedichte
wird effektiv verwendet. Der Vorgang des Schneidens von Löchern wird
durch Drehen des Werkzeughalters 81 durchgeführt, welcher
den Bohrer 80 hält.
Nachdem der Vorgang des Schneidens der Löcher beendet ist, wird der
Werkzeughalter 81 durch die optische Einheit 70 ersetzt,
und der Gratentfernungsvorgang wird durchgeführt, so dass der Grat 3,
welcher an der Verbindung zwischen dem Loch 1 und dem Loch 2 innerhalb
des Werkstücks
W ausgebildet wird, entfernt wird. Somit werden kostengünstige und
hocheffiziente Vorgänge
durchgeführt.
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Nun
werden Merkmale der zweiten Ausführungsform
beschrieben. Die optische Einheit 70 enthält zumindest
das rohrförmige
Gehäuse 26,
welches zusammen mit dem Reflexionsspiegel 14 zu einer Einheit
integriert ist. Da die optische Einheit 70 lösbar an
dem Einrichtungshauptkörper 16 durch
Anfügen der
optischen Einheit 70 für
Bedingungen des Werkstücks
W angefügt
ist, kann der Gratentfernungs vorgang auf verschiedene Arten von
Werkstücken
(Teilen) durchgeführt
werden. Die optische Einheit 70 dient auch als ein Zusatzgerät, welches
gegen den Werkzeughalter 81 austauschbar ist, welcher den Bohrer 80 (das
Schneidwerkzeug) hält.
Daher kann, um die kostspielige Einrichtung effektiv zu verwenden,
nachdem der Vorgang des Schneidens von Löchern mit dem Bohrer 80 beendet
ist, der Werkzeughalter 81 durch die optische Einheit 70 ersetzt
werden. Der Grat 3, welcher in dem Loch 1 innerhalb
des Werkstücks
W ausgebildet wird, kann somit entfernt werden.
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Eine
Anwendung der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
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Die
optische Einheit 70 ist, wie in 16 gezeigt,
mit dem Gleitmechanismus 27 und dem Motor 28 innerhalb
des optischen Gehäuses 25 versehen. In
einem Fall, bei welchem die Gratentfernungseinrichtung mit einer
Lochschneidfunktion versehen ist, kann der Gleitmechanismus 27 und
der Motor 28 daher daran gehindert werden, durch eine Schwingung des
drehenden Gehäuses 82 beschädigt zu
werden, während
sich das drehende Gehäuse 25 dreht.
Der Gleitmechanismus 27 und der Motor 28 sind
jedoch nicht notwendigerweise innerhalb der ersetzbaren optischen
Einheit 70 aufgenommen. Wie in 19 gezeigt,
können
die Sammellinse 13, der Gleitmechanismus 27 und
der Motor 28 in dem Vertikalpositionierungselement 16 angeordnet
sein, welches als der Einrichtungshauptkörper dient. Ebenso sind zwei Spiegel 74, 75 hinzugefügt und innerhalb
der optischen Einheit 70 angeordnet. Deshalb wird, wie
in 18 gezeigt ist, der Laserstrahl Lb, welcher durch die
Sammellinse 13 hindurchtritt, durch die zwei Reflexionsspiegel 74, 75 innerhalb
der optischen Einheit 70 reflektiert, so dass der Laserstrahl
Lb in das rohrförmige
Gehäuse 26 geführt wird.
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Nach
der vorstehenden Beschreibung ist der Strahl hoher Energiedichte
der Laserstrahl. Ein Lampenabstrahlungs-Strahl (lamp radiation beam),
ein Elektronenstrahl und dergleichen werden alternativ verwendet.
Es ist zu bemerken, dass der Laserstrahl günstig ist, weil der Laserstrahl
einfach zu behandeln ist, und ein Laser als eine allgemeine Einrichtung
weit verbreitet ist.
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Weitere
Vorteile und Modifikationen werden für Fachleute leicht ersichtlich.
Die Erfindung in ihrem weiteren Sinne ist daher nicht auf die spezifischen Details,
die repräsentative
Vorrichtung und die darstellenden Beispiele beschränkt, welche
gezeigt und beschrieben wurden.