TWI667091B - 切割設備及其切割方法 - Google Patents

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黃學浩
熊輝彪
曾紀偉
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Abstract

本發明提供一種切割設備，包括冷卻裝置和鐳射模組。冷卻裝置包括儲液模組和冷卻工作臺。儲液模組包括儲液箱。儲液箱為冷卻工作臺提供穩定的液態冷卻介質流。冷卻工作臺包括基座、集液槽和吸附件。集液槽設置於基座中。集液槽包括出液口和進液口。出液口連接儲液箱的底部，進液口連接儲液箱的側壁。吸附件設置於集液槽中。吸附件吸附支撐工件。位於集液槽的液態冷卻介質流直接流過工件靠近集液槽的一面以在切割加工時對工件進行冷卻，鐳射模組發出UV鐳射並逐層掃描切割工件。本發明還提供一種應用於切割設備的切割方法。

Description

切割設備及其切割方法
本發明涉及一種切割設備及其切割方法，尤其涉及一種採用鐳射液冷式的切割設備及其切割方法。
傳統的切割設備在工件上加工標識圖案的方法有兩種，第一種加工方法為衝壓-拋光-陽極氧化-拋光-陽極氧化，此加工方法會引起塌邊的不良，第二種加工方法為拋光-陽極氧化-拋光-衝壓-陽極氧化，此加工方法會引起毛刺的不良。綜上所述，以上切割設備加工標識圖案的兩種加工方法均不能達到加工要求。
有鑑於此，有必要提供一種切割設備及其切割方法，以解決上述問題。
本發明提供一種切割設備，包括冷卻裝置和鐳射模組。該冷卻裝置包括儲液模組和冷卻工作臺，該儲液模組包括儲液箱，該儲液箱用於為該冷卻工作臺提供穩定的液態冷卻介質流，該冷卻工作臺包括基座、集液槽、液面控制器和吸附件，該集液槽設置於該基座中，該集液槽包括出液口和進液口，該出液口連接於該儲液箱的底部，該進液口連接於該儲液箱的側壁上，以從該儲液箱獲取足夠的液態冷卻介質，該液面控制器設置於該基座上，且鄰近該集液槽的頂端，該液面控制器用於監控該集液槽內的液態冷卻介質的高度，該吸 附件設置於集液槽中，該吸附件用於吸附支撐一工件，位於該集液槽的液態冷卻介質流能夠直接流過該工件靠近該集液槽的一面以在切割加工時對該工件進行冷卻，該鐳射模組發出UV鐳射並通過逐層掃描的方式對工件進行鐳射切割。
本發明還提供一種切割方法。該切割方法應用於一切割設備上。該切割設備包括冷卻裝置和鐳射模組，該冷卻裝置包括儲液模組和冷卻工作臺，該儲液模組包括儲液箱，該儲液箱用於為該冷卻工作臺提供穩定的液態冷卻介質流，該冷卻工作臺包括基座、集液槽、液面控制器和吸附件，該集液槽設置於該基座中，該集液槽包括出液口和進液口，該出液口連接於該儲液箱的底部，該進液口連接於該儲液箱的側壁上，以從該儲液箱獲取足夠的液態冷卻介質，該液面控制器設置於該基座上，且鄰近該集液槽的頂端，該液面控制器用於監控該集液槽內的液態冷卻介質的高度，該吸附件設置於集液槽中。該切割方法包括步驟：通過控制該集液槽的進液口和出液口的流速使得該集液槽內充滿液態冷卻介質，並開始穩定的迴圈流動；將一工件通過負壓的形式吸附於該吸附件上；該液態冷卻介質直接流過該工件靠近該集液槽的一面以在切割加工時對該工件進行冷卻；啟動該鐳射模組，該鐳射模組發出UV鐳射並通過逐層掃描的方式對工件進行鐳射切割；及將工件從該吸附件上取下。
通過在工件的外觀面採用迴圈流動的液態冷卻介質進行冷卻，及採用UV鐳射逐層掃描式切割，切割面品質好。
100‧‧‧切割設備
10‧‧‧鐳射模組
20‧‧‧冷卻裝置
21‧‧‧儲液模組
211‧‧‧支撐件
212‧‧‧儲液箱
2121‧‧‧第二出液口
2123‧‧‧第一進液口
22‧‧‧過濾模組
221‧‧‧篩檢程式
2211‧‧‧第三進液口
2213‧‧‧第四出液口
223‧‧‧電動泵
2231‧‧‧第三出液口
23‧‧‧冷卻工作臺
231‧‧‧基座
2311‧‧‧底板
2313‧‧‧支撐柱
2315‧‧‧頂板
2317‧‧‧收容空間
2319‧‧‧開口
232‧‧‧集液槽
2321‧‧‧第五出液口
2323‧‧‧第四進液口
2325‧‧‧緩衝槽
2327‧‧‧頂桿孔
2329‧‧‧落料孔
233‧‧‧液面控制器
234‧‧‧吸附件
2341‧‧‧吸氣孔
235‧‧‧壓蓋
2351‧‧‧讓位口
236‧‧‧落料件
2361‧‧‧氣缸
2363‧‧‧頂桿
237‧‧‧收料盒
2370‧‧‧盒體
2371‧‧‧抽屜
2233、2215、2217、2219、2328‧‧‧管線
圖1為本發明一實施方式中的切割設備的立體結構示意圖。
圖2為圖1中冷卻工作臺的立體結構示意圖。
圖3為圖2所示冷卻工作臺的拆解示意圖。
圖4為圖2在第IV-IV方向的剖面示意圖。
圖5為圖2中第V-V方向的剖面示意圖。
圖6為圖2中第VI-VI方向的剖面示意圖。
圖7為本發明一實施方式中的切割方法流程示意圖。
下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基於本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施方式，都屬於本發明保護的範圍。
需要說明的是，當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體實施方式的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
請參考圖1，圖1為本發明一實施方式中切割設備100的結構示意圖。切割設備100用於採用鐳射切割的方式在工件(圖未示)上切割形成標識圖案。具體地，切割設備100包括鐳射模組10和冷卻裝置20。
鐳射模組10發出的鐳射為UV鐳射，其波長為355nm，該波長的鐳射能量集中，可直接破壞連接物質的原子成分的化學鍵，使得鐳射切割產生的熱影響減小。本實施例中，鐳射模組10採用的切割方式為逐層剝離的掃描式切割，使得鐳射切割產生的熱影響進一步減小。
為再進一步減小熱影響，鐳射模組10在工件上切割標識圖案的同時，在工件外觀面採用液態冷卻介質進行冷卻。本實施方式中，該液態冷卻介質為水。可理解，在其他實施方式中，該液態冷卻介質可為除水以外的其它的液態冷卻介質，例如，煤油等。
冷卻裝置20包括儲液模組21、過濾模組22和冷卻工作臺23。
儲液模組21用於在鐳射模組10切割標識圖案時提供穩定的液態冷卻介質流。儲液模組21包括支撐件211和儲液箱212。儲液箱212設置於支撐件211上。儲液箱212的底部設置第一出液口(圖未示)。儲液箱212的側壁上設有第二出液口2121和第一進液口2123。第二出液口2121和第一進液口2123間隔設置。
過濾模組22與儲液模組21間隔設置。過濾模組22包括篩檢程式221和電動泵223。電動泵223具有第三出液口2231和第二進液口(圖未示)。第三出液口2231和第二進液口分別通過管線2233連接於篩檢程式221上，以增加篩檢程式221內液態冷卻介質流的流速。篩檢程式221具有第四出液口2213和第三進液口2211。第四出液口2213通過管線2215連接於儲液箱212的第一進液口2123上，第三進液口2211通過管線2217連接於儲液箱212的第二出液口2121上，用以對儲液箱212內的液態冷卻介質進行過濾。篩檢程式221還通過管線2219連接於冷卻工作臺23上，用以對冷卻工作臺23流出的液態冷卻介質進行過濾。
請一併參考圖2至圖6，冷卻工作臺23用以在鐳射模組10對工件進行鐳射切割時起到對工件的支撐固定和冷卻的作用。冷卻工作臺23包括基座231、集液槽232、液面控制器233、吸附件234、壓蓋235、落料件236和收料盒237。
基座231具有底板2311、多個支撐柱2313和頂板2315。頂板2315與底板2311間隔設置且相互平行。多個支撐柱2313支撐於頂板2315和底板2311之間，使得頂板2315和底板2311之間形成收容空間2317。頂板2315上設置有開口2319。
集液槽232設置於基座231中。具體地，集液槽232設置於收容空間2317內且被固定於頂板2315的開口2319中。集液槽232具有第五出液口2321和第四進液口2323。第五出液口2321通過管線2219連接於篩檢程式221上，第四進液口2323通過管線2328連接於儲液箱212的第一出液口上，由於第一出液口設置於儲液箱212的底部，可保證從第一出液口流出的液態冷卻介質中不 會摻雜氣泡，從而避免影響切割面的加工品質。集液槽232上還設有一緩衝槽2325。該緩衝槽2325鄰近該第四進液口2323和第五出液口2321設置，使得進入該集液槽232的液態冷卻介質被緩衝而避免影響液態冷卻介質波動對工件切割品質的影響。
請一併參考圖4，液面控制器233設置於基座231上，且鄰近該集液槽232的頂端。具體地，液面控制器233設置於頂板2315且鄰近開口2319。液面控制器233用於監控集液槽232內的液態冷卻介質的高度。通過控制集液槽232的第五出液口2321和第四進液口2323的液態冷卻介質使得進液量略大於出液量，可使集液槽232內充滿液態冷卻介質，而當集液槽232內的液態冷卻介質的高度超過該液面控制器233所在的高度時，該液面控制器233可抽走該集液槽232多餘的液態冷卻介質。
吸附件234設置於集液槽232中。吸附件234的高度大致與集液槽232的槽沿的高度一致。吸附件234沿其高度方向上貫穿設置吸氣孔2341。吸氣孔2341呈網狀結構。吸附件234整體穿過該集液槽232的底部並通過該吸氣孔2341與一外部的吸氣元件相連。吸氣元件能夠吸出位於吸氣孔2341中的空氣，使得位於吸附件234上的工件通過負壓的形式吸附於吸附件234上。
請一併參考圖3，壓蓋235轉動地連接於基座231的頂板2315並蓋於開口2319上。壓蓋235上設有一讓位口2351。壓蓋235將工件壓持於吸附件234上，且讓位口2351將工件待加工區域讓開，以便鐳射模組10能夠加工該區域，且加工掉落的料頭落入該集液槽232中。
請一併參考圖5，集液槽232的底壁具有一定的厚度。集液槽232的底壁上設有與該集液槽232的底壁大致平行的頂桿孔2327。集液槽232的底壁上還設有連通該頂桿孔2327和該集液槽232，且貫穿該集液槽232的底壁的落料孔2329。
落料件236包括氣缸2361和頂桿2363。該氣缸2361設置於該集液槽232的外部，該頂桿2363設置於該氣缸2361的輸出軸上，且伸入該頂桿孔2327。該頂桿2363被該氣缸2361驅動在該頂桿孔2327內滑動並堵住該落料孔 2329時，該集液槽232內能夠盛滿液態冷卻介質。反之，該頂桿2363被該氣缸2361驅動在該頂桿孔2327內滑動且打開該落料孔2329時，該集液槽232內的液態冷卻介質連同料頭一同從該落料孔2329中落下。
請一併參考圖3和圖6，收料盒237位於集液槽232的下方。收料盒237包括盒體2370和抽屜2371。抽屜2371可拆卸的設置於盒體2370中。抽屜2371具有過濾網，當液態冷卻介質連同料頭一同從該落料孔2329落下時，料頭在過濾留在該抽屜2371中，液態冷卻介質落入該盒體2370中。當堆積在抽屜2371中的料頭較多時，可手動抽出抽屜2371倒掉其中的料頭再放回。盒體2370中的液態冷卻介質可從其底部排除。氣缸2361固設於該盒體2370的側壁上。
可理解，液態冷卻介質迴圈的各個通路上都設置有流量調節閥，以調節各個通路的液態冷卻介質的流量大小。
請參考圖7，本發明一實施例的切割方法，該切割方法應用於上述切割設備上。該切割方法包括步驟：
S701，通過控制該集液槽232的第五出液口2321和第四進液口2323的流速，具體為調節個流量調節閥的大小，使得該集液槽232內充滿液態冷卻介質，並開始穩定的迴圈流動；
S702，打開壓蓋235，將工件放置於該吸附件234上，通過吸氣元件吸出位於吸氣孔2341中的空氣，使得工件通過負壓的形式吸附於吸附件234上。
S703，蓋緊壓蓋235，該液態冷卻介質直接流過該工件靠近該集液槽232的一面以在切割加工時對該工件進行冷卻。
S704，啟動鐳射模組10，該鐳射模組10發出UV鐳射並通過逐層掃描的方式對工件進行鐳射切割，以在工件上鐳射切割標識圖案，切割的料頭掉落在集液槽232中。
其中，鐳射為UV鐳射，波長為355nm，由於此波長的UV鐳射能量集中，可直接破壞連接物質原子成分的化學鍵，使得其加工熱影響小。
其中，鐳射的切割方式為逐層剝離的掃描時加工，使其熱影響進一步減小。
S705，打開壓蓋235，將工件從該吸附件234上取下。
S706，待該集液槽232內有較多的料頭時，頂桿2363被氣缸2361驅動在頂桿孔2327內滑動並打開落料孔2329時，集液槽232內的液態冷卻介質連同料頭一同落入位於落料孔2329下方的收料盒237中，料頭過濾留在該抽屜2371中，液態冷卻介質落入該盒體2370中。
S707，當抽屜2371中堆積的料頭較多時，可手動抽出抽屜2371倒掉其中的料頭再放回。
通過在工件的外觀面採用迴圈流動的液態冷卻介質冷卻的方式冷卻，且採用UV鐳射逐層掃描式切割，切割面品質好。
可理解，在其它實施方式中，如果在集液槽232的第五出液口2321處設置有過濾網以對集液槽232內的雜質進行過濾，且利用儲液模組21的液面與集液槽232之間的液面的高度差的作用增加液態冷卻介質的流動速度，則過濾模組22可省略，集液槽232的第五出液口2321和第四進液口2323分別連接於儲液箱212上。
可理解，在其它實施方式中，如果利用儲液模組21的液面與集液槽232之間的液面的高度差的作用增加液態冷卻介質的流動速度，則電動泵可以省略。
可理解，在其它實施方式中，如果進入集液槽232內的液態冷卻介質足夠平緩，不會引起液面波動，則集液槽232的緩衝槽2325可以省略。
可理解，在其它實施方式中，如果在液面控制器233的位置設置一出液口，保證集液槽232的液面達到該出液口的高度時，則自動從該出液口中流出，則液面控制器233可以省略。
可理解，在其它實施方式中，如果吸附件234足夠大的吸附能力使得工件能夠完全被吸附固定，則壓蓋可以省略。
可理解，在其它實施方式中，落料孔2329可手動打開來排除其中的液態冷卻介質和料頭，則落料件236和頂桿孔2327可以省略。
可理解，在其它實施方式中，料頭可直接隨同工件一起手動從該吸附件234上取下或者支架落在底板2311上，則收料盒237可以省略。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

Claims (10)

  1. 一種切割設備，包括冷卻裝置和鐳射模組，其改良在於：該冷卻裝置包括儲液模組和冷卻工作臺，該儲液模組包括儲液箱，該儲液箱用於為該冷卻工作臺提供穩定的液態冷卻介質流，該冷卻工作臺包括基座、集液槽、液面控制器和吸附件，該集液槽設置於該基座中，該集液槽包括出液口和進液口，該出液口連接於該儲液箱的底部，該進液口連接於該儲液箱的側壁上，以從該儲液箱獲取足夠的液態冷卻介質，該液面控制器設置於該基座上，且鄰近該集液槽的頂端，該液面控制器用於監控該集液槽內的液態冷卻介質的高度，該吸附件設置於集液槽中，該吸附件用於吸附支撐一工件，位於該集液槽的液態冷卻介質流能夠直接流過該工件靠近該集液槽的一面以在切割加工時對該工件進行冷卻，該鐳射模組發出UV鐳射並通過逐層掃描的方式對工件進行鐳射切割。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切割設備，其中：該集液槽上還設有一緩衝槽，該緩衝槽鄰近該進液口和該出液口設置，使得進入該集液槽的液態冷卻介質被緩衝而避免液態冷卻介質的波動影響工件的切割品質。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之切割設備，其中：該基座具有底板、多個支撐柱和頂板，該頂板與該底板間隔設置且相互平行，該多個支撐住支撐於該頂板和該底板之間，使得該頂板和該底板之間形成收容空間，該頂板上設置有開口，該集液槽設置於收容空間內且被固定於該頂板的開口中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之切割設備，其中：該液面控制器設置於該頂板且鄰近該開口，當該集液槽內的液態冷卻介質的高度超過該液面控制器所在的高度時，該液面控制器抽走該集液槽中多餘的液態冷卻介質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之切割設備，其中：該吸附件沿其高度方向上貫穿設置吸氣孔，通過該吸氣孔可抽走該吸氣孔內的空氣使得位於該吸附件上的工件被負壓吸附於該吸附件上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之切割設備，其中：該集液槽的底壁上設有與該集液槽的底壁平行的頂桿孔，該集液槽的底壁還設有落料孔，該落料孔連通該集液槽和該頂桿孔，且貫穿該集液槽的底壁，該冷卻工作臺還包括落料件，該落料件包括氣缸和頂桿，該氣缸設置於該集液槽的外部，該頂桿設置於該氣缸上且伸入該頂桿孔，該頂桿被該氣缸驅動在該頂桿孔內滑動並堵住該落料孔時，該集液槽盛裝液態冷卻介質，該頂桿被該氣缸驅動在該頂桿孔內滑動並打開該落料孔時，該集液槽內的液態冷卻介質連同料頭一起從該落料孔落下。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之切割設備，其中：該冷卻工作臺還包括收料盒，該收料盒位於該集液槽的下方，該收料盒包括一盒體和可拆卸的設置於該盒體上的一抽屜，該抽屜具有過濾網，該抽屜用於收集從該落料孔中落下的料頭，該盒體用於收集從該落料孔中落下的液態冷卻介質。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之切割設備，其中：該冷卻工作臺還包括壓蓋，該壓蓋樞接於該基座上以用於壓持固定該工件，該壓蓋將工件待加工區域讓開以允許該鐳射模組進行鐳射切割。
  9. 一切割方法，該切割方法應用於一切割設備上，該切割設備包括冷卻裝置和鐳射模組，該冷卻裝置包括儲液模組和冷卻工作臺，該儲液模組包括儲液箱，該儲液箱用於為該冷卻工作臺提供穩定的液態冷卻介質流，該冷卻工作臺包括基座、集液槽、液面控制器和吸附件，該集液槽設置於該基座中，該集液槽包括出液口和進液口，該出液口連接於該儲液箱的底部，該進液口連接於該儲液箱的側壁上，以從該儲液箱獲取足夠的液態冷卻介質，該液面控制器設置於該基座上，且鄰近該集液槽的頂端，該液面控制器用於監控該集液槽內的液態冷卻介質的高度，該吸附件設置於集液槽中；其改良在於：該切割方法包括步驟：通過控制該集液槽的進液口和出液口的流速使得該集液槽內充滿液態冷卻介質，並開始穩定的迴圈流動；將一工件通過負壓的形式吸附於該吸附件上；該液態冷卻介質直接流過該工件靠近該集液槽的一面以在切割加工時對該工件進行冷卻；啟動該鐳射模組，該鐳射模組發出UV鐳射並通過逐層掃描的方式對工件進行鐳射切割；及將工件從該吸附件上取下。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之切割方法，其中：該冷卻工作臺還包括落料件，該落料件包括氣缸和頂桿，該氣缸設置於該集液槽的外部，該頂桿設置於該氣缸上且伸入該頂桿孔，該頂桿被該氣缸驅動在該集液槽的頂桿孔內滑動並堵住該集液槽的落料孔時，該集液槽能夠盛裝液態冷卻介質；該頂桿被該氣缸驅動在該集液槽的頂桿孔內滑動並打開該集液槽的落料孔時，該集液槽內的液態冷卻介質連同被切割的料頭一起從該落料孔落下。
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