CN109014615A - 一种短脉宽激光切割装置及其切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种短脉宽激光切割装置及切割方法。该短脉宽激光切割装置包括激光器、扩束装置、准直装置、反射镜、切割头以及移动平台。所述激光器为MOPA紫外激光器，输出的激光光束脉宽不大于10ns。本实施例还提供利用短脉宽激光切割装置进行激光切割的方法，通过工控单元对激光器、振镜以及加工平台的控制，进行切割，利用MOPA紫外激光器具有输出短脉宽、高频激光的特性，调整切割参数，可准确对PI/FPC材质的工件进行高质量的切割，避免切缝处碳化、变色等缺陷。该装置结构简单、易于操作，解决了对PI/FPC材料的高质量低成本的切割问题。提高了工件的加工精度，提升产品的质量，提高了企业的竞争力。

Description

一种短脉宽激光切割装置及其切割方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种短脉宽激光切割装置及其切割方法。
背景技术
激光加工是根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光镭射打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。
现有技术中，在利用激光进行加工PI/FPC材质的工件时，通常使用长脉宽(大于10ns)的紫外激光器，然而切割质量不佳，切缝处会出现碳化、变色等问题；也有使用皮秒(小于20皮秒)紫外激光器，切割质量好，但是成本高，不利于工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何利用激光加工PI/FPC材质的工件，保证切割质量的同时降低生产成本。
为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
第一方面，本实施例提出一种短脉宽激光切割装置，该短脉宽激光切割装置包括包括顺次连接的激光器、扩束装置、光阑、振镜、聚焦装置和加工平台，其特征在于，还包括用于控制所述激光器、振镜和加工平台的工控单元，所述激光器为MOPA紫外激光器。
其进一步地技术方案为，所述激光器输出的脉宽不大于10ns。
其进一步地技术方案为，所述扩束装置扩束倍数为2-10倍。
其进一步地技术方案为，所述光阑用于控制激光的输出，调节光束的强弱，
其进一步地技术方案为，所述聚焦装置为聚焦镜，用于聚焦激光光束。
其进一步地技术方案为，工控单元驱动振镜，从而控制激光光束在X-Y平面的偏转。
其进一步地技术方案为，所述光阑可调节输出激光光束的强弱。
其进一步地技术方案为，所述加工平台为可移动设置，待加工工件设置于加工平台上，由加工平台带动待加工工件运动。
第二方面，本发明实施例提出一种利用如第一方面所述的短脉宽激光切割装置进行激光切割的方法，包括以下步骤：
S1，将待加工工件固定于加工平台，设置加工路径；
S2，开启激光器，将激光焦点聚焦于待加工工件内部；
S3，控制加工平台按所述加工路径移动，使输出的激光光束按照加工路径对待加工工件进行切割；其中输出的激光波长为355nm，频率为100kHz-10MHz。
其进一步地技术方案为，所述激光光束的脉冲宽度为100ps-10ns。
其进一步地技术方案为，所述激光器输出的激光光束经聚焦装置聚焦后，在正焦处光斑直径小于30μm。
其进一步地技术方案为，所述激光光束的脉冲能量小于或等于20μJ。
与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
本发明提出的的短脉宽激光切割装置，通过工控单元对激光器、振镜以及加工平台的控制，利用MOPA紫外激光器具有输出短脉宽、高频激光的特性，通过调整激光切割参数，可准确对PI/FPC材质的工件进行高质量的切割，避免切缝处碳化、变色等缺陷。该装置结构简单、易于操作，解决了对PI/FPC材料的高质量低成本的切割问题。提高了工件的加工精度，提升产品的质量，降低生产成本，提高了企业的竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的短脉宽激光切割装置的结构示意图。
附图标记
激光器1，扩束装置2，光阑3，振镜4，聚焦装置5，待加工工件6，加工平台7，工控单元8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
参见图1，本发明提出一种短脉宽激光切割装置。由图可知，该短脉宽激光切割装置包括沿激光光路顺次设置的激光器1，扩束装置2，光阑3，振镜4，聚焦装置5和加工平台7。其中，激光器1为MOPA紫外激光器，其可产生高频(100kHz-10MHz)、脉宽不大于10ns的激光光束。扩束装置2为扩束镜，用于对激光器1产生的激光光束进行扩束处理。光阑3用于控制激光的输出，调节光束的强弱。本实施例中，聚焦装置5为聚焦镜，用于聚焦激光光束，对工件进行激光加工。加工平台7用于承载和移动待加工工件6，加工平台7根据加工需要可沿X-Y方向移动。
另外，该短脉宽激光切割装置还包括工控单元8，振镜4由工控单元8进行驱动，可控制激光束在X-Y平面的偏转，使得激光切割更加精准高效。工控单元8通过控制激光器1、振镜4以及加工平台7，可实现对工件的精准加工。在加工大型工件时，可通过移动振镜4以及加工平台7来调整加工工件的加工位置，提高切割质量。
本实施例中，工控单元8为计算机。
本实施例中，选用的扩束镜的扩束倍数为2-10倍。加工时，通过调节扩束镜的扩束倍数以及聚焦镜，可调节激光光斑的大小。
请继续参见图1，本发明实施例提出一种利用如上述实施例所述的短脉宽激光切割装置进行激光切割的方法，包括如下步骤：
S1，将待加工工件固定于加工平台，设置加工路径；
S2，开启激光器，将激光焦点聚焦于待加工工件内部；
S3，控制加工平台按所述加工路径移动，使输出的激光光束按照加工路径对待加工工件进行切割；其中输出的激光波长为355nm，频率为100kHz-10MHz。
例如，在一实施例中，输出的激光频率为100kHz、300kHz、500kHz、800kHz、1MHz、2MHz、4MHz、7MHz或者10MHz等。
在某些实施例中，所述激光光束的脉冲宽度为100ps-10ns。例如，在一实施例中，所述激光光束的脉冲宽度为100ps、300ps、500ps、700ps、2ns、3ns、5ns、7ns或者10ns等。通过输出的短脉宽与高频相结合能有效避免过多的激光能量灼烧材料，出现切缝处碳化或变色缺陷，从而有效控制热效应的影响。
在某些实施例中，所述激光器输出的激光光束经聚焦装置聚焦后，在正焦处光斑直径小于30μm。例如，在一实施例中，通过调节扩束镜的扩束倍数以及聚焦镜，可调节激光光斑的直径为29μm、24μm、20μm、15μm、13μm、10μm、7μm、4μm或者2μm等。
在某些实施例中，所述激光光束的脉冲能量小于或等于20μJ。例如，在一实施例中，激光脉冲能量为20μJ、18μJ、14μJ、12μJ、8μJ、5μJ、3μJ或者1μJ等
在某些实施例，例如本实施例中，加工厚度为33μm的PI材料的工件，通过工控单元8调整激光输出参数：输出脉宽为1ns，频率为1MHz，功率为7W，激光的扫描加工速度为1200mm/s。这样，加工出来的工件切缝完美，没有变形、变色等缺陷。
本实施例提供的短脉宽激光切割装置，通过工控单元对激光器、振镜以及加工平台的控制，利用MOPA紫外激光器具有输出短脉宽、高频激光的特性，通过调整激光切割参数，可准确对PI/FPC材质的工件进行高质量的切割，避免切缝处碳化、变色等缺陷。该装置结构简单、易于操作，解决了对PI/FPC材料的高质量低成本的切割问题。提高了工件的加工精度，提升产品的质量，提高了企业的竞争力。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
以上所述，为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种短脉宽激光切割装置，包括顺次连接的激光器、扩束装置、光阑、振镜、聚焦装置和加工平台，其特征在于，还包括用于控制所述激光器、振镜和加工平台的工控单元，所述激光器为MOPA紫外激光器。
2.根据权利要求1所述的短脉宽激光切割装置，其特征在于，所述激光器输出的脉宽不大于10ns。
3.根据权利要求2所述的短脉宽激光切割装置，其特征在于，所述扩束装置扩束倍数为2-10倍。
4.根据权利要求3所述的短脉宽激光切割装置，其特征在于，所述聚焦装置为聚焦镜，用于聚焦激光光束。
5.根据权利要求4所述的短脉宽激光切割装置，其特征在于，所述工控单元驱动振镜，从而控制激光光束的偏转。
6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的短脉宽激光切割装置进行激光切割的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将待加工工件固定于加工平台，设置加工路径；
S2，开启激光器，将激光焦点聚焦于待加工工件内部；
S3，控制加工平台按所述加工路径移动，使输出的激光光束按照加工路径对待加工工件进行切割；其中输出的激光波长为355nm，频率为100kHz-10MHz。
7.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于，所述激光光束的脉冲宽度为100ps-10ns。
8.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于，所述激光器输出的激光光束经聚焦装置聚焦后，在正焦处光斑直径小于30μm。
9.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于，所述激光光束的脉冲能量小于或等于20μJ。
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