CN111906455A - 超高频光纤激光器切割材料的设备及其工作方法 - Google Patents

超高频光纤激光器切割材料的设备及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超高频光纤激光器切割材料的设备及其工作方法，该设备包括顺次连接的超高频光纤激光器、扩束器、反射镜以及振镜，超高频光纤激光器内设有光纤传送装置，振镜连接有视觉定位系统，其中，超高频光纤激光器的单脉冲能量大于1μj。本发明采用超高频、低脉宽的光纤激光器，配合滚动平台等自动化机构进行材料的裁切，与纳秒红外激光器和绿光激光器相比，具有切割速度快、热影响小、成本低、设备简单灵活的优点，切割速度和切割质量有了大幅提升。

Description

超高频光纤激光器切割材料的设备及其工作方法
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，更具体地说是指超高频光纤激光器切割材料的设备及其工作方法。
背景技术
在制作锂电池的电极片等薄片时，需要进行裁切，以使得整个薄材料可以制作成指定的物件，目前对于薄材料的裁切，裁切边缘的质量对设备性能和品质具有重要的影响，比如对设备的散热以及充放电等性能均有一定的影响。
现有技术中均是采用纳秒红外激光器或绿光激光器切割薄材料，虽然这两种激光器可以达到基本的裁切要求，但是这两类激光器的切割频率不高，导致切割速度较慢，且整个热影响较大，容易导致裁切之后的成品工艺质量较低。
因此，有必要设计一种新的设备，在薄材料切割方面具有速度快，热影响小，成本低、结构简单等特点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供超高频光纤激光器切割材料的设备及其工作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：超高频光纤激光器切割材料的设备，包括顺次连接的超高频光纤激光器、扩束器、反射镜以及振镜，所述超高频光纤激光器内设有光纤传送装置，所述振镜连接有视觉定位系统，其中，所述超高频光纤激光器的单脉冲能量大于1μj。
其进一步技术方案为：还包括辅助气体供给设备以及滚动平台，所述辅助气体供给设备位于所述滚动平台的一侧，所述滚动平台位于所述反射镜的下方。
其进一步技术方案为：还包括控制终端，所述控制终端分别与所述视觉定位系统和所述振镜连接。
其进一步技术方案为：所述控制终端与所述超高频光纤激光器连接。
其进一步技术方案为：所述视觉定位系统为同轴CCD相机。
其进一步技术方案为：所述超高频光纤激光器的频率不低于1MHz，脉宽不大于10ns。
其进一步技术方案为：所述超高频光纤激光器为波长1064nm的近红外光，频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns。
本发明还提供了超高频光纤激光器切割材料的设备的工作方法，包括：
将材料置于滚动平台表面，利用视觉定位系统进行定位；
启动超高频光纤激光器，超高频光纤激光器发射高频率、短脉宽的激光束，激光束经扩束、偏转、聚焦后传输至材料；
滚动平台带动所述材料运动，同时通过控制终端控制振镜运动，使激光束按照预设规格切割材料。
其进一步技术方案为：所述材料包括金属薄材料或非金属薄材料。
其进一步技术方案为：所述将材料置于滚动平台表面，利用视觉定位系统进行定位，包括：
将材料贴覆或吸附于滚动平台表面，利用视觉定位系统进行定位。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明采用超高频、低脉宽的光纤激光器，配合滚动平台等自动化机构进行材料的裁切，与纳秒红外激光器和绿光激光器相比，具有切割速度快、热影响小、成本低、设备简单灵活的优点，切割速度和切割质量有了大幅提升。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
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为本发明具体实施例提供的超高频光纤激光器切割材料的设备的示意性框图；
图2为本发明具体实施例提供的超高频光纤激光器切割材料的设备的工作方法的示意性流程图。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置或元件必须具有特定的方位、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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
如图1～2所示的具体实施例，本实施例提供的超高频光纤激光器切割材料的设备，可以对金属薄材料或非金属薄材料进行裁切，具有切割速度快，热影响小的特点。
请参阅图1，超高频光纤激光器切割材料的设备，包括顺次连接的超高频光纤激光器1、扩束器2、反射镜3以及振镜4，超高频光纤激光器1内设有光纤传送装置，振镜4连接有视觉定位系统7，其中，超高频光纤激光器1的单脉冲能量大于1μj。
具体地，超高频光纤激光器1提供高频率、短脉宽的激光束，发射的激光束经超高频光纤激光器1内的光线传送装置输送至扩束器2，扩束器2用于扩大平行输入光束的直径至较大的平行输出光束，平行输出光束传输至反射镜3，经反射镜3偏转后进入振镜4，进而聚焦并投射至设置于滚动平台5表面的材料，所述振镜4还连接有一视觉定位系统7，所述视觉定位系统7用于定位所述材料，获取材料的图像，所述视觉定位系统7为同轴CCD相机。
在本实施例中，通过单脉冲能量大于1μj的超高频光纤激光器1进行材料的裁切，可以减小热影响以及提升切割效率。
在一实施例中，上述的设备还包括辅助气体供给设备6以及滚动平台5，辅助气体供给设备6位于滚动平台5的一侧，滚动平台5位于振镜4的下方。材料置于滚动平台5上，利用滚动平台5进行材料的移动，自动化移动材料，以提升整个切割速度，另外，设置辅助气体供给设备6，以提供辅助气体，对切割产生的废料进行吹出，避免对材料裁切过程造成干扰。
具体地，上述的辅助气体供给设备6与控制终端8连接。
在一实施例中，上述的设备还包括控制终端8，控制终端8分别与视觉定位系统7和振镜4连接，用于控制振镜4运动和接收视觉定位系统7传输的图像。具体地，控制终端8与超高频光纤激光器1连接。以接收材料的图像以及控制整个设备，所述装置还包括控制终端8，所述控制终端8为计算机，控制终端8与所述视觉定位系统7和振镜4连接，用于控制振镜4偏转和接收视觉定位系统7传输的图像。
在一实施例中，上述的超高频光纤激光器1的频率不低于1MHz，脉宽不大于10ns。超高频光纤激光器1具有高频率、短脉宽的特点，与传统纳秒红外或绿光激光器相比，具有切割速度快、热影响小等优点，生产效率和质量有了大幅提升。
本实施例中，超高频光纤激光器1为波长1064nm的近红外光，频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns。
上述的超高频光纤激光器切割材料的设备，采用超高频、短脉宽的光纤激光器，配合滚动平台5等自动化机构进行材料的裁切，与纳秒红外激光器和绿光激光器相比，具有切割速度快、热影响小、成本低、设备简单灵活的优点，切割速度和切割质量有了大幅提升。
在一实施例中，还提供了超高频光纤激光器切割材料的设备的工作方法，包括步骤S110～S130。
S110、将材料置于滚动平台5表面，利用视觉定位系统7进行定位。
在本实施例中，上述的材料包括金属薄材料或非金属薄材料。
具体地，将材料贴覆或吸附于滚动平台5表面，利用视觉定位系统7进行定位。
S120、启动超高频光纤激光器1，超高频光纤激光器1发射高频率、短脉宽的激光束，激光束经扩束、偏转、聚焦后传输至材料。
具体地，启动超高频光纤激光器1，将参数调试至预设值，使超高频光纤激光器1发射高频率、短脉宽的激光束，在本实施例中，激光束的频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns；激光束经扩束器2扩束、振镜4偏转后在视觉定位系统7的定位下传输至材料上。
S130、滚动平台5带动材料运动，同时通过控制终端8控制振镜4运动，使激光束按照预设规格切割材料。
具体地，滚动平台5带动所述材料运动进而使激光束按照预设规格切割材料。
该方法工艺步骤简单，切割精度高、速度快，提升了材料的生产产能，且激光光束即可完成切割，无需辅助机械切割，进一步节省了工序。
举个例子：分别测试采用本实施例中的超高频光纤激光器切割材料的设备和常规IPG光纤激光器切割电池极片的结果：
对于160um厚的阴极极片，超高频光纤激光器切割材料的设备能够达到500mm/s的有效切割速度，切割质量方面无金属裸露、无明显热影响、无毛刺；使用100W IPG光纤激光器的有效速度为450mm/s，金属裸露约80um，毛刺约10um，存在明显的热影响。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，包括顺次连接的超高频光纤激光器、扩束器、反射镜以及振镜，所述超高频光纤激光器内设有光纤传送装置，所述振镜连接有视觉定位系统，其中，所述超高频光纤激光器的单脉冲能量大于1μj。
2.根据权利要求1所述的超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，还包括辅助气体供给设备以及滚动平台，所述辅助气体供给设备位于所述滚动平台的一侧，所述滚动平台位于所述反射镜的下方。
3.根据权利要求2所述的超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，还包括控制终端，所述控制终端分别与所述视觉定位系统和所述振镜连接。
4.根据权利要求3所述的超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，所述控制终端与所述超高频光纤激光器连接。
5.根据权利要求4所述的超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，所述视觉定位系统为同轴CCD相机。
6.根据权利要求1所述的超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，所述超高频光纤激光器的频率不低于1MHz，脉宽不大于10ns。
7.根据权利要求1所述的超高频光纤激光器切割材料的设备，其特征在于，所述超高频光纤激光器为波长1064nm的近红外光，频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns。
8.超高频光纤激光器切割材料的设备的工作方法，其特征在于，包括：
将材料置于滚动平台表面，利用视觉定位系统进行定位；
启动超高频光纤激光器，超高频光纤激光器发射高频率、短脉宽的激光束，激光束经扩束、偏转后传输至材料；
滚动平台带动所述材料运动，同时通过控制终端控制振镜运动，使激光束按照预设规格切割材料。
9.根据权利要求8所述的超高频光纤激光器切割材料的设备的工作方法，其特征在于，所述材料包括金属薄材料或非金属薄材料。
10.根据权利要求9所述的超高频光纤激光器切割材料的设备的工作方法，其特征在于，所述将材料置于滚动平台表面，利用视觉定位系统进行定位，包括：
将材料贴覆或吸附于滚动平台表面，利用视觉定位系统进行定位。
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