激光加工装置及激光排屑装置的制作方法

文档序号:11073638阅读:474来源:国知局
激光加工装置及激光排屑装置的制造方法

本发明涉及一种激光加工装置及激光排屑装置,特别是一种大孔径加工的激光加工装置及激光排屑装置。



背景技术:

随着触控面板产业的快速发展,保护玻璃的基板厚度变薄且强度提升为趋势。传统CNC机械钻孔制作工艺面临瓶颈,而激光非接触钻孔技术因能对高强度的基板进行钻孔,进而逐渐取代CNC机械钻孔。

激光钻孔分为小范围的单点钻孔与大范围的区域性钻孔。传统的激光喷嘴是针对单点钻孔所设计,钻孔范围的直径通常小于2.5毫米。若欲进行大范围的区域性钻孔(直径大于10毫米或以上),则需将传统的激光喷嘴配合双轴向移动平台,才能够达成大范围的区域性钻孔。然而,因双轴向移动平台的移动速度慢,使得激光钻孔的产速难以提升,故也有将传统的激光喷嘴搭配扫描振镜来进行钻孔,以期通过扫描振镜高扫描频率的特性来加快钻孔效率。

理论上,传统激光喷嘴搭配扫描振镜虽然可以加快钻孔速度,但实际上,传统激光喷嘴搭配扫描振镜的钻孔速度却会受到排屑速度的限制而难以提升。详细来说,目前大都是采用气体来将碎屑移除,孔径加大意指气体的吹气范围也会加大。然而,排屑气体的吹气范围变大却会连带使排屑气体的气压大幅降低。此状况将会导致排屑气体的排屑效果降低,而难以提升激光钻孔的钻孔效率与钻孔品质。因此,如何提升激光钻孔设备进行大孔径孔洞时的钻孔效率与钻孔品质,则为研发人员应解决的问题之一。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种激光加工装置,以提升激光钻孔设备进行大孔径孔洞时的钻孔效率与钻孔品质。

为达上述目的,本发明的一实施例所揭露的激光加工装置,包含一激光 产生元件、一光学绕孔元件、一导流元件及一气源。激光产生元件用以产生一激光光束。光学绕孔元件位于激光光束的光路上,并令激光光束沿一环形加工路径移动。导流元件具有一光学通道、一环形流道及对应环形流道的一环形出气口。激光光束穿过光学通道。环形流道将光学通道环绕于内。环形流道靠近环形出气口的一出口端倾斜设置。气源装设于导流元件并与环形流道相连通。气源用以提供一气流,且气流经环形流道的导引而相交于沿环形加工路径移动的激光光束。

根据上述实施例的激光加工装置,通过环形流道的引导,使得气源所产生的气流于加工表面上形成中空环状并匹配于环形加工路径的吹气范围。由此,来提升气流吹至加工表面时的气压,进而提升激光加工装置的钻孔效率与钻孔品质。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理,并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明第一实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图;

图2为沿图1的2-2割面线所绘示的剖面示意图;

图3A为图1的部分放大示意图;

图3B为图3A的分解示意图;

图4为图2的环形加工路径改为方形的剖面示意图;

图5为本发明第二实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图;

图6为图5的分解示意图;

图7为本发明第三实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图;

图8为沿图7的8-8割面线所绘示的剖面示意图;

图9为本发明第四实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图;

图10为沿图9的10-10割面线所绘示的剖面示意图。

符号说明

10、10a、10b、10c 激光加工装置

20 加工件

21 加工表面

22 孔洞

100、100a、100b、100c 激光产生元件

200、200a、200b、200c 光学绕孔元件

300、300a、300b、300c 导流元件

301 本体

302 内挡墙

303 外挡墙

304 导流件

305 组装件

306 第一密封组件

307 第二密封组件

301a 外挡墙

302a 组装件

303a 内挡墙

310、310a、310b、310c 光学通道

320、320a、320b、320c 环形流道

330、330a、330b、330c 环形出气口

340、340a、340b、340c 出口端

350、350a、350b、350c 进气口

400、400a、400b、400c 气源

410、410a、410b、410c 管路

450 阻流透光镜

500b、500c 遮流元件

510b、510c 气流道

600c 旋转驱动组件

610c 驱动马达

620c 传动轮

630c 传动皮带

a 方向

A 中心轴线

D1、D2 距离

L 激光光束

F 气流

P 环形加工路径

G、g 吹气范围

具体实施方式

请参阅图1至图2。图1为根据本发明第一实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图。图2为沿图1的2-2割面线所绘示的剖面示意图。

本实施例的激光加工装置10用以对一加工件20进行钻孔,使加工件20的加工表面21上形成一孔洞22。激光加工装置10包含一激光产生元件100、一光学绕孔元件200及一激光排屑装置。其中,激光排屑装置包含一导流元件300、一气源400及一阻流透光镜450。

激光产生元件100用以产生一激光光束L。激光光束L例如为紫外光激光、半导体绿光、近红外光激光或远红外光激光。

光学绕孔元件200例如为旋转钻孔(trepan)光学模块或扫描振镜模块,并位于激光光束L的光路上。激光光束L受光学绕孔元件200驱动而可沿一环形加工路径P(如图2所示)移动。环形加工路径P位于加工件20的加工表面21上,且环形加工路径P也就是形成孔洞22的边缘。在本实施例中,环形加工路径P的形状为圆形,且环形加工路径的直径大于等于1毫米。

导流元件300具有一光学通道310、一环形流道320、对应环形流道320的一环形出气口330及至少一进气口350。

光学通道310具有一中心轴线A,激光光束L穿过光学通道310,并在光学通道310内绕圈而沿环形加工路径P移动。环形流道320将光学通道310环绕于内,且环形流道320靠近环形出气口330的一出口端340倾斜设置。进一步来说就是,环形流道320靠近环形出气口330的位置到光学通道310的中心轴线A的距离D1小于环形流道320远离环形出气口330的位置到光学通道310的中心轴线A的距离D2。

进气口350位于导流元件300的一侧,并连通光学通道310与环形流道320。

值得注意的是,本实施例的进气口350的数量是以一个为例,但并不以此为限,在其他实施例中,进气口350的数量也可以为多个,且分别位于导流元件300的相异侧。

此外,请参阅图2至图3B。图3A为图1的部分放大示意图。图3B为图3A的分解示意图。在本实施例中,导流元件300包含一本体301、一内挡墙302、一外挡墙303、一导流件304、一组装件305、一第一密封组件306及一第二密封组件307。内挡墙302、外挡墙303、导流件304、组装件305、第一密封组件306及一第二密封组件307都为环形,且光学通道310贯穿本体301、内挡墙302、外挡墙303、导流件304、组装件305、第一密封组件306及第二密封组件307。内挡墙302与外挡墙303装设于本体301的下缘,且外挡墙303将内挡墙302围绕于内。导流件304装设于内挡墙302靠近外挡墙303的一侧,令环气流道320呈流线设计。组装件305穿过内挡墙302,且部分凸出内挡墙302的下缘,并被外挡墙303围绕于内。如此一来,内挡墙302、外挡墙303、导流件304与组装件305共同围绕出环形流道320。第一密封组件306通过组装件305装设于本体301,并将阻流透光镜450固定于内挡墙302之中。第二密封组件307装设于本体301,并位于第一密封组件306上方。其中,由于光学通道310与环形流道320相通,故第一密封组件306与第二密封组件307设置于本体301可用以避免气流F自光学通道310外漏,以令气流F能经环形流道320的导引而自环形出气口330流出。

更详细来说,当气流F自进气口350流入本体301时,气流F会流入第一密封组件306与第二密封组件307之间的空间。接着,气流F会受到中央处的第一密封组件306的阻挡而流向四周围,并接着流过由内挡墙302、外挡墙303、导流件304与组装件305围绕而成的环形流道320,再经由环形出气口330流出。

本实施例的导流元件300的本体301、内挡墙302、外挡墙303、导流件304及组装件305为组合式的结构,但并不以此为限,在其他实施例中,导流元件300的本体301、内挡墙302、外挡墙303、导流件304及组装件305也可以是一体成型的结构。

气源400通过一管路410装设于导流元件300的进气口350。阻流透光镜450装设于光学通道310内,令气源400仅与环形流道320相连通。也就是说,通过阻流透光镜450的设置,使得气源400所产生的气流仅会从环形流道320的环形出气口330流至加工表面21而不会从光学通道310流至加工表面。

如图2所示,通过上述环形流道320的导引,气流F会在加工表面21 上形成中空环状的一吹气范围g。中空环状的吹气范围g具有相对的一外缘及一内缘。外缘具有一直径Di,内缘具有一直径Do,且内径不等于零。在吹气范围g内(在外缘与内缘之间的区域)的气压会大于吹气范围外(大于外缘的区域与小于内缘的区域)的气压。经实测,若气源400提供约10bar的气压,则吹气范围g内(在外缘与内缘之间的区域)的气压约介于5bar至6bar,而吹气范围外(大于外缘的区域与小于内缘的区域)约介于0bar至5bar之间。

再者,上述的吹气范围g会包覆激光光束L。换言之,环形加工路径P位于吹气范围g内。由于本实施例通过阻流透光镜450将原本欲流向内径Do以内区域的气流挡住,而让气源400所产生的气流能集中吹向碎屑产生量最多的位置(环形加工路径P周围)。如此一来,将可提升气流对碎屑的排屑效果,进而提升激光加工装置10的钻孔效率。其实测结果,传统的激光加工器加工直径10毫米的孔洞所花费时间约38秒,且在加工过程中,加工件的加工表面上有粉尘堆积。但本实施例的激光加工装置10加工直径10毫米的孔洞所花费的时间确实有效地自38秒缩短至25秒,且加工过程中,加工件20的加工表面22上并无粉尘堆积。因此,从实测结果中可知,通过环形流道320的导引所产生的气流(落于吹气范围g内)确实能够有效提升激光加工装置10的钻孔效率及钻孔品质。

上述实施例的环形加工路径P的形状为圆形,但并不以此为限,在其他实施例中,环形加工路径P的形状也可以为矩形、三角形或星形。以下将以矩形为例,请参阅图4。图4为图2的环形加工路径改为方形的剖面示意图。

在本实施例中,通过上述环形流道320的导引,气流会在加工表面21上形成中空环状的一吹气范围g。中空环状的吹气范围g具有相对的外缘及一内缘。外缘具有一外径Di,内缘具有一内径Do,且内径不等于零。在吹气范围g内(在外缘与内缘之间的区域)的气压会大于吹气范围外(大于外缘的区域与小于内缘的区域)的气压。经实测,若气源400提供约10bar的气压,则吹气范围g内(在外缘与内缘之间的区域)的气压约介于5bar至6bar,而吹气范围外(大于外缘的区域与小于内缘的区域)约介于0bar至5bar之间。环形加工路径P的形状为矩形,以通过激光光束加工出矩形的孔洞。值得注意的是,矩形的环形加工路径P仍然是落于吹气范围g内,以同样通过环形流道320的导引所产生的气流来提升激光加工装置10的钻孔效率及钻孔品质。

在上述实施例中,导流元件300的进气口350与光学通道310相连通, 故通过阻流透光镜450来封闭光学通道310。但并不以此为限,请参阅图5与图6。图5为根据本发明第二实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图。图6为图5的分解示意图。

本实施例的激光加工装置10a包含一激光产生元件100a、一光学绕孔元件200a、一导流元件300a及一气源400a。其中,激光产生元件100a、光学绕孔元件200a及气源400a与图1的激光产生元件100、光学绕孔元件200及气源400相似,故不再赘述。

本实施例的导流元件300a具有一光学通道310a、一环形流道320a、对应环形流道320a的一环形出气口330a及至少一进气口350a。其中,进气口350a位于导流元件300a的一侧,并仅与环形流道320a相连通。换言之,进气口350a并无和光学通道310a相通,故本实施例的激光加工装置10a无需额外设置阻流透光镜来封闭光学通道310a。

在本实施例中,导流元件300a包含一外挡墙301a、一组装件302a及一内挡墙303a。外挡墙301a与内挡墙303a通过组装件302a相互组装,并于外挡墙301a与内挡墙303a间形成环形流道320a。光学通道310a贯穿外挡墙301a、组装件302a与内挡墙303a,且光学通道310a不与环形流道320a相连通。

本实施例的导流元件300的本体301、内挡墙302、外挡墙303、导流件304及组装件305为组合式的结构,但并不以此为限,在其他实施例中,导流元件300的本体301、内挡墙302、外挡墙303、导流件304及组装件305也可以是一体成型的结构。

请参阅图7与图8。图7为根据本发明第三实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图。图8为沿图7的8-8割面线所绘示的剖面示意图。

本实施例的激光加工装置10b包含一激光产生元件100b、一光学绕孔元件200b、一导流元件300b、一气源400b、一阻流透光镜450b及一遮流元件500b。其中,激光产生元件100b、光学绕孔元件200b、气源400b及阻流透光镜450b与图1的激光产生元件100、光学绕孔元件200、气源400及阻流透光镜450相似,故不再赘述。

本实施例的遮流元件500b具有多个气流道510b。这些气流道510b环状排列。遮流元件500b装设于导流元件300b的环形出气口330b。

在本实施例中,通过上述环形流道320b与这些气流道510b的导引,气 流会在加工表面21上形成沿环状排列的多个吹气范围G。由于遮流元件500b遮住环形出气口330b的部分,使得这些吹气范围G的总面积远小于图2的吹气范围g的总面积。由此使得气源400b所产生的气流更集中,并加大气流在吹气范围G内形成的气压。经实测,若气源400b提供约10bar的气压,则吹气范围G内的气压约为7.5bar。并且,激光加工装置10b加工直径10毫米的孔洞所花费的时间更进一步缩短至22秒。

请参阅图9与图10。图9为根据本发明第四实施例所述的激光加工装置的部分剖面示意图。图10为沿图9的10-10割面线所绘示的剖面示意图。

本实施例的激光加工装置10c包含一激光产生元件100c、一光学绕孔元件200c、一导流元件300c、一气源400c、一阻流透光镜450c、一遮流元件500c及一旋转驱动组件600c。其中,激光产生元件100c、光学绕孔元件200c、气源400c及阻流透光镜450c与图1的激光产生元件100、光学绕孔元件200、气源400及阻流透光镜450相似,故不再赘述。

本实施例的遮流元件500c具有单个气流道510c。遮流元件500c装设于导流元件300c的环形出气口330c。

旋转驱动组件600c连接于遮流元件500c,以驱动遮流元件500c以光学通道310c的中心轴线A为旋转中心线转动。详细来说,旋转驱动组件600c包含一驱动马达610c、二传动轮620及一传动皮带630。二传动轮620c分别装设于驱动马达610c与导流元件300c。传动皮带630c套设二传动轮620c,以通过导流元件300c带动遮流元件500c转动。

在本实施例中,通过上述环形流道320c与这些气流道510c的导引,气流会在加工表面21上沿环形加工路径P移动(如箭头a所指示的方向)而形成动态式的吹气范围G。由于遮流元件500b遮住环形出气口330b的大部分,使得动态式吹气范围G的总面积远小于图6的吹气范围G的总面积。由此使得气源400b所产生的气流更集中,并加大气流在动态式的吹气范围G内形成的气压。经实测,若气源400c提供约10bar的气压,则动态式的吹气范围G内的气压约为9bar。并且,激光加工装置10c加工直径10毫米的孔洞所花费的时间更进一步缩短至20.6秒。

根据上述实施例的激光加工装置及激光排屑装置,通过环形流道的引导,使得气源所产生的气流于加工表面上形成中空环状并匹配于环形加工路径的吹气范围。由此,来提升气流吹至加工表面时的气压,进而提升激光加 工装置的钻孔效率与钻孔品质。

此外,除上述环形流道的导引外,还通过遮流元件的引导,来使得气源所产生的气流于加工表面上形成沿环形加工路径排列的多个吹气范围或是形成沿环形加工路径移动的动态式吹气范围。由此,进一步地提升气流吹至加工表面时的气压,以更进一步地提升激光加工装置的钻孔效率与钻孔品质。

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