TWI670135B - 雷射預熱控制方法及雷射預熱控制裝置 - Google Patents

雷射預熱控制方法及雷射預熱控制裝置 Download PDF

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Abstract

一種雷射預熱控制方法，其應用於一雷射預熱控制裝置，當一刀具沿著一加工路徑加工一工件時，該雷射預熱控制裝置之一雷射源輸出一雷射光束至該工件，於該工件表面選擇性地形成一雷射光斑，且該雷射預熱控制裝置之一雷射控制器根據該刀具於該工件上之移動方向，使該雷射光斑僅形成於位於該加工路徑前方之一待預熱區，以預熱位於該加工路徑前方之該工件，因此可避免再次加熱位於該加工路徑後方之該工件而導致質變。

Description

雷射預熱控制方法及雷射預熱控制裝置
本發明關於一種雷射預熱控制方法及雷射預熱控制裝置，特別是一種可避免重複加熱導致工件質變的雷射預熱控制方法及雷射預熱控制裝置。
請參閱中華民國發明專利I508810「雷射輔助加工裝置」，其藉由一分光模組將來自一雷射產生單元的一雷射主光束分成複數個雷射次光束，而該些雷射次光束恆照射於由一刀具之複數個刀刃所定義的加工區，由於該些雷射次光束與該刀具同步旋轉，該些雷射次光束會持續加熱環繞該刀具的一環形加工區域，因此該些雷射次光束除了加熱軟化位於該刀具前方的工件，亦會加熱軟化位於該刀具後方的工件，因此可能會造成已加工的工件發生質變。
本發明之一目的在於提供一種雷射預熱控制方法，其應用於一雷射預熱控制裝置，該雷射預熱控制裝置具有一雷射源及一雷射控制器，該雷射源用以輸出一雷射光束至一工件，當一刀具沿著一加工路徑加工該工件時，該雷射光束與該刀具同步相對該工件移動，並於該工件表面選擇性地形成一雷射光斑，其中該雷射預熱控制方法包含：該雷射控制器取得該刀具於該工件上之一移動方向；以及該雷射控制器根據該刀具之該移動方向使該雷射光斑僅形成於一待預熱區，該待預熱區與一非預熱區構成一環形區域，該環形區域環繞該刀具，該待預熱區位於該刀具之該加工路徑前方，該非預熱區位於該刀具之該加工路徑後方，其中該雷射光斑由該待預熱區之一端移動至另一端，用以預熱位於該待預熱區之該工件。
本發明之另一目的在於提供一種雷射預熱控制裝置，其包含一雷射源及一雷射控制器，該雷射源用以輸出一雷射光束至一工件，當一刀具沿著一加工路徑加工該工件時，該雷射光束與該刀具同步相對該工件移動，並於該工件表面選擇性地形成一雷射光斑，該雷射控制器用以取得該刀具於該工件上之一移動方向，並根據該刀具之該移動方向使該雷射光斑僅形成於一待預熱區，該待預熱區與一非預熱區構成一環形區域，該環形區域環繞該刀具，該待預熱區位於該加工路徑前方，該非預熱區位於該加工路徑後方，其中該雷射光斑由該待預熱區之一端移動至另一端，用以預熱位於該待預熱區之該工件。
為了提高加工效率，本發明於該刀具加工過程中使該雷射光斑僅形成於該待預熱區，以加熱軟化位於該待預熱區之該工件，由於該雷射光斑不會形成於該加工路徑後方之該非預熱區，因此位於該加工路徑後方的已加工工件不會因重複加熱而導致質變。
請參閱第1圖，本發明之一種雷射預熱控制方法10包含「雷射控制器取得刀具於工件上之移動方向」11及「雷射控制器根據刀具之移動方向使雷射光斑僅形成於待預熱區」12。
請參閱第2及3圖，該雷射預熱控制方法10係應用於一雷射預熱控制裝置100，該雷射預熱控制裝置100具有一雷射源110及一雷射控制器120，該雷射源110用以輸出一雷射光束至一工件200，當一刀具300沿著一加工路徑加工該工件200時，該雷射光束與該刀具300同步相對該工件200移動，且該雷射光束於該工件200表面選擇性地形成一雷射光斑，在本實施例中，該刀具300及該雷射源110設置於一工具機400之一加工主軸410上，該刀具300為一銑刀，該雷射源110使該雷射光束射向該銑刀之刀刃前方，因此當該工具機400驅動該銑刀沿著該加工路徑銑削該工件200時，該雷射光束不但與該銑刀同步相對該工件200移動，亦與該銑刀之刀刃同步旋轉。
請參閱第1至3圖，於「雷射控制器取得刀具於工件上之移動方向」11中，該雷射預熱控制裝置100藉由該雷射控制器120取得該刀具300於該工件200上的一移動方向，較佳地，該雷射控制器120耦接該工具機400之一工具機控制器420，該工具機控制器420控制該刀具300沿著預定之該加工路徑加工該工件200，並將該刀具300之該移動方向資料提供給該雷射控制器120。
請參閱第1及2圖，於「雷射控制器根據刀具之移動方向使雷射光斑僅形成於待預熱區」12中，該雷射控制器120根據該刀具300之該移動方向決定該雷射光斑之形成區域，使該雷射光斑僅形成於一待預熱區A1，以預熱位於該待預熱區A1之該工件200。
請參閱第2圖，該待預熱區A1與一非預熱區A2構成一環形區域A，該待預熱區A1位於該刀具300之該加工路徑前方，該非預熱區A2位於該刀具300之該加工路徑後方，其中該環形區域A由隨著該刀具300旋轉一圈的該雷射光束所定義，當該雷射源110常開時，該雷射光束會隨著該刀具300旋轉一圈，而該雷射光束於該工件200表面形成該雷射光斑的區域定義為該環形區域A，因此該環形區域A環繞該刀具300。
請參閱第2及3圖，較佳地，該工具機400另具有一旋轉角度感測器430，該旋轉角度感測器430設置於該工具機400之該加工主軸410，該旋轉角度感測器430用以感測該刀具300之一旋轉角度，該雷射控制器120分別耦接該雷射源110及該旋轉角度感測器430，因此該雷射控制器120可根據該刀具300之該旋轉角度選擇性觸發該雷射源110，使該雷射光斑僅形成於該待預熱區A1，在本實施例中，該旋轉角度感測器430為一編碼器，用以感測該刀具300之刀刃的旋轉角度，且操作人員於該雷射控制器120編輯撰寫G/M碼，用以觸發該雷射源110開啟或關閉，但本發明不以此為限制，在其他實施例中，該雷射預熱控制裝置100可藉由遮罩選擇性地阻擋該雷射光束，使該雷射光束僅於該待預熱區A1形成該雷射光斑。
當該雷射控制器120根據該刀具300之該旋轉角度判斷該刀具300之刀刃旋轉至該加工路徑前方時，該雷射控制器120會開啟該雷射源110以輸出該雷射光束至該工件200，以於該待預熱區A1形成該雷射光斑，由於該雷射光束與該刀具300同步旋轉，因此該雷射光斑會隨著該刀具300之刀刃由該待預熱區A1之一端移動至另一端，而當該雷射控制器120判斷該刀具300之刀刃旋轉至該加工路徑後方時，該雷射控制器120會關閉該雷射源110，因此該雷射光斑不會形成於該非預熱區A2。
較佳地，該雷射控制器120將該環形區域A均等劃分為2-12個角度區域，使每一角度區域的角度範圍介於30-180度，舉例來說，當該環形區域A被劃分成2個角度區域時，各個角度區域的角度範圍為180度(1-180˚及181-360˚)，當該環形區域A被劃分成6個角度區域時，各個角度區域的角度範圍為60度(1-60˚、61-120˚、121-180˚、181-240˚、241-300˚及301-360˚)，而當該環形區域A被劃分成12個角度區域時，各個角度區域的角度範圍為30度(1-30˚、31-60˚、61-90˚、91-120˚、121-150˚、151-180˚、181-210˚、211-240˚、241-270˚、271-300˚、301-330˚及331-360˚)。
當該環形區域A被劃分成2個角度區域時，該雷射控制器120將該刀具300之該移動方向所對應的角度區域設定為該待預熱區A1，而將另一角度區域設定為該非預熱區A2。
請參閱第4a圖，當該刀具300之該移動方向為90度時，該移動方向所對應的角度區域為1-180˚，因此該雷射控制器120將1-180˚角度區域設定為該待預熱區A1，並將181-360˚角度區域設定為該非預熱區A2，當該刀具300之刀刃旋轉進入該待預熱區A1(1-180˚)時，該雷射控制器120會開啟該雷射源110，使該雷射光斑形成於位於該待預熱區A1的該工件200表面，並隨著刀刃旋轉由該待預熱區A1之一端移動至另一端，以加熱軟化位於該待預熱區A1的該工件200，而當該刀具300之刀刃旋轉進入該非預熱區A2(181-360˚)時，該雷射控制器120則會立即關閉該雷射源110，不會形成該雷射光斑於該非預熱區A2，因此不會加熱位於該非預熱區A2之該工件200，等到該刀具300之刀刃再次旋轉進入該待預熱區A1時，該雷射控制器120才會再開啟該雷射源110，以預熱位於該待預熱區A1之該工件200。
請參閱第4b圖，當該刀具300之該移動方向由90度改變為135度時，其所對應的角度區域亦為1-180˚，因此該待預熱區A1仍為1-180˚角度區域。
當該環形區域A被劃分成6個角度區域時，該雷射控制器120將該刀具300之該移動方向所對應的角度區域及左右相鄰的角度區域設定為該待預熱區A1，而其餘角度區域則設定為該非預熱區A2，但本發明不以此為限制，該雷射控制器120可僅將該刀具300之該移動方向所對應的角度區域設定為該待預熱區A1。
請參閱第5a圖，當該刀具300之該移動方向為90度時，該移動方向所對應的角度區域為61-120˚，因此該雷射控制器120將61-120˚角度區域及61-120˚角度區域左右相鄰的角度區域1-60˚及121-180˚設定為該待預熱區A1，並將181-240˚、241-300˚及301-360˚角度區域設定為該非預熱區A2，因此當該刀具300之刀刃旋轉進入該待預熱區A1(1-180˚)時，該雷射控制器120會開啟該雷射源110，使該雷射光束於該待預熱區A1形成該雷射光斑，且該雷射光斑隨著該刀具300之刀刃由該待預熱區A1之一端移動至另一端，以預熱軟化位於該待預熱區A1之該工件200，而當該刀具300之刀刃旋轉進入該非預熱區A2(181-360˚)時，該雷射控制器120會關閉該雷射源110。
請參閱第5b圖，當該刀具300之該移動方向由90度改變為135度時，該雷射控制器120將所對應的121-180˚角度區域及121-180˚角度區域左右相鄰的角度區域61-120˚及181-240˚設定為該待預熱區A1，並將241-300˚、301-360˚及1-60˚角度區域設定為該非預熱區A2，因此當刀刃旋轉進入該待預熱區A1(61-240˚)時，該雷射控制器120會開啟該雷射源110，以於該待預熱區A1形成該雷射光斑，並在刀刃旋轉進入該非預熱區A2(241-60˚)時，關閉該雷射源110。
當該環形區域A被劃分成12個角度區域時，該雷射控制器120會將該刀具300之該移動方向所對應的角度區域及左右相鄰的角度區域設定為該待預熱區A1，並將其餘角度區域設定為該非預熱區A2，但本發明不以此為限制，該雷射控制器120可將該刀具300之該移動方向所對應的角度區域及左右各兩個角度區域設定為該待預熱區A1。
請參閱第6a圖，當該刀具300之該移動方向為90度時，該移動方向所對應的角度區域為61-90˚，因此該雷射控制器120將61-90˚角度區域及61-90˚角度區域左右相鄰的角度區域31-60˚及91-120˚設定為該待預熱區A1，並將121-150˚、151-180˚、181-210˚、211-240˚、241-270˚、271-300˚、301-330˚、331-360˚及1-30˚角度區域設定為該非預熱區A2，因此當該刀具300之刀刃旋轉進入該待預熱區A1(31-120˚)時，該雷射控制器120會開啟該雷射源110，使該雷射光斑形成於該待預熱區A1，以預熱軟化位於該待預熱區A1之該工件200，而當該刀具300之刀刃旋轉進入該非預熱區A2(121-30˚)時，該雷射控制器120則會關閉該雷射源110。
請參閱第6b圖，當該刀具300之該移動方向由90度改變為135度時，該移動方向所對應的角度區域為121-150˚，因此該雷射控制器120將121-150˚角度區域及121-150˚角度區域左右相鄰的角度區域91-120˚及151-180˚設定為該待預熱區A1，並將其餘角度區域設定為該非預熱區A2，當刀刃旋轉進入該待預熱區A1(91-180˚)時，該雷射控制器120開啟該雷射源110，使該雷射光斑形成於該待預熱區A1，並在刀刃旋轉進入該非預熱區A2(181-90˚)時，關閉該雷射源110。
如上所述，根據該雷射控制器120的角度區域規範及待預熱區設定規範，該待預熱區A1的角度範圍介於90-180度之間，因此該非預熱區A2的角度範圍介於180-270度之間，本發明藉由該雷射控制器120使該雷射光斑僅形成於該加工路徑前方之該待預熱區A1，因此僅有位於該刀具300加工路徑前方的該工件200會被預熱軟化，而位於該刀具300後方的已加工工件則不會被再次加熱，可避免因重複加熱導致該工件200質變的情形發生。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
10 雷射預熱控制方法 11 雷射感測器取得刀具於工件上之移動方向 12 雷射感測器根據刀具之移動方向使雷射光斑僅形成於待預熱區 100 雷射預熱控制裝置 110 雷射源 120 雷射控制器 200 工件 300 刀具 400 工具機 410 加工主軸 420 工具機控制器 430 旋轉角度感測器 A 環形區域 A1 待預熱區 A2 非預熱區
第1圖：依據本發明之一實施例，一雷射預熱控制方法之流程圖。 第2圖：依據本發明之一實施例，該雷射預熱控制方法之示意圖。 第3圖：依據本發明之一實施例，一雷射預熱控制裝置及一工具機之示意圖。 第4a及4b圖：依據本發明之一實施例，該雷射預熱控制方法之示意圖。 第5a及5b圖：依據本發明之一實施例，該雷射預熱控制方法之示意圖。 第6a及6b圖：依據本發明之一實施例，該雷射預熱控制方法之示意圖。

Claims (10)

  1. 一種雷射預熱控制方法，應用於一雷射預熱控制裝置，該雷射預熱控制裝置具有一雷射源及一雷射控制器，該雷射源用以輸出一雷射光束至一工件，當一刀具沿著一加工路徑加工該工件時，該雷射光束與該刀具同步相對該工件移動，並於該工件表面選擇性地形成一雷射光斑，其中該雷射預熱控制方法包含： 該雷射控制器取得該刀具於該工件上之一移動方向；以及 該雷射控制器根據該刀具之該移動方向使該雷射光斑僅形成於一待預熱區，該待預熱區與一非預熱區構成一環形區域，該環形區域環繞該刀具，該待預熱區位於該刀具之該加工路徑前方，該非預熱區位於該刀具之該加工路徑後方，其中該雷射光斑由該待預熱區之一端移動至另一端，用以預熱位於該待預熱區之該工件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射預熱控制方法，其中該雷射控制器耦接該雷射源，用以選擇性地觸發該雷射源，使該雷射光斑僅形成於該待預熱區。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射預熱控制方法，其中該雷射控制器耦接一旋轉角度感測器，該旋轉角度感測器及該刀具設置於一工具機之一加工主軸，該旋轉角度感測器用以感測該刀具之一旋轉角度，該雷射控制器根據該刀具之該旋轉角度選擇性地觸發該雷射源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射預熱控制方法，其中該旋轉角度感測器為一編碼器。
  5. 如申請專利範圍第1至4中任一項所述之雷射預熱控制方法，其中該待預熱區之角度範圍介於90-180度之間。
  6. 一種雷射預熱控制裝置，其包含： 一雷射源，用以輸出一雷射光束至一工件，當一刀具沿著一加工路徑加工該工件時，該雷射光束與該刀具同步相對該工件移動，並於該工件表面選擇性地形成一雷射光斑；以及 一雷射控制器，用以取得該刀具於該工件上之一移動方向，並根據該刀具之該移動方向使該雷射光斑僅形成於一待預熱區，該待預熱區與一非預熱區構成一環形區域，該環形區域環繞該刀具，該待預熱區位於該加工路徑前方，該非預熱區位於該加工路徑後方，其中該雷射光斑由該待預熱區之一端移動至另一端，用以預熱位於該待預熱區之該工件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射預熱控制裝置，其中該雷射控制器耦接該雷射源，用以選擇性地觸發該雷射源，使該雷射光斑僅形成於該待預熱區。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之雷射預熱控制裝置，其中該雷射控制器耦接一旋轉角度感測器，該旋轉角度感測器及該刀具設置於一工具機之一加工主軸，該旋轉角度感測器用以感測該刀具之一旋轉角度，該雷射控制器根據該刀具之該旋轉角度選擇性地觸發該雷射源。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雷射預熱控制裝置，其中該旋轉角度感測器為一編碼器。
  10. 如申請專利範圍第6至9中任一項所述之雷射預熱控制裝置，其中該待預熱區之角度範圍介於90-180度之間。
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