CN112643222A - 一种激光切割方法及激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割方法及激光切割系统。此激光切割方法包括：获取待切割工件的实际厚度；根据所述待切割工件的实际厚度，判断是否调整预设切割工艺参数；若是，则根据所述待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割；若否，则使用所述预设切割工艺参数的激光进行激光切割。本发明的技术方案，通过对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，可使激光切割所用的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，解决了通常采用固定的预设参数切割不同厚度的待切割工件时产生的切割光束利用率不高或工件切割不完全的问题。

Description

一种激光切割方法及激光切割系统

技术领域

本发明实施例涉及透明材料激光切割技术领域，尤其涉及一种激光切割方法及激光切割系统。

背景技术

目前透明材料激光切割方法主要包括烧蚀切割和改性切割，烧蚀切割是指激光脉冲作用在材料表面，通过熔融、汽化或电离等形式带走材料，并逐步深入的切割方式；改性切割是将激光束聚焦到材料内部，通过多光子吸收和隧穿电离等作用永久改变材料折射率的切割方式。

利用激光切割透明材料时，通常会设定固定的预设位置及固定的预设切割深度(预设切割深度一般为激光光束的焦深)，且预设切割深度一般设定为常用工件的厚度，这样，在切割厚度较小(待切割工件厚度小于预设切割深度)的工件时导致激光光束的利用率较低；而切割较厚(待切割工件的实际厚度大于预设切割深度)的工件时，由于切割深度小于工件厚度导致工件切割不完全，切割效果较差。

发明内容

本发明提供一种激光切割方法及激光切割系统，通过调节切割的工艺参数，实现与待切割工件厚度相适应的切割工艺。

第一方面，本发明实施例提出一种激光切割方法方法，该方法包括：

获取待切割工件的实际厚度；

根据所述待切割工件的实际厚度，判断是否调整预设切割工艺参数；

若是，则根据所述待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割；

若否，则使用所述预设切割工艺参数的激光进行激光切割。

进一步地，在所述获取待切割工件的实际厚度之后还包括：

判断所述实际厚度是否在预设范围内；

若在预设范围内，则直接根据预设的工艺参数进行激光切割；

若不在预设范围内，则根据待切割工件的实际厚度与预设厚度的差值或比例，以及激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整。

进一步地，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为贝塞尔光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整包括：

对切割光束焦深和待切割工件的垂向位置进行调整。

进一步地，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为贝塞尔光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整还包括：

对切割光束能量进行调整。

进一步地，所述切割光束为激光光束经扩束镜进行准直扩束后，经光束整形元件进行整形处理得到的光束，所述光束整形元件整形得到的切割光束的焦深与所述准直扩束后的激光光束的直径成正比例关系，所述对切割光束焦深进行调整包括：

根据如下公式获取所述切割光束的实际焦深Lbr：

其中，Lbs为切割光束的第一预设焦深，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

进一步地，所述对待切割工件的垂向位置进行调整包括：

根据如下公式获取所述待切割工件的实际垂向位置Zbr：

其中，Zbs为待切割工件的第一预设垂向位置，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

进一步地，所述对切割光束能量进行调整包括：

根据如下公式获取所述切割光束的实际能量Pbr：

其中，Pbs为切割光束的预设能量，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

进一步地，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为高斯光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整包括：

对激光切割时的步进次数进行调整。

进一步地，所述对激光切割时的步进次数进行调整包括：

根据如下公式获取实际步进次数Ngr：

其中，Ngs为激光切割时的预设步进次数，int函数代表将数字向下舍入到最接近的整数，Tgs为待切割工件的第二预设厚度，Tr为待切割工件的实际厚度，Lgs为切割光束的第二预设焦深。

进一步地，所述激光切割方式为烧蚀切割，所述切割光束类型为高斯光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整包括：

对激光切割时的步进次数和垂向初始位置进行调整。

进一步地，所述对激光切割时的步进次数和垂向初始位置进行调整包括：

根据如下公式获取实际步进次数Ngr：

根据如下公式获取实际垂向初始位置Zgr：Zgr＝Zgs+(Tgs-Tr)；

其中，Ngs为激光切割时的预设步进次数，int函数代表将数字向下舍入到最接近的整数，Tgs为待切割工件的第二预设厚度，Tr为待切割工件的实际厚度，Lgs为切割光束的第二预设焦深，Zgs为待切割工件的预设垂向初始位置。

第二方面，本发明实施例提出一种激光切割系统，该系统包括：

激光光源；

至少一个光路元件，用于将激光光源发出的激光光束发送到待切割工件上；

工件台，用于承载待切割工件；

厚度传感器，用于检测工件台上承载的待切割工件的厚度；

控制器，与所述厚度传感器电连接，用于获取所述的待切割工件的厚度，并根据所述待切割工件的厚度，判断是否调整预设切割工艺参数，若是，则根据所述待切割工件的厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，根据调整后的工艺参数控制所述激光光源、所述光路元件和所述工件台中的至少一个对待切割工件进行切割；若否，则使用所述预设切割工艺参数的激光进行激光切割。

进一步地，所述至少一个光路元件包括：

扩束镜，用于对激光光源发出的激光光束进行准直扩束；

光束整形元件，用于对准直扩束后的激光光束进行整形处理得到贝塞尔光束，所述光束整形元件整形得到的切割光束的焦深与所述扩束后的激光光束的直径成正比例关系。

进一步地，所述控制器包括如下模块中至少一个：

光束能量控制模块，与所述激光光源电连接，用于控制所述激光光源发出的激光光束能量；

扩束镜控制模块，与所述扩束镜电连接，用于控制所述扩束镜的扩束倍率；

工件台控制模块，与所述工件台电连接，用于控制待切割工件的垂向位置。

进一步地，该激光切割系统还包括：

缩放镜组，设置在所述光束整形元件与所述工件台之间，用于压缩所述光束整形元件整形得到的切割光束的焦深和直径。

进一步地，该激光切割系统还包括：

至少一个反射镜，用于将经所述扩束镜准直扩束后的激光光束发射到所述光束整形元件上。

进一步地，所述至少一个光路元件包括：

扩束镜，用于对激光光源发出的激光光束进行准直扩束。

进一步地，该激光切割系统还包括：

至少一个反射镜，用于将经所述扩束镜准直扩束后的激光光束发射到所述待切割工件上。

进一步地，所述控制器包括：

工件台控制模块，与所述工件台电连接，用于控制工件台的步进次数。

进一步地，所述控制器包括：

工件台控制模块，与所述工件台电连接，用于控制所述工件台的步进次数以及待切割工件的初始垂向位置。

本发明实施例提供了一种激光切割方法，通过获取待切割工件的实际厚度，根据所述待切割工件的实际厚度，判断是否调整预设切割工艺参数，若是，则根据所述待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，如此，可使激光切割所用的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，解决了通常采用固定的预设参数切割不同厚度的待切割工件时产生的切割光束利用率不高或工件切割不完全的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，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是本发明实施例一提供的一种激光切割方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的另一种激光切割方法的流程示意图；

图3是本发明实施例一提供的又一种激光切割方法的流程示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种切割光束的光强分布对比示意图；

图5是本发明实施例一提供的另一种切割光束的光强分布对比示意图；

图6是本发明实施例一提供的再一种激光切割方法的流程示意图；

图7是本发明实施例一提供的还一种激光切割方法的流程示意图；

图8是本发明实施例二提供的一种激光切割系统的结构示意图；

图9是本发明实施例三提供的一种激光切割系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种激光切割方法的流程示意图。本发明实施例的技术方案可以应用在多种厚度的待切割工件的激光切割工艺。参照图1，该激光切割方法包括：

S110、获取待切割工件的实际厚度。

其中，激光切割的工艺参数与待切割工件的实际厚度匹配时，才能达到较好的切割效果，即待切割工件切割完全的同时切割光束的利用率较高，因此需获取待切割工件的实际厚度，为切割时的工艺参数调整做准备。

示例性的，获取待切割工件的实际厚度的方式可以包括通过厚度传感器测得实际厚度，或者通过高度传感器测量待切割工件的上下表面的差值从而获得实际厚度，在此不作限定。

S120、根据待切割工件的实际厚度，判断是否调整预设切割工艺参数。

其中，若预设切割工艺参数与待切割工件的实际厚度匹配，即使用预设切割工艺参数的激光进行切割，可使得待切割工件切割完全且切割光束的利用效率较高，则无需调整预设切割工艺参数(N)，执行步骤S140；否则(Y)，执行步骤S130。

步骤S130、根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割。

其中，激光切割方式可以包括改性切割或者烧蚀切割，切割光束类型可以包括贝塞尔光束或者高斯光束，激光切割时的工艺参数可以包括切割光束的焦深、待切割工件的垂向位置、切割光束的能量、激光切割时的步进次数以及垂向初始位置等工艺参数进行调节，并且上述工艺参数的调节均与待切割工件的厚度相联系，从而通过对激光切割时上述一个或几个工艺参数的调整可使切割时的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，从而达到较好的切割效果。

调整后工艺参数的激光与待切割工件的厚度相适应，根据此工艺参数的激光进行激光切割，可达到较好的切割效果。

本发明实施例一提供的激光切割方法，通过获取待切割工件的实际厚度，根据所述待切割工件的实际厚度，判断是否调整预设切割工艺参数，若是，则根据所述待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，如此，可使激光切割所用的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，解决了通常采用固定的预设参数切割不同厚度的待切割工件时产生的切割光束利用率不高或工件切割不完全的问题。

可选的，图2是本发明实施例一提供的另一种激光切割方法的流程示意图。参照图2，该激光切割方法包括：

S210、获取待切割工件的实际厚度。

S220、判断实际厚度是否在预设范围内。

示例性的，预设范围可以包括预设厚度范围，或者预设厚度差值范围，即可将实际厚度与预设厚度范围对比进行判断，还可以将实际厚度与预设厚度的差值与预设厚度差值范围对比进行判断，在此不作限定。

若是(Y)，则执行步骤S230。

示例性的，实际厚度在预设厚度范围内，或者实际厚度与预设厚度的差值在预设厚度差值范围内，表示预设的工艺参数适用于此待切割工件的实际厚度，因而无需对切割时的工艺参数进行调整，即执行步骤S230。

S230、直接根据预设的工艺参数进行激光切割。

其中，此步骤可包括直接根据切割光束的预设焦深、待切割工件的预设垂向位置、切割光束的预设能量、激光切割时的预设步进次数以及预设垂向初始位置等工艺参数进行激光切割。

若否(N)，则执行步骤S240和步骤S250。

示例性的，实际厚度不在预设厚度范围内，或者实际厚度与预设厚度的差值不在预设厚度差值范围内，表示预设的工艺参数不再适用于此待切割工件的实际厚度，因而需要对切割时的工艺参数进行调整并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，即执行步骤S240和步骤S250。

S240、根据待切割工件的实际厚度与预设厚度的差值或比例，以及激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整。

S250、使用调整后工艺参数的激光进行激光切割。

需要说明的是，上述步骤S230还可以看做步骤S240中按照倍数为1对上述预设的工艺参数进行调整。

可选的，图3是本发明实施例一提供的又一种激光切割方法的流程示意图，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为贝塞尔光束，该激光切割方法包括：

S310、获取待切割工件的实际厚度(示例性的以Tr示出)。

S320、判断实际厚度是否在预设范围内。

示例性的，可根据待切割工件的实际厚度Tr与待切割工件的第一预设厚度Tbs，获取第一厚度差值ΔT1：ΔT1＝Tbs-Tr；判断第一厚度差值ΔT1的绝对值与厚度保留量T0的大小关系。

其中，厚度保留量T0与第一预设厚度Tbs的关系为：T0＝(1-k)×Tbs；k称为影响系数。

对于贝塞尔光束改性切割的激光切割方法而言，以Lbs示出切割光束的第一预设焦深，其与第一预设厚度Tbs的关系通常为：Lbs＝k×Tbs。示例性的，k的取值范围为：0.9<k<1，此时，切割光束的第一预设焦深既能满足覆盖待切割工件的主体区域，便于后续裂片，又不会作用到待切割工件的表面。

示例性的，当第一预设厚度Tbs的取值为2毫米(mm)时，切割光束的第一预设焦深Lbs的取值范围为：1.8mm<Lbs<2mm，厚度保留量T0的取值范围为：0mm<T0<0.2mm。

若是(Y)，则执行步骤S330。

其中，若第一厚度差值ΔT1在厚度保留量T0范围内，即第一厚度差值ΔT1小于或者等于厚度保留量T0，即ΔT1≤T0，则执行步骤S330。

示例性的，待切割工件的实际厚度Tr为1.9毫米(mm)时，第一厚度差值ΔT1为0.1毫米(mm)，在上述厚度保留量T0的取值范围内，则执行步骤S330。

S330、使用预设工艺参数的激光进行激光切割。

若否(N)，则执行步骤S340和步骤S360。

其中，若第一厚度差值ΔT1不在厚度保留量T0范围内，即第一厚度差值ΔT1大于厚度保留量T0，即ΔT1>T0，则执行步骤S340和步骤S360。

示例性的，待切割工件的实际厚度Tr为1.5毫米(mm)时，第一厚度差值ΔT1为0.5毫米(mm)，不在上述厚度保留量T0的取值范围内，则执行步骤S340和步骤S360。

S340、对切割光束焦深和待切割工件的垂向位置进行调整。

其中，当待切割工件的实际厚度Tr较大时，切割光束的焦深在待切割工件内的覆盖率不足，会降低切割效率；当待切割工件的实际厚度Tr较小时，切割光束的焦深将作用到待切割工件的外部，降低切割光束的利用率，并可能损伤工件台，由此，需根据待切割工件的实际厚度Tr调整切割光束的焦深。

同时，当待切割工件的实际厚度Tr较大时，切割光束的焦深的中心将偏向作用在待切割工件的下部；当待切割工件的实际厚度Tr较小时，切割光束的焦深的中心将偏向作用在待切割工件的上部，由此，需根据待切割工件的实际厚度Tr调整待切割工件的垂向位置，使得切割光束的焦深的中心作用在待切割工件的中心。

综上，对切割光束焦深和待切割工件的垂向位置进行调整时，切割光束的实际焦深(示例性的以Lbr示出)和待切割工件的垂向位置(示例性的以Zbr示出)与待切割工件的实际厚度Tr以及第一预设厚度Tbs的大小关系有关，具体的，若待切割工件的实际厚度较大Tr，即Tr>Tbs，则增大切割光束的实际焦深，降低待切割工件的垂向位置；若待切割工件的实际厚度较小Tr，即Tr<Tbs，则减小切割光束的实际焦深，升高待切割工件的垂向位置。

需要说明的是，这里的“上”、“下”、“降低”以及“升高”等方位名词均是相对于切割光束由上至下竖直入射到待切割工件的情境而言的，仅为对本发明提供的激光切割方法的说明，并非限定。在其他实施方式中，应用本发明提供的原理，可根据实际位置关系进行调整。

可选的，所述切割光束为激光光束经扩束镜进行准直扩束后，经光束整形元件进行整形处理得到的光束，所述光束整形元件整形得到的切割光束的焦深与所述准直扩束后的激光光束的直径成正比例关系，所述对切割光束焦深进行调整包括：

根据如下公式获取所述切割光束的实际焦深Lbr：

其中，Lbs为切割光束的第一预设焦深，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

示例性的，待切割工件的第一预设厚度Tbs的取值为2毫米(mm)，切割光束的第一预设焦深Lbs 1.8毫米(mm)，待切割工件的实际厚度Tr为1.5毫米(mm)，则切割光束的最优实际焦深Lbr为1.35毫米(mm)。

示例性的，待切割工件的第一预设厚度Tbs的取值为2毫米(mm)，切割光束的第一预设焦深Lbs 1.8毫米(mm)，待切割工件的实际厚度Tr为2.5毫米(mm)，则切割光束的最优实际焦深Lbr为2.25毫米(mm)。

其中，对切割光束焦深(示例性的以L示出)的调节可通过对经准直扩束后的激光光束的直径(示例性的以w0示出)的调节来实现，具体的，二者关系为： 其中，n为光束整形元件的折射率，α为光束整形元件(示例性的可以为轴棱镜)的锥角。在光束整形元件固定的情况下，切割光束的焦深L只与入射到光束整形元件的激光光束的直径w0成正比例关系，因此，可通过对入射到光束整形元件的激光光束的直径w0的调节实现对切割光束的焦深L的调节，且二者所需调节的倍数一致。

示例性的，切割光束的焦深L从1.8毫米(mm)调整至1.35毫米(mm)，可通过将入射到光束整形元件的激光光束的直径w0从预设的3毫米(mm)调整到2.25毫米(mm)来实现。

示例性的，切割光束的焦深L从1.8毫米(mm)调整至2.25毫米(mm)，可通过将入射到光束整形元件的激光光束的直径w0从预设的3毫米(mm)调整到3.75毫米(mm)来实现。

可选的，所述对待切割工件的垂向位置进行调整包括：

根据如下公式获取所述待切割工件的实际垂向位置Zbr：

其中，Zbs为待切割工件的第一预设垂向位置，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

在对切割光束的焦深进行调整后，由于切割光束的中心位置(此处指焦深总长度的1/2处)不发生变化，因此需将待切割工件的垂向位置进行调整，使待切割工件的中心(待切割工件的1/2厚度位置)与切割光束的中心位置重合，从而保证切割光束的焦深均位于待切割工件的内部，实现切割光束的充分利用。

示例性的，待切割工件的第一预设垂向位置Zbs为10毫米(mm)，待切割工件的第一预设厚度Tbs的取值为2毫米(mm)，待切割工件的实际厚度Tr为1.5毫米(mm)，则待切割工件的实际垂向位置Zbr为10.25毫米(mm)。

示例性的，待切割工件的第一预设垂向位置Zbs为10毫米(mm)，待切割工件的第一预设厚度Tbs的取值为2毫米(mm)，待切割工件的实际厚度Tr为2.5毫米(mm)，则待切割工件的实际垂向位置Zbr为9.75毫米(mm)。

S360、使用调整后工艺参数的激光进行激光切割。

即根据切割光束的实际焦深Lbr以及待切割工件的实际垂向位置Zbr进行激光切割。

可选的，步骤S360之前，还包括步骤S350，所述步骤S350与步骤S340可以同时进行，或者步骤S350在步骤S340之后进行，或者步骤S350在步骤S340之前进行。即，本发明实施例对切割光束焦深、待切割工件的垂向位置和切割光束的能量等各激光切割工艺参数的调整顺序不限定。

S350、对切割光束能量进行调整。

其中，对于切割光束的总能量不变的情况下，当待切割工件的实际厚度Tr较大时，切割光束的焦深与之匹配，即切割光束的实际焦深Lbr增加，从而切割光束的每个截面的光束能量(示例性的以切割光束的能量密度表示)相对减少，此时可通过增加切割光束的总能量使切割光束每个截面上的光束能量满足切割需求；当待切割工件的实际厚度Tr较小时，切割光束的焦深与之匹配，即切割光束的实际焦深Lbr减少，从而切割光束的每个截面的光束能量(示例性的以切割光束的能量密度表示)相对增大，此时可通过减少切割光束的总能量使切割光束每个截面上的光束能量不超过能量阈值。

从而，对切割光束能量进行调整时，切割光束的实际能量(示例性的以Pbr示出)与待切割工件的实际厚度Tr以及第一预设厚度Tbs的大小关系有关，具体的，若待切割工件的实际厚度较大Tr，即Tr>Tbs，则增大切割光束的实际能量；若待切割工件的实际厚度较小Tr，即Tr<Tbs，则减小切割光束的实际能量。

可选的，所述对切割光束能量进行调整包括：

根据如下公式获取所述切割光束的实际能量Pbr：

其中，Pbs为切割光束的预设能量，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

示例性的，图4和图5通过切割光束沿轴向的光强分布说明切割光束能量的变化。图4是本发明实施例一提供的一种切割光束的光强分布对比示意图；图5是本发明实施例一提供的另一种切割光束的光强分布对比示意图。参照图4和图5，横坐标代表切割光束的轴向长度Z，单位为微米(μm)，纵坐标代表切割光束的强度P，单位为毫瓦特(mW)，弧线111和弧线121代表未调节切割光束能量前，入射到光束整形元件的激光光束的直径w0为1mm得到的切割光束沿轴向的强度分布，弧线112代表调节切割光束的焦深(示例性的，可通过将入射到光束整形元件的激光光束的直径w0调整到2mm实现)但未调节切割光束的能量时，切割光束沿轴向的强度分布，弧线122代表调节切割光束的焦深(示例性的，可通过将入射到光束整形元件的激光光束的直径w0调整到2mm实现)同时调节切割光束的能量时，切割光束沿轴向的强度分布。参见图4，当切割光束的焦深减小时，若不调整切割光束的能量，则相应的作用到待切割工件上的光强(相应的能量密度)会增大，可能超出标准的阈值范围，导致待切割工件的损坏。为此，可通过改变切割光束能量(即入射到光束整形元件的激光光束的光强)来对此进行调整，其调整结果可参见图5，通过对切割光束能量的调整，使得切割光束沿轴向的实际光强极大值与调整前的光强极大值相等，光束能量分布不变，从而使得切割光束的实际能量满足切割需求的同时不超过能量阈值。

至此，执行步骤S360可包括根据切割光束的实际焦深Lbr、待切割工件的实际垂向位置Zbr以及切割光束的实际能量Pbr进行激光切割，使得切割光束的焦深能够覆盖待切割工件的主体，切割光束的中心位于待切割工件的中心，且切割光束的能量分布保持不变，从而使激光切割方法与待切割工件的实际厚度适应，提高切割效率的同时提高切割光束的利用率。

可选的，图6是本发明实施例一提供的再一种激光切割方法的流程示意图，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为高斯光束，该激光切割方法包括：

S410、获取待切割工件的实际厚度(示例性的以Tr示出)。

S420、判断实际厚度是否在预设范围内。

示例性的，可根据待切割工件的实际厚度Tr与待切割工件的第二预设厚度Tgs，获取第二厚度差值ΔT2，ΔT2＝|Tgs-Tr|；判断第二厚度差值ΔT2与第二预设焦深Lgs的大小关系。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为高斯光束焦深。

若是(Y)，则执行步骤S430。

其中，若第二厚度差值ΔT2在第二预设焦深Lgs范围内，即第二厚度差值ΔT2小于或等于第二预设焦深Lgs，即ΔT2≤Lgs，则执行步骤S430。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为45微米(μm)，第二预设厚度Tgs为50微米(μm)，待切割工件的实际厚度Tr为70微米(μm)时，第二厚度差值ΔT2为25微米(μm)，在上述第二预设焦深Lgs取值范围内，则执行步骤S430。

S430、使用预设工艺参数的激光进行激光切割。

示例性的，工艺参数可包括步进次数。即采用预设步进次数进行激光切割。

若否(N)，则执行步骤S440和步骤S450。

其中，若第二厚度差值ΔT2不在第二预设焦深Lgs范围内，即第二厚度差值ΔT2大于第二预设焦深Lgs，即ΔT2>Lgs，则执行步骤S440和步骤S450。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为45微米(μm)，第二预设厚度Tgs为50微米(μm)，待切割工件的实际厚度Tr为100微米(μm)时，第二厚度差值ΔT2为55微米(μm)，不在上述第二预设焦深Lgs取值范围内，则执行步骤S440和步骤S450。

S440、对激光切割时的步进次数进行调整。

其中，对于高斯光束来说，由于其焦深的调整需要更换聚焦光学组件(示例性的可为聚焦镜头)，且可改变的焦深范围比较小，因此在激光切割过程中一般不对焦深做调整。同时，采用改性切割方式对待切割工件进行切割时，要求切割光束作用在待切割工件内部，因此切割的垂向起始位置理论上可以为待切割工件内部靠近下底面或者待切割工件内部靠近上底面的位置；但是，为防止切割光束多次扫描切割过程中，前一次的切割光束对待切割工件材料结构带来的变化会给后一次切割光束造成散射和折射等影响，通常在利用高斯光束进行改性切割时，采用由下往上的步进扫描方式更合理。因此，无需对待切割工件的初始垂向位置进行调整，仅需根据待切割工件的实际厚度调整其步进次数(垂向步进次数)，继而改变切割光束作用的覆盖区域即可。

需要说明的是，这里的“上”、“下”等方位名词均是相对于切割光束由上至下竖直入射到待切割工件的情境而言的，仅为对本发明提供的激光切割方法的说明，并非限定。在其他实施方式中，应用本发明提供的原理，可根据实际位置关系进行调整。

从而，对步进次数进行调整时，实际步进次数(示例性的以Ngr示出)与待切割工件的实际厚度Tr以及第二预设厚度Tgs的大小关系有关，具体的，若待切割工件的实际厚度较大Tr，即Tr>Tgs，则增加实际步进次数；若待切割工件的实际厚度较小Tr，即Tr<Tgs，则减少实际步进次数。

可选的，所述对激光切割时的步进次数进行调整包括：

根据如下公式获取实际步进次数Ngr：

其中，Ngs为激光切割时的预设步进次数，int函数代表将数字向下舍入到最接近的整数，Tgs为待切割工件的第二预设厚度，Tr为待切割工件的实际厚度，Lgs为切割光束的第二预设焦深。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为45微米(μm)，第二预设厚度Tgs为50微米(μm)，待切割工件的实际厚度Tr为100微米(μm)时，预设步进次数Ngs为1次，则实际步进次数Ngr为3次。

S450、使用调整后工艺参数的激光进行激光切割。

即根据实际步进次数Ngr进行激光切割。

可选的，图7是本发明实施例一提供的还一种激光切割方法的流程示意图，所述激光切割方式为烧蚀切割，所述切割光束类型为高斯光束，该激光切割方法包括：

S510、获取待切割工件的实际厚度(示例性的以Tr示出)。

S520、判断实际厚度是否在预设范围内。

示例性的，可根据待切割工件的实际厚度Tr与待切割工件的第二预设厚度Tgs，获取第二厚度差值ΔT2，ΔT2＝|Tgs-Tr|；判断第二厚度差值ΔT2与第二预设焦深Lgs的大小关系。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为高斯光束焦深。

若是(Y)，则执行步骤S530。

其中，若第二厚度差值ΔT2在第二预设焦深Lgs范围内，即第二厚度差值ΔT2小于或等于第二预设焦深Lgs，即ΔT2≤Lgs，则执行步骤S530。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为45微米(μm)，第二预设厚度Tgs为50微米(μm)，待切割工件的实际厚度Tr为70微米(μm)时，第二厚度差值ΔT2为25微米(μm)，在上述第二预设焦深Lgs取值范围内，则执行步骤S530。

S530、使用预设工艺参数的激光进行激光切割。

示例性的，工艺参数可包括步进次数和垂向初始位置。即采用预设步进次数和预设垂向初始位置进行激光切割。

若否(N)，则执行步骤S540和步骤S550。

其中，若第二厚度差值ΔT2不在第二预设焦深Lgs范围内，即第二厚度差值ΔT2大于第二预设焦深Lgs，即ΔT2>Lgs，则执行步骤S540和步骤S550。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为45微米(μm)，第二预设厚度Tgs为50微米(μm)，待切割工件的实际厚度Tr为100微米(μm)时，第二厚度差值ΔT2为55微米(μm)，不在上述第二预设焦深Lgs取值范围内，则执行步骤S540和步骤S550。

S540、对激光切割时的步进次数和垂向初始位置进行调整。

其中，对于高斯光束来说，由于其焦深的调整需要更换聚焦光学组件(示例性的可为聚焦镜头)，且可改变的焦深范围比较小，因此在激光切割过程中一般不对焦深做调整。同时，采用烧蚀切割方式对待切割工件进行切割时，要求切割过程是从待切割工件的表层逐步向待切割工件的内部进行，因此当待切割工件的厚度变化时，切割光束的聚焦位置远离待切割工件的表面，因此不仅步进垂向步进次数需要调整，待切割工件的垂向初始位置也需要调整。

对步进次数和垂向初始位置进行调整时，实际步进次数(示例性的以Ngr示出)和实际垂向初始位置Zgr与待切割工件的实际厚度Tr以及第二预设厚度Tgs的大小关系有关，具体的，若待切割工件的实际厚度较大Tr，即Tr>Tgs，则增加实际步进次数，降低待切割工件的实际垂向初始位置；若待切割工件的实际厚度较小Tr，即Tr<Tgs，则减少实际步进次数，升高待切割工件的实际垂向初始位置。

需要说明的是，这里的“降低”以及“升高”等方位名词均是相对于切割光束由上至下竖直入射到待切割工件的情境而言的，仅为对本发明提供的激光切割方法的说明，并非限定。在其他实施方式中，应用本发明提供的原理，可根据实际位置关系进行调整。

可选的，所述对激光切割时的步进次数和垂向初始位置进行调整包括：

根据如下公式获取实际步进次数Ngr：

根据如下公式获取实际垂向初始位置Zgr：Zgr＝Zgs+(Tgs-Tr)；

其中，Ngs为激光切割时的预设步进次数，int函数代表将数字向下舍入到最接近的整数，Tgs为待切割工件的第二预设厚度，Tr为待切割工件的实际厚度，Lgs为切割光束的第二预设焦深，Zgs为待切割工件的预设垂向初始位置。

示例性的，第二预设焦深Lgs可为45微米(μm)，第二预设厚度Tgs为50微米(μm)，待切割工件的预设垂向初始位置Zgs为200微米(μm)，当待切割工件的实际厚度Tr为100微米(μm)时，预设步进次数Ngs为1次，则实际步进次数Ngr为3次，待切割工件的实际垂向初始位置Zgr为150微米(μm)。

S550、使用调整后工艺参数的激光进行激光切割。

即根据实际步进次数Ngr以及实际垂向初始位置Zgr进行激光切割

本发明实施例一提供的激光切割方法，通过获取待切割工件的实际厚度，根据待切割工件的实际厚度以及激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，可使激光切割所用的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，提高切割光束的利用效率的同时提高切割效率，解决了通常采用固定的预设参数切割不同厚度的待切割工件时产生的切割光束利用率不高或工件切割不完全的问题。

实施例二

图8是本发明实施例二提供的一种激光切割系统的结构示意图，用于执行上述实施例一中切割光束为贝塞尔光束时的激光切割方法。参照图8，在上述实施例一的基础上，该激光切割系统包括：激光光源10；至少一个光路元件20，用于将激光光源10发出的激光光束(图8中示例性的以带实心箭头的直线示出光束传播方向)发送到待切割工件100上；工件台30，用于承载待切割工件100；厚度传感器40，用于检测工件台30上承载的待切割工件100的厚度；控制器50，与厚度传感器40电连接，用于获取的待切割工件100的厚度，并根据待切割工件100的厚度，判断是否调整预设切割工艺参数，若是，则根据所述待切割工件100的厚度、激光切割方式和切割光束类型以及对激光切割时的工艺参数进行调整，根据调整后的工艺参数控制激光光源10、光路元件20和工件台30中的至少一个对待切割工件100进行切割；若否，则使用所述预设切割工艺参数的激光进行激光切割。

其中，工件台30为可在X、Y、Z以及Rz四个维度运动的工件台，其中Rz维度代表可在XY平面内沿Z轴转动。

可选的，至少一个光路元件20包括：扩束镜21，用于对激光光源10发出的激光光束进行准直扩束；光束整形元件22，用于对准直扩束后的激光光束进行整形处理得到贝塞尔光束(图8中示例性的以200示出贝塞尔光束的焦深)，光束整形元件22整形得到的切割光束的焦深(示例性的以L示出)与扩束后的激光光束(示例性的以w0示出)的直径成正比例关系：

具体的， 其中，n为光束整形元件的折射率，α为光束整形元件(示例性的可以为轴棱镜)的锥角。

示例性的，光束整形元件22可以包括轴棱镜、衍射元件或非轴对称透镜。光束整形元件22可通过拉伸延长切割光束的焦深，使得整形后的切割光束的焦深适应切割需求，将此整形后的切割光束作用到待切割工件的内部进行改性切割，可提高切割效率。

本实施例中仅示例性的以轴棱镜为示例说明光束整形元件22的作用。通过轴棱镜整形形成的长焦深整形光束称为贝塞尔光束，贝塞尔光束具有中心光斑能量高，旁瓣能量低的特点。激光切割时，主要利用中心光斑与待切割工件材料间的相互作用，并且理论上在光束传输方向上，沿径向的中心光斑直径不发生改变；贝塞尔光束的焦深可以通过调节入射到轴棱镜的激光光束直径确定。

可选的，控制器50包括如下模块中至少一个：

光束能量控制模块51，与激光光源10电连接，用于控制激光光源10发出的激光光束能量；扩束镜控制模块52，与扩束镜21电连接，用于控制扩束镜21的扩束倍率；工件台控制模块53，与工件台30电连接，用于控制待切割工件100的垂向位置。

其中，扩束镜21的扩束倍率决定扩束后的激光光束的直径w0，从而进一步决定经光束整形元件22整形得到的切割光束的焦深L。

示例性的，扩束镜的扩束倍率可表示为： 即待切割工件的实际厚度Tr与预设厚度Ts的比值。

可选的，该激光切割系统还包括：缩放镜组60，设置在光束整形元件22与工件台30之间，用于压缩光束整形元件22整形得到的切割光束的焦深和直径。

示例性的，由光束整形元件22整形直接得到的贝塞尔光束的焦深远大于待切割工件的厚度，且光斑尺寸较大，通过缩放镜组60对贝塞尔光束沿XY方向和Z方向进行压缩，从而达到待切割工件对应的激光切割光束所需的焦深和光斑尺寸。

可选的，该激光切割系统还包括：至少一个反射镜70，用于将经扩束镜21准直扩束后的激光光束发射到光束整形元件22上。

需要说明的是，图8中仅示例性的示出了3个反射镜70，但并非对本发明实施例二提供的激光切割系统的限定，在其他实施方式中，可根据实际需求设置反射镜70的个数和位置，能达到将由扩束镜21准直扩束后的激光光束发射到光束整形元件22上即可。

本发明实施例二提供的激光切割系统，通过激光光源产生激光光束，通过至少一个光路元件，将由激光光源发射的激光光束发送到待切割工件上，通过厚度传感器检测待切割工件的厚度，通过控制器根据厚度传感器检测到的待切割工件的厚度，并结合激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，以及使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，使得调整后的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，提高激光切割效率的同时提高切割光束的利用率，解决了通常采用固定的预设参数切割不同厚度的待切割工件时产生的切割光束利用率不高或工件切割不完全的问题。

实施例三

图9是本发明实施例三提供的一种激光切割系统的结构示意图，用于执行上述实施例一种切割光束为高斯光束时的激光切割方法。参照图9，在上述实施例一的基础上，该激光切割系统包括：激光光源10；至少一个光路元件20，用于将激光光源10发出的激光光束(图9中示例性的以带实心箭头的直线示出光束传播方向)发送到待切割工件100上；工件台30，用于承载待切割工件100；厚度传感器40，用于检测工件台30上承载的待切割工件100的厚度；控制器50，与厚度传感器40电连接，用于获取的待切割工件100的厚度，并根据待切割工件100的厚度，判断是否调整预设切割工艺参数，若是，则根据所述待切割工件100的厚度、激光切割方式和切割光束类型以及对激光切割时的工艺参数进行调整，根据调整后的工艺参数控制激光光源10、光路元件20和工件台30中的至少一个对待切割工件100进行切割；若否，则使用所述预设切割工艺参数的激光进行激光切割。

其中，工件台30为可在X、Y、Z以及Rz四个维度运动的工件台，其中Rz维度代表可在XY平面内沿Z轴转动。

可选的，至少一个光路元件20包括：扩束镜21，用于对激光光源10发出的激光光束进行准直扩束。

其中，光路元件20还可以包括聚焦透镜组22，示例性的，聚焦透镜组22可为聚焦镜头。

可选的，该激光切割系统还包括：至少一个反射镜70，用于将经扩束镜21准直扩束后的激光光束发射到待切割工件100上。

需要说明的是，图9中仅示例性的示出了3个反射镜70，但并非对本发明实施例三提供的激光切割系统的限定，在其他实施方式中，可根据实际需求设置反射镜70的个数和位置，能达到将由扩束镜21准直扩束后的激光光束发射到待切割工件100上即可。

可选的，当所述激光切割方式为改性切割时，控制器50包括：工件台控制模块53，与工件台30电连接，用于控制工件台30的步进次数。

其中，采用改性切割方式对待切割工件进行切割时，要求切割光束作用在待切割工件内部，因此切割的垂向起始位置理论上可以为待切割工件内部靠近下底面或者待切割工件内部靠近上底面的位置；但是，为防止切割光束多次扫描切割过程中，前一次的切割光束对待切割工件材料结构带来的变化会给后一次切割光束造成散射和折射等影响，通常在利用高斯光束进行改性切割时，采用由下往上的步进扫描方式更合理。因此，无需对待切割工件的初始垂向位置进行调整，仅需根据待切割工件的实际厚度调整其步进次数(垂向步进次数)，继而改变切割光束作用的覆盖区域即可。

需要说明的是，这里的“上”、“下”等方位名词均是相对于切割光束由上至下竖直入射到待切割工件的情境而言的，仅为对本发明提供的激光切割方法的说明，并非限定。在其他实施方式中，应用本发明提供的原理，可根据实际位置关系进行调整。

可选的，当所述激光切割方式为烧蚀切割时，控制器50包括：工件台控制模块53，与工件台30电连接，用于控制工件台30的步进次数以及待切割工件的初始垂向位置。

其中，采用烧蚀切割方式对待切割工件进行切割时，要求切割过程是从待切割工件的表层逐步向待切割工件的内部进行，因此当待切割工件的厚度变化时，切割光束的聚焦位置远离待切割工件的表面，因此不仅步进垂向步进次数需要调整，待切割工件的垂向初始位置也需要调整。

本发明实施例三提供的激光切割系统，通过激光光源产生激光光束，通过至少一个光路元件，将由激光光源发射的激光光束发送到待切割工件上，通过厚度传感器检测待切割工件的厚度，通过控制器根据厚度传感器检测到的待切割工件的厚度，并结合激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，以及使用调整后工艺参数的激光进行激光切割，使得调整后的工艺参数与待切割工件的实际厚度相适应，提高激光切割效率的同时提高切割光束的利用率，解决了通常采用固定的预设参数切割不同厚度的待切割工件时产生的切割光束利用率不高或工件切割不完全的问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种激光切割方法，其特征在于，包括：

获取待切割工件的实际厚度；

根据所述待切割工件的实际厚度，判断是否调整预设切割工艺参数；

若是，则根据所述待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整，并使用调整后工艺参数的激光进行激光切割；

若否，则使用所述预设切割工艺参数的激光进行激光切割。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取待切割工件的实际厚度之后还包括：

判断所述实际厚度是否在预设范围内；

若在预设范围内，则直接根据预设的工艺参数进行激光切割；

若不在预设范围内，则根据待切割工件的实际厚度与预设厚度的差值或比例，以及激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为贝塞尔光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整包括：

对切割光束焦深和待切割工件的垂向位置进行调整。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为贝塞尔光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整还包括：

对切割光束能量进行调整。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述切割光束为激光光束经扩束镜进行准直扩束后，经光束整形元件进行整形处理得到的光束，所述光束整形元件整形得到的切割光束的焦深与所述准直扩束后的激光光束的直径成正比例关系，所述对切割光束焦深进行调整包括：

根据如下公式获取所述切割光束的实际焦深Lbr：

其中，Lbs为切割光束的第一预设焦深，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对待切割工件的垂向位置进行调整包括：

根据如下公式获取所述待切割工件的实际垂向位置Zbr：

其中，Zbs为待切割工件的第一预设垂向位置，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对切割光束能量进行调整包括：

根据如下公式获取所述切割光束的实际能量Pbr：

其中，Pbs为切割光束的预设能量，Tr为待切割工件的实际厚度，Tbs为待切割工件的第一预设厚度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光切割方式为改性切割，所述切割光束类型为高斯光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整包括：

对激光切割时的步进次数进行调整。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对激光切割时的步进次数进行调整包括：

根据如下公式获取实际步进次数Ngr：

其中，Ngs为激光切割时的预设步进次数，int函数代表将数字向下舍入到最接近的整数，Tgs为待切割工件的第二预设厚度，Tr为待切割工件的实际厚度，Lgs为切割光束的第二预设焦深。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光切割方式为烧蚀切割，所述切割光束类型为高斯光束时，所述根据待切割工件的实际厚度、激光切割方式和切割光束类型对激光切割时的工艺参数进行调整包括：

对激光切割时的步进次数和垂向初始位置进行调整。

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