CN103394805B - 激光切割打孔装置及切割打孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光加工领域，提供一种激光切割打孔装置及切割打孔方法，通过将振镜扫描系统来控制激光的光路，采用控制系统来设定加工件的图形和控制振镜扫描系统的动作，并通过运动系统带动待加工件或切割打孔装置至加工范围内，聚焦镜聚焦后的激光能量将加工工件材料汽化或融化，加工工件被激光击穿，并通过吹气筒将汽化或融化的材料吹走，本发明的装置可以针对不同尺寸的图形和不同厚度的加工工件进行加工，打孔速度和精度高，失真小。

Description

激光切割打孔装置及切割打孔方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，尤其是涉及一种激光切割打孔装置及切割打孔方法。
背景技术
目前，激光加工作为加工领域的先进制造技术，已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。激光打孔在激光加工领域也得到了很好的应用，其需求越来越趋向孔径微型化，排布密集化方向发展，且要求激光加工打孔的孔径小，孔径约在0.05mm-0.5mm左右，精度高，速度快。
在现有技术中，采用激光打孔通常有两种方式：一种为激光切割方式，另一种为激光振镜扫描方式。
激光切割方式是利用经聚焦的高功率密度激光束照射加工材料，使被照射的材料迅速熔化、汽化，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，运动系统带动加工工件或切割装置运动，从而实现工件且切割或打孔。此种加工方式由于加工工件或切割装置的质量比较大，通常在几个KG以上，运动系统的负载过重，运动速度和加速度较低，很难达到高速的打孔或切割，例如：采用以上的加工方式加工孔径为0.1mm的圆，最高的速度也只能到每秒钟3-6孔，如果继续提高加工速度和加速度就会产生打孔精度变差、孔型失真等问题。这样打孔速度不能满足越来越高的加工需求。
激光振镜扫描方式是采用激光通过振镜反射后通过聚焦镜聚焦后照射在加工工件表面，被聚焦后的激光能量使加工材料汽化或蒸发，从而实现打孔或切割，其通过振镜摆动来实现切割图形的形成，运动系统的负载很小，加工速度高，加工孔径0.1mm的圆可以达到每秒钟几百个以上。然而，这种加工方式在加工薄膜时速度快，加工工件厚度较大时需要用振镜重复扫描图形多次才能切透材料，重复多次扫描时由于热量的聚焦极易造成材料表面烧焦，熔融材料填充在切割缝中不能排除，使加工工件无法切透。此外此种加工方式采用振镜摆动的加工方式，受聚焦镜的限制使加工的幅面较小，不能在大幅面的范围内进行加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光切割打孔装置及切割打孔方法，利用该切割装置进行切割打孔速度快，精度高，失真小，加工工件厚度大，热影响小。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光切割打孔装置；用于控制激光光路的振镜扫描系统和用于将激光束进行聚焦的聚焦镜；其中：该激光切割打孔装置还包括：用于控制振镜扫描系统动作和/或对待加工图形进行分类的控制系统；用于带动切割打孔装置或待加工件运动的运动系统；以及带有吹气嘴的吹气系统。
本发明进一步的优选方案是：所述的吹气系统包括吹气筒和辅助气体吹气孔，该辅助气体吹气孔设置于吹气筒上。
本发明进一步的优选方案是：所述的聚焦镜卡设于吹气筒的内壁，该聚焦镜与吹气筒同轴设置。
本发明进一步的优选方案是：所述的振镜扫描系统包括X轴振镜和Y轴振镜。
本发明还提供一种激光切割打孔的方法，其中：包括：控制系统根据吹气嘴的孔径对待加工件进行图形分类；通过运动系统带动待加工件或切割打孔装置运动到待切割范围内；通过控制系统控制振镜扫描系统运动或不运动来控制激光束光路的运行；最后通过聚焦镜对激光进行聚焦后实现对待加工件的切割或打孔。
本发明进一步的优选方案是：所述的图形分类是将大于吹气嘴孔径的图形分为大图形，小于吹气嘴孔径的图形分为小图形。
本发明进一步的优选方案是：所述的运动系统带动待加工件或切割打孔装置至控制系统设定的小图形所在坐标中心点，通过控制系统控制振镜扫描系统运动并将激光束反射至聚焦镜，聚焦后的激光束实现对小图形的切割或打孔。
本发明进一步的优选方案是：所述的运动系统带动待加工件或切割打孔装置在切割打孔幅面内的X轴、Y轴平面内运动，通过控制系统设定待切割或打孔图形，振镜扫描系统不运动，激光束通过振镜扫描系统反射至聚焦镜，聚焦后的激光束实现对大图形的切割或打孔。
本发明进一步的优选方案是：所述的激光束聚焦后照射至待加工件表面，并根据图形分类进行击穿该待加工件，然后通过吹气系统将辅助气体吹向该待加工件，并将因击穿待加工件产生的残渣吹向待加工件下方。
本发明进一步的优选方案是：所述的吹气嘴位于加工工件的上方，所述的激光束通过聚焦镜聚焦后，再通过该吹气嘴对待加工件进行切割或打孔。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过将振镜扫描系统来控制激光的光路，采用控制系统来设定加工件的图形和控制振镜扫描系统的动作，并通过运动系统带动待加工件或切割打孔装置至加工范围内，聚焦镜聚焦后的激光能量将加工工件材料汽化或融化，加工工件被激光击穿，并通过吹气筒将汽化或融化的材料吹走，本发明的装置可以针对不同尺寸的图形和不同厚度的加工工件进行加工，打孔速度和精度高，失真小。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的切割打孔装置的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
本发明实施例所述的激光切割打孔装置包括用于产生激光的激光器，用于加工工件图形设定和控制振镜扫描系统运动的控制系统，以及用于带动加工工件和切割打孔装置在X、Y轴平面内运动的运动系统，该激光器是二氧化碳激光器或光纤激光器。
参见图1所示，本发明实施例激光切割打孔装置还包括：用于控制激光光路的振镜扫描系统，以及用于将激光1进行聚焦的聚焦镜3；该振镜扫描系统包括X轴振镜7和Y轴振镜8。
如图1所示，本发明实施例所述的切割打孔装置还包括吹气系统，该吹气系统包括吹气筒4和辅助气体吹气孔5，该辅助气体吹气孔5设置于吹气筒4上，该吹气筒4包括吹气嘴41。所述的激光束聚焦后照射至待加工件表面，并根据图形分类进行击穿该待加工件，然后通过吹气系统的吹气嘴41将辅助气体吹向该待加工件，并将因击穿待加工件产生的残渣吹向待加工件下方。所述的吹气筒4位于加工工件6的上方，聚焦镜3同轴卡设于吹气筒5的内壁，所述的激光束通过聚焦镜聚焦后，再通过该吹气嘴41对待加工件进行切割或打孔。
本发明实施例的切割打孔方法如下：
控制系统首先根据吹气嘴的孔径对加工图形进行分类，加工图形中尺寸小于吹气筒4的吹气嘴41孔径的图形为小图形，大于吹气嘴41孔径的为大图形，实际操作中，75%的图形为小图形。
加工小图形时：运动系统带动加工工件6或切割装置运动到小图形所在坐标中心点，激光束1通过控制系统的控制下X轴振镜7、Y轴振镜8运动，并将激光束1反射到聚焦镜3，聚焦后照射在加工工件6表面，被聚焦后的激光能量使加工材料汽化或融化，加工工件6被激光能量击穿，辅助气体5通过同轴吹气嘴4吹到加工工件6表面，将汽化或融化等残渣吹到加工工件6的下方，同时控制系统控制X轴振镜7、Y轴振镜8运动，形成小图形的切割或打孔。
加工大图形时：激光束1经过振镜扫描系统反射到聚焦镜3， X轴振镜7、Y轴振镜8静止不运动，运动系统带动加工工件6或切割装置在切割打孔幅面内的X、Y轴平面内运动，通过控制系统内设定的待切割或打孔的图形，激光束1通过聚焦镜,3聚焦后作用于加工工件6上，被聚焦后的激光能量使加工材料汽化或融化，加工材料被激光能量击穿；辅助气体5通过同轴吹气嘴4将汽化或融化的材料吹到加工工件6的下方，从而实现打孔或切割。
本发明实施例具有以下有益效果：
1、打孔速度高，精度高失真小：特别是在加工由微孔，该微孔可以是小尺寸的圆、方或其他异形小图形，其组成的大面积阵列时，由于小图形的加工是控制系统控制X轴振镜7、Y轴振镜8加工，加工速度和加速度可以提高很多，加工效率能提高100%以上。例如在加工由0.1mm的圆孔或方孔组成间距0.5mm的10*10阵列仅需3-10s，取决于激光的功率或加工工件的厚度，运动系统的响应速度大大提高，切割精度也有了很大的提高，切割图形的失真很小。
2、切割厚度大，边缘热影响小：辅助气体5通过同轴吹气嘴4将汽化或融化的材料吹到加工材料6的下方，激光的可工深度增大；同时由于辅助气体5将激光加工中产生的大量带走，使切割的边缘的热影响区显著减小。
3、加工幅面大：此切割装置的加工范围只取决于机器中采用运动系统的长度，可以大于X轴振镜7与Y轴振镜8的加工范围，机器采用此种高速精密切割装置后可以进行很大幅面的加工。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进,所述的振镜扫描系统的数量及吹气筒结构的改进和变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光切割打孔装置，包括用于产生激光的激光器；用于控制激光光路的振镜扫描系统和用于将激光束进行聚焦的聚焦镜；其特征在于：该激光切割打孔装置还包括：用于控制振镜扫描系统动作和对待加工图形进行分类的控制系统；用于带动切割打孔装置或待加工件运动的运动系统；以及带有吹气嘴的吹气系统。
2.根据权利要求1所述的激光切割打孔装置，其特征在于：所述的吹气系统包括吹气筒和辅助气体吹气孔，该辅助气体吹气孔设置于吹气筒上。
3.根据权利要求2所述的激光切割打孔装置，其特征在于：所述的聚焦镜卡设于吹气筒的内壁，该聚焦镜与吹气筒同轴设置。
4.根据权利要求1所述的激光切割打孔装置，其特征在于：所述的振镜扫描系统包括X轴振镜和Y轴振镜。
5.一种激光切割打孔的方法，其特征在于：包括：控制系统根据吹气嘴的孔径对待加工件进行图形分类；通过运动系统带动待加工件或切割打孔装置运动到待切割范围内；通过控制系统控制振镜扫描系统运动或不运动来控制激光束光路的运行；最后通过聚焦镜对激光进行聚焦后实现对待加工件的切割或打孔,所述的图形分类是将大于吹气嘴孔径的图形分为大图形，小于吹气嘴孔径的图形分为小图形。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的运动系统带动待加工件或切割打孔装置至控制系统设定的小图形所在坐标中心点，通过控制系统控制振镜扫描系统运动并将激光束反射至聚焦镜，聚焦后的激光束实现对小图形的切割或打孔。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的运动系统带动待加工件或切割打孔装置在切割打孔幅面内的X轴、Y轴平面内运动，通过控制系统设定待切割或打孔图形，振镜扫描系统不运动，激光束通过振镜扫描系统反射至聚焦镜，聚焦后的激光束实现对大图形的切割或打孔。
8.根据权利要求5-7任一所述的方法，其特征在于：所述的激光束聚焦后照射至待加工件表面，并根据图形分类进行击穿该待加工件，然后通过吹气系统将辅助气体吹向该待加工件，并将因击穿待加工件产生的残渣吹向待加工件下方。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的吹气嘴位于加工工件的上方，所述的激光束通过聚焦镜聚焦后，再通过该吹气嘴对待加工件进行切割或打孔。
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