DE102008028009A1

DE102008028009A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp

Info

Publication number: DE102008028009A1
Application number: DE102008028009A
Authority: DE
Inventors: Chia-Lung Douliou Kuo; Yan-Hua Chen; Shih-Min Chen
Original assignee: Contrel Technology Co Ltd
Current assignee: Contrel Technology Co Ltd
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20090194515A1; JP2009184009A; CH698475A2; TW200934603A

Abstract

Es wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp zum Bearbeiten eines Werkstücks offenbart, die eine Gasversorgungseinrichtung, eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung, eine Wiedergewinnungseinrichtung, ein Stellglied umfasst, der ein äußeres Rohr aufweist, das mit dem unteren Ende davon an der Oberfläche des Werkstücks angebracht vorliegt und darin einen ersten Durchgang definiert, um abgesetztes Gas von der Gasversorgungseinrichtung zu dem Werkstück zu leiten, einen zweiten Durchgang (oder eine Anzahl von zweiten Durchgängen), um die Flüssigkeit von der Flüssigkeitsversorgungseinrichtung zu dem Werkstück zu leiten und einen dritten Durchgang definiert, der mit der Wiedergewinnungseinrichtung verbunden ist, so dass die Wiedergewinnungseinrichtung das/die abgesetzte Gas und Flüssigkeit zurückgewinnen kann, und eine Laseremissionsquelle, die dazu geeignet ist einen Laserstrahl durch den ersten Durchgang auf das Werkstück zu emittieren. Während eines Betriebs arbeiten der Laserstrahl und die Flüssigkeit gleichzeitig an dem Werkstück, wobei der Laserstrahl frei von einer Beeinflussung durch die Flüssigkeit ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Bearbeitungsvorrichtungen und insbesondere eine Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp.
2. Beschreibung des Standes der Technik
5 stellt eine Bearbeitungsvorrichtung vom Wasserstrahltyp dar, die eine Quelle mit hohem Druck verwendet, um einen Wasserstrom aus der Vorrichtung zu drängen, was eine Wassersäule 71, das heißt, den so genannten Wasserstrahl, bildet. Durch eine Änderung der Stoß- bzw. Aufprallposition beim Bearbeiten des Werkstücks 79, wird das Werkstück 79 gemäß der erwünschten Größe geschnitten bzw. gefräst.
Das Wasser kann jedoch über die Oberfläche des Werkstückes 79 spritzen, wenn die Hochdruckwassersäule vom offenen Typ 71 bewegt wird, um das Werkstück 79 zu schneiden. Folglich ist, nachdem das Werkstück 79 gut geschnitten wurde, ein weiterer Reinigungs- und Trocknungsvorgang erforderlich. Dieses Reinigungs- und Trocknungsverfahren verkompliziert den Bearbeitungsvorgang, erhöht die Bearbeitungszeit und Herstellungskosten. Weiterhin kann das Spritzwasser Schnittspäne 73 des Werkstückes 79 befördern, was zu einer Beschädigung der Oberfläche des Werkstückes 79 führt. Falls die Schnittspäne 73 in Aussparungen oder vertiefte bzw. ausgesparte Bereiche an der Oberfläche des Werkstückes fallen, können sie zu unbeabsichtigten Verletzungen führen. Vor einem Bearbeiten kann ein Schutzfilm auf das Werkstück 79 beschichtet und anschließend nach einem Bearbeiten von dem Werkstück 79 entfernt werden. Die Verwendung eines Schutzfilmes vermeidet eine Beschädigung durch Schnittspäne 73 auf der Oberfläche des Werkstückes 79, verkompliziert jedoch das Bearbeitungsverfahren und erhöht relativ die Herstellungskosten.
Wenn weiterhin eine Flüssigkeit mit einem Laserstrahl verwendet wird, um ein Werkstück zu bearbeiten, kann die Flüssigkeit den Laserstrahl beeinträchtigen oder die Energie des Laserstrahls (beispielsweise einen Kohlendioxidlaserstrahl) absorbieren, was die Energie verringert, die auf das Werkstück wirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde unter den gegebenen Umständen vollbracht. Die Hauptaufgabe der vorliegende Erfindung besteht darin eine Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp bereitzustellen, die einen Laserstrahl und ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit, oder ein Gemisch von Gas und Flüssigkeit) verwendet, um das Werkstück gleichzeitig zu bearbeiten, was die Bearbeitungsgeschwindigkeit beschleunigt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp bereitzustellen, die das/die abgesetzte Gas oder Flüssigkeit wieder- bzw. zurückgewinnt, was ein Spritzen der Flüssigkeit und eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstückes durch Schnittspäne vermeidet.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, so dass der Laserstrahl ohne durch die abgesetzte Flüssigkeit durch das abgesetzte Gas zu gehen kann, was den Laserstrahl frei von der Beeinflussung durch die Flüssigkeit hält.
Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp zum Bearbeiten eines Werkstückes eine Gasversorgungseinrichtung, die dazu geeignet ist ein Fluid eines Gases auszugeben, eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung zum Ausgeben eines Stromes einer Flüssigkeit, eine Wiedergewinnungseinrichtung, die zum Wiedergewinnen des Gases und der Flüssigkeit geeignet ist, die durch die Gasversorgungseinrichtung und die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung abgesetzt wurden, ein Stellglied, der ein äußeres Rohr umfasst, dessen unteres Ende sich dem Werkstück annähert und darin einen ersten Durchgang definiert, mindestens einen zweiten Durchgang und einen dritten Durchgang, die sich jeweils zu dem unteren Ende axial erstrecken, wobei der erste Durchgang das obere Ende davon mit der Gasversorgungseinrichtung verbunden aufweist, wobei jeder zweite Durchgang das obere Ende davon mit der Flüssigkeitsversorgungseinrichtung verbunden aufweist, wobei der dritte Durchgang das obere Ende davon mit der Wiedergewinnungseinrichtung verbunden vorliegt, und eine Laseremissionsquelle, die zum Emittieren eines Laserstrahls durch den ersten Durchgang auf das Werkstück geeignet ist. Das durch die Gasversorgungseinrichtung ausgegebene Gas verlässt das untere Ende des ersten Durchgangs. Die durch die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung abgesetzte Flüssigkeit verlässt das untere Ende von jedem zweiten Durchgang. Die Wiedergewinnungseinrichtung gewinnt das Gas und die Flüssigkeit, die durch das untere Ende des ersten Durchgangs und das untere Ende des zweiten Durchgangs ausgegeben werden, durch den dritten Durchgang zurück. Folglich arbeiten der Laserstrahl und die Flüssigkeit gleichzeitig an dem Werkstück, und der Laserstrahl ist frei von der Beeinflussung bzw. Störung durch die Flüssigkeit.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 stellt eine Aufrissansicht dar, die eine Laserbearbeitungsvorrichtung des Luftdüsentyps gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die an der Oberfläche eines Werkstückes angebracht vorliegt.
2 stellt eine schematische strukturelle Ansicht der Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
3 stellt einen schrägen unteren Aufriss des unteren Endes der Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
4 stellt einen schiefen unteren Aufriss eines unteren Endes einer Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt eine schematische Darstellung dar, die einen Bearbeitungsvorgang einer herkömmlichen Wasserstrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1–3 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung 10 von Luftdüsentyp gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Bearbeiten eines Werkstückes 99 gezeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung von Luftdüsentyp 10 umfasst eine Gasversorgungseinrichtung 11, eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21, eine Wiedergewinnungseinrichtung 31, ein Stellglied 41, und eine Laseremissionsquelle 51.
Die Gasversorgungseinrichtung 11 ist zum Bereitstellen eines Gases geeignet.
Die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21 ist zum Bereitstellen eines Stromes eines Fluids (Flüssigkeit, Gas, oder ein Gemisch von Flüssigkeit und Gas) geeignet. Die Flüssig keit kann eine von den Gruppen bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, Natriumnitrat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, oder Flusssäure sein. Das Gas kann normale Luft sein.
Die Wiedergewinnungseinrichtung 31 ist zum Wiedergewinnen des abgesetzten Gases und der Flüssigkeit geeignet.
Das Stellglied 41 umfasst ein äußeres Rohr 42, das zum Annähern an das Werkstück 99 mit dem unteren Ende davon geeignet ist, und mehrere Durchgänge, einschließend einen ersten Durchgang 421, einen zweiten Durchgang 422 und einen dritten Durchgang 423, die in dem äußeren Rohr 42 definiert sind. Der erste Durchgang 421 weist dessen oberes Ende mit der Gasversorgungseinrichtung 11 verbunden auf. Der zweite Durchgang 422 weist dessen oberes Ende mit der Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21 verbunden auf. Der dritte Durchgang 423 weist dessen oberes Ende mit der Wiedergewinnungseinrichtung 31 verbunden auf. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Stellglied 41 weiterhin ein Zwischenrohr 44, das in dem äußeren Rohr 42 axial aufgehängt vorliegt, und ein Innenrohr 46, das in dem Zwischenrohr 44 axial aufgehängt vorliegt. Der erste Durchgang 421 wird in dem Innenrohr 46 axial definiert. Der zweite Durchgang 422 wird zwischen der Außenwand des Innenrohrs 46 und der Innenwand des Zwischenrohrs 44 definiert. Der dritte Durchgang 423 wird zwischen der Außenwand des Zwischenrohrs 44 und der Innenwand des äußeren Rohrs 42 definiert. Das Zwischenrohr 44 und das Innenrohr 46 weisen die entsprechenden unteren Enden oberhalb der Höhe des unteren Endes des äußeren Rohres 42 angeordnet auf.
Der Lasererzeuger 51 ist zum Emittieren eines Laserstrahls B durch den ersten Durchgang 421 auf das Werkstück 99 geeignet, um das Werkstück 99 zu bearbeiten.
Durch die vorstehend erwähnte Anordnung strömt das durch die Gasversorgungseinrichtung 11 bereitgestellte Gas aus dem unteren Ende des ersten Durchgangs 421, fließt die durch die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Flüssigkeit aus dem unteren Ende des zweiten Durchgangs 422, und die Wiedergewinnungseinrichtung 31 gewinnt das/die abgesetzte Gas und Flüssigkeit von dem unteren Ende des dritten Durchgangs 423 zurück bzw. wieder.
Der Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp 10 wird nachfolgend ausgeführt.
Bei Benutzung, ist das untere Ende des äußeren Rohrs 42 an der Oberfläche des Werkstücks 99 angebracht (oder in Nachbarschaft zu gehalten) und wird anschließend relativ zu der Oberfläche des Werkstücks 99 gemäß eines bestimmten Weges bewegt. Der durch die Laseremissionsquelle 51 emittierte Laserstrahl B verläuft durch den ersten Durchgang 421, um an der Oberfläche des Werkstückes 99 zu arbeiten bzw. zu wirken. Das durch die Gasversorgungseinrichtung 11 bereitgestellte Gas wird aus dem unteren Ende des ersten Durchgangs 421 abgesetzt. Die durch die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Flüssigkeit wird durch das untere Ende des zweiten Durchgangs 422 abgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt drängt die Entladungskraft des durch den ersten Durchgang 421 fortdauernd abgesetzten Gases die fortdauernd abgesetzte Flüssigkeit von dem ersten Durchgang 421 weg. Die Wiedergewinnungseinrichtung 31 stellt eine Saugkraft bereit, um das/die abgesetzte Gas und Flüssigkeit in den dritten Durchgang 423 für eine Zurückgewinnung durch die Wiedergewinnungseinrichtung 31 abzusaugen. Während der Bewegung des Stellglieds 41 relativ zu der Oberfläche des Werkstückes 99 und der Laserbearbeitung des Laserstrahls B an der Oberfläche des Werkstückes 99 kühlt die fortdauernd abgesetzte Flüssigkeit weiterhin die Oberflächentemperatur des Werkstückes 99 ab.
Da sich der Laserstrahl B und das durch die Gasversorgungseinrichtung 11 bereitgestellte Gas den ersten Durchgang 421 teilen und da die durch die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Flüssigkeit am Eintreten in den ersten Durchgang 421 gehindert wird, beeinflusst die durch die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 21 bereitgestellte Flüssigkeit nicht den Laserstrahl B. Wird das/die abgesetzte Gas und Flüssigkeit zurückgewonnen, werden Schnittspäne des Werkstückes 99 gleichzeitig mit dem/der abgesetzten Gas und Flüssigkeit durch die Wiedergewinnungseinrichtung 31 zurückgewonnen, wodurch eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstückes 99 durch die Schnittspäne verhindert wird. Da weiterhin die Flüssigkeit und der Laserstrahl gleichzeitig auf das Werkstück wirken, kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit beschleunigt werden. Da weiterhin das untere Ende des Innenrohrs 46 und das untere Ende des Zwischenrohrs 44 über bzw. oberhalb der Höhe des unteren Endes des äußeren Rohrs 42 angeordnet sind, ergibt sich in dem äußeren Rohr 42 unter dem unteren Ende des Innenrohrs 46 und dem unteren Ende des Zwischenrohrs 44 für eine Bewegung der/des abgesetzten Flüssigkeit und Gases ein Raum, wodurch ein Zurückgewinnen der/des abgesetzten Flüssigkeit und Gases gefördert wird.
4 stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung von Luftdüsentyp 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Diese zweite Ausführungsform ist im wesentlichen ähnlich zu der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform, ausgenommen, dass:
Das Stellglied 61 dieser zweiten Ausführungsform umfasst ein äußeres Rohr 62, ein inneres Zentralrohr 66, das in dem äußeren Rohr 62 axial aufgehängt vorliegt, und mehrere Satellitenrohre 64, die in dem äußeren Rohr 62 axial angeordnet vorliegen und um den Umfang des inneren Zentralrohres 66 gleichwinklig beabstandet sind. Das innere Zentralrohr 66 definiert einen ersten Durchgang 621. Jedes Satellitenrohr 64 definiert jeweils einen zweiten Durchgang 622. Weiterhin wird ein dritter Durchgang 623 in dem äußeren Rohr 62 außerhalb des inneren Zentralrohrs 66 und den Satellitenrohren 64 definiert. Das innere Zentralrohr 66 und die Satellitenrohre 64 weisen die entsprechenden unteren Enden auf, die auf einer Höhe oberhalb bzw. über dem unteren Ende des äußeren Rohrs 62 angeordnet vorliegen.
Durch die vorstehend erwähnte Anordnung werden der erste Durchgang 621, der zweite Durchgang 622 und der dritte Durchgang 623 zum Durchführen des/der abgesetzten Gases und Flüssigkeit und zum Zurückgewinnen des/der abgesetzten Gases beziehungsweise Flüssigkeit bereitgestellt.
Die andere bzw. verbleibende Struktur dieser Ausführungsform und deren Betrieb sind mit der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform gleich, und folglich ist diesbezüglich keine weitere ausführliche Beschreibung erforderlich.
Wie vorstehend angegeben, stellt die Erfindung eine Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp bereit, die die folgenden Merkmale und Vorteile aufweist:

1. Gleichzeitiges Arbeiten von Laser und Flüssigkeit: durch die Gestaltung der vorliegenden Erfindung werden ein Laserstrahl und eine Flüssigkeit bereitgestellt, um an dem Werkstück gleichzeitig zu arbeiten, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit beschleunigt und die Produktivität erhöht werden.
2. Werkstückschutz: durch die Gestaltung der vorliegenden Erfindung werden das/die abgesetzte Gas und Flüssigkeit zurückgewonnen, wobei die Schnittspäne des Werkstückes mit dem/der abgesetzten Gas und Flüssigkeit durch die Wiedergewinnungseinrichtung gleichzeitig zurückgewonnen werden, wodurch ein Spritzen des Fluids (Flüssigkeit oder Gas) und eine Oberflächenschädigung des Werkstückes durch die Schnittspäne verhindert wird.
3. Laser weist keine Beeinflussung durch Flüssigkeit auf: durch die Gestaltung der vorliegenden Erfindung drängt die Entladungskraft des durch den ersten Durchgang fortdauernd abgesetzten Gases die fortdauernd abgesetzte Flüssigkeit von dem ersten Durchgang weg, das heißt, es gibt keine Flüssigkeit in dem ersten Durchgang, wenn der Laserstrahl durch den ersten Durchgang durchgeht, um das Werkstück zu bearbeiten, wobei die Flüssigkeit durch den Bereich außerhalb des inneren Rohrs (oder inneren Zentralrohrs) fließt bzw. strömt und wobei folglich der Laserstrahl frei von einer Beeinflussung durch die Flüssigkeit ist. Dieses Merkmal ermöglicht eine Anwendung eines relativ kostengünstigen Laserstrahls (beispielsweise Kohldioxidlaserstrahl).

Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich zu Zwecken der Erläuterung beschrieben wurden, können verschiedene Modifikationen und Verbesserungen ohne von dem Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, ausgeführt werden. Dementsprechend wird die Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp zum Bearbeiten eines Werkstückes, umfassend: eine Gasversorgungseinrichtung, die zum Ausgeben eines Stromes von Gas geeignet ist; eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung, die zum Ausgeben eines Stromes von Flüssigkeit geeignet ist; eine Wiedergewinnungseinrichtung, die für ein Rückgewinnen des/der durch die Gasversorgungseinrichtung und die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung abgesetzten Gases und Flüssigkeit geeignet ist; ein Stellglied, wobei das Stellglied ein äußeres Rohr umfasst, wobei das äußere Rohr ein unteres Ende aufweist, das sich dem Werkstück annähert, wobei das äußere Rohr darin einen ersten Durchgang definiert, mindestens einen zweiten Durchgang und einen dritten Durchgang, die sich jeweils zu dem unteren Ende davon erstrecken, wobei der erste Durchgang und der mindestens eine zweite Durchgang und der dritte Durchgang jeweils ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweisen, wobei der erste Durchgang das obere Ende davon mit der Gasversorgungseinrichtung verbunden aufweist, wobei jeder zweite Durchgang das obere Ende davon mit der Flüssigkeitsversorgungseinrichtung verbunden aufweist, wobei der dritte Durchgang das obere Ende davon mit der Wiedergewinnungseinrichtung verbunden aufweist; und eine Laseremissionsquelle, die dazu geeignet ist, einen Laserstrahl durch den ersten Durchgang auf das Werkstück zu emittieren; worin das durch die Gasversorgungseinrichtung ausgegebne Gas aus dem unteren Ende des ersten Durchgangs strömt, die durch die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung ausgegebene Flüssigkeit aus dem unteren Ende von jedem der zweiten Durchgänge fließt, wobei die Wiedergewinnungseinrichtung das Gas und die Flüssigkeit, das/die aus dem unteren Ende des ersten Durchgangs und dem unteren Ende von jedem der zweiten Durchgänge austreten, durch den dritten Durchgang zurückgewinnt.
Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp nach Anspruch 1, worin das Stell glied weiter ein Zwischenrohr, das in dem äußeren Rohr axial aufgehängt ist und ein inneres Rohr umfasst, das in dem Zwischenrohr axial aufgehängt ist, wobei der erste Durchgang in dem inneren Rohr axial definiert ist, wobei der mindestens eine zweite Durchgang in dem Zwischenrohr und außerhalb des inneren Rohres axial definiert ist, wobei der dritte Durchgang in dem äußeren Rohr und außerhalb des Zwischenrohrs definiert ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp nach Anspruch 2, worin das Zwischenrohr und das innere Rohr ein entsprechendes unteres Ende aufweisen, das oberhalb der Höhe des unteren Endes des äußeren Rohrs angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung von Luftdüsentyp nach Anspruch 1, worin das Stellglied weiterhin ein inneres Zentralrohr, das in dem äußeren Rohr axial aufgehängt ist, und mehrere Satellitenrohre umfasst, die in dem äußeren Rohr und außerhalb des inneren Zentralrohres axial aufgehängt sind, wobei der erste Durchgang in dem inneren Zentralrohr axial definiert ist, wobei der mindestens eine zweite Durchgang entsprechend in jedem der Satellitenrohre axial definiert ist, wobei der zweite Durchgang in dem äußeren Rohr und außerhalb der Satellitenrohre axial definiert ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp nach Anspruch 4, worin das innere Zentralrohr und die Satellitenrohre jeweils ein unteres Ende aufweisen, das oberhalb der Höhe des unteren Endes des äußeren Rohres angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung vom Luftdüsentyp nach Anspruch 4, worin die Satellitenrohe um den Umfang des inneren Zentralrohres gleichwinklig beabstandet sind.