CN109570779A - 一种激光加工方法及激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光加工领域，公开了一种激光加工方法及激光加工系统。其中激光加工方法包括以下步骤：S1、将待加工产品固定安装在可带动待加工产品运动的切割平台上；S2、从定位系统获取待加工产品的定位信息，并将定位信息反馈给控制系统；S3、所述控制系统对接收到的定位信息进行处理，并根据预设的切割图案生成切割路径；S4、所述控制系统控制激光束运动沿切割路径对待加工产品进行切割加工，同时，所述控制系统控制所述切割平台沿切割路径运动，使待加工产品以设定的速度进给。激光加工系统，包括激光器、光路系统、切割平台、定位系统和控制控制系统。本发明能实现对大幅面产品进行精确、持续的加工，且加工效率高。

Description

一种激光加工方法及激光加工系统

技术领域

本发明属于激光加工领域，尤其涉及一种激光加工方法及激光加工系统。

背景技术

随着激光技术的飞速发展，工业激光的应用也越来越广泛，激光打标、激光切割、激光焊接等都已经属于成熟而广泛的应用工艺，被大量应用于各行各业中，伴随着行业的不断升级和光电子技术的发展不断进步。在微纳制造中，激光扫描振镜由于具有应用范围广、加工速度快、加工精度高、光路封闭性强和环境适应性好等特点被广泛使用，极大地提高了激光加工的效率和加工质量。

但是现有技术中，激光扫描振镜有一定的幅面限制，在应用于大幅面产品的加工时，需要对加工的幅面进行划分，形成多个小幅面后再分别进行加工，这样带来的主要问题是各个小幅面之间的拼接会存在一定的精度问题，使得加工效果不佳；且幅面与幅面之间的加工，会导致扫描振镜发生停顿，同时也需要对激光器的开启或关闭进行控制，影响加工的效率。这些问题的存在限制了大幅面产品激光加工的应用前景。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种激光加工方法及激光加工系统，其能实现对大幅面产品进行精确、持续的加工，且加工效率高。

本发明的技术方案是：一种激光加工方法，包括以下步骤：

S1、将待加工产品固定安装在可带动待加工产品运动的切割平台上；

S2、从定位系统获取待加工产品的定位信息，并将定位信息反馈给控制系统；

S3、所述控制系统对接收到的定位信息进行处理，并根据预设的切割图案生成切割路径；

S4、所述控制系统控制激光束运动沿切割路径对待加工产品进行切割加工，同时，所述控制系统控制所述切割平台沿切割路径运动，使待加工产品以设定的速度进给；

其中，所述激光束通过光路系统的引导被聚焦在待加工产品上，并在所述控制系统的控制下以设定的速度和行程沿切割路径做往复运动。

可选地，步骤S1中，切割平台能在水平方向上移动和转动。

可选地，所述切割平台具有组成切割图案的切割道，所述切割平台通过真空吸附方式对待加工产品进行固定。

可选地，步骤S2中，所述定位系统为视觉定位系统，所述视觉定位系统通过工业相机对待加工产品上的定位标识进行拍照、并对拍摄照片进行图像处理后反馈给所述控制系统。

可选地，步骤S3中，切割路径的图案与预设的切割图案相同。

可选地，步骤S4中，激光器发出的激光束依次经过光路系统中的光路传输系统、准直扩束系统、振镜系统和场镜后聚焦至待加工产品，其中，所述振镜系统中的扫描镜以设定的速度和角度偏转运动，使通过所述振镜系统的激光束做往复运动，所述激光束在待加工产品上留下的加工轨迹形成一条直线。

可选地，所述激光束的往复运动速度为1500-8000mm/s，所述激光束的往复运动行程为10-60mm，所述激光束的往复运动次数50-200次。

可选地，所述加工轨迹由多条沿所述切割路径方向不断延伸的切割痕迹叠加组成。

可选地，步骤S4中，所述切割平台的运动方向平行于所述激光束在待加工产品上留下的切割痕迹的方向。

可选地，所述切割平台的运动速度为10-50mm/s。

可选地，所述加工轨迹的开始端和结尾端均预留有缓冲段。

可选地，所述缓冲段的长度为15-100mm。

本发明还提供了一种激光加工系统，其特征在于，包括：

激光器，用于发射激光束对待加工产品进行加工；

光路系统，用于将激光束引导并聚焦至待加工产品上；

切割平台，用于固定待加工产品并带动待加工产品运动；

定位系统，用于识别并生成待加工产品的定位信息；及

控制系统，用于接收和处理来自所述定位系统的定位信息并根据所述定位信息按预设的切割图案生成切割路径，以及用于控制所述激光束沿切割路径运动对待加工产品进行加工，并同时控制所述切割平台沿切割路径运动使待加工产品以设定的速度进给。

本发明所提供的一种激光加工方法及激光加工系统，在控制系统的控制下，激光束沿切割路径在待加工产品上做往复运动，同时结合待加工产品沿切割路径的进给，使得激光束在待加工产品留下的加工轨迹是由多条沿切割路径方向不断延伸的切割痕迹叠加而成的一条直线，从而实现了不用停机即可对大幅面产品进行连续切割加工，加工效率高，并解决了大幅面产品因拼接加工而导致加工精度不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的一种激光加工方法的加工流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种激光加工系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中激光束和切割平台的运动示意图；

图4是采用本发明提供的加工方法所加工出产品的加工效果图；

图5是采用现有方法中振镜系统单独扫描而切割平台固定不动所加工出产品的加工效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1和图3所示，本发明实施例提供的一种激光加工方法，包括以下步骤：

S1、将待加工产品6固定安装在可带动待加工产品6运动的切割平台3上；

S2、从定位系统4获取待加工产品6的定位信息，并将定位信息反馈给控制系统5；

S3、所述控制系统5对接收到的定位信息进行处理，并根据预设的切割图案生成切割路径；

S4、所述控制系统5控制激光束11运动沿切割路径对待加工产品6进行切割加工，同时，所述控制系统5控制所述切割平台3沿切割路径运动，使待加工产品6以设定的速度进给；

其中，控制系统5控制激光器1发射激光束11，激光束11通过光路系统2引导后被聚焦在待加工产品6，并在控制系统5的控制下以设定的速度和行程沿切割路径做往复运动。

具体地，激光束11沿切割路径在待加工产品6上做往复运动，激光束11每次经过待加工产品6后都会留下一条切割痕迹，随着激光束11的往复运动，切割痕迹不断叠加形成加工轨迹10，且在激光束11往复运动的同时，待加工产品6还沿切割路径进给，随着待加工产品6的进给，加工轨迹10会朝着与进给相反的方向不断延伸，从而实现对大幅面产品的连续切割加工。

可选的，步骤S1中，通过控制切割平台3在水平方向上移动和转动，实现待加工产品6位置的调整和待加工产品6进给速度的调节。

可选的，切割平台3具有组成切割图案的切割道，由切割道的位置、形状和大小等参数来选择合适的切割平台3，切割道可镂空设于切割平台3的表面，切割加工时，切割道内的空气流动能有效地带走激光束11切割时所产生的热量，降低激光作用的热影响，切割平台3还具有多个均匀分布于其表面微孔，各微孔均与真空泵连接，通过采用真空吸附方式将待加工产品6吸附在切割平台3上，防止发生翘曲，从而保证均匀的加工效果；同时采用真空吸附的方式，不会阻挡加工轨迹10，影响加工的连续性。

可选的，步骤S2中，定位系统4为视觉定位系统4，视觉定位系统4通过工业相机对待加工产品6上的定位标识进行拍照、并对拍摄照片进行图像处理后反馈给控制系统5，以对待加工产品6进行精确定位，从而确保加工的精度。

可选的，步骤S3中，切割路径的图案与预设的切割图案相同，便于确认待加工产品6加工轨迹10。

可选的，步骤S4中，激光束11通过光路系统2作用于待加工产品6，具体操作如下：激光器1发射出激光束11，激光束11经过光路传输系统21被引导至准直扩束系统22，经准直扩束后，由振镜系统23调整激光束11的传输方向，最后经场镜24聚焦至待加工产品6，调整激光焦点的位置，控制加工轨迹10的深度。其中，振镜系统23中的扫描镜以设定的速度和角度进行偏转运动，使经过振镜系统的激光束做往复运动，激光束在待加工产品6上留下的加工轨迹10可形成一条直线。

可选地，所述激光束的往复运动速度为1500-8000mm/s，所述激光束的往复运动行程为10-60mm，所述激光束的往复运动次数50-200次。

可选的，如图3所示，步骤S4中，切割平台3的运动方向V1平行于激光束在待加工产品上留下的切割痕迹的方向(即激光束的往复运动方向V2)，使得加工轨迹10不断朝向一个方向(与V1相反的方向)延伸，保证加工轨迹10的连续性。

可选地，所述切割平台的运动速度为10-50mm/s，即待加工产品的进给速度为10-50mm/s。

可选地，待加工产品6上的加工轨迹10由多条沿切割路径方向不断延伸的切割痕迹叠加组成，切割加工时，激光束11沿切割路径在待加工产品6上做往复运动，激光束11每次从待加工产品6上经过，会留下一条切割痕迹，随着激光束11的往复运动，切割轨迹不断加深，直至待加工产品6被切断或加工轨迹10到达设定深度，与此同时，待加工产品6沿切割路径以设定的速度进给，进给方向V1与激光束11往复运动方向V2平行，随待加工产品6的进给加工轨迹10沿背离进给的方向不断延伸，直至切割路径的结尾端后结束，整个过程加工轨迹10连续不间断，加工轨迹10上没有拼接痕迹，能实现对大幅面产品的连续加工，解决了因受到振镜系统23扫描幅面小的限制，在加工大幅面产品时需进行划分加工带来的加工效率低、加工精度低的问题。

可选的，激光束11的往复运动结合待加工产品6的进给，使得加工轨迹10不断延伸，这样，会导致加工轨迹10开始端和结尾端受到激光束11切割的次数不足，少于其他位置受到激光束11切割的次数，加工轨迹10开始端和结尾端会出现切割深度不足的问题。为解决这个问题，可在加工轨迹10的开始端和结尾端均预留有缓冲段，工作时，激光束11先聚焦在开始端的缓冲段上，从开始端的缓冲段开始做往复运动，并结束于结尾端的缓冲段，保证加工轨迹10各处受到激光束11切割的次数相同，从而使得加工轨迹10切割深度一致，确保待加工产品6首尾两端的加工质量。

可选地，缓冲段的长度为15-100mm。

如图2所示，本发明还提供了一种激光加工系统，包括：

激光器1，用于发射激光束11对待加工产品6的进行加工；实际应用中，可根据加工需求选择采用不同功率的激光器1(能发射出不同波长的激光束11)

光路系统2，用于将激光束11引导并聚焦至待加工产品6上；

切割平台3，用于固定待加工产品6并带动待加工产品6运动；

定位系统4，用于识别并生成待加工产品6的定位信息；及

控制系统5，用于接收和处理来自定位系统4的定位信息并根据定位信息按预设的切割图案生成切割路径，以及用于控制所述激光束11沿切割路径运动对待加工产品进行切割加工，并同时控制所述切割平台3沿切割路径运动使待加工产品6以设定的速度进给。

具体操作如下：激光器1在控制系统5的控制下(如连续或固定)发出激光束11，激光束11经过光路系统2的引导聚焦在待加工产品6上，激光束11以设定的速度和行程沿切割路径在待加工产品6上做往复运动，同时切割平台3沿切割路径运动，使待加工产品6按设定速度进给，激光束的往复运动结合待加工产品6的进给，实现对大幅面产品的连接加工。

可选地，切割平台3设置有组成切割图案的切割道和微孔，切割道镂空设于切割平台的表面，微孔具有多个，均匀分布于切割平台3上，并与真空泵连接。

可选的，所述光路系统2包括：

具有反射镜和分光镜的光路传输系统21，用于为激光束11提供传输路径；

准直扩束系统22，用于对激光束11进行准直和扩束；

具有X扫描镜和Y扫描镜的振镜系统23，通过控制X扫描镜和Y扫描镜的偏转来调整激光束11的传输方向，其中X扫描镜和Y扫描镜由电机驱动；及

场镜24，用于将激光束11聚焦至待加工产品6内，调整加工轨迹10的深度，所述光路传输系统21、准直扩束系统22、振镜系统23和场镜24依序设置。

激光束11被光路传输系统21引导至准直扩束系统22，通过准直扩束系统22对激光束11光斑的大小进行调整，再由振镜系统23调整激光束11的输出方向，最后由场镜24将激光束11聚焦至待加工产品6内。其中，经过振镜系统23的激光束11能做往复运动。

一实施例中：采用本发明的激光加工方法对柔性OLED屏幕的进行切割，各步骤分别如下：

S10、按需选择具有合适切割道和微孔的切割平台3，将柔性OLED屏幕安装固定在切割平台3上，并通过真空吸附的方式将柔性OLED屏幕吸附在切割平台3表面，防止柔性OLED屏幕发生翘曲现象；

S20、通过视觉定位系统4对待加工产品6进行定位，使用工业相机对柔性OLED屏幕上特定标识进行拍照，确认柔性OLED屏幕的位置，对拍摄的照片进行处理后将定位信息反馈给控制系统5；

S30、控制系统5对接收到的定位信息进行处理，并根据切割平台3的切割图案生成切割路径；

S40、控制系统5控制激光器1发出激光束11，激光束11经光路系统2引导聚焦至柔性OLED屏幕，并沿切割路径对柔性OLED屏幕进行切割加工，激光束11沿切割路径先在开始端的缓冲段内起做往复运动，与此同时切割平台沿切割路径运动，使柔性OLED屏幕进给，激光束11逐渐作用于柔性OLED屏幕上，激光束11每次经过柔性OLED屏幕都会留下一条切割痕迹，随着激光束11的往复运动，柔性OLED屏幕上的切割痕迹不断叠加形成加工轨迹10，且加工轨迹10朝进给的相反方向不断延伸，从而实现对柔性OLED屏幕连续切割加工。其中，激光束11以2000mm/s的速度、20mm的行程、100次往复次数做高速直线往复运动，对柔性OLED屏幕行进行切割，切割平台3沿切割路径以20mm/s的速度运动，即柔性OLED屏幕的进给速度为20mm/s，且保持切割平台3的运动方向平行于激光束11往复运动的方向。为了保证加工轨迹10上各处的加工质量，对柔性OLED屏幕加工时，在加工轨迹10的开始端和结尾端预留有距离为40mm的缓冲段，激光束从开始端的缓冲段做往复运动，随切割平台的运动激光束逐渐作用于柔性OLED屏幕上，且激光束的往复运动结束于结尾端的缓冲段，可以避免加工轨迹10的开始端和结尾端受到激光束11的作用的次数不足，导致加工轨迹10深度不足，出现柔性OLED屏幕的开始端和结尾端切不断的现象，影响加工质量。加工过程，由于激光束11的往复运动和柔性OLED屏幕的进给运动是同时进行的，柔性OLED屏幕的加工轨迹10为一条连续的、不间断的直线，其加工效率高，且加工轨迹10不存在拼接点，加工精度高。

图4为采用本发明所提供的激光加工方法得出的加工效果图，图5为采用现有技术中振镜系统23扫描(激光束往复运动)、切割平台3固定的加工方法得出的加工效果图，通过对比，两种加工方法的热影响区域接近，采用本发明的激光加工方法的热影响区域甚至比采用现有技术加工过方法的热影响的区域小。本发明的加工方法相较于现有技术：可以获得与现有振镜小幅面加工相同的加工效果，同时还能扩大加工幅面，克服了现有技术中需对大幅面产品进行小幅面划分后再分别加工的繁琐操作，具有加工精度高、加工效率高的优点。

本发明实施例所提供的一种激光加工方法及激光加工系统，在控制系统5的控制下，激光束11沿切割路径在待加工产品6上做往复运动，同时结合待加工产品6沿切割路径的进给，使得激光束11在待加工产品6留下的加工轨迹10是由多条沿切割路径方向不断延伸的切割痕迹叠加而成的一条直线，从而实现了不用停机即可对大幅面产品进行连续切割加工，加工效率高，并解决了大幅面产品因拼接加工而导致加工精度不足的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待加工产品固定安装在可带动待加工产品运动的切割平台上；

S2、从定位系统获取待加工产品的定位信息，并将定位信息反馈给控制系统；

S3、所述控制系统对接收到的定位信息进行处理，并根据预设的切割图案生成切割路径；

S4、所述控制系统控制激光束运动沿切割路径对待加工产品进行切割加工，同时，所述控制系统控制所述切割平台沿切割路径运动，使待加工产品以设定的速度进给；

其中，所述激光束通过光路系统的引导被聚焦在待加工产品上，并在所述控制系统的控制下以设定的速度和行程沿切割路径做往复运动。

2.如权利要求1所述的一种激光加工方法，其特征在于，步骤S1中，所述切割平台能在水平方向上移动和转动。

3.如权利要求2所述的一种激光加工方法，其特征在于，所述切割平台具有组成切割图案的切割道，所述切割平台通过真空吸附方式对待加工产品进行固定。

4.如权利要求1所述的一种激光加工方法，其特征在于，步骤S2中，所述定位系统为视觉定位系统，所述视觉定位系统通过工业相机对待加工产品上的定位标识进行拍照、并对拍摄照片进行图像处理后反馈给所述控制系统。

5.如权利要求1所述的一种激光加工方法，其特征在于，步骤S3中，切割路径的图案与预设的切割图案相同。

6.如权利要求1所述的一种激光加工方法，其特征在于，步骤S4中，激光器发出的激光束依次经过光路系统中的光路传输系统、准直扩束系统、振镜系统和场镜后聚焦至待加工产品，其中，所述振镜系统中的扫描镜以设定的速度和角度偏转运动，使通过所述振镜系统的激光束做往复运动，所述激光束在待加工产品上留下的加工轨迹形成一条直线。

7.如权利要求6所述的一种激光加工方法，其特征在于，所述激光束的往复运动速度为1500-8000mm/s，所述激光束的往复运动行程为10-60mm，所述激光束的往复运动次数50-200次。

8.如权利要求6所述的一种激光加工方法，其特征在于，所述加工轨迹由多条沿所述切割路径方向不断延伸的切割痕迹叠加组成。

9.如权利要求1所述的一种激光加工方法，其特征在于，步骤S4中，所述切割平台的运动方向平行于所述激光束在待加工产品上留下的切割痕迹的方向。

10.如权利要求9所述的一种激光加工方法，其特征在于，所述切割平台的运动速度为10-50mm/s。

11.如权利要求8所述的一种激光加工方法，其特征在于，所述加工轨迹的开始端和结尾端均预留有缓冲段。

12.如权利要求11所述的一种激光加工方法，其特征在于，所述缓冲段的长度为15-100mm。

13.一种激光加工系统，其特征在于，包括：

激光器，用于发射激光束对待加工产品进行加工；

光路系统，用于将激光束引导并聚焦至待加工产品上；

切割平台，用于固定待加工产品并带动待加工产品运动；

定位系统，用于识别并生成待加工产品的定位信息；及

控制系统，用于接收和处理来自所述定位系统的定位信息并根据所述定位信息按预设的切割图案生成切割路径，以及用于控制所述激光束沿切割路径运动对待加工产品进行加工，并同时控制所述切割平台沿切割路径运动使待加工产品以设定的速度进给。