CH698475A2

CH698475A2 - Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung.

Info

Publication number: CH698475A2
Application number: CH01018/08A
Authority: CH
Inventors: Chia-Lung Kuo; Yan-Hua Chen; Shih-Min Chen
Original assignee: Contrel Technology Co Ltd
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2009-08-14
Also published as: TW200934603A; US20090194515A1; JP2009184009A; DE102008028009A1

Abstract

Es ist eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks (99) offenbart, die eine Gasversorgungseinrichtung (11), eine Fluidversorgungseinrichtung (21), eine Rezykliereinrichtung (31), einen Aktuator (41), der ein äusseres Rohr (42), das mit seinem Bodenende an der Oberfläche eines Werkstücks (99) angebracht ist und in sich eine erste Passage (421) zum Führen von von der Gasversorgungseinrichtung (11) abgesetztem Gas zum Werkstück (99), eine zweite Passage (422) (oder eine Anzahl von zweiten Passagen) zum Führen des Fluids von der Fluidversorgungseinrichtung zu dem Werkstück und eine dritte, mit der Rezykliereinrichtung verbundene Passage (423) zum Ermöglichen der Rezykliereinrichtung (31) zum Rezyklieren des abgesetzten Gases und des abgesetzten Fluids, und einen Laserabgeber (51) ausgestaltet zum Abgeben eines Laserstrahls (B) durch die erste Passage (421) auf das Werkstück (99) umfasst. Während des Betriebsarbeiten der Laserstrahl (B) und das Fluid gleichzeitig an dem Werkstück (99), und der Laserstrahl (B) ist frei von der Beeinträchtigung durch das Fluid.

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Bearbeitungsvorrichtungen und insbesondere eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung.

2. Beschreibung des Standes der Technik

[0002] Fig. 5 zeigt eine Wasserstrahltyp-Bearbeitungsvorrichtung, die eine Hochdruckquelle einsetzt, um einen Wasserfluss aus der Vorrichtung heraus zu forcieren, dabei eine-Wassersäule 71 bildend, d.h. den so genannten Wasserstrahl. Mittels Veränderung der Aufprallposition zum Bearbeiten des Werkstücks 79 wird das Werkstück 79 gemäss der gewünschten Grösse zugeschnitten.

[0003] Das Wasser kann jedoch über die Oberfläche des Werkstücks 79 spritzen, wenn die Hochdruckwassersäule 71 vom offenen Typ bewegt wird, um das Werkstück 79 zu schneiden. Daher ist ein weiterer Reinigungs- und Trocknungsarbeitsschritt notwendig, nachdem das Werkstück 79 richtig zugeschnitten worden ist. Dieser Reinigungs- und Trocknungsarbeitsschritt kompliziert die Bearbeitungsarbeit, dabei die Bearbeitungszeit und die Herstellungskosten erhöhend. Ferner kann das Spritzwasser Schneidspäne 73 des Werkstücks 79 mit sich tragen, dabei Schäden an der Oberfläche des Werkstücks 79 verursachend. Im Falle, dass Schneidspäne 73 in Rillen oder vertiefte Bereiche auf der Oberfläche des Werkstücks fallen, können sie unbeabsichtigte Beschädigungen hervorrufen.

Ein Schutzfilm kann das Werkstück 79 vor der Bearbeitung bedecken und dann nach dem Bearbeiten von dem Werkstück 79 entfernt werden. Die Verwendung eines Schutzfilms verhindert Schäden von Schneidspänen 73 an der Oberfläche des Werkstücks 79, sie kompliziert jedoch das Bearbeitungsverfahren und erhöht die Herstellungskosten entsprechend.

[0004] Weiterhin, falls eine Flüssigkeit mit einem Laserstrahl verwendet wird, um ein Werkstück zu bearbeiten, kann die Flüssigkeit den Laserstrahl beeinträchtigen oder die Energie des Laserstrahls absorbieren (wie bei einem CO2-Laserstrahl), dabei die auf das Werkstück einwirkende Leistung vermindernd.

Darstellung der Erfindung

[0005] Die vorliegende Erfindung ist angesichts der Umstände geschaffen worden. Es ist die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Laserstrahl und ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit, oder eine Mischung von Gas und Flüssigkeit) einsetzt, um das Werkstück gleichzeitig zu bearbeiten, dabei die Bearbeitungszeit beschleunigend.

[0006] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die das abgesetzte Gas und das abgesetzte Fluid rezykliert, dabei Spritzen des Fluids und Beschädigung der Oberfläche des Werkstücks durch Schneidspäne vermeidend.

[0007] Es ist ferner eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die es dem Laserstrahl ermöglicht, durch das abgesetzte Gas zu gehen, ohne durch das abgesetzte Fluid zu gehen, dabei den Laserstrahl frei von der Beeinträchtigung durch das Fluid haltend.

[0008] Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst die Luftstrahltyp-Laserbear-beitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks eine Gasversorgungseinrichtung ausgestaltet zum Ausgeben eines Gasflusses, eine Fluidversorgungseinrichtung ausgestaltet zum Ausgeben eines Fluidflusses, eine Rezykliereinrichtung ausgestaltet zum Rezyklieren des Gases und des Fluids, welche von der Gasversorgungseinrichtung und der Fluidversorgungseinrichtung abgesetzt werden, einen Aktu-ator, der ein äusseres Rohr umfasst, dessen Bodenende sich dem Werkstück annähert und das in sich eine erste Passage, wenigstens eine zweite Passage und eine dritte Passage definiert, die sich jeweils axial zum Bodenende erstrecken, wobei das Kopfende der ersten Passage mit der Gasversorgungseinrichtung,

das Kopfende jeder zweiten Passage mit der Fluidversorgungseinrichtung und das Kopfende der dritten Passage mit der Rezykliereinrichtung verbunden ist, und einen Laserabgeber ausgestaltet zum Abgeben eines Laserstrahls durch die erste Passage auf das Werkstück. Das von der Gasversorgungseinrichtung ausgegebene Gas tritt aus dem Bodenende der ersten Passage aus. Das von der Fluidversorgungseinrichtung ausgegebene Fluid tritt aus dem Bodenende jeder zweiten Passage aus. Die Rezykliereinrichtung rezykliert das Gas und das Fluid, welche aus dem Bodenende der ersten Passage und dem Bodenende jeder zweiten Pasage austreten, mittels der dritten Passage. Daher arbeiten der Laserstrahl und das Fluid gleichzeitig an dem Werkstück, und der Laserstrahl ist frei von der Beeinträchtigung durch das Werkstück.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0009]
<tb>Fig. 1<sep>ist eine perspektivische Seitenansicht, die eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, die an der Oberfläche eines Werkstkücks angebracht ist.

<tb>Fig. 2<sep>ist eine schematische Strukturansicht der Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 3<sep>ist eine schräge Unteransicht des Bodenendes der Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 4<sep>ist eine schräge Unteransicht eines Bodenendes einer Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 5<sep>ist eine schematische Zeichnung, die einen Bearbeitungsvorgang einer konventionellen Wasserstrahltyp-Bearbeitungsvorrichtung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Bezugnehmend auf die Fig. 1bis 3 ist eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung 10 gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Bearbeiten eines Werkstücks 99 gezeigt. Die Lufstrahltyp-Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst eine Gasversorgungseinrichtung 11, eine Fluidversorgungseinrichtung 21, eine Rezykliereinrichtung 31, einen Aktuator 41 und einen Laserabgeber 51.

[0011] Die Gasversorgungseinrichtung 11 ist ausgestaltet zum Bereitstellen eines Gases.

[0012] Die Fluidversorgungseinrichtung 21 ist ausgestaltet zum Bereitstellen eines Fluidflusses (Flüssigkeit, Gas oder eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas). Die Flüssigkeit kann eine aus den Gruppen bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, Natriumnitrat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Flusssäure. Das Gas kann reguläre Luft sein.

[0013] Die Rezykliereinrichtung 31 ist ausgestaltet zum Rezyklieren des abgesetzten Gases und des abgesetzten Fluids.

[0014] Der Aktuator 41 umfasst ein äusseres Rohr 42, welches derart ausgestaltet ist, dass sich sein Bodenende dem Werkstück 99 annähert, und eine Mehrzahl von Passagen, die eine erste Passage 421, eine zweite Passage 422 und eine dritte Passage 423 beinhalten, die in dem äusseren Rohr 42 definiert sind. Die erste Passage 421 ist mit ihrem Kopfende mit der Gasversorgungseinrichtung 11 verbunden. Die zweite Passage ist mit ihrem Kopfende mit der Fluidversorgungseinrichtung 21 verbunden. Die dritte Passage 423 ist mit ihrem Kopfende mit der Rezykliereinrichtung 31 verbunden. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Aktuator 41 ferner ein Zwischenrohr 44, das axial in dem äusseren Rohr 42 aufgehängt ist, und ein inneres Rohr 46, das axial in dem Zwischenrohr 44 aufgehängt ist. Die erste Passage 421 ist axial in dem inneren Rohr 46 definiert.

Die zweite Passage 422 ist zwischen der Aussenwand des inneren Rohrs 4 6 und der Innenwand des Zwischenrohrs 44 definiert. Die dritte Passage 423 ist zwischen der Aussenwand des Zwischenrohrs 44 und der Innenwand des äusseren Rohrs 42 definiert. Das Zwischenrohr 44 und das innere Rohr 46 haben jeweils ein Bodenende, das oberhalb der Höhe des Bodenendes des äusseren Rohrs 42 angeordnet ist.

[0015] Der Lasergenerator 51 ist ausgestaltet zum Abgeben eines Laserstrahls B durch die erste Passage 421 auf das Werkstück 99, um das Werkstück 99 zu bearbeiten.

[0016] Mittels der vorgenannten Anordnung tritt das von der Gasversorgungseinrichtung 11 bereitgestellte Gas aus dem Bodenende der ersten Passage 421 aus, tritt das von der Fluidversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Fluid aus dem Bodenende der zweiten Passage 422 aus und rezikliert die Rezykliereinrichtung 31 das abgesetzte Gas und das abgesetzte Fluid von dem Bodenende der dritten Passage 423.

[0017] Der Betrieb der Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung 10 wird im Folgenden beschrieben.

[0018] In Benutzung wird das Bodenende des äusseren Rohrs 42 an der Oberfläche des Werkstücks 99 angebracht (oder in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks 99 gehalten) und dann relativ zu der Oberfläche des Werkstücks gemäss einem vorgegebenen Pfad bewegt. Der von dem Laserabgeber 51 abgegebene Laserstrahl B geht durch die erste Passage 421, um die Oberfläche des Werkstücks 99 zu bearbeiten. Das von der Gasversorgungseinrichtung 11 bereitgestellte Gas wird aus dem Bodenende der ersten Passage 421 abgesetzt. Das von der Fluidversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Fluid wird aus dem Bodenende der zweiten Passage 422 abgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt zwingt die Absetzkraft des kontinuierlich durch die erste Passage 421 abgesetzten Gases das kontinuierlich abgesetzte Fluid weg von der ersten Passage 421.

Die Rezykliereinrichtung 31 stellt eine Ansaugkraft bereit, um das abgesetzte Gas und das abgesetzte Fluid zum Rezyklieren durch die Rezykliereinrichtung 31 in die dritte Passage 423 zu saugen. Weiter kühlt das kontinuierlich abgegebene Fluid die Oberflächentemperatur des Werkstücks 99 während der Bewegung des Aktuators 41 relativ zu der Oberfläche des Werkstücks 99 und der Laserbearbeitung der Oberfläche des Werkstücks 99 durch den Laserstrahl B herunter.

[0019] Da sich der Laserstrahl B und das von der Gasversorgungseinrichtung 11 bereitgestellte Gas die erste Passage 421 teilen und da das von der Fluidversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Fluid am Eintreten in die erste Passage 421 gehindert wird, beeinträchtigt das von der Fluidversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Fluid nicht den Laserstrahl B. Wenn das abgesetzte Gas und das abgesetzte Fluidrezykliert werden, werden Schneidspäne des Werkstücks 99 gleichzeitig mit dem abgesetzten Gas und dem abgesetzten Fluid von der Rezykliereinrichtung 31 rezykliert, dabei eine Oberflächenbeschädigung des Werkstücks 99 durch die Schneidspäne vermeidend. Da das Fluid und der Laserstrahl simultan auf das Werkstück einwirken, kann ferner die Bearbeitungsgeschwindigkeit beschleunigt werden.

Da das Bodenende des inneren Rohrs 4 6 und das Bodenende des Zwischenrohrs 44 oberhalb der Höhe des Bodenendes des äusseren Rohrs 4 2 angeordnet sind, gibt es ausserdem einen Raum innerhalb des äusseren Rohrs 42 unterhalb des Bodenendes des inneren Rohrs 4 6 und des Bodenendes des Zwischenrohrs 44 für eine Bewegung des abgesetzten Fluids und des abgesetzten Gases, was das Rezyklieren des abgesetzten Fluids und des abgesetzten Gases erleichtert.

[0020] Fig. 4 stellt eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung 60 gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen ähnlich zu dem vorgenannten ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass:

[0021] Der Aktuator 61 dieses zweiten Ausführungsbeispiels umfasst ein äusseres Rohr 62, ein inneres Zentralrohr 66, das axial in dem äusseren Rohr 62 aufgehängt ist, und eine Mehrzahl von Satellitenrohren 64, die axial innerhalb des äusseren Rohrs 62 und im gleichen Winkel um den Umfang des inneren Zentralrohrs 66 herum angeordnet sind. Das innere Zentralrohr 66 definiert eine erste Passage 621. Jedes Satellitenrohr 64 definiert eine entsprechende zweite Passage 622. Ferner ist eine dritte Passage 623 innerhalb des äusseren Rohrs 62 ausserhalb des inneren Zentralrohrs 66 und der Satellitenrohre 64 definiert. Weiterhin haben das innere Zentralrohr 66 und die Satellitenrohre 64 die jeweiligen Bodenenden in einer Höhe oberhalb des Bodenendes des äusseren Rohrs 62 angeordnet.

[0022] Mittels der vorgenannten Anordnung werden die erste Passage 621, die zweite Passage 622 und die dritte Passage 623 bereitgestellt für das Durchströmen des abgesetzten Gases und des abgesetzten Fluids bzw. für das Re-zyklieren des abgesetzten Gases und des abgesetzten Fluids.

[0023] Die andere Struktur dieses zweiten Ausführungsbeispiels und sein Betrieb sind dieselben wie bei dem vorgenannten ersten Ausführungsbeispiel und daher ist diesbezüglich keine weitere detaillierte Beschreibung notwendig.

[0024] Wie oben erwähnt stellt die Erfindung eine Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung bereit, die die folgenden Merkmale und Vorteile aufweist:

[0025] 1. Simultanes Bearbeiten durch Laser und Fluid: Durch die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden ein Laserstrahl und ein Fluid bereitgestellt, die gleichzeitig an dem Werkstück arbeiten, dabei die Bearbeitungszeit beschleunigend und die Produktivität steigernd.

[0026] 2. Werkstückschutz: Durch die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden das abgesetzte Gas und das abgesetzte Fluid rezykliert und Schneidspäne des Werkstücks werden gleichzeitig mit dem abgesetzten Gas und dem abgesetzten Fluid von der Rezykliereinrichtung rezykliert, dabei das Spritzen von dem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) und Oberflächenbeschädigung des Werkstücks durch die Schneidspäne verhindernd.

[0027] 3. Der Laser ist frei von Beeinträchtigung durch Fluid: Durch die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zwingt die Absetzkraft des kontinuierlich durch die erste Passage abgesetzten Gases das kontinuierlich abgesetzte Fluid weg von der ersten Passage, d.h. es gibt kein Fluid in der ersten Passage, wenn der Laserstrahl durch die erste Passage geht, um das Werkstück zu bearbeiten, und das Fluid geht durch ein Gebiet ausserhalb des inneren Rohrs (oder des inneren Zentralrohrs) und der Laserstrahl ist deshalb frei von der Beeinträchtigung durch das Fluid. Dieses Merkmal erlaubt die Anwendung eines relativ preiswerten Laserstrahls (zum Beispiel eines CO2-Laserstrahls).

[0028] Obwohl spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail zum Zwecke der Darstellung beschrieben worden sind, können verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Geiste und vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die Erfindung auch nicht zu beschränken, ausser durch die angefügten Ansprüche.

Claims

1. Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks, umfassend:

- eine Gasversorgungseinrichtung ausgestaltet zum Ausgeben eines Gasflusses,

- eine Fluidversorgungseinrichtung ausgestaltet zum Ausgeben eines Fluidflusses,

- eine Rezykliereinrichtung ausgestaltet zum Rezyklieren des Gases und des Fluids, welche von der Gasversorgungseinrichtung und der Fluidversorgungseinrichtung abgesetzt werden,

- einen Aktuator, der ein äusseres Rohr umfasst, dessen Bodenende sich dem Werkstück annähert, wobei das äussere Rohr in sich eine erste Passage, wenigstens eine zweite Passage und eine dritte Passage definiert, die sich jeweils zum Bodenende des äusseren Rohrs erstrecken, wobei die erste Passage, die wenigstens eine zweite Passage und die dritte Passage jede ein Kopfende und ein Bodenende haben, wobei das Kopfende der ersten Passage mit der Gasversorgungseinrichtung, das Kopfende von jeder zweiten Passage mit der Fluidversorgungseinrichtung und das Kopfende der dritten Passage mit der Rezykliereinrichtung verbunden sind, und

- einen Laserabgeber ausgestaltet zum Abgeben eines Laserstrahls durch die erste Passage auf das Werkstück,

wobei das von der Gasversorgungseinrichtung ausgegebene Gas aus dem Bodenende der ersten Passage aus-tritt, das von der Fluidversorgungseinrichtung ausgegebene Fluid aus dem Bodenende jeder zweiten Passage austritt, die Rezykliereinrichtung das Gas und das Fluid, die aus dem Bodenende der ersten Passage und aus dem Bodenende jeder zweiten Passage austreten, mittels der dritten Passage rezykliert.

2. Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Aktuator weiter ein Zwischenrohr, das axial in dem äusseren Rohr aufgehängt ist, und ein inneres Rohr, das axial in dem Zwischenrohr aufgehängt ist, umfasst, wobei die erste Passage axial durch das innere Rohr definiert ist, die wenigstens eine zweite Passage axial zwischen dem Zwischenrohr und der Aussenseite des inneren Rohrs definiert ist und die dritte Passage axial zwischen dem äusseren Rohr und der Aussenseite des Zwischenrohrs definiert ist.

3. Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Zwischenrohr und das innere Rohr jeweils ein Bodenende aufweisen, das oberhalb der Höhe des Bodenendes des äusseren Rohrs angeordnet ist.

4. Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Aktuator weiter ein inneres Zentralrohr, das axial in dem äusseren Rohr aufgehängt ist, und eine Mehrzahl von Satellitenrohren, die axial in dem äusseren Rohr und ausserhalb des inneren Zentralrohrs angeordnet sind, umfasst, wobei die erste Passage axial durch das innere Zentralrohr definiert ist, die wenigstens eine zweite Passage axial jeweils durch jedes der Satellitenrohre definiert ist und die dritte Passage axial zwischen dem äusseren Rohr und der Aussenseite der Satellitenrohre definiert ist.

5. Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das innere Zentralrohr und die Satellitenrohre jeweils ein Bodenende aufweisen, das oberhalb der Höhe des Bodenendes des äusseren Rohrs angeordnet ist.

6. Luftstrahltyp-Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Satellitenrohre im gleichen Winkel um den Umfang des inneren Zentralrohrs herum angeordnet sind.