CN104368909B - 一种激光切割方法及激光切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光切割方法及激光切割装置。激光切割方法，包括：步骤1，将入射激光束31分为两束平行光束，两束平行光束平行；两束平行光束经折射聚焦后形成两束聚焦光束，聚焦光束具有聚焦焦点，两个聚焦焦点分别位于聚焦的光轴20两侧；步骤3，两束聚焦光束对被切割物10进行切割。它具有如下优点：切割出的切缝相比于传统激光切割的“V”形切缝边缘质量更佳，能有效的改善激光不能切割垂直边的问题，并能根据不同的需要改变切割边的形状。

Description

一种激光切割方法及激光切割装置
技术领域
本发明涉及一种激光切割方法及激光切割装置。
背景技术
激光切割是将激光束经过聚焦镜聚焦后切割材料，传统上是把单束激光聚焦后对待切割材料进行切割。请查阅图1，激光切割是将激光束31’经过聚焦镜04’聚焦后切割被切割物10’，由于聚焦后的光束有一定的发散角，其形状大致呈“V”形，导致切缝11’也呈现“V”形，即切缝11’会有一定锥度。对于切割后边缘垂直度有要求的情况，例如玻璃等，传统的激光切割方法一直无法满足实际需求，如X射线探测器晶体的正反面均布有感应线，需要将很多块晶体拼接成无缝的阵列，切割时要求切割侧边陡直才能保证既不会切到正反面的感应线，也不会有多余的晶体残留影响拼接时精度。
发明内容
本发明提供了一种激光切割方法及激光切割装置，其克服了背景技术中激光切割由于光束本身发散角而引起的切割边缘具有一定锥度的问题。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：
一种激光切割方法，包括：
步骤1，将入射激光束31分为两束平行光束，两束平行光束平行；
步骤2，两束平行光束经折射聚焦后形成有两束聚焦光束，聚焦光束具有聚焦焦点，两个聚焦焦点分别位于聚焦的光轴20两侧；
步骤3，两束聚焦光束对被切割物10进行切割。
一实施例之中：该步骤1中，入射激光束31入射到分束棱镜装置，经分束棱镜装置分为两束平行光束，两束平行光束平行；
该步骤2中，两束平行光束入射到三棱镜03上，经三棱镜03折射后为两束折射光束32、33；两折射光束32、33入射到聚焦镜04，经聚焦镜04后形成两束聚焦光束，两个聚焦焦点分别位于聚焦镜04的光轴20两侧。
一实施例之中：该两束聚焦光束沿光束方向相交，该两束折射光束32、33相对聚焦镜04的光轴20轴线对称，两聚焦光束相对聚焦镜04的光轴20轴线对称，该两个聚焦焦点相对聚焦镜04的光轴20轴线对称。
一实施例之中：该步骤1中，该入射激光束31入射到分束棱镜装置的分束棱镜02获取相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，该中间光束再入射到分束棱镜装置的分束横移棱镜01获得另一束平行光束。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：
一种激光切割装置，包括聚焦镜04，还包括分束棱镜装置和三棱镜03，该分束棱镜装置用于使入射激光束31分为两束平行光束，该三棱镜03用于使两束平行光束折射后为两束折射光束32、33，该聚焦镜04使两束折射光束32、33聚焦形成两束聚焦光束，聚焦光束具有聚焦焦点，该两个聚焦焦点分别位于聚焦镜04的光轴20的两侧，聚焦光束切割被切割物10。
一实施例之中：该分束棱镜装置包括一分束棱镜02和分束横移棱镜01，该分束棱镜02用于使入射激光束31分为相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，该分束横移棱镜01用于改变中间光束方向形成另一束平行光束，该两束平行光束平行且照射到三棱镜03。
一实施例之中：该分束棱镜02横截面呈平行四边形，该分束横移棱镜01横截面呈直角三角形，该分束棱镜02和分束横移棱镜01适配靠接在一起且构成直角梯形。
一实施例之中：该分束横移棱镜01横截面为等腰直角三角形，且该分束横移棱镜01具有一对应斜边的斜边面和两对应直角边的直角边面；
该分束棱镜02横截面为夹角为45度及135度的平行四边形，且该分束棱镜02具有两对应长边的长边面和两对应短边的短边面；
该分束棱镜02之一长边的长边面和分束横移棱镜01之斜边面适配靠接在一起；
该分束棱镜02之一短边面为入射面，该分束棱镜02之另一短边面为对应一束平行光束的出射面；该分束横移棱镜01之对齐分束棱镜02的出射面的直角边为对应另一束平行光束的出射面。
一实施例之中：该分束棱镜装置具有入射面和出射面，该三棱镜03截面为等腰三角形，该三棱镜03之底面适配面对分束棱镜装置的出射面，该三棱镜03之顶角位于聚焦镜04的光轴20。
一实施例之中：该三棱镜03之底面和分束棱镜装置的出射面面靠在一起。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
入射激光束入射到分束棱镜装置，经分束棱镜装置分为两束平行光束，两束平行光束入射到三棱镜上，经三棱镜折射后为两束折射光束，两折射光束入射到聚焦镜，经聚焦镜后形成两个聚焦焦点，两个聚焦焦点分别位于聚焦镜的光轴两侧，在聚焦光束切割被切割物，切割出的切缝相比于传统激光切割的“V”形切缝边缘质量更佳，能有效的改善激光不能切割垂直边的问题，并能根据不同的需要改变切割边的形状。
入射激光束入射到分束棱镜装置的分束棱镜获取相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，中间光束再入射到分束棱镜装置的分束横移棱镜获得另一束平行光束，由于分束横移棱镜使得聚焦后的焦点与其对应的入射光束分别位于聚焦镜的光轴的两侧，所以可以通过选用不同角度的三棱镜或改变聚焦镜的焦距控制切缝形状，例如可以切出垂直的切割边，以及入口窄、底部宽的倒向切缝。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了背景技术的切割装置的结构示意图。
图2绘示了一较佳实施例的切割装置的结构示意图。
图3绘示了一较佳实施例的分束棱镜装置及三棱镜的组合结构示意图。
具体实施方式
请查阅图2和图3，一种激光切割装置，包括分束棱镜装置、三棱镜03和聚焦镜04。该分束棱镜装置用于使入射激光束31分为两束平行光束；该三棱镜03用于使两束平行光束折射后为两束折射光束32、33，即，一束平行光束折射后为一束折射光束32，另一束平行光束折射后为另一束折射光束33；该聚焦镜04使两束折射光束32、33聚焦形成两个聚焦光束，聚焦光束具有聚焦焦点，既，一束折射光束32聚焦形成一个聚焦光束，该一聚焦光束具有一聚焦焦点，另一束折射光束33聚焦形成另一个聚焦光束，该另一聚焦光束具有另一个聚焦焦点，该折射光束32的入射面和对应的聚焦焦点位于聚焦镜04的光轴20的两侧，该两个聚焦焦点分别位于聚焦镜04的光轴20的两侧，使两个聚焦光束相交；聚焦镜片汇聚分束后的激光能量，从而可以使光束对材料进行切割；该聚焦光束通过聚焦焦点切割被切割物10，在被切割物10上切割出切缝11。
最好，该两束折射光束32、33之延长线沿光束方向相交，该两束折射光束32、33相对聚焦镜04的光轴20轴线对称，该两个聚焦焦点相对聚焦镜04的光轴20轴线对称，相交点位于光轴20轴线，使两个聚焦光束相交。
一优选方案中，该分束棱镜装置包括一分束棱镜02和分束横移棱镜01，该分束棱镜02用于使入射激光束31分为相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，该分束横移棱镜01用于改变中间光束方向形成另一束平行光束，该两束平行光束平行且垂直照射到三棱镜03。本实施例之中，该分束横移棱镜01横截面为等腰直角三角形，且该分束横移棱镜01具有一对应斜边的斜边面和两对应直角边的直角边面；该分束棱镜02横截面为夹角为45度及135度的平行四边形，且该分束棱镜02具有两对应长边的长边面和两对应短边的短边面。该分束棱镜02之一长边的长边面和分束横移棱镜01之斜边面适配靠接在一起且分束棱镜装置的横截面构成直角梯形。
该分束棱镜02之一短边面为入射面，该入射激光束31垂直照射入该入射面，该入射激光束31照射到一长边面，一部分从该长边面射出构成中间光束，另一部分反射成第一反射光束，该第一反射光束照射到另一长边面，经反射形成第二反射光束，该第二反射光束照射出另一短边面构成一束平行光束，该另一短边面为对应一束平行光束的出射面，平行光束垂直照射出该出射面。该中间光束从分束横移棱镜01之对齐分束棱镜02的直角面射出构成另一束平行光束，该直角边为对应另一束平行光束的出射面，平行光束垂直照射出该出射面。
该三棱镜03截面为等腰三角形，该三棱镜03之底面适配面对且靠接分束棱镜装置的分束棱镜02、分束横移棱镜01的出射面(对应直角梯形的长底面)，该三棱镜03之顶角位于聚焦镜04的光轴20。本实施例之中，三棱镜的顶角为选用180°到60°，优选180°-150°。
一种激光切割方法，包括：
步骤1，将入射激光束31分为两束平行光束，两束平行光束平行；
步骤2，两束平行光束经折射聚焦后形成有两个聚焦焦点，两个聚焦焦点分别位于聚焦的光轴20两侧，聚焦光束相交；
步骤3，两束聚焦光束对被切割物10进行切割。
具体来说，该步骤1中，该入射激光束31入射到分束棱镜02获取相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，该中间光束再入射到分束横移棱镜01获得另一束平行光束；步骤2，两束平行光束入射到三棱镜03上，经三棱镜03折射后为两束折射光束32、33；两折射光束32、33入射到聚焦镜04，经聚焦镜04后形成两个聚焦焦点，两个聚焦焦点分别位于聚焦镜04的光轴20两侧。
切割时，启动设备，经聚焦后的两束聚焦光束照射到待切割物体表面，激光束照射到的地方，物体被烧蚀去除，从而形成切割槽(或孔)。当激光束垂直待切割物体上下移动时，调节割槽的深度；左右移动时，调节割槽的长度。由于分束横移棱镜使得聚焦后的焦点与其对应的入射光束分别位于聚焦镜的光轴的两侧，所以可以通过选用不同角度的三棱镜或改变聚焦镜的焦距控制切缝形状，可以切出垂直的切割边，以及入口窄、底部宽的倒向切缝。例如：上述激光切割光源形成装置中，当三棱镜与聚焦镜片之间距离不变时，可以更换不同顶角的三棱镜，以调节聚焦后激光束与带切割物体表面的入射角，当切割垂直的切割边时，不同的入射角决定本装置切割槽的宽度(孔的直径)，通过运动装置将该切割装置沿着切缝方向往复平移，并向着材料方向运动即可形成直边。具体的：当要在一个2mm厚的材料上切割直边时，聚焦镜选择150mm焦距，当三棱镜折射率1.3，取三棱镜的顶角为175°，即两个底边角为2.5°时，可保证激光束有98％以上的透过率，此时，由公式1可得到切割缝宽W约0.15mm，由于切割直边时切缝入口处宽度需满足公式2，可得到入射激光束的直径≤11.25即可在2mm厚的材料上切割得到直边。
W＝f·tan(nsinθ)(公式1)
D≤d·f/h(公式2)
W:切割缝宽；f:聚焦镜焦距；θ:三棱镜底边角；n:光楔材料折射率；
D:入射激光束直径；d：切缝入口宽度；h：材料厚度
本发明利用两束交叉激光且对待切割边呈一定角度的激光代替传统单束垂直于待切割物体的激光对待切割物体切割的方法，实现切出垂直的切割边，以及入口窄、底部宽的倒向切缝，解决了传统单束激光切割无法解决的问题。由于将激光束的焦点移到了聚焦镜轴线的另一侧，切割材料时，只有激光束焦点位置能够去除材料，而焦点上方的激光束则由于没有照射到材料而无法切缝材料，因此能实现上述效果。
另一较佳实施例之中，该分束棱镜02包括两截面为等腰直角三角形的分束横移棱镜，该两分束横移棱镜靠接在一起构成截面为45度及135度的平行四边形的分束棱镜02。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种激光切割方法，其特征在于：包括：
步骤1，将入射激光束(31)入射到分束棱镜装置，经分束棱镜装置分为两束平行光束，两束平行光束平行；其中，该入射激光束(31)入射到分束棱镜装置的分束棱镜(02)获取相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，该中间光束再入射到分束棱镜装置的分束横移棱镜(01)获得另一束平行光束；
步骤2，两束平行光束入射到三棱镜(03)上，经三棱镜(03)折射后为两束折射光束(32、33)；两折射光束(32、33)入射到聚焦镜(04)，经聚焦镜(04)聚焦后形成两束聚焦光束，聚焦光束具有聚焦焦点，两个聚焦焦点分别位于聚焦镜(04)的光轴(20)两侧；
步骤3，两束聚焦光束对被切割物(10)进行切割。
2.根据权利要求1所述的一种激光切割方法，其特征在于：该两束聚焦光束沿光束方向相交，该两束折射光束(32、33)相对聚焦镜(04)的光轴(20)轴线对称，两聚焦光束相对聚焦镜(04)的光轴(20)轴线对称，该两个聚焦焦点相对聚焦镜(04)的光轴(20)轴线对称。
3.一种激光切割装置，包括聚焦镜(04)，其特征在于：还包括分束棱镜装置和三棱镜(03)，该分束棱镜装置用于使入射激光束(31)分为两束平行光束，该三棱镜(03)用于使两束平行光束折射后为两束折射光束(32、33)，该聚焦镜(04)使两束折射光束(32、33)聚焦形成两束聚焦光束，聚焦光束具有聚焦焦点，该两个聚焦焦点分别位于聚焦镜(04)的光轴(20)的两侧，聚焦光束切割被切割物(10)；该分束棱镜装置包括一分束棱镜(02)和分束横移棱镜(01)，该分束棱镜(02)用于使入射激光束(31)分为相互垂直的一束平行光束和一束中间光束，该分束横移棱镜(01)用于改变中间光束方向形成另一束平行光束，该两束平行光束平行且照射到三棱镜(03)。
4.根据权利要求3所述的一种激光切割装置，其特征在于：该分束棱镜(02)横截面呈平行四边形，该分束横移棱镜(01)横截面呈直角三角形，该分束棱镜(02)和分束横移棱镜(01)适配靠接在一起且构成直角梯形。
5.根据权利要求4所述的一种激光切割装置，其特征在于：
该分束横移棱镜(01)横截面为等腰直角三角形，且该分束横移棱镜(01)具有一对应斜边的斜边面和两对应直角边的直角边面；
该分束棱镜(02)横截面为夹角为45度及135度的平行四边形，且该分束棱镜(02)具有两对应长边的长边面和两对应短边的短边面；
该分束棱镜(02)之一长边的长边面和分束横移棱镜(01)之斜边面适配靠接在一起；
该分束棱镜(02)之一短边面为入射面，该分束棱镜(02)之另一短边面为对应一束平行光束的出射面；该分束横移棱镜(01)之对齐分束棱镜(02)的出射面的直角边为对应另一束平行光束的出射面。
6.根据权利要求3或4或5所述的一种激光切割装置，其特征在于：该分束棱镜装置具有入射面和出射面，该三棱镜(03)截面为等腰三角形，该三棱镜(03)之底面适配面对分束棱镜装置的出射面，该三棱镜(03)之顶角位于聚焦镜(04)的光轴(20)。
7.根据权利要求6所述的一种激光切割装置，其特征在于：该三棱镜(03)之底面和分束棱镜装置的出射面靠在一起。
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