一种超快激光无锥度切割系统及切割方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超快激光无锥度切割系统及切割方法。包括：激光传输组件，用于产生切割用激光束；光学加工组件，设置在所述激光传输组件输出激光束的光线路径上，用于调节所述激光传输组件输出激光束的角度和旋转方向并照射在待加工工件上；加工平台，设置在所述光学加工组件输出激光束的光线路径上；计算机控制模块，与所述激光传输组件、所述光学加工组件以及所述加工平台连接，用于控制所述激光传输组件和所述光学加工组件的开关、输出激光束的工作参数，并控制所述加工平台的动作。本发明专利技术通过激光传输组件改善光束质量，光学加工组件实现激光聚焦后小半径高速倾斜旋转，实现平面任意轮廓甚至空间轮廓的无锥度切割。

An ultra fast laser taper free cutting system and cutting method

【技术实现步骤摘要】
一种超快激光无锥度切割系统及切割方法
本专利技术涉及激光切割
，特别是涉及一种超快激光无锥度切割系统及切割方法。
技术介绍
激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射被切割材料，使材料迅速去除形成孔洞，随着光束与材料的相对移动，孔洞连续形成宽度一致的切缝，从而实现工件切割。同时借助与光束同轴的高速气流吹除加工残渣，提高切割质量和效率。长脉冲激光或连续激光的热效应明显，切割后缝壁有较大的热影响区、再铸层、微裂纹等缺陷。超快激光通常是指飞秒激光、皮秒激光，由于作用时间极短，激光功率密度极高，材料去除过程几乎没有热扩散，具有非热熔性。因此，为保证切割质量，超快激光切割已逐步得到应用。激光由于本身功率密度分布及其聚焦加工的特性，切割加工一般存在一定程度的切口锥度。超快激光脉冲能量低，通常不到1mJ，导致加工锥度更明显，而且加工效率低，加工深度有限。公开号为EP2868421A1、CN208408909U、CN108127270A以及CN106891096A的专利文献公开了一种利用激光成丝实现宝石、玻璃等透明材料的无锥度加工的方法；公开号为CN106891098A的专利文献公开了一种结合刻蚀法和激光扫描路径在透明材料内部实现无锥度加工的方法；公开号为CN107030400A的专利文献公开了一种利用外力辅助和聚焦激光多点爆裂实现裂片无锥度分离。以上方法需将光束聚焦在材料内部，不适用于金属、陶瓷等不透明材料的加工。公开号为CN107199408A的专利文献通过将单束激光分束为多束激光降低每束激光能量来减小加工锥度，但加工深度和效率会随之降低，且无法实现无锥度加工。公开号为CN109434288A的专利文献公开了一种可以实现任意锥度打孔及孔径可调的打孔装置和工艺，但不适于多孔构件高效率加工，且无法实现除圆外复杂轮廓外形的无锥度加工。公开号为CN107262943A的专利文献公开了一种超快激光加工微细倒锥孔的装置及其方法，通过光路系统中旋切模块控制加工孔孔径大小和锥度，但只适于微小孔的加工，且加工效率难以保证。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题本专利技术实施例第一方面提供了一种超快激光无锥度切割系统。包括:激光传输组件、光学加工组件、加工平台和计算机控制模块，本专利技术实施例解决了现有技术中超快激光切割锥度明显的问题。本专利技术实施例第二方面提供了一种超快激光无锥度切割方法。激光束首先转化为圆偏振或椭圆偏振光，然后扩大光束直径并减小发散角，再过滤周边杂光；进行光束的旋转和偏折角度调整，控制切割缝宽和切缝锥度；加工平台带动其上待加工工件转动，光学加工组件通过加工头将激光束导向输出至待加工工件实现无锥度切割。从而实现切缝两侧的无锥度甚至倒锥度切割，同时有利于提高较大厚度工件超快激光切割效率。(2)技术方案本专利技术的实施例第一方面提出了一种超快激光无锥度切割系统，包括：激光传输组件、光学加工组件加工平台和计算机控制模块。激光传输组件用于产生切割用激光束；光学加工组件设置在所述激光传输组件输出激光束的光线路径上，用于调节所述激光传输组件输出激光束的角度和旋转方向并照射在待加工工件上；加工平台设置在所述光学加工组件输出激光束的光线路径上；计算机控制模块与所述激光传输组件、所述光学加工组件以及所述加工平台连接，用于控制所述激光传输组件和所述光学加工组件的开关、输出激光束的工作参数，并控制所述加工平台的动作。进一步地，所述激光传输组件包括沿光路传输方向依次布置的飞秒激光器、偏振器、扩束器和光阑。进一步地，所述光学加工组件包括沿光路传输方向依次布置的旋转倾斜模块和加工头。进一步地，所述飞秒激光器为脉宽小于15ps、波长可调的超快激光器。进一步地，所述飞秒激光器的输出波长为1030nm、515nm或355nm中的一种。进一步地，所述旋转倾斜模块为四光楔或三光楔组合的光学机构。进一步地，所述加工头包含聚焦透镜和同轴吹气喷嘴。进一步地，所述的加工平台至少在两个维度自由移动。本专利技术的实施例第二方面，提供了超快激光无锥度切割方法，所述切割方法包括：激光束首先转化为圆偏振或椭圆偏振光，然后扩大光束直径并减小发散角，再过滤周边杂光；进行光束的旋转和偏折角度调整，控制切割缝宽和切缝锥度；加工平台带动其上待加工工件转动，光学加工组件通过加工头将激光束导向输出至待加工工件实现无锥度切割。(3)有益效果综上所述，本专利技术通过激光传输组件改善光束质量，通过光学加工组件实现激光聚焦后小半径高速倾斜旋转，通过安装待加工工件的加工平台插补移动实现激光与待加工工件的相对运动，实现平面任意轮廓甚至空间轮廓的无锥度切割，甚至倒锥度，由于聚焦激光小半径高速倾斜旋转相当于增加了切缝宽度，同时辅助吹气，有效地提高了切割效率。除此之外，与现有技术相比，本专利技术提出的超快激光无锥度切割的方法和系统的优点在于材料适应性广，且无切割轮廓形状与型面的限制，切缝锥度可调，可以同步实现切缝两侧的无锥度甚至倒锥度切割，同时有利于提高较大厚度工件超快激光切割效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例第一方面一实施例的一种超快激光无锥度切割系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例第一方面一实施例中旋转倾斜模块的结构示意图。图3是本专利技术实施例第一方面一实施例中加工头的结构示意图。图4是本专利技术实施例第一方面一实施例的一种超快激光无锥度切割系统的加工状态示意图。图5是本专利技术实施例第二方面一实施例的一种切割方法切割钢板的切缝截面图。图中：飞秒激光器1、偏振器2、扩束器3、光阑4、旋转倾斜模块5、第一光楔51、第二光楔52、第三光楔53、加工头6、聚焦透镜61、同轴吹气喷嘴62、加工平台7、待加工工件8、计算机控制模块9、任意形状10。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图1-附图5并结合实施例来详细说明本申请。参阅附图1所示，根据本专利技术实施例第一方面的一种超快激光无锥度切割系统，包括：激光传输组件、光学加工组件、加工平台7和计算机控制模块9。具体地，激光传输组件用于产生切割用激光束；光学加工组件设置在所述激光传输组件输出激光束的光线路径上，用于调节所述激光传输组件输出激光束的角度和旋转方向并照射在待加工工件上；加工平台7设置在所述光学加工组件输出激光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超快激光无锥度切割系统，其特征在于，包括：/n激光传输组件，用于产生切割用激光束；/n光学加工组件，设置在所述激光传输组件输出激光束的光线路径上，用于调节所述激光传输组件输出激光束的角度和旋转方向并照射在待加工工件上；/n加工平台，设置在所述光学加工组件输出激光束的光线路径上；/n计算机控制模块，与所述激光传输组件、所述光学加工组件以及所述加工平台连接，用于控制所述激光传输组件和所述光学加工组件的开关、输出激光束的工作参数，并控制所述加工平台的动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种超快激光无锥度切割系统，其特征在于，包括：
激光传输组件，用于产生切割用激光束；
光学加工组件，设置在所述激光传输组件输出激光束的光线路径上，用于调节所述激光传输组件输出激光束的角度和旋转方向并照射在待加工工件上；
加工平台，设置在所述光学加工组件输出激光束的光线路径上；
计算机控制模块，与所述激光传输组件、所述光学加工组件以及所述加工平台连接，用于控制所述激光传输组件和所述光学加工组件的开关、输出激光束的工作参数，并控制所述加工平台的动作。


2.根据权利要求1所述的一种超快激光无锥度切割系统，其特征在于，所述激光传输组件包括沿光路传输方向依次布置的飞秒激光器、偏振器、扩束器和光阑。


3.根据权利要求1所述的一种超快激光无锥度切割系统，其特征在于，所述光学加工组件包括沿光路传输方向依次布置的旋转倾斜模块和加工头。


4.根据权利要求2所述的一种超快激光无锥度切割系统，其特征在于，所述飞秒激光器为脉宽小于15ps、波长可调的超快激光器。

【专利技术属性】
技术研发人员：李元成，张晓兵，张伟，蔡敏，纪亮，焦佳能，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11