本公開總體涉及激光材料加工。更具體地,本公開涉及激光束包容(containment)裝置和方法。
背景技術(shù):
根據(jù)它們對(duì)眼睛或皮膚造成生物損傷的可能性,一般將激光器和激光系統(tǒng)劃分為四個(gè)主要級(jí)別。一個(gè)這樣的分級(jí)系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(通常被稱為ansi)建立的。所述分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)被稱為ansiz136標(biāo)準(zhǔn)。
這些分級(jí)的目的在于相對(duì)于可達(dá)到的輻射限值來警告用戶與激光器相關(guān)的危害。這些限值基于激光器輸出能量或功率、輻射波長(zhǎng)、暴露時(shí)間,以及激光束在感興趣點(diǎn)處的橫截面積。
關(guān)于ansi分級(jí),1級(jí)表示激光器在所有正常使用條件下都是安全的。這表示當(dāng)用裸眼或者借助于典型的放大光學(xué)器件(例如望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡)觀察激光時(shí)不能超過最大容許輻射量(mpe)。1級(jí)激光器不能發(fā)出已知的危險(xiǎn)等級(jí)的激光輻射(典型地連續(xù)波:在可見波長(zhǎng)下,cw0.4μw)。1級(jí)激光產(chǎn)品的用戶一般在作業(yè)和維護(hù)期間不需要進(jìn)行輻射危害控制(但在服務(wù)期間不一定如此)。因?yàn)榧す馄髟诜?wù)期間不是基于光束進(jìn)入來分級(jí)的,因此大部分1級(jí)工業(yè)激光器會(huì)由封閉在合適地互鎖的并且有標(biāo)簽的防護(hù)罩殼中的較高級(jí)別(高功率)的激光器組成。在一些情況中,罩殼可以是室(步入式防護(hù)外殼),所述室需要在操作者處于所述室內(nèi)時(shí)阻止作業(yè)的裝置。
用于材料加工的大部分激光器是4級(jí)激光器。4級(jí)激光是最高且最危險(xiǎn)級(jí)別的激光,包括超過3b級(jí)ael的所有激光。按照定義,4級(jí)激光可以燒蝕皮膚,或者由于直接的、漫射的或間接的光束觀察而造成毀滅性和永久性的眼睛損傷。
4級(jí)激光器可以被安裝在認(rèn)證為1級(jí)罩殼的工作單元中。然而,1級(jí)罩殼必須保證從4級(jí)激光器發(fā)出的光停留在罩殼內(nèi),或者在所有正常使用條件下在罩殼外面都是安全的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本公開提供一項(xiàng)或多項(xiàng)發(fā)明,所述發(fā)明涉及符合1級(jí)罩殼要求的4級(jí)激光器。
在一實(shí)施例中,本公開提供一種具有一個(gè)側(cè)面的罩殼,所述罩殼包括:可在打開和關(guān)閉位置之間移動(dòng)并且具有第一邊緣的至少一個(gè)垂直滑動(dòng)門;可圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的定位器;以及被支持在所述定位器上的壁構(gòu)件,所述壁構(gòu)件還具有第二邊緣,其中,所述壁構(gòu)件可與所述定位器一起從平行于所述垂直滑動(dòng)門的平面旋轉(zhuǎn)至所述平面之外,并且所述垂直滑動(dòng)門和所述壁構(gòu)件的所述邊緣具有匹配的輪廓。
在一實(shí)施例中,按照美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)的激光器罩殼標(biāo)準(zhǔn),所述罩殼被列為1級(jí)。
在一實(shí)施例中,所述罩殼進(jìn)一步包括凸緣,所述凸緣沿或者所述壁構(gòu)件或者所述垂直滑動(dòng)門的平面并且分別從所述壁構(gòu)件或所述垂直滑動(dòng)門的邊緣延伸,以便至少限定l形通道,其中,當(dāng)所述垂直滑動(dòng)門構(gòu)件處于所述關(guān)閉位置時(shí),所述垂直滑動(dòng)門的所述邊緣或所述壁構(gòu)件的所述邊緣分別被接納在所述l形通道內(nèi),并且所述凸緣疊合住所述垂直滑動(dòng)門構(gòu)件與所述壁構(gòu)件的所述邊緣之間的任何間隙。
在一實(shí)施例中,所述凸緣沿所述壁構(gòu)件的平面并且從所述壁構(gòu)件的邊緣延伸。
在一實(shí)施例中,所述凸緣沿所述垂直滑動(dòng)門的平面并且從所述垂直滑動(dòng)門的邊緣延伸。
在一實(shí)施例中,所述罩殼包括兩個(gè)凸緣,每個(gè)凸緣從邊緣并且沿所述壁構(gòu)件或所述垂直滑動(dòng)門的相對(duì)兩側(cè)的相應(yīng)平面延伸,以便限定c形通道,所述垂直滑動(dòng)門構(gòu)件或所述壁構(gòu)件的所述邊緣分別被接納在所述c形通道中,所述凸緣覆蓋所述邊緣之間的任何間隙。
在一實(shí)施例中,所述罩殼符合按照ansiz136標(biāo)準(zhǔn)中定義的1級(jí)。
在一實(shí)施例中,所述罩殼進(jìn)一步包括位于所述壁構(gòu)件的相對(duì)兩側(cè)上的兩個(gè)工作站。
在一實(shí)施例中,所述罩殼進(jìn)一步包括從所述罩殼的所述一個(gè)側(cè)面的垂直邊緣延伸的激光遮光面板。
在一實(shí)施例中,所述定位器壁構(gòu)件在所述垂直方向上可在升起和降下位置之間移動(dòng),其中在所述升起位置中并且在所述垂直滑動(dòng)門處于所述打開位置的情況下,所述壁構(gòu)件可繞所述垂直軸線移動(dòng)。
在一實(shí)施例中,所述罩殼包括上部和下部垂直滑動(dòng)門,每個(gè)垂直滑動(dòng)門可在打開位置和關(guān)閉位置之間移動(dòng),其中:
所述凸緣從所述壁構(gòu)件的邊緣延伸,并且在所述壁構(gòu)件的外周周圍是連續(xù)的,并且在所述壁構(gòu)件的所述外周周圍限定連續(xù)的l形通道,
當(dāng)所述上部和下部垂直滑動(dòng)門構(gòu)件處于關(guān)閉位置時(shí),所述上部和下部垂直滑動(dòng)門構(gòu)件兩者的邊緣都被接納在所述l形通道內(nèi),并且
所述凸緣疊合住所述垂直滑動(dòng)門的所述邊緣與所述壁構(gòu)件的所述邊緣之間的任何間隙。
參考附圖,在下文詳細(xì)描述中闡述實(shí)施例的這些和其他方面。
附圖說明
參考以下附圖可以更好地理解本公開。附圖中的部件不一定是按比例的,反而重點(diǎn)應(yīng)放在展示本公開的原理上。在附圖中,在所有不同視圖中,附圖標(biāo)記指示對(duì)應(yīng)的零件。
圖1是體現(xiàn)本文公開的原理的激光器罩殼的立體視圖。
圖2是圖1的激光器罩殼的平面輪廓視圖。
圖3是圖1的激光器罩殼的立體視圖,其中可移動(dòng)的門為打開的。
圖4是圖1的激光器罩殼的立體視圖,其中定位器處于部分旋轉(zhuǎn)的位置。
圖5是具有打開的罩殼門的圖1的激光器罩殼的正視圖。
圖6是具有關(guān)閉的罩殼門的圖1的激光器罩殼的正視圖。
圖7是用于圖1的罩殼的定位器或其中一個(gè)可移動(dòng)的門的旋轉(zhuǎn)壁的局部橫截面視圖。
圖8是用于圖1的罩殼的定位器或其中一個(gè)可移動(dòng)的門的旋轉(zhuǎn)壁的一部分的局部橫截面視圖。
圖9是用于圖1的罩殼的其中一個(gè)可移動(dòng)門的提升系統(tǒng)的詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參考附圖中示出的示例性實(shí)施例,并且在本文中將使用特定語(yǔ)言來描述所述示例性實(shí)施例。然而將會(huì)理解不會(huì)因此意圖限制本發(fā)明的范圍。對(duì)本文示出的創(chuàng)新性特征的更改和進(jìn)一步修改,以及對(duì)如本文示出的本發(fā)明的原理的附加應(yīng)用——這是擁有本公開的相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能夠領(lǐng)會(huì)的——被認(rèn)為是落在本公開的范圍之內(nèi)。
在圖1中,以立體視圖示出具有體現(xiàn)本文公開的原理的罩殼10的工作單元5。罩殼10包括根據(jù)已知的1級(jí)罩殼材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)建的底板12、頂部14和三個(gè)側(cè)面16、18和20。罩殼10還包括根據(jù)本文公開的原理構(gòu)建的第四個(gè)側(cè)面22。
像那樣,罩殼10包括由底板12、頂部14和側(cè)面16、18、20和22限定的封閉的或內(nèi)部空間5a。在該內(nèi)部空間5a中可以利用任何激光器,包括4級(jí)激光器,同時(shí)仍滿足1級(jí)要求,至少對(duì)于內(nèi)部空間外側(cè)是如此。
罩殼10還可以包括根據(jù)1級(jí)要求制成的門23,以提供進(jìn)入內(nèi)部加工空間5a的通道。
如圖示所示的,第四個(gè)側(cè)面22包括兩個(gè)可垂直移動(dòng)的門,即上部門24和下部門26。如下文描述的,門24和26可在打開和關(guān)閉位置之間移動(dòng)。如下文進(jìn)一步描述的,下部門26優(yōu)選地具有兩個(gè)獨(dú)立的半門26a和26b,所述兩個(gè)獨(dú)立的半門26a和26b互為彼此的鏡像。因?yàn)榘腴T26a和26b一前一后地移動(dòng)并且效果上作為一扇門工作,因此本文會(huì)將它們稱作下部門26,除非提到過區(qū)別。在圖1中,門24和26被示出處于關(guān)閉位置。
定位器28包括被設(shè)計(jì)成與門24和26匹配的壁構(gòu)件30,從而當(dāng)門24和26處于關(guān)閉位置時(shí),門24和26與壁構(gòu)件30在第四個(gè)側(cè)面22處提供密封的壁。
擋板或壁29被設(shè)置在定位器28的底部的相對(duì)兩側(cè)上。僅圖示了一個(gè)擋板或壁29,另一個(gè)優(yōu)選地為類似的。擋板或壁29用來在門26被升起到關(guān)閉位置中時(shí)阻擋可能在下部門26下面漏出的光,如下文將變得更明顯的那樣。
在圖2中,以輪廓平面視圖示出罩殼。如可以看到的,定位器28將兩個(gè)工作站ws1和ws2支持在壁構(gòu)件30的相對(duì)兩側(cè)上。帶有激光器l的機(jī)器人r被設(shè)置在加工空間5a中。
工作站ws1和ws2可以是相同的,但不一定非要如此。進(jìn)一步,工作站可以是任何適合的工作站。示例性工作站可以包括水平平臺(tái)和用于保持一個(gè)或多個(gè)待加工的工件的一個(gè)或多個(gè)固定裝置。
如可以看到的,當(dāng)壁構(gòu)件30在壁22的平面內(nèi)時(shí),工作站中的一個(gè)在加工空間5a內(nèi)并且面向機(jī)器人r,而工作站中的另一個(gè)在下文描述的裝載/卸載空間5b內(nèi)。
在圖3和4中,示出罩殼10,其中門24和26處于打開位置。如圖所示的,當(dāng)門24和26移動(dòng)到打開位置時(shí),隨著下部門26垂直向下移動(dòng)并且上部門24垂直向上移動(dòng),壁構(gòu)件30與門分離。在圖3和4中,可以看到,通過這種分離,定位器28自由旋轉(zhuǎn),其中壁構(gòu)件30與定位器28一起自由旋轉(zhuǎn),因?yàn)檫@樣的運(yùn)動(dòng)不會(huì)被門24和26阻擋。
如圖示的,當(dāng)門24和26處于關(guān)閉位置時(shí),壁構(gòu)件30停在第四個(gè)側(cè)面22的平面內(nèi)的或與所述平面平行的位置,從而門24和26與所述壁構(gòu)件30匹配,并且它們一起在罩殼10的第四個(gè)側(cè)面22處呈現(xiàn)密封的壁,關(guān)于所述密封的壁的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將在下文中給出。
工作單元5進(jìn)一步包括從罩殼10的相對(duì)的垂直邊緣延伸的物理屏障側(cè)面板40和42。這些面板40和42沿裝載/卸載點(diǎn)5b的側(cè)面提供防護(hù)。
如可以領(lǐng)會(huì)到的,工作單元5可以在激光產(chǎn)生作業(yè)中使用,并且具有被物理屏障面板40和42包圍的空間中的用于操作者的裝載/卸載點(diǎn)5b,以及罩殼10內(nèi)的加工空間5a。工作單元5被設(shè)計(jì)以使得操作者站在定位器前面的裝載/卸載點(diǎn)5b處。
定位器包括在壁構(gòu)件30上隔開180度的兩個(gè)工作站32,即,它們?cè)诒跇?gòu)件30的相對(duì)兩側(cè)上。在機(jī)器人(未示出)使用適合的激光器(未示出)加工之前裝載在第一工作站內(nèi)的零件的同時(shí),操作者可以從第二站或裝載/卸載點(diǎn)5b移除完工的零件,或者將新的零件裝載到第二工作站中。
在操作中,優(yōu)選的是在將零件從不管哪個(gè)暴露在裝載/卸載點(diǎn)的工作站卸載,或者將零件裝載到所述工作站上之后,操作者走出光幕防護(hù)區(qū)并且按下開始按鈕。隨后,機(jī)器人激光器加工被裝載到封閉空間5a內(nèi)的工作站上的零件。當(dāng)機(jī)器人在罩殼內(nèi)完成對(duì)所述零件的加工時(shí),定位器旋轉(zhuǎn)180度,將具有新裝載的零件的另一工作站32布置在機(jī)器人面前,并且將具有已加工的零件的工作站布置在裝載/卸載點(diǎn)。此時(shí),操作者返回而用另一個(gè)待加工的零件替換已加工的零件,而后可以重復(fù)前述過程。
因此,可以領(lǐng)會(huì)到,定位器具有至少兩個(gè)定義狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)是作業(yè)狀態(tài),此時(shí)定位器壁構(gòu)件30平行于罩殼的第四個(gè)側(cè)面,并且一個(gè)工作站在裝載/卸載位置中而另一個(gè)工作站在加工位置中。另一個(gè)狀態(tài)是過渡狀態(tài),此時(shí)定位器處于任何其他旋轉(zhuǎn)位置,并且壁構(gòu)件30的邊緣或外周不能被有效地密封。
在圖5和圖6中,以正視圖示出罩殼10,其中門24和26分別處于打開和關(guān)閉位置。擋光板或壁29被省去以便于理解。然而,還描繪了用于向上和向下移動(dòng)門的機(jī)構(gòu),下文對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)地解釋。
在圖7中,示出壁構(gòu)件70的一部分的輪廓。該壁構(gòu)件70或者代表上部可移動(dòng)門24或者代表下部可移動(dòng)門26??商鎿Q地,它代表定位器的壁構(gòu)件30。
如可以看到的,壁構(gòu)件70優(yōu)選地包括從壁構(gòu)件70的相對(duì)兩側(cè)的平面并且平行于壁構(gòu)件70的相對(duì)兩側(cè)的平面延伸的凸緣72。凸緣72延伸超過壁構(gòu)件70的邊緣74。凸緣72和邊緣74由此限定橫截面為u形或c形的通道,另一個(gè)壁構(gòu)件76的邊緣部分可以被接納到所述u形或c形通道中。如果壁構(gòu)件70代表上部可移動(dòng)門24或者下部可移動(dòng)門26,則邊緣部分76代表定位器壁構(gòu)件30的邊緣部分。可替換地,如果壁構(gòu)件70代表定位器壁構(gòu)件30的邊緣部分,則邊緣部分76代表上部可移動(dòng)門24或者下部可移動(dòng)門26的邊緣部分。如可以看到的,凸緣72疊合住壁構(gòu)件70與邊緣部分76之間的間隙,由此阻擋任何光從工作空間漏出。
優(yōu)選地,u形通道沿面向邊緣部分76的壁構(gòu)件70的整個(gè)外周延伸。因此,當(dāng)兩個(gè)門24和26都處于關(guān)閉位置時(shí),凸緣覆蓋兩個(gè)門與定位器壁構(gòu)件30之間的每個(gè)間隙。
可替換地,如圖8中示出的,壁構(gòu)件70可以包括從壁構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面并且從邊緣74延伸的僅一個(gè)凸緣72,以便與邊緣74形成l形通道。如可以領(lǐng)會(huì)到的,通過這種輪廓,凸緣將僅疊合住定位器壁構(gòu)件30與在壁構(gòu)件70的一個(gè)側(cè)面上垂直滑動(dòng)的門24和26之間的間隙。
在圖5、圖6和圖9中,示出優(yōu)選地,垂直滑動(dòng)門借助于氣壓驅(qū)動(dòng)的提升系統(tǒng)移動(dòng)。同樣,擋光板或壁29被省去以便于理解。
在圖9中,以立體視圖示出上部門24的頂部以及它關(guān)聯(lián)的氣壓驅(qū)動(dòng)的提升系統(tǒng)的半部。氣壓驅(qū)動(dòng)的提升系統(tǒng)包括一組可樞轉(zhuǎn)地連接的臂和支架,從而當(dāng)它們升起或降下上部門24時(shí),臂可以繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)。
為了那個(gè)目的,氣壓驅(qū)動(dòng)的提升系統(tǒng)包括一對(duì)平行的水平支撐梁100,所述水平支撐梁100被支撐在略高于一水平線的位置,所述水平線當(dāng)頂部垂直滑動(dòng)門24處于關(guān)閉位置時(shí)限定了頂部垂直滑動(dòng)門24的頂部。水平支撐梁被固定到并且支撐在梁102相對(duì)的兩端,所述梁102由垂直梁104支撐,所述垂直梁104側(cè)接于門24和26的側(cè)邊緣。梁104優(yōu)選地具有垂直延伸的凸緣106,所述凸緣106密封住門24和26的側(cè)邊緣。如可以看到的,優(yōu)選地,兩個(gè)梁104都具有垂直延伸的凸緣106,從而門邊緣在兩個(gè)側(cè)面上被密封,以防止激光從工作區(qū)內(nèi)漏出。為了那個(gè)目的,凸緣106可以是具有包括線性軸承帶的
如從圖5和6中最清楚地看到的,支撐梁100支持位于門24的中心線的相對(duì)兩側(cè)處的兩個(gè)鏡像杠桿系統(tǒng)。
再次參考圖5、圖6和圖9全部,兩個(gè)杠桿系統(tǒng)中的每個(gè)杠桿系統(tǒng)包括兩個(gè)垂直延伸的支架110,每個(gè)支架110位于門24的中心線的相對(duì)側(cè),并且位于相應(yīng)的水平支撐梁100上。支架110對(duì)齊并且將軸桿112的相對(duì)端支撐在所述支架110之間。軸桿112用作樞轉(zhuǎn)點(diǎn)。為了那個(gè)目的,軸桿112延伸通過臂114并且支持臂114,以使臂114繞軸桿112樞轉(zhuǎn)。
每個(gè)臂114的第一端被附接到另一個(gè)軸桿116,所述另一個(gè)軸桿116也用作另一個(gè)樞轉(zhuǎn)點(diǎn)。軸桿116的相對(duì)兩端被兩個(gè)支架118支持,所述兩個(gè)支架118位于并且被固定在門24的頂部邊緣處。優(yōu)選地,如圖示的,支架118被固定到耳片120,所述耳片120自身在門16的頂部邊緣處被固定到門26。
每個(gè)臂114的第二端借助軸桿124被附接到連接件122的一個(gè)端。軸桿124的一端被可樞轉(zhuǎn)地固定到臂114的第二端,而軸桿124的另一端被可樞轉(zhuǎn)地固定到連接件122的第一端。
連接件122的第二端被可樞轉(zhuǎn)地固定到連接桿126的相應(yīng)端,所述連接桿126自身被固定到致動(dòng)器130的活塞128的遠(yuǎn)側(cè)。
如可以領(lǐng)會(huì)到的,致動(dòng)器130的致動(dòng)會(huì)使活塞128升起或降下,并且經(jīng)由由連接桿126、連接件122和樞轉(zhuǎn)點(diǎn)或軸桿124形成的各種聯(lián)系使得臂114繞軸桿或樞轉(zhuǎn)點(diǎn)112樞轉(zhuǎn)。這進(jìn)而經(jīng)由由軸桿或樞轉(zhuǎn)點(diǎn)116和支架118形成的各種聯(lián)系使上部門24垂直向下或向上移動(dòng)。具體地,活塞128的回撤使門24打開,而活塞128的延伸使門24關(guān)閉。
對(duì)于下部門26,每個(gè)下部半門26a和26b可以包括另一個(gè)氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),但是位于半門中的腔之下或之內(nèi)。這示出在圖5和6中,其中描繪了氣壓驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器150。每個(gè)致動(dòng)器150被設(shè)置在它的下部半門之下,并且包括活塞152和氣缸154。當(dāng)門26為關(guān)閉的時(shí),活塞152回撤到它們的氣缸154內(nèi)。為了將門26升起到關(guān)閉位置,命令致動(dòng)器以使活塞152延伸,并且由此升起半門26a和26b。
可替換地,下部門26可以是不可移動(dòng)的,并且定位器可以被配置有氣壓或液壓致動(dòng)器,從而定位器可以使壁構(gòu)件30在升起和降下位置之間移動(dòng)。在升起位置中,并且在上部門處于升起位置的情況下,定位器將可以使壁構(gòu)件30在它的兩個(gè)作業(yè)位置之間自由旋轉(zhuǎn)。在降下位置中,壁構(gòu)件和下部門26的邊緣將是相鄰的,并且所述邊緣中的一個(gè)將在如上文描述的擋光u形或l形通道內(nèi)。這樣的可提升且可旋轉(zhuǎn)的氣壓和液壓致動(dòng)器是已知的并且容易使用已知技術(shù)來實(shí)施。
最后,如在圖5、圖6和圖9中最清楚地圖示的,凸緣106覆蓋門24和26與側(cè)面16和20之間的間隙。凸緣106覆蓋下部半門26a和26b與定位器28的底部之間的間隙。如可以領(lǐng)會(huì)到的,這些凸緣在門的外側(cè)和內(nèi)側(cè)兩者上,以使門在u形或c形通道內(nèi)垂直滑動(dòng)。凸緣106可以是具有
如還可以領(lǐng)會(huì)到的,凸緣106可以被設(shè)置在門的僅一側(cè)上,由此形成門在其中滑動(dòng)的l形通道。
提供前述對(duì)所公開的實(shí)施例的描述以使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員都能夠作出或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將容易是顯而易見的,并且本文所定義的一般原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施例,而不背離本發(fā)明的精神或范圍。因此,本發(fā)明不旨在被限制于本文示出的實(shí)施例,而是使最寬的范圍與以下權(quán)利要求書以及本文公開的原理和新穎的特征一致。