一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法及系统与流程

1.本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法及系统。


背景技术：

2.常规激光切割时，材料切割路径底部需漏空，以满足准直切割同轴高压吹气，将材料熔渣从割缝中吹落目的。因为陶瓷为易碎材料，切割完成后内模产品会掉落，会导致产品划伤或碎裂。
3.在陶瓷切割应用领域，大都采用控制激光束能量作用于材料表面，提高输出以增加深度的切割方式（可控断裂式切割），这样做大大提高了加工效率，输出能量相比全切使用能量更小，材料热影响更小。激光划线一般划线控制深度为30%-60%，以保证分板结束后，整板材料在应对机械自动化上下料或人工搬运时出现因深度过深直接散落。不进行调控情况下，十字交叉处与xy向深度均不一致，十字交叉处深度过深叠加会击穿材料。
4.现有方案是通过拆分线段、打断单一线段进行分次加工完成，这样会大大降低加工效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法及系统，可避免十字交叉处的深度超差，且不降低加工效率。
6.本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，包括如下步骤：将待切割产品放置于加工平台上并固定；得到加工图形，对加工图形中的线段交叉处做标记处理；按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，激光加工过程中，沿x轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第二激光能量，以沿x轴方向切割该标记区段，沿y轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第三激光能量，以沿y轴方向切割该标记区段，其中，施加到同一标记区段的第二激光能量与第三激光能量之和等于第一激光能量。
7.进一步地，各标记区段的标记尺寸为单个光斑长度。
8.进一步地，对线段交叉处做标记处理，具体包括：自动识别线段交叉处，并对线段交叉处做标记处理。
9.进一步地，通过软件对线段交叉处做标记处理，并根据编辑指令对线段交叉处标识长度进行编辑修改，以适配激光不同焦点情况下的线宽变化。
10.进一步地，按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，具体包括：按照加工图形中的加工线段路径沿x轴、y轴方向对待切割产品进行激光加工，加工任意一条线段时，激光束沿x轴或y轴从该线段头端切割至该线段尾端，保证切割行程不变，且切
割速度由0加速到设定值后保持一段时间，再由设定值减速为0。
11.进一步地，激光加工过程中，向加工处吹压缩气体，降低激光加工过程中产生的热量，并去除切割产生的熔渣。
12.进一步地，采用吸附固定的方式将待切割产品固定在加工平台上。
13.进一步地，激光加工完成后，取出材料，进行裂片完成整个加工流程。
14.本发明还公开了一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工系统，包括激光器、加工平台和控制系统，其中，所述加工平台用于支撑并固定待切割产品；所述激光器与控制系统连接，所述控制系统用于根据预设程序控制激光器射出相应激光能量的激光束，并经激光头出射至待切割产品表面，所述控制系统执行所述预设程序时实现如上所述控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法的步骤。
15.进一步地，加工平台设采用吸附固定的方式固定待切割产品。
16.进一步地，所述激光头上固定有吹气装置，用于向加工处吹气，降低激光加工过程中产生的热量，并去除切割产生的熔渣。
17.本发明至少具有如下有益效果：在陶瓷材料或陶瓷覆铜板的切割控深应用中，十字交叉处的深度超差会影响后端制程的裂片效果。使用本发明的方法进行控制调节后，可避免十字交叉处的深度超差，且不进行线段拆分，单一线段无多次加减速过程，不影响加工效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
19.图1为本发明实施例提供的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法的方法流程图；图2为本发明实施例提供的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工系统的示意图；图3为本发明实施例提供的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工系统的加工平台的示意图。
20.附图中，1为激光器，2为激光头，3为加工平台，31为治具平台，32为xy运动轴。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
24.激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属) 进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光切割技术。
25.激光切割陶瓷应用往往为网格状图形，多为直线加工切割控深处理。
26.实施例一参见图1，本发明公开了一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，包括如下步骤：将待切割产品放置于加工平台上并固定；利用软件编辑加工图形或导入预设的加工图形即可得到加工图形，对加工图形中的线段交叉处做标记处理，设置激光加工参数；按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，激光加工过程中，激光加工参数需要满足：沿x轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第二激光能量，以沿x轴方向切割该标记区段，沿y轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第三激光能量，以沿y轴方向切割该标记区段，其中，施加到同一标记区段的第二激光能量与第三激光能量之和等于第一激光能量，如第一激光能量为50w，当第二激光能量为50w时，第三激光能量为0。
27.本发明沿x轴或/和y轴加工线段交叉处时，在该线段交叉处做能量频率降频或减少能量输出，以达到十字交叉处的切割深度控制，且进行直线加工时，单一线段加工无多次加减速过程降低效率且整体深度保持一致。
28.利用软件编辑加工图形，具体包括：在软件中编辑加工线段路径。
29.进一步地，采用吸附固定的方式将待切割产品固定在加工平台上。
30.进一步地，各标记区段的标记尺寸为单个光斑长度，使得xy轴向激光线宽一致且标识区域将xy轴向线段连接。
31.进一步地，对线段交叉处做标记处理，具体包括：自动识别所有线段交叉处，并对所有线段交叉处做标记处理。
32.进一步地，对线段交叉处做标记处理，具体包括：通过软件对线段交叉处做标记处理，并可根据编辑指令对线段交叉处标识长度进行编辑修改，以适配激光不同焦点情况下的线宽变化，如激光线宽为100um，则标识区域就改为100um进行匹配，如激光线宽为200um，则标识区域就改为200um进行匹配。
33.进一步地，按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，具体包括：按照加工图形中的加工线段路径沿x轴、y轴方向对待切割产品进行激光加工，加工任意一条线段时，激光束沿x轴或y轴从该线段头端切割至该线段尾端，保证切割行程不变，且切割速度由0加速到设定值（max）后保持一段时间，再由设定值（max）减速为0，加减速在很短
距离内完成。采用本发明的方案加工任意一条线段时整个切割行程只有一次加速（对应线段头端一段很短的距离）以及一次减速（对应线段尾端一段很短的距离）。而传统方案加工一条线段时，要分成几次来加工以避让开与其他轴向的线段相交处。
34.进一步地，激光头加工时距离待切割产品表面高度一般不低于1mm高度，如一种实施例为：控制激光头沿z轴运动至待切割产品表面上方1-3mm高度进行出光。
35.进一步地，激光加工过程中，向加工处吹压缩气体，降低激光加工过程中产生的热量，并去除切割产生的熔渣。由于激光加工过程中会产生较高的热量，切割陶瓷过程中会有熔渣产生；需同步进行吹气，一是降低激光加工过程中产生的热量，二是吹走切割陶瓷产生的熔渣。高速气流对激光与陶瓷相互作用区有一定的冷却作用，使激光与陶瓷互相作用产生的热量向基体内部的传导深度降低，从而使由于受热融化快速冷却而产生的重铸层厚度下降，激光束射向陶瓷样品，激光束焦点处的能量密度超过陶瓷的破坏阀值，使得切割处的陶瓷汽化成陶瓷颗粒，通过吹入压缩空气将汽化状态的陶瓷颗粒迅速去除，以免影响下面的加工。
36.进一步地，激光加工完成后，取出材料，进行裂片完成整个加工流程。
37.将本发明的方法应用于陶瓷切割加工的一种实施例的加工步骤为：待切割产品为陶瓷板，采用氧化铝陶瓷材料，厚度为1.0mm，切割控深为50%深度，去除量为500um。
38.将陶瓷板放置在加工平台上；软件编辑加工图形，得到加工图形后，对加工图形十字交叉处做区段标识；区段标识的目的是为了对标识区段进行能量调控，减少出光频率或减少输出脉宽，减低能量作用。
39.按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，激光器在标识区域进行能量调控减低能量输出以达到控深效果，激光束应能够相对材料沿x、y、z轴进行移动。
40.完成激光切割，取出材料，人工进行裂片完成整个加工流程。
41.选用的激光器为准连续光纤激光器，波长为1070nm，激光器输出峰值功率为10-30%、频率为500-4000hz、脉冲宽度为50-200us。
42.实施例二参见图2和图3，本发明实施例还公开了一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工系统，包括激光器1、加工平台3和控制系统，其中，所述加工平台3用于支撑并固定待切割产品；所述激光器1与控制系统连接，所述控制系统用于根据预设程序控制激光器1射出相应激光能量的激光束，并经激光头2出射至待切割产品表面；所述控制系统执行所述预设程序时实现如实施例一所述控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法的步骤。
43.进一步地，激光加工系统还包括导光系统，所述导光系统用于调节激光器1射出的激光束的焦点位置。
44.进一步地，激光加工系统还包括运动机构，所述运动机构与控制系统连接，所述控制系统用于根据预设程序控制运动机构移动，调节激光头2与待切割产品之间的相对移动方向和运动速度。运动机构可以带动激光头或/和加工平台3运动，调节激光束与待切割产品之间的相对移动方向和运动速度。
45.进一步地，激光加工系统还包括用于向待切割产品的加工处吹气的吹气装置，用于降低激光加工过程中产生的热量，并去除切割产生的熔渣。所述吹气装置的吹气口会随着激光头一起移动。
46.进一步地，所述吹气装置固定在激光头上。
47.进一步地，加工平台3设采用吸附固定的方式固定待切割产品。
48.进一步地，加工平台3包括治具平台31，治具平台设有吸附孔，用于吸附固定待切割产品。
49.进一步地，治具平台31为镂空吸附平台，所述镂空吸附平台为带吸附小孔，加工位置镂空的金属治具。
50.进一步地，治具平台31安装在xy运动轴32上。
51.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：将待切割产品放置于加工平台上并固定；得到加工图形，对加工图形中的线段交叉处做标记处理；按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，激光加工过程中，沿x轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第二激光能量，以沿x轴方向切割该标记区段，沿y轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第三激光能量，以沿y轴方向切割该标记区段，其中，施加到同一标记区段的第二激光能量与第三激光能量之和等于第一激光能量。2.如权利要求1所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：各标记区段的标记尺寸为单个光斑长度。3.如权利要求1所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：对线段交叉处做标记处理，具体包括：自动识别线段交叉处，并对线段交叉处做标记处理。4.如权利要求1或3所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：通过软件对线段交叉处做标记处理，并根据编辑指令对线段交叉处标识长度进行编辑修改，以适配激光不同焦点情况下的线宽变化。5.如权利要求1所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，具体包括：按照加工图形中的加工线段路径沿x轴、y轴方向对待切割产品进行激光加工，加工任意一条线段时，激光束沿x轴或y轴从该线段头端切割至该线段尾端，保证切割行程不变，且切割速度由0加速到设定值后保持一段时间，再由设定值减速为0。6.如权利要求1所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：激光加工过程中，向加工处吹压缩气体，降低激光加工过程中产生的热量，并去除切割产生的熔渣。7.如权利要求1所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：采用吸附固定的方式将待切割产品固定在加工平台上。8.如权利要求1所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法，其特征在于：激光加工完成后，取出材料，进行裂片完成整个加工流程。9.一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工系统，其特征在于：包括激光器、加工平台和控制系统，其中，所述加工平台用于支撑并固定待切割产品；所述激光器与控制系统连接，所述控制系统用于根据预设程序控制激光器射出相应激光能量的激光束，并经激光头出射至待切割产品表面，所述控制系统执行所述预设程序时实现如权利要求1至5任一项所述控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法的步骤。10.如权利要求9所述的控制线段交叉处激光切割深度的激光加工系统，其特征在于：所述激光头上固定有吹气装置，用于向加工处吹气，降低激光加工过程中产生的热量，并去除切割产生的熔渣。

技术总结
本发明公开了一种控制线段交叉处激光切割深度的激光加工方法及系统，该方法包括如下步骤：将待切割产品放置于加工平台上并固定；得到加工图形，对加工图形中的线段交叉处做标记处理；按照加工图形中的加工线段路径对待切割产品进行激光加工，沿X轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第二激光能量，以沿X轴方向切割该标记区段，沿Y轴加工时，对未标记区段施加第一激光能量，以切割未标记区段，对标记区段施加第三激光能量，以沿Y轴方向切割该标记区段，其中，施加到同一标记区段的第二激光能量与第三激光能量之和等于第一激光能量。本发明可避免十字交叉处的深度超差，且不降低加工效率。且不降低加工效率。且不降低加工效率。


技术研发人员：王莉 陈竣 赵升 张强亮 王建刚
受保护的技术使用者：湖北光谷实验室
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/22