一种激光切割系统及其切割方法技术方案

本发明专利技术提供一种激光切割系统及其激光切割方法，其包括：振镜系统、可变反射镜、固定反射镜、第一激光器、第二激光器、以及控制系统，其中，控制系统均与第一激光器、第二激光器和可变反射镜连接。本发明专利技术采用的切割方式为前聚焦方式切割，现有的极片切割均采用的后聚焦切割方式，前聚焦相比于后聚焦，聚焦光斑更小，光斑处激光功率密度更大，能够提高切割速度，配合三轴振镜，切割范围大，能进行大幅面切割和小幅面批量切割，提高切割效率，节约成本。

Laser cutting system and cutting method thereof

The invention provides a laser cutting method and laser cutting system, which includes: the vibrating mirror system, variable mirror, fixed mirror, first laser, second laser, and the control system, the control system is connected with the first laser, laser and second variable mirror. The cutting method adopted by the invention is before focusing cutting, after focusing sheet cutting using the existing cutting way, before focusing compared to after focusing, a smaller focused spot, the spot where the laser power density is bigger, can improve the cutting speed, with three axis galvanometer cutting range, can significantly cut surface small format and batch cutting, improve cutting efficiency, saving cost.

【技术实现步骤摘要】
一种激光切割系统及其切割方法
本专利技术属于激光加工
，尤其涉及一种激光切割系统及其切割方法。
技术介绍
随着消费市场需求的多样化，新能源行业越来越紧俏。锂电池因其具有髙能量、密度大、输出功率髙、循环使用寿命长、无环境污染等优点，被广泛应用于汽车、移动通讯设备和便携式电子设备等行业。在锂电池生产过程中，电池极片切割是一道极其重要的工序，只有将成卷的电池极片切割后，才可以与隔膜卷绕成形，做成电芯。目前工业市场广泛采用的锂离子的电池极片的正极为铝箔，其负极为铜箔。正极的铝箔厚度大多在20μm左右，负极的铜箔厚度在12μm左右，铝箔和铜箔两面各有100μm左右的涂覆层。电池极片的传统加工方式是使用模切机、分条机等常规加工设备，这种传统的加工方式在加工过程中对设备会有磨损，需要定期更换刀模，加工成本较高，同时，电池极片会出现卷边、切割面不平滑，有毛刺等产品缺陷。现在市场上出现了纳秒光纤激光器的极片切割设备，解决了上述产品部分质量问题，由于激光加工是非接触加工，大大降低了设备耗材的成本，提高了加工效率，正在逐步被电池生产厂商认同。现有切割方法：动力电池极片是将磷酸铁锂或钴酸铁锂材料均匀涂覆在铜箔(负极)和铝箔(正极)的两侧，然后通过切割设备将极片切割成特定的形状。目前，国内一些生产企业大多采用的是分条机、模切、冲切和滚切设备。采用这些设备切割电池极片时，切出来的极片毛刺比较多，切边掉粉严重，粉尘较多，极大地影响了电池极片的应用。此外，这些切割设备中的刀模需要频繁更换，不利于大规模连续化生产，同时也增加了设备后期的维护成本，此缺点严重限制了电池极片的生产和应用，延长了快速使用周期，加大了生产成本，造成浪费，亟需一种新的切割设备来替代它。光纤激光器具有接近衍射极限的光束质量、高能量转换效率、高稳定性、几乎免维护、超长的适用寿命以及体积小等优点，已经广泛应用于激光切割、焊接和打标等工业制造领域。光纤激光设备采用光纤作为传导介质，激光器输出激光经过准直、扩束和聚焦之后，将光斑直径聚焦到数十个微米甚至几个微米，很适合于精细切割。光纤激光设备可以采用非接触式切割方式，切缝窄、热影响区小、切边光滑且切割速度快，其诸多优点恰好可以满足电池极片的快速切割和质量提升，是传统模切和滚切设备的理想替代设备。但由于极片是复合材料制成，通常我们称其为‘三明治’材料，纳秒光纤激光切割属热加工，用纳秒光纤激光切割极片会出现涂覆层收缩的现象，切割部分中间的电极层会有裸露现象。随着动力电池容量越来越大，对电池极片要求也越来越高，这样的产品缺陷会给产品带来安全隐患，毛刺与粉尘容易刺穿隔膜，或者在充、放电时击穿隔膜，造成电池内部短路、发热产生高温甚至爆炸等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解决电池极片出现卷边、切面不平滑，毛刺比较多、提高加工效率的激光切割系统及其切割方法。本专利技术提供一种激光切割系统，其包括：振镜系统、可变反射镜、固定反射镜、第一激光器、第二激光器、以及控制系统，其中，控制系统均与第一激光器、第二激光器和可变反射镜连接。本专利技术还提供一种激光切割方法，工件的切割区域包括：裸露区、涂覆层、连接左侧的裸露区和涂覆层的第一过渡区、以及连接右侧的裸露区和涂覆层的第二过渡区；其中，第一过渡区和第二过渡区均包括与涂覆层的连接圆弧段、以及均与裸露区连接的直线段；包括如下步骤：第一步：控制系统内分别设定第一激光器和第二激光器的切割图形轨迹和切割参数；第二步：控制系统预先发出信号使得可变反射镜处于水平0°位置；控制系统控制第一激光器发出激光，激光经振镜系统对工件的涂覆层进行切割；第三步：第一激光器对涂覆层进行激光切割；切割结束之后，控制系统预先发出信号使得可变反射镜处于水平45°位置；第四步：控制系统控制第二激光器发出激光，激光经固定反射镜和可变反射镜反射至振镜系统后对工件的第一过渡区的圆弧段和涂覆层交接处为激光开关起点，第二激光器对第一过渡区采用圆弧进行切割；第五步：在第二激光器切割第一过渡区完成后；第二激光器跳转切割与第一过渡区相连的裸露区，第二激光器对裸露区进行激光切割；第六步：第二激光器切割裸露区完成后；第二激光器跳转到与裸露区相连的第二过渡区的直线段作为激光起点，第二过渡区与涂覆层交接的圆弧段作为激光关光位置，至此完成对电池极片的激光切割。本专利技术还提供一种激光切割方法，工件的切割区域包括：裸露区、涂覆层、连接左侧的裸露区和涂覆层的第一过渡区、以及连接右侧的裸露区和涂覆层的第二过渡区；其中，第一过渡区和第二过渡区均包括与涂覆层的连接圆弧段、以及均与裸露区连接的直线段；包括如下步骤：第一步：控制系统内分别设定第一激光器和第二激光器的切割图形轨迹和切割参数；第二步：控制系统预先发出信号使得可变反射镜处于水平0°位置；控制系统控制第一激光器发出激光，激光经振镜系统对工件的涂覆层进行切割；第三步：第一激光器对涂覆层进行激光切割；切割结束之后，控制系统预先发出信号使得可变反射镜处于水平45°位置；第四步：控制系统控制第二激光器发出激光，激光经固定反射镜和可变反射镜反射至振镜系统后对工件的第二过渡区的圆弧段和涂覆层交接处为激光开关起点，第二激光器对第二过渡区采用圆弧进行切割；第五步：在第二激光器切割第二过渡区完成后；第二激光器跳转切割与第二过渡区相连的裸露区，第二激光器对裸露区进行激光切割；第六步：第二激光器切割裸露区完成后；第二激光器跳转到与裸露区相连的第一过渡区的直线段作为激光起点，第一过渡区与涂覆层交接的圆弧段作为激光关光位置，至此完成对电池极片的激光切割。本专利技术采用的切割方式为前聚焦方式切割，现有的极片切割均采用的后聚焦切割方式，前聚焦相比于后聚焦，聚焦光斑更小，光斑处激光功率密度更大，能够提高切割速度，配合三轴振镜，切割范围大，能进行大幅面切割和小幅面批量切割，提高切割效率，节约成本。附图说明图1为本专利技术激光切割系统的结构示意图；图2为本专利技术切割工件的示意图；图3为本专利技术外轮廓切割轨迹图；图4为本图3所示外轮廓的切割轨迹的组合示意图。具体实施方式图1和图2所示为本专利技术激光切割系统的结构示意图，本激光切割系统用于对工件2进行激光切割。在本实施例中，工件2为电池极片，电池极片有三种情况：电池极片的两面都有涂覆层、电池极片的单面有涂覆层、只有电池极片没有涂覆层。每种情况的切割工艺及切割参数会不同。如图2所示，工件2包括裸露区21、以及与裸露区21连接的涂覆层22。裸露区21为电池极片的极耳部位，是直接裸露在外的铜箔或铝箔；涂覆层22为图2所示的阴影区。本激光切割系统包括：振镜系统1、可变反射镜3、固定反射镜4、第一激光器5、第二激光器6、以及控制系统7，其中，第一激光器5为200W纳秒激光器，第二激光器6为50W皮秒激光器，控制系统7均与第一激光器5、第二激光器6和可变反射镜3连接。其中，振镜系统1包括X振镜、Y振镜、扫描电机和光学反射镜片，利用扫描电机带动光学镜片进行偏转式运动，将激光按照控制软件指定的轨迹进行定位切割。反射镜3为可变反射镜，可变反射镜3具有0°和45°两个位置，通过控制系统7控制该反射镜3的偏转角度。当控制系统7给第一激光器5出光信号时，预先发出信号使得可变反射镜处于水平0°位置，以便第一激光器5出光，第一激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光切割系统，其特征在于，其包括：振镜系统、可变反射镜、固定反射镜、第一激光器、第二激光器、以及控制系统，其中，控制系统均与第一激光器、第二激光器和可变反射镜连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光切割系统，其特征在于，其包括：振镜系统、可变反射镜、固定反射镜、第一激光器、第二激光器、以及控制系统，其中，控制系统均与第一激光器、第二激光器和可变反射镜连接。2.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于：所述第一激光器为纳秒激光器，第二激光器为皮秒激光器。3.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于：所述可变反射镜具有0°和45°两个位置；当控制系统给第一激光器出光信号时，预先发出信号使得可变反射镜处于水平0°位置，第一激光器发出的光线至振镜系统，经振镜系统对工件进行激光切割；当控制系统给第二激光器出光信号时，预先发出信号使得可变反射镜处于水平45°位置，第二激光器发出的光线经可变反射镜至振镜系统，经振镜系统对工件进行激光切割。4.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于：固定反射镜为固定45°反射镜。5.一种激光切割方法，工件的切割区域包括：裸露区、涂覆层、连接左侧的裸露区和涂覆层的第一过渡区、以及连接右侧的裸露区和涂覆层的第二过渡区；其中，第一过渡区和第二过渡区均包括与涂覆层的连接圆弧段、以及均与裸露区连接的直线段；其特征在于，包括如下步骤：第一步：控制系统内分别设定第一激光器和第二激光器的切割图形轨迹和切割参数；第二步：控制系统预先发出信号使得可变反射镜处于水平0°位置；控制系统控制第一激光器发出激光，激光经振镜系统对工件的涂覆层进行切割；第三步：第一激光器对涂覆层进行激光切割；切割结束之后，控制系统预先发出信号使得可变反射镜处于水平45°位置；第四步：控制系统控制第二激光器发出激光，激光经固定反射镜和可变反射镜反射至振镜系统后对工件的第一过渡区的圆弧段和涂覆层交接处为激光开关起点，第二激光器对第一过渡区采用圆弧进行切割；第五步：在第二激光器切割第一过渡区完成后；第二激光器跳转切割与第一过渡区相连的裸露区，第二激光器对裸露区进行激光切割；第六步：第二激光器切割裸露区完成后；第二激光器跳转到与裸露区相连的第二过渡区的直线段作为激光起点，第二过渡区与涂覆层交接的圆弧段作为激光关光位置，至此完成对电池极片的激光切割。6.根据权利要求5所述的激光切割方法，其特征在于：所述第二步的激光对涂覆层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰，范醉风，辜秉伟，陈春辉，叶天茂，吴烈，陈克胜，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44