[发明专利]一种双头激光加工装置及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种双头激光加工装置及加工方法。

背景技术

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面的附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。在切割时，一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出（注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应，则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用）。与传统的板材加工方法相比，激光切割具有高的切割质量（切口宽度窄、热影响区小、切口光洁）、高的切割速度、高的柔性（可随意切割任意形状）、广泛的材料适应性等优点。

以激光作为加工能源，在硬脆性陶瓷材料加工方面的应用发展潜力已见端倪，激光加工可以实现无接触式加工，减少了因接触应力而对陶瓷带来的损伤，聚焦的高能激光束作用于陶瓷表面，加之陶瓷材料对长波激光的吸收率很高，瞬间就可使材料熔化蒸发，实现高效率的加工，由于聚焦光斑小，其热影响区小，可以达到精密加工的要求。

但是目前，陶瓷材料领域内的激光加工，依然存在以下一些难题：

首先，由于激光加工的热效应产生的一定的热影响区，从而导致热应力的存在，相对于金属材料，即使是高精密陶瓷，其显微结构均匀度亦较差，严重降低了材料的抗热震性，常温下对剪切应力的变形阻力很大，而陶瓷材料是由共价键、离子键或两者混合化学键结合的物质，其中共价键强度高、键能高，且晶体间化学键方向性强，因而具有高硬度和高脆性，弹性和塑性变形难发生，因此极易形成微裂纹，难以避免。

其次，目前传统的激光切割系统，均由激光器，单切割头，工作平台等组成，其工作原理为：激光束将工件加热至溶化状态，并与光束同轴的辅助气流将溶化材料从切缝中吹掉，这种方式导致激光入射面的切割效果总好于激光出射面，激光出射面的一侧仍残留有一些毛刺和熔渣（一般在30um左右），对于大多客户，这并不会影响产品性能和外观，但面对某些要求较高的客户，需要将背面的毛刺和熔渣控制在10um以内，现有技术很难以达到。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种可消除微裂纹、减小激光出射面熔渣和提高产品加工品质的双头激光加工装置及加工方法及裂片方法。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种双头激光加工装置，包括加工平台，设于加工平台上方的第一激光器和第二激光器，分别连接在第一激光器和第二激光器的激光输出端的切割头和振镜扫描方头，所述切割头用于输出激光束对位于加工平台上的加工工件进行一次切断，所述振镜扫描方头用于输出激光束对位于一次切断后的加工工件进行二次精加工，并且所述第一激光器的平均输出功率和输出脉冲宽度大于第二激光器的平均输出功率和输出脉冲宽度，第一激光器的输出脉冲峰值功率小于第二激光器的输出脉冲峰值功率。

根据本发明的一优选实施例：所述第一激光器通过第一传输光纤与切割头连接，所述切割头包括依次设置的第二准直镜、聚焦镜和保护镜。

根据本发明的一优选实施例：所述第二激光器通过第二传输光纤与振镜扫描方头连接，在第二传输光纤上还安装有第一准直镜，所述振镜扫描方头包括与第一准直镜对应的X轴振镜、与X轴振镜对应的Y轴振镜，以及与Y轴振镜对应的场镜。

根据本发明的一优选实施例：还包括连接于工业计算机与X轴振镜、Y轴振镜之间的振镜控制卡。

根据本发明的一优选实施例：还包括用于驱动加工平台沿X轴移动的X轴移动机构，驱动加工平台沿Y轴移动的Y轴移动机构，以及驱动所述切割头和振镜扫描方头相对于加工平台移动的Z轴移动机构。

根据本发明的一优选实施例：还包括用于控制所述双头激光加工装置工作的工业计算机（17），以及连接在工业计算机与X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构之间的运动控制卡。

根据本发明的一优选实施例：还包括用于对加工平台上的加工工件的位置进行定位的视觉定位装置，所述视觉定位装置包括定位CCD相机，与定位CCD相机连接的图像采集卡，所述图像采集卡与工业计算机连接。