CN110270766A - 激光切割设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光切割设备，包括：运动组件、激光切割模块、载台及控制系统，所述运动组件能够使所述激光切割模块和所述载台分别沿X轴方向和Y轴方向发生相对运动，所述激光切割模块包括激光器、第一扫描振镜及第二扫描振镜，所述控制系统包括工业控制计算机、运动控制器、驱动模块及振镜控制卡，所述工业控制计算机与所述运动控制器通讯连接，并用于向所述运动控制器输送控制信息，所述运动控制器根据所述控制信息调控所述驱动模块的状态，以使得所述运动组件在所述驱动模块的驱动下沿预设切割轨迹移动，所述振镜控制卡能够控制所述第一扫描振镜或所述第二扫描振镜运动。上述激光切割设备实现了对大幅面工件的快速切割，且不存在拼接误差。

Description

激光切割设备

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种激光切割设备。

背景技术

在OLED屏生产过程中，需要将大幅面的OLED面板切割成为多个单独的屏体。例如，OLED面板的尺寸为1500mmx1000mm，单个屏体的尺寸为200mmx150mm，而激光振镜的加工范围只有100mmx100mm。由此带来两个问题：

1.振镜的加工范围很小，当加工完一个区域后，需要关闭振镜，运动平台将振镜移动到相应位置后，振镜才能继续加工，如此反复。由于存在反复切换，整个加工时间长，加工效率低。

2.振镜的加工范围无法覆盖单个屏体，切换处因激光的运动轨迹叠加，存在拼接误差，影响切割后的产品良率。

发明内容

基于此，有必要针对大幅面OLED面板切割效率及产品良率较低的问题，提供一种激光切割设备。

一种激光切割设备，包括：运动组件、激光切割模块、载台及控制系统，所述运动组件能够使所述激光切割模块和所述载台分别沿X轴方向和Y轴方向发生相对运动，所述激光切割模块包括激光器、第一扫描振镜及第二扫描振镜，所述第一扫描振镜能够使所述激光器发射出的光线沿X轴方向发生偏转，所述第二扫描振镜能够使所述光线沿Y轴方向发生偏转，所述控制系统包括工业控制计算机、运动控制器、驱动模块及振镜控制卡，所述工业控制计算机与所述运动控制器通讯连接，并用于向所述运动控制器输送控制信息，所述运动控制器根据所述控制信息调控所述驱动模块的状态，以使得所述运动组件在所述驱动模块的驱动下沿预设切割轨迹移动，所述振镜控制卡能够根据预设切割轨迹及所述激光切割模块和所述载台的相对位置信息控制所述第一扫描振镜或所述第二扫描振镜运动。

上述激光切割设备，激光切割模块相对载台沿X轴方向移动，并控制第一扫描振镜使得激光器发射的光线沿X轴方向偏转，能够沿X轴方向对工件进行切割。同理，激光切割模块相对载台沿Y轴方向移动，并控制第二扫描振镜使得激光器发射的光线沿Y轴方向偏转，能够沿Y轴方向对工件进行切割。通过上述方式，实现了对大幅面工件的快速切割，且不存在拼接误差，提高切割良率。

在其中一个实施例中，所述运动组件包括X轴运动单元和Y轴运动单元，所述驱动模块包括X轴驱动器和Y轴驱动器，所述X轴驱动器控能够控制所述X轴运动单元沿第一预设轨迹移动，所述Y轴驱动器能够控制所述Y轴运动单元沿第二设定轨迹移动。

在其中一个实施例中，所述X轴运动单元包括X轴直线电机，所述Y轴运动单元包括Y轴直线电机，所述控制系统还包括X轴光栅尺读数头、X轴编码器分配器、Y轴光栅尺读数头及Y轴编码器分配器，所述X轴光栅尺读数头用于检测所述X轴直线电机的动子的位置并反馈至所述X轴编码器分配器，所述Y轴光栅尺读数头用于检测所述Y轴直线电机的动子的位置并反馈至所述Y轴编码器分配器，所述X轴编码器分配器、所述Y轴编码器分配器分别与所述运动控制器和所述振镜控制卡通讯连接。

在其中一个实施例中，所述X轴运动单元用于带动所述激光切割模块沿X轴方向移动，所述Y轴运动单元用于带动所述载台沿Y轴方向移动。

在其中一个实施例中，所述激光切割设备还包括位移传感器，所述控制系统能够控制所述运动组件带动所述位移传感器和所述载台发生相对移动，以使所述位移传感器能够依次测试出所述载台上的多个测量点到所述位移传感器的距离，且所述控制系统能够对测试数据进行处理以得到所述载台的平面度。

在其中一个实施例中，所述控制系统还包括位移传感器控制单元，所述位移传感器控制单元与所述工业控制计算机通讯连接，并用于将所述位移传感器的测量数据传输至所述工业控制计算机，所述工业控制计算机能够对所述测量数据进行存储和分析。

在其中一个实施例中，所述激光切割设备还包括Z轴运动单元，所述Z轴运动单元用于带动所述激光切割模块沿Z轴方向升降。

在其中一个实施例中，所述驱动模块包括Z轴驱动器，所述运动控制器能够通过所述Z轴驱动器控制所述Z轴运动单元的运动状态。

在其中一个实施例中，所述Z轴运动单元包括伺服电机、丝杆及安装座，所述伺服电机的输出端连接于所述丝杆，所述安装座与所述丝杆螺纹连接，所述伺服电机包括保持制动器。

在其中一个实施例中，所述激光切割设备还包括机台，所述机台包括支架、若干气浮垫及大理石平台，所述气浮垫设于所述支架和所述大理石平台之间，所述运动组件设于所述大理石平台上。

附图说明

图1为一实施例中激光切割设备的结构示意图；

图2为图1所示激光切割设备中控制原理示意图；

图3为图1所示激光切割设备中激光切割模块的组成图；

图4为将大幅面柔性OLED分割为OLED片材的示意图；

图5为X方向切割线的示意图；

图6为Y方向切割线的示意图；

图7为图1所示激光切割设备的侧视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，一种激光切割设备100包括运动组件10、激光切割模块20、载台30及控制系统。运动组件10能够使激光切割模块20和载台30分别沿X轴方向和Y轴方向发生相对运动。控制系统包括工业控制计算机、运动控制器、驱动模块及振镜控制卡。请参阅图3，激光切割模块20包括激光器、第一扫描振镜及第二扫描振镜，激光器发射出的光线依次经过第一扫描振镜和第二扫描振镜后射向位于载台30上的工件，第一扫描振镜能够使激光器发射出的光线沿X轴方向发生偏转，第二扫描振镜能够使光线沿Y轴方向发生偏转。工业控制计算机与运动控制器通讯连接，并用于向运动控制器输送控制信息，运动控制器根据控制信息调控驱动模块的状态，以使得运动组件10在驱动模块的驱动下沿预设切割轨迹运动，振镜控制卡能够根据预设切割轨迹及激光切割模块20和载台30的相对位置信息控制第一扫描振镜或第二扫描振镜运动。

上述激光切割设备100，使激光切割模块20相对载台30沿X轴方向移动，并控制第一扫描振镜使得激光器发射的光线沿X轴方向偏转，能够沿X轴方向对工件进行切割。同理，使激光切割模块20相对载台30沿Y轴方向移动，并控制第二扫描振镜使得激光器发射的光线沿Y轴方向偏转，能够沿Y轴方向对工件进行切割。通过上述方式，实现对大幅面工件的快速切割，且不存在拼接误差，提高切割良率。

其中，控制信息可以是包括加工参数和加工路径的信息。控制信息可以是用户预先在工业控制计算机输入的参数或录入的控制指令。

需要说明的是，激光切割模块20相对载台30的移动速度和第一扫描振镜或第二扫描振镜的偏转速度应该相匹配，确保激光器发射的光线在工件表面停留一定的时间，以将工件切断。激光切割模块还包括扩束镜系统和场镜，其中，扩束镜用于扩展激光束的直径，并减小激光束的发射角，减少远距离传输的能量衰减。场镜将第二扫描振镜出光口的平行光聚焦，从而实现对柔性OLED的切割。

具体的，请参阅图4，采用上述激光切割设备100对大幅面柔性OLED200进行切割的步骤如下：

S100：根据待切割的OLED片材210的尺寸设定切割轨迹，请参阅图5和图6，切割轨迹包括若干X方向切割线401、402、403、404、405、406，以及若干Y方向切割线501、502、503、504、505、506、507；

S200：工业控制计算机将切割轨迹转换成激光切割模块20和载台30沿X轴方向和Y轴方向的相对移动轨迹、以及第一扫描振镜和第二扫描振镜的运动轨迹；

S300：工业控制计算机通过运动控制器控制运动组件10使激光切割模块20和载台30沿X轴正方向相对运动，并通过振镜控制卡控制第一扫描振镜沿X轴正方向发生偏转，通过运动组件10沿X方向的运动和第一扫描振镜沿X方向的偏转运动的合成，使得第一扫描振镜的加工范围由100mm延伸至1500mm；

S400：X方向切割线401加工完毕后，激光切割模块20暂停工作，运动组件10带动激光切割模块20相对载台30沿Y轴方向移动设定间距150mm(OLED片材210沿Y轴方向的尺寸)，激光切割模块20启动，激光切割模块20和载台30沿X轴反方向相对运动，第一扫描振镜沿X轴反方向发生偏转，形成X方向切割线402，重复上述操作，直至完成所有X方向切割线401-406的加工；

S500：工业控制计算机通过运动控制器控制运动组件10使激光切割模块20和载台30沿Y轴正方向相对运动，并通过振镜控制卡控制第一扫描振镜沿Y轴正方向发生偏转，通过运动组件10沿Y方向的运动和第一扫描振镜沿Y方向的偏转运动的合成，使得第二扫描振镜的加工范围由100mm延伸至1000mm；

S600：Y方向切割线501加工完毕后，激光切割模块20暂停运转，激光切割模块20相对载台30沿X轴方向移动设定间距200mm(OLED片材210沿X轴方向的尺寸)，激光切割模块20启动，激光切割模块20和载台30沿Y轴反方向相对运动，第一扫描振镜沿Y轴反方向发生偏转，形成Y方向切割线502，重复上述操作，直至完成所有Y方向切割线501-507的加工。

在本实施例中，上述激光切割设备100用于对大幅面柔性OLED进行切割，由于柔性OLED的厚度较薄，第一扫描振镜和第二扫描振镜仅需进行单向移动即可。在其他实施例中，上述激光切割设备100也可用于对其他工件进行切割，当工件的厚度较大时，可将第一扫描振镜和第二扫描振镜设置为往复运动模式。

运动组件10包括X轴运动单元11和Y轴运动单元12，驱动模块包括X轴驱动器和Y轴驱动器，X轴驱动器控能够控制X轴运动单元11沿第一预设轨迹移动，Y轴驱动器能够控制Y轴运动单元12沿第二设定轨迹移动。其中，第一预设轨迹与X轴方向平行，第二预设轨迹与Y轴方向平行。

X轴运动单元11包括X轴直线电机，Y轴运动单元12包括Y轴直线电机。控制系统还包括X轴光栅尺读数头、X轴编码器分配器、Y轴光栅尺读数头及Y轴编码器分配器。X轴光栅尺读数头用于检测X轴直线电机的动子的位置并反馈至X轴编码器分配器，Y轴光栅尺读数头用于检测Y轴直线电机的动子的位置并反馈至Y轴编码器分配器，X轴编码器分配器、Y轴编码器分配器分别与运动控制器和振镜控制卡通讯连接。

运动控制器通过X轴驱动器控制X轴直线电机的动作，并通过X轴编码器分配器接收X轴光栅尺读数头检测到的X轴直线电机的动子的位置信息。同理，运动控制器通过Y轴驱动器控制Y轴直线电机的动作，并通过Y轴编码器分配器接收Y轴光栅尺读数头检测到的Y轴直线电机的动子的位置信息，实现了全闭环控制，有利于提高激光切割模块20和载台30的相对位置精度。

振镜控制卡根据用户输入至工业控制计算机的切割轨迹，并通过X轴编码器分配器、Y轴编码器分配器分别接收X轴光栅尺读数头、Y轴光栅尺读数头获取的位置信息，转换成第一扫描振镜和第二扫描振镜的路径信息，进而控制第一扫描振镜和第二扫描振镜的运动状态。

在一实施例中，X轴运动单元11用于带动激光切割模块20沿X轴方向移动，Y轴运动单元12用于带动载台30沿Y轴方向移动。激光切割模块20沿X轴移动以及载台30沿Y轴移动能够独立进行，不会产生相互干扰；X轴运动单元11和Y轴运动单元12独立设置，降低了设备的安装调试难度。在其他实施例中，也可采用激光切割模块20固定设置，运动组件10带动载台30分别实现X轴方向和Y轴方向移动的方案。

激光切割设备100还包括位移传感器40，控制系统能够控制运动组件10带动位移传感器40和载台30发生相对移动，以使位移传感器40能够依次测试出载台30上的多个测量点到位移传感器40的距离，且控制系统能够对测试数据进行处理以得到载台30的平面度。

上述激光切割设备100开始对工件加工前，需要测试载台30的平面度。通过控制X轴运动单元11和Y轴运动单元12实现载台30和位移传感器40的相对运动，以便位移传感器40检测出载台30上多个测量点到位移传感器40的距离，并根据测试数据计算出载台30的平面度。实现了大幅面的载台30的自动化检测，测试效率高。

控制系统还包括位移传感器控制单元，位移传感器控制单元与工业控制计算机通讯连接，并用于将位移传感器40的测量数据传输至工业控制计算机，工业控制计算机能够对测量数据进行存储和分析。

激光切割设备100还包括Z轴运动单元50，Z轴运动单元50用于带动激光切割模块20沿Z轴方向升降，以便调整激光切割模块20与位于载台30上的工件的距离，确保激光器发射的激光能够聚焦于工件上。

驱动模块包括Z轴驱动器，运动控制器能够通过Z轴驱动器控制Z轴运动单元50的运动状态。

请再次参阅图1，Z轴运动单元50包括伺服电机51、丝杆及安装座52，伺服电机51的输出端连接于丝杆，安装座52与丝杆螺纹连接，激光切割模块20和位移传感器40均设于安装座52，伺服电机51包括保持制动器。保持制动器用来在伺服电机51停止时候锁定位置，避免伺服电机51由于外力作用发生运动，使得加工过程中激光切割模块20在Z方向保持静止。

请参阅图7，激光切割设备100还包括机台60，机台60包括支架61、若干气浮垫62及大理石平台63，气浮垫62设于支架61和大理石平台63之间，运动组件10设于大理石平台63上。在切割过程中，运动组件10带动激光切割模块20和载台30发生相对运动，不可避免地会引起大理石平台63发生震动，通过在支架61和大理石平台63之间设置气浮垫62，能够产生缓冲作用，避免震动传导至支架61而影响其使用寿命。

进一步的，机台60还包括设于大理石平台63的桥架64，Y轴直线电机设于大理石平台63上，X轴直线电机设于桥架64上，Z轴运动单元50滑设于X轴直线电机。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光切割设备，其特征在于，包括：运动组件、激光切割模块、载台及控制系统，所述运动组件能够使所述激光切割模块和所述载台分别沿X轴方向和Y轴方向发生相对运动，所述激光切割模块包括激光器、第一扫描振镜及第二扫描振镜，所述第一扫描振镜能够使所述激光器发射出的光线沿X轴方向发生偏转，所述第二扫描振镜能够使所述光线沿Y轴方向发生偏转，所述控制系统包括工业控制计算机、运动控制器、驱动模块及振镜控制卡，所述工业控制计算机与所述运动控制器通讯连接，并用于向所述运动控制器输送控制信息，所述运动控制器根据所述控制信息调控所述驱动模块的状态，以使得所述运动组件在所述驱动模块的驱动下沿预设切割轨迹移动，所述振镜控制卡能够根据预设切割轨迹及所述激光切割模块和所述载台的相对位置信息控制所述第一扫描振镜或所述第二扫描振镜运动。

2.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述运动组件包括X轴运动单元和Y轴运动单元，所述驱动模块包括X轴驱动器和Y轴驱动器，所述X轴驱动器控能够控制所述X轴运动单元沿第一预设轨迹移动，所述Y轴驱动器能够控制所述Y轴运动单元沿第二设定轨迹移动。

3.根据权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述X轴运动单元包括X轴直线电机，所述Y轴运动单元包括Y轴直线电机，所述控制系统还包括X轴光栅尺读数头、X轴编码器分配器、Y轴光栅尺读数头及Y轴编码器分配器，所述X轴光栅尺读数头用于检测所述X轴直线电机的动子的位置并反馈至所述X轴编码器分配器，所述Y轴光栅尺读数头用于检测所述Y轴直线电机的动子的位置并反馈至所述Y轴编码器分配器，所述X轴编码器分配器、所述Y轴编码器分配器分别与所述运动控制器和所述振镜控制卡通讯连接。

4.根据权利要求2所述的激光切割设备，其特征在于，所述X轴运动单元用于带动所述激光切割模块沿X轴方向移动，所述Y轴运动单元用于带动所述载台沿Y轴方向移动。

5.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括位移传感器，所述控制系统能够控制所述运动组件带动所述位移传感器和所述载台发生相对移动，以使所述位移传感器能够依次测试出所述载台上的多个测量点到所述位移传感器的距离，且所述控制系统能够对测试数据进行处理以得到所述载台的平面度。

6.根据权利要求5所述的激光切割设备，其特征在于，所述控制系统还包括位移传感器控制单元，所述位移传感器控制单元与所述工业控制计算机通讯连接，并用于将所述位移传感器的测量数据传输至所述工业控制计算机，所述工业控制计算机能够对所述测量数据进行存储和分析。

7.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括Z轴运动单元，所述Z轴运动单元用于带动所述激光切割模块沿Z轴方向升降。

8.根据权利要求7所述的激光切割设备，其特征在于，所述驱动模块包括Z轴驱动器，所述运动控制器能够通过所述Z轴驱动器控制所述Z轴运动单元的运动状态。

9.根据权利要求7所述的激光切割设备，其特征在于，所述Z轴运动单元包括伺服电机、丝杆及安装座，所述伺服电机的输出端连接于所述丝杆，所述安装座与所述丝杆螺纹连接，所述伺服电机包括保持制动器。

10.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括机台，所述机台包括支架、若干气浮垫及大理石平台，所述气浮垫设于所述支架和所述大理石平台之间，所述运动组件设于所述大理石平台上。