专利名称：曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工设备领域，尤其涉及一种用PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机。
背景技术：
实用新型专利CN201046932公开了一种复合纤维管式微孔曝气器，器体由用PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管等器件组成，具备多项实用优点和有益效果。为进一步提升该曝气器的曝气效率和质量，在原基础上进行了创新，给出了一种新设计，即在PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管外表面，用特殊的工艺敷以聚四氟乙烯膜，再在膜上加工出一定规格直径和密度的小孔。在新设计的实施过程中，遇到了新的工艺技术问题，即在膜上加工出一定规格直径和密度的小孔非常困难。曾用机械打孔和群针刺孔等方 法进行实验，但都没有成功。其原因是聚四氟乙烯膜是由精细的纤维组成的，在机械打孔或群针刺孔的过程中，很少有材料的去除，而是由钻头或钢针驱使纤维变形而形成了孔，一旦纤维变形恢复，孔态便发生很大的变化，致使打孔失败。然而，聚四氟乙烯膜的熔点很低，用低功率的激光便能经过气化或熔化快速加工出高密度的小孔，而且孔周围的材料经熔化凝固而“锁边”，孔被“定型”而质量很高，这些已通过激光打孔实验和检测得到了验证。不过，常规的低功率激光加工机，多是进行平面加工，包括PP、PE复合纤维制成的多孔复合且敷以聚四氟乙烯膜的板材，但对于PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管外表面所敷的聚四氟乙烯膜仅能进行单孔或在小面积上做多孔打孔实验，而对整管外表面的打孔乃至大批量的管件打孔便不适应，这正是本实用新型提出的目的。
发明内容常规的激光打孔机，激光轴垂直于待打孔表面，能完成定点打孔或多点打孔。实现多点打孔的过程有3种方案其一，激光加工头固定，待打孔板材完成X、Y二维直线运动，其间完成打孔；其~■，待打孔板材固定，激光加工头完成X、Y _■维直线运动，其间完成打孔；其三,激光加工头完成一维直线运动,待打孔板材完成另一维直线运动,其间完成打孔。然而，3种方案完成的多点打孔都是在平面上的打孔，都不能解决PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管外表面所敷聚四氟乙烯膜的打孔问题。为此，本实用新型提供一种激光打孔机，能完成上述曝气管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔加工。本实用新型的整体设计为该设备由激光器、导光系统、激光加工头、高度传感器和横向传感器、管体夹持支撑装置、电气控制器和程序控制器等组成。激光器为CO2激光器，可采用封离型激光器或射频激光器。导光系统由激光扩束装置和多块激光反射镜顺序安装组成，保证激光束垂直通过聚焦镜中心到达待打孔膜的表面。为实现本设备的多种功能，本实用新型采用了多项技术方案，其一激光加工头的光轴垂直并进行一维直线运动，敷聚四氟乙烯膜的曝气管做旋转运动，转轴方向与激光加工头的直线运动方向平行。这种结构在激光加工头一次的扫描中，可加工出管体最高位置母线上所有的孔，随后管体转一个角度，激光加工头反向扫描，又加工出另一条母线上所有的孔，如此，可以加工出管体表面上所有要求的孔。其二 在技术方案中设置了直径可以变化的管体夹持旋转头和支撑面为锥面的管体支撑头，旋转头夹持并带动管体能正、反旋转，而管体支撑头可以在管体轴线方向快速移动并锁紧，这种管体的夹持和支撑机构能适应直径与长度不同的管体，因而扩大了本设备的适用范围；其三在技术方案中设置了高度传感器与横向传感器，而高度传感器和横向传感器与激光加工头同步运动，在传感器的监控下，激光加工头的焦点始终处在所敷膜的表面而光轴始终处于通过管体轴线的垂面内，因而本设备能适应直径误差和轴线不直度误差较大的管体，大大降低了对被加工管材管坯的要求；其四本实用新型的布局是将机床的电路、气路、水路和电气元器件等安装在机床基座内，提升了设备的整体性与外观可视性，并缩小了设备的体积。本实用新型的有益效果是成功解决了 PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔问题，具备显著的特点聚焦光斑被压缩，可加工00.1mm以下的小孔；可加工不同直径和长度的管材；适应直径误差和轴线不直度误差较大的管材；同时，可实现对其他有机非金属管件表面的快速打孔及雕刻、切割等加工。
本实用新型的结构示意图如图1所示，下面是本实用新型说明书附图中主要附图标记的说明1、激光器；2、导光系统；3、激光加工头运动电机；4、激光加工头运动导轨；5、激光加工头；6、高度传感器；7、横向传感器；8、管体旋转电机；9、管体旋转头；10、敷聚四氟乙烯膜的管体；11、管体支撑头；12、支撑头移动导轨；13、管体横向运动导轨；14、电气控制器；15、程序控制器；16、机床基座；17、加工头升降电机；18、激光扩束装置；19、管体横向运动电机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型涉及的PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机作进一步详细描述。本激光打孔机采用的激光器I为CO2激光器，可选用封离型激光器或射频激光器；导光系统2由激光扩束装置18和多块激光反射镜顺序安装组成，保证激光束垂直通过聚焦镜中心到达待打孔表面；激光加工头5由电机3带动，沿导轨4可高速往返运动，同时，高度传感器6和横向传感器7与激光加工头5同步运动。高度传感器6把检测到的管体外表面在垂直方向的位置变化随时反馈给程序控制器15，又通过电气控制器14驱动电机17，调整激光加工头5的高度位置，确保激光加工头5和敷聚四氟乙烯膜的管体10的距离不变；横向传感器7把检测到的管体外表面横向的位置变化，随时反馈给程序控制器15，又通过电气控制器14驱动横向运动电机19,调整管体在横向运动导轨13上面的位置,确保激光光轴始终在通过管体轴线的垂面内。敷聚四氟乙烯膜的管体10经管体旋转头9的夹持和另一端支撑面为锥面的管体支撑头11的支撑，由管体旋转电机8带动，可正向和反方向快速转动；管体支撑头11座落在支撑头移动导轨12上面，可沿该导轨快速移动并锁紧；程序控制器15具备程序的编制与运行功能，包括各电机的驱动程序、加工过程控制程序、传感器反馈信息的接受与处理、孔参数的设置、工艺参数调整等功能；机床的电路、气路、水路和电气元器件等布局在机床基座16内。结合附图说明PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔实例。将PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管体10的一端由管体旋转头9适当夹紧，调整管体支撑头11的位置并锁紧，使支撑头11的锥面支撑起管体的另一端；调整激光加工头5在管体轴向的位置，停在管体旋转头9端的垂直于管体轴线的起始面内，调整电机19，管体横向平移，使激光加工头5的光轴通过管体的轴线，将此时横向传感器7的位置设为“0” ;调整电机17，使激光加工头5的焦点处在聚四氟乙烯膜的表面，将此时高度传感器6的位置设为“0”;设置轴向孔距参数、根据周向孔距计算并设置旋转轴每次旋转的度数；编制加工过程程序；设置激光加工工艺参数。设备运行后，在激光加工头5由管体旋转头9端向管体支撑头11的扫描中，可加工出管体最高位置母线上所有的孔，随后管体转相应的角度，激光加工头反向扫描，加工出另一条母线上所有的孔；随后管体再转一个角度，又开始激光加工头5由管体旋转头9端向管体支撑头11的扫描，如此循环。在激光加工头扫描的过程中，高度传感器6和横向传感器7分别实时检测出对所设“0”位的偏离，通过反馈，控制电机17与电机19，使激光焦点和激光轴始终处在“0”位。如此，便可以加工出管体表面上所有的孔。以下给出机床参数、孔参数与激光打孔工艺参数为机床定位精度0. 05mm机床重复定位精度0. 03mm激光加工头有效行程1400mm孔径00. 08 1. 2mm孔距(轴向与周向)2 2Omm管体长度<1200mm激光功率30 60w脉冲宽度5 15ms电流12 22mA直线速度10 40m/min[0021 ] 打孔速度10 50孔/秒焦距30mm离焦量-1.4 3. 2mm本实用新型成功解决了 PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔问题，同时，能够完成其他有机非金属管件的激光打孔、雕刻、切割
等加工。
权利要求1.一种曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，该设备由激光器、导光系统、激光加工头、高度传感器和横向传感器、管体夹持支撑装置、电气控制器和程序控制器等组成，其主要特征是激光加工头光轴垂直且在一维方向快速直线往返运动，管体轴线与激光加工头运动方向平行，激光加工头的焦点始终处于所敷聚四氟乙烯膜的表面而光轴始终在通过管体轴线的垂面内。
2.根据权利要求1所述曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，其特征是激光器为CO2激光器，可采用封离型激光器或射频激光器。
3.根据权利要求1所述曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，其特征是导光系统由激光扩束装置和多块激光反射镜顺序安装组成。
4.根据权利要求1所述曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，其特征是高度传感器和横向传感器与激光加工头同步运动，在传感器的监控下，激光加工头的焦点始终处于所敷聚四氟乙烯膜的表面而光轴始终在通过管体轴线的垂面内。
5.根据权利要求1所述曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，其特征是敷聚四氟乙烯膜的管体一端由直径可变的旋转头夹持并带动能正、反旋转，另一端有支撑头支撑，支撑头的支撑面为锥面，并可在管体轴向快速移动并锁紧。
6.根据权利要求1所述曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，其特征是机床的电路、气路、水路和电气元器件等布局在机床基座内。
专利摘要本实用新型属激光加工设备领域，涉及一种用PP、PE复合纤维制成的多孔复合纤维曝气管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔机，由激光器、导光系统、激光加工头、高度传感器和横向传感器、管体夹持支撑装置、电气控制器和程序控制器等组成，其特征是激光加工头光轴垂直且在一维方向快速直线往返运动，管体可正、反快速旋转，且轴线与加工头的运动方向平行，在传感器的监控下，加工头的焦点始终位于膜的表面而光轴始终在通过管体轴线的垂面内。本实用新型成功解决了曝气管外表面敷膜的快速打孔问题，且适应不同直径和长度的管材及直径误差和轴线不直度误差较大的管材；同时，能完成其他有机非金属管件的激光打孔、雕刻、切割等加工。
文档编号B23K26/42GK202825004SQ20112056210
公开日2013年3月27日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者李蕴姝, 张桂华, 张华 , 鲁印会, 张珊 申请人:天津市激光技术研究所