專利名稱：曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種用PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)。
背景技術(shù)：
實(shí)用新型專利CN201046932公開了一種復(fù)合纖維管式微孔曝氣器，器體由用PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管等器件組成，具備多項(xiàng)實(shí)用優(yōu)點(diǎn)和有益效果。為進(jìn)一步提升該曝氣器的曝氣效率和質(zhì)量，在原基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，給出了一種新設(shè)計(jì)，即在PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管外表面，用特殊的工藝敷以聚四氟乙烯膜，再在膜上加工出一定規(guī)格直徑和密度的小孔。在新設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，遇到了新的工藝技術(shù)問題，即在膜上加工出一定規(guī)格直徑和密度的小孔非常困難。曾用機(jī)械打孔和群針刺孔等方 法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但都沒有成功。其原因是聚四氟乙烯膜是由精細(xì)的纖維組成的，在機(jī)械打孔或群針刺孔的過程中，很少有材料的去除，而是由鉆頭或鋼針驅(qū)使纖維變形而形成了孔，一旦纖維變形恢復(fù)，孔態(tài)便發(fā)生很大的變化，致使打孔失敗。然而，聚四氟乙烯膜的熔點(diǎn)很低，用低功率的激光便能經(jīng)過氣化或熔化快速加工出高密度的小孔，而且孔周圍的材料經(jīng)熔化凝固而“鎖邊”，孔被“定型”而質(zhì)量很高，這些已通過激光打孔實(shí)驗(yàn)和檢測得到了驗(yàn)證。不過，常規(guī)的低功率激光加工機(jī)，多是進(jìn)行平面加工，包括PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合且敷以聚四氟乙烯膜的板材，但對于PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管外表面所敷的聚四氟乙烯膜僅能進(jìn)行單孔或在小面積上做多孔打孔實(shí)驗(yàn)，而對整管外表面的打孔乃至大批量的管件打孔便不適應(yīng)，這正是本實(shí)用新型提出的目的。
發(fā)明內(nèi)容常規(guī)的激光打孔機(jī)，激光軸垂直于待打孔表面，能完成定點(diǎn)打孔或多點(diǎn)打孔。實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)打孔的過程有3種方案其一，激光加工頭固定，待打孔板材完成X、Y二維直線運(yùn)動，其間完成打孔；其~■，待打孔板材固定，激光加工頭完成X、Y _■維直線運(yùn)動，其間完成打孔；其三,激光加工頭完成一維直線運(yùn)動,待打孔板材完成另一維直線運(yùn)動,其間完成打孔。然而，3種方案完成的多點(diǎn)打孔都是在平面上的打孔，都不能解決PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管外表面所敷聚四氟乙烯膜的打孔問題。為此，本實(shí)用新型提供一種激光打孔機(jī)，能完成上述曝氣管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔加工。本實(shí)用新型的整體設(shè)計(jì)為該設(shè)備由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、激光加工頭、高度傳感器和橫向傳感器、管體夾持支撐裝置、電氣控制器和程序控制器等組成。激光器為CO2激光器，可采用封離型激光器或射頻激光器。導(dǎo)光系統(tǒng)由激光擴(kuò)束裝置和多塊激光反射鏡順序安裝組成，保證激光束垂直通過聚焦鏡中心到達(dá)待打孔膜的表面。為實(shí)現(xiàn)本設(shè)備的多種功能，本實(shí)用新型采用了多項(xiàng)技術(shù)方案，其一激光加工頭的光軸垂直并進(jìn)行一維直線運(yùn)動，敷聚四氟乙烯膜的曝氣管做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)軸方向與激光加工頭的直線運(yùn)動方向平行。這種結(jié)構(gòu)在激光加工頭一次的掃描中，可加工出管體最高位置母線上所有的孔，隨后管體轉(zhuǎn)一個(gè)角度，激光加工頭反向掃描，又加工出另一條母線上所有的孔，如此，可以加工出管體表面上所有要求的孔。其二 在技術(shù)方案中設(shè)置了直徑可以變化的管體夾持旋轉(zhuǎn)頭和支撐面為錐面的管體支撐頭，旋轉(zhuǎn)頭夾持并帶動管體能正、反旋轉(zhuǎn)，而管體支撐頭可以在管體軸線方向快速移動并鎖緊，這種管體的夾持和支撐機(jī)構(gòu)能適應(yīng)直徑與長度不同的管體，因而擴(kuò)大了本設(shè)備的適用范圍；其三在技術(shù)方案中設(shè)置了高度傳感器與橫向傳感器，而高度傳感器和橫向傳感器與激光加工頭同步運(yùn)動，在傳感器的監(jiān)控下，激光加工頭的焦點(diǎn)始終處在所敷膜的表面而光軸始終處于通過管體軸線的垂面內(nèi)，因而本設(shè)備能適應(yīng)直徑誤差和軸線不直度誤差較大的管體，大大降低了對被加工管材管坯的要求；其四本實(shí)用新型的布局是將機(jī)床的電路、氣路、水路和電氣元器件等安裝在機(jī)床基座內(nèi)，提升了設(shè)備的整體性與外觀可視性，并縮小了設(shè)備的體積。本實(shí)用新型的有益效果是成功解決了 PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔問題，具備顯著的特點(diǎn)聚焦光斑被壓縮，可加工00.1mm以下的小孔；可加工不同直徑和長度的管材；適應(yīng)直徑誤差和軸線不直度誤差較大的管材；同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對其他有機(jī)非金屬管件表面的快速打孔及雕刻、切割等加工。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，下面是本實(shí)用新型說明書附圖中主要附圖標(biāo)記的說明1、激光器；2、導(dǎo)光系統(tǒng)；3、激光加工頭運(yùn)動電機(jī)；4、激光加工頭運(yùn)動導(dǎo)軌；5、激光加工頭；6、高度傳感器；7、橫向傳感器；8、管體旋轉(zhuǎn)電機(jī)；9、管體旋轉(zhuǎn)頭；10、敷聚四氟乙烯膜的管體；11、管體支撐頭；12、支撐頭移動導(dǎo)軌；13、管體橫向運(yùn)動導(dǎo)軌；14、電氣控制器；15、程序控制器；16、機(jī)床基座；17、加工頭升降電機(jī)；18、激光擴(kuò)束裝置；19、管體橫向運(yùn)動電機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型涉及的PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本激光打孔機(jī)采用的激光器I為CO2激光器，可選用封離型激光器或射頻激光器；導(dǎo)光系統(tǒng)2由激光擴(kuò)束裝置18和多塊激光反射鏡順序安裝組成，保證激光束垂直通過聚焦鏡中心到達(dá)待打孔表面；激光加工頭5由電機(jī)3帶動，沿導(dǎo)軌4可高速往返運(yùn)動，同時(shí)，高度傳感器6和橫向傳感器7與激光加工頭5同步運(yùn)動。高度傳感器6把檢測到的管體外表面在垂直方向的位置變化隨時(shí)反饋給程序控制器15，又通過電氣控制器14驅(qū)動電機(jī)17，調(diào)整激光加工頭5的高度位置，確保激光加工頭5和敷聚四氟乙烯膜的管體10的距離不變；橫向傳感器7把檢測到的管體外表面橫向的位置變化，隨時(shí)反饋給程序控制器15，又通過電氣控制器14驅(qū)動橫向運(yùn)動電機(jī)19,調(diào)整管體在橫向運(yùn)動導(dǎo)軌13上面的位置,確保激光光軸始終在通過管體軸線的垂面內(nèi)。敷聚四氟乙烯膜的管體10經(jīng)管體旋轉(zhuǎn)頭9的夾持和另一端支撐面為錐面的管體支撐頭11的支撐，由管體旋轉(zhuǎn)電機(jī)8帶動，可正向和反方向快速轉(zhuǎn)動；管體支撐頭11座落在支撐頭移動導(dǎo)軌12上面，可沿該導(dǎo)軌快速移動并鎖緊；程序控制器15具備程序的編制與運(yùn)行功能，包括各電機(jī)的驅(qū)動程序、加工過程控制程序、傳感器反饋信息的接受與處理、孔參數(shù)的設(shè)置、工藝參數(shù)調(diào)整等功能；機(jī)床的電路、氣路、水路和電氣元器件等布局在機(jī)床基座16內(nèi)。結(jié)合附圖說明PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔實(shí)例。將PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管體10的一端由管體旋轉(zhuǎn)頭9適當(dāng)夾緊，調(diào)整管體支撐頭11的位置并鎖緊，使支撐頭11的錐面支撐起管體的另一端；調(diào)整激光加工頭5在管體軸向的位置，停在管體旋轉(zhuǎn)頭9端的垂直于管體軸線的起始面內(nèi)，調(diào)整電機(jī)19，管體橫向平移，使激光加工頭5的光軸通過管體的軸線，將此時(shí)橫向傳感器7的位置設(shè)為“0” ;調(diào)整電機(jī)17，使激光加工頭5的焦點(diǎn)處在聚四氟乙烯膜的表面，將此時(shí)高度傳感器6的位置設(shè)為“0”;設(shè)置軸向孔距參數(shù)、根據(jù)周向孔距計(jì)算并設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸每次旋轉(zhuǎn)的度數(shù)；編制加工過程程序；設(shè)置激光加工工藝參數(shù)。設(shè)備運(yùn)行后，在激光加工頭5由管體旋轉(zhuǎn)頭9端向管體支撐頭11的掃描中，可加工出管體最高位置母線上所有的孔，隨后管體轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，激光加工頭反向掃描，加工出另一條母線上所有的孔；隨后管體再轉(zhuǎn)一個(gè)角度，又開始激光加工頭5由管體旋轉(zhuǎn)頭9端向管體支撐頭11的掃描，如此循環(huán)。在激光加工頭掃描的過程中，高度傳感器6和橫向傳感器7分別實(shí)時(shí)檢測出對所設(shè)“0”位的偏離，通過反饋，控制電機(jī)17與電機(jī)19，使激光焦點(diǎn)和激光軸始終處在“0”位。如此，便可以加工出管體表面上所有的孔。以下給出機(jī)床參數(shù)、孔參數(shù)與激光打孔工藝參數(shù)為機(jī)床定位精度0. 05mm機(jī)床重復(fù)定位精度0. 03mm激光加工頭有效行程1400mm孔徑00. 08 1. 2mm孔距(軸向與周向)2 2Omm管體長度<1200mm激光功率30 60w脈沖寬度5 15ms電流12 22mA直線速度10 40m/min[0021 ] 打孔速度10 50孔/秒焦距30mm離焦量-1.4 3. 2mm本實(shí)用新型成功解決了 PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管外表面所敷的聚四氟乙烯膜的打孔問題，同時(shí)，能夠完成其他有機(jī)非金屬管件的激光打孔、雕刻、切割
等加工。
權(quán)利要求1.一種曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，該設(shè)備由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、激光加工頭、高度傳感器和橫向傳感器、管體夾持支撐裝置、電氣控制器和程序控制器等組成，其主要特征是激光加工頭光軸垂直且在一維方向快速直線往返運(yùn)動，管體軸線與激光加工頭運(yùn)動方向平行，激光加工頭的焦點(diǎn)始終處于所敷聚四氟乙烯膜的表面而光軸始終在通過管體軸線的垂面內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，其特征是激光器為CO2激光器，可采用封離型激光器或射頻激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，其特征是導(dǎo)光系統(tǒng)由激光擴(kuò)束裝置和多塊激光反射鏡順序安裝組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，其特征是高度傳感器和橫向傳感器與激光加工頭同步運(yùn)動，在傳感器的監(jiān)控下，激光加工頭的焦點(diǎn)始終處于所敷聚四氟乙烯膜的表面而光軸始終在通過管體軸線的垂面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，其特征是敷聚四氟乙烯膜的管體一端由直徑可變的旋轉(zhuǎn)頭夾持并帶動能正、反旋轉(zhuǎn)，另一端有支撐頭支撐，支撐頭的支撐面為錐面，并可在管體軸向快速移動并鎖緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，其特征是機(jī)床的電路、氣路、水路和電氣元器件等布局在機(jī)床基座內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型屬激光加工設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種用PP、PE復(fù)合纖維制成的多孔復(fù)合纖維曝氣管表面所敷聚四氟乙烯膜的激光打孔機(jī)，由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、激光加工頭、高度傳感器和橫向傳感器、管體夾持支撐裝置、電氣控制器和程序控制器等組成，其特征是激光加工頭光軸垂直且在一維方向快速直線往返運(yùn)動，管體可正、反快速旋轉(zhuǎn)，且軸線與加工頭的運(yùn)動方向平行，在傳感器的監(jiān)控下，加工頭的焦點(diǎn)始終位于膜的表面而光軸始終在通過管體軸線的垂面內(nèi)。本實(shí)用新型成功解決了曝氣管外表面敷膜的快速打孔問題，且適應(yīng)不同直徑和長度的管材及直徑誤差和軸線不直度誤差較大的管材；同時(shí)，能完成其他有機(jī)非金屬管件的激光打孔、雕刻、切割等加工。
文檔編號B23K26/42GK202825004SQ20112056210
公開日2013年3月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者李蘊(yùn)姝, 張桂華, 張華 , 魯印會, 張珊 申請人:天津市激光技術(shù)研究所