TWM590501U

TWM590501U - 可同時進行雷射加工及ｃｎｃ切割的組合裝置

Info

Publication number: TWM590501U
Application number: TW108212525U
Authority: TW
Inventors: 蕭言均
Original assignee: 蕭言均
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2020-02-11

Abstract

一種可同時進行雷射加工及CNC切割的組合裝置，包含一機台，包含一天車模組其包含一第一軌道及安裝在該第一軌道上的一固定架；一滑台安裝在一第二軌道上，用於置放一工件；一第三軌道連接該天車模組或該第二軌道；一雷射加工機頭用以發射雷射光束以投射到該工件進行雷射加工；該雷射加工機頭用於發射雷射光束其在三維方向移動以投射到該工件上；一CNC切割機頭用於對該工件進行切割、鑽銑及調銑作業；該雷射加工機頭及該CNC切割機頭位在該固定架上；一電腦裝置，可根據該雷射加工機頭及該CNC切割機頭的位置及雷射加工及切割方向而決定整個雷射加工及切割空間及該滑台的空間座標，並標示出整個雷射加工及切割空間的三維圖形，及接收輸入之雷射加工及切割圖形而計算出對應該三維空間的點座標並向外傳送。

Description

可同時進行雷射加工及CNC切割的組合裝置

本創作係有關於用於雷射加工與CNC切割的整合機構，尤其是一種可同時進行雷射加工及CNC切割的組合裝置。

雷射加工是應用雷射光束經過透鏡的處理達到高度聚焦後，在加工物件上應用雷射光束達到打標、除料、切割或調銑的目的。一般將工件置於一滑台上。再應用馬達系統控制該滑台的移動及轉動，將該滑台移動到適合雷射加工的位置以進行雷射加工作業。

由於雷射加工的深度較淺，所以要挖出較深的溝槽或切割時必須另外使用CNC切割機進行切割，傳統上這兩種機台是分別存在的，使用者將一工件在一機台上製作完成時，在將該工件挪移到另一機台。此一方式相當耗費人工，且實際上雷射加工機台及機械控制部份會與CNC相關的部份皆相同，因此導致成本的增加。另外也必須配置足夠大的空間以同時容納兩機體，因此增加了廠房空間。

由於上述之不便利性，基於發明人在此兩領域長久的經驗，故本案發明人希望提出一種嶄新的整合裝置，將雷射加工機頭及CNC切割機頭整合在同一機體中，以解決上述習知技術的問題。

所以本創作的目的係為解決上述習知技術上的問題，本創作中提出一種可同時進行雷射加工及CNC切割的組合裝置，係將CNC切割機頭及雷射加工機頭整合在同一機體中，而且經由電腦事先規畫CNC加工及雷射加工的路徑並做適當的分配，所以當一工件需要同時進行CNC加工或雷射加工時，即可以在一機台中一次完成，不需要更換機台。再者本案的雷射加工加入振鏡及鏡頭的功能，可以在三維方向刻劃更細緻的圖形，而且振鏡移動的速度遠大於雷射加工機頭在軌道上移動的速度，所以節省操作時間。操作上比習知技術方便很多，而且也節省相當的人力。再者將CNC切割機頭及雷射加工機頭整合在同一機體中可以節省製作機體的成本，而且也節省安裝的空間。

為達到上述目的本案提出一種可同時進行雷射加工及CNC切割的組合裝置，包含一機台，包含一天車模組；該天車模組包含一第一軌道及一固定架；該固定架用於固定所需的元件；其中該固定架安裝在該第一軌道上且可沿著該第一軌道移動；一滑台用於置放一工件；其中該滑台安裝在一第二軌道上且可沿著該第二軌道移動；一第三軌道連接該天車模組或該第二軌道，使得該天車模組上的該固定架或該第二軌道上的該滑台可沿著該第三軌道移動，其中該第一軌道、該第二軌道及該第三軌道互不平行；因此該固定架可以相對於該工件進行三維方向的移動；一雷射加工機頭位在該滑台上方，用以發射雷射光束以進行雷射加工；該雷射加工機頭所發出的雷射光束用以投射到該工件進行雷射加工；其中該雷射加工機頭包含一雷射加工振鏡及一鏡頭，當該雷射加工機頭的位置固定時，所發射的雷射光束經過該雷射加工振鏡的偏折及經由該鏡頭調整聚焦位置，使得該雷射光束在三維方向移動以投射到該工件上進行雷射加工；一CNC切割機頭位在該滑台上方，該CNC切割機頭包含一切削工具，該切削工具用於對該工件進行切割、鑽銑及調銑作業，使得該工件形成所需要的型態；其中該雷射加工機頭及該CNC切割機頭係安裝在該固定架上，經由該固定架及該滑台的相對移動，而將該雷射加工機頭及該CNC切割機頭移動到所需要的位置以對該工件進行雷射加工及切割作業；一電腦裝置連接該雷射加工機頭及該CNC切割機頭，該電腦裝置用於根據該雷射加工機頭及該CNC切割機頭的位置及雷射加工及切割方向，而決定整個雷射加工及切割空間及該滑台的空間座標；該電腦裝置用於標示出整個雷射加工及切割空間的三維圖形，並接收使用者之輸入之雷射加工及切割圖形；其中根據該雷射加工及切割圖形在三維空間的幾何位置，計算出該雷射加工及切割圖形對應該三維空間的點座標；並且該電腦裝置將三維空間的點座標向外傳送。

由下文的說明可更進一步瞭解本創作的特徵及其優點，閱讀時並請參考附圖。

1‧‧‧機台

10‧‧‧雷射加工機頭

12‧‧‧雷射加工振鏡

13‧‧‧鏡頭

20‧‧‧滑台

30‧‧‧馬達系統

40‧‧‧雷射加工及切割圖形

42‧‧‧雷射加工圖形

44‧‧‧CNC切割圖形

50‧‧‧電腦裝置

55‧‧‧校正單元

60‧‧‧雷射加工控制器

65‧‧‧CNC切割控制器

67‧‧‧攝像機

70‧‧‧電腦圖形分割裝置

100‧‧‧工件

200‧‧‧CNC切割機頭

210‧‧‧切削工具

300‧‧‧天車模組

310‧‧‧第一軌道

320‧‧‧第二軌道

330‧‧‧固定架

340‧‧‧第三軌道

421‧‧‧雷射加工機頭移動路徑圖

422‧‧‧振鏡掃描區域圖

500‧‧‧電路板

510‧‧‧溝槽

511‧‧‧溝槽

530‧‧‧線路

531‧‧‧線路

532‧‧‧天線線路

533‧‧‧天線線路

圖1顯示本案之系統元件架構方塊圖。

圖2顯示本案之天車模組、雷射加工機頭、CNC切割機頭、攝像機及滑台的組合示意圖。

圖3顯示本案之雷射加工及切割圖形的分割方式示意圖。

圖4顯示本案之工件為一電路板之示意圖。

圖5顯示本案對於圖4之電路板之溝槽配置所形成之CNC切割圖形。

圖6顯示本案對於圖4之電路板之數條線路及天線線路配置所形成之雷射加工機頭移動路徑圖。

圖7之示意圖顯示圖6之雷射加工機頭移動路徑圖係為一軸線，其繞過圖4之電路板之數條線路及天線線路的中心。

圖8顯示本案對於圖4之電路板之線路及天線線路配置所形成之振鏡掃描區域圖。

茲謹就本案的結構組成，及所能產生的功效與優點，配合圖式，舉本案之一較佳實施例詳細說明如下。

請參考圖1至圖8所示，顯示本創作之可同時進行雷射加工及CNC切割的組合裝置，包含下列元件：

一機台1，包含一天車模組300。該天車模組300包含一第一軌道310及一固定架330。該固定架330用於固定所需的元件。

如圖2所示，其中該固定架330安裝在該第一軌道310上且可沿著該第一軌道310移動。

一滑台20用於置放一工件100。其中該滑台20安裝在一第二軌道320上且可沿著該第二軌道320移動。其中該第一軌道310及該第二軌道320互不平行。因此該固定架330可以相對於該工件100進行二維的移動。

本案尚可包含一第三軌道340其連接該天車模組300或該第二軌道320，使得該天車模組300上的該固定架330或該第二軌道320上的該滑台20可沿著該第三軌道340移動，其中該第一軌道310、該第二軌道320及該第三軌道340互不平行。因此該固定架330可以相對於該工件100進行三維方向的移動。

一雷射加工機頭10位在該滑台20上方，可以發射雷射光束以進行雷射加工(雷雕、雷切、鑽銑)之用。該雷射加工機頭10所發出的雷射光束可以投射到該工件100進行雷射加工，而在該工件100呈現經雷射光束加工的圖文。其中該雷射加工機頭10包含一雷射加工振鏡12及一鏡頭13，當該雷射加工機頭10的位置固定時，所發射的雷射光束經過該雷射加工振鏡12的偏折及經由該鏡頭13調整聚焦位置，使得雷射光束在三維方向移動以投射到該工件100上進行雷射加工。

一CNC切割機頭200位在該滑台20上方，該CNC切割機頭200包含一切削工具210，該切削工具210用於對該工件100進行切割、鑽銑及調銑作業，使得該工件100形成所需要的型態。一般應用該CNC切割機頭200的該切削工具210可以切割出比雷射加工更深的刻痕。

其中該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200係安裝在該固定架330上，經由該固定架330及該滑台20的相對移動，而將該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200移動到所需要的位置以對該工件100進行雷射加工及切割作業。

所以在雷射加工及切割時為了將雷射光束投射到所需要的雷射加工點以及將該CNC切割機頭200對所需要的切割點進行切割，該雷射加工機頭10之該雷射加工振鏡12及該鏡頭13、及該CNC切割機頭200必須相對該工件100進行三維方向的移動。因此必須先依據雷射加工及切割的圖案先規劃該雷射加工振鏡12與該鏡頭13、及該CNC切割機頭200的移動軌跡。

一馬達系統30連接該天車模組300及該滑台20，該馬達系統30主要用於控制該天車模組300及該滑台20的移動，以將該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200移動到適合雷射加工及切割的位置。

一電腦裝置50連接該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200及該馬達系統30，該電腦裝置50用於根據該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200的位置及雷射加工及切割方向，而決定整個雷射加工及切割空間及該滑台20的空間座標。

該電腦裝置50可標示出整個雷射加工及切割空間的二維圖形，並接收使用者之輸入之雷射加工及切割圖形40。其中根據該雷射加工及切割圖形40在三維空間的幾何位置，計算出該雷射加工及切割圖形40對應該三維空間的點座標。並且該電腦裝置50將三維空間的點座標向外傳送。

一雷射加工控制器60連接該雷射加工機頭10，係用於控制該雷射加工機頭10，以在該工件100上進行所需要的雷射加工作業。

一CNC切割控制器65連接該CNC切割機頭200，係用於控制該CNC切割機頭200，以在該工件100上進行所需要的切割及調銑作業。

其中該雷射加工控制器60及該CNC切割控制器65可配置在不同的裝置上，圖1中顯示該雷射加工控制器60及該CNC切割控制器65可位在該電腦裝置50中。

一攝像機67架設在該天車模組300上。該攝像機67用於對該工件100進行攝像並將所攝得的影像傳送到該電腦裝置50，以作為校正該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200的位置之用。

一電腦圖形分割裝置70位在該電腦裝置50中且連接該雷射加工控制器60及該CNC切割控制器65，該電腦圖形分割裝置70用於將該雷射加工及切割圖形40分割成一雷射加工圖形42及一CNC切割圖形44，如圖3所示。該雷射加工圖形42係為該雷射加工機頭10所需進行的雷射加工作業，該CNC切割圖形44係為該CNC切割機頭200所需進行的切割、鑽銑及調銑作業。其中該雷射加工圖形42尚被分割成一雷射加工機頭移動路徑圖421及一振鏡掃描區域圖422。該雷射加工機頭移動路徑圖421係為該雷射加工機頭10在該雷射加工圖形42上的移動路徑，該振鏡掃描區域圖422係為該雷射加工振鏡12及該鏡頭13在該移動路徑上的特定位置周圍的選定區域，該雷射加工振鏡12及該鏡頭13係在該選定區域內移動以對該工件100的對應區域進行雷射加工作業。

其中該工件100可為未經加工之板材，或是經前置加工之電路板、電子元件(如濾波器)、天線裝置或承載板(如陶瓷基板或半導體載板等)。因此本案可用於對該工件100進行加工或再加工的作業。

圖4中顯示一實際的應用例，其中該工件100為一電路板500，其中該電路板500上方覆蓋金屬膜，一般在電路板的製作中必須在板上進行切割、打孔、製作溝槽、並進行雷射加工形成調銑線以製作電路元件或電子元件(該電子元件如天線或高頻元件)。因此必須同時應用CNC切割機頭200及該雷射加工機頭10對該電路板500進行作業，該CNC切割機頭200係在該電路板500上進行切割及溝槽形成的作業，該雷射加工機頭10係用於形成該電路板500的線路。本案中必須在該電路板500上切割出溝槽510、511、數條線路530、531及天線線路532、533，所以在進行線路分配時，係以該溝槽510、511的幾何配置形成該CNC切割圖形44(如圖5所示)，而該雷射加工機頭移動路徑圖421為一軸線其繞過該數條線路530、531及天線線路532、533的中心(如圖6及圖7所示)，而該振鏡掃描區域圖422即為必須應用雷射加工形成的該數條線路530、531及天線線路532、533(如圖8所示)。

其中該電腦裝置50尚包含一校正單元55連接該攝像機67，用於校正該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200的位置。在校正時該校正單元55係控制該雷射加工機頭10及該CNC切割機頭200在該滑台20上各自雷射加工及切割出一校正區域，並由該攝像機67對此兩校正區域進行攝像，而由該校正單元55根據該攝像機67所攝得的影像計算此兩校正區域的差異關係，該差異關係包含X座標差值、Y座標差值、旋轉角度差值或非線性轉換關係，以作為校正之用。比如當該機台1為CNC切割機台時，則進行雷射加工時必須對於該第一軌道310、該第二軌道320及該第三軌道340依據上列計算的差異關係進行補償。反之當該機台1為雷射加工機台時，則進行CNC切割時必須對於該第一軌道310、該第二軌道320及該第三軌道340依據上列計算的差異關係進行補償。

本案的優點在於將CNC切割機頭及雷射加工機頭整合在同一機體中，而且經由電腦事先規畫CNC加工及雷射加工的路徑並做適當的分配，所以當一工件需要同時進行CNC加工或雷射加工時，即可以在一機台中一次完成，不需要更換機台。再者本案的雷射加工加入振鏡及鏡頭的功能，可以在三維方向刻劃更細緻的圖形，而且振鏡移動的速度遠大於雷射加工機頭在軌道上移動的速度，所以節省操作時間。操作上比習知技術方便很多，而且也節省相當的人力。再者將CNC切割機頭及雷射加工機頭整合在同一機體中可以節省製作機體的成本，而且也節省安裝的空間。

綜上所述，本案人性化及自動化之體貼設計，相當符合實際需求。其具體改進現有缺失，相較於習知技術明顯具有突破性之進步優點，確實具有功效之增進，且非易於達成。本案未曾公開或揭露於國內與國外之文獻與市場上，已符合專利法規定。

上列詳細說明係針對本創作之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本創作技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。