一种激光加工方法技术

本发明专利技术公开了一种激光加工方法，包括如下步骤：形成一个设定宽度的带状区域；在带状区域内生成激光加工轨迹。激光加工轨迹包括不重叠的线段和/或交叉成点的线段；根据激光加工轨迹在所述带状区域内进行激光加工。本方法通过增大激光光斑的照射面积和减少激光光斑在平面某一点的停留时间，达到减小激光能量密度的效果，实现更均匀的能量输出，减少因局部能量不平衡而产生的飞溅等制造缺陷情况的发生。量不平衡而产生的飞溅等制造缺陷情况的发生。量不平衡而产生的飞溅等制造缺陷情况的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工方法


[0001]本专利技术涉及激光加工
，尤其涉及一种激光加工方法。

技术介绍

[0002]大功率激光作为金属熔融加工的热源，已经广泛应用在各种工业领域。激光加工相比传统的电能加工和气体燃烧方式，具有控制精度高、能量密度高、系统简洁操作简单等突出特点。
[0003]激光光斑的能量分布通常为高斯分布方式，即光斑中心的能量最高，从光斑中心向边缘能量逐渐递减。高斯分布能够使光束中心点迅速吸收热能，在大功率加工场合可以使金属更迅速的熔化，同时材料熔化形成的液态金属熔池也会更深。但是由于金属的热传导K系数都存在上限，当热量在局部聚集超过金属传导上限时，液态金属会迅速汽化蒸发，这种反应会在熔池内部形成气体空腔，外部出现液态金属液滴的飞溅。
[0004]能量的输出分时间和空间两个维度。以P代表功率，T代表时间，则激光输出能量Q＝P*T。能量密度Z表示为激光在被加工物体的单位面积S上的能量输出，Z＝Q/S。将两式合并，得到Z＝P*T/S。而能量密度的大小与金属的热能吸收相关，当金属吸收过多的热能，则会造成熔池内部形成气体空腔，外部出现液态金属液滴的飞溅的问题。因此，为了减少激光加工时局部热量不均衡，需要激光轨迹更加平均分布和更低的能量密度。参照上面公式(Z＝P*T/S)，若要降低能量密度，需要增大S(即扩大光斑的照射范围)或减少T(减少光斑在平面某一点的停留时间)。

技术实现思路

[0005]为了克服上述激光加工时局部热量不均衡的问题，本专利技术的目的在于提供一种激光加工方法，通过增大S(即扩大光斑的照射范围)以及减少T(减少光斑在平面某一点的停留时间)，达到降低能量密度的目的，从而解决激光加工时局部热量不均衡的问题。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种激光加工方法，包括如下步骤：
[0007]形成一个设定宽度的带状区域；
[0008]在所述带状区域内生成激光加工轨迹，所述激光加工轨迹包括不重叠的线段和/或交叉成点的线段；
[0009]根据所述激光加工轨迹在所述带状区域内进行激光加工。
[0010]此加工方法通过形成一个设定宽度的带状区域，从而增大S，即扩大光斑照射范围；同时由于带状区域内生成激光加工轨迹包括不重叠的线段和/或交叉成点的线段，从而减少T，即减少光斑在平面某一点的停留时间，达到降低能量密度的目的。
[0011]在一些实施方式中，所述形成一个设定宽度的带状区域的步骤包括：
[0012]形成一条第一基准线；
[0013]将所述第一基准线分解为多个直线线段；
[0014]以分解后的所述多个直线线段为基准，沿线段垂直方向向内平移每个线段设定宽度形成第二基准线，所述第一基准线和所述第二基准线围成所述设定宽度的带状区域。
[0015]此方法通过将所述第一基准线分解为所述多个直线线段并平移形成所述带状区域，操作简便易于实行，无需复杂的计算，并通过控制线段平移的距离来控制带状区域的大小，达到控制所述能量密度的效果。
[0016]在一些实施方式中，所述形成一个设定宽度的带状区域的步骤包括：
[0017]形成一条第一基准线；
[0018]将所述第一基准线分解为多个曲率平缓的曲线线段；
[0019]根据贝塞尔曲线平移曲线控制点实现整条曲线偏移，得到第二基准线，所述第一基准线和所述第二基准线围成所述设定宽度的带状区域。
[0020]此方法通过平移第一基准线分解的曲线线段的控制点就可以得到所述第二基准线形成所述带状区域，操作步骤较为简便，并通过控制控制点平移的距离来控制所述带状区域的大小，从而达到控制所述能量密度的效果。
[0021]在一些实施方式中，所述形成一个设定宽度的带状区域的步骤包括：
[0022]形成一条第一基准线，所述第一基准线为圆形；
[0023]在第一基准线上随机取第一个顶点；
[0024]根据第一个顶点，使用相同的设定角度间隔在所述第一基准线上取多个顶点；
[0025]连接所述多个顶点形成线段相互交汇的区域；
[0026]所述相互交汇的区域形成与第一基准线同心圆的轮廓即为第二基准线；
[0027]所述第一基准线和所述第二基准线形成所述带状区域。
[0028]此方法通过取顶点并连线的方式，生成第二基准线并形成带状区域，操作方法简单易行，具备一定的规律性，并且在形成所述带状区域的同时，可以得到所需的所述激光加工轨迹，简化整体的步骤。
[0029]在一些实施方式中，依次取相邻两个顶点与圆心形成的圆心角的角度为所述设定角度。
[0030]此方法可以使得所述带状区域为等宽的。
[0031]在一些实施方式中，所述设定角度为根据期望激光加工轨迹重叠度和公式计算得出的角度。
[0032]此方法根据激光轨迹加工的需求的重叠度来计算得出需要的所述设定角度，因此通过所述设定角度达到控制所述带状区域的大小的目的，从而达到控制所述能量密度的效果。
[0033]在一些实施方式中，所述带状区域具有所述第一基准线和所述第二基准线；所述第一基准线和所述第二基准线分别是闭环的曲线；所述带状区域是等宽体。
[0034]等宽体可以使激光加工轨迹具备一定的规律性，简化激光加工轨迹的规划难度，从而实现激光加工轨迹分布更加均匀目的，均匀的激光加工轨迹可以减少光斑在平面某一点停留时间，从而降低激光在被加工物体上的能量密度，解决局部热量不均衡的问题。
[0035]在一些实施方式中，所述第一基准线是以下任意一种：圆形、椭圆形、以贝塞尔曲线方程或样条曲线方程描述的任意光滑边界曲线。
[0036]所述光滑边界曲线可以使激光加工轨迹更具有规律性，从而使激光加工轨迹更加
均匀的分布，达到能量的更加均匀输出的目的，解决局部热量不均衡的问题。
[0037]在一些实施方式中，在所述带状区域内生成激光加工轨迹包括如下步骤：
[0038]所述带状区域包括所述第一基准线和第二基准线，在所述带状区域内以一定步长分割所述第一基准线和第二基准线；
[0039]交替连接分割点形成往返折线状的激光加工轨迹。
[0040]此方法中，激光加工轨迹使用的是不重叠线段，通过所述带状区域内以一定步长分割所述第一基准线和所述第二基准线的方法，进行激光轨迹加工，具备一定的规律性的同时，避免了激光轨迹在某一点上的停留时间，从而达到减小能量密度的效果，并且此方法中使用的所述激光加工轨迹较为简单，便于实行。
[0041]在一些实施方式中，在所述带状区域内生成激光加工轨迹包括如下步骤：
[0042]使用圆沿所述带状区域的中心线轨迹行进，同时圆以自身中心旋转得到的螺旋轨迹。
[0043]此方法中，激光加工轨迹使用的是交叉成点的线段，使用螺旋线在所述带状区域中进行激光轨迹加工，螺旋线的交叉点较少，可以有效的减少所述激光加工轨迹在某一点上的停留时间，从而达到减小能量密度的效果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：形成一个设定宽度的带状区域(7)；在所述带状区域(7)内生成激光加工轨迹(1)，所述激光加工轨迹(1)包括不重叠的线段和/或交叉成点的线段；根据所述激光加工轨迹(1)在所述带状区域(7)内进行激光加工。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述形成一个设定宽度的带状区域(7)的步骤包括：形成一条第一基准线(2)；将所述第一基准线(2)分解为多个直线线段；以分解后的所述多个直线线段为基准，沿线段垂直方向向内平移每个线段设定宽度形成第二基准线(3)，所述第一基准线(2)和所述第二基准线(3)围成所述设定宽度的带状区域(7)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述形成一个设定宽度的带状区域(7)的步骤包括：形成一条第一基准线(2)；将所述第一基准线(2)分解为多个曲率平缓的曲线线段；根据贝塞尔曲线(12)平移曲线控制点实现整条曲线偏移，得到第二基准线(3)，所述第一基准线(2)和所述第二基准线(3)围成所述设定宽度的带状区域(7)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述形成一个设定宽度的带状区域(7)的步骤包括：形成一条第一基准线(2)，所述第一基准线(2)为圆形；在第一基准线(2)上随机取第一个顶点；根据所述第一个顶点，使用相同的设定角度间隔在所述第一基准线(2)上依次取多个顶点；连接所述多个顶点形成线段相互交汇的区域；所述线段相互交汇的区域形成与第一基准线(2)同心圆的轮廓为第二基准线(3)
；
所述第一基准线(2)和所述第二基准线(3)围成所述设定宽度的带状区域(7)。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：依次取相邻两个所述顶点与圆心形成的圆心角的角度为所述设定角度。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述设定角度为根据目标激光加工轨迹(1)的重叠度和公式计算得出的角度。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述带...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩良煜，张喜梅，
申请(专利权)人：北京金橙子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：