CN110977200A - 一种激光切割装置及激光切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光切割装置，其包括：上料单元，机械手单元，切割单元，热裂片单元，以及下料单元，所述的机械手单元将上料单元上的料片送至切割单元，所述的热裂片单元接收切割单元切割后的料片，并通过旋转平台加热裂片的进行裂片，所述的下料单元将裂片后的料片从热裂片单元取出。本发明的激光切割装置以及激光切割方法通过加热裂片的方式，每次可以裂片多个料片，而且能够提高裂片的精度以及效率。

Description

一种激光切割装置及激光切割方法
技术领域
本发明涉及激光切割领域，特别是涉及一种激光切割装置及激光切割方法。
背景技术
随着社会的进步以及工业工艺的要求越来越高，激光精密切割被广泛应用于各个领域，包括玻璃，晶圆，热塑性高聚物材料等等，但是如何提高稳定性，保持良率高的同时，工艺流程更为简单可控优化，也一直是业界不断需要改进和追求的。
请参照图一，是现有的激光切割工艺的流程图，其主要包括上料，切割，裂片和下料等步骤，其中切割以及裂片步骤极为关键，是决定切割效果的重要步骤，对于如何提高裂片的精度以及效率的需求格外强烈。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种激光切割装置及激光切割方法，能够提高裂片的精度以及效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：一种激光切割装置，其包括：
上料单元，机械手单元，切割单元，热裂片单元，以及下料单元，所述的机械手单元将上料单元上的料片送至切割单元，所述的热裂片单元接收切割单元切割后的料片，并通过加热同时旋转裂片的方式进行裂片，所述的下料单元将裂片后的料片从热裂片单元取出。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的机械手单元包括上料机器手以及转载机器手，所述的上料机器手用于将上料单元中的待切割材料取出，转载机器手取出料片并送至切割单元。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的上料机械手包括升降电缸，吸盘以及旋转机构，旋转机构能带动吸盘进行90°翻转。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的上料机械手包括升降电缸，吸盘以及旋转机构，旋转机构能带动吸盘进行90°翻转，所述的切割单元的切割效率为5s/pcs，加工产品真圆度<3μm。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的热裂片单元包括裂片加热机构，加热温控系统以及裂片旋转台。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的裂片加热机构包括固定本体，升降电机，升降导向机构，第一加热体以及第二加热体，所述的升降电机被固定在固定本体上，并通过升降导向机构与第一加热体以及第二加热体相连。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：其进一步包括隔热机构，所述的隔热机构设置在升降导向机构与第一加热体之间，同样的升降导向机构与第二加热体之间也设置了隔热机构。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的第一加热体以及第二加热体的温度分别受加热温控系统控制，且加热温控系统可以分别独立对第一加热体以及第二加热体进行加热。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的裂片旋转台包括4个工位，分别设置为上下料位，第一裂片加工位，第二裂片加工位以及取外框位，该裂片旋转台包括内置高速旋转马达，该内置高速旋转马达驱动裂片旋转台旋转至需要的工位。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：一种激光切割方法，其特征在于，包括：
S1：将料片从上料单元送至切割单元；
S2：对料片进行切割；
S3：切割后的料片被加热同时进行裂片；
S4：裂片后的料片被取出。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的料片是通过上料机器手从上料单元取出，然后将料片送至定位单元，所述的定位单元伸出接住待切割材料，退回原始位置时同时对料片进行定位，定位准确后的料片被转载机器手取出并送至切割单元。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的装载料片的料盘放置在钢柱滚轮铺成的流水线上，由三个推料进给电缸推动，料盘到位后，有接近传感器检测，阻挡气缸阻挡，防止料盘移动，由光电感应器判断料盒中是否有料。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：切割效率为5s/pcs，加工产品真圆度<3μm。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述的料片通过裂片加热机构来加热裂片，该加热机构包括固定本体，升降电机，升降导向机构，第一加热体以及第二加热体。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：料片被固定在上下料位后，内置高速旋转马达旋转90度，到第一裂片加工位，加热温度200度，该料片外圆不要的部分被裂掉，内置高速旋转马达再旋转90度，到第二裂片加工位，加热200度，经过5秒左右，该料片內圆的部分会被裂掉，内置高速旋转马达再旋转90度，重新回到前面的上下料位。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的激光切割装置以及激光切割方法通过旋转平台加热裂片的进行裂片，每次可以裂片多个料片，而且能够提高裂片的精度以及效率。
附图说明
图1是本发明现有技术中激光切割方法的流程示意图；
图2是本发明激光切割装置结构示意图；
图3是本发明激光切割装置的上料机械手的结构示意图；
图4是本发明激光切割装置的裂片加热机构的结构示意图；
图5是本发明激光切割装置的热裂片单元的结构示意图；
图6是本发明激光切割装置的裂片旋转台的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
参阅图2，本发明提供一种激光切割装置，其包括上料单元1，机械手单元2，切割单元3，热裂片单元5，以及下料单元6。
其中，所述的上料单元1包括至少一个上料工位，用于存放待切割材料，所述的待切割材料正方形，圆形或多边形等对称形状，或者其他形状。
所述的机械手单元2包括上料机器手21以及转载机器手22，所述的上料机器手21用于将上料单元1中的待切割材料取出，每次可以取一片或者多片，然后将待切割材料送至定位单元(图中未示出)，所述的定位单元伸出接住待切割材料，退回原始位置时同时对待切割材料进行定位，定位准确后的待切割材料被转载机器手22取出并送至切割单元3。装载待切割材料的料盒在推料进给电缸的带动下移动，待上料机械手21将待切割材料取完后，空料盒被推送至回收单元，上料机械手21再次取出下一个料盒。
所述的料盘放置在钢柱滚轮铺成的流水线上，由三个推料进给电缸推动，料盘到位后，有接近传感器检测，阻挡气缸阻挡，防止料盘移动，由光电感应器判断料盒中是否有料。
请参照图3以及图4，所述的上料机械手21包括升降电缸211，吸盘212以及旋转机构213，旋转机构能带动吸盘进行90°翻转，能从两种规格料盒(竖放料片和横放料片)中取出料片，放置在定位机构上。
所述的切割单元3对待切割材料进行切割，切割效率为5s/pcs，加工产品真圆度<3μm。
切割完成后，所述的转载机器手22再次将切割完成的料片取出，并送至热裂片单元5。
如图5所示，所述的热裂片单元5包括裂片加热机构51，加热温控系统52，裂片旋转台53。
其中，所述的裂片加热机构51包括固定本体511，升降电机512，升降导向机构513，隔热机构514，第一加热体515以及第二加热体516。所述的升降电机512被固定在固定本体511上，并通过升降导向机构513与第一加热体515以及第二加热体516相连，所述的隔热机构514设置在升降导向机构513与第一加热体515之间，同样的升降导向机构513与第二加热体516之间也设置了隔热机构514。
所述的第一加热体515以及第二加热体516的温度分别受加热温控系统52控制，且加热温控系统52可以分别独立对第一加热体515以及第二加热体516进行加热，每个加热体的可以温度不同，而且第一加热体515以及第二加热体516可以分别设置2个，这样就同时可以有4个加热体在工作，第一加热体515以及第二加热体516通过升降导向机构513可以分别动作，进行升降。所述的第一加热体515以及第二加热体516采用黄铜材质较佳，导热性好的同时不损伤料片。所述的隔热机构514将热量发散到升降导向机构513。
如图6所示，所述的裂片旋转台53包括4个工位，分别设置为上下料位533，第一裂片加工位535，第二裂片加工位537以及取外框位539。该裂片旋转台53包括内置高速旋转马达531，该内置高速旋转马达531可以驱动工位旋转至需要的位置。所述的料片通过真空吸附的方式被固定在工位上，
第一加热体515以及第二加热体516被加热到预设温度后可加对料片进行加热裂片，以玻璃为例，所述的第一加热体515对该玻璃料片的外圆进行裂片，所述的第二加热体516对该玻璃料片的内圆进行裂片，具体工作过程为：玻璃料片被固定在上下料位后，内置高速旋转马达531旋转90度，到第一裂片加工位，加热温度200度，较佳的范围为180～220度，经过5秒左右，较佳的范围为4～7秒，该玻璃料片外圆不要的部分被裂掉；内置高速旋转马达531再旋转90度，到第二裂片加工位，加热200度，经过5秒左右，较佳的范围为4～7秒，该玻璃料片內圆的部分会被裂掉，掉下去的部分通过裂片旋转台53中的小孔直接回收。内置高速旋转马达531再旋转90度，真空吸嘴会把裂片好的玻璃料片吸起来取出，喷掉外径不要的部分再放回去后，内置高速旋转马达531再次旋转90度，重新回到前面的上下料位，一次完整的加热裂片过程完成。
为了使得加热裂片效果更好，我们的方案也可以在工作过程中加入冷却单元，使得裂片材料的热胀冷缩效果更好，裂片的效率更高。当然，也可以采用单独冷却的方式进行裂片，只要根据材料的特性设置好冷却温度和时间，这种设定可以参照加热的方式，一样可以达到加热裂片的效果。
上述关于加热温度以及加热时间的设定是以玻璃为例，可以根据不同的料片材质进行调整。
所述的激光切割装置主要参数如下表所示：
激光输出功率 20W
激光波长 1030nm
激光重复频率 50KHZ
切割范围 直径≤150mm
切割深度 <0.9mm
旋转平台精度 ±0.5μm
直线电机精度 3μm
上料机械手精度 0.01mm
切割速度(旋转切割点线速度) 80mm/s
同心度 7μm
外径公差 ±8μm
外圆真圆度 3μm
内圆真圆度 3μm
产品表面磨损精度 800nm
本发明还提供一种激光切割方法，其包括以下步骤：
S1：将料片从上料单元送至切割单元；
S2：对料片进行切割；
S3：切割后的料片被加热同时进行裂片；
S4：裂片后的料片被取出。
其中，步骤S1中，所述的料片是通过上料机器手从上料单元取出，每次可以取一片或者多片，然后将料片送至定位单元，所述的定位单元伸出接住待切割材料，退回原始位置时同时对料片进行定位，定位准确后的料片被转载机器手取出并送至切割单元。
装载料片的料盒在推料进给电缸的带动下移动，待上料机械手将料片取完后，空料盒被推送至回收单元，上料机械手再次取出下一个料盒。
所述的料盘放置在钢柱滚轮铺成的流水线上，由三个推料进给电缸推动，料盘到位后，有接近传感器检测，阻挡气缸阻挡，防止料盘移动，由光电感应器判断料盒中是否有料。
步骤S2中，对料片进行切割，加工产品真圆度<3μm。
切割完成后，通过转载机器手再次将切割完成的料片取出。
步骤S3中，所述的料片通过裂片加热机构来加热裂片，该加热机构包括固定本体511，升降电机512，升降导向机构513，隔热机构514，第一加热体515以及第二加热体516。所述的升降电机512被固定在固定本体511上，并通过升降导向机构513与第一加热体515以及第二加热体516相连，所述的隔热机构514设置在升降导向机构513与第一加热体515之间，同样的升降导向机构513与第二加热体516之间也设置了隔热机构514。
所述的第一加热体515以及第二加热体516的温度分别受加热温控系统52控制，且加热温控系统52可以分别独立对第一加热体515以及第二加热体516进行加热，每个加热体的可以温度不同，而且第一加热体515以及第二加热体516可以分别设置2个，这样就同时可以有4个加热体在工作，第一加热体515以及第二加热体516通过升降导向机构513可以分别动作，进行升降。所述的第一加热体515以及第二加热体516采用黄铜材质较佳，导热性好的同时不损伤料片。
如图6所示，所述的裂片旋转台53包括4个工位，分别设置为上下料位，第一裂片加工位，第二裂片加工位以及取外框位。该裂片旋转台53包括内置高速旋转马达531，该内置高速旋转马达531可以驱动工位旋转至需要的位置。所述的料片通过真空吸附的方式被固定在工位上，
第一加热体515以及第二加热体516被加热到预设温度后可加对料片进行加热裂片，以玻璃为例，所述的第一加热体515对该玻璃料片的外圆进行裂片，所述的第二加热体516对该玻璃料片的内圆进行裂片，具体工作过程为：玻璃料片被固定在上下料位后，内置高速旋转马达531旋转90度，到第一裂片加工位，加热温度200度，较佳的范围为180～220度，经过5秒左右，较佳的范围为4～7秒，该玻璃料片外圆不要的部分被裂掉；内置高速旋转马达531再旋转90度，到第二裂片加工位，加热200度，经过5秒左右，较佳的范围为4～7秒，该玻璃料片內圆的部分会被裂掉，掉下去的部分通过裂片旋转台53中的小孔直接回收。内置高速旋转马达531再旋转90度，真空吸嘴会把裂片好的玻璃料片吸起来取出，喷掉外径不要的部分再放回去后，内置高速旋转马达531再次旋转90度，重新回到到前面的上下料位，一次完整的加热裂片过程完成。
步骤S4：裂片后的料片通过下料机械手取出。
本发明的激光切割装置以及激光切割方法通过加热裂片的方式，每次可以裂片多个料片，而且能够提高裂片的精度以及效率。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光切割装置，其特征在于，包括：
上料单元，机械手单元，切割单元，热裂片单元，以及下料单元，所述的机械手单元将上料单元上的料片送至切割单元，所述的热裂片单元接收切割单元切割后的料片，并通过加热同时旋转裂片的方式进行裂片，所述的下料单元将裂片后的料片从热裂片单元取出。
2.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，
所述的机械手单元包括上料机器手以及转载机器手，所述的上料机器手用于将上料单元中的待切割材料取出，转载机器手取出料片并送至切割单元。
3.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，
所述的上料机械手包括升降电缸，吸盘以及旋转机构，旋转机构能带动吸盘进行90°翻转，所述的切割单元的切割效率为5s/pcs，加工产品真圆度<3μm。
4.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，
所述的热裂片单元包括裂片加热机构，加热温控系统以及裂片旋转台，所述的裂片加热机构包括固定本体，升降电机，升降导向机构，第一加热体以及第二加热体，所述的升降电机被固定在固定本体上，并通过升降导向机构与第一加热体以及第二加热体相连。
5.根据权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于，
其进一步包括隔热机构，所述的隔热机构设置在升降导向机构与第一加热体之间，同样的升降导向机构与第二加热体之间也设置了隔热机构，所述的第一加热体以及第二加热体的温度分别受加热温控系统控制，且加热温控系统可以分别独立对第一加热体以及第二加热体进行加热。
6.根据权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于，所述的裂片旋转台包括4个工位，分别设置为上下料位，第一裂片加工位，第二裂片加工位以及取外框位，该裂片旋转台包括内置高速旋转马达，该内置高速旋转马达驱动裂片旋转台旋转至需要的工位。
7.一种激光切割方法，其特征在于，包括：
S1：将料片从上料单元送至切割单元；
S2：对料片进行切割；
S3：切割后的料片被加热同时进行裂片；
S4：裂片后的料片被取出。
8.根据权利要求7所述的激光切割方法，其特征在于，包括：
所述的料片是通过上料机器手从上料单元取出，然后将料片送至定位单元，所述的定位单元伸出接住待切割材料，退回原始位置时同时对料片进行定位，定位准确后的料片被转载机器手取出并送至切割单元。
9.根据权利要求7所述的激光切割方法，其特征在于，切割效率为5s/pcs，加工产品真圆度<3μm。
10.根据权利要求7所述的激光切割方法，其特征在于，
料片被固定在上下料位后，内置高速旋转马达旋转90度，到第一裂片加工位，加热温度200度，该料片外圆不要的部分被裂掉，内置高速旋转马达再旋转90度，到第二裂片加工位，加热200度，经过5秒左右，该料片內圆的部分会被裂掉，内置高速旋转马达再旋转90度，重新回到前面的上下料位。
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