CN117620456A - 激光加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光加工系统及方法，涉及透明材料加工技术领域。激光加工系统包括移载单元、切割单元、质检单元和加工单元，移载单元设有切割工位、质检工位和加工工位；切割单元包括第一激光发射模块，第一激光发射模块用于切割工件，形成半成品；质检单元包括第一检测模块，第一检测模块用于拍摄切割处的图像，并基于图像信息判断所述半成品的切割处的质量是否合格；加工单元包括第二激光发射模块，第二激光发射模块用于对半成品的边缘进行激光加工，和/或，第二激光发射模块对半成品的表面进行激光加工。本申请提供的激光加工系统集成度高、自动化程度高、加工效率高。

Description

激光加工系统及方法

技术领域

本申请涉及透明材料加工技术领域，尤其涉及一种激光加工系统及方法。

背景技术

透明材料，比如玻璃，经常采用切割、裂片、磨边等加工工序对其进行加工。相关技术中，切割、裂片、磨边等工序由于各自的加工方法，需要在不同加工场地进行。比如，切割工序采用机械刀切割，裂片工序采用人工裂片，磨边工序采用CNC磨床加工，这样的加工方式降低了透明材料的加工效率。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种激光加工系统及激光加工方法，目的在于解决现有技术中的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种激光加工系统，包括：

移载单元，设有切割工位、第一质检工位和加工工位，所述切割工位、所述第一质检工位和所述加工工位依次设置；

切割单元，包括第一激光发射模块，所述第一激光发射模块对应所述切割工位设置，所述第一激光发射模块用于切割工件，形成半成品；

质检单元，包括第一检测模块，所述第一检测模块对应所述第一质检工位设置，所述第一检测模块用于拍摄切割处的图像，并基于图像信息判断所述半成品的切割处的质量是否合格；

加工单元，包括第二激光发射模块，所述第二激光发射模块对应所述加工工位设置，所述第二激光发射模块用于对所述半成品的边缘进行激光加工，和/或，所述第二激光发射模块对所述半成品的表面进行激光加工。

在第一方面的其中一个实施例中，所述第二激光发射模块包括激光刻蚀器，所述激光刻蚀器用于对所述半成品的边缘进行激光刻蚀，和/或，所述第二激光发射模块用于对所述半成品的表面进行激光加工。

在第一方面的其中一个实施例中，所述第一激光发射模块包括激光成丝切割器和气体分子激光器，所述激光成丝切割器对所述工件进行初步切割，所述半成品未完全脱离所述工件，所述激光成丝切割器在所述工件上留下切割轨迹，所述气体分子激光器沿所述切割轨迹对工件进行激光切割，以使所述半成品从所述工件上分离。

在第一方面的其中一个实施例中，所述第一检测模块包括第一摄像头和分拣机构，所述第一摄像头设置在所述切割工位的输出端，对所述半成品的切割处进行拍摄，并基于图像信息判断所述半成品的切割处的质量是否合格，所述分拣机构用于将不合格的产品移出所述移载单元。

在第一方面的其中一个实施例中，移载单元还设有第二质检工位，所述切割工位、所述第一质检工位、所述加工工位和所述第二质检工位依次设置；

质检单元还包括第二检测模块，所述第二检测模块和对应所述第二质检工位设置，所述第二检测模块用于判断所述半成品的加工处的质量是否合格。在第一方面的其中一个实施例中，所述第二检测模块还包括第二摄像头，所述第二摄像头设置在所述加工工位的输出端，所述第二摄像头用于对所述半成品的加工处进行拍摄，并基于图像信息判断所述半成品的加工处的质量是否合格。

在第一方面的其中一个实施例中，所述加工单元包括第三摄像头和定位模块，所述第三摄像头设置在所述加工工位的输入端，所述第三摄像头用于对所述半成品的位置进行拍摄，以判断所述半成品的位置是否需要调整；

所述定位模块用于对判断为需要调整的所述半成品的位置进行调整。

第二方面，本申请实施例还提供一种激光加工方法，利用上述任一实施例中的激光加工系统实现，包括：

切割单元在工件上切割出预设大小和形状的半成品；

质检单元对上述半成品的切割处进行质量检测；

将合格的半成品移动到加工工位，加工单元对合格的半成品的边缘和/或表面处进行加工。

在第二方面的其中一个实施例中，所述切割单元在工件上切割出预设大小和形状的半成品包括：

对工件进行预切割，并在工件表面留下切割轨迹；

沿着上述的切割轨迹对工件进行二次切割，使半成品与工件完全分离。

在第二方面的其中一个实施例中，当加工单元对合格的半成品的边缘进行加工时，包括：

对半成品的边缘进行刻蚀，使半成品的边缘形成倒角。

相对于现有技术，本申请的有益效果是：本申请提出一种激光加工系统，包括移载单元、切割单元、质检单元和加工单元，移载单元设有切割工位、第一质检工位和加工工位，工件在各个工位之间移动；其中，切割单元包括第一激光发射模块，第一激光发射模块对应切割工位设置，第一激光发射模块用于切割工件，形成半成品；质检单元包括第一检测模块，第一检测模块对应第一质检工位设置，第一检测模块用于拍摄切割处的图像，并基于图像信息判断半成品的切割处质量是否合格；加工单元，包括第二激光发射模块第二激光发射模块对应加工工位设置，第二激光发射模块用于对半成品的边缘进行激光加工，和/或，第二激光发射模块对半成品的表面进行激光加工。这样，将切割单元、质检单元和加工单元对应设置的各个工位上，提高了激光加工系统的集成度，另外，工件在移载单元上在不同的工位之间移动，分别进行不同的加工工序，提高工件的加工效率。

另外，切割单元和加工单元分别采用激光对工件进行加工，质检单元对工件切割处的质量进行判断，这样的加工方式和质检方式，可以提高工件的加工效率和加工质量，降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请一些实施例中激光加工系统的结构示意图；

图2示出了本申请一些实施例中激光加工方法的流程图。

主要元件符号说明：100-激光加工系统；110-移载单元；111-切割工位；1121-第一质检工位；113-加工工位；131-第一检测模块；140-加工单元；150-控制单元；120-切割单元；1122-第二质检工位；132-第二检测模块。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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，可以是固定连接，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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

相关技术中，切割、裂片、磨边等工序由于各自的加工方法，需要在不同加工场地进行。比如，切割工序采用机械刀切割，裂片工序采用人工裂片，磨边工序采用CNC磨床加工，这样的加工方式降低了透明材料的加工效率。

同时，切割工序采用机械刀切割，只能切割简单的矩形，无法加工复杂图形，且切割截面崩边大；裂片工序采用人工裂片，效率很低，加之现人力成本不断上涨，人工裂片的成本也随之提高；磨边工序采用CNC磨床加工，加工制程繁琐，且磨轮加工时长后会出损，导致磨轮的磨边精度下降，无法保证产品良率。

针对上述问题，如图1所示，本申请的实施例提供了一种激光加工系统100，包括移载单元110、切割单元120、质检单元和加工单元140。

移载单元110设有切割工位111、第一质检工位1121和加工工位113，切割工位111、第一质检工位1121和加工工位113依次设置。

切割单元120包括第一激光发射模块，第一激光发射模块对应切割工位111设置，质检单元包括第一检测模块131，第一检测模块131对应第一质检工位1121设置，加工单元140包括第二激光发射模块，第二激光发射模块对应加工工位113设置，待加工的工件上料后，在切割工位111、第一质检工位1121和加工工位113之间移动，从而进行多道工序，提高了激光加工系统100的集成度，还提高了加工的效率。

第一激光发射模块用于切割工件，形成半成品；第一检测模块131用于对半成品的切割处进行拍摄，并根据图像信息判断半成品切割处的质量是否合格；第二激光发射模块用于对半成品的边缘进行激光加工，和/或，第二激光发射模块对半成品的表面进行激光加工。这样，相较于相关技术中的机械切割、人工裂片和磨床加工，切割单元120和加工单元140分别采用激光对工件进行加工，质检单元采用第一检测模块131对工件切割处的质量进行判断，这样的加工方式和质检方式，可以提高工件的加工效率和加工质量，降低生产成本。

在一个实施方式中，第二激光发射模块包括激光刻蚀器，激光刻蚀器用于对半成品的边缘进行激光刻蚀，和/或，第二激光发射模块用于对半成品的表面进行激光加工。

激光刻蚀器通过控制激光束的扫描路径方法蚀刻出预设大小和形状图形。

可以理解，玻璃的应用广泛，比如作为手机、平板等电子产品的屏幕，比如，作为窗户、镜子、桌面等，几乎所有玻璃产品的边缘光滑，相关技术中，通过CNC磨床或者人工方式，将玻璃产品的边缘进行磨边，这样的效率偏低，且成本高。

针对上述问题，利用激光刻蚀器对半成品的边缘进行刻蚀，激光刻蚀器对半成品的边缘进行倒角，从而实现对半成品的磨边。这样，可以提高玻璃产品的加工效率，降低成本。

可以理解，一些玻璃产品需要进行固定，比如将玻璃固定在桌脚上、固定在横梁上形成屋面，这样，需要对玻璃的表面开设孔、槽等结构，便于固定。

针对上述问题，利用激光刻蚀器对半成品的表面进行刻蚀，激光刻蚀器对半成品的表面进行开槽、开孔或者加工图案等，从而实现对半成品的进一步加工。

在一个实施方式中，激光刻蚀器的激光蚀刻头为振镜方头。激光刻蚀器所产生波长为355-1064nm，脉冲宽度为纳秒或皮秒或飞秒级，蚀刻崩边大小与选用激光产生脉宽大小成正比，蚀刻效率与激光波长成反比。

需要说明的是，在实际生产中，可根据激光刻蚀器对半成品的边缘部位或表面部位的加工情况，对应调整激光刻蚀器的波长、脉宽等参数。

在一个实施方式中，第一激光发射模块包括激光成丝切割器和气体分子激光器，激光成丝切割器对工件进行初步切割，半成品未完全脱离工件，激光成丝切割器在工件上留下切割轨迹，气体分子激光器沿切割轨迹对工件进行激光切割，以使半成品从工件上分离。

在本实施方式中，激光成丝切割器采用贝塞尔光束。贝塞尔光束加工玻璃类透明材料时，由于贝塞尔光束为热熔切割，光线进入透明材料内部，从材料内部熔融切割面，而切割面熔融后具有膨胀效应，因此，不容易将所要的切割区域裂解下来，这样，工件经过贝塞尔光束加工后，会留下切割轨迹。

利用贝塞尔光束加工的玻璃类透明材料，切割壁的膨胀量小，约为3～10μm，且切割壁为光滑、无崩裂口、无锥度切割面。

进一步的，气体分子激光器采用二氧化碳激光束，该光束相较于贝塞尔光束，功率更高，能够使半成品从工件上完全分离。

在激光成丝切割器对工件进行初步切割后再用气体分子激光器对工件进行二次切割，且二氧化碳激光束的切割轨迹与贝塞尔光束的切割轨迹重合，使半成品的外周缘的切割壁光滑无崩裂口、无锥度切割面。

需要说明的是，经过第一激光发射模块加工形成的半成品的外周缘的切割壁光滑无崩裂口、无锥度切割面，为后续激光刻蚀器对半成品的边缘进行倒角提供了良好的基础，提高了产品的加工质量及合格率。

在一个实施方式中，激光成丝切割器所产生波长为1064nm，脉冲宽度为皮秒或飞秒级，成丝切割打点间距为2-7μm。

气体分子激光发生器所产生波长为9.2-10.6μm，脉冲宽度为纳秒级。

二氧化碳激光束的光斑尺寸为6-8mm，这样的光斑尺寸不容易损伤半成品，切割速度为100-250mm/s。

在一个实施方式中，第一检测模块包括第一摄像头和分拣机构，第一摄像头设置在切割工位111的输出端，对半成品的切割处进行拍摄，并基于图像信息判断半成品的切割处的质量是否合格。这样，提高产品的加工效率，避免不合格产品进行加工，造成浪费。

分拣机构用于将不合格的产品移出移载单元110，提高生产效率。

移载单元110还设有第二质检工位1122，其中，切割工位111、第一质检工位1121、加工工位113和第二质检工位1122依次设置。质检单元还包括第二检测模块132，第二检测模块132和对应第二质检工位1122设置，第二检测模块132用于判断半成品的加工处的质量是否合格。

具体的，第二检测模块132还包括第二摄像头，第二摄像头设置在加工工位113的输出端，第二摄像头用于对半成品的加工处进行拍摄，并基于图像信息判断所述半成品的加工处的质量是否合格。

在一些实施方式中，还可以利用第二摄像头，对半成品的加工类型进行识别，从而将加工好的半成品进行分类存放。

比如，第二摄像头识别半成品为边缘处进行加工，将其分类为磨边的工件进行存放，第二摄像头识别半成品为表面处进行开孔加工，将其分类为已开孔的工件进行存放。

需要说明的是，激光刻蚀器对半成品进行加工之前，由于加工需求不同，需要对半成品进行定位。

进一步的，加工单元140还包括第三摄像头和定位模块。其中，第三摄像头设置在加工工位113的输入端，第三摄像头用于对半成品的位置进行拍摄，以判断半成品的位置是否需要调整；定位模块对判断为需要调整的半成品的位置进行调整，便于激光刻蚀器对半成品进行加工，提高加工效率和质量。

在一个实施方式中，第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头采用500万像素高清相机。

在一个实施方式中，激光加工系统100还包括控制单元150，控制单元150用于协调控制移载单元110、切割单元120、质检单元和加工单元140的动作。

如图2所示，本申请实施例还提供一种激光加工方法，利用上述任一实施例中的激光加工系统100实现，包括：

步骤S100，切割单元在工件上切割出预设大小和形状的半成品。

具体的，切割单元120可以将工件分割为多块面积更小的工件，比如，将一个大的矩形玻璃分割为多个小的矩形玻璃，这样，可以快速生产出多件产品，提高了生产效率。

切割单元120还可以将在工件上切割出圆形、六边形、三角形等形状的工件，以满足不同产品的需要。

步骤S100，切割单元在工件上切割出预设大小和形状的半成品包括：

步骤S110，对工件进行预切割，并在工件表面留下切割轨迹；

步骤S120，沿着上述的切割轨迹对工件进行二次切割，使半成品与工件完全分离。

通过两次分割，相较于采用激光一次切割，可以切割厚度更大的工件，且半成品的切割壁无崩裂口、无锥度，提高后续加工单元140的加工质量，提升产品的合格率。

步骤S200，质检单元对上述半成品的切割处进行质量检测。

第一检测模块131中的第一摄像头对切割后的半成品的切割处进行质量检测，检查其切割壁是否光滑、无崩裂口、无锥度。

第一检测模块131中的分拣机构将不合格的半成品移出移载单元110，提高加工效率。

步骤S300，将合格的半成品移动到加工工位，加工单元对合格的半成品的边缘和/或表面处进行加工。

具体的，当加工单元140对合格的半成品的边缘进行加工时，包括：

对半成品的边缘进行刻蚀，使半成品的边缘形成倒角。

当加工单元140对合格的半成品的表面进行加工时，包括：

对半成品的表面进行刻蚀，在半成品的边框开设孔、槽等结构。

需要说明的是，在本实施方式中，对工件的加工顺序为先进行激光切割，再进行激光加工。这样，激光加工过程中产生的粉末不会覆盖在工件表面，不会降低工件的透明度，不会对激光切割工序产生影响。

第二检测模块132还对加工后的半成品的加工处进行质量检测，检查半成品的加工处的表面是否细腻，无崩裂口。

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申请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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种激光加工系统，其特征在于，包括：

移载单元，设有切割工位、第一质检工位和加工工位，所述切割工位、所述第一质检工位和所述加工工位依次设置；

切割单元，包括第一激光发射模块，所述第一激光发射模块对应所述切割工位设置，所述第一激光发射模块用于切割工件，形成半成品；

质检单元，包括第一检测模块，所述第一检测模块对应所述第一质检工位设置，所述第一检测模块用于拍摄切割处的图像，并基于图像信息判断所述半成品的切割处的质量是否合格；

加工单元，包括第二激光发射模块，所述第二激光发射模块对应所述加工工位设置，所述第二激光发射模块用于对所述半成品的边缘进行激光加工，和/或，所述第二激光发射模块对所述半成品的表面进行激光加工。

2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，所述第二激光发射模块包括激光刻蚀器，所述激光刻蚀器用于对所述半成品的边缘进行激光刻蚀，和/或，所述第二激光发射模块用于对所述半成品的表面进行激光加工。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一激光发射模块包括激光成丝切割器和气体分子激光器，所述激光成丝切割器对所述工件进行初步切割，所述半成品未完全脱离所述工件，所述激光成丝切割器在所述工件上留下切割轨迹，所述气体分子激光器沿所述切割轨迹对工件进行激光切割，以使所述半成品从所述工件上分离。

4.根据权利要求1或2所述的激光加工系统，其特征在于，所述第一检测模块包括第一摄像头和分拣机构，所述第一摄像头设置在所述切割工位的输出端，对所述半成品的切割处进行拍摄，并基于图像信息判断所述半成品的切割处的质量是否合格，所述分拣机构用于将不合格的产品移出所述移载单元。

5.根据权利要求1或2所述的激光加工系统，其特征在于，移载单元还设有第二质检工位，所述切割工位、所述第一质检工位、所述加工工位和所述第二质检工位依次设置；

质检单元还包括第二检测模块，所述第二检测模块和对应所述第二质检工位设置，所述第二检测模块用于判断所述半成品的加工处的质量是否合格。

6.根据权利要求5所述的激光加工系统，其特征在于，所述第二检测模块还包括第二摄像头，所述第二摄像头设置在所述加工工位的输出端，所述第二摄像头用于对所述半成品的加工处进行拍摄，并基于图像信息判断所述半成品的加工处的质量是否合格。

7.根据权利要求1或2所述的激光加工系统，其特征在于，所述加工单元还包括第三摄像头和定位模块，所述第三摄像头设置在所述加工工位的输入端，所述第三摄像头用于对所述半成品的位置进行拍摄，以判断所述半成品的位置是否需要调整；

所述定位模块用于对判断为需要调整的所述半成品的位置进行调整。

8.一种激光加工方法，其特征在于，利用权利要求1-7中任一项所述的激光加工系统实现，包括：

切割单元在工件上切割出预设大小和形状的半成品；

质检单元对上述半成品的切割处进行质量检测；

将合格的半成品移动到加工工位，加工单元对合格的半成品的边缘和/或表面处进行加工。

9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，所述切割单元在工件上切割出预设大小和形状的半成品包括：

对工件进行预切割，并在工件表面留下切割轨迹；

沿着上述的切割轨迹对工件进行二次切割，使半成品与工件完全分离。

10.根据权利要求8或9所述的激光加工方法，其特征在于，当加工单元对合格的半成品的边缘进行加工时，包括：

对半成品的边缘进行刻蚀，使半成品的边缘形成倒角。