一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，包括以下步骤：获取光束、偏移光束、控制激光在工件不同区域上的能量沉积进行激光切割。本发明专利技术取得的有益效果：通过使脉冲激光光束偏移至不同位置、调节脉冲激光光束在工件上的入射角，从而能够在激光加工精度和能量沉积分布的可控性上具有更大的优势，在调整孔径和孔的锥角上也更具灵活性，有利于调整激光脉冲能量沉积分布、曝光时间和焦点位置，达到了方便量化和控制激光在不同位置的能量沉积的优点。同位置的能量沉积的优点。同位置的能量沉积的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法


[0001]本专利技术涉及激光切割加工方法的
，具体涉及一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法。

技术介绍

[0002]激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束相对于材料的移动，实现对材料的切割。随着激光切割设备和激光切割应用的发展，对锥度控制、几何复杂性和精度方面的要求越来越高，对厚材料中产生高纵横比的断面对制造也提出了更大的挑战。
[0003]公告号为CN208342021U的中国技术专利公开了一种加工厚金属板材的高效除尘式激光切割机，涉及激光加工技术的特种加工
，激光切割机底座的顶部设置有壳体，底座顶部的两侧均设置有灰尘收集箱，灰尘收集箱的一侧设置有盖子，灰尘收集箱的另一侧设置有伺服电机，固定卡扣的一侧设置有外部抽风机，通过设置的外部抽风机可以使加工过程中产生的烟尘的到有效的净化保护操作者的身体健康，通过设置的通风板和内部抽风机可以对切缝处进行冷却防止加工处受热变形，加工厚金属板材的高效除尘式激光切割机尤其适用于加工厚度为5mm以上的厚金属板材，切割精度高，切割面光滑无齿感，切割获得的厚金属板材等金属制品用于制备精密数控机床、自动化设备。
[0004]在现有技术中，对厚较大的材料加工时，激光光束会发生发散和在材料侧壁上出现多次反射，而对激光能够切割的材料厚度造成负面影响，导致实际加工过程中材料去除率随材料深度的增加而急剧下降，而在现有技术中难以量化和控制激光的能量沉积，导致可加工材料的厚度降低。故现有技术中存在激光在不同位置的能量沉积难以量化和控制的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，其包括以下步骤：获取光束、偏移光束、控制激光在工件不同区域上的能量沉积进行激光切割，该基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法具有能够根据脉冲激光光束的运动路径对脉冲激光光束在不同区域的能量沉积进行量化和控制的优点。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，采用一种激光切割设备，所述激光切割设备包括光源光纤、准直镜、光束偏移调节组件和聚焦镜，所述光源光纤用于发射脉冲激光光束并使脉冲激光光束依次通过准直镜、棱镜组件和聚焦镜；
[0008]所述基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，包括以下步骤：
[0009]S1、获取光束：所述光源光纤发出脉冲激光光束，所述脉冲激光光束通过准直镜后照射光束偏移调节组件上；
[0010]S2、偏移光束：通过所述光束偏移调节组件调节脉冲激光光束的角度，所述脉冲激光光束通过光束偏移调节组件后照射到聚焦镜；
[0011]S3、控制激光在工件不同区域上的能量沉积进行激光切割：聚焦镜使脉冲激光光束聚焦在工件上，脉冲激光光束照射在工件上切割工件，所述脉冲激光光束在聚焦镜上折射，调节所述脉冲激光光束在工件上的入射角，通过光束偏移调节组件改变脉冲激光光束偏移的位置，使脉冲激光光束在工件上沿闭合路径运动从而控制脉冲激光光束在不同区域的能量沉积。
[0012]通过这样的设置：能够通过脉冲激光光束在不同区域上照射的时间，控制脉冲激光光束在工件上不同区域的能量沉积，从而实现根据脉冲激光光束的运动路径对脉冲激光光束在不同区域的能量沉积进行量化和控制的功能。
[0013]作为优选，所述光束偏移调节组件包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜两端设有第一斜面和第一平面，所述第二棱镜设有第二斜面和第二平面，所述第一平面和第二平面相对设置且相互平行，所述准直镜、第一棱镜、第二棱镜和聚焦镜同轴。
[0014]通过这样的设置：能够使脉冲激光光束偏移到不同的位置。
[0015]作为优选，在所述步骤S2中，还包括以下步骤：
[0016]将第一棱镜和第二棱镜旋转至初始角度θ1＝θ2＝90deg，使第一棱镜和第二棱镜厚度较小的一侧朝向相同方向、第一斜面和第二斜面倾斜的方向相反，所述脉冲激光光束依次通过第一棱镜和第二棱镜，所述脉冲激光光束在第一棱镜内的传播方向与脉冲激光光束在第二棱镜内的传播方向平行，所述脉冲激光光束经光束偏移调节组件后在聚焦镜上的最大偏移距离为r
a＝
r
b
+r
c
≈(z1+z3)*tanθ+(2z4+z2)*tan(ψ)，其中z1为第一棱镜的厚度，z2为第一棱镜与第二棱镜的间距，z3为第二棱镜的厚度，z4为第二棱镜与聚焦镜的间距，θ为脉冲激光光束射入第一棱镜内时的折射角度，ψ为脉冲激光光束射出第二棱镜后与第二棱镜轴心的夹角。
[0017]通过这样的设置：能够方便得出脉冲激光光束能够偏移的范围的外边界，起到方便生产加工的作用。
[0018]作为优选，在所述步骤S2后，还包括以下步骤：
[0019]S2.1、简化估算等效最大偏移距离：将第一棱镜和第二棱镜旋转至初始角度θ1＝θ2＝90deg，使第一棱镜和第二棱镜厚度较小的一侧朝向相同方向、第一斜面和第二斜面倾斜的方向相反，所述脉冲激光光束依次通过第一棱镜和第二棱镜，根据第一棱镜和第二棱镜对脉冲激光光束偏移距离的贡献估算光束的等效最大偏移距离r
r
，r
r
＝r
1+
r2≈z*tanψ
01
+z*tanψ
02
，其中r1表示第一棱镜对脉冲激光光束贡献的偏移距离，r2表示第二棱镜对脉冲激光光束对贡献的偏移距离，z为第一斜面与聚焦镜的间距，ψ
01
为第一棱镜为脉冲激光光束提供的等效折射角度，ψ
02
为第二棱镜为脉冲激光光束提供的等效折射角度。
[0020]通过这样的设置：能够方便估算出脉冲激光光束能够偏移的范围的外边界，起到方便生产加工的作用。
[0021]作为优选，所述光束偏移调节组件还包括第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件的输出轴固定连接有第一齿轮，所述第二驱动件的输出轴固定连接有第二齿轮，所述第一棱镜外周面固定连接有与第一齿轮啮合的第一齿环，所述第二棱镜外周面固定连接有与第二齿轮啮合的第二齿环；
[0022]在所述步骤S3中，还包括以下步骤：
[0023]通过第一驱动件和第二驱动件分别驱动第一棱镜和第二棱镜旋转，调节脉冲激光光束通过第一棱镜和第二棱镜后偏转的方向和角度大小。
[0024]通过这样的设置：实现驱动第一棱镜和第二棱镜转动的功能。
[0025]作为优选，在所述步骤S3中，还包括以下步骤：
[0026]所述第一棱镜转速为ω1，所述第二棱镜转速为ω2，(ω1≠0且ω2＝0)或(ω1＝0且ω2≠0)或(ω1＝ω2)，所述光束偏移调节组件使脉冲激光光束沿环形路径偏移。
[0027]通过这样的设置：起到方便控制脉冲激光光束在不同区域的能量沉积的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，其特征在于：采用一种激光切割设备，所述激光切割设备包括光源光纤(11)、准直镜(12)、光束偏移调节组件和聚焦镜(13)，所述光源光纤(11)用于发射脉冲激光光束并使脉冲激光光束依次通过准直镜(12)、棱镜组件和聚焦镜(13)；所述基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，包括以下步骤：S1、获取光束：所述光源光纤(11)发出脉冲激光光束，所述脉冲激光光束通过准直镜(12)后照射光束偏移调节组件上；S2、偏移光束：通过所述光束偏移调节组件调节脉冲激光光束的角度，所述脉冲激光光束通过光束偏移调节组件后照射到聚焦镜(13)；S3、控制激光在工件不同区域上的能量沉积进行激光切割：聚焦镜(13)使脉冲激光光束聚焦在工件上，脉冲激光光束照射在工件上切割工件，所述脉冲激光光束在聚焦镜(13)上折射，调节所述脉冲激光光束在工件上的入射角，通过光束偏移调节组件改变脉冲激光光束偏移的位置，使脉冲激光光束在工件上沿闭合路径运动从而控制脉冲激光光束在不同区域的能量沉积。2.根据权利要求1所述的基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，其特征在于：所述光束偏移调节组件包括第一棱镜(21)和第二棱镜(24)，所述第一棱镜(21)两端设有第一斜面(22)和第一平面(23)，所述第二棱镜(24)设有第二斜面(25)和第二平面(26)，所述第一平面(23)和第二平面(26)相对设置且相互平行，所述准直镜(12)、第一棱镜(21)、第二棱镜(24)和聚焦镜(13)同轴。3.根据权利要求2所述的基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，其特征在于，在所述步骤S2中，还包括以下步骤：将第一棱镜(21)和第二棱镜(24)旋转至初始角度θ1＝θ2＝90deg，使第一棱镜(21)和第二棱镜(24)厚度较小的一侧朝向相同方向、第一斜面(22)和第二斜面(25)倾斜的方向相反，所述脉冲激光光束依次通过第一棱镜(21)和第二棱镜(24)，所述脉冲激光光束在第一棱镜(21)内的传播方向与脉冲激光光束在第二棱镜(24)内的传播方向平行，所述脉冲激光光束经光束偏移调节组件后在聚焦镜(13)上的最大偏移距离为r
a＝
r
b
+r
c
≈(z1+z3)*tanθ+(2z4+z2)*tan(ψ)，其中z1为第一棱镜(21)的厚度，z2为第一棱镜(21)与第二棱镜(24)的间距，z3为第二棱镜(24)的厚度，z4为第二棱镜(24)与聚焦镜(13)的间距，θ为脉冲激光光束射入第一棱镜(21)内时的折射角度，ψ为脉冲激光光束射出第二棱镜(24)后与第二棱镜(24)轴心的夹角。4.根据权利要求2所述的基于扫描路径控制能量分布的激光切割加工方法，其特征在于，在所述步骤S2后，还包括以下步骤：S2.1、简化估算等效最大偏移距离：将第一棱镜(21)和第二棱镜(24)旋转至初始角度θ1＝θ2＝90deg，使第一棱镜(21)和第二棱镜(24)厚度较小的一侧朝向相同方向、第一斜面(22)和第二斜面(25)倾斜的方向相反，所述脉冲激光光束依次通过第一棱镜(21)和第二棱镜(24)，根据第一棱镜(21)和第二棱镜(24)对脉冲激光光束偏移距离的贡献估算光束的等效最大偏移距离r
r
，r
r
＝r
1+
r2≈z*tanψ
01
+z*tanψ
02
，其中r1表示第一棱镜(21)对脉冲激光光束贡献的偏移距离，r2表示第二棱镜(24)对脉冲激光光束对贡献的偏移...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜斌，常勇，
申请(专利权)人：广东宏石激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：