TWI491921B

TWI491921B - 多光點光路裝置

Info

Publication number: TWI491921B
Application number: TW102140841A
Authority: TW
Inventors: Yu Chung Lin; Wie Lun Tsai; Sung Ho Liu; Pin Hao Hu; Chih Wei Chien
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-07-11
Also published as: TW201518772A

Description

多光點光路裝置

本揭露係關於一種多光點光路裝置，具體而言，係關於一種可調式之多光點光路裝置。

近年來線性滑軌的應用趨向多元化，所以新性能的線性滑軌為勢在必行的發展。從內部滾動的元件而言，可以分為滾柱式、滾珠式兩大領域。

就滾珠式線性滑軌而言，其以滾珠作為滑軌與滑塊之間的傳動介面，進行無行程限制的滾動循環之運動，同時藉著滾珠在滑塊、滑軌間的適當尺寸搭配而將滑塊拘束在滑軌上，使得負載平台能夠沿著滑軌以高速度、高精度作直線運動。

至於微小化的線軌，乃由於微機電產業的興起，一些世界級的工具機廠商均積極的開發微型加工機，然而現有的線性滑軌要能夠應用於其上，必須有效降低啟動摩擦力，以減少運轉時之震動與阻力變化幅度，才能在不影響微型加工機的剛性下提高加工精度。此類線性滑軌通常需要高順暢性、高速度、體積小以及良好的行走精度。舉例來說，微型線軌在滾珠滑動的區域必須具備較高硬度以提昇耐用度，其接觸面積大約呈現半圓，需硬化區域大約是夾角45度的兩個斜面。

傳統上利用真空爐、高週波熱處理來進行微型線軌的加工，此技術具有易熱脹冷縮之缺點，會影響鑽孔精度，且升溫淬火、回火耗時。

因此，如何提出一種應用於微型線軌加工處理之裝置，能進行高精度地加工處理，為現行各界研發之方向之一。

本揭露提供一種多光點光路裝置，包括：分光鏡，具有至少二反射面，該至少二反射面具有一特定夾角，以供該分光鏡將入射至該分光鏡之一光束分為至少二分光束；以及至少二反射鏡，對稱設置於該分光鏡的兩側，以分別將來自該分光鏡之該至少二分光束一一反射至工件，以在該工件上形成至少二光點。

於一實施例中，更包括一聚焦鏡，設置於該分光鏡與該工件之間，用於將該至少二分光束匯聚至該工件。

本揭露之至少二反射鏡相距有第一距離、分光鏡與聚焦鏡相距有第二距離、至少二光點相距有第三距離、至少二分光束相交有一夾角、至少二反射鏡分別具有之一旋轉角度及光的光型和入射之偏移量皆為可調整。因此，可適用不同規格之微型線軌。

1‧‧‧光束

11‧‧‧分光束

2、2’‧‧‧分光鏡

21‧‧‧反射面

3、3’‧‧‧反射鏡

4、4’、4”‧‧‧工件

41、41’‧‧‧凹角

42‧‧‧凸角

5‧‧‧聚焦鏡

α‧‧‧夾角

β‧‧‧特定夾角

d1‧‧‧第一距離

d2‧‧‧第二距離

L‧‧‧第四距離

p‧‧‧第三距離

θ‧‧‧旋轉角度

第1圖為本揭露之多光點光路裝置之第一實施例之示意圖；第2圖為本揭露之多光點光路裝置之第二實施例之示意圖；第3圖為本揭露之多光點光路裝置之二反射面之特定夾角之實施態樣；第4A和4B圖本揭露之多光點光路裝置之第三實施例之示意圖；第5圖為本揭露之多光點光路裝置之第四實施例之示意圖；第6A至6C圖為本揭露之多光點光路裝置之第一距離、第二距離、第三距離、夾角以及旋轉角度之相互關係模擬圖；第6D圖為本揭露之多光點光路裝置之光束入射工件之示意圖；第7A至7C圖為本揭露之多光點光路裝置之夾角與第三距離之較佳範例之模擬圖；以及第8A至8D圖為本揭露之多光點光路裝置之光束之偏移量示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本揭露之實施方式，熟習此項技藝之人士可由本文所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之其他優點及功效。

請參閱第1圖，於第一實施例中，本揭露之多光點光路裝置主要包括一分光鏡2以及二反射鏡3。

分光鏡2具有一特定夾角β，如圖所示，分光鏡2具有二個反射面21，二個反射面21向外傾斜，具有一特定夾角β，分光鏡2用於將一入射至二個反射面21之光束1分為二個分光束11。須說明的是，於本實施例中，分光鏡2為具有一特定夾角β之反射鏡。其次，二個反射鏡3對稱設置於分光鏡2的兩側，分別用於將二分光束11一一反射至工件4，以在工件4上形成至少二個光點。於本實施例中，反射鏡3為曲面鏡。此外，二個分光束11在入射至工件4之前交叉，因而二個分光束11可入射至工件4之凹角41的表面，以進行加工處理。

請參閱第2圖，於第二實施例中，本揭露之多光點光路裝置還包括一聚焦鏡5，其設置於分光鏡2與工件4之間，用於將二分光束11匯聚至工件4上。於本實施例中，反射鏡3’為平面鏡。

於第1和2圖中，二個反射面21具有之特定夾角β大約為90°，惟並不以此為限，特定夾角β之範圍係可在0度至180度之間，或者，參閱第3圖，二個反射面21向內傾斜，成一凹角，特定夾角β之範圍可在180度至360度之間，第3圖所示之特定夾角β大約為240°。

請參閱第4A和4B圖，於第三實施例中，本揭露之多光點光路裝置主要包括一個分光鏡2’、四個反射鏡3’以及一個聚焦鏡5。分光鏡2’具有四個反射面21，可將一個光束1分為四分光束11，故可同時對工件4’的二個凹角41’進行熱處理。於第4B圖顯示分光鏡2’之立體圖。由第4A和4B圖可知，本揭露之分光鏡可具有至少二個反射面，例如具有二個、四個、六個…等偶數個反射面，且相鄰之二個反射面具有特定夾角β，且分光鏡之反射面之數量與反射鏡之數量相同，則可將一個光束分為二個、四個、六個…等偶數個分光束，並在工件上形成二個、四個、六個…等偶數個光點。又，於本實施例中亦可無須設置聚焦鏡5，如此則須將平面鏡替代為曲面鏡。

請參閱第5圖，於第四實施例中，本揭露之多光點光路裝置之二分光束11在入射至工件4”之前不交叉，則二分光束11可入射至該工件4之凸角42的表面以進行加工處理。

再者，回到第1和2圖，二反射鏡3(3’)彼此之間相距有第一距離d1，分光鏡2和聚焦鏡5之間相距有第二距離d2，入射至工件4上之雙光點之間相距有第三距離p，二分光束11相交有夾角α，二分光束11之相交處與雙光點的連接線之間相距有第四距離L，二反射鏡3(3’)有旋轉角度θ，這些因子彼此有相關性，例如，符合p=2×L×tan(α/2)，以下係以第6A至6C圖所示之模擬圖進行說明。

由第6A圖可知，第一距離d1變大，第三距離p(Pitch)變小、夾角α變大，因此，第一距離d1與第三距離p大致呈反比，第一距離d1與夾角α大致成正比。由第6B圖可知，旋轉角度θ變小、第三距離p變大、夾角α變大，因此，旋轉角度θ與第三距離p和夾角α皆大致呈反比。由第6C圖可知，第二距離d2變大、第三距離p變大、夾角 α變小，因此，第二距離d2與第三距離p大致呈正比，第二距離d2與夾角α大致成反比。自第6A至6B圖表示，同時調整第一距離d1和旋轉角度θ，並固定第三距離p，改變夾角α，可達到分光束11垂直入射工件4的凹角41的表面，如第6D圖所示。自第6B至6C圖表示，同時調整第二距離d2和旋轉角度θ，可使夾角α而改變第三距離p。

另外，參閱第7A至7C圖，其繪示本揭露之多光點光路裝置之夾角與第三距離之較佳範例之模擬圖，可證明第三距離p可調整在0.5mm與150mm範圍之間，夾角α可調整在14.5°與130°範圍之間。

再者，參閱第8A至8D圖，光束1的光型為可控制，光束1入射至分光鏡2之偏移量為可控制，控制該偏移量可控制二光點之能量比例。例如，於第8A圖中，光束1的光型為圓形，二光點之能量比例為50%和50%；於第8B圖中，光束1的光型為圓形，二光點之能量比例為20%和80%；於第8C圖中，光束1的光型為方形，於第8D圖中，光束1的光型為梯形。因此，二光點之能量比例可在0.01至99之間。

綜上所述，本揭露之多光點光路裝置之分光鏡具有一可調整的特定夾角，並藉由調整設置於該分光鏡兩側之兩反射鏡之間相距的第一距離、分光鏡與聚焦鏡之間的第二距離、反射鏡的旋轉角度，可調整分光束相交的角度，進而調整入射在工件上光點之間的距離，另外，還可調整光束的光型和光偏移量以調整光點的能量分佈。因此，可應用於微型線軌之加工，或者應用於舉凡料管、齒條、齒輪、螺絲牙板、管內壁、鋸片(分條刀)等具有凹角或凸角之工件的加工處理。

上述該些實施樣態僅例示性說明本揭露之功效，而非用於限制本揭露，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述該些實施態樣進行修飾與改變。此外，在上述該些實施態樣中之元件的數量僅為例示性說明，亦非用於限制本揭露。因此本揭露之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1‧‧‧光束

11‧‧‧分光束

2‧‧‧分光鏡

21‧‧‧反射面

3‧‧‧反射鏡

4‧‧‧工件

41‧‧‧凹角