用于借助激光束刺入到工件中的方法和设备技术

根据本法说明了一种借助激光束刺入到工件中的方法，包括：将脉冲激光束(10)照射到工件(1)上，用于形成刺穿部(9)，其中，所述脉冲激光束(10)的照射的平均脉冲功率(P

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于借助激光束刺入到工件中的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于借助激光束刺入到工件中的方法和设备，尤其涉及一种用于在激光加工材料中控制刺入过程的方法和设备。

技术介绍

[0002]在用于借助激光进行材料加工的设备中，例如在用于激光切割的激光加工头中，从激光源或从激光传导光纤的一端发出的激光束借助射束引导和聚焦光学器件聚焦或聚束到待加工的工件上。根据标准使用具有准直光学器件和聚焦光学器件的激光加工头，其中，激光通过光纤(也称为激光源)供应。
[0003]在激光加工材料的范畴内，尤其在激光切割的范畴内可以借助激光束实现到工件中的刺入过程。该刺入过程先于在激光切割时的真正切割过程。在该过程中，在工件中产生一个初始孔或者说刺穿部，其用作切割过程的起点。因此，刺入过程或刺入到工件中也可以称为刺穿过程或者说刺穿工件。因为例如没有刺穿部就不能开始后续的激光切割过程，所以成功地刺穿工件对于激光切割起着重要作用。刺入过程的持续时间、质量和稳定性取决于多个过程参数。在此主要地，刺入过程的持续时间，即激活加工射束与刺穿材料或工件之间的时间段(也称为刺穿时间或刺入持续时间)是对于加工过程效率的关键因素。刺入过程的持续时间取决于刺入深度随时间的变化率。刺入深度随时间的变化率在下面称为刺入率并且也反映了过程效率。
[0004]现有技术说明了不同的刺入方法，其中在刺入过程直至刺穿内提高脉冲频率或平均激光功率，以便使对于给定材料厚度的刺入持续时间或刺穿时间最小化。US 5 434 383 A说明了一种具有缩短的持续时间的刺入方法，在该刺入方法中，脉冲频率和脉冲占空比在刺入期间逐级增加。同样，DE 11 2009 001 200 B4说明了一种用于刺穿和随后切割的激光加工方法，其中，以第一频率开始穿孔并且以大于第一频率的第二频率继续穿孔。相反地，在US 6 693 256 B2中，最大激光功率在刺入期间逐步增加。
[0005]更高激光功率和更大板材厚度或工件厚度的趋势使刺入过程变得困难，并且不但导致更长的刺穿时间，而且更频繁地导致刺入停止，在刺入停止时刺入率接近零并且因此无法刺穿。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个任务是说明一种借助激光束(也称为加工射束)用于刺入到工件中的方法和设备，通过该方法和设备可以优化刺入过程，尤其用于刺入到较厚的材料厚度中或厚的工件中，该工件例如具有大于10mm或甚至大于20mm的厚度。
[0007]本专利技术的另一任务是说明一种用于借助激光束刺入到工件中的方法和设备，通过该方法和设备可以使刺入持续时间最小化或者使刺入率最大化。
[0008]本专利技术的另一任务是说明一种用于借助激光束刺入到工件中的方法和设备，通过该方法和设备可以确保可靠的刺穿并且可以防止刺入停止。
[0009]这些任务通过独立权利要求的特征来解决。优选实施方式的特征在从属权利要求中给出。
[0010]本专利技术基于以下认识：可以通过将激光束的有针对性地或受控地输入到加工区中的能量，尤其通过有针对性地或受控地减小激光束在刺入过程期间照射到加工区中的平均脉冲功率来优化刺入过程。在此，可以根据以下过程参数和边界条件中的至少一个来控制能量输入：材料厚度、材料种类、瞬时或当前刺入时间、瞬时或当前刺入深度、工艺气体种类、工艺气体压力、焦点位置、光学系统的成像比、喷嘴类型、喷嘴直径、激光束的强度分布、焦点直径和到工件上侧的喷嘴距离。基于所提及的参数，到刺入孔或加工区中的能量输入可以根据当前刺入时间和/或刺入深度通过脉冲开启时间、脉冲关闭时间和/或脉冲峰值功率进行适配。
[0011]根据一个方面，说明了一种借助激光束(也称为加工射束)刺入到工件中的方法。该方法包括：使脉冲激光束照射到工件上以形成刺穿部，其中，脉冲激光束的照射的平均脉冲功率在刺入期间或在刺穿时间期间减小，例如至少减小一次。刺穿时间在此可以表示刺入或刺穿过程的持续时间，即从激光束接通或首次照射直至刺穿工件的时间段。换言之，用于借助脉冲激光束刺入到工件中的方法包括：第一刺入步骤，其中将具有第一平均脉冲功率的脉冲激光束对准或照射到工件上。第二刺入步骤，其中将具有第二平均脉冲功率的脉冲激光束对准或照射到工件上，其中，第一平均脉冲功率大于第二平均脉冲功率。优选地，照射的平均脉冲功率在刺入期间或在刺穿时间期间至少减小一次。照射的平均脉冲功率可以离散地减小，即逐步或连续地减小，或也可以以由离散和连续变化的任意组合减小。照射的平均脉冲功率在刺入期间或在刺穿时间期间多次减小。因此可以执行多于两个刺入步骤，其分别具有不同的平均脉冲功率，并且分别低于在之前刺入步骤中的平均脉冲功率。照射的平均脉冲功率在刺入步骤期间可以是恒定的。脉冲激光束的照射的平均脉冲功率可以在刺入期间单调或严格单调地减小。脉冲激光束在刺入或刺穿时间开始时的照射的平均脉冲功率可以大于在刺穿时，即在刺入或刺穿时间结束时的照射的平均脉冲功率。优选地，在刺穿时间期间，即从刺入开始直至刺穿，照射的平均脉冲功率的拟合或回归线具有负斜率。脉冲激光束的照射的平均脉冲功率可以通过以下调整或改变中的至少一个减小：延长脉冲关闭时间、减小脉冲峰值功率、缩短脉冲接通时间、降低脉冲频率和减小脉冲占空比。尤其可以通过改变脉冲开启时间和脉冲关闭时间减小照射的平均脉冲功率：例如，如果脉冲开启时间小于脉冲关闭时间地延长，则可以延长脉冲关闭时间和脉冲开启时间。在另一示例中，如果脉冲开启时间比脉冲关闭时间缩短得更多，则可以缩短脉冲关闭时间和脉冲开启时间。在另一示例中，如果脉冲开启时间缩短，则脉冲关闭时间可以保持恒定。如果通过延长脉冲关闭时间减小照射的平均脉冲功率，则脉冲峰值功率和/或脉冲开启时间和/或脉冲能量可以在刺入期间或刺穿时间期间保持恒定。在一个实施方式中，方法可以具有至少两个刺入步骤，其中，在第一刺入步骤中，第一平均脉冲功率大于或等于平均极限脉冲功率，并且在第二刺入步骤中，第二平均脉冲功率小于第一平均脉冲功率和/或大于平均极限的脉冲功率。可选地，方法可以包括第三刺入步骤，其中第三平均脉冲功率小于第二平均脉冲功率。平均极限脉冲功率可以表示刺入率接近零或出现刺入停止或在刺入时出现饱和的平均脉冲功率。平均极限脉冲功率可以根据工件的材料和/或厚度预给定。
[0012]根据另一方面，说明了一种借助激光束(也称为加工射束)刺入到工件中的方法。
该方法包括：将脉冲激光束照射到工件上以形成刺穿部，其中，脉冲激光束的脉冲关闭时间在刺入期间或在刺穿时间期间减小，例如至少减小一次。刺穿时间在此可以表示刺入或刺穿过程的持续时间，即从激光束第一次接通直至刺穿工件的时间段。换言之，用于借助脉冲激光束刺入到工件中的方法包括：第一刺入步骤，其中将具有第一脉冲关闭时间的脉冲激光束对准或照射到工件上；和第二刺入步骤，其中将具有第二脉冲关闭时间的脉冲激光束对准或照射到工件上，其中，第一脉冲关闭时间小于第二脉冲关闭时间。优选地，脉冲关闭时间在刺入期间或在刺穿时间期间至少减小一次。脉冲激光束的脉冲关闭时间可以离散地延长，即逐步或连续地延长，或也可以以由离散和连续变化的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助激光束刺入到工件中的方法，包括：将脉冲激光束(10)照射到工件(1)上，用于形成刺穿部(9)，其中，所述脉冲激光束(10)的照射的平均脉冲功率(P
mittel
)在刺入期间减小。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射的平均脉冲功率(P
mittel
)离散地和/或逐步地和/或连续地减小。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述刺入期间，所述照射的平均脉冲功率(P
mittel
)的拟合线具有负斜率。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射的平均脉冲功率(P
mittel
)和/或脉冲频率(f)逐步地减小，并且在每个步骤期间位于具有预给定最小值和预给定最大值的带范围内。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射的平均脉冲功率(P
mittel
)通过所述脉冲激光束(10)的脉冲参数的以下变化中的至少一个变化而减小：延长脉冲关闭时间(t
aus
)、缩短脉冲开启时间(t
an
)、降低脉冲频率(f)和降低脉冲占空比。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过延长所述脉冲关闭时间(t
aus
)减小所述照射的平均脉冲功率(P
mittel
)并且在刺入期间保持所述脉冲峰值功率(P
Peak
)和/或所述脉冲开启时间(t
an
)和/或脉冲能量(E
Puls
)恒定。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在刺入开始时的第一刺入步骤中，第一脉冲频率(f1)大于或等于预给定的极限脉冲频率。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射的平均脉冲功率(P
mittel
)在至少两个步骤中减小，其中，在第一刺入步骤中，第一脉冲频率(f1)大于或等于预给定的极限脉冲频率，并且第二刺入步骤中，第二脉冲频率(f2)小于所述第一脉冲频率(f1)或所述极限脉冲频率。9.根据权利要求7或8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：普雷茨特两合公司，
类型：发明
国别省市：