TWI465311B - 雷射加工系統及載具 - Google Patents

Description

雷射加工系統及載具

本發明係有關於一種載具，特別是指一種利用太陽齒輪和行星齒輪之間的関係造成工件翻轉出加工面，以提供雷射加工、刻字的一種裝置，而達到裝載一次就可以提供多面加工的載具裝置。

雷射加工技術是以高功率雷射光束照射於工件，加工內容包括以雷射光朿對工件刻印文字、圖案、切割，鑽孔等等。

雷射加工具有加工能量大，速率快(相較於傳統技術作雷射加工的內容)，可以局部加工等特性。因此，適當的使用將有助於精密電子產品的製造，並縮短工期(cycle time)。

儘管雷射加工速率快，習知雷射加工技術有更大部部分的時間是浪費在工件的裝載及缷載的頻率，當待加工物件的加工面不只一個面時。例如，雷射刻印加工時間只需幾秒，而裝載及缷載一次要數分鐘等。因此，習知雷射加工技術為加速加工流程，多是採同一批貨的工件都先被一一加工第一面，至全部完工後，再翻轉工件，隨之，再對第二面加工。若工件固定座有翻轉功能的尚好，只需翻轉工件固定座，否則，必須先缷載，再重新裝載，所有的工件都被加工第二面後，再一一缷載。若有多面待加工，工件從開始加工到完工，就需要很長的時間。

另一習知技術是採用至少二套的加工雷射系統，以達到加速的目的。然，這將使系統建構成本增加。

有鑑於此，本發明將提供一種能同時克服上述習知實施例問題的載具，特別是使用於雷射加工。

本發明之一目的是提供一種載具，特別適用於雷射加工。

本發明之再一目的是提供一種可以使工件多面翻轉的載具以提供加工雷射光束對工件加工時，不需要多次裝載及缷載步驟而是一次裝載後加工，待多面加工完才缷載。

本發明揭露一種雷射加工系統，至少包含一載具，及一加工雷射系統。載具包含一驅動齒輪傳動一包含一圓盤的從動齒輪，而以一固定軸為中心轉動，一太陽齒輪固定於固定軸上，與該圓盤相距一預定距離，複數個行星齒輪，各以一第二固定軸為中心轉動，該些第二固定軸等距固定於該圓盤，而使得該行星齒輪和該太陽齒輪囓合，因此，該行星齒輪除了以該太陽齒輪的齒冠圓為軌道公轉，另一方面則以該第二固定軸為中心自轉，複數個工件固定座分別設置於該些行星齒輪端部的齒冠圓內，用以固定工件；一加工雷射包含一校準單元，用以校準加工雷射之光束；一偵測單元，用以監視工件在行星齒輪轉動一次並定位時是否有偏離，並量取偏離量以提供該校準單元調整該加工雷射的位置及/或發射角度，以使該雷射光束得以對準該工件的加工面。此外，另有一加工程序控制器，用以

如先前技術所述，習知有関於雷射加工技術的載具多是將一整批工件分別以多個同型具有轉盤的夾具裝載於載具上，以供雷射加工，待一批料全部加工完畢後，再將轉盤轉至另一角度，以使所有被夾具夾持的工件翻轉至第二面，以對整批工件的第二面再進行第二次加工，然後，再將轉盤轉至另一角度，以使所有被夾具夾持的工件再翻轉至另一面所有轉盤再翻轉至第三角度以對整批工件的第三面再進行第三次加工，同法泡製，直至工件的所有待加工面都已加工。因此，這是沒有較率的。

另一習知的技術是所有工件是掛在固定式夾具上，因此，整批工件的第一面加工完畢後，需要缷載，再重新裝載。這種方式，雖然，載具設備最省，但也是最沒有效率的。

本發明提供的技術是提供一種載具1利用太陽齒輪與行星齒輪的関係，可以有效率的解決上述兩種習知技術的困難點。被加工件的工件裝載於夾具上後，利用行星齒輪公轉並自轉的同時達到工件同時翻轉的目的。

如圖1所示的載具1的立體示意圖及圖2的前視示意圖，包括一基座2上有一馬達44、馬達輸出軸45連接一驅動齒輪40、一從動齒輪35由驅動齒輪35所驅動，以一固定軸5為中心轉動、一圓盤30固定於從動齒輪35上、一第一軸承36套接於從動齒輪35及圓盤30和固定軸5之間，而使從動齒輪35及圓盤30以固定軸5為軸心轉動時磨擦力最小、一太陽齒輪10固接於圓盤30上方的適當高度處的固定軸5上，固接的方式不限，例如以外螺牙及內螺牙(或稱公、母螺牙)或焊接或另以固定板固接皆可、複數個行星齒輪20以第二固定軸25為軸心轉動、一第二軸承26及一工件固定座27固定於行星齒輪20的端部的齒冠圓。圖2A示行星齒輪20與太陽齒輪10之俯視示意圖。

第二軸承26套接於行星齒輪20與及圓盤30之間，而使行星齒輪20以第二固定軸25為軸心轉動時磨擦力最小。

上述複數個行星齒輪20以第二固定軸25的軸心自轉，同時以太陽齒輪10為中心公轉。第二固定軸25固接於圓盤30上，固接的方式不限，例如以外螺牙及內螺牙(或稱公母螺牙)或焊接或螺釘、或□釘固接皆可。

上述工件固定座27固定於行星齒輪20的端部，因此，只要行星齒輪20轉動，工件固定座27也會一起同步轉動。工件固定座27是用以裝載一工件28。工件28裝載於工件固定座27的方式不限，可以是夾持，電磁吸附或真空吸附。當然，以夾持或電磁吸附成本較低，而真空吸附，雖成本相對高，但吸附力容易控制，且裝載或缷載時間亦短，夾持則需配合夾具(未圖示)。

太陽齒輪10和行星齒輪20具有相同的周節(Circular pitch)，依據本發明的一較佳實施例，工件28是一六面體，除了一面固定於工件固定座27外，其餘五面都要被加工。所選的太陽齒輪和行星齒輪20的齒數比為2:1，行星齒輪20是以一傾斜角θ將第二固定軸25固接於圓盤30上。行星齒輪20本身以固定軸5為軸心公轉，以第二固定軸25自轉。當行星齒輪20公轉1周時，行星齒輪20自轉2周，即當行星齒輪20每轉90°時只公轉了45。太陽齒輪10的周邊共有八個行星齒輪20(都是同一軌道)。在圖1所示的實施例中，共有八顆行星，θ約60°。

太陽齒輪10預計掛的行星齒輪20數目可以是6顆、8顆、12顆，但並不以為限，它和工件固定座27的大小、太陽齒輪10和行星齒輪20的齒數比及第二固定軸25的傾斜角θ及工件的多面體數皆有関。

請進一步參考圖3。在雷射加工載具1上方是一雷射加工裝置100，它除了加工雷射110外，尚有一偵測單元120、校準單元130、及一加工程序控制器140。偵測單元120是用以監視工件28在行星齒輪20轉動一次並定位時是否有偏離，並量取偏離量以提供校準單元130自動調整加工雷射110的位置及/或發射角度。這是有必要的。因為太陽齒輪10和行星齒輪20囓合時總是存有齒隙(backlash)即行星齒輪20齒輪圓周厚度與太陽齒輪10之齒間間之差，雖然齒隙量很小，但是的確存在。因此，如上述當太陽齒輪10轉了45°時，行星齒輪20未必就真正的轉了90°，雖然，以齒數比來說，理應如此。加工程序控制器140是用以控制加工雷射110對工件28的加工內容。工程師可以依據工件28的加工內容輸入加工程序控制器140，以控制加工雷射110的加工法。此外，加工程序控制器140也控制馬達44的轉速及停留點。

本發明的雷射加工載具的工作原理如下：

馬達44之輸出軸45輸出動力以使驅動齒輪40帶動從動齒輪35以固定軸5為中心。馬達44是一程序控制馬達。馬達44不連續輸出，即，每轉一預設角度後，暫停適當時間，以使加工雷射110得以對工件加工。當從動齒輪35轉動時，固定於其上的圓盤30也同步轉動。此時，第二固定軸25因固接於圓盤30上，因此，第二固定軸25隨圓盤30之轉動而轉動。因固定軸5的上端固接了一太陽齒輪10，而以第二固定軸25為轉動軸心的行星齒輪20的齒腹(flank of a tooth)囓合於太陽齒輪10的一齒腹，但太陽齒輪10是不動的。因此，行星齒輪20就會一面以太陽齒輪10的齒冠圓(addendum circle)(齒端所構成之圓)為軌道公轉，另一方面則以第二固定軸25為中心自轉。

當行星齒輪20公轉45°時，行星齒輪20就自轉了90°。換言之，位於工件固定座27上的工件也同時將待加工的一側面28A朝上，以讓加工雷射110可以對該面28A加工。又，因本發明的雷射加工系統100設有偵測單元120可以監視工件面之法線偏離角度，而隨之校準單元130就校準加工雷射110的出光線角度及位移量，以使加工雷射110可以對該側面28A進行準確加工。又因第二固定軸25是傾斜的，因此，除了側面28A外，工件28的正面28E也被加工。接著，步進馬達44再步進一次。行星齒輪20就立刻將工件28另一側面28B朝加工方向。

加工雷射110的加工速率很快，因此，行星齒輪20轉動後只需短暫的暫停。只要控制馬達44每步進一次後停留時間，加工雷射110足以以偵測單元120偵測方位及以校準單元130校準加工雷射110及對工件28加工的時間。正面28E可以設定在每一側面被加工的同時，同步加工四分之一的面積或是某一側面被加工的同時加工該面。

當然，上述的工件28的各加工面依需求、面積、加工內容，而使得有些面需要加工時間長，有些則短，甚至不需加工，上述這些變化都可以透過加工程序控制器140的設定而達到目的。

本發明中，太陽齒輪10上掛的八個行星齒輪20，也可視為八個站，因此，上述的正面加工也可以選擇在後四個站的其中之一站加工，或二個站加工。當然，也可以利用第五至第八站的過程中，進行電阻量測，或噴漆或濺鍍等等或進行每一側面之第二階段加工，依據需要而調配。

本發明具有以下的優點：

1、工件被裝載一次，除了底面外，其它的正面及側面都可以被加工，缷載時代表，已加工完畢後。中間翻面過程中，工件不需要缷載。

2、本發明的載具特別適用於雷射加工。因為雷射加工時間短，且加工工具不需貼在工件上。因此，舉凡有類似特性的加工，也可以利用本發明的載具。

3、相較於習知技術，同一批同面加工，再翻面，本發明的工件裝載再缷載時代表已完成，因此，cycle時間更容易掌握。

4、習知技術，若要多面同時加工，就得有多組的加工雷射，本發明則只需一套加工雷射110即可。

5、本發明的加工雷射110設有偵測單元120及校準單元130以修正齒隙的問題，因此，加工面精準。

本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明精神與發明實體僅止於上述實施例。凡熟悉此項技術者，當可輕易了解並利用其它元件或方式來產生相同的功效。是以，在不脫離本發明之精神與範疇內所作之修改，均應包含在下述之申請專利範圍內。

5．．．固定軸

10．．．太陽齒輪

20．．．行星齒輪

25．．．第二固定軸

30．．．圓盤

26．．．第二軸承

27．．．工件固定座

28．．．工件

28A．．．工件之第一側面

2．．．基座

28B．．．工件之第二側面

35．．．從動齒輪

44．．．馬達

40．．．驅動齒輪

110．．．加工雷射

120．．．偵測單元

130．．．校準單元

140．．．加工程序控制器

100．．．雷射加工裝置

1．．．載具

36．．．第一軸承

圖1顯示載具之立體圖。

圖2A顯示載具之太陽齒輪和行星関係圖。

圖2載具之平面関係示意圖。

圖3示包含雷射系統及載具之示意圖。

5．．．固定軸

10．．．太陽齒輪

20．．．行星齒輪

25．．．第二固定軸

30．．．圓盤

26．．．第二軸承

27．．．工件固定座

28．．．工件

1．．．載具

2．．．基座

26．．．第二軸承

35．．．從動齒輪

44．．．馬達

40．．．驅動齒輪

36．．．第一軸承

Claims (9)

1. 一種載具，包含：一驅動齒輪由一馬達之馬達輸出軸傳動；一從動齒輪包含一圓盤由該驅動齒輪傳動，而以一固定軸為中心轉動；一太陽齒輪固定於該固定軸上，與該圓盤相距一預定距離；複數個行星齒輪，各以一第二固定軸為中心轉動，該些第二固定軸等距固定於該圓盤，而使得該行星齒輪和該太陽齒輪囓合，因此，該行星齒輪除了以該太陽齒輪的齒冠圓為軌道公轉，另一方面則以該第二固定軸為中心自轉；及複數個工件固定座分別設置於該些行星齒輪端部的齒冠圓內，用以固定工件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中當該工件為六面體工件時上述之太陽齒輪與該行星齒輪的齒數比為2：1。
3. 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中上述之馬達是一不連續輸出馬達，每轉動一預定角度後就暫停，暫停的時間是提供一加工雷射對該工件加工。
4. 如申請專利範圍第3項所述之載具，其中上述之第二固定軸是以一傾斜角固定於該圓盤上以使得該工件除了一側面得以朝向該加工雷射外，另有一相對固定於該工件固定座底面的一正面也同時面向該加工雷射。
5. 如申請專利範圍第1項所述之載具，其中上述之馬達是一程式控制馬達，由一程式控制輸出轉速，轉角，暫停時間。
6. 一種雷射加工系統，至少包含：一載具，該載具包含：一驅動齒輪由一步進馬達之馬達輸出軸傳動；一從動齒輪包含一圓盤由該驅動齒輪傳動，而以一固定軸為中心轉動；一太陽齒輪固定於該固定軸上，與該圓盤相距一預定距離；複數個行星齒輪，各以一第二固定軸為中心轉動，該些第二固定軸等距固定於該圓盤，而使得該行星齒輪和該太陽齒輪囓合，因此，該行星齒輪除了以該太陽齒輪的齒冠圓為軌道公轉，另一方面則以該第二固定軸為中心自轉；及複數個工件固定座分別設置於該些行星齒輪端部的齒冠圓內，用以固定工件；一加工雷射，該加工雷射光束朝向該工件之一；一校準單元，用以校準該加工雷射之光束；一偵測單元，用以監視工件在行星齒輪轉動一次並定位時是否有偏離，並量取偏離量以提供該校準單元調整該加工雷射的位置及/或發射角度，以使該雷射光束得以對準該工件的加工面；及一加工程序控制器，用以設定該工件的加工內容，並依據設定內容輸出以控制該馬達輸出及該加工雷射輸出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工系統，其中當該工件為六面體工件時上述之太陽齒輪與該行星齒輪的齒數比為2:1。
8. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工系統，其中上述之馬達是一不連續輸出馬達，每轉動一預定角度後就暫停，暫停的時間是提供該加工雷射對該工件加工。
9. 如申請專利範圍第8項所述之雷射加工系統，其中上述之第二固定軸是以一傾斜角固定於該圓盤上以使得該工件除了一側面得以朝向該加工雷射外，另有一相對固定於該工件固定座底面的一正面也同時面向該加工雷射。