NO152591B - Fremgangsmaate og apparat for boring ved hjelp av straaler - Google Patents
Fremgangsmaate og apparat for boring ved hjelp av straaler Download PDFInfo
- Publication number
- NO152591B NO152591B NO800028A NO800028A NO152591B NO 152591 B NO152591 B NO 152591B NO 800028 A NO800028 A NO 800028A NO 800028 A NO800028 A NO 800028A NO 152591 B NO152591 B NO 152591B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- radiation
- workpiece
- drilling
- support member
- detector
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 68
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 49
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000007875 V-40 Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/009—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a non-absorbing, e.g. transparent, reflective or refractive, layer on the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/18—Dissimilar materials
- B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Drilling And Boring (AREA)
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte
for boring av et hull i et arbeidsstykke ved hjelp av én eller flere stråler, idet arbeidsstykket har en inngangsflate og en utgangsflate og som i alt vesentlig er ikke-overførende for stråling fra i det minste den ene av strålene, hvor det sendes en stråle mot inngangsflaten med tilstrekkelig styrke til å trenge gjennom arbeidsstykket og bore et hull gjennom utgangsflaten, og hvor et understøttelsesorgan bringes i intim kontakt med arbeidsstykkets utgangsflate i en tykkelse som er tilstrekkelig til å motstå gjennomtrengning av en stråle av en slik intensitet og varighet at det dannes et hull med en ensartet form i arbeidsstykket uten grader ved utgangsflaten.
Oppfinnelsen vedrører også et apparat for utførelse av fremgangsmåten, omfattende en kilde med en utgangsstråle som har tilstrekkelig styrke til å bore et hull i arbeidsstykket,
idet strålingens bølgelengde er slik at den stort sett ikke er overførbar gjennom arbeidsstykket, og et understøttelsesorgan som er formet etter omrisset av arbeidsstykkets utgangsflate og er i stand til intim kontakt med denne.
Det er kjent å benytte stråler, f.eks. elektron-, mikro-bølge- og laserstråler for hurtigboring av hull i et arbeidsstykke. Ved gjennomføringen av en slik boreoperasjon sendes en strøm av elektroner, fotoner e.l., avhengig av hva slags stråling som blir benyttet, slik at elektron- eller fotonstrøm-men støter voldsomt mot overflaten på det arbeidsstykke som det bores i. Den høyintensive energipåvirkning som arbeidsstykkets inngangsflate derved blir utsatt for, forårsaker smelting og fordamping. Det dannes raskt en fordypning i arbeidsstykket,
ofte ved gjentatt pulsering av strålingen.
Nevnte understøttelsesorgan plasseres på utgangssiden av arbeidsstykket i den hensikt å unngå at strålen også trenger gjennom et annet element av arbeidsstykket når det arbeides med ett sådant, og tjener dessuten til å bidra positivt ved dannelsen av et hull med ensartet form uten ru kanter med grader eller andre mangler. Etter som boreprosesser hvor det nyttes elektron-stråler har vært i lengre tids bruk enn slike hvor det nyttes laserstråler, er det bare naturlig at ovennevnte understøttelses-organ først og fremst har blitt utviklet med tanke på anvendelse i tilknytning til boring med elektronstråle. Som beskrevet i US-patentskrift 3.649.806 tjener et slikt understøttelsesorgan for tilførsel av et fordampbart medium inne i organet hvorved mediumet bidrar til oppnåelse av et kvalitetsmessig godt hull. Tidligere kjente understøttelsesorganer som er beregnet for bruk ved boring ved elektronstråle, er stort sett også egnet for anvendelse ved boring med laserstråle, nemlig fordi de kan oppta innfallende stråling fra begge spektralområder, samtidig som de frembringer gasser som bidrar positivt til formingen av hullet.
Det er stor interesse for hullboring ved hjelp av stråler, og dette skyldes de høye produksjonshastigheter som disse boreprosesser kan arbeide med, spesielt innenfor materialområdet harde- til maskinmaterialer.
For å maksimalisere de økonomiske fordeler ved slike boreprosesser, er det selvsagt et ønske å nytte kortest mulig strå-lingstid og minst mulig strålingsenergi for boring av hvert hull, dvs. at tilført stråling ikke ønskes opprettholdt etter at hullet er nådd gjennom arbeidsstykkets utgangsside og det er oppnådd ensartet form på hullet, idet både tid og energi er bortkastet etter at dette har skjedd. For arbeidsstykker med ens tykkelse og sammensetning medfører dette nødvendigheten av å justere tid og strålingsintensitet i forhold til visse forutbestemte faste verdier. Hvis derimot arbeidsstykkets tykkelse varierer innenfor ganske store tilvirkningstoleranser, må energi-tid-forhold. inn-stilles på basis av den maksimale- tykkelse som forekommer, nemlig for å' sikre boring av samtlige hull. Dette medfører ineffektivi-tet og redusert produksjonskapasitet ved boring av arbeidsstykker hvor store deler er tynnere enn tverrsnittet med maksimal tykkelse. Dessuten kan det være nødvendig å fremstille understøttel-sesorganene med større tykkelse for å sikre at de ikke gjennom-bores av strålen på de. tynneste stedene av arbeidsstykket hvor strålen uten hensikt vil kunne trenge inn i understøttelses-organet. Tilsvarende problemer vil kunne oppstå i forbindelse med arbeidsstykker med sammensetning som varierer fra sted til sted eller med arbeidsstykker hvor vinkelen mellom arbeidsstykke og stråleakse endrer den effektive boringsdybde. Dersom forannevnte variable størrelser er kjente eller lar seg beregne, vil det ved innføring av en strålestyreanordning kunne bli fore-tatt en effektiv tilpasning i forhold til nevnte variasjoner. Imidlertid fører en slik fremgangsmåte med seg betydelige ut-gifter, idet den mest fordelaktige løsning vil måtte bestå i en enkel metode for å styre strålens inntrengning i understøttelses-organet ved boring i arbeidsstykker med varierende tykkelse.
Oppfinnelsen tar derfor blant annet sikte på å frembringe en fremgangsmåte og et apparat for boring ved hjelp av stråler hvor det blir oppnådd særlig god effektivitet ved boring av vel-formete hull i et arbeidsstykke.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at understøttelsesorganet i alt vesentlig overfører en del av strålingen som treffer det, og at den stråling som passerer gjennom hullet og understøttelsesorganet påvises ved hjelp av en detektor som befinner seg i avstand fra, men i optisk forbindelse med det sted hvor strålingen treffer understøttelsesorganet, samt at borestrålens intensitet reguleres som en funksjon av den stråling som påvises med detektoren.
Apparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved en detektor, som er plassert i avstand fra, men i optisk forbindelse med det sted hvor strålingen treffer understøttelsesorganet, for av-føling av den stråling fra kilden som passerer gjennom hullet som er dannet ved strålens virkning og som passerer gjennom under-støttelsesorganet, og ved en anordning for styring av kildens avgitte effekt som en funksjon av den strålingsintensitet som blir avfølt av detektoren.
I en foretrukket utførelsesform vil det når en borende laserstråle trenger gjennom arbeidsstykket og inn i understøttel-sesorganet, finne sted en overføring fra organet av en del av den laserstråling som passerte gjennom det borete hullet. En fiberoptikk-mottaker, som er i kontakt med en fri flate på under-støttelsesorganet, mottar og styrer stråling til en fotoelek-trisk eller halvleder-detektor som er koplet til styreanordningen, hvoretter borevirkningen bringes til opphør på en kontrollerbar måte som en funksjon av den stråling som ble regist-rert ved detektoren. Ved en særlig foretrukket utførelse har en kontinuerlig indikator-laserstråle samme utstrekning som en pulsstyrt borings-laserstråle, og understøttelsesorganet sender fortrinnsvis på indikatorstrålens bølgelengde. Understøttelses-organet ifølge oppfinnelsen kan på grunn av intim kontakt med arbeidsstykket samt utviklingen av gasser ved innvirkning fra strålen, bidra fordelaktig i dannelsen av et symmetrisk hull som er fritt for ru kanter med grader.
I en foretrukket praktisk utførelsesform av oppfinnelsen blir det benyttet en neodymlaser-boringsstråle i forbindelse med en heliumneonlaser-indikatorstråle, og understøttelsesorganet som består av epoksyharpiks, og fotomultiplikator-detektoren kan henholdsvis transmittere og avføle stråling fra indikatorstrålen når denne passerer gjennom det hull som boringsstrålen har laget.
Oppfinnelsen tillater økt hastighet og presisjon ved boring av et stort antall hull i et arbeidsstykke med varierende effektiv tykkelse, idet den sikrer at tynnere seksjoner ikke utsettes for for stor energipåvirkning, mens tykkere seksjoner får tilført tilstrekkelig energi, slik at det over hele arbeidsstykket effek-tivt frembringes fullstendig formete hull. Et annet trekk ved oppfinnelsen er at understøttelsesorganet kan gjøres tynnere og følgelig fremstilles til lavere pris, ettersom det foreligger mindre risiko for utilsiktet gjennomtrengning av organet ved unødig overskridelse av en borefunksjon. Disse og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelse under henvisning til den medfølgende teg-ning som viser skjematisk en utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen.
Dette utførelseseksempel blir beskrevet i tilknytning til boring av et støpestykke 20 av f.eks. en superlegering, ved hjelp av stråling 23 fra en laser 22, men oppfinnelsen kan utnyttes i forbindelse med andre materialer og andre slags stråler enn laserstråler. De stråler det her er tale om, kan betegnes som energistråler og innebærer energitransmisjon innenfor spekteret for elektromagnetiske fenomener.
Det har tidligere vært beskrevet hullboring i metaller,
ved hjelp av laserstråler. En særlig god fremgangsmåte, som foreliggende oppfinnelse kan utnyttes sammen med, er beskrevet i US-patentskrift 4.092.515.
Den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er særlig egnet for anvendelse ved boring i et arbeidsstykke av en koboltsuper-legering og med en tykkelse på ca. 5 mm og hvori det skal bores hull med en diameter på 0,4-0,6 mm og med avvikende skråning.
En neodymlaser er innrettet til å bore et hull ved å sende en pulsstyrt stråling med en bølgelengde på 1,06 um mot arbeidsstykkets 20 inngangsflate 24 og med en styrke på o ca. 10 7 watt/ cm 3, en pulsvarighet på ca. 650 mikrosekunder og en pulshastighet på ca. 0,3-1 puls pr. sekund. Oppstilt på linje med neodymlaseren er på vanlig måte plassert en heliumneon-indikatorlaser 26, som er innrettet til å fungere kontinuerlig ved en bølgelengde på 0,63 ^m. .Et understøttelsesorgan 28 er anbrakt i intim kontakt med arbeidsstykkets 20 utgangsflate 30. Et foretrukket understøttel-sesorgan for utførelse av oppfinnelsen består av et materiale med en sammensetning og struktur som er i stand til å overføre stråling med bølgelengde for en laserstråle som passerer gjennom hullet. Et eksempel på et materiale som oppfyller dette krav for 0,63 |am bølgelengden er den epoksyharpiksforbindelse som er kjent som "Epon 815" og "Hardener V-40". Understøttelses-organet 28 blir anbrakt på vanlig måte på arbeidsstykkets 20 utgangsflate 30 i en tykkelse på ca. 4 mm. Etter at understøttel-sesorganet 28 har herdnet i ca. 24 timer, anbringes det sammen-satte stykke i boreapparatet.
I nærheten av en fri flate på understøttelsesorganet 28 anbringes enden av en optisk leder 32 av glassfiber, slik at den kan virke som en mottaker for eventuell stråling som blir overført fra understøttelsesorganet. I sin andre ende er lederen koplet til en detektor 34, som utgjøres av en fotoemisjonscelle, eksempelvis en fotomultiplikator. Det pleier å være ønskelig å omdanne den innfallende laserstråling 23 til et elektrisk signal. Detektorens 34 elektriske utgang vil være proporsjonal med den innfallende stråling og blir hensiktsmessig omformet for å styre neodymboringslaseren 26.
For å gjennomføre oppfinnelsen på den foretrukne måte, aktiveres begge lasere 22, 26, og boringen i et arbeidsstykke påbegynnes, vanligvis i en skjermet omgivelse. Når arbeidsstykket 20 gjennomtrenges etter et antall pulser fra neodymlaseren som arbeider på forannevnte måte, vil stråling fra så vel neodymlaseren som den kontinuerlig virkende heliumneonlaser treffe understøttelsesorganet 28. Dette motstår gjennomtrengning av boringsstrålen, og sprer og absorberer stråling fra boringsstrålen under fordamping og utvikling av gasser. Understøttelses-organet 28 overfører en del av strålingen fra indikatorstrålen 25 gjennom sin struktur til fiberoptikk-mottakeren. Stråling fra boringsstrålen 23 blir også overført, men med betydelig større absorpsjon og dempning. Detektoren 34 er slik innrettet at den er særlig følsom overfor bølgelengden for indikatorstrålen. Ved påvisning av stråling over et forinnstilt terskel-nivå, vanligvis bakgrunnsnivået, avsluttes virkningen av boringsstrålen på en styrt og kontrollert måte, i alminnelighet etter noen få ytterligere pulser for å forme hullet fullstendig ferdig. Varigheten av boringsstråleoperasjonen er følgelig knyttet direkte sammen med arbeidsstykkets effektive tykkelse. Etter at boringen er fullført, flyttes arbeidsstykket 20 bort fra boreapparatet og understøttelsesorganet 28 fjernes ved oppløsning ved oppvarming til 550°C i luft i 1 time eller mer. Det kan også benyttes andre måter for å fjerne organet.
I et annet eksempel skal et 10 cm langt rør med et 4 x
10 mm nominelt ovalt tverrsnitt og fremstilt av ca. 1 mm tykk tynnplate av nikkelsuperlegering utformes med et stort antall
hull ved boring. Røret fylles med den forannevnte epoksyharpiksforbindelse (Epon) som tillates å herdne. En fiberoptikk-mottaker er som i tidligere eksempel utformet med en detektor 34 og styre-anordning, hvor epoksyharpiksen er frilagt. Laserboringen settes i gang, og så snart det blir påvist stråling i understøttelses-organet 28, blir stråleenergien avbrutt og et nytt hull påbegynt. Etter at boringen er avsluttet blir røret oppvarmet langsomt
og kontrollerbart for å oksydere bort understøttelsesorganet 28, idet eventuelle rester fjernes ved vanlige renseprosesser.
Et antall alternative utførelser kan benyttes. Det kan
som nevnt anvendes annen stråling enn laserstråler, enten for boring eller som indikatorstråle. Understøttelsesorganer som er egnet for overføring av bølgelengden for strålingen fra boringsstrålen vil selvsagt ikke kreve at det blir benyttet en indikatorstråle med særskilt bølgelengde. For gjennomføring av oppfinnelsen er det imidlertid nødvendig at arbeidsstykket 20
er forholdsvis ugjennomskinnelig eller opakt og ikke-overførende for i det minste én bølgelengde som treffer arbeidsstykket og passerer gjennom hullet i overensstemmelse med strålingen fra boringsstrålen. Selv om det foretrukne utførelseseksempel
er beskrevet i tilknytning til koherent stråling, hvor boringsstrålen fungerer på en pulsstyrt måte, er heller ikke disse begrensninger nødvendige for gjennomføring av oppfinnelsen. Ikke-koherent stråling eller kontinuerlig driftsmåte for kilden kan vise seg gunstig for boring av spesielle arbeidsstykker.
For å gjøre praktisk gjennomføring av oppfinnelsen mulig må et minimumskrav til understøttelsesorganet 28 være at det er i stand til å overføre stråling tvers igjennom sin egen tykkelse. Årsaken er at ved et understøttelsesorgan, som har en minimal ugjennomtrengelig tykkelse, må det nærmeste sted for plassering av detektoren 34 nødvendigvis være ved den frie flate direkte langs stråleaksen. Den overførte stråling må være tilstrekkelig slik at detektoren på en pålitelig måte kan skjelne strålingen fra eventuell bakgrunnsstråling som måtte falle inn på detektoren. Det er vanskelig å sette grensen for minimalt akseptabel transmisjon. Et tilfredsstillende understøttelsesorgan vil overføre stråling fra treffpunktet for strålen, gjennom dets egen tykkelse og til en følsom mottaker/detektor som er plassert så nær som mulig nevnte strålingstreffpunkt. Det nærmeste mottakeren kan komme strålens treffpunkt på understøttelsesorganet er representert ved organets tykkelse, med mindre mottakeren er innleiret i understøttelsesorganet. Den nødvendige tykkelse for et organ er selvfølgelig en funksjon av arbeidsstykkets tykkelse, strålestyrken og hulldiameteren. Det kan benyttes under-støttelsesorganer med en tykkelse på ca. 0,5 mm og på ca. 10 mm.
Det er mest ønskelig at mottakeren er plassert i avstand fra stråleaksen, slik at det ikke er nødvendig å bevege mottakeren synkront med strålen for å motta signalet, og i et slikt tilfelle vil understøttelsesorganet trenge større transmittans. Understøttelsesorganets gjennomslippingsevne eller transmittans vil selvsagt variere med organets sammensetning og bølgelengden for strålingen som støter mot det. Understøttelsesorganet behøver ikke å ha fullkommen gjennomslippelighet eller overførbarhet for den stråling som skal påvises, ettersom det tillates en viss grad av dempning. For laserstråling i 0,63 um-bølgelengden har forannevnte Epon epoksyharpiks tilstrekkelig transmittans for alle praktiske anvendelser som har interesse frem til i dag. Også andre, liknende understøttelsesorganer på polymerbasis vil være egnet for formålet. Det er akseptabelt med en viss diffusjon eller spredning av strålingen inne i understøttelsesorganet så
lenge den har en styrke som er påviselig ved et mottakerpunkt.
I det utførelseseksempel hvor det arbeides med en indikatorlaser med bølgelengde på 0,63 nm, bør den minimale transmittans for et akseptabelt understøttelsesorgan være slik at 10% av strålingen er påviselig i en avstand av 5 cm fra hullet.
Det er i alt vesentlig benyttet en klar harpiks, f.eks. uten fyllstoff (Epin 815 har en brunlig fargetone som kan god-tas). Innleiring av 50 vekt% av et fyllstoff, såsom natronkalk-glass er skadelig for understøttelsesorganets funksjon i kombina-sjon med de forannevnte lasere, spesielt når mottakeren er plassert noen få cm i avstand fra hullet. Det antas at dette skyldes det store antall brytende grensesnitt som partikkelrnaterialet fremviser, fordi et understøttelsesorgan av bare glass antas å fungere hensiktsmessig. Et fyllstoff med en brytningsindeks som ikke er forskjellig fra brytningsindeksen for bindemiddel, vil kunne benyttes. Et fyllstoff som virket dempende på samtlige av strålingens bølgelengder, ville selvsagt være helt utjenlig dersom det var til stede i en betydelig mengde. Andre faktorer vil selvfølgelig innskrenke valget av understøttelsesorgan, såsom krav om lett og enkel anbringelse eller påføring og fjerning, effektivitet i å motstå gjennomtrengning av en stråle, pris osv.
Det kan hende at et understøttelsesorgan, som oppfyller
de foregående kriterier, ikke har en passende brytningsindeks overfor luft til å overføre stråling langs arbeidsstykkets plan når det er ønskelig å ha mottakeren plassert på et sted som befinner seg til side for arbeidsstykket. I et slikt tilfelle kan et belegg, overtrekk eller overflatelag bringes i kontakt med organets frie flate for enten å endre grensesnittets brytningsindeks eller på annen måte frembringe en reflekterende flate. På tilsvarende måte kan det være ønskelig å benytte et flerlags-understøttelsesorgan. Som eksempel kan nevnes: Det anbringes et første sjikt i intim kontakt med arbeidsstykket, hvilket sjikt har høy motstandsevne overfor strålegjennomtreng-ning, og et andre sjikt, som er sterkt strålingsoverførende men mindre motstandsdyktig, ovenpå det første sjiktet. I en slik utførelse vil det andre sjikt først og fremst funksjonere som mottakeren i den foretrukne utførelse.
Det er mulig med variasjoner i mottakeren, detektoren og styreanordningen. Det er å foretrekke at mottakeren lett kan koples fra understøttelsesorganet, for å tillate at den blir benyttet på et stort antall deler. Mottakeren kan imidlertid være støpt inne i understøttelsesorganet under fremstillingen av dette, hvis så er ønskelig, og i dette tilfelle vil beliggen-het av mottakeren være fastlagt, og den påviste stråling vil tilsvare strålingen inne i organet, istedenfor den som utstråles tvers over et luftgap mellom mottakeren og understøttelses-organets flate. I visse tilfeller kan det dessuten være ønskelig å benytte flere enn én mottaker, enten serie- eller parallell-koplet, for å sikre mottakelse av et passende signal når det bores hull på forskjellige steder.
I det foran beskrevne apparat var detektoren en fotomulti-plikatoranordning. Andre transduktorer, som er i stand til å oppfatte minst én bølgelengde for strålingen fra en stråle som passerer gjennom hullet, kan anvendes. Selv om det ved den praktiske gjennomføring av oppfinnelsen ble forutsatt et skille mellom mottakeren og detektoren, er mottakeren med leder ikke et påkrevet element for så vidt som detektoren kart være plassert direkte ved eller inne i understøttelsesorganet ved spesielle utforminger.
Når strålingen blir påvist inne i understøttelsesorganet, påvises gjennomtrengning av arbeidsstykket, og boringsstrålens utgang kan bli endret. Erfaringer som gjøres i forbindelse med apparat og materiale vil gi råd og vink med hensyn til den kontroll- og styremåte som er nødvendig for å frembringe den ønskete hullform. Valgfrie kontroll- og styremåter kan består i umiddel-bar eller forsinket avslutning eller modulasjon.
1. Fremgangsmåte for boring av et hull i et arbeidsstykke (20) ved hjelp av én eller flere stråler (23,25), idet arbeidsstykket har en inngangsflate (24) og en utgangsflate (30) og som i alt vesentlig er ikke-overførende for stråling fra i det minste den ene av strålene (25), hvor det sendes en stråle (23) mot inngangsflaten (24) med tilstrekkelig styrke til å trenge gjennom arbeidsstykket (20) og bore et hull gjennom utgangsflaten, og hvor et understøttelsesorgan (28) bringes i intim kontakt med arbeidsstykkets utgangsflate (30) i en tykkelse som er tilstrekkelig til å motstå gjennomtrengning av en stråle av en slik intensitet og varighet at det dannes et hull med en ensartet form i arbeidsstykket uten grader ved utgangsflaten, karakterisert ved at understøttelsesorganet (28) i alt vesentlig overfører en del av strålingen som treffer det, og at den stråling som passerer gjennom hullet og under-støttelsesorganet påvises ved hjelp av en detektor (34) som befinner seg i avstand fra, men i optisk forbindelse med det sted hvor strålingen treffer understøttelsesorganet, samt at borestrålens intensitet reguleres som en funksjon av den stråling som påvises med detektoren (34). 2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det benyttes to stråler (23,25), nemlig en boringsstråle, som tilfører nødvendig energi for gjennom-trengningen, og en indikatorstråle, som tilfører stråling for påvisning og kontroll. 3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at strålene er laserstråler. 4. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-3 for boring av et hull i et arbeidsstykke (20), som har en inngangsflate (24) og en utgangsflate (30), ved hjelp av én eller flere stråler (23,25), omfattende en kilde (22) med en utgangsstråle (23) som har tilstrekkelig styrke til å bore et hull i arbeidsstykket, idet strålingens bølgelengde er slik at den stort sett ikke er overførbar gjennom arbeidsstykket,
og et understøttelsesorgan (28) som er formet etter omrisset
Claims (1)
- av arbeidsstykkets (20) utgangsflate (30) og er i stand til intim kontakt med denne, karakterisert ved en detektor (34), som er plassert i avstand fra, men i optisk forbindelse med det sted hvor strålingen treffer understøttel-sesorganet (28), for avføling av den stråling fra kilden som passerer gjennom hullet dannet ved strålens virkning og som passerer gjennom understøttelsesorganet (28), og ved en anordning for styring av kildens (22) avgitte effekt som en funksjon av den strålingsintensitet som blir avfølt av detektoren (34).5. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at kilden omfatter en første kilde (22) med en utgangsstråle (23) som har tilstrekkelig styrke til å bore et hull i arbeidsstykket (20),.en andre kilde (26) med en utgangsstråle (25) som stort sett faller sammen med strålen fra den første kilde på en måte som er tilpasset til å indikere at arbeidsstykket er gjennomboret av et hull som er dannet av strålen fra den første kilde, og at detektoren er innrettet til å avføle stråling som trenger gjennom arbeidsstykkets (20) utgangsflate (30) med bølgelengden for strålen fra den andre kilde. 6. Apparat i samsvar med krav 4 eller 5, karakterisert ved at kilden (22) er en laser, og at detektoren (34) er en fotodetektor.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US203679A | 1979-01-08 | 1979-01-08 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO800028L NO800028L (no) | 1980-07-09 |
NO152591B true NO152591B (no) | 1985-07-15 |
NO152591C NO152591C (no) | 1985-10-23 |
Family
ID=21698961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO800028A NO152591C (no) | 1979-01-08 | 1980-01-07 | Fremgangsmaate og apparat for boring ved hjelp av straaler |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0013657B1 (no) |
JP (1) | JPS5594791A (no) |
KR (1) | KR860000128B1 (no) |
AU (1) | AU527454B2 (no) |
CA (1) | CA1138936A (no) |
DE (1) | DE3067231D1 (no) |
IL (1) | IL59073A (no) |
NO (1) | NO152591C (no) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2547519B1 (fr) * | 1983-06-15 | 1987-07-03 | Snecma | Procede et dispositif de percage par laser |
US4839497A (en) * | 1987-09-03 | 1989-06-13 | Digital Equipment Corporation | Drilling apparatus and method |
JPH01283703A (ja) * | 1988-05-09 | 1989-11-15 | Stanley Electric Co Ltd | 車体色レンズの形成方法 |
EP0347053B1 (en) * | 1988-06-13 | 1993-07-14 | ROLLS-ROYCE plc | Laser drilling of components |
CA1324821C (en) * | 1988-08-04 | 1993-11-30 | Milan Brandt | Manufacture of finely perforated sheet material |
GB2318538A (en) * | 1996-10-26 | 1998-04-29 | David Raymond Hicks | Laser/electron beam drilling |
KR100453984B1 (ko) * | 2001-08-27 | 2004-10-26 | 동양반도체 주식회사 | 레이저장치의 보조빔 정렬장치 |
DE10305875A1 (de) * | 2003-02-13 | 2004-09-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Prozesssicherung bei einem Bohrprozess |
US20050247894A1 (en) | 2004-05-05 | 2005-11-10 | Watkins Charles M | Systems and methods for forming apertures in microfeature workpieces |
DE102007022793A1 (de) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg | Perforation |
EP2093011A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-26 | National University of Ireland Galway | A method and apparatus for detecting hole breakthrough in a laser drilling process, using an optical fibre |
US8525073B2 (en) * | 2010-01-27 | 2013-09-03 | United Technologies Corporation | Depth and breakthrough detection for laser machining |
EP2864077B1 (en) * | 2012-06-22 | 2023-10-18 | IPG Photonics Corporation | Laser drilling method and system for producing shaped holes |
US11053781B2 (en) | 2019-06-12 | 2021-07-06 | Saudi Arabian Oil Company | Laser array drilling tool and related methods |
CN110640339A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-03 | 青岛理工大学 | 一种涡轮叶片异形气膜孔的激光加工工艺 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3649806A (en) * | 1970-12-16 | 1972-03-14 | Dieter Konig | Process and apparatus for material excavation by beam energy |
DE2321137C3 (de) * | 1973-04-26 | 1981-06-11 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8000 Muenchen | Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen |
DE2740755A1 (de) * | 1976-10-07 | 1978-04-13 | Lasag Ag | Verfahren zum abtragen von material von einem metallischen werkstueck, insbesondere zum bohren, mittels eines fokussierten laserstrahlimpulses |
US4092515A (en) * | 1977-04-07 | 1978-05-30 | United Technologies Corporation | Laser method of precision hole drilling |
-
1979
- 1979-12-18 CA CA000342343A patent/CA1138936A/en not_active Expired
-
1980
- 1980-01-02 AU AU54279/80A patent/AU527454B2/en not_active Ceased
- 1980-01-03 EP EP80630004A patent/EP0013657B1/en not_active Expired
- 1980-01-03 DE DE8080630004T patent/DE3067231D1/de not_active Expired
- 1980-01-04 IL IL59073A patent/IL59073A/xx unknown
- 1980-01-07 NO NO800028A patent/NO152591C/no unknown
- 1980-01-08 JP JP124480A patent/JPS5594791A/ja active Pending
- 1980-01-08 KR KR1019800000053A patent/KR860000128B1/ko active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5594791A (en) | 1980-07-18 |
CA1138936A (en) | 1983-01-04 |
KR830001719A (ko) | 1983-05-18 |
KR860000128B1 (ko) | 1986-02-26 |
DE3067231D1 (en) | 1984-05-03 |
IL59073A (en) | 1983-05-15 |
NO800028L (no) | 1980-07-09 |
AU5427980A (en) | 1980-07-17 |
EP0013657A1 (en) | 1980-07-23 |
AU527454B2 (en) | 1983-03-03 |
NO152591C (no) | 1985-10-23 |
EP0013657B1 (en) | 1984-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO152591B (no) | Fremgangsmaate og apparat for boring ved hjelp av straaler | |
Krüger et al. | Ultrashort pulse laser interaction with dielectrics and polymers | |
US6482199B1 (en) | Method and apparatus for high precision variable rate material, removal and modification | |
CA2619857C (en) | A method and device for the removal of material by means of laser pulses | |
Löwer et al. | Uniform multimegabar shock waves in solids driven by laser-generated thermal radiation | |
Noack et al. | Influence of pulse duration on mechanical effects after laser-induced breakdown in water | |
CN101678502B (zh) | 把结构结合到透明工件表面的方法 | |
KR101565099B1 (ko) | 타겟의 광자 융발을 위한 방법 및 장치 | |
JP6496248B2 (ja) | フラット基板のレーザベースの機械加工方法および装置 | |
Seka et al. | Laser ablation of dental hard tissue: from explosive ablation to plasma-mediated ablation | |
CN105555463B (zh) | 用具有波长和所选每脉冲能量的脉冲激光器对眼科镜片作标记的装置和方法 | |
DK170961B1 (da) | Brillelinse med et kendemærke og/eller en markering samt fremgangsmåde til frembringelse af et kendemærke og/eller en markering på en brillelinse | |
CN109843499A (zh) | 在玻璃基材中形成孔和狭缝 | |
TW201519984A (zh) | 使用藉由猝發超快雷射脈衝成絲在透明材料中非燒蝕、光聲加壓切削之方法及裝置 | |
JP2003181659A (ja) | レーザ・マーキング法およびこの方法を実施する装置 | |
FR2672486A1 (fr) | Appareil ultrasonore de traitement therapeutique extracorporel des varicoses et des varices superficielles. | |
Ng et al. | Ablation scaling in steady‐state ablation dominated by inverse‐bremsstrahlung absorption | |
JPS6413520A (en) | Geometric improvement in surface of optical element made of crosslinking polymer by resorptive photochemical decomposition | |
US20060235564A1 (en) | Method and multifunctional system for producing laser-induced images on the surfaces of various materials and inside transparent materials | |
Zheng et al. | Enhancement of coupling coefficient of laser plasma propulsion by water confinement | |
McDonald et al. | The effect of Ndá: áYAG radiation at nanosecond pulse duration on dentine crater depth | |
Neev et al. | Dentin ablation with three infrared lasers | |
Caverhill et al. | An investigation into the use of a laser for the removal of modern ink marks from paper | |
Vogel et al. | Energy balance of optical breakdown in water | |
Nath | Hand-held laser welding of metals using fibre optics |