CN103692092A - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工装置及激光加工方法，该激光加工装置包括用于产生切割光束的切割激光发生器；用于对切割光束的射入待切割工件的位置进行调整的切割光束位置调节模块；用于对待切割工件的表面进行粗化处理的工件表面粗化模块；以及用于控制切割光束位置调节模块进行调节操作的工控机。本发明还提供一种激光加工方法，本发明的激光加工装置及激光加工方法通过设置工件表面粗化模块粗化待切割工件的切割面，增加了材料对激光的吸收率，提高了切割效率；解决了现有技术中的激光加工装置的生产成本较高或生产效率较低的技术问题。

Description

激光加工装置及激光加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种激光加工装置及激光加工方法。

背景技术

随着激光精密加工范围的不断扩大，越来越多的材料可以使用激光进行精密加工。其中，对于一些如铜、银、陶瓷等具有高反射性的材料，在进行激光切割时，由于该材料对激光的吸收率低，难以达到较高的切割速度及切割效果。

针对上述现象，现在通常采用的应对办法是将深色油墨涂覆在待加工工件表面，再进行激光切割加工，提高材料对激光的吸收率，从而提高切割效率。但是，进行深色油墨涂覆操作需要加入相应的油墨清洗操作，这样会增加产品的生产周期以及生产成本，降低了产品的市场竞争力。

故，有必要提供一种激光加工装置及激光加工方法，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种激光加工装置及激光加工方法，以解决现有技术中的激光加工装置的生产成本较高或生产效率较低的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

提供一种激光加工装置，其包括：

切割激光发生器，用于产生切割光束；

切割光束位置调节模块，用于对所述切割光束的射入所述待切割工件的位置进行调整；

工件表面粗化模块，用于对所述待切割工件的表面进行粗化处理；以及

工控机，用于控制所述切割光束位置调节模块进行调节操作。

在本发明所述的激光加工装置中，所述工件表面粗化模块包括：

压缩气体管道，用于传输压缩气体；

气嘴，用于喷射所述压缩气体；以及

电离单元，用于电离所述压缩气体的粒子，以在所述待切割工件的表面形成等离子体；并使用所述等离子体粗化所述待切割工件的表面。

在本发明所述的激光加工装置中，所述气嘴将所述压缩气体喷射在所述待切割工件的切割面的切割区域。

在本发明所述的激光加工装置中，所述切割光束位置调节模块包括：

扩束镜，用于减小所述切割光束的发散角；

切割头，用于根据所述工控机的信号，对所述切割光束的射入所述待切割工件的位置进行调整；以及

聚焦镜，用于将所述切割光束聚焦在所述待切割工件的切割面的切割区域。

在本发明所述的激光加工装置中，所述气嘴设置在所述切割头的外侧。

在本发明所述的激光加工装置中，所述气嘴通过绝缘装置与所述切割头隔离开。

在本发明所述的激光加工装置中，所述电离单元包括：

正电极，设置在所述待切割工件的切割面一侧；

负电极，设置在所述待切割工件的相对切割面的一侧；以及

高压电源，用于在所述正电极和所述负电极之间施加电压，以电离所述正电极和所述负电极之间的所述压缩气体的粒子。

在本发明所述的激光加工装置中，所述气嘴的出口制作成板状电极，作为所述电离单元的所述正电极。

在本发明所述的激光加工装置中，所述工控机还用于控制所述正电极和所述负电极在所述待切割工件的切割面上的投影覆盖所述待切割工件的切割面的切割区域。

在本发明所述的激光加工装置中，所述工件表面粗化模块还包括设置在所述压缩气体管道上，用于控制所述气嘴喷射所述压缩气体的气阀。

还提供一种激光加工方法，用于激光加工装置，其包括步骤：

对所述待切割工件的表面进行粗化处理；以及

切割光束在所述粗化处理后的所述待切割工件的表面进行切割操作。

相较于现有技术，本发明的激光加工装置及激光加工方法通过设置工件表面粗化模块粗化待切割工件的切割面，增加了材料对激光的吸收率，提高了切割效率；解决了现有技术中的激光加工装置的生产成本较高或生产效率较低的技术问题。

附图说明

图1为本发明的激光加工装置的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的激光加工装置的优选实施例的工件表面粗化模块的工作原理示意图；

图3为本发明的激光加工装置的优选实施例的待切割工件粗化后的状态示意图；

图4为图3的A区域的放大图；

图5为本发明的激光加工方法的优选实施例的流程图；

其中，附图标记说明如下：

100、激光加工装置；

110、切割激光发生器；

120、切割光束位置调节模块；

121、扩束镜；

122、切割头；

123、聚焦镜；

124、全反镜；

130、工件表面粗化模块；

131、压缩气体管道；

132、气嘴；

133、电离单元；

1331、正电极；

1332、负电极；

1333、高压电源；

1334、粗化结构

134、压缩气体源；

140、待切割工件。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。

请参照图1，图1为本发明的激光加工装置的优选实施例的结构示意图。本优选实施例的激光加工装置100包括切割激光发生器110、切割光束位置调节模块120、工件表面粗化模块130以及工控机(图中未示出)。切割激光发生器110用于产生切割光束；切割光束位置调节模块120用于对切割光束的射入待切割工件140的位置进行调整；工件表面粗化模块130用于对待切割工件140的表面进行粗化处理；工控机用于控制切割光束位置调节模块120进行调节操作。

其中工件表面粗化模块130包括压缩气体管道131、气嘴132、电离单元133以及压缩气体源134。压缩气体源134用于提供压缩气体；压缩气体管道131用于将压缩气体源134中的压缩气体传输至气嘴132；气嘴132用于喷射该压缩气体；电离单元133用于电离压缩气体的粒子，以在待切割工件140的表面形成等离子体，并使用等离子体粗化待切割工件140的表面。其中工件表面粗化模块130通过设置在压缩气体管道131上的气阀135来控制气嘴132喷射压缩气体。

其中电离单元133包括正电极1331、负电极1332以及高压电源1333。正电极1331设置在待切割工件140的切割面一侧；负电极1332设置在待切割工件140的相对切割面的一侧；高压电源1333用于在正电极1331和负电极1332之间施加电压，以电离正电极1331和负电极1332之间的压缩气体的粒子。

切割光束位置调节模块120包括扩束镜121、切割头122、聚焦镜123以及全反镜124。扩束镜121用于减小切割光束的发散角；切割头122用于根据工控机的信号，对切割光束的射入待切割工件140的位置进行调整；聚焦镜123用于将切割光束聚焦在待切割工件140的切割面的切割区域；全反镜124用于改变切割光束的射入方向。

本优选实施例的激光加工装置100使用时，首先将待切割工件140放置到工作台上，然后开启工件表面粗化模块130对待切割工件140的切割面的切割区域进行粗化处理。具体为：打开压缩气体管道131上的气阀135，使压缩气体源134中的压缩气体经压缩气体管道131传输至气嘴132，气嘴132将该压缩气体喷射在待切割工件140的切割面的切割区域。随后工件表面粗化模块130的电离单元133对切割区域的压缩气体的粒子进行电离操作，以在待切割工件140的切割区域形成等离子，并使用该等离子体粗化该待切割工件140的切割区域。

电离操作的具体过程如图2所示。通过高压电源1333在正电极1331和负电极1332上施加电压，使得正电极1331和负电极1332之间存在高电压，从而正电极1331和负电极1332之间的压缩气体的部分粒子被电离成一个正离子和一个负离子。电离出来的负离子在正电极1331和负电极1332之间的电场的作用下，对其他的中性粒子进行轰击，产生更多的负离子以及正离子。这样在正电极1331和负电极1332之间形成了大量稳定的等离子体。

由于电离产生的等离子体处于正电极1331和负电极1332之间的电场内，具有较大质量的正离子会在该电场的作用下，向负电极1332方向加速运动，从而轰击到待切割工件140的表面，从而在待切割工件140的切割面上形成粗化结构1334。该粗化结构1334如图3和图4所示，可为绒面结构、锯齿结构或金字塔结构，该粗化结构1334可提高射入的切割光束的吸收率（具体如图4所示，切割光束在粗化结构1334中不断反射而被逐渐吸收掉），改善切割效果。

在对待切割工件140的切割区域进行粗化的同时，切割激光发生器110可产生切割光束，并通过扩束镜121扩束，发散角减小，以提高切割光束的质量；切割光束经过工控机控制的切割头122以及聚焦镜123聚焦在待切割工件140的切割面的切割区域，对该待切割工件140进行切割加工。同时切割光束位置调节模块120还包括全反镜124，通过全反镜124可调整切割光束的射入方向，更加便于切割激光发生器110和待切割工件140相对位置的设置。

优选的，气嘴132设置在切割头122的外侧，且气嘴132通过绝缘装置136与切割头122隔离开，同时工控机控制正电极1331与负电极1332在待切割工件140的切割面上的投影覆盖待切割工件140的切割面的切割区域，即粗化区域与切割区域一起移动（如正电极、负电极以及切割头一体设置或同步移动）；这样电离单元133可针对切割区域的待切割工件140的切割面进行区域粗化，同时压缩气体的喷射与切割光束的输入相互不会影响，即提高了切割效率，又节约了切割操作的成本。优选的，工件表面粗化模块130的气嘴132的出口可直接制作成板状电极作为正电极1331，这样可进一步提高粗化的精度。

本发明还提供一种激光加工方法，请参照图5，图5为本发明的激光加工方法的优选实施例的流程图。该激光加工方法用于激光加工装置，该激光加工装置包括用于产生切割光束的切割激光发生器、用于对切割光束的射入待切割工件的位置进行调整的切割光束位置调节模块以及用于对待切割工件的表面进行粗化处理的工件表面粗化模块。该激光加工方法包括：

步骤S501，对待切割工件的表面进行粗化处理；

步骤S502，切割光束在粗化处理后的待切割工件的表面进行切割操作；

本优选实施例的激光加工方法结束于步骤S502。

本优选实施例的激光加工方法的具体加工过程与上述的激光加工装置的优选实施例中的描述相同，具体请参见上述激光加工装置的优选实施例中的相关描述。

本发明的激光加工装置及激光加工方法通过设置工件表面粗化模块粗化待切割工件的切割面，改变了待切割工件的切割面的表面结构，提高了待切割工件对激光的吸收率，提高了切割效率；同时改变了传统的油墨涂覆处理待切割工件的工艺，缩减了工件加工工序，缩短了工件生产周期。解决了现有技术中的激光加工装置的生产成本较高或生产效率较低的技术问题。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种激光加工装置，其特征在于，包括：

切割激光发生器，用于产生切割光束；

切割光束位置调节模块，用于对所述切割光束的射入所述待切割工件的位置进行调整；

工件表面粗化模块，用于对所述待切割工件的表面进行粗化处理；以及

工控机，用于控制所述切割光束位置调节模块进行调节操作。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述工件表面粗化模块包括：

压缩气体管道，用于传输压缩气体；

气嘴，用于喷射所述压缩气体；以及

电离单元，用于电离所述压缩气体的粒子，以在所述待切割工件的表面形成等离子体；并使用所述等离子体粗化所述待切割工件的表面。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，所述气嘴将所述压缩气体喷射在所述待切割工件的切割面的切割区域。

4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，所述切割光束位置调节模块包括：

扩束镜，用于减小所述切割光束的发散角；

切割头，用于根据所述工控机的信号，对所述切割光束的射入所述待切割工件的位置进行调整；以及

聚焦镜，用于将所述切割光束聚焦在所述待切割工件的切割面的切割区域。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，所述气嘴设置在所述切割头的外侧。

6.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，所述气嘴通过绝缘装置与所述切割头隔离开。

7.根据权利要求2的激光加工装置，其特征在于，所述电离单元包括：

正电极，设置在所述待切割工件的切割面一侧；

负电极，设置在所述待切割工件的相对切割面的一侧；以及

高压电源，用于在所述正电极和所述负电极之间施加电压，以电离所述正电极和所述负电极之间的所述压缩气体的粒子。

8.根据权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，所述气嘴的出口制作成板状电极，作为所述电离单元的所述正电极。

9.根据权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，所述工控机还用于控制所述正电极和所述负电极在所述待切割工件的切割面上的投影覆盖所述待切割工件的切割面的切割区域。

10.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，所述工件表面粗化模块还包括设置在所述压缩气体管道上，用于控制所述气嘴喷射所述压缩气体的气阀。

11.一种激光加工方法，用于激光加工装置，其特征在于，包括步骤：

对所述待切割工件的表面进行粗化处理；以及

切割光束在所述粗化处理后的所述待切割工件的表面进行切割操作。

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