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一种利用光斑直径在50到2000μm之间的激光进行激光加工特别是加工卫生产品和部件的方法和装置

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CN101203353A CN 200680022519 CN200680022519A CN101203353A CN 101203353 A CN101203353 A CN 101203353A CN 200680022519 CN200680022519 CN 200680022519 CN 200680022519 A CN200680022519 A CN 200680022519A CN 101203353 A CN101203353 A CN 101203353A
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保罗·帕斯夸洛尼
塞拉菲诺·卢皮内蒂
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法麦凯尼柯设备有限责任公司
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Abstract

一种对工件(A)、特别是卫生产品与部件(A)中选择的工件激光加工的装置,包括激光源(1),配置(2,3)为直径50μm至2000μm激光光斑,用于(A)。激光波长优选9μm至11μm,光束模式在OO、D和Q模式选取。(1)发出非平行光,(1)与反射器(3)间的光程可变,调整激光直径。为激光束转向(A),提供加压管道,反射系统(2),偏转系统(3)。提供运动系统(3,9),形成光斑与(A)间扫描运动;实时控制单元(4),将光斑相应功率作为相对运动瞬时速度函数,调节(4),相对运动优选输送机(9),方向(z)输送工件;至少一个偏转单元(3),给光斑偏转运动,至少一个分量在工件(A)进给方向(z)为横向的方向(x)。

Description

一种利用光斑直径在50到2000 μm之间的激光进行激光加工特别是加工卫

生产品和部件的方法和装置

技术领域

本发明涉及激光加工技术,具体而言即涉及所述加工在卫生产品上的应用以及用 于制造所述产品的部件(包括原材料)。

本发明可被应用于诸如采用激光技术实现切削和/或焊接的工艺,以应用于一次性 吸附产品的生产线,这些产品诸如婴儿尿布、尿失禁患者用产品、女用卫生护垫、各 类干湿抹布以及任何类型的单次包装清洁剂。

发明背景

目前,为了对诸如前述的产品进行焊接和Z或切削操作,会采用通常称为"头"的 机械单元。

为简单起见,我们的分析仅限于切削工艺(显然针对切削的分析也基本上适用于焊 接工艺),切削头通常包括一个构架、 一个对刃辊子和一个刀刃辊子,以及各种附属元 件,如用于清洗对刃和刀刃的系统、润滑系统以及施加切削力的系统。该单元采用电 机驱动,可确保向其可动零件传动。

刀刃由专用材料制成。通常,为获得特别硬从而抗磨的切削刃,可采用专用钢, 如工具用钢,或者采用包含碳化鴒(HM)的烧结材料。采用钢和HM所获得的硬度不 可比较:实际上,前者硬度在60到64 HRC之间,而后者可获得最高1,600 HV10的硬 度。当然,刀刃寿命和所需成本也与硬度成正比。

当前的切削头技术有各种问题。

首先,钢制刀刃的寿命有限:在最佳情形下(即使采取特殊解决方案、专用钢以及 受控的热处理),其寿命也不会超过2000万次"切削",其中术语"切削"用于表示单次切 削操作。

由硬质金属制成的刀刃有更长的寿命,可以很容易地达到l亿次切削,但存在刃磨 的问题。对钢而言,很容易找到具有相应装备并能够对此类刀刃进行刃磨的车间,而

要对采用硬质金属制成的刀刃进行正确的刃磨,则需要刀具本身制造商介入。这种需 求不可避免地会造成采用所述刀刃的生产工序存在"瓶颈"。

当前技术的另 一个重要局限是改变其规格的问题(即产品的尺寸和/或形式)。在此 情况下,必须更换整个头,从而意味着相当大的时间浪费以及由此造成的生产损失。 显然,切削型面形状的任何变更,即使是最小的变更,也必须要采购新的刀刃辊子。

机械切削技术的另 一些问题来源于由生产工艺和与切削工艺本身相关的问题所导 致的形状的局限。

具体而言,对于第一种情况,收敛切削刃圓角的半径存在局限,不能小于3MM, 而对于第二种情况,例如,不能进行横切,因为这种情况下必须有非常高的切削压 力,会损坏整个系统,大大缩短刀刃的寿命。

为克服与机械切削技术相关的问题,迄今为止已考虑了采用激光技术的可能性。

关于这一点,可参考编号为P2001-145659的日本专利申请,其中明确介绍了一种 制造吸附性产品的方法,该方法釆用激光设备来执行沿一规定加工路径切削的功能, 对每一工件,至少从第一支路到第二支路进行。

EP-A-1 447 068号文件以更为具体的表述介绍了一种采用激光束和预定义路径加工 产品的方法,这些产品例如卫生产品,它们以给定方向运动。该加工涉及工件与激光 束之间沿某一路径的相对运动,该路径对每一 工件而言均包含至少 一个第 一 支路和一 个第二支路。所述的方法设想存在至少一个第一激光束和一个第二激光束,以进行加 工。光束以横向偏转(而相对于工件的进给方向,则为纵向偏转),其中的每一光束则 分别针对每一工件定义了加工路径的第 一支路和第二支路。

EP-A-1 447 668号文件所述为单件加工装置以及能量沿切削型面正确分布方面的大 幅改进,其目的是防止对所加工的产品造成不良影响。该文件介绍了对能够处理至少2 个激光束的发生器的选择,该激光器能够独立工作,以简化所需要的加工,提高其绩 效。

发明内容

虽然以EP-A-1 447 668号文件为代表的解决方案做出了相当大的改进,仍然需要能 够对影响产品(如上述卫生产品)以激光技术加工的工艺和参数加以干预乃至控制。

1具体而言,需要有对机械、设备及专用控制器的可用最优布局,该布局应专门针对 所述应用领域的工艺、原材料及产品进行开发。

本发明的目的是完全满足上述需求。

根据本发明,所述目的可以通过具备后文权利要求中具体特征的方法来实现。

本发明还涉及相应的装置。权利要求是本文给出的涉及本发明的技术说明的整体组 成部分。

附图说明

以下将完全通过非限制性的举例并参照附图对本发明进行说明,其中:

图1为能够按照本发明所述方案工作的装置的平面示意图;

图2以侧视图更为详细地示出了本发明所述方案的工作条件;

图3至图6示出了可用于本发明所述方案领域的激光源的优选特性。

具体实施方式

图1中的图涉及本发明装置的总体配置,它作为一个整体,对应于前文已提到的 EP-A-1 447 668号文件中所述的装置。

在图1中,参考标号1所指为一激光源(因为下文所详述的原因,所述激光源可以 采用2台),所述激光源被设计用以产生一个或多个激光束,以加工通常以Z向定义的 方向运动的工件A (此处假设速度恒定,且采取从右至左的方向,如图l所示)。

工件A通常由本说明书引言部分所述类型的卫生产品构成。

指向工件A的激光在工件自身上形成一个交互作用光斑。所述交互作用光斑是要 在工件A上施加沿预设路径的焊接或切削等操作,该路径可能对应于工件A的自身边 界。

1即使下文所给出的说明不会再进一步引用在工件A上进行的焊接和/或切削操作, 仍应了解本发明所述的方案可应用于必须釆用激光加工工件(如工件A)或用以生产前 述工件或产品A的部件(原材料、各种性质的插件等)的任何场合。

通常,假设加工可以连续进行,或者断续进行(即在离散点或区段),以形成点焊, 或在离散点或区段上的穿孔(所谓的刺孔或冲孔)等。

在本发明所示实施例(在此重申,仅为示例)中,由光源1 (如前所述,可能有加 倍)生成的一个或多个激光束被发送至两个光传输单元2,并由此到达具备扫描功能的 部件3,以控制光束的位置和准直。

通过这种方式,可以将至少两个不同的激光束指向工件A,并可对每一激光束独 立地施加偏转运动,偏转方向可以为工件A的运动方向(图1的Z轴),也可以为相 对所述的工件A的运动方向的横向(图1的X轴)。

在优选方式下,激光源1为C02型,总功率为2 KW,由此每一光束就可能有1 KW 的可用功率。为实现较宽的功率选择范围,同样推荐釆用前述类型激光源,在有原材 料类型和/或高加工速度(如最高1000M/MIN)要求的情况下,它最高可以管理5KW 的功率。

通常(这一点将在本说明之后更为全面地介绍),对于切削加工,激光源1配以 OO模式类型的光束模式工作,而对于焊接加工,则配以不同的模式,如D模式或Q模 式。

在釆用能够发射两个功率光束的光源或发生器l的条件下,可以对产品或工件A的 每一面采用一个光束进行独立的加工,而在需要时也可以仅采用一个光束。

例如,假设要对传统型(即市售"开口"式)新生儿用尿裤(尿布)进行激光加工 (如用激光切削产品的轮廓),采用两个光束一边用一个加工就更为方便和高效。

对于以垂直于工件A流向Z方向加工的套穿式(市售封口式,有时也称为"训纟东-阵") 的类似产品,优选仅采用一个光束加工。在这种情况下,事实上,片上切口形状基本 为椭圓形,其中心位于分离两件相邻产品的横向切割线上。在此情况下,激光发生器 在每一件产品在其前方通过时激发光束,并随后进行切割,然后关闭光束,直至下一产品到达。

对激光束进行光束平行校正并控制其位置的扫描器3可以包含以下装置,如 GENERAL SCANNING INC. OF WATERTOWN(美国)生产的HPM10A型光学扫描头, 或SCANLAB (德国)生产的HARRYSCAN 25或POWERSCAN 33产品,或由 RAYLASE (德国)生产的AXIALSCAN或SUPERSCAN等类似产品。

在此情况下,单一或多个光源1所发出的激光束在通过光传输单元2之后,将由每 个扫描器3上的入口接收,并经对进行快恢复电流测定运动的镜片进行偏转,两镜片分 别针对Z轴和X轴动作。

每个激光束在离开扫描器3之后能够以定位光斑的形式到达工件A,其尺寸和会聚 程度可事先确定。加工光束的最小直径(或系统的衍射极限)由下式给出:

D=1.27.F. VD

其中:

d为光斑的最小截面(衍射极限)

1.27为比例常数K

F为所用透《免的焦距

X为;敫光束的波长

D为扫描器上入射激光束的直径

上式在其实际应用中要采用以下所述的另外两个关键因数来实现,它们是所用设 备性质的典型值。

第一个因数表示为激光束的品质因数(M2)。此因数为所用发生器或光源的典型 值。它描述了激光束相对理论高斯构象的偏差:对于理想的激光源,符合理想高斯构 象的光束,因数Is/P等于l;而对于实际的激光束,M2大于1。

第二个因数表示为透镜的球面象差。这是所用透镜品质的固有参数,与原材料纯 度和表面加工精度或类型有关。

通常这两个因数已包含在比例常数K中。

关于这一点,可以注意到,前述激光发生器有可能发出一个或多个激光束,它有 一个特定的偏角,该偏角是谐振器输出镜面曲率角的函数。这样就会形成并非完全平 行的激光束。

这种伪缺陷可以使到达偏转单元3的光束直径按照所用扫描器类型所确定的射入光 直径进行调整。换言之,在本发明的这一优选实施方式中,射入光束乃至施加在工件A上的激光光斑的直径是通过改变光源1与扫描器3之间光程的方式进行调整。这也会 使装置成本降低,并提高其效率,因为能够避免依靠扩展单元和/或透镜来校正光束。

以 一般术语推理,每个扫描器3在工件A平面上的动作范围可以是一个正方形或矩 形,其沿X轴和Z轴的横向尺寸通常可以在100 X 100 MM左右到500 X 500 MM左右 之内范围内根据扫描器3中所用的会聚透镜以及所采用的扫描器类型(二轴式、三轴式 等)进行变化,该透镜决定了与工件流动平面(加工平面)的距离。

在图1的示意表达中,参考号4所指为一个H/W电子控制单元(如一个专用计算 机卡),它监控着系统运行,控制着扫描器3对激光束的偏转操作以及对其功率进行的 调节。其操作根据一组传感器发出的信号进行。在这里所述的示例实施方式中,所述 的传感器组包括以下传感器:传感器6,负责检测工件A的位置;传感器5,负责检测 工件A沿Z轴进给的速度;型面生成中的角位置则由8所示主单元检测,其功能分别 包括主单元(8)和从传感器(5)的功能。所述传感器通常为光学传感器,在6处为 TURK生产的BI2-EG08-APGX-H1341型,而在5处,则为绝对或增量式编码器,如 LINDE AB - 6360/2 - 5 V 1000 PPR或ROD 420-5000X2 PPR等。

参考号7通常指一个处理单元,如线路控制器(可编程逻辑控制器,PLC)工业用 个人计算机(PC),它将监控装有图1所示装置的系统的运行情况。

硬件卡4,与激光发生器l类似,由专用软件控制和编程,软件由单元7管理,其 上应用控制软件和操作员图形界面(图形用户界面,即GUI)。

由图2可以更明确地看出,该装置还包含一个电机驱动的输送系统9,用于工件A 的Z向进给。方^更的是,所述系统由一个电机驱动的输送带系统构成,输送带可以为 循环带,其顶部分支一般沿水平方向延伸,起到输送工件A的支路作用。

当然,在仍属于本技术解决方案范围的条件下,输送系统9可以采用不同于图中所 示的类型,在此无须赘述。

同样的图2示出,扫描器3所在位置使激光束对处于预先确定的加工区10内的工 件A进行加工。在所述区域内,通常配有用于清除一切加工碎屑或废料的装置(未示 出,但为已知类型,例如吸气装置)。

在加工区相对沿工件流方向轴线Z布置的情况下,支承甚至可能会缺失,而使被 加工工件/材料被滞留在相邻两个输送带之间的加工区内发生延伸。

根据工作/加工窗口的大小,在加工中工件A的支承可以为固定或移动式。例如, 在对加工速度和被加工工件几何形状有较高要求的场合下,工作窗口较宽,优选采用 移动式支承,例如图2中示意表示的输送机类型,或负压滚筒,其表面上推荐采用中性 硅树脂/合成材料进行处理,厚度在0.5 iaM至5 或更厚,条件是该支承允许。在支 承表面以刚毛(合成或非合成材料)实施高密度加覆也是一种有效的替代方式。

在工作窗口窄和/或相对较窄的情况下,可以釆用与前文提及乃至阐述的表面具有 相同特性的固定表面,如果元件之间用于沿流向拖动以及保证原材料和/或产品一致性 的跳动允许,则在真空中进行加工。

关于激光源1的特性,可以看出,在其他所有参数均相同的条件下,以9.6^M到 11.0 iiM之间的波长工作可以获得最佳的加工效果,优选在9.6 ^M到10.6 (iM之间选才奪 波长。10.2 pM目前是特别优选的值。

市场上提供的符合这些波长特性的激光源诸如PRC (美国)、ROFIN-SINAR (德 国)、TRUMPF (德国)或LASERLINE (德国)公司生产销售的C02或YAG发生器产品。

尽管并不希望在这一点上受限于任何具体的理论,本申请人仍有理由认为,采用 上述值所获得的结果的品质与通常用于生产所述卫生产品的材料的特性在某种程度上 有关。所述产品与相应的构成材料一起确定了一种有明确规定的待加工工件类型。它 们通常为白色或至少大体为浅色的材料,外观为半透明或乳白色,因此对可见光具有 高度的反射率。在这一点上,还应另外指出,前迷波长值仅对应于处于远红外范围内 的辐射。

特別地,光源1的选择要能够生成一个或多个直径和波长模式与对工件A要进行的 加工类型(切削和/或焊接)相适应的激光束。所述的工件通常在输送系统9上运动,如 图1和图2所示,输送系统9沿通常由Z标注的轴、以从右向左的输送方向工作。

通常,装置布局中激光发生器l的位置和距离可以平行或垂直于Z轴上工件流动的 方向。具体选择可能取决于多种因素,如可用空间、要进行的加工类型、偏转单元3输 入端上所需的光束大小等。除前述方面之外,还已证明采用多束激光源(可能有多个发 生器)在经济上更有利,即这样能够同时产生多个光束,而对每条光束又可独立处理。

在一种优选方式中,激光辐射的传输在加压管道上进行,以防外界物质的污染。 在光传输单元类似2所示的情况下(偏转角例如为90。),它们优选为反射系统,加以 偏振并采用冷却系统冷却,以确保系统整体的热稳定性,通常温度范围在10。C到30°C 之间。在进入偏转系统3之前,在激光辐射路径上,可以加入辅助部件,如头斧正透镜和 /或滤光片,以减弱前述系统的光学缺陷。

通过偏转单元3,激光束或光束被移动、传输并会聚在工作区或加工窗口上,工作 区或加工窗口包含待加工工件和/或原材料的一部分或全部。

如前所述,偏转单元或扫描器3和激光发生器1均为市场上可以购得的部件,其选 型要满足特定加工的需要(要进行的加工的类型、待加工原材料的类型等)。

本申请人所进行的实验证明,在其他所有参数(如来自发生器的射入光束的类型和 尺寸)相同的情况下,投射在工作表面(即工件A)上的输出激光光斑的直径具有特別 重要的意义。

光斑的直径通常是前述物理量的函数,而扫描器3或称偏转单元的选择则参照原材 料或待加工材料流动的速度,以及待加工产品的尺寸。

同样鉴于前文已解释的理由,参照光源l所生成辐射的波长,即对能量注入非常敏 感的原材料和/或被加工产品的物理和化学组成特性,确保激光加工的能量以足够平衡 的方式进行传递或传输就非常重要。

由于图1中4所指的硬件,以及其对加工变量(如激光束功率、激光光斑瞬时速度 以及激光光斑自身尺寸)的实时控制作用,以上结果可以实现。

速度和功率是沿所跟踪的整条曲线逐点调节的,例如,以相隔20NS至50 的频 度,根据由机械连接在加工装置主单元8上的编码器5和传感器6给出的工件流动速 度、位置和相位反馈进行调节。

为了更好地解释本发明所述解决方案中速度和功率特性以及激光光斑尺寸等规定 的重要性,可以参照通常对金属板进行的焊接和/或切削加工。

当采用常规技术(如覆盖电弧式系统)将两块金属板焊接在一起时,电弧会使两金 属板和电极材料熔化。在熔池的加热和冷却步骤中,与焊缝相邻的区域发生热交换, 同时伴随晶粒增大,其結果是材料变脆。实际上在这些情况下可能发现,并不一定在 焊缝本身处失效,而是在与焊缝相邻处失效,这里即所谓的热影响区(HAZ)。

在其他所有参数相同的情况下,热影响区的宽度与焊接速度成反比,而焊接速度 又与熔池尺寸非正比相关,即熔池越大,焊接速度越低,热影响区也越大。采用激光 技术对金属板进行焊接的速度更快,焊缝极小,因此热影响区也较小。

类似地,照射在聚合材料(如制造大多数卫生产品的材料)上的光斑实际上也应尽 可能小,其目的也是缩小HAZ (通常为硬化和扩大的边缘)。

如前所述,发生器1与偏转单元3之间的光束在不透明且加压的管道中传送,以防 止来自外界的任何污染,同时防止操作人员受到任何辐射和/或意外烧伤。

光束方向的任何改变均通过反射系统(如表面重叠和冷却的铜镜)实现,根据发生 器相对偏转单元3的位置,每个激光束有一个或多个反射系统。

如前所述,属于本发明所述解决方案范畴内的原材料和/或被加工产品对于能量注 入非常敏感,因为它们普遍由塑料材料制成,或为合成或为其他,如PE、 PP、粘合树 脂、纤维素等。它们经常是极薄且厚度可变的膜,无论怎样其厚度在10pM到 1000 μM之间。

被加工织物的厚度通常是多种材料结合在一起的结果。在此情况下,加工完成的 片的厚度可以在毫米量级。

对于切削,边缘的质量存在结构劣化的风险(熔化、燃烧、硬化等),且与被加工 型面的宽度乃至进行加工的光斑尺寸有关,这往往会要求将直径减至最小值。

典型情况下(优选但非强制参照前述波长值),所述的直径在50μM至2000 μM 之间,具体根据要进行的切削或焊接加工确定。

典型情况下,对于切削加工,取值在50 μM至800 μM之间,优选值在100 μM至 300 μM之间。

对于焊接加工,可以采用更宽的范围,从100 到2000 μM,典型值在100 μM 到1000 μM 之间,与产品设计中所表述的要求相符。

图3至图6所示为辐照的图象,并有可釆用的不同模式光源(OO模式、D模式或 Q模式)的相对能量分布图。

特别地,图3示出了 3种所述模式的辐照强度典型图象I/I0,相对基准值 I0 = 2P/3,141W2进行正规化,其中P为总功率,W为"OO"模式的光束半径乘以因数 (1/E2 )。图3横坐标的标度表示相对因数W正规化之后的极坐标R。

图4至图6为图3中三个图象的三维表达。

如前所述,给定特定的高斯曲线,对于切削加工,优选00模式,因为它在曲线中 间区域具有较高的能量集中度。

另外两种光束模式Q模式和D模式,由于其形状具有非常宽的能量峰面,优选用 于焊接加工。

在任何情况下,均优选釆用偏转单元3下的专用光学器件,它能够减小和/或消除 光束的外周椭圆化缺陷,该缺陷由视差和/或球面象差和Z或透镜原材料的质量引起。这 些优选的光学器件类型有:SE (单透镜),可使畸变降低50%; DE (双透镜),可将 误差极限降为30%;以及TCE(三重透镜),可使误差接近于0%。

如前所述,激光束在工件A上"寻迹"的功率和瞬时速度值由^f莫块4进行调节、控制 和调相。如前所述,所述模块能够在加工中自行实时交互,以便凭借在装置编程中在 预定时间内作出反应的能力,沿所寻迹的整条曲线即时地控制所涉及的变量。

对卫生产品专用材料的加工不能改变材料本身的性质。本发明所述的解决方案可 以实现这一效果,因为它可以精确地调节加工中所涉及的主要变量,如:

激光束的功率P;

激光束相对被加工材料板的瞬时相对速度V; 加工光斑的瞬时直径D。

例如,本申请人进行的实验表明,可以获得具有良好品质的切口 ,确保以下关系 得到验证:

功率/光斑速度≥k

由此我们得到:<formula>complex formula see original document page 19</formula>K值量纲为:<formula>complex formula see original document page 19</formula>

特别地,以25至1000 KJ/M2的K值可以获得良好的切削结果,对于由分别基于聚 丙烯和聚乙烯的两种材料的组合,优选值在100至300 KJ/N^之间。

应该指出,在K值定义中涉及的3个物理量均为变量,具体而言,速度和功率为因 变量,而光斑的直径为自变量。

换言之,当光束位于扫描器3工作窗口的中心时,光斑的直径为最小值,而当光束 转向工作窗口边缘时,其尺寸将增加。光斑尺寸的这种增加取决于以下情况:当光束 在中间区域工作时,它实际上是一个圓形,而当它在工作区边缘工作时,就变为一个 椭圆,其小径等于圓形光斑的直径。在后一种情况下定义K的公式中须计入的D即为 椭圓的大径。

显然工作区的大小取决于所要获得的产品的形状,因此它不能被改变(自变量)。

为保持K值总大于实现可接受切削质量所需的最小值,对功率和速度这两个因变 量的调整将联合或单独进行。

[96]为了能够控制速度和功率,采用模块4并以典型方式配置,以便:

对应1个工件的比率机械连接至加工的主单元上;编码器的分辨率取决于加工速度和被 加工型面的复杂程度,通常每转计数在1000至10,000之间;

-按照工件沿Z轴流动中定义的型面加工起始和结束来调整时钟相位;这是通过主传 感器(编码器)8实现的,其位置要保证沿Z轴作用;

-将寻迹瞬时速度矢量的强度作为光斑寻迹曲线上位置的函数以及装置的加速和减 速斜坡瞬变中工件A流动速度的函H以此对其实时调节;

-在曲线寻迹过程中即时调节光斑速度矢量横向分量的强度和方向(该分量沿垂直于 工件进给Z向的X轴定义),以保证合成的瞬时切向速度适于确保所需的最小K值;前述速度调节还有另外的好处,即可以减小Z向的工作窗口,继而减小由于偏转系统3 中光学会聚器件的视差和/或球面象差而造成的光束椭圓化结果;以及

-将切削/焊接用光斑的功率强度作为光斑寻迹曲线上位置的函数以及工件A流动速 度的函数,以此对其实时调节,从而确保瞬时功率适于生成在稳态运行和装置的加速 和减速斜坡瞬变期间均需要的最小K值。

功率调节可以实现,即控制单元4对一个0-10-V模拟输出模块进行处理,该模块 可驱动激光源,因为用于控制发生器功率的卡可接受该模拟驱动信号。

当然,在不违背本发明原理的条件下,构造和实施方式的具体情况可能与本发明 完全以非限制性示例说明和图示的内容有很大差别,而又不超出所附权利要求中规定 的本发明的范围。

Claims (65)

1、一种对工件A进行激光加工的方法,所述工件A选自卫生产品与所述产品的部件,该激光加工涉及对所述工件以激光光斑进行加工,其特征是所述激光光斑的直径在50μm到2000μm之间。
2、 如权利要求1所述的方法 的直径在50 /am至800 f_im之间。
3 、 如权利要求2所述的方法 的直径在100 至300 之间。
4、 如权利要求1所述的方法 的直径在100 fim至2000 |im之间。
5、 如权利要求1所述的方法 的直径在100 (am至1000 (im之间。
6、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,所述激光光斑的波长在 9.6 (im至11.0 )im之间。
7、 如权利要求6所述的方法,其特征是,所迷激光光斑的波长在9.6 至10.6 之间选取,优选为10.2pm。
8、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,所述激光光斑的光束模式 在00模式、D模式和Q模式三者中进行选取。
9、 如权利要求8所述的方法,其特征是,所述加工为切削加工,且所述激光光斑 的光束才莫式为OO才莫式。
10、 如权利要求8所述的方法,其特征是,所述加工为焊接加工,且所述激光光斑 的模式在D模式和Q模式二者中选取。
11、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作: 以一个非平行激光束光源(1)生成所述激光光斑,以及以改变所述光源(1)与所述工件A之间光程的方式调节所述激光光斑的直径。
12、 如权利要求11所述的方法,其特征是,还包括以下操作: 通过至少一个偏转单元(3 )对所述工件A施用所述激光光斑,以及,其特征是,所述加工为切削加工,且所述激光光斑 ,其特征是,所述加工为切削加工,且所述激光光斑 ,其特征是,所述加工为焊接加工,且所述激光光斑 ,其特征是,所述加工为焊接加工,且所述激光光斑以改变所述光源(1)与所述至少一个偏转单元(3)之间距离的方式调节所述激光 光斑的直径。
13、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作: 以一个激光束光源(1)生成所述激光光斑,以及 将所述激光束由所述光源(1 )经压力管道转至所述工件A。
14、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作: 以一个激光束光源(1 )生成所述激光光斑,以及将所述激光束由所述光源(1)经至少一个反射系统(2)转至所述工件A。
15、 如权利要求14所述的方法,其特征是,还包括对所述反射系统(2)的冷却操作。
16、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括在100 W至1000 W 范围内调节所述激光光斑相应功率的操作。
17、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括在所述激光光斑 与所述工件A之间形成(3, 9)扫描相对运动的操作。
18、 如权利要求17所述的方法,其特征是,还包括以下操作:将所述激光光斑的 相应功率作为工件A的速度、光斑在其自身对所述工件A的扫描线上的瞬时位置这二 者中至少一个的函数,对其进行调节(4)。
19、 如权利要求17所述的方法,其特征是,还包括以下操作:保持激光光斑对所 述工件A的瞬时扫描速度基本恒定。
20、 如权利要求17所述的方法,其特征是,还包括以下操作:通过所述工件以方 向z的进给运动与所述激光光斑的偏转运动(3)的合成,形成(3, 9)所述的扫描相 对运动,所述的偏转运动至少有一个分量处于相对所述工件A的进给运动方向z的横向 方向x。
21、 如权利要求17所述的方法,其特征是,还包括以下操作:根据在所述扫描运 动中达到的位置,对所述激光光斑有选择地保持其有效或停用。
22、如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作:联合调 节所述激光光斑的功率、所述激光光斑相对被加工工件A的瞬时相对速度以及加工用 激光光斑的瞬时直径,以满足以下关系:其中P为所述激光光斑的功率;V为所述激光光斑相对被加工工件的瞬时相对速度;D为激光光斑的瞬时直径;K为阈值。
23、 如权利要求22所述的方法,其特征是,所述阈值K在25 kJ/n^至1000 kJ/m2 之间选取。
24、 如权利要求22所述的方法,其特征是,所述阈值K在100 kJ/n^至300 kJ/m2 之间选取。
25、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作:通过特 定光学器件抵消所述激光光斑外周椭圓化的缺陷。
26、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作:通过输 送带和/或滚筒元件支承所述工件A。
27、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作:通过温 度受控元件支承所述工件A。
28、 如前述权利要求中任何一项所述的方法,其特征是,还包括以下操作:通过至 少一个涂有一层抗粘合材料的元件支承所述工件A,所述抗粘合材料如中性硅树脂。
29、 一种对工件A进行激光加工的装置,所述工件A选自卫生产品与所述产品的 部件,所述激光加工涉及对所述工件以激光光斑进行加工,其特征是,所述装置包括激 光束光源(1),该光源被配置(2, 3)为对所述工件A施用直径在50fam至2000 pm 之间的激光光斑。
30、 如权利要求29所述的装置,其特征是,所述加工为切削加工,且所述激光光 斑的直径在50 μm至800 μm之间。
31、 如权利要求30所述的装置,其特征是,所述加工为切削加工,且所述激光光 斑的直径在100 μm至300 μm之间。
32、 如权利要求29所述的装置,其特征是,所述加工为焊接加工,且所述激光光 斑的直径在100 μm至2000 μm之间。
33、 如权利要求29所述的装置,其特征是,所述加工为焊接加工,且所述激光光 斑的直径在100 μm至2000 μm之间。
34、 如权利要求29至33中任何一项所述的装置,其特征是,所述激光光斑的波长 在9.6 μm至11.0 μm之间。
35、 如权利要求29所述的装置,其特征是,所述激光光斑的波长在9.6 pm至 10.6 μm之间选取,优选为10.2 μm。
36、 如权利要求29至35中任何一项所述的装置,其特征是,所述激光光斑的光束 模式在00模式、D模式和Q模式三者中进行选取。
37、 如权利要求36所述的装置,其特征是,所述加工为切削加工,且所述激光光 斑的光束模式为OO模式。
38、 如权利要求36所述的装置,其特征是,所述加工为焊接加工,且所述激光光 斑的模式在D模式和Q模式二者中选取。
39、 如权利要求29至38中任何一项所述的装置,其特征是,所述光源(1)为非 平行激光束光源,且所述光源(1 )与所述工件A之间的光程可以变化,以调节所述激 光光斑的直径。
40、 如权利要求39所述的装置,其特征是,还包含至少一个用于对所述工件A施 用所述激光光斑的偏转单元(3),且所述光源(1)与所述至少一个偏转单元(3)之 间的距离可以变化,以调节所述激光光斑的直径。
41、 如权利要求29至40中任何一项所述的装置,其特征是,还包括压力管道, 用以将所述激光束由所述光源(1)转至所述工件A。
42、 如权利要求29至41中任何一项所述的装置,其特征是,还包括至少一个反 射系统(2),用以将所述激光束由所述光源(1)转至所述工件A。
43、 如权利要求42所述的装置,其特征是,所述反射系统(2 )带有冷却和/或偏振。
44、 如权利要求29至43中任何一项所述的装置,其特征是,所述激光光斑的相应 功率在100 W至1000 W范围内。
45、 如权利要求29至44中任何一项所述的装置,其特征是,还包括至少一个运 动系统(3, 9),以便在所述激光光斑与所述工件A之间形成扫描运动。
46、 如权利要求45所述的装置,其特征是,还包括一个控制单元(4),所述控制 单元被配置为:将所述激光光斑的相应功率作为工件A的速度、光斑在其自身对所述 工件A的扫描线上的瞬时位置这二者中至少一个的函数进行调整和/或调节。
47、 如权利要求45所述的装置,其特征是,还包括一个控制单元(4),所述控制 单元被配置为:保持工件A的速度及光斑沿预定标记周界的瞬时位置基本恒定,继而 保持合成矢量的瞬时强度也基本恒定。
48、 如权利要求45所述的装置,其特征是,所述运动系统包括:一个输送机(9),用于以一个方向z生成所述工件的进给运动;以及至少一个偏转单元(3),用于调整或生成所述激光光斑的偏转运动(3),所述运 动至少有一个分量处于相对所述工件A进给运动方向z的横向方向x上。
49、 如权利要求45所述的装置,其特征是,还包括一个控制单元(4),所述控制 单元被配置为:根据在所述扫描运动中达到的位置,有选择地启动和/或停用所述激光 光斑。
50、 如前述权利要求29至49中任何一项所述的装置,其特征是,还包括一个控制 单元(4),所述控制单元被配置为:联合调节所述激光光斑的功率、所述激光光斑相 对被加工工件A的瞬时相对速度以及加工用激光光斑的瞬时直径,以满足以下关系:其中P为所述激光光斑的功率;V为所述激光光斑相对被加工工件的瞬时相对速度;D为激光光斑的瞬时直径;K为阈值。
51、 如权利要求50所述的装置,其特征是,所述阈值K在25 kJ/n^至1000 kJ/m2 之间选取。
52、 如权利要求50所述的装置,其特征是,所述阈值K在100kJ/m2至300kJ/m2 之间选取。
53、 如权利要求29至52中任何一项所述的装置,其特征是,还包括光学单元,用 于抵消所迷激光光斑外周椭圓化的缺陷。
54、 如权利要求53所述的装置,其特征是,所述光学单元在SE、 DE和TCE光学 器件三者中选择。
55、 如权利要求29至54中任何一项所述的装置,其特征是,还包含输送带和/或 滚筒元件,用于支承所述工件A。
56、 如前述权利要求29至55中任何一项所述的装置,其特征是,还包含温度受控 元件,用于支承所述工件A。
57、 如前述权利要求29至56中任何一项所述的装置,其特征是,还包含至少一个 涂有一层抗粘合材料的元件,用于支承所述工件A,所述抗粘合材料如中性硅树脂。
58、 一种对工件A进行连续激光切削的方法,所述工件A选自卫生产品与所述产 品的部件,所述激光切削涉及对所述工件以直径在100 到300 |im之间的激光光斑进 行加工,并在100 W至IOOOW范围内调节所述激光光斑相应功率。
59、 如权利要求58所述的方法,其特征是,还包括以下操作:联合调节所述激光 光斑的功率、所述激光光斑相对被连续切削的工件A的瞬时相对速度以及激光光斑的 瞬时直径,以满足以下关系:<formula>complex formula see original document page 7</formula>其中P为所述激光光斑的功率;V为所述激光光斑相对被加工工件的瞬时相对速度;D为激光光斑的瞬时直径; K为阈值。
60、 如权利要求59所述的方法,其特征是,所述阈值K在25 kJ/n^至1000 kJ/m2 之间选耳又。
61、 如权利要求59所述的方法,其特征是,所述阈值K在100 kJ/n^至300 kJ/m2 之间选取。
62、 一种对工件A进行连续激光切削的装置,所述工件A选自卫生产品与所述产 品的部件,所述激光切削涉及对所述工件以激光光斑进行加工,其特征是,所述装置包 括一个激光束光源(1),配置(2, 3)为以直径在100pm至300 nm之间的激光光斑 施用于所述工件A,其中所述激光光斑的相应功率在IOOW至IOOOW范围内。
63、 如权利要求62所述的装置,其特征是,还包括一个控制单元(4),所述控制 单元被配置为:联合调节所述激光光斑的功率、所述激光光斑相对被连续切削工件A 的瞬时相对速度以及激光光斑的瞬时直径,以满足以下关系:<formula>complex formula see original document page 8</formula>其中P为所述激光光斑的功率;V为所述激光光斑相对被加工工件的瞬时相对速度;D为激光光斑的瞬时直径;K为阈值。
64、 如权利要求63所述的装置,其特征是,所述阈值K在25kJ/m2至1000kJ/m2: 之间选取。
65、 如权利要求63所述的装置,其特征是,所述阈值K在100kJ/m2至300 kJ/m2: 之间选取。
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