TWI613028B - 雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置 - Google Patents

雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置 Download PDF

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Abstract

一種雷射加工裝置包含一雷射產生元件、一光學繞孔元件、一氣源及一雷射加工排屑裝置。雷射產生元件用以產生一雷射光束並穿過光學通道。光學繞孔元件位於雷射光束之光路上，並令雷射光束沿一環形加工路徑移動。雷射加工排屑裝置利用噴嘴之內部流道設計，提高噴出的流速，使得吸附區域壓力變小。氣源用以提供一氣流，並裝設於雷射加工排屑裝置上，與噴嘴之內部流道相連通。本雷射加工排屑裝置針對雷射加工掃描區域產生吸力，並輔助雷射切割/鑽孔製程，達到大面積碎屑排除動作，提昇產速與孔洞品質。

Description

雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置
本發明係關於一種雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置，特別是一種大面積加工之雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置。
隨著觸控面板產業的快速發展，保護玻璃的基板厚度變薄且強度提升為趨勢。傳統CNC機械鑽孔製程面臨瓶頸，而雷射非接觸鑽孔技術因能對高強度之基板進行鑽孔，進而逐漸取代CNC機械鑽孔。
雷射鑽孔分為小範圍的單點鑽孔與大範圍的區域性鑽孔。傳統的雷射噴嘴是針對單點鑽孔所設計，鑽孔範圍的直徑通常小於2.5毫米。若欲進行大面積的區域性鑽孔(直徑大於10毫米或以上)，則需將傳統的雷射噴嘴配合雙軸向(如X軸與Y軸)移動平台，才能夠達成大範圍的區域性鑽孔。然而，因雙軸向移動平台的移動速度慢，使得雷射鑽孔的產速難以提升，故亦有將傳統的雷射噴嘴搭配掃描振鏡來進行鑽孔，以期藉由掃描振鏡具有高掃描頻率的特性來加快鑽孔效率。
理論上，傳統雷射噴嘴搭配掃描振鏡雖然可以加快鑽孔速度，但實際上，傳統雷射噴嘴搭配掃描振鏡的鑽孔速度卻會受到排屑速度的限制而難以提升。詳細來說，目前大都是採用氣體來將碎屑移除，孔徑加大意指氣體的吹氣範圍也會加大。然而，排屑氣體的吹氣範圍變大卻會連帶使排屑氣體的氣壓大幅降低。此狀況將會導致排屑氣體的排屑效果降低，而難以提升雷射鑽孔的鑽孔效率與鑽孔品質。因此，如何提升雷射鑽孔設備進行大孔徑孔洞時的鑽孔效率與鑽孔品質，則為研發人員應解決的問題之一。
本發明在於提供一種雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置，以提升雷射鑽孔設備進行大面積的鑽孔效率與鑽孔品質。
本發明之一實施例所揭露之雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置中，雷射加工裝置包含一雷射產生元件、光學繞孔元件、一氣源及一雷射加工排屑裝置。雷射產生元件用以產生一雷射光束。光學繞孔元件位於雷射光束之光路上，並令雷射光束沿一環形加工路徑移動。雷射光束穿過光學通道。氣源裝設於雷射加工排屑裝置上，用以提供一氣流。
根據上述實施例之雷射加工裝置及雷射加工排屑裝置，透過雷射加工排屑裝置之內部流道設計，提高噴出的流速，使得吸附區域壓力變小，對試片的雷射加工區域產生吸力，進而達到雷射加工碎屑排除的功效，經由雷射加 工排屑裝置達到雷射加工區域的碎屑排除動作，進行雷射切割/鑽孔製程，提昇鑽孔效率與鑽孔品質；此外，亦可在雷射加工排屑裝置上設置多個進氣口，進行多流道並聯，增加雷射加工碎屑排除的面積，達成超大面積的雷射加工排屑裝置。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
10‧‧‧雷射加工裝置
20‧‧‧加工件
21‧‧‧加工表面
22‧‧‧孔洞
100‧‧‧雷射產生元件
200‧‧‧光學繞孔元件
300‧‧‧雷射加工排屑裝置
310‧‧‧光學通道
320‧‧‧噴嘴
321‧‧‧上座體
322‧‧‧下座體
330‧‧‧進氣口
340‧‧‧排氣口
350‧‧‧保護鏡
360‧‧‧固定塊
361‧‧‧螺栓
370‧‧‧空間
400‧‧‧氣源
410‧‧‧管路
A‧‧‧中心軸線
L‧‧‧雷射光束
P‧‧‧氣流
第1A圖為根據本發明第一實施例所述之雷射加工裝置的部分剖面示意圖。
第1B圖為本發明第一實施例所述之雷射加工裝置與工件的剖面示意圖。
第2A圖為雷射加工排屑裝置的剖面示意圖。
第2B圖為第2A圖的部分立體圖。
第3圖為具有多個進氣口之雷射加工排屑裝置的部分立體圖。
請參閱第1A圖及第1B圖。第1A圖為根據本發明第一實施例所述之雷射加工裝置的部分剖面示意圖，第1B圖為本發明第一實施例所述之雷射加工裝置與工件的剖面示意圖。第1A圖未包含加工件20，第1B圖包含加工件20，其中該加工件20未與雷射加工排屑裝置300接觸，亦可在加工時使兩者互相接觸。
本實施例之雷射加工裝置10用以對一加工件20進行鑽孔，使加工件20之加工表面21上形成一孔洞22。雷射加工裝置10包含一雷射產生元件100、一光學繞孔元件200、一氣源400及一雷射加工排屑裝置300。其中光學繞孔元件200與雷射加工排屑裝置300在本實施例係結合在一體操作，但該兩者在其他實施例中亦可分離操作。當在加工須將光學繞孔元件200與雷射加工排屑裝置300分離操作時，可將雷射加工排屑裝置300放置於加工件20上。
雷射產生元件100用以產生一雷射光束L。雷射光束L例如為紫外光雷射、半導體綠光、近紅外光雷射或遠紅外光雷射。
光學繞孔元件200例如為旋轉鑽孔(trepan)光學模組或掃描振鏡模組，並位於雷射光束L之光路上。雷射光束L受光學繞孔元件200驅動而可沿一環形加工路徑移動。環形加工路徑位於加工件20之加工表面21上，且環形加工路徑也就是形成孔洞22的邊緣。在本實施例中，環形加工路徑的形狀為圓形，且環形加工路徑的直徑大於等於1毫米。
雷射加工排屑裝置300具有一空間370、一噴嘴320、對應噴嘴320之一側設置至少一進氣口330、該噴嘴320之另一側設置至少一排氣口340、及一保護鏡350，其中空間370位於保護鏡350之下方及進氣口330與排氣口340之間。
光學通道310具有一中心軸線A，雷射光束L穿過光 學通道310，並在光學通道310內繞圈而沿環形加工路徑移動。
進氣口330位於雷射加工排屑裝置300之一側，並連通於空間370。
值得注意的是，本實施例之進氣口330的數量是以一個為例，但並不以此為限，在其他實施例中，進氣口330的數量也可以為多個(如二個以上)。
此外，請參閱第2A圖、第2B圖及上述第1B圖。第2A圖為雷射加工排屑裝置300之剖面示意圖。第2B圖為第2A圖之部分立體圖。在本實施例中，雷射加工排屑裝置300包含噴嘴320、對應噴嘴320一側設置至少一進氣口330、該噴嘴320之另一側設置至少一排氣口340、及保護鏡350，該保護鏡350與一固定塊360固定於噴嘴320上，本實施例使用螺栓361將保護鏡350與一固定塊360固定於噴嘴320上，並在噴嘴320內形成一空間370。噴嘴320由上座體321及下座體322組成，亦可為一體成型，該上座體321及下座體322組成後在一端形成一進氣口330，該進氣口330為一漸縮小的孔徑，在另一端形成一排氣口340，該排氣口340為一漸擴大的孔徑、或者為相同的孔徑。當氣流P從進氣口330噴出時，因進氣口330之孔徑之截面積縮小，使得氣流P之流速升高，造成氣流P流經空間370之區域內，造成氣體壓力降低在一大氣壓以下，相對於加工件20之孔洞22仍為一大氣壓，故在空間370之區域內形成一吸附區域，可將排屑物從加工件20之 孔洞22吸出到空間370之區域內，再從排氣口340被高速氣體噴出。
第3圖為具有多個(如二個以上)進氣口330之雷射加工排屑裝置300的部分立體圖，可以做為大面積雷射加工排屑裝置300。同時，請一併參閱上述第1B圖。
氣源400透過一或多個管路410與噴嘴320之多個進氣口330相連接，提供一高壓氣體，該氣體可例如為連續式氣體或脈衝式氣體。
再者，氣源400所產生之氣流P經由漸縮之進氣口330噴出時所產生之高速氣流，將空間370內之碎屑吹向排氣口340流出。如此一來，將可提升氣流P對碎屑的排屑效果，進而提升雷射加工裝置10的鑽孔效率。其實測結果，傳統之雷射加工器加工直徑1mm的孔洞所花費時間約58秒，且在加工過程中，加工件之加工表面上有粉塵堆積。但本實施例之雷射加工裝置10加工直徑1mm的孔洞22所花費的時間確實有效地自58秒縮短至32秒，且加工過程中，加工件20之加工表面21上並無粉塵堆積。另於加工直徑0.5mm的孔洞時，在傳統之雷射加工器未有本發明之雷射加工排屑裝置300輔助加工，將無法加工，而本實施例之雷射加工裝置10加工直徑0.5mm的孔洞22所花費的時間為21秒。因此，從實測結果中可知，透過本發明之雷射加工排屑裝置300輔助加工所產生之氣流P，確實能夠有效提升雷射加工裝置10的鑽孔效率及鑽孔品質。
根據上述實施例之雷射加工裝置及雷射加工排屑裝 置，透過雷射加工排屑裝置之內部流道設計，提高噴出的氣體流速，使得吸附區域壓力變小，對試片的雷射加工區域產生吸力，達到雷射加工碎屑排除的功效，進而提升雷射加工裝置的鑽孔效率與鑽孔品質。
此外，除上述雷射加工排屑裝置之內部流道設計外，且本發明之雷射加工排屑裝置之結構簡單，使用吸力方式，藉此可避免氣流吹至加工件的表面而造成汙染，以更進一步地提升雷射加工裝置的鑽孔效率與鑽孔品質。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧雷射加工裝置
100‧‧‧雷射產生元件
200‧‧‧光學繞孔元件
300‧‧‧雷射加工排屑裝置
310‧‧‧光學通道
320‧‧‧噴嘴
330‧‧‧進氣口
340‧‧‧排氣口
350‧‧‧保護鏡
360‧‧‧固定塊
361‧‧‧螺栓
370‧‧‧空間
400‧‧‧氣源
410‧‧‧管路
A‧‧‧中心軸線
L‧‧‧雷射光束
P‧‧‧氣流

Claims (18)

  1. 一種雷射加工裝置，包含：一雷射產生元件，用以產生一雷射光束；一光學繞孔元件，位於該雷射光束之光路上，並令該雷射光束沿一環形加工路徑移動；一雷射加工排屑裝置，具有一空間、一噴嘴、對應該噴嘴之一側設置至少一進氣口、該噴嘴之另一側設置至少一排氣口、及一保護鏡；以及一氣源，用以提供一氣流，並裝設於該雷射加工排屑裝置上，其中，該進氣口為一漸縮小的孔徑並連通於該空間，當該氣流從該進氣口噴出時，因該進氣口之孔徑之截面積縮小，使得該氣流之流速升高，造成該氣體流經該空間之區域內，造成氣體壓力降低在一大氣壓以下，相對於加工件之孔洞仍為一大氣壓，故在該空間之區域內形成一吸附區域，可將排屑物從該加工件之孔洞吸出到該空間之區域內，再從該排氣口被高速氣體噴出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該空間位於該保護鏡之下方及該進氣口與該排氣口之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該進氣口的數量為二個以上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該保護鏡與一固定塊固定於該噴嘴上，並在該噴嘴內形成該空間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該噴嘴由上座體及下座體組成，或者為一體成型。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該環形加工路徑的形狀為圓形、矩形、三角形或星形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該環形加工路徑的形狀為圓形，且該環形加工路徑的直徑大於等於1毫米。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該雷射光束作用於一加工件之一加工表面，且該環形加工路徑位於該加工表面上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該氣源透過一管路與該噴嘴之進氣口相連接，提供一高壓氣體，該氣體為連續式氣體或脈衝式氣體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該雷射光束為紫外光雷射、半導體綠光、近紅外光雷射或遠紅外光雷射。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該光學繞孔元件為旋轉鑽孔(trepan)光學模組或掃描振鏡模組。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中，該光學繞孔元件與該雷射加工排屑裝置為可分離式。
  13. 一種雷射加工排屑裝置，包含：一空間；一噴嘴； 至少一進氣口，設置於該噴嘴之一側；至少一排氣口，設置於該噴嘴之另一側；以及一保護鏡，與一固定塊固定於該噴嘴上，其中，該進氣口為一漸縮小的孔徑並連通於該空間，當氣流從該進氣口噴出時，因該進氣口之孔徑之截面積縮小，使得該氣流之流速升高，造成氣體流經該空間之區域內，造成氣體壓力降低在一大氣壓以下，相對於加工件之孔洞仍為一大氣壓，故在該空間之區域內形成一吸附區域，可將排屑物從該加工件之孔洞吸出到該空間之區域內，再從該排氣口被高速氣體噴出。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之雷射加工排屑裝置，其中，在該保護鏡之下方及該進氣口與該排氣口之間形成該空間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之雷射加工排屑裝置，其中，該進氣口的數量為二個以上。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之雷射加工排屑裝置，其中，該噴嘴由上座體及下座體組成，或者為一體成型。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之雷射加工排屑裝置，其中，該排氣口為一漸擴大的孔徑、或者為相同的孔徑。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之雷射加工排屑裝置，更包含氣源，並透過一管路與該噴嘴之進氣口相連接，提供一高壓氣體，該氣體為連續式氣體或脈衝式氣體。
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