УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОРОЗДКИ И СПОСОБ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОРОЗДКИ
DEVICE FOR MANUFACTURING A GROOVE AND METHOD FOR MANUFACTURING A GROOVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для изготовления бороздки, которые формируют бороздку в объекте с использованием лазера. Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет японской патентной заявки № 2019-091043, поданной 14 мая 2019 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
В предшествующем уровне техники известно устройство для изготовления бороздки, которое облучает поверхность стального листа лазерным лучом в некотором направлении (направлении сканирования), пересекающем направление движения стального листа, с использованием многоугольного зеркала, чтобы периодически формировать бороздку на поверхности стального листа, улучшая тем самым характеристики магнитных потерь (см., например, Патентный документ 1).
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0003]
[Патентный документ 1] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2002-292484
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0004]
Как показано на Фиг. 1A и 1B, луч лазера LB, падающий на многоугольное зеркало 10 устройства для изготовления бороздки, не является точечным источником света и имеет предопределенный радиус φ.
[0005]
Как показано на Фиг. 1A, когда луч лазера LB падает так, чтобы попасть в одну поверхность многоугольного зеркала 10, лазерный луч LB, отраженный многоугольным зеркалом 10, фокусируется в одном пятне на поверхности стального листа 20 через концентрирующую линзу (в дальнейшем называемую просто линзой) 12, и в этом пятне на поверхности стального листа 20 формируется бороздка.
[0006]
С другой стороны, как показано на Фиг. 1B, когда лазерный луч LB падает на угловую часть, в которой встречаются две смежные поверхности многоугольного зеркала 10, лазерный луч LB отражается от каждой из двух смежных поверхностей и разделяется на два лазерных луча LB1 и LB2. Разделенные лазерные лучи LB1 и LB2 фокусируются на поверхности стального листа 20 через линзу 12. В результате концевая часть бороздки в направлении сканирования обрабатывается лазерными лучами LB1 и LB2 с недостаточной плотностью энергии. Поэтому, концевая часть бороздки является неглубокой, и трудно сформировать равномерную бороздку. В дополнение к этому, разделенные лазерные лучи LB1 и LB2 испускаются в направлении, отличающемся от направления лазерного луча LB. Следовательно, существует опасение, что будет ошибочно обработано положение, отличающееся от положения, в котором бороздка должна быть сформирована на поверхности стального листа 20, или положение, отличающееся от поверхности стального листа 20, например само устройство и т.п.
[0007]
Для того, чтобы избежать этой ситуации, рассматривается конфигурация, в которой экранирующая пластина, такая как маска, предусматривается таким образом, что часть, соответствующая концевой части бороздки на поверхности стального листа 20, не облучается лазерными лучами LB1 и LB2. Однако, проблема этой конфигурации состоит в том, что обрабатывается экранирующая пластина, и оптические компоненты загрязняются мельчайшими частицами экранирующей пластины, образующимися при обработке.
[0008]
Настоящее изобретение было создано с учетом вышеупомянутых проблем, и его задачей является предложить устройство и способ изготовления бороздки, которые подавляли бы загрязнение оптических компонентов и позволяли обеспечить равномерное изготовление и глубину бороздки.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0009]
Средства для решения этих проблем включают в себя следующие аспекты.
(1) В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для изготовления бороздки, которое формирует бороздку на поверхности объекта с использованием лазерных лучей. Устройство для изготовления бороздки включает в себя: устройство источника света, которое производит лазерные лучи; многоугольное зеркало, которое отражает лазерные лучи, выходящие из устройства источника света; концентрирующую оптическую систему, которая предусматривается на оптическом пути лазерных лучей, отражаемых многоугольным зеркалом, и фокусирует эти лазерные лучи; и экранирующую пластину, которая предусматривается между концентрирующей оптической системой и объектом в таком положении, которое блокирует некоторые из лазерных лучей, фокусируемых концентрирующей оптической системой. Среди лазерных лучей, фокусируемых концентрирующей оптической системой, некоторые из лазерных лучей, которые не блокируются экранирующей пластиной, формируют бороздку на поверхности объекта в фокусе лазерных лучей. Экранирующая пластина предусматривается ближе к концентрирующей оптической системе, чем фокус, и вращается относительно поверхности объекта так, чтобы блокировать лазерные лучи, которые не формируют бороздку.
(2) В устройстве для изготовления бороздки по п. (1), когда угол экранирующей пластины относительно поверхности объекта равен ψ, а критический угол, который является максимальным углом, под которым лазерный луч падает на одно плоское зеркало многоугольного зеркала, равен Ɵc (°), угол ψ экранирующей пластины может находиться в диапазоне 2Ɵc < ψ ≤ 90 (°).
(3) В устройстве для изготовления бороздки по п. (2), предполагая, что положение, в котором перпендикулярная линия проводится от оси вращения многоугольного зеркала к плоскому зеркалу многоугольного зеркала, является опорным положением, угол между границей между двумя смежными плоскими зеркалами многоугольного зеркала и опорным положением составляет Ɵ0 (°), положение, в котором экранирующая пластина, которая наклонена под углом ψ, облучается лазерным лучом, отраженным многоугольным зеркалом под углом 2Ɵ0 (°), когда угол поворота многоугольного зеркала составляет Ɵ0 (°), является точкой P0, положение, в котором экранирующая пластина, которая наклонена под углом ψ, облучается лазерным лучом, отраженным многоугольным зеркалом под углом 2Ɵc (°), когда угол поворота многоугольного зеркала составляет Ɵc (°), является точкой P, разность высот между точкой P и точкой P0 составляет Lp0, а расстояние от концентрирующей оптической системы до высоты точки P составляет L2, может удовлетворяться условие Lp0 < L2.
(4) Устройство для изготовления бороздки по любому из пп. (1) - (3) может дополнительно включать в себя: часть регулирования положения, которая регулирует положение экранирующей пластины в направлении сканирования, в котором выполняется сканирование лазерными лучами с помощью многоугольного зеркала.
(5) Устройство для изготовления бороздки по любому из пп. (1) - (4) может дополнительно включать в себя: корпус, который имеет экранирующую пластину, расположенную в нижней части. Корпус может иметь часть верхнего отверстия, которая располагается на оптическом пути лазерных лучей, фокусируемых концентрирующей оптической системой, и бесцветная и прозрачная пластина окна, которая пропускает лазерные лучи без их поглощения или отражения, может быть присоединена к части верхнего отверстия.
(6) В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ изготовления бороздки, который формирует бороздку на поверхности объекта с использованием лазерных лучей. Способ изготовления бороздки включает в себя: этап вывода для вывода лазерных лучей из устройства источника света; этап отражения для отражения лазерных лучей, выходящих из устройства источника света, многоугольным зеркалом; этап концентрирования для фокусирования лазерных лучей на поверхности объекта с использованием концентрирующей оптической системы, предусматриваемой на оптическом пути лазерных лучей, отраженных многоугольным зеркалом; и этап экранирования для блокирования некоторых из лазерных лучей с использованием экранирующей пластины, предусматриваемой между концентрирующей оптической системой и объектом в таком положении, которое блокирует некоторые из лазерных лучей, фокусируемых концентрирующей оптической системой. Среди лазерных лучей, фокусируемых концентрирующей оптической системой, некоторые из лазерных лучей, которые не блокируются экранирующей пластиной, формируют бороздку на поверхности объекта в фокусе лазерных лучей. На этапе экранирования экранирующая пластина предусматривается ближе к концентрирующей оптической системе, чем фокус, и поворачивается относительно поверхности объекта так, чтобы блокировать лазерные лучи, которые не формируют бороздку.
(7) В способе изготовления бороздки по п. (6) на этапе экранирования, когда угол экранирующей пластины относительно поверхности объекта равен ψ, а критический угол, который является максимальным углом, под которым лазерный луч падает на одно плоское зеркало многоугольного зеркала, равен Ɵc (°), угол ψ экранирующей пластины может находиться в диапазоне 2Ɵc < ψ≤90 (°).
(8) В способе изготовления бороздки по п. (7) на этапе экранирования, предполагая, что положение, в котором перпендикулярная линия проводится от оси вращения многоугольного зеркала к плоскому зеркалу многоугольного зеркала, является опорным положением, угол между границей между двумя смежными плоскими зеркалами многоугольного зеркала и опорным положением составляет Ɵ0 (°), положение, в котором экранирующая пластина, которая наклонена под углом ψ, облучается лазерным лучом, отраженным многоугольным зеркалом под углом 2Ɵ0 (°), когда угол поворота многоугольного зеркала составляет Ɵ0 (°), является точкой P0, положение, в котором экранирующая пластина, которая наклонена под углом ψ, облучается лазерным лучом, отраженным многоугольным зеркалом под углом 2Ɵc (°), когда угол поворота многоугольного зеркала составляет Ɵc (°), является точкой P, разность высот между точкой P и точкой P0 составляет Lp0, а расстояние от концентрирующей оптической системы до высоты точки P составляет L2, может удовлетворяться условие Lp0 < L2.
(9) Способ изготовления бороздки по любому из пп. (6) - (8) может дополнительно включать в себя: этап регулирования положения экранирующей пластины в направлении сканирования, в котором выполняется сканирование лазерными лучами с помощью многоугольного зеркала.
(10) Способ изготовления бороздки по любому из пп. (6) - (9) может дополнительно включать в себя: этап прикрепления бесцветной и прозрачной пластины окна, которая пропускает лазерные лучи без их поглощения или отражения, к части верхнего отверстия корпуса, который имеет экранирующую пластину, расположенную в нижней части, а также имеет часть верхнего отверстия, которая располагается на оптическом пути лазерных лучей, фокусируемых концентрирующей оптической системой.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010]
В соответствии с настоящим изобретением экранирующая пластина является наклонной для уменьшения повреждения экранирующей пластины, возникающего тогда, когда экранирующая пластина блокирует лазерный луч. Следовательно, можно обеспечить устройство для изготовления бороздки и способ изготовления бороздки, которые подавляют загрязнение оптических компонентов и позволяют обеспечить равномерное изготовление и глубину бороздки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011]
Фиг. 1A представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором лазерный луч, отраженный от многоугольного зеркала, фокусируется на поверхности стального листа, когда лазерный луч падает так, что он попадает только на одну поверхность многоугольного зеркала.
Фиг. 1B представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором лазерный луч, отраженный от каждой из двух смежных поверхностей, фокусируется на поверхности стального листа, когда лазерный луч падает на две смежные поверхности многоугольного зеркала.
Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую конфигурацию устройства для изготовления бороздки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть в направлении прокатки стального листа.
Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую угол поворота многоугольного зеркала.
Фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую одну конфигурацию устройства подвижной экранирующей пластины.
Фиг. 5 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую оптимальные положение и угол экранирующей пластины.
Фиг. 6 представляет собой график, показывающий соотношение между углом ψ экранирующей пластины и разностью высот Lp0.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012]
Далее один вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на чертежи. В последующем описании одинаковые компоненты обозначаются одинаковыми ссылочными цифрами.
[0013]
Фиг. 2 схематично показывает конфигурацию устройства 100 для изготовления бороздки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть в направлении прокатки стального листа 20. Устройство 100 для изготовления бороздки является устройством, которое периодически формирует бороздку на поверхности стального листа 20, который является обрабатываемым объектом, с использованием лазера. Стальной лист 20 делается, например, из известного листа анизотропной электротехнической стали (электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой). В устройстве 100 для изготовления бороздки положение стального листа 20 в направлении ширины устанавливается на основе длины и положения бороздки, формируемой на поверхности стального листа 20, а положение стального листа 20 в продольном направлении устанавливается на основе размеров устройства 100 для изготовления бороздки. Направление ширины стального листа 20 является направлением сканирования лазерного луча и является направлением влево-вправо на плоскости чертежа на Фиг. 2. Продольное направление стального листа 20 является направлением прокатки стального листа 20, и является направлением, перпендикулярным к плоскости чертежа на Фиг. 2.
[0014]
Как показано на Фиг. 2, устройство 100 для изготовления бороздки включает в себя многоугольное зеркало 10, устройство 11 источника света, коллиматор 11A, линзу 12 и устройство 30 подвижной экранирующей пластины.
[0015]
Многоугольное зеркало 10 имеет, например, форму правильной многоугольной призмы, и множество (N) плоских зеркал предусматриваются на каждой из множества боковых поверхностей, составляющих правильную многоугольную призму. Лазерный луч LB падает на многоугольное зеркало 10 из устройства 11 источника света через коллиматор 11A в одном направлении (горизонтальном направлении), а затем отражается плоским зеркалом (этап отражения).
[0016]
Многоугольное зеркало 10 может вращаться на оси O1 вращения с помощью двигателя (не показан), и угол падения лазерного луча LB на плоское зеркало последовательно изменяется в зависимости от угла поворота многоугольного зеркала 10. Следовательно, многоугольное зеркало 10 последовательно изменяет направление отражения лазерного луча LB таким образом, что стальной лист 20 сканируется лазерным лучом LB в направлении ширины.
[0017]
В дополнение к этому, Фиг. 1A, 1B, 2 и 3 показывают пример, в котором многоугольное зеркало 10 имеет восемь плоских зеркал. Однако, количество плоских зеркал, составляющих многоугольное зеркало 10, особо не ограничивается.
[0018]
Устройство 11 источника света выводит лазерный луч, используя предопределенный способ облучения (например, непрерывный способ облучения или импульсный способ облучения) под управлением блока управления (не показан) (этап вывода).
[0019]
Коллиматор 11A соединяется с устройством 11 источника света посредством оптоволоконного кабеля 15. Коллиматор 11A регулирует радиус лазерного луча, выводимого из устройства 11 источника света, и выводит отрегулированный лазерный луч LB к многоугольному зеркалу 10. Лазерный луч LB, выводимый на многоугольное зеркало 10, имеет в сечении форму круга с предопределенным радиусом φ. Однако, сечение лазерного луча может иметь форму эллипса. В этом случае эллиптическая концентрирующая форма может быть сформирована путем вставки цилиндрической линзы или цилиндрического зеркала между коллиматором 11A и многоугольным зеркалом 10 для того, чтобы изменить радиус луча вдоль одной оси (например, в направлении сканирования).
[0020]
Линза 12 является концентрирующей оптической системой, которая обеспечивается на оптическом пути лазерного луча, отражаемого многоугольным зеркалом 10, и производится путем выполнения обработки детали из стекла, такой как фрезерование и полирование. В дополнение к этому, вместо концентрирующей линзы 12 в качестве концентрирующей оптической системы, составляющей устройство 100 для изготовления бороздки, может использоваться зеркало.
[0021]
Линза 12 может иметь неконцентрирующую часть (не показана), которая обеспечивается как единое целое снаружи (на внешней окружности) линзы 12. Неконцентрирующая часть располагается на оптических путях лазерных лучей LB1 и LB2, которые были разделены и отражены от угловой части, в которой встречаются два смежных плоских зеркала многоугольного зеркала 10, и передает разделенные лазерные лучи LB1 и LB2. Неконцентрирующая часть представляет собой плоскую оптическую систему в виде кольцевой пластины. Неконцентрирующая часть не имеет фокуса, потому что ее фокусное расстояние бесконечно. Поскольку лазерные лучи LB1 и LB2, которые прошли через неконцентрирующую часть, не сфокусированы, они не имеют высокой плотности энергии. Следовательно, даже когда экранирующая пластина 35 облучается лазерными лучами LB1 и LB2, которые прошли через неконцентрирующую часть, повреждение экранирующей пластины 35 является малым. В дополнение к этому, неконцентрирующая часть, может не быть плоской оптической системой, и может быть, например, оптической системой, которая отклоняет разделенные лазерные лучи LB1 и LB2.
[0022]
Устройство 30 подвижной экранирующей пластины, которое будет описано далее, предусматривается между линзой 12 и стальным листом 20. Устройство 30 подвижной экранирующей пластины располагается на оптическом пути лазерного луча LB, который отражается многоугольным зеркалом 10 и проходит через линзу 12. Лазерный луч LB, отраженный многоугольным зеркалом 10, проходит через линзу 12 и устройство 30 подвижной экранирующей пластины и фокусируется на поверхности стального листа 20 (этап концентрирования). Следовательно, бороздка формируется на поверхности стального листа 20.
[0023]
Кроме того, в способе изготовления бороздки, который облучает поверхность стального листа 20 лазерным лучом LB для формирования бороздки, основной стальной лист плавится и удаляется с образованием бороздки. Следовательно, чем глубже бороздка, тем выше вероятность того, что на поверхности появится выступ из расплавленного металла. Следовательно, устройство 100 для изготовления бороздки может быть выполнено с возможностью включения подающего сопла (не показано), которое впрыскивает вспомогательный газ для сдувания расплавленного материала и обеспечивается в предопределенном положении. Кроме того, коллиматор 11A, многоугольное зеркало 10, линза 12 и устройство 30 подвижной экранирующей пластины устройства 100 для изготовления бороздки могут быть накрыты корпусом (не показан), и внутренняя часть корпуса может быть заполнена очищенным газом таким образом, чтобы внутреннее давление в корпусе было положительным. В этом случае можно предотвратить попадание расплавленного материала и т.п. в корпус и загрязнение оптической системы устройства 100 для изготовления бороздки расплавленным материалом и т.п.
[0024]
Далее будет описан угол поворота многоугольного зеркала 10 со ссылкой на Фиг. 3. В этом варианте осуществления предполагается, что угол поворота Ɵ (°) многоугольного зеркала 10 определяется центральным углом относительно исходного положения для каждого из плоских зеркал, составляющих многоугольное зеркало 10. Как показано на Фиг. 3, предполагается, что положение, в котором перпендикулярная линия PL проведена от оси O1 вращения многоугольного зеркала 10 к плоскому зеркалу 101, является опорным положением (Ɵ=0(°)). Угол поворота многоугольного зеркала 10 представляет собой угол (центральный угол), образованный между положением центра LBc лазерного луча LB, падающего на каждое плоское зеркало, и опорным положением (Ɵ=0(°)). На Фиг. 3 угол против часовой стрелки от опорного положения (Ɵ=0(°); перпендикулярная линия PL) определяется как положительный угол, а угол по часовой стрелке от опорного положения определяется как отрицательный угол.
[0025]
Угол Ɵ0 между опорным положением (Ɵ=0(°)) в каждом плоском зеркале и границей со смежным плоским зеркалом составляет 180(°)/N. Угол поворота Ɵ одного плоского зеркала определяется в диапазоне  . Следовательно, на Фиг. 3 угол поворота Ɵ=+Ɵ0 плоского зеркала 101 и угол поворота Ɵ=-Ɵ0 плоского зеркала 102, смежного с плоским зеркалом 101, в направлении против часовой стрелки указывают на одно и то же положение на многоугольном зеркале 10.
[0026]
В этом варианте осуществления максимальный угол, под которым падающий лазерный луч LB попадает на одну поверхность (одно плоское зеркало) многоугольного зеркала 10, определяется как критический угол Ɵc. Таким образом, когда лазерный луч LB полностью отражается одним плоским зеркалом, не будучи разделенным угловой частью, в которой встречаются два соседних плоских зеркала многоугольного зеркала 10, критический угол Ɵc является максимальным углом, под которым располагается центр LBc лазерного луча LB. Предполагая, что радиус (описанный радиус) описанной окружности C1 многоугольного зеркала 10 равен R, а радиус лазерного луча LB, падающего на многоугольное зеркало 10, равен φ, критический угол Ɵc определяется следующим Выражением (1).
[0027]
(1)
[0028]
Далее конкретная конфигурация устройства 30 подвижной экранирующей пластины будет описана со ссылкой на Фиг. 4. Как показано на Фиг. 4, устройство 30 подвижной экранирующей пластины имеет конфигурацию, в которой оно имеет коробчатый корпус 31, сформированный, например, из металлического материала, и пара экранирующих пластин 35, расположенных так, чтобы они были обращены друг к другу в направлении x сканирования лазерного луча LB, располагаются в нижней части корпуса 31. В дополнение к этому, экранирующая пластина 35 вращается на вращающейся части 37a в качестве точки опоры, которая будет описана ниже. На Фиг. 4 позицией 35a обозначена экранирующая пластина, когда экранирующая пластина 35 наклоняется при повороте.
[0029]
В корпусе 31 часть 31a верхнего отверстия формируется в верхней части, которая располагается на оптическом пути лазерного луча LB, сфокусированного линзой 12, часть 31b нижнего отверстия формируется в нижней части, и бесцветная и прозрачная пластина 33 окна присоединяется к части 31a верхнего отверстия (этап присоединения корпуса). Пластина 33 окна является, например, стеклянной пластиной. Пластина 33 окна пропускает лазерный луч, не поглощая и не отражая его. Например, пластина 33 окна получается путем покрытия обеих поверхностей пластины из синтетического кварцевого стекла антиотражающими пленками. Следовательно, часть 31a верхнего отверстия может быть закрыта пластиной 33 окна, и лазерный луч LB, который был отражен многоугольным зеркалом 10 и прошел через линзу 12, может проходить через верхнюю часть корпуса 31.
[0030]
Кроме того, лазерный луч LB, который прошел через пластину 33 окна из линзы 12, проходит через часть 31b нижнего отверстия корпуса 31, и поверхность стального листа 20 облучается лазерным лучом LB. Когда многоугольное зеркало 10 вращается, угол наклона лазерного луча LB изменяется в зависимости от угла поворота многоугольного зеркала 10. Положение облучения лазерного луча LB, проходящего через устройство 30 подвижной экранирующей пластины, перемещается на поверхности стального листа 20 в направлении ширины стального листа 20. Таким образом, лазерный луч LB, проходящий через устройство 30 подвижной экранирующей пластины, перемещается на поверхности стального листа 20 в направлении ширины стального листа 20 в качестве направления x сканирования.
[0031]
В части 31b нижнего отверстия корпуса 31 экранирующие пластины 35 предусматриваются около концов 31c части отверстия, которые располагаются так, чтобы они были обращены друг к другу в направлении x сканирования лазерного луча LB. Экранирующая пластина 35 предусматривается между линзой 12 и стальным листом 20. Таким образом, экранирующая пластина 35 предусматривается ближе к линзе 12, чем фокус лазерного луча LB, который прошел через линзу 12. Экранирующая пластина 35 блокирует некоторые из лазерных лучей, сфокусированных линзой 12 (этап экранирования). Пара экранирующих пластин 35, расположенных так, чтобы они были обращены друг к другу в направлении x сканирования лазерного луча LB, имеют одинаковую конфигурацию и формируются, например, из стального материала в форме пластины. Каждая из экранирующих пластин 35 снабжена частью 34 регулирования положения, которая регулирует положение экранирующей пластины 35 в направлении x сканирования лазерного луча LB, и частью 36 регулирования угла, которая регулирует угол поверхности экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20.
[0032]
В этом варианте осуществления часть 34 регулирования положения является, например, направляющей канавкой, которая формируется в части 31b нижнего отверстия корпуса 31, и эта направляющая канавка формируется вдоль направления x сканирования лазерного луча LB. Часть 34 регулирования положения обеспечивается таким образом, что экранирующую пластину 35 можно двигать в направляющей канавке и перемещать ее вдоль направляющей канавки в направлении x сканирования лазерного луча LB (этап регулирования положения экранирующей пластины).
[0033]
Как было описано выше, часть 34 регулирования положения регулирует положение экранирующей пластины 35 в направлении x сканирования лазерного луча LB таким образом, что экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB перемещаемым до конечной части стального листа 20 в направлении ширины, когда лазерный луч LB, который прошел через линзу 12, перемещается из центра до конечной части стального листа 20 вдоль направления x сканирования. Эта конфигурация позволяет регулировать диапазон направления x сканирования (направления ширины стального листа 20), в котором экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB.
[0034]
Экранирующая пластина 35 блокирует некоторые из лазерных лучей LB, которые фокусируются линзой 12 и перемещаются в направлении x сканирования в конце в направлении сканирования, таким образом, что поверхность стального листа 20 не облучается лазерным лучом LB в конце в направлении сканирования, и бороздки на поверхности стального листа 20 не формируются. С другой стороны, среди лазерных лучей LB, которые фокусируются линзой 12 и перемещаются в направлении x сканирования, оставшиеся лазерные лучи LB, которые не блокируются экранирующей пластиной 35, сходятся в фокус лазерных лучей LB на поверхности стального листа 20 для формирования бороздки.
[0035]
Следовательно, экранирующая пластина 35 блокирует ненужные лучи, которые облучают положения, отличающиеся от положения изготовления бороздки на стальном листе 20, из всех лазерных лучей LB, которые были отражены плоским зеркалом вращающегося многоугольного зеркала 10 и имеют высокую плотность энергии, или лазерные лучи LB1 и LB2, которые были разделены угловой частью многоугольного зеркала 10 и имеют низкую плотность энергии. Следовательно, концевая часть бороздки в направлении x сканирования не является мелкой, и положения, отличающиеся от положения бороздки на стальном листе 20, не обрабатываются. В результате можно достичь равномерное изготовление бороздки и равномерную глубину бороздки в стальном листе 20.
[0036]
В этом варианте осуществления часть 36 регулирования угла включает в себя вращающуюся часть 37a, которая позволяет экранирующей пластине 35 поворачиваться относительно нижней части корпуса 31, направляющую часть 37b, которая определяет траекторию, на которой экранирующая пластина 35 является наклонной, и соединительную часть 37c, которая вращательно соединяет экранирующую пластину 35 с направляющей частью 37b. Экранирующие пластины 35 повернуты таким образом, что поверхности экранирующих пластин 35 обращены друг к другу. Следовательно, вращающаяся часть 37a поворачивает экранирующую пластину 35 на оси вращения для того, чтобы наклонить плоскую поверхность листа экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20.
[0037]
В случае этого варианта осуществления вращающаяся часть 37a и направляющая часть 37b обеспечиваются так, чтобы их можно было сдвигать вдоль направления сканирования лазерного луча LB частью 34 регулирования положения, воздействуя на экранирующую пластину 35. Таким образом, вращающаяся часть 37a имеет конфигурацию, в которой она обеспечивается, например, в части 34 регулирования положения и является подвижной вдоль направления сканирования лазерного луча LB за счет скольжения части 34 регулирования положения. В дополнение к этому, направляющая часть 37b, например, направляющая канавка, которая предусматривается в части 34 регулирования положения вдоль внутренней стенки корпуса 31 и имеет конфигурацию, в который она может перемещаться в направлении сканирования за счет скольжения части 34 регулирования положения и направляет траекторию соединительной части 37c таким образом, что экранирующая пластина 35, имеющая соединительную часть 37c, может перемещаться вдоль направления сканирования лазерного луча LB.
[0038]
Здесь направляющая часть 37b является, например, кольцевым элементом, который изготовлен из металлического материала и т.п. и имеет изогнутое удлиненное отверстие, и соединительная часть 37c, предусмотренная в экранирующей пластине 35, перемещается вдоль этого изогнутого удлиненного отверстия. В этом случае соединительная часть 37c является, например, выступающим элементом, который располагается в удлиненном отверстии направляющей части 37b и перемещается вдоль удлиненного отверстия направляющей части 37b. Экранирующая пластина 35 поворачивается на вращающейся части 37a, которая предусматривается в нижней концевой части экранирующей пластины 35, и соединительная часть 37c перемещается вдоль изогнутого удлиненного отверстия направляющей части 37b для изменения угла наклона экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20.
[0039]
Экранирующая пластина 35 поворачивается относительно поверхности стального листа 20 для того, чтобы блокировать лазерный луч LB, который не формирует бороздку. Следовательно, часть 36 регулирования угла регулирует угол экранирующей пластины 35 относительно стального листа 20 для того, чтобы предотвратить облучение экранирующей пластины 35 лазерным лучом LB, имеющим высокую плотность энергии, когда экранирующая пластина 35 облучается лазерными лучами LB. Следовательно, можно уменьшить повреждение экранирующей пластины 35, вызываемое облучением лазерным лучом LB.
[0040]
Таким образом, лазерный луч LB имеет в сечении форму круга с предопределенным радиусом φ. Однако размер диаметра лазерного луча, видимый на экранирующей пластине 35, изменяется благодаря изменению угла экранирующей пластины 35 относительно лазерного луча LB, что вызывает изменение плотности энергии лазерного луча LB, облучающего экранирующую пластину 35. Следовательно, можно установить экранирующую пластину 35 под таким углом, чтобы уменьшить ее повреждение.
[0041]
Кроме того, лазерный луч LB фокусируется линзой 12 так, чтобы он имел самую высокую плотность энергии на поверхности стального листа 20, на котором фокусируется лазерный луч LB. Следовательно, объект, который находится на том же самом расстоянии (то есть, фокусном расстоянии), что и расстояние от линзы 12 до стального листа 20, облучается лазерным лучом LB, имеющим высокую плотность энергии. По мере того, как расстояние от линзы увеличивается, плотность энергии уменьшается. Следовательно, экранирующая пластина 35, которая расположена ближе к линзе 12, чем фокус, наклоняется для балансировки расстояния от линзы 12 и изменения диаметра лазерного луча, что позволяет получить подходящую плотность энергии и уменьшить повреждение экранирующей пластины 35.
[0042]
Далее со ссылкой на Фиг. 5 будет описано положение экранирующей пластины 35 в направлении сканирования лазерного луча LB. В дополнение к этому, на Фиг. 5 10a означает часть плоского зеркала, когда многоугольное зеркало 10 вращается. В этом случае предполагается, что фокусное расстояние линзы 12, которая является концентрирующей оптической системой, равно f. Когда многоугольное зеркало 10 поворачивается на угол Ɵ (°), лазерный луч LB, отраженный многоугольным зеркалом 10, перемещается на 2Ɵ (°). Затем, когда угол поворота Ɵ (°) многоугольного зеркала 10 составляет от Ɵc (°) до Ɵ0 (°), лазерный луч LB должен блокироваться экранирующей пластиной 35.
[0043]
Здесь, предполагается, что расстояние от плоского зеркала многоугольного зеркала 10 до линзы 12, которая является концентрирующей оптической системой, равно L1. Кроме того, предполагается, что расстояние от линзы 12, которая является концентрирующей оптической системой, до высоты точки P в том положении, где экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB, отраженным многоугольным зеркалом 10 под углом 2Ɵc (°), когда угол поворота Ɵ многоугольного зеркала 10 составляет Ɵc (°), равно L2. В дополнение к этому, в этом варианте осуществления, как показано на Фиг. 5, нижняя концевая часть экранирующей пластины 35, в которой предусмотрена вращающаяся часть 37a, является точкой P.
[0044]
Кроме того, предполагается, что перпендикулярная линия, проведенная от многоугольного зеркала 10 к стальному листу 20, по которой проходит лазерный луч LB, когда угол поворота Ɵ многоугольного зеркала 10 составляет 0 (°), обозначается как PL1. Кроме того, предполагается, что прямая линия, которая проходит горизонтально от точки P в положении, где экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB, отраженным многоугольным зеркалом 10, когда угол поворота Ɵ многоугольного зеркала 10 составляет Ɵc (°), до перпендикулярной линии PL1, обозначается как XL1. Тогда, если предположить, что точкой, в которой перпендикулярная линия PL1, по которой проходит лазерный луч LB, и прямая линия XL1 от точки P пересекают друг друга, является P1, расстояние d между точкой P и точкой P1 может быть представлено следующим Выражением (2). В дополнение к этому, как было описано выше, φ означает радиус лазерного луча LB, падающего на многоугольное зеркало 10 (Фиг. 3).
[0045]
(2)
[0046]
В этом варианте осуществления часть 34 регулирования положения перемещает экранирующую пластину 35 в направлении сканирования лазерного луча LB для регулирования расстояния d от перпендикулярной линии PL1, по который лазерный луч LB проходит к положению экранирующей пластины 35, так, чтобы оно стало равно расстоянию d, вычисленному с помощью вышеупомянутого Выражения (2).
[0047]
Далее угол ψ экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20 будет описан со ссылкой на Фиг. 5. В этом случае угол ψ экранирующей пластины 35 является углом между поверхностью стального листа 20 и поверхностью экранирующей пластины 35. Здесь плотность энергии лазерного луча LB является самой высокой в точке P экранирующей пластины 35, когда угол ψ экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20 составляет 2Ɵc (°), при котором лазерный луч LB вертикально падает на экранирующую пластину 35.
[0048]
Следовательно, желательно наклонить экранирующую пластину 35 в максимально возможной степени, избегая близости угла ψ экранирующей пластины 35 к 2Ɵc (°), чтобы в максимально возможной степени избежать повреждения поверхности экранирующей пластины 35 лазерным лучом LB.
[0049]
Предполагая, что плотность энергии лазерного луча LB, когда угол ψ экранирующей пластины 35 составляет ψ=2Ɵc, равна Ipc, плотность Ipc энергии лазерного луча LB может быть представлена следующим Выражением (3). В дополнение к этому, P означает мощность (W) лазерного луча LB.
[0050]
(3)
[0051]
Плотность Ip энергии лазерного луча LB, когда экранирующая пластина 35 наклонена под углом ψ, может быть представлена следующим Выражением (4).
[0052]
(4)
[0053]
Когда угол ψ экранирующей пластины 35 составляет от 0 (°) до 2Ɵc (°), диаметр фокуса лазерного луча LB является малым, и плотность Ip энергии лазерного луча LB является высокой в отличающийся от точки P части, что является нежелательным. В дополнение к этому, когда угол ψ экранирующей пластины 35 составляет 90 (°) или больше, экранирующая пластина 35 наклонена слишком сильно, и влияние лазерного луча LB, облучающего боковую поверхность верхней части экранирующей пластины 35, является большим. Следовательно, выполняется незапланированная обработка, что является нежелательным.
[0054]
Следовательно, желательно, чтобы угол ψ экранирующей пластины 35 составлял 2Ɵc < ψ ≤90 (°). В этом варианте осуществления часть 36 регулирования угла изменяет наклон экранирующей пластины 35 с использованием вращающейся части 37a в качестве оси вращения для регулирования угла ψ экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20 в диапазоне 2Ɵc < ψ ≤90 (°).
[0055]
Когда угол ψ экранирующей пластины 35 является большим, линза 12, которая является концентрирующей оптической системой, находится близко к концу экранирующей пластины 35. По этой причине нежелательно, чтобы угол ψ экранирующей пластины 35 был слишком большим. Следовательно, более желательно, чтобы угол ψ экранирующей пластины 35 составлял 80 (°) или меньше.
[0056]
Далее будут описаны ограничивающие условия. Здесь предполагается, что когда экранирующая пластина 35 наклонена под углом ψ, положение, в котором экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB, отраженным многоугольным зеркалом 10 под углом 2Ɵ0 (°), когда угол поворота Ɵ многоугольного зеркала 10 составляет Ɵ0 (°), обозначается как точка P0.
[0057]
Тогда, аналогичным образом предполагая, что когда экранирующая пластина 35 наклонена под углом ψ, разность высот между точкой P в положении, в котором экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB, отраженным многоугольным зеркалом 10 под углом 2Ɵ0 (°), когда угол поворота Ɵ многоугольного зеркала 10 составляет Ɵc (°), и точкой P0 составляет Lp0, значение Lp0 может быть представлено следующим Выражением (5).
[0058]
(5)
[0059]
Здесь разность высот Lp0 должна быть меньше, чем расстояние L2 от линзы 12, которая является концентрирующей оптической системой, до высоты точки P. Следовательно, должно удовлетворяться условие Lp0 < L2.
[0060]
В вышеупомянутой конфигурации в устройстве 100 для изготовления бороздки экранирующая пластина 35, предусмотренная между линзой 12 и стальным листом 20, блокирует лазерный луч LB, который прошел через линзу 12, а часть 36 регулирования угла наклоняет экранирующую пластину 35 под углом ψ относительно поверхности стального листа 20, когда концевая часть бороздки формируется на поверхности стального листа 20. Как было описано выше, в устройстве 100 для изготовления бороздки экранирующая пластина 35 наклонена под углом ψ для того, чтобы уменьшить ее повреждение, которое происходит, когда экранирующая пластина 35 блокирует лазерный луч LB. Следовательно, можно достичь равномерное изготовление и глубину бороздки без загрязнения оптических компонентов, и производить продукт, имеющий превосходные характеристики магнитных потерь.
[0061]
Кроме того, в устройстве 100 для изготовления бороздки часть 34 регулирования положения регулирует положение экранирующей пластины 35 в направлении x сканирования, в котором сканирование выполняется лазерным лучом LB с помощью многоугольного зеркала 10. Следовательно, в устройстве 100 для изготовления бороздки, когда лазерный луч LB, который прошел через линзу 12, перемещается от центра к концевой части стального листа 20 вдоль направления x сканирования, экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB, отраженным плоским зеркалом многоугольного зеркала 10. В результате на поверхности стального листа 20 может быть сформирована бороздка, имеющая однородную глубину даже в концевой части. В дополнение к этому, можно регулировать диапазон направления x сканирования (направления ширины стального листа 20), в котором экранирующая пластина 35 облучается лазерным лучом LB.
[0062]
Кроме того, в устройстве 100 для изготовления бороздки, когда угол ψ экранирующей пластины 35 регулируется, желательно устанавливать угол ψ в диапазоне 2Ɵc < ψ≤90 (°), удовлетворяя при этом ограничивающее условие Lp0 < L2. Кроме того, желательно, чтобы угол ψ экранирующей пластины 35 находился в диапазоне 2Ɵc < ψ≤90 (°) и в угловом диапазоне центрального угла±5 (°), удовлетворяя ограничивающее условие Lp0 < L2. Как было описано выше, угол ψ экранирующей пластины 35 регулируется так, чтобы он находился в диапазоне 2Ɵc < ψ≤90 (°) и в угловом диапазоне центрального угла±5 (°), удовлетворяя ограничивающее условие Lp0 < L2, чтобы более надежно уменьшить повреждение экранирующей пластины 35 лазерным лучом LB.
[0063]
В дополнение к этому, экранирующая пластина в соответствии с вышеописанным вариантом осуществления может быть сформирована из материала, который поглощает лазерный луч LB. Например, черная алюмитная обработка или нанесение лакового поглощающего покрытия осуществляется на поверхности экранирующей пластины для того, чтобы она поглощала энергию лазерного луча. Кроме того, канал для воды может быть предусмотрен в экранирующей пластине для ее непрямого водяного охлаждения.
[0064]
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления было описано устройство 100 для изготовления бороздки, снабженное как частью 34 регулирования положения, так и частью 36 регулирования угла. Однако, настоящее изобретение не ограничивается этим, и устройство для изготовления бороздки может быть снабжено только частью 36 регулирования угла.
[0065]
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления был описан случай, в котором часть 34 регулирования положения, которая является направляющей канавкой, применяется в качестве части регулирования положения. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим. Например, могут использоваться различные конфигурации механизмов, если они могут перемещать экранирующую пластину 35 в направлении сканирования лазерного луча LB.
[0066]
Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления в качестве части регулирования угла предусматривается часть 36 регулирования угла, которая поворачивается на вращающейся части 37a, предусмотренной на основном конце экранирующей пластины 35, для перемещения экранирующей пластины 35 вдоль направляющей части 37b, наклоняя тем самым экранирующую пластину 35. Однако, настоящее изобретение не ограничивается этим. Например, может быть предусмотрена только вращающаяся часть 37a для регулирования угла экранирующей пластины 35, или только направляющая часть 37b для наклона экранирующей пластины 35 и тем самым регулирования угла.
[Примеры]
[0067]
Далее будут описаны примеры. Здесь, во-первых, была определена мощность лазерного луча LB и т.п. и вычислен угол Ɵ0 между опорным положением (Ɵ=0 (°)) в плоском зеркале многоугольного зеркала 10 и границей со смежным плоским зеркалом. В дополнение к этому, критический угол Ɵc был вычислен с помощью вышеупомянутого Выражения (1).
[0068]
В этом случае, когда мощность лазерного луча LB составляла 1000 (Вт), радиус φ лазерного луча LB составлял 6 (мм), количество плоских зеркал N в многоугольном зеркале 10 составляло 8, описанный радиус R многоугольного зеркала 10 составлял 140 (мм), угол Ɵ0 составлял 22,5 (°), а критический угол Ɵc составлял 19,9 (°).
[0069]
Когда расстояние d между точкой P и точкой P1 вычислялось с помощью вышеупомянутого Выражения (2), предполагая, что расстояние L1 от плоского зеркала многоугольного зеркала 10 до линзы 12, которая была концентрирующей оптической системой, составляло 50 (мм), расстояние L2 от линзы 12 до высоты точки P экранирующей пластины 35 составляло 150 (мм), и фокусное расстояние f линзы 12 составляло 200 (мм), расстояние d составляло 164,7 (мм).
[0070]
Исходя из вышеизложенного, часть 34 регулирования положения может регулировать положение экранирующей пластины 35 в направлении сканирования лазерного луча LB на основе результата вычисления расстояния d.
[0071]
Затем была вычислена разность высот Lp0 между точкой P и точкой P0, когда экранирующая пластина 35 была наклонена под углом ψ, и была исследована взаимосвязь между углом ψ экранирующей пластины 35 и разностью высот Lp0. Были получены результаты, показанные на Фиг. 6. На Фиг. 6 горизонтальная ось означает угол ψ (°) экранирующей пластины 35, а вертикальная ось - разность высот Lp0 (мм) между точкой P и точкой P0, когда экранирующая пластина 35 наклонена под углом ψ.
[0072]
Здесь, как было описано в варианте осуществления, желательно, чтобы угол ψ экранирующей пластины 35 относительно поверхности стального листа 20 находился в диапазоне 2Ɵc < ψ≤90 (°), и чтобы при этом удовлетворялось ограничивающее условие Lp0 < L2. Следовательно, на основе Фиг. 5 было подтверждено, что минимальный угол 2Ɵc (°) угла ψ экранирующей пластины 35 составлял приблизительно 40 (°), а максимальный угол ψ экранирующей пластины 35 составлял приблизительно 70 (°), исходя из ограничивающего условия.
[0073]
В дополнение к этому, можно заметить, что оптимальный диапазон угла ψ экранирующей пластины 35 составляет от 40 (°) до 70 (°), и самый желательный угол ψ равен 55 (°), что является центральным углом. Исходя из вышеизложенного, часть 36 регулирования угла может регулировать угол ψ экранирующей пластины 35 на основе вышеупомянутых результатов вычисления.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0074]
В соответствии с настоящим изобретением экранирующая пластина является наклонной для уменьшения повреждения экранирующей пластины, возникающего тогда, когда экранирующая пластина блокирует лазерный луч. Следовательно, можно обеспечить устройство для изготовления бороздки и способ изготовления бороздки, которые подавляют загрязнение оптических компонентов и позволяют обеспечить равномерное изготовление бороздки и равномерную глубину бороздки. Следовательно, настоящее изобретение имеет чрезвычайно высокую промышленную применимость.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0075]
10 - многоугольное зеркало
11 - устройство источника света
12 - линза
20 - стальной лист
34 - часть регулирования положения
35 - экранирующая пластина
36 - часть регулирования угла
100 - устройство для изготовления бороздки
101, 102 - плоское зеркало
LB - лазерный луч