对材料进行激光加工的方法和装置与流程

1.本发明涉及材料加工领域，更具体地涉及对材料进行激光加工的方法和装置。


背景技术：

2.激光加工方法常常被用于从来料材料加工出所需要的零件。然而，如果材料中存在交叉结构(诸如相连的翼板与腹板)，当激光切割进行到交叉处时，受交叉处的材料阻挡，将无法正常排渣。因此，在激光切割路径中存在材料交叉结构的情况下，需要先从来料材料上切下半成品零件，然后再对该半成品零件进行进一步的激光加工以得到最终所需要的零件，在加工途经交叉结构的坡口时尤其是这样。
3.但这样一来，就需要对切下的半成品零件加以固定和定位，这需要复杂的固持装置，会增加加工成本。而且，在半成品零件的总长度比固持装置的行程极限短的情况下，即使有固持装置，也无法实现对半成品零件的固定和定位。
4.因此，亟需一种新的技术来有效地解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明就旨在克服现有技术中的上述和/或其它问题。采用本发明所提供的对材料进行激光加工的方法和装置，不需要预先从来料材料上切割下零件，就可以在有效解决排渣问题的同时直接在来料材料上加工出所需要的零件，从而不需要额外的固持装置，却可适用于各种长度的待加工零件，还显著提高了加工效率。
6.根据本发明的第一方面，提供了一种对材料进行激光加工的方法，所述材料包括相连的腹板和翼板，所述方法可包括以下步骤：a)控制激光加工头以闭合移动轨迹切割所述腹板，以在所述翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分，该挖空部分包含过焊孔，其中所述挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据所述待加工坡口的形状和位置控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括或者不包括附加孔；b)控制所述激光加工头在所述翼板上切割出所述待加工坡口，其中切割所述腹板与所述翼板的交叉部分所产生的熔渣通过所述对应的挖空部分排出；以及c)控制所述激光加工头切割所述挖空部分之间的腹板，以分离出包含所述坡口和所述过焊孔的零件。
7.根据本发明的第二方面，提供了一种对材料进行激光加工的装置，所述材料包括相连的腹板和翼板，所述装置可包括激光加工头和控制单元。所述控制单元可配置成：控制所述激光加工头以闭合移动轨迹切割所述腹板，以在所述翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分，该挖空部分包含过焊孔，其中所述挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据所述待加工坡口的形状和位置控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括或者不包括附加孔；控制所述激光加工头在所述翼板上切割出所述待加工坡口，其中切割所述腹板与所述翼板的交叉部分所产生的熔渣通过所述对应的挖空部分排出；以及控制所述激光加工头切割所述挖空部分之间的腹板，以分离出包含所述坡口和所述过焊孔的零件。
8.本发明的上述方法和装置巧妙地通过在腹板上形成与待加工坡口对应的挖空部分，使得在不切断待加工零件的情况下激光加工翼板上的坡口成为了可能。与必须先切断零件才能激光加工坡口的现有技术相比，本发明中形成的挖空部分为坡口的激光加工提供了排渣路径，因此可以在完成对零件的全部加工之后再从来料材料上切下成品零件。也就是说，不需要对待加工零件进行额外固定，也可以完成对零件的加工，这大大提高了工艺连续性和加工效率，同时也免除了对额外固定装置的需求，降低了成本。
9.可选地，在控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括附加孔时，可控制所述激光加工头切除所述材料上包括所述附加孔的部分。
10.可选地，所述材料可被安置在支撑件上。在加工零件期间，所述支撑件可以不接触所述材料中包括所述零件的部分，使得切割所述挖空部分之间的所述腹板结束时所述零件可从所述材料自动脱落，从而直接下料成品零件。
11.可选地，所述零件上的所述坡口可包括y型坡口和x型坡口。
12.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上记录有经编码的指令，当执行该指令时实现如上所述的根据本发明的对材料进行激光加工的方法。
13.通过下面结合附图的详细描述，本发明的其它特征和方面会变得更加清楚。
附图说明
14.通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
15.图1示出了根据本发明的对材料进行激光加工的方法的流程图；
16.图2(a)示出了材料的示例；
17.图2(b)-图2(f)示出了材料的各种待加工坡口的示意图；
18.图3示例性地示出了根据本发明的对材料进行激光加工的方法对材料进行加工时的简化示意图；
19.图4为根据本发明的对材料进行激光加工的方法的变型实施例的流程图；
20.图5示出了根据本发明的对材料进行激光加工的装置的示意性框图；以及
21.图6(a)-图6(c)示出了根据现有技术的对材料进行激光加工的方法的示例半成品零件与材料的简化侧视图。
具体实施方式
22.下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明精神的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
23.除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术的说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物
件。
24.根据本发明的实施例，提供了一种对材料进行激光加工的方法。
25.如图2(a)所示，材料200可包括腹板202和与腹板202相连的一个或多个翼板204。可在翼板204上形成一个或多个坡口，诸如图2(b)至图2(f)中所示的v型上坡口、v型下坡口、y型上坡口、y型下坡口和x型坡口等，这些坡口都经过腹板与翼板的交叉处。可在交叉处附近的腹板上形成一个或多个过焊孔，这些过焊孔可与各个坡口相对应。
26.参考图1，其中示出了根据本发明的对材料进行激光加工的方法100，该方法100包括步骤110、120和130。
27.在步骤110，可控制激光加工头以闭合移动轨迹切割腹板，以在翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分。该挖空部分包含过焊孔，其中挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据待加工坡口的形状和位置控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括或者不包括附加孔。
28.图3中示例性地示出了材料200被加工时的简化示意图。参考图3，可控制激光加工头以闭合移动轨迹310和320切割材料的腹板202，以在材料的翼板204上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分224和226。可以看到，此时挖空部分224和226之间的腹板并未被切割。挖空部分224和226各自包含过焊孔208a和208b，但是挖空部分224还包括了附加孔214，而挖空部分226却没有包含附加孔，这取决于待加工坡口的形状和位置。
29.激光切割的原理是利用高功率激光束将材料加热至汽化或液化，同时配合吹气将汽化或液化的材料吹除，从而得到割缝，由此实现对材料的切割。因此，对材料进行激光切割前必须预留出排渣路径，否则熔渣将无法正常排出，会在割缝中重新冷却固化，这相当于将割缝焊回了封闭状态，从而导致无法实现激光切割的期望效果。在图3所示的示例中，期望在上侧翼板上如箭头a和b所示那样切割以形成y型上坡口204a，并在下侧翼板上如箭头c和d所示那样切割以形成y型下坡口204b。可以看到，当如箭头a和b所示那样切割上侧翼板上的坡口时，激光切割路径将经过材料的交叉部分，此时，如果受到交叉部分材料的阻挡则将无法正常排渣，即，缺少排渣路径。由于挖空部分224包括过焊孔208a，所以沿箭头b方向进行的激光切割进行到腹板202所在平面(即，腹板202与翼板204相交处)时，能够经由过焊孔208a进行排渣。挖空部分224还包括附加孔214，该附加孔214可如图3所示地被形成为与坡口204a的激光切割路径a’相交，使得在沿箭头a的方向切割坡口204a过程中，当切割到腹板202所在平面时，能够经由附加孔214进行排渣。而当如箭头c和d所示那样切割下侧翼板上的坡口204b时，即使当切割进行到腹板202所在平面时，熔渣也可以经由过焊孔208b排出，因此不需要附加孔。
30.图3所述示例仅出于说明目的，应理解，可以根据待形成坡口的形状和位置来判断该坡口的激光切割路径上是否都存在排渣路径，以此来确定是否需要形成附加孔以及(如果需要)该附加孔的形状。在各种实施例中，待形成坡口可以是任何类型的坡口，诸如x型坡口、y型坡口等。例如，在一个实施例中，待形成坡口是任一翼板右端的x型坡口(未图示)，其激光切割路径不与相应过焊孔相交，则在腹板中没有排渣路径，因此需要形成附加孔；而在另一个实施例中，待形成坡口是在翼板右端处的y型下坡口(未图示)，其激光切割路径与过焊孔相交，因此始终存在排渣路径，所以不需要形成附加孔。
31.回到图1，在步骤110后，方法100进入步骤120：控制激光加工头在翼板上切割出待
加工坡口，其中切割腹板与翼板的交叉部分所产生的熔渣通过对应的挖空部分排出。
32.仍旧参考图3，可控制激光加工头沿着箭头a和b在翼板204上切割出坡口204a，切割腹板202与翼板204的交叉部分所产生的熔渣通过挖空部分224(过焊孔208a和附加孔214)排出，控制激光加工头沿着箭头c和d在翼板204上切割出坡口204b，切割腹板202与翼板204的交叉部分所产生的熔渣通过挖空部分226(过焊孔208b)排出。注意，此时挖空部分224和226之间的腹板仍然是相连的。
33.随后，在步骤130中，控制激光加工头切割挖空部分之间的腹板，以分离出包含坡口和过焊孔的零件。
34.也即，如图3所示地切割挖空部分224和挖空部分226之前的腹板，以分离出包含坡口204a、204b和过焊孔208a、208b的成品零件。
35.现有的激光加工方法为了获得包含坡口和过焊孔的成品零件，会如图6(a)所示地先在腹板602上加工出过焊孔608a和608b，然后如图6(b)所示地将该包括过焊孔608a和608b的半成品零件610整个从材料上切断后，再在该半成品零件610的翼板604上进行坡口加工。这样做，虽然保证了废渣可以有效地排出，但由于进行坡口加工时半成品零件610已经与材料分离，因此除了用于支撑材料的支撑件612之外，还必须对半成品零件610另外施加固定(例如，图6(a)和6(b)中所示的额外支撑部件612’)，才能对该半成品零件610进行坡口加工，否则半成品零件610将自由掉落。这样的额外支撑部件无疑会增加设备成本和操作复杂度。而且，在所加工的半成品零件的总长度比支撑部件的行程极限短的情况下(如图6(c))，即使有支撑部件也无法实现对半成品零件的固定和定位。此外，半成品零件与材料分离时可能发生位置改变，此时若不对零件的坐标进行重新定位和校准，势必影响加工质量，但若对零件的坐标进行重新定位和校准，又会大大降低生产效率。
36.发明人经过大量实验，对加工工艺进行了巧妙的优化。本发明的对材料进行激光加工的方法不需要把腹板切断也可以有效排出废渣，从而可以在过焊孔和坡口的加工全部完成后一次性下料成品零件，这大大提高了激光加工的效率，同时仍然能保证加工精度和质量。而且，由于不需要在坡口加工期间为切割下来的半成品零件提供单独固定，即使该半成品零件长度很短，也不会有影响，同时还节省了因额外固定装置所产生的设备成本。
37.可选地，当挖空部分包括附加孔时，方法100可在步骤130之后进一步包括步骤140：控制激光加工头切除材料上包括附加孔的部分，如图4所示。
38.再次以图3为例，如前所述地，附加孔214是为了在按照虚线a’所示轨迹加工坡口时提供排渣路径，因此包含该附加孔214的部分230不是加工的目标零件。所以，可在分离成品零件后，将剩余材料中残留包含附加孔部分的材料切除掉(例如，沿图3所示的切割线h’)，以便加工下一个零件。
39.在以上描述的示例中，待加工部分在最后成品零件的右侧，该侧原来与其它的来料材料相连，但可以理解，本发明的对材料进行激光加工的方法同样可应用于待加工部分为最后成品零件其它位置的加工。
40.另外，上述示例中的材料可具有腹板以及与腹板相连的翼板，该腹板与翼板形成交叉结构，但同样可以理解的是，适用于本发明对材料进行激光加工的方法的材料结构并不限于此，而是可适用于激光切割路径中存在交叉结构的任何材料。在一个实施例中，材料可以具有工字型(或称为h型)结构，例如，h型钢。
41.可选地，可如图3所示地将材料200安置在支撑件212上。应理解，虽然图3中将支撑件212示出为夹持材料的固定部件，但在根据本发明的各种实施例中，支撑件可以是本领域技术人员所熟知的能够固定材料的任何部件，诸如机械臂等。所述支撑件212并不接触材料中最后成品零件的部分，这样一来，当在方法100中完成步骤130时，最后的成品零件将从来料材料自动脱落，即，自动下料成品零件，由此可以进一步提高加工效率。
42.根据本发明的实施例，还提供一种计算机可读存储介质，其上记录有经编码的指令，当执行该指令时可实现上述根据本发明的对材料进行激光加工的方法。所述计算机可读存储介质可以包括硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘读/写(cd-r/w)驱动器、数字通用磁盘(dvd)驱动器、闪存驱动器和/或固态存储装置等。
43.参考图5，其中示出了根据本发明的对材料进行激光加工的装置500的示意框图，所述材料包括相连的腹板和翼板，装置500可包括激光加工头502和控制单元504。
44.控制单元504可被配置成：控制激光加工头502以闭合移动轨迹切割腹板，以在翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分，该挖空部分包含过焊孔，其中挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据待加工坡口的形状和位置控制激光加工头502切割出的挖空部分包括或者不包括附加孔；控制激光加工头502在翼板上切割出待加工坡口，其中切割腹板与翼板的交叉部分所产生的熔渣通过对应的挖空部分排出；以及控制激光加工头502切割述挖空部分之间的腹板，以分离出包含坡口和过焊孔的零件。
45.可选地，控制单元504可被进一步配置成：当控制激光加工头502切割出的挖空部分包括附加孔时，在分离零件之后，控制激光加工头502切除材料上包括附加孔的部分。
46.可选地，装置500可进一步包括支撑件506，在支撑件506上安置材料。在加工零件期间，支撑件506不接触材料中包括零件的部分，使得切割挖空部分之间的腹板结束时零件从材料自动脱落。
47.可选地，待加工坡口可包括y型坡口和x型坡口。
48.上述装置500可以实现如前面所述地根据本发明的对材料进行激光加工的方法。上述在本发明的对材料进行激光加工的方法中适用的很多设计构思和细节同样适用于上述装置500，且可以得到相同的有益技术效果，此处不再赘述。
49.以上通过一些示例性实施例对本发明的各个方面进行了描述。然而，应该理解的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以对上述示例性实施例做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，也可以实现合适的结果，那么相应地，这些修改后的其它实施方式也落入权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.一种对材料进行激光加工的方法，所述材料包括相连的腹板和翼板，所述方法包括以下步骤：a)控制激光加工头以闭合移动轨迹切割所述腹板，以在所述翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分，该挖空部分包含过焊孔，其中所述挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据所述待加工坡口的形状和位置控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括或者不包括附加孔；b)控制所述激光加工头在所述翼板上切割出所述待加工坡口，其中切割所述腹板与所述翼板的交叉部分所产生的熔渣通过所述对应的挖空部分排出；以及c)控制所述激光加工头切割所述挖空部分之间的腹板，以分离出包含所述坡口和所述过焊孔的零件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括附加孔时，所述方法在所述步骤c)之后进一步包括以下步骤：控制所述激光加工头切除所述材料上包括所述附加孔的部分。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料被安置在支撑件上，其中，在所述步骤a)～步骤c)期间，所述支撑件不接触所述材料中包括所述零件的部分，使得所述步骤c)结束时所述零件从所述材料自动脱落。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述坡口包括y型坡口和x型坡口。5.一种对材料进行激光加工的装置，所述材料包括相连的腹板和翼板，所述装置包括：激光加工头；控制单元，所述控制单元被配置成：控制所述激光加工头以闭合移动轨迹切割所述腹板，以在所述翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分，该挖空部分包含过焊孔，其中所述挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据所述待加工坡口的形状和位置控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括或者不包括附加孔；控制所述激光加工头在所述翼板上切割出所述待加工坡口，其中切割所述腹板与所述翼板的交叉部分所产生的熔渣通过所述对应的挖空部分排出；以及控制所述激光加工头切割所述挖空部分之间的腹板，以分离出包含所述坡口和所述过焊孔的零件。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制单元被进一步配置成：当控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括附加孔时，在分离所述零件之后，控制所述激光加工头切除所述材料上包括所述附加孔的部分。7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：支撑件，在所述支撑件上安置所述材料，其中，在加工零件期间，所述支撑件不接触所述材料中包括所述零件的部分，使得切割所述挖空部分之间的所述腹板结束时所述零件从所述材料自动脱落。8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述坡口包括y型坡口和x型坡口。9.一种计算机可读存储介质，其上记录有经编码的指令，当执行该指令时实现如权利要求1至4中任一项所述的对材料进行激光加工的方法。

技术总结
本发明涉及对材料进行激光加工的方法和装置，所述材料包括相连的腹板和翼板。所述方法包括：a)控制激光加工头以闭合移动轨迹切割所述腹板，以在所述翼板上待加工成坡口的位置附近形成与待加工坡口对应的挖空部分，该挖空部分包含过焊孔，其中所述挖空部分之间的腹板不被切割，并且根据所述待加工坡口的形状和位置控制所述激光加工头切割出的所述挖空部分包括或者不包括附加孔；b)控制所述激光加工头在所述翼板上切割出所述待加工坡口，其中切割所述腹板与所述翼板的交叉部分所产生的熔渣通过所述对应的挖空部分排出；以及c)控制所述激光加工头切割所述挖空部分之间的腹板，以分离出包含所述坡口和所述过焊孔的零件。本发明还提供对应的对材料进行激光加工的装置。还提供对应的对材料进行激光加工的装置。还提供对应的对材料进行激光加工的装置。


技术研发人员：代田田 王晶 周锴
受保护的技术使用者：上海柏楚电子科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/9