IT9022286A1

IT9022286A1 - Procedimento per misurare la grandezza di fori passanti

Info

Publication number: IT9022286A1
Application number: IT022286A
Authority: IT
Inventors: Robert Schmidt-Hebbel
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1991-06-22
Also published as: GB2239206A; GB2239206B; DE3942299A1; IT1243966B; JP3037404B2; US5089685A; GB9026301D0; DE3942299C2; IT9022286A0; JPH03199907A

Description

Stato della tecnica

L'invenzione riguarda un procedimento per misurare la grandezza di fori passanti, di elevata precisione, ricavati mediante radiazione energetica, specialmente radiazione laser, in pezzi durante l'operazione di lavorazione, laddove ogni fo= ro viene prodotto per mezzo di più impulsi energetici consecu= ti vi, in cui fuochi sono reciprocamente sfalsati rispetto al = l'asse del foro. Dal documento DE-OS 17 90 128 è divenuto noto unfcrocedi mento ed inoltre è divenuto noto un dispositivo per forare pezzi, specialmente rubini per orologi, mediante radia= zione laser, in cui ogni foro viene lavorato per mezzo di più impulsi consecutivi, i cui fuochi sono reciprocamente sfalsati trasversalmente all'asse del foro. Il diametro desiderato del foro può essere esattamente prestabilito ad esempio per mezzo di impulsi energetici singoli, che agiscono ad anello attorno all'asse del foro da produrre, in quanto l ' eccentricità dei fuochi dei singoli impulsi, con riferimento all'asse del foro da produrre, viene corrispondentemente impostata. A tale scopo si impiega preferibilmente un ottica con mezzi ottici mobili per spostare il fuoco trasversalmente all'asse ottico. Numero ed intensità degli impulsi per il noto procedimento dovranno essere determinati impiricamente in dipendenza del diametro del foro, del lo spessore del pezzo, della natura del materiale e di altri parametri .

Vantaggi del l 'invenzione

Il procedimento / l ' invenzione con le caratteri sti che della rivendicazione 1 presenta invece il vantaggio, consi ltente rei fatto che la rispettiva grandezza del foro durante l 'operazione di lavorazione viene continuamente convertita in adeguati valori mi surati impiegabili per comandare ri spetti va= mente regolare l a durata degl i impul si , rispettivamente 1 ' intera sita degli impul si , nonché per i nterrompere la radiazione ener getica, ad esempio disinserendo la sorgente energetica. In tal modo è possibile praticare fori passanti di determinata grandez za ed in materiali di differente spessore e differente natura neì l ' ambito di un intervallo di tempo preassegnato, laddove la alimentazione energetica viene interrotta automaticamente al raggiungimento del la grandezza prescritta del foro. La grande_z za misurata secondo l ' invenzione viene ricavata da un fluido, che percorre il foro passante ed è addotto al punto di foratu= ra del pezzo con una pressione costante preassegnata. Con mode stro dispendio ciò comporta risultati assai preci si , ampi amen= te non influenzati dalla radiazione energetica e dal le sue in= fluenze, a differenza del sistema di comando di potenza di un laser, noto in relazione al la saldatura, brasatura, taglio o perforazione, in dipendenza della radiazione riflessa del pzzo, in cui dopo il raggiungimento, di un 'intensità preassegnata del* la radiazione il laser viene disinserito pure il fascio laser viene interrotto mediante una copertura.

Con gli accorgimenti illustrati nelle sottorivendica= zioni sono possibili vantaggiosi ulteriori sviluppi e perfezi namenti del procedimento indicato nella rivendicazione princi= pale. Per poter ricavare un'adeguata grandezza misurata dal fluido che percorre il foro passante, si può rilevare la port ta nell'unità di tempo per/nezzo di un misuratore di portate inserito a valle del foro, e si può valutare detta portata. Un'altra possibilità préerita consiste nel fatto che la grande za misurata viene ricavata dalla caduta di pressione del f o, che si imposta durante la realizzazione del foro passante, in funzione della rispettiva grandezza del foro utilizzando un sensore di pressione altamente sensibile. Il fluido è costitui_ to preferibilmente di un gas o miscela gassosa, specialmente di un gas protettivo per influenzare il plasma indotto dalla radizione. Con la lavorazione di materiali con radiazione lasèr si forma notoriamente, con elevate potenze di radiazione, un plasma che a causa del suo assorbimento della luce laser impedi_ sce la trasmissione energetica sul pezzo. Per rendere innocui gli elettroni, responsabili principalmente deil'assorbimento, si sollecita il punto di lavorazione con elio o con un altro adatto gas protettivo. Un dispositivo particolarmente adatto per l'attuazione del procedimento secondo l'invenzione possie= de una camera a tenuta di pressione per alloggiare il pezzo, in cui sbocca un canale di afflusso ed inoltre un canale di deflusso per il fluido sollecitante il punto di foratura, e che in corrispondenza della propria estremità,_rivolta verso la sorgente della radiazione,è chiusa con μη coperchio fatto di un materiale permeabile per la radiazione energetica. Nell camera può essere disposto un sensore sensibile alla pression i cui segnali di uscita vengono raffrontati con un segnale fo nito da un traduttore di valori prescritti

Disegno

Un esempio di reaiizzazione dell'invenzione è rappr sentata nel disegno e illustrato dettagliatamente nella segue te descrizione con indicazione di ulteriori vantaggi. La figu ra mostra un esempio di realizzazione, rappresentato schemati camente, di un dispositivo, operante in base al procedimento secondo l'invenzione, per produrre fori passanti in pezzi me= diante radiazione energetica, nonché per misurare la grandezz del foro durante l'operazione di lavorazione.

Descrizione dell‘esempio di realizzazione

Nella figura con 1 è indicato un laser di modalità costruttiva di per sé nota, il quale produce un fascio di rag gi paralleli 2 presentante essenzialmente un'unica lunghezza d'onda. Il fascio di raggi 2 percorre un tubo 3 ad asse verti cale. Questo tubo è dotato di elementi ottici, non rappresene ti in dettaglio e spostabili a motore, i quali concentrano la radiazione laser su un fuoco P situato in un piano del pezzo da lavorare 4. Nell'esempio di realizzazione per quanto rigua da la parte 4 si tratta di un disco piano, in cui per mezzo della radiazione laser concentrata vientraticato un foro pas= sante di grandezza preassegnata. Il disco piano 4 può far par= te di un ugello di iniezione del combistibile. In questo caso esso è fatto di un materiale metallico o ceramico di elevata resistenza.

Il tubo 3 contiene un'ottica regolabile, per mezzo della quale il fuoco P della radiazione laser può essere spo= stato trasversalmente all'asse ottico 5 coincidente con l'as= se del foro. Ogni foro viene realizzato per mezzo di più impu si laser, fortemente concentrati, il cui diametro inferiore al diametro prescritto del foro passante una volta conclusa la la= vorazione. In particolare opportunamente si può procedere in modo che in un primo momento per mezzo di un impulso del rag= gio laser o di più impulsi consecutivi, nella zona della super ficiedel foro del pezzo 4 viene prodotto un foro^assante cen=<' >trato di diametro inferiore a quello prescritto. Successivameji te questo foro centrale lungo il proprio contorno mediante ul= teriori impulsi laser viene alesato al proprio diametro pre= scritto. I fuochi dei singoli impulsi in particolare possono essere reciprocamente sfalsati, concentricamente all'asse del foro, lungo una circonferenza od una spirale. In particolare i fuochi degli impulsi dopo la realizzazione del foro centrale possono essere distribuiti uniformemente rispettivamente con simmetria centrale rispetto all'asse del foro. Il numero degli impulsi necessari e la loro energia possono essere scelti di= versamente a seconda del diametro del foro da produrre, laddo= ve almeno all'inizio della lavorazione si opera con impulsi di energia crescente.

Com'è rilevabile dalla figura per il disco piano 4 è previsto un alloggiamento del pezzo in un blocco di chiusura mobile 6 che centra e fissa il disco in direzione verticale e orizzontale rispetto all'asse 5 della radiazione laser. L'al= 1oggiamento del pezzo viene formato da un foro passante verti= cale 7, praticato nel blocco di chiusura 6, e dalla superficie frontale di un manicotto ancorato nel foro 7, laddove il diame tro del foro è adattato al diametro esterno del disco 4.

Il blocco di chiusura 6 è disposto movibile in dire= zione verticale fra un punto di alimentazione ed un punto di chiusura. Nella posizione di alimentazione del blocco di chiu= sura è possibile inserire un disco 4, non forato, dall'alto, nell alloggiamento 7 e 8 del pezzo. Nella posizione di chiusu= ra il blocco 6 poggia sul lato inferiore di un blocco staziona rio 9, laddove esso chiude a tenuta di pressione una camera 10 ricavata nel blocco 6.

La camera di pressione 10 nell'esempio di realizza= zione è costituita di un foro verticale, che si estende conce^ tricamente al foro 7 e all'asse ottico 5 e alla propria estre= mita, rivolta verso il tubo 3, è chiusa a tenuta di pressione per mezzo di una finestra 11 fatta di un materiale permeabile per la radiazione laser. A tale scopo serve un anello di pres sione 12, che è avvitato con il blocco 10 e poggia la finestr 11 su una guarnizione anulare 13 parzialmente incassata nel blocco 9.

A partire dall'altro lato la camera di pressione viene chiusa mediante il disco piano 4, che si trova rispetta vamente nel alloggiamento 7 e 8 del pezzo e nella posizione di chiusura del blocco di chiusura 6 viene accostato a pressi ne contro un disco di tenuta 14 con apertura centrale 15 avvi tato con il blocco stazionario 9.

Il blocco 9 inoltre possiede due fori trasversali 16 e 17 che sboccano nella camera 10. Al foro trasversale sup riore 16 è raccordato un non rappresentato generatore di pres sione, ad esempio una pompa, che'immette un fluido, specialmen te un gas protettivo, nella camera 10. Una valvola riduttrice 18, disposta fra essa e il generatore di pressione, mantiene la pressione del fluido affluente nella camera, ad un preasse gnato valore costante.

Nel foro 17 è disposto un sensore di pressione 19 rilevante la rispettiva pressione di riempimento della camera Il valore effettivo del segnale di uscita del sensore di pres sione 19 viene addotto ad un comparatore 20, al quale è racco dato un trasduttore 21 dei velori prescritti. Il segnale diff renziale formato da valore effettivo e valore prescritto tra= mite una linea 22 viene immesso in un circuito di regolazione e di disinserzione 23 associato al laser 1.

Il funzionamento del dispositivo precedentemente de scritto è il seguente:

quando è chiusa la camera 10 e quando è inserito il pezzo 4 non lavorato, dopo l'inserimento del generatore di pressione tramite la valvola ridutlrice 18 e 11 foro 14 fluisce un fluido, specialmente un gas protettivo, che si porta nella camera 10. La valvola riduttrice 18 mantiene costante la quan= tità di fluido affluente nell'unità di tempo nella camera 10, ed interrompe l'adduzione di fluido, non appena nella camera si è formata una preassegnata pressione di riempimento.

A questi punto è possibile inserire il laser 1 con lo scopo di realizzare, mediante più impulsi energetici conse cutivi, nel disco piano 4 un foro passante di grandezza esat= tamente definita. A talescopo si può procedere in modo che con un primo impulso di radiazione rispettivamente una serie di impulsi viene prodotto un foro centrale di diametro minore del diametro prescritto, e successivamente il foro mediante ulteriori impulsi laser, i cui fuochi sono reciprocamente sfa]_ sati mediante corrispondente impostazione del tubo 3 trasver= salmente all'asse del foro, viene allargato alla grandezza pre scritta. Questo procedimento e i mezzi necessari ad esso sono noti dal DE-OS 19728.

Non appena è stato forato il disco piano 4, nella camera 10 si forma una caduta di pressione, poiché la quantità di fluido addotta tramite la valvola riduttrice 18 è inferiore alla quantità di fluido che sfugge attraverso il foro ed il manicotto 8. Questa caduta di pressione aumenta al crescere della grandezza del foro. Essa viene rilevata mediante il sen= sore di pressione 19 e addotta al comparatore 20 come segnale elettrico. Al crescere dell'allargamento del foro il valore del segnale del sensore di pressione si avvicina al valore del segnale immesso dal trasduttore 21 dei valori prescritti nel comparatore 20. Al raggiungimento di una differenza preassegna ta di entrambi i segnali, che può avere il valore"0", il laser 1 viene disinserito tramite il circuito 23.

E' possibile raffrontare il segnale, fornito dal sensore di pressione 19 come funzione della caduta di pressio= ne nella camera, continuamente od ad intervalli di tempo, con segnali di valore prescritto del trasduttore 21 dei valori pre scritti, per regolare in tal modo la potenza del laser median= te amplificazione o riduzione dell'energia impulsiva durante . l'operazione di foratura. Ciò è opportuno ad esempio quando si debbano lavorare consecutivamente pezzi di differente spesso re e/oppure di differente natura del materiale.

Invece di operare con sovrapressione si può produrre anche una depressione di grandezza preassegnata per mezzo di una corrispondente pompa, raccordata al foro 16, nella camera 10. Praticando il foro nel disco piano 4 diminuisce la depres= sione nella camera rispetto alla pressione ambiente nel mani= cotto 8. La caduta di pressione in particolare può essere rile vata con un sensore e valutata tramite una corrispondente con= nessione per il comando della potenza e/oppure per interrompe re la ridazione laser.

Una grandezza misurata valutabile della rispettiva grandezza del foro passante può essere ricavata alternativamente te anche dalla portata del fluido nell'unità di tempo. A tale scopo nella camera 10 può essere disposto un misuratore di portata 24, che dal lato di uscita è connesso al circuito di regolazione 23 del laser 1. Il misuratore di portata può esse= re progettato per rilevare l'efflusso di un fluido dalla came= ra in seguito ad una sovrapressione ivi presente, oppure per rilevare l'afflusso di aria ambiente nella camera in seguito ad una depressione ivi esistente. E' essenziale che la grande za misurata venga ricaveta da un fluido che percorre il foro passante ed è addotto al punto di foratura del pezzo con una preassegnata pressione costante.

Come fluido si impiega preferibilmente un gas protet tivo, ad esempio elio, per aumentare la ricombinazione di ioni ed elettroni/ridurre quindi la densità degli elettroni nel sma. Questo plasma notoriamente assorbe una parte dell'energia di radiazione scherma il pezzo contro la radiazione laser inci

.dente. La schermatura avviene per/il fatto che il plasma si ìstacca dalla superficie del pzzo. L'effetto di schermatura del plasma può essere di grandezza tale che la radiazione re= sidua passante non è sufficiente a conservare sul pezzo il prò cesso di fusione rispettivamente di vaporizzazione.

Claims

Rivendicazioni 1.- Procedimento per misurare la grandezza di fori passanti di elevata precisione, prodotti mediante radiazione energetica, specialmente radiazione laser, in pezzi, durante il processo di foratura, laddove ogni foro viene prodotto per mezzo di più impulsi energetici consecutivi, i cui fuochi sono reciprocamente sfalsati rispetto all'asse del foro, caratteriz= zato dal fatto che la grandezza misurata viene ricavata da un_ fluido che percorre il foro passante ed è addotto al punto di foratura del pezzo (4) con una pressione costante preassegnata. 2.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, carata terizzato dal fatto che la grandezza misurata viene ricavata dalla portata del fluido nell'unità di tempo in funzione della rispettiva grandezza del foro passante. 3.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, carat=, terizzato dal fatto che la grandezza misurata viene ricavata dalla caduta di pressione del fluido, che si imposta durante la realizzazione del foro passante, in funzione della rispetti va grandezza del foro passante. 4.- Procedimento secondo una deUe rivendicazioni pre cedenti, caratterizzato dal fatto che il fluido è costituto di un gas o di una miscela gassosa. 5.- Procedimento secondo la rivendicazione 4, carat= terizzato dal fatto che come gas si impiega un gas protettivo per influenzare iplasma indotto da radiazione. 6.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 5, caratterizzato dal fatto che nella zona del punto di foratura del pezzo(4)viene prodotta una sovrapressione co= stante preassegnata, e la caduta di pressione, che si imposta durante la realizzazione del foro passante, viene misurata e valutata in funzione della rispettiva grandezza del foro. 7.-Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che nella zona del punto di foratura del pezzo (4) viene prodotta una preassegnata de= pressione costante e la caduta di pressione, che si imposta durante la realizzazione del foro passante rispetto alla pres= sione atmosferica, viene misurata e valutata in funzione del rispettivo diametro del foro. 8.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 5 oppure 6, caratterizzato dal fatto che la caduta di pressione durante l'operazione di foratura viene raffrontata con un vaio re prescritto e un segnale differenziale, da ciò risultante, di grandezza preassegnata viene utilizzato per interrompere la radiazione energetica. 9.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 5 oppure 6, caratterizzato dal fatto che la caduta di pressio= ne durante la foratura più volte a preassegnati intervalli di tempo viene raffrontata con valori prescritti di differente grandezza, e vengono valutati i segnali differenziali£ da ciò risultanti,per il controllo della potenza della radiazione eneir getica. 10.- Dispositivo per attuare il procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che esso possiede una camera (10), chiudibile a pressione.per il pezzo (4), in cui sboccano una canale di afflusso (16) ed un canale di riflusso (7) per il fluido sollecitante il punto di foratura, e che alla propria estremità, rivolta verso la sorgente di radiazione, è chiusa a tenuta di pressione con un finestra (11) fatta di un materiale permeabile per la radiazio ne energetica. 11.- Dispositivo secondo la rivendicazione 9, carat terizzato dal fatto che la camera (10) sul lato fronteggiente finestra (11) è chiudibile a tenuta di pressione per mezzo de pezzo (4) da lavorare. 12.- Dispositivo secondo la rivendicazione 9 oppure 10, caratterizzato dal fatto che l'alloggiamento (7, 8) del pezzo è previsto in un blocco di chiusura mobile (6), che dop l'inserimento del pezzo (4) può essere possiato sul lato dell camera (10) fronteggiante la finestra (11) e chiude questa ca mera a tenuta di pressione. 13.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato dal fatto che la camera (10) è ese= guita come foro in un blocco (9) di materiale massiccio, e que= sto blocco presenta almeno un dteriore foro (16) per l 'afflus= so del fluido. 14.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 9 fino a 12, caratterizzato dal fatto che nella camera (10) è disposto un sensore (19) sensibile alla pressione, i cui se= gnali di uscita vengono raffrontati con un segnale fornito da un trasduttore (21 ) dei valori prescritti . 15.- Dispositivo secondo la rivendicazione 11 oppure 12, caratterizzato dal fatto che in un foro (7) del blocco di chiusura (6) è disposto un misuratore di portata (24) , che ri= leva la portata del fluido percorrente il foro del pezzo (4) ed i cui segnali di uscita vengono valutati per il comando e/oppure la disinserzione del laser (1 ) .