CN106825944B - 一种超快飞秒激光切割机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超快飞秒激光切割机，包括承载台，所述承载台的下端等间距设有多个支撑杆，所述支撑杆的下端均设有减震装置，且两个相邻的支撑杆之间均设有连接杆，所述承载台的上端设有承载板，所述承载台的两侧均设有第一电动滑轨，所述第一电动滑轨上安装有第二滑块，所述第二滑块的上端设有安装块，所述安装块的上端固定有第一竖板，两个第一竖板之间设有安装板。本发明中，本发明中，用飞秒激光切割具备加工速度快、精度高、参数设置简单等明显优势，飞秒激光切割产品外观质量不产生微裂纹、破碎或碎片问题；不沾污，无崩边，边缘抗破裂性极高；无需冲洗、打磨、抛光，从而降低了制造成本，适宜推广。

Description

一种超快飞秒激光切割机

技术领域

本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种超快飞秒激光切割机。

背景技术

激光技术对国民经济及社会发展的重要作用：激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。随着激光技术的不断发展，激光应用已经渗透到科研、产业的各个方面，激光产业在我国发展了五十多年，激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等行业都起到重要作用，对提高产品质量、劳动生产率、自动化程度、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。激光加工(包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光钻孔等)皮秒与飞秒激光器及其配件在激光产业的整个产业链中占有非常重要的地位，属于技术和专业性都很强的产业。在工业应用中，除去质量因素以外，可重复生产性和每个零件的成本也是很重要的标准。飞秒激光系统的可靠性当然和所使用的激光技术直接联系在一起。每个零部件的成本基本上和飞秒超短激光脉冲的重复频率直接联系在一起。

激光切割技术现已成为一种成熟的工业加工技术。金属是激光切割的主要对象，其它可以进行激光切割的材料还有塑料、蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃等。目前全球用于切割金属材料的激光切割设备约有几十万台，而用于蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以等切割的激光设备包括实验室设备在内也不过只有几十台。目前的玻璃，蓝宝石和陶瓷是普遍应用于微加工技术和精细加工的材料。然而，它们给传统的制造工艺带来了越来越多的挑战，这种挑战也给强大的超短脉冲激光器赢得了更多机会。这些材料优质的属性对很多产品来说是不可或缺的：

a.晶体晶体硅片主要用于加工太阳能电池板、太阳能电池等，也是晶体硅成为光伏主要材料的原因之一。目前激光切片是利用高能激光束照射在电池片/晶体硅片表面，使被照射区域局部熔化、气化，在数控工作台的带动下进行激光切割，从而达到切片目的。由于需要二次掰边，所以原板的晶体硅片利用率得不到很高的利用率。

b.陶瓷坚硬，化学性质稳定，可用来制作电子零部件和电路基板，以及电气绝缘体。

c.蓝宝石极其坚硬，适合用于半导体和LED技术，由于其抗划伤性和透光性，蓝宝石会用来生产手表和光学仪器的保护镜面；蓝宝石是地球上仅次于钻石第二坚硬的材料，很难使用机械的方法来加工。使用激光器来切割蓝宝石是当今LED制造业的标准加工方法，蓝宝石在这里用作基板衬底。

从原理上讲蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃等对红外激光的吸收远比金属好，但玻璃、晶体硅片、陶瓷和蓝宝石有个共同点就是很难加工。由于它们易碎而且都是非常坚硬的材料，他们挑战着铣、钻、磨等传统制造工艺的极限。而且蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃是热的不良导体，切割所需要的激光功率比金属要低得多，所以蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃等的激光切割技术应该比金属更早应用于工业生产。但蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃等的飞秒激光切割设备市场却一直没有发展起来。

激光切割蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃等由于具有非接触、柔性化、自动化及可实现精密切割和曲线切割、切缝窄、速度快等特点，同传统的切割方法如金刚石砂轮切割法相比，是一种有巨大应用价值和发展潜力的理想陶瓷加工方法。但是蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃等属硬、脆材料，热稳定性较差，切割时易形成重铸层和裂纹，降低了基体原有的优良性能。但无论用二氧化碳激光，还是用光纤激光，靠瞬间局部高温实现加工，对于有机或热敏感材料，加工质量差，本性使然。

现有的蓝宝石和陶瓷、晶体硅片以及玻璃无裂纹切割方法基本上采用(CO2或Nd:YAG)激光，在单脉冲能量不变的前提下，压缩脉宽至ns级，脉冲频率提高至10～20KHz级。其显著缺点是设备能力要求高，往往要求多道重复切割或预加工，实用切割效率低，随着切割速度的增加，熔渣从平面形态向有方向性的波纹形态转变；低速到高速切割时单个脉冲的叠加程度的降低，使熔渣从平面状态转变成为断续状态，为此，我们提出了一种超快飞秒激光切割机来解决上述问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种超快飞秒激光切割机。

本发明提出的一种超快飞秒激光切割机，包括承载台，所述承载台的下端等间距设有多个支撑杆，所述支撑杆的下端均设有减震装置，且两个相邻的支撑杆之间均设有连接杆，所述承载台的上端设有承载板，所述承载台的两侧均设有第一电动滑轨，所述第一电动滑轨上安装有第二滑块，所述第二滑块的上端设有安装块，所述安装块的上端固定有第一竖板，两个第一竖板之间设有安装板，所述安装板的一侧设有第二电动滑轨，所述第二电动滑轨上安装有第三滑块，所述第三滑块的下端设有连接板，所述连接板的下端固定有第二竖板，所述第二竖板的两端均设有横板，其中一个横板的下端设有吸附装置，另一个横板的下端铰接有飞秒激光器，所述飞秒激光器的一侧铰接有第二气缸，所述第二气缸的活塞杆末端铰接在飞秒激光器的一侧，所述飞秒激光器的另一侧设有CCD视觉扫描器，所述承载台的一侧设有固定台，所述固定台上设有控制台，所述控制台内设有GUGAO运动控制器，所述固定台的一侧设有辅助上料装置。

优选地，所述减震装置包括压板，所述压板的上端设有套管，所述套管内设有减震弹簧，所述减震弹簧的上端固定有压块，所述压块的上端贯穿套管并固定在支撑杆的下端。

优选地，所述辅助上料装置包括固定块，所述固定块上设有限位槽，所述限位槽内设有驱动装置，所述驱动装置的输出轴上端固定有转动柱，所述转动柱的一侧设有滑槽，所述滑槽内安装有第一滑块，所述滑槽内的底部设有油缸，所述油缸的活塞杆末端固定在第一滑块的下端，所述第一滑块的一侧设有放置板，所述放置板上设有第一气缸，所述第一气缸的活塞杆末端固定有推块，且推块的一侧设有海绵垫。

优选地，所述驱动装置为电机。

优选地，其中一个横板上设有自动吸尘装置。

优选地，所述飞秒激光器的波长为1030nm，最大输出功率为16W。

本发明中，使用时，开机自动检测工作，将需要加工的产品放置于放置板上，驱动装置通过输出轴转动带动转动柱旋转，油缸将放置板调节至合适位置，第一气缸利用推块将产品推入承载板上，飞秒激光器出光，光经过扩束镜(8-12可调)，再到90度反射，多焦点聚焦头出光切割，可利用第一电动滑轨和第二电动滑轨进行横向纵向移动，主要采用进口16W飞秒激光器，波长1030nm，另加绿光波长515nm的激光模组；定制多焦点聚焦头，光束直径小到3μm，切割仅需10μm，切缝窄，更多的出品率，无热效应，对材料质量无损伤；性能稳定、2万小时无耗材，对任何脆、薄、硬性材料在1mm以内可以进行一次性切穿，激光切割仅需一次即可；在切割陶瓷、晶体硅片、玻璃、蓝宝石等崩边要求可做到：长X宽≤20umx8um；其表面光滑，且精确到1/100mm，多年激光微细加工系统研发设计技术积淀；配置自主研发的多焦点聚焦切割方式，并为国内首创；利用可调制的飞秒激光器通过光学整形和聚焦，让激光在焦点部分形成线宽仅为20um-40um的高能量密度的激光束，瞬间功率密度高达100kw/mm2以上，通过多焦点聚焦镜对切割或开孔进行一次性切透，使材料表面在极短时间内材料迅速气化和剥离，从而形成材料去除达到切割和钻孔的目的，采用内腔吸附平台，强力吸附可以切割3毫米以内材料准确定位，保证了切口平整无锥度切割、小崩边8μm，边缘光滑，切割直线速度可达60M/min，异形切割速度可达45M/min，机械手全自动上下料系统，切割方式可实现手动、半自动、全自动切割，节省人力成本，CCD视觉预扫描和自动抓靶定位、大加工范1000mm×2000mm、X、Y平台拼接精度≤±3μm，支持多种视觉定位特征等，封闭式集成控制；计算机控制激光，PC控制输送，PC联机于计算机统一控制，配备吸尘系统，自动收集碎尘，配置安全挡护，提供良好工作环境，控制系统：配合GUGAO运动控制器，安全稳定可靠的布线及保护设施。可实现十字、实心圆、空心圆、L型直角边等多种工艺切割，本发明中，用飞秒激光切割具备加工速度快、精度高、参数设置简单等明显优势，飞秒激光切割产品外观质量不产生微裂纹、破碎或碎片问题；不沾污，无崩边，边缘抗破裂性极高；无需冲洗、打磨、抛光，从而降低了制造成本；不会造成材料损耗等，用飞秒激光切割避免了侧面裂缝，不仅边缘的抗冲击强度增强，整体组件强度通常能提高80％，从而显著改善部件抗损坏的能力。材料强度的提高减少了损坏与损失的可能性，也减少了由于潜在的产品瑕疵而过早的在现场出现故障的问题。这对产品设计而言是一大优势，设计者不仅可以使用更轻、更薄的材料，而且还不影响产品使用寿命，采用固定光路，完美的光束质量，光斑细，切缝精细，切割精度高，光学稳定性明显优于飞行光路；另出光头采用聚焦镜可调结构，保证切割时焦点的精确性，整个光路采用全密封设计，使用寿命长、性能稳定、低维护甚至免维护；耗能少；避免环境灰尘污染导致激光器烧坏，同时有效避免激光泄漏造成安全隐患，配有同轴红光，便于初次切割时产品的手动定位及切割路径的轨迹预览。

附图说明

图1为本发明提出的一种超快飞秒激光切割机的结构示意图；

图2为本发明提出的一种超快飞秒激光切割机的侧视图；

图3为本发明提出的一种超快飞秒激光切割机的减震装置结构示意图；

图4为本发明提出的一种超快飞秒激光切割机的飞秒激光器结构示意图。

图中：1滑槽、2第一滑块、3放置板、4第一气缸、5固定块、6油缸、7承载板、8支撑杆、9控制台、10第一竖板、11第二滑块、12第一电动滑轨、13承载台、14限位槽、15固定台、16第三滑块、17连接杆、18压块、19减震弹簧、20套管、21压板、22连接板、23第二竖板、24横板、25吸附装置、26飞秒激光器、27第二气缸。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

参照图1-4，一种超快飞秒激光切割机，包括承载台13，承载台13的下端等间距设有多个支撑杆8，起支撑作用，支撑杆8的下端均设有减震装置，且两个相邻的支撑杆8之间均设有连接杆17，承载台13的上端设有承载板7，承载台13的两侧均设有第一电动滑轨12，第一电动滑轨12上安装有第二滑块11，第二滑块11可在第一电动滑轨12上移动，第二滑块11的上端设有安装块，安装块的上端固定有第一竖板10，两个第一竖板10之间设有安装板，安装板的一侧设有第二电动滑轨，第二电动滑轨上安装有第三滑块16，第三滑块16可在第二电动滑轨上移动，第三滑块16的下端设有连接板22，连接板22的下端固定有第二竖板23，第二竖板23的两端均设有横板24，其中一个横板24的下端设有吸附装置25，另一个横板24的下端铰接有飞秒激光器26，用于切割，飞秒激光器26的一侧铰接有第二气缸27，第二气缸27的活塞杆末端铰接在飞秒激光器26的一侧，飞秒激光器26的另一侧设有CCD视觉扫描器，承载台13的一侧设有固定台15，固定台15上设有控制台9，控制台9内设有GUGAO运动控制器，固定台15的一侧设有辅助上料装置。

本发明中，减震装置包括压板21，压板21的上端设有套管20，套管20内设有减震弹簧19，减震弹簧19的上端固定有压块18，压块18的上端贯穿套管20并固定在支撑杆8的下端，进行减震，辅助上料装置包括固定块5，固定块5上设有限位槽14，限位槽14内设有驱动装置，驱动装置的输出轴上端固定有转动柱，转动柱的一侧设有滑槽1，滑槽1内安装有第一滑块2，滑槽1内的底部设有油缸6，油缸6的活塞杆末端固定在第一滑块2的下端，第一滑块2的一侧设有放置板3，放置板3上设有第一气缸4，第一气缸4的活塞杆末端固定有推块，且推块的一侧设有海绵垫，保护产品，驱动装置为电机，可以提供动力，其中一个横板24上设有自动吸尘装置，飞秒激光器的波长为1030nm，最大输出功率为16W。

本发明中，使用时，开机自动检测工作，将需要加工的产品放置于放置板3上，驱动装置通过输出轴转动带动转动柱旋转，油缸6将放置板3调节至合适位置，第一气缸4利用推块将产品推入承载板7上，飞秒激光器出光，光经过扩束镜(8-12可调)，再到90度反射，多焦点聚焦头出光切割，可利用第一电动滑轨和第二电动滑轨进行横向纵向移动。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超快飞秒激光切割机，包括承载台(13)，其特征在于，所述承载台(13)的下端等间距设有多个支撑杆(8)，所述支撑杆(8)的下端均设有减震装置，且两个相邻的支撑杆(8)之间均设有连接杆(17)，所述承载台(13)的上端设有承载板(7)，所述承载台(13)的两侧均设有第一电动滑轨(12)，所述第一电动滑轨(12)上安装有第二滑块(11)，所述第二滑块(11)的上端设有安装块，所述安装块的上端固定有第一竖板(10)，两个第一竖板(10)之间设有安装板，所述安装板的一侧设有第二电动滑轨，所述第二电动滑轨上安装有第三滑块(16)，所述第三滑块(16)的下端设有连接板(22)，所述连接板(22)的下端固定有第二竖板(23)，所述第二竖板(23)的两端均设有横板(24)，其中一个横板(24)的下端设有吸附装置(25)，另一个横板(24)的下端铰接有飞秒激光器(26)，所述飞秒激光器(26)的一侧铰接有第二气缸(27)，所述第二气缸(27)的活塞杆末端铰接在飞秒激光器(26)的一侧，所述飞秒激光器(26)的另一侧设有CCD视觉扫描器，所述承载台(13)的一侧设有固定台(15)，所述固定台(15)上设有控制台(9)，所述控制台(9)内设有GUGAO运动控制器，所述固定台(15)的一侧设有辅助上料装置；

所述辅助上料装置包括固定块(5)，所述固定块(5)上设有限位槽(14)，所述限位槽(14)内设有驱动装置，所述驱动装置的输出轴上端固定有转动柱，所述转动柱的一侧设有滑槽(1)，所述滑槽(1)内安装有第一滑块(2)，所述滑槽(1)内的底部设有油缸(6)，所述油缸(6)的活塞杆末端固定在第一滑块(2)的下端，所述第一滑块(2)的一侧设有放置板(3)，所述放置板(3)上设有第一气缸(4)，所述第一气缸(4)的活塞杆末端固定有推块，且推块的一侧设有海绵垫。

2.根据权利要求1所述的一种超快飞秒激光切割机，其特征在于，所述减震装置包括压板(21)，所述压板(21)的上端设有套管(20)，所述套管(20)内设有减震弹簧(19)，所述减震弹簧(19)的上端固定有压块(18)，所述压块(18)的上端贯穿套管(20)并固定在支撑杆(8)的下端。

3.根据权利要求1所述的一种超快飞秒激光切割机，其特征在于，所述驱动装置为电机。

4.根据权利要求1所述的一种超快飞秒激光切割机，其特征在于，其中一个横板(24)上设有自动吸尘装置。

5.根据权利要求1所述的一种超快飞秒激光切割机，其特征在于，所述飞秒激光器(26)的波长为1030nm，最大输出功率为16W。