TWI632015B - 保護裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種保護裝置，包括光學鏡組、噴嘴頭元件及層板單元。層板單元位於光學鏡組與噴嘴頭元件之間，層板單元設有一粉塵止擋部，層板單元內部設有一光學通道，光學通道用以提供雷射光穿過並經由噴嘴頭元件穿出。

Description

保護裝置

本發明是有關於一種裝置，且特別是有關於一種用於降低噴渣汙染鏡片的裝置的保護裝置。

雷射金屬熔覆製程技術(Laser Metal Deposition,LMD)，目前業界預期透過該項技術進行熔覆與修補等製程，其應用特性即適合少量多樣之高單價客製化商品。

然而，上述技術中，目前遭遇問題有在加工過程中，容易產生金屬燻煙並沿著雷射光路通道汙染光學鏡組。另一問題在於粉末經過氣體高速傳遞，若未融熔披覆，亦可能因為碰撞反彈汙染光學鏡組。

因此，如何改良並能提供一種保護裝置來避免上述所遭遇到的問題，係業界所亟待解決之課題。

本發明提供一種保護裝置，能保護光學鏡組或保護鏡，並延長光學鏡組或保護鏡的使用壽命。

本發明提出一種保護裝置，保護裝置包括一光學鏡組、一噴 嘴頭元件以及一層板單元。光學鏡組用以提供一雷射光穿透。層板單元位於光學鏡組與噴嘴頭元件之間，層板單元設有一粉塵止擋部，粉塵止擋部鄰近於噴嘴頭元件，層板單元內部設有一光學通道，光學通道用以提供雷射光穿過並經由噴嘴頭元件穿出。

基於上述，在本發明之保護裝置中，藉由在光學鏡組與噴嘴頭元件之間設置層板單元，藉由層板單元的設置而能阻擋加工過程產生的金屬燻煙及噴渣。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10、20、70‧‧‧保護裝置

110‧‧‧光學鏡組

112‧‧‧聚焦鏡

114‧‧‧保護鏡

120‧‧‧噴嘴頭元件

122‧‧‧殼體

130、130a、130b‧‧‧層板單元

130d、130e、130f、130g‧‧‧層板單元

131‧‧‧頂部

132‧‧‧光學通道

132a‧‧‧光學通道內壁

133‧‧‧底部

134、134a、134b‧‧‧粉塵止擋部

134d、134e、134f、134g‧‧‧粉塵止擋部

140‧‧‧供粉料管

150‧‧‧送粉單元

160‧‧‧吹氣通道

170‧‧‧冷卻水路元件

180‧‧‧磁性元件

192‧‧‧氣體通道

194‧‧‧冷卻水路系統

194a‧‧‧進水口

194b‧‧‧出水口

196‧‧‧冷卻水供給單元

198‧‧‧氣體供給單元

θ1、θ2‧‧‧夾角

R1‧‧‧雷射光

R2‧‧‧粉末流場

X‧‧‧中心軸

W‧‧‧工件

第1圖為本發明的保護裝置一實施例的示意圖。

第2A圖為第1圖中層板單元一實施例的示意圖。

第2B圖為第1圖中層板單元一實施例的示意圖。

第2C圖為第1圖中層板單元一實施例的示意圖。

第3圖為本發明的保護裝置一實施例的示意圖。

第4圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。

第5圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。

第6圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。

第7圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。

第8圖為本發明的保護裝置一實施例的示意圖。

以下謹結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。

第1圖為本發明的保護裝置一實施例的示意圖。請參閱第1圖。

在本實施例中，保護裝置10包括一光學鏡組110、一噴嘴頭元件120以及一層板單元130。

光學鏡組110用以提供一雷射光R1穿透，換言之，一雷射提供單元(未繪示)能提供雷射光R1並穿透光學鏡組110。光學鏡組110包含一聚焦鏡112與一保護鏡114，保護鏡114位於聚焦鏡112與層板單元130之間。

噴嘴頭元件120面對工件W。層板單元130位於光學鏡組110與噴嘴頭元件120之間，詳細而言，層板單元130為一外形輪廓為圓形。層板單元130位於光學鏡組110之雷射光出口端，層板單元130內部設有一光學通道132，光學通道132為層板單元130內設置的孔洞所形成，光學通道132用以提供雷射光R1穿過，雷射光R1經由噴嘴頭元件120穿出以對工件W進行加工。

層板單元130的材質包含金屬層板。層板單元130設有一粉塵止擋部134，粉塵止擋部134鄰近於噴嘴頭元件120。

在上述的配置之下，藉由在光學鏡組110與噴嘴頭元件120之間設置層板單元130，藉由層板單元130的設置而能阻擋加工過程產生的 金屬燻煙及噴渣，以保護光學鏡組110而不受汙染，進而能降低光學鏡組110被損毀的機率。

此外，本實施例的層板單元130採用金屬所製成，除了承受較高的溫度而在高溫製程下仍能發揮阻擋的作用以外，金屬材質製成的層板單元130能重複清潔使用，藉以降低製程的成本。

本實施例不限制層板單元130的型態，只要是在光學鏡組110與噴嘴頭元件120之間設置層板單元130均屬本發明的範疇。

詳細而言，第2A圖為第1圖中層板單元一實施例的示意圖。請參閱第1圖及第2A圖。

光學通道132的孔徑大小能依據層板單元130之置放位置與光束錐度進行設計以達最大遮蔽率。第2A圖中的層板單元130設有一頂部131，頂部131鄰近於光學鏡組110，粉塵止擋部134之底部133遠離於光學鏡組110，該光學通道132的孔徑自頂部131至粉塵止擋部134之底部133為一漸縮孔洞，換言之，光學通道內壁132a為呈倒錐狀。

在本實施例中，層板單元130設有一中心軸X，中心軸X位於光學通道132之內部，光學通道內壁132a與層板單元130的中心軸X夾設一夾角θ1，該夾角θ1的角度範圍介於0度至45度之間。

另外，粉塵止擋部134為一斜錐板，該斜錐板角度θ2的角度範圍介於0度至90度之間，舉例而言，該斜錐板角度θ2的角度為0度，則為一平板體(如第6圖及第7圖所示)，第2A圖中的粉塵止擋部134的外側至粉塵止檔部134的內側為一漸縮結構，如第2B圖所示，第2B圖為第1圖中層板單元一實施例的示意圖。層板單元130a中粉塵止擋部134a的外側至粉塵止檔部 134a的內側為一漸擴結構。斜錐板的斜率為正斜率(如第2A圖)或負斜率(如第2B圖)。上述層板單元的粉塵止擋部為一體成形。然，本發明不以此為限制，如第2C圖所示，第2C圖為第1圖中層板單元一實施例的示意圖。層板單元130b中的粉塵止檔部134b為由多個組件組合而成之一負斜率的負錐度架構。

第3圖為本發明的保護裝置一實施例的示意圖。請參閱第3圖。第3圖的保護裝置20與第1圖的保護裝置10相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

第3圖與第1圖的不同之處在於，保護裝置20更包括供粉料管140與送粉單元150。所述供粉料管140的數目至少為一個，供粉料管140連接於對應的噴嘴頭元件120。所述送粉單元150分別耦接於對應的供粉料管140。如第3圖所示，兩供粉料管140前端之間具有一角度，換言之，供粉料管140並非垂直於工件W，而是供粉料管140相對於工件W呈一傾斜配置，然，本實施例不對此角度加以限制，端視實際設備產品而能調整供粉料管的配置態樣。送粉單元150用以提供粉體至對應的供粉料管140內，透過供粉料管140所提供的粉體朝工件W的方向落下而形成一粉末流場R2，經雷射光R1以加熱粉末流場R2內的粉體，而被加熱後的粉體掉落至工件W或雷射光R1加熱工件W形成融池後，粉體掉落至該融池而達到熔覆效果。

在此配置之下，於上述熔覆製程對粉體加熱過程所產生的大量噴濺的熔渣與金屬燻煙會被層板單元130所遮擋，以避免噴濺的熔渣與金屬燻煙汙染到光學鏡組110，進而能降低光學鏡組110被損毀的機率，也能降低整體熔覆製程之成本。

需說明的是，如第3圖所示的實施例中，是以熔覆製程作為舉例，然本發明的保護裝置不限制於此，本發明的保護裝置還可應用在如切割製程或焊接製程。

第4圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。請參閱第4圖。第4圖的層板單元130d與第3圖的層板單元130相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

第4圖與第3圖的不同之處在於，層板單元130d更包括一吹氣通道160，吹氣通道160設於層板單元130d內，換言之，即將第1圖或第3圖中的層板單元130換成第4圖的層板單元130d，本實施例的層板單元130d亦可視實際情況而可選擇如第2A圖、第2B圖與第2C圖層板單元的配置方式。

吹氣通道160貫穿於層板單元130d的內部，從層板單元130d外側邊緣開槽。

在此配置之下，本實施例得以藉由吹氣通道160，使得吹氣通道160得以朝噴嘴頭元件120(參閱第3圖)的方向提供氣流，使飄進噴嘴頭元件120內之粉塵形成紊流，進而更容易讓粉塵附著至層板單元130d之粉塵止擋部134d，並能藉由粉塵止擋部134d之斜錐板結構，讓粉塵能自粉塵止擋部134d之邊緣落下，而不會從光學通道132中流入，以達到遮擋粉塵的目的。

第5圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。請參閱第5圖。第5圖的層板單元130e與第4圖的層板單元130d相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

第5圖與第4圖的不同之處在於，層板單元130e更包括一冷卻 水路元件170，冷卻水路元件170設於層板單元130e內，換言之，即將第1圖或第3圖中的層板單元130換成第5圖的層板單元130e，而第5圖中的粉塵止擋部134e與前述第4圖粉塵止擋部134d的結構與功能類似，在此不重複贅述。本實施例的層板單元130e亦可視實際情況而可選擇如第2A圖、第2B圖與第2C圖層板單元的配置方式。

在此配置之下，除了前述吹氣通道160之功效以外，本實施例得以藉由冷卻水路元件170提供冷卻水來對層板單元130e降溫，藉以避免層板單元130e溫度過高，進而有效延長層板單元130e的使用壽命。

第6圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。請參閱第6圖。第6圖的層板單元130f與第5圖的層板單元130e相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

第6圖與第5圖的不同之處在於，層板單元130f中粉塵止擋部134f為一平板體，而第1圖或第3圖中的層板單元130可換成第6圖的層板單元130f。

在此配置之下，除了前述吹氣通道160與之冷卻水路元件170功效以外，本實施例得以藉由粉塵止擋部134f的平板體結構來有效阻擋對粉體加熱過程所產生的大量噴濺的熔渣與金屬燻煙。

第7圖為本發明的層板單元一實施例的示意圖。請參閱第7圖。第7圖的層板單元130g與第6圖的層板單元130f相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

第7圖與第6圖的不同之處在於，層板單元130g更包括一磁性元件180。磁性元件180設於層板單元130g內，而第1圖或第3圖中的層板單 元130可換成第7圖的層板單元130g。

在本實施例中，磁性元件180例如為磁鐵、電磁鐵或感應磁鐵或其他具有能以磁力吸附的元件。在進一步實施例中，磁性元件180包含一磁力阻絕材料。此外，磁性元件180例如鄰近於粉塵止擋部134g。

在此配置之下，除了前述吹氣通道160與冷卻水路元件170功效以外，本實施例得以藉由粉塵止擋部134g的平板體結構來有效阻擋對粉體加熱過程所產生的大量噴濺的熔渣與金屬燻煙，進一步地，由於粉體為金屬粉粒，更能藉由磁性元件180的吸附而使得金屬粉粒容易附著在層板單元130g的粉塵止擋部134g上，而不會讓金屬粉粒流入至光學通道132，進而能降低汙染光學鏡組110的機率。

第8圖為本發明的保護裝置一實施例的示意圖。請參閱第8圖。第8圖的保護裝置70與第3圖的保護裝置20相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

第8圖與第3圖的不同之處在於，保護裝置70更包括一殼體122、一氣體通道192、一冷卻水路系統194、一冷卻水供給單元196以及一氣體供給單元198。

殼體122例如為一圓柱體，殼體122一端連接於噴嘴頭元件120，其中光學鏡組110與層板單元130分別位於殼體122內，噴嘴頭元件120位於殼體122外，供粉料管140連接於噴嘴頭元件120。

在本實施例中，層板單元130可視實際情況而可選擇如第2A圖、第2B圖與第2C圖層板單元的配置方式，或者層板單元130亦可視情況而可配置如第4圖的吹氣通道160、第5圖的冷卻水路元件170、第6圖設計成平 板體的粉塵止擋部134f或第7圖的磁性元件180。

氣體通道192連通於殼體122內，氣體供給單元198連通於氣體通道192。如此一來，氣體供給單元198能提供氣體(如保護氣體)經由氣體通道192，而使氣體進入殼體122內，以保護光學鏡組110。此外，當層板單元130配置如第4圖的吹氣通道160時，氣體供給單元198亦可提供氣體至吹氣通道160，當然，在一實施例中，如第4圖的吹氣通道160亦可藉由另一氣體供給單元來提供，本發明不對此加以限制。

冷卻水路系統194設於殼體122，冷卻水供給單元196連通於冷卻水路系統194。舉例而言，冷卻水路系統194中的一進水口194a配置於殼體122的一側，冷卻水路系統194中的一出水口194b配置於殼體122的另一側，如此一來，冷卻水供給單元196提供冷卻水經由進水口194a而進入殼體122內，冷卻水能經由出水口194流回至冷卻水供給單元196，以形成一水路循環系統。此外，當層板單元130配置如第5圖的冷卻水路元件170時，冷卻水供給單元196亦可提供冷卻水至冷卻水路元件170，當然，在一實施例中，如第5圖的冷卻水路元件170亦可藉由另一冷卻水供給單元來提供，本發明不對此加以限制。

綜上所述，在本發明之保護裝置中，藉由在光學鏡組與噴嘴頭元件之間設置層板單元，藉由層板單元的設置以形成一過濾板的功能，故藉由層板單元能阻擋加工過程(如熔覆製程)產生的金屬燻煙及大量噴濺的噴渣，以保護光學鏡組而不受汙染，進而能降低光學鏡組被損毀的機率，也能降低整體製程(如熔覆、切割或焊接等製程)之成本。

再者，本實施例的光學通道的孔徑大小能依據層板單元之置 放位置與光束錐度進行設計以達最大遮蔽率。

進一步地，層板單元的粉塵止檔部設計成一斜錐板，使得粉塵能自粉塵止擋部之邊緣落下，而不會從光學通道中流入，以提升遮擋粉塵的目的。

此外，本實施例的層板單元採用金屬所製成，除了承受較高的溫度而在高溫製程下仍能發揮阻擋的作用以外，金屬材質製成的層板單元能重複清潔使用，藉以降低製程的成本。

進一步地，本實施例的層板單元內更可配置吹氣通道，使得吹氣通道得以朝噴嘴頭元件的方向提供氣流，使飄進噴嘴頭元件內之粉塵形成紊流，進而更容易讓粉塵附著至層板單元之粉塵止擋部，而不會從光學通道中流入，以達到遮擋粉塵的目的。

進一步地，本實施例的層板單元內更可配置冷卻水路元件，藉由冷卻水路元件提供冷卻水來對層板單元降溫，藉以避免層板單元溫度過高，進而有效延長層板單元的使用壽命。

進一步地，由於粉體為金屬粉粒，本實施例的層板單元內更可配置磁性元件，藉由磁性元件的吸附而使得金屬粉粒容易附著在層板單元上，而不會讓金屬粉粒流入至雷射光路通道，進而能降低汙染光學鏡組的機率。

於一應用例中，可將保護裝置中的光學鏡組與層板單元分別配置於殼體內，噴嘴頭元件位於殼體外，供粉料管連接於噴嘴頭元件。如此一來，送粉單元提供粉體至對應的供粉料管內，透過供粉料管所提供的粉體朝工件的方向落下，並經雷射光加熱以達到熔覆效果。於上述熔覆製 程中層板單元能遮擋對粉體加熱過程所產生的大量噴濺的熔渣與金屬燻煙，以避免噴濺的熔渣與金屬燻煙汙染到光學鏡組，進而能降低光學鏡組被損毀的機率，也能降低整體熔覆製程之成本。此外，於此應用例中，更可配置氣體通道來提供保護氣體以保護光學鏡組，或者更可配置冷卻水路系統來降低整體裝置溫度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

1. 一種保護裝置，包括：一光學鏡組，用以提供一雷射光穿透；一噴嘴頭元件；以及一層板單元，位於該光學鏡組與該噴嘴頭元件之間，該層板單元設有一粉塵止擋部，該粉塵止擋部鄰近於該噴嘴頭元件，該粉塵止擋部為一斜錐板，該斜錐板的斜率為正斜率或負斜率，該層板單元內部設有一光學通道，該光學通道用以提供該雷射光穿過並經由該噴嘴頭元件穿出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該層板單元設有一中心軸，該中心軸位於該光學通道之內部，該光學通道內壁與該層板單元的中心軸夾設一夾角，該夾角的角度範圍介於0度至45度之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該層板單元設有一頂部，該頂部鄰近於該光學鏡組，該粉塵止擋部之底部遠離於該光學鏡組，該光學通道的孔徑自該頂部至該粉塵止擋部之底部為一漸縮孔洞。
4. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該光學通道為呈倒錐狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該粉塵止擋部的外側至該粉塵止檔部的內側為一漸擴結構或一漸縮結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該斜錐板角度的角度範圍介於0度至90度之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該粉塵止擋部為一體成形或多個組件組合而成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該層板單元位於該光學鏡組之雷射光出口端。
9. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，其中該層板單元的材質包含金屬。
10. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，更包括：一冷卻水路元件，設於該層板單元內。
11. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，更包括：一吹氣通道，設於該層板單元內。
12. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，更包括：一磁性元件，設於該層板單元內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之保護裝置，其中該磁性元件為磁鐵、電磁鐵或感應磁鐵。
14. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，更包括：一供粉料管，連接於該噴嘴頭元件；以及一送粉單元，耦接於該供粉料管。
15. 如申請專利範圍第1項所述之保護裝置，更包括：一殼體，其一端連接於該噴嘴頭元件，其中該光學鏡組與該層板單元分別位於該殼體內，該噴嘴頭元件位於該殼體外。
16. 如申請專利範圍第15項所述之保護裝置，更包括：一冷卻水路系統，設於該殼體；以及一冷卻水供給單元，連通於該冷卻水路系統。
17. 如申請專利範圍第15項所述之保護裝置，更包括：一氣體通道，連通於該殼體內；以及一氣體供給單元，連通於該氣體通道。