TWM562181U - 雷射加工裝置 - Google Patents

Abstract

一種雷射加工裝置，其包含一基座；一空心旋轉軸，係結合固設於該基座上方；一雷射光源，係設置於該空心旋轉軸上方並與該空心旋轉軸的軸心係呈同軸配置；一旋轉半徑調整件，係可活動地結合組設於該基座，該旋轉半徑調整件設有一鏡片結合部；一反射鏡片組件，設有一第一反射鏡與一第二反射鏡，該第一反射鏡係結合固設於該基座下方，該第二反射鏡則與該鏡片結合部相連接，並且可調整角度。藉此，本創作可令雷射光源產生圓形的運動及加工軌跡，從而可應付現有雷射加工裝置難以處理的特殊加工需求，進而可大幅提高本創作的實用性。

Description

雷射加工裝置

本創作係關於一種雷射加工裝置。

按，雷射加工技術在工業領域中有非常廣泛而多樣化的應用，較為常見的包括切割、焊接、雕刻與表面處理等用途。以殼管式熱交換器(shell and tube heat exchanger)為例，其製造過程中涉及將交換器之管板與多數個分別與管板垂直穿設的圓管相互焊接結合的工藝，此一工序即適合以雷射焊接工藝來實現。

然而，在上述的殼管式熱交換器的焊接應用中，該交換器之管板的尺寸最大可達直徑12米，且該交換器之管板上分布設置有多數個圓孔，圓孔的口徑尺寸與圓管的外徑尺寸相對應，俾使各該圓孔可供各該圓管相穿設，其中，該圓孔實際上的口徑大約在19~35毫米(mm)，圓管與管板表面的圓孔相接觸之處即為需要焊接之處，如此一來，此一應用的特殊之處，同時也是有待解決的技術問題，在於必須讓雷射光束或焊接能量可在工件上產生複數個圓形的運動軌跡，並且要將管板與圓管以角銲方式結合，亦即，雷射光斜向入射銲縫，繞著圓管銲接一圈，對此，現有的雷射加工設備通常不具備可主動改變雷射光束之加工路徑或位置的結構設計，因而並無法滿足上述應用之技術要求，另外，由於該交換器之管板實 際上頗為龐大而笨重，而且各該圓孔的數量眾多且不與交換器之管板同軸心，因此，如果改為讓交換器之管板移動(如轉動)顯然也是不切實際且不可行的解決方案。

因此，如何針對上述問題加以改進，即為本案創作人欲解決之技術困難點所在。

有鑑於習用雷射加工設備的上述問題，因此本創作之目的在於發展一種可產生圓形及斜角的圓錐形的加工軌跡的雷射加工裝置。

為達成以上之目的，本創作係提供一種雷射加工裝置，其包含：一基座；一空心旋轉軸，係結合固設於該基座上方；一雷射光源，係設置於該空心旋轉軸上方並與該基座相連接，且該雷射光源與該空心旋轉軸的軸心係呈同軸配置；一旋轉半徑調整件，係可活動地結合組設於該基座，而使該旋轉半徑調整件可相對該基座朝靠近或遠離該空心旋轉軸之軸心的方向水平移動，該旋轉半徑調整件設有一鏡片結合部；一反射鏡片組件，設有一第一反射鏡與一第二反射鏡，該第一反射鏡係結合固設於該基座下方，且該第一反射鏡的位置與該雷射光源的位置相對應，該第二反射鏡則與該鏡片結合部相連接，並且可調整角度。

進一步的，該基座設有一攝像模組，用以實現對位功能。

此外，本創作還提供一種雷射加工裝置，其包含：一基座；一空心旋轉軸，係結合固設於該基座上方；一雷射光源，係設置於該空心旋轉軸上方並與該基座相連接；一旋轉半徑調整件，係可活動地結合組設 於該基座下方，而使該旋轉半徑調整件可相對該基座朝靠近或遠離該空心旋轉軸之軸心的方向水平移動，該旋轉半徑調整件設有一鏡片結合部；一反射鏡片組件，設有一第一反射鏡與一第二反射鏡，該第一反射鏡係結合固設於該基座下方，且該第一反射鏡的位置與該雷射光源的位置相對應，該第二反射鏡則與該鏡片結合部相連接，並且可調整角度；一掃描鏡片組件，設有一第三反射鏡與一掃描振鏡，該掃描振鏡設置於該空心旋轉軸上方且與該空心旋轉軸的軸心呈同軸配置，該第三反射鏡設置於該掃描振鏡一側，又該雷射光源係設置於該第三反射鏡的上方。

進一步的，該基座設有一攝像模組，用以實現對位功能。

藉此，本創作的雷射光源除了傳統較為常見的線性加工方式之外，還可產生圓形的運動及加工軌跡，從而可應付現有雷射加工裝置難以處理的特殊加工需求，進而可大幅提高本創作的實用性。

1‧‧‧基座

2‧‧‧空心旋轉軸

21‧‧‧軸心

3‧‧‧雷射光源

31‧‧‧雷射光束

4‧‧‧旋轉半徑調整件

41‧‧‧鏡片結合部

5‧‧‧反射鏡片組件

51‧‧‧第一反射鏡

52‧‧‧第二反射鏡

53‧‧‧聚焦鏡

6‧‧‧攝像模組

61‧‧‧CCD感測模組

62‧‧‧鏡頭

70‧‧‧管板

71‧‧‧圓管

72‧‧‧圓管

73‧‧‧待加工物

731‧‧‧孔洞

8‧‧‧掃描鏡片組件

81‧‧‧第三反射鏡

82‧‧‧掃描振鏡

第一圖係本創作之一實施例的結構示意圖。

第二圖係本創作之一實施例進行焊接的動作前示意圖。

第三圖係本創作之一實施例進行焊接的動作後示意圖。

第四圖係本創作之一實施例根據工件大小調整旋轉半徑之動作示意圖。

第五圖係本創作其第二實施例的動作示意圖。

請參閱第一圖所示，其係本創作的雷射加工裝置之一實施例 的結構示意圖，該雷射加工裝置包含：一基座1；一空心旋轉軸2，該空心旋轉軸2係結合固設例如螺固或套接於該基座1上方，藉此，俾使該空心旋轉軸2可與一旋轉動力機構(圖未示)動力連接，從而使該旋轉動力機構可帶動該空心旋轉軸2及基座1轉動，一般而言，該旋轉動力機構通常係由馬達、皮帶、傳動齒輪等組件所構成，惟其具體細部構造屬本領域的公知常識且非本案發明點所在，故在此不予詳述；一雷射光源3，該雷射光源3係設置於該空心旋轉軸2上方並與該基座1相連接，且該雷射光源3與該空心旋轉軸2的軸心21係呈同軸配置，藉此，俾使基座1可與雷射光源3連動，具體而言，該雷射光源3與基座1之間可透過必要的支撐架或類似的支撐連接機構或光纖機構來實現連接，可以一提的是，為了使圖式可更清楚呈現本創作之重要部件的結構關係，前述的支撐架或支撐連接機構或光纖機構在圖式中係被省略而未被繪出；一旋轉半徑調整件4，該旋轉半徑調整件4係可活動地結合組設於該基座1，例如，結合組設於該基座1的下方，而使該旋轉半徑調整件4可相對該基座1朝靠近或遠離該軸心21的方向水平移動，該旋轉半徑調整件4設有一鏡片結合部41例如鏡片結合座，此外，在本實施例與第一圖中，該旋轉半徑調整件4具體係透過螺旋傳動的結構來實現相對基座1移位，但實際上該旋轉半徑調整件4與基座1兩者也可採用其它的方式例如滑軌或伸縮套管等結構來實現相對移位的功能，本創作對此並不加以限制； 一反射鏡片組件5，該反射鏡片組件5設有一第一反射鏡51與一第二反射鏡52，該第一反射鏡51係結合固設於該基座1下方，且該第一反射鏡51的位置與該雷射光源3的位置相對應，該第二反射鏡52則與該旋轉半徑調整件4的鏡片結合部41相連接如軸接，藉此，俾使該第二反射鏡52可相對該鏡片結合部41轉動以改變或調整角度，又該第二反射鏡52位於該第一反射鏡51一側且兩者的鏡面相面對；此外，本創作通常還會包含有一聚焦鏡53，該聚焦鏡53係設置於該第二反射鏡52的前方並與該第二反射鏡52連動，用以對經過該第二反射鏡52反射再通過該聚焦鏡53的雷射光束進行聚焦；另外，本創作還可以包含有一用於實現對位功能的攝像模組6，該攝像模組6係組設結合於該基座1，例如，組設結合於該基座1下方，且該攝像模組6設置在基座1上的位置與該空心旋轉軸2的軸心21垂直投影在基座1上的位置之間具有一預定的間距，在本實施例中，該攝像模組6具有一CCD(Charge Coupling Device，感光耦合裝置)感測模組61與一鏡頭62；此外，可以一提的是，本創作的基座1實際上還可與現有的雷射加工設備中常見的各種軸向動力機構例如水平位移動力機構及/或垂直位移動力機構(圖未示)動力連接，藉此，俾使這些軸向動力機構可帶動本創作實現水平及/或垂直方向的位移運動，上述的軸向動力機構通常係由馬達、氣壓缸、滑軌、螺桿等部件所組成，惟其具體結構屬本領域技術人員所熟知的常規技術手段，於此不再贅述；底下說明本創作的工作原理：請參閱第一圖與第二圖所示，在此，本創作的雷射加工裝置係作為雷射焊接的用途，但本領域技術人員 應當明瞭的是，本創作的用途並不僅限於此，在第二圖中，待焊接的工件係為可用來作為殼管式熱交換器的管板70與多數個分別穿設該管板70的圓管71，焊接時，應先令前述的軸向動力機構帶動基座1移位，使雷射光源3可被帶動而移位至待焊接的任一個圓管71之上，且令該雷射光源3與該圓管71的軸心同軸，在上述過程中，可先利用該攝像模組6對該圓管71的軸心進行對位，以便後續可準確地將雷射光源3移位至該圓管71的軸心上方，接下來，使用者可對該旋轉半徑調整件4的位置與第二反射鏡52的角度進行必要的調整，藉此，而使該雷射光源3所發出的雷射光束31可依序經過第一反射鏡51、第二反射鏡52的反射以及聚焦鏡53的聚焦而傾斜地投射在該圓管71外周緣與管板70的交接處(在此，傾斜意指相對於垂直而言)，接下來，請再配合參閱第三圖所示，該旋轉動力機構可開始帶動該空心旋轉軸2及基座1轉動，而使基座1可再帶動該反射鏡片組件5以該空心旋轉軸2的軸心21作為圓心來轉動，從而可使雷射光束31隨之在工件上形成圓形的運動軌跡，如此即可完成該圓管71與管板70之間的焊接作業，接下來，本創作即可依照與上述相同的動作原理，依序完成其它的圓管71與管板70之間的對位及焊接作業，進而使本創作的雷射加工裝置可具備能夠焊接需要圓形焊接軌跡之工件(如殼管式熱交換器)的功能，從而可大幅提高本創作之適用範圍。此外，請再配合參閱第四圖所示，藉由該旋轉半徑調整件4可被調整而相對該基座1朝靠近或遠離該軸心21的方向水平移動，如此一來，當工件中包含有較大尺寸的圓管72時，使用者即可輕易地透過調整該旋轉半徑調整件4的位置，從而進一步改變該雷射光束31的投射位置以適應不同尺寸大小的圓管71、72，進而可提升本創作在使用上的彈性與便利性。

此外，在對工件進行加工例如焊接之前，經常需要對工件的加工部位之表面進行清潔以去除附著或形成於工件之上的油汙或鐵鏽等雜質，對此，請再參閱第五圖所示為本創作的雷射加工裝置之第二實施例的動作示意圖，本實施例揭示了本創作的另一種應用方式，亦即利用雷射能量將一待加工物73上的油汙或鐵鏽予以清除，當然，應當瞭解的是，本實施例的雷射加工裝置同樣不限於以上的用途。在本實施例與第五圖中，該待加工物73所需要清潔的部位為其圓柱狀的孔洞731之內徑表面，對此，現有或習知的雷射加工裝置同樣不易滿足這樣的加工需求，本實施例與第一實施例相比，還進一步包含有一掃描鏡片組件8，該掃描鏡片組件8設有一第三反射鏡81與一掃描振鏡82，該掃描振鏡82設置於該空心旋轉軸2上方且與該空心旋轉軸2的軸心21呈同軸配置，該第三反射鏡81設置於該掃描振鏡82一側且兩者的鏡面相面對，又該雷射光源3係改為設置於該第三反射鏡81的上方，藉此，該雷射光源3所發出的雷射光束31在依序經過掃描鏡片組件8及反射鏡片組件5後，即可在該待加工物73上投射出在一預定的直線長度範圍內(在本實施例中，長度約可達50mm)上下快速來回移動的點光源，在視覺效果上會相當於線光源，此時，同樣再令該旋轉動力機構帶動該空心旋轉軸2及基座1轉動，如此一來，本創作即可實現清除該待加工物73其孔洞731之內徑表面上的雜質之目的，此外，若是該孔洞731的厚度較厚而超出上述的直線長度範圍時，則在完成孔洞731之上方區域的內徑表面之清潔作業後，可再利用垂直位移動力機構帶動本創作向下移位，然後再依相同的動作原理完成孔洞731之下方區域的內徑表面之清潔作業。

Claims (4)

1. 一種雷射加工裝置，其包含：一基座；一空心旋轉軸，係結合固設於該基座上方；一雷射光源，係設置於該空心旋轉軸上方並與該基座相連接，且該雷射光源與該空心旋轉軸的軸心係呈同軸配置；一旋轉半徑調整件，係可活動地結合組設於該基座，而使該旋轉半徑調整件可相對該基座朝靠近或遠離該空心旋轉軸之軸心的方向水平移動，該旋轉半徑調整件設有一鏡片結合部；一反射鏡片組件，設有一第一反射鏡與一第二反射鏡，該第一反射鏡係結合固設於該基座下方，且該第一反射鏡的位置與該雷射光源的位置相對應，該第二反射鏡則與該鏡片結合部相連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該基座設有一攝像模組，用以實現對位功能。
3. 一種雷射加工裝置，其包含：一基座；一空心旋轉軸，係結合固設於該基座上方；一雷射光源，係設置於該空心旋轉軸上方並與該基座相連接；一旋轉半徑調整件，係可活動地結合組設於該基座，而使該旋轉半徑調整件可相對該基座朝靠近或遠離該空心旋轉軸之軸心的方向水平移動，該旋轉半徑調整件設有一鏡片結合部；一反射鏡片組件，設有一第一反射鏡與一第二反射鏡，該第一反射鏡 係結合固設於該基座下方，且該第一反射鏡的位置與該雷射光源的位置相對應，該第二反射鏡則與該鏡片結合部相連接；一掃描鏡片組件，設有一第三反射鏡與一掃描振鏡，該掃描振鏡設置於該空心旋轉軸上方且與該空心旋轉軸的軸心呈同軸配置，該第三反射鏡設置於該掃描振鏡一側，又該雷射光源係設置於該第三反射鏡的上方。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工裝置，其中該基座設有一攝像模組，用以實現對位功能。