[发明专利]一种精密激光切割系统

说明书

技术领域

本发明涉及精密激光切割技术领域，更具体的说，特别涉及一种精密 激光切割系统。

背景技术

激光由于其高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，已经广 泛应用于科研、国防、工业等国民生产的重要方面。在工业领域，激光加 工作为先进制造技术，具有高效、高精度、高质量、范围广、节能环保并 能实现柔性加工和超微细加工的优点，在汽车、电子电路、电器、航空航 天、钢铁冶金、机械制造等领域得到了广泛的应用，且在某些行业(例如 汽车、电子行业等)已经达到较高的水平。对提高产品质量、劳动生产率、 自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

激光切割是激光加工中比较常见，应用也比较广泛的一种方式。随着 激光切割在各个领域的广泛使用，各种材料的切割使用到了激光切割方式。 随着工业的发展，尤其是电子产品的小型化，对于加工材料的精密切割日 渐成为激光切割的主要发展方向。精密激光切割属于材料的微细加工范畴， 需达到高精度、准确、迅速、自动化的加工方式，在精密激光切割中，气 嘴与被切割材料表面的相对位置决定了切割断面质量及最佳切割速度。切 割时，需要维持气嘴到工件表面的相对高度一致。对于材料厚薄不均匀、 表面起伏不平的材料，普通的激光切割机不能够准确的对焦，造成切割质 量下降，而且不能获得最佳的切割速度。

为了维持在切割过程中，气嘴与材料表面的相对高度一致，采用在气 嘴上使用电容调高器进行调节及控制，即在气嘴上安装电容调高器，电容 调高器和待切割的金属材料之间形成电容，通过检测两者形成的电容的大 小，来调节Z轴的高度，从而维持气嘴和待切割材料之间的高度差恒定。 但是使用电容调高器仅仅能够在切割金属时起作用，电容调高器在切割非 金属时，因为形成的电容非常小，难以检测及控制，所以电容调高器无法 用于非金属材料。

也有采用基本光学方式探测聚焦透镜相对于待切割材料表面的相对高 度，但是因为其采用探测激光切割光束作用于材料位置处与聚焦透镜相对 高度，而激光切割过程中，激光切割光束作用于材料位置处及其附近很小 范围内(一般可以认为约2个激光聚焦光斑直径范围，大约直径为0.2mm 的圆范围内)，会发生激烈的激光与材料的相互作用，在激光切割光束作用 于材料位置处及其附近的物质，在相互作用过程中将会熔化、软化、形成 熔池、变形等等复杂的反应，而此过程中，激光切割光束作用于材料位置 处及其附近的很小范围内，材料表面形状及高度非常不稳定，甚至处于紊 乱的动态变化过程中，因此为光学探测带来误差，导致测量不稳定、精度 不高。尤其对于受到激光作用后，容易产生软化、熔化、热变形的材料， 更加需要能够精确测量、调节激光焦点位置的装置。

因此，在精密激光切割中，为了提高切割质量，控制切割过程以及监 视切割效果，需要设计一套系统对进行实时监控、观察待切割材料表面的 显微图像。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种精密激光 切割系统，能够观察、检测待加工材料表面的图像，并能够自动调整加工 光束的焦点。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种精密激光切割系统，该切割系统包括激光光源组件、光学组件、 三维运动组件和计算机，其中三维运动组件包括xy轴移动平台和z轴移动 平台，xy轴移动平台带动待加工材料实现x、y方向移动，z轴移动平台带 动光学组件实现z方向移动；

所述激光光源组件发射加工激光束，加工激光束经过光学组件作用后， 聚焦在待加工材料上对其进行加工，计算机分别与激光光源组件、光学组 件、xy轴移动平台和z轴移动平台连接。

所述切割系统还包括辅助气体组件，其设置在待加工材料和光学组件 之间；辅助气体组件采用气嘴，其上部侧壁上加工有辅助气体入口，底部 中心的孔与待加工材料位置相对应。

所述激光光源组件包括激光器、滤光片、准直扩束装置和第一反射镜， 其中激光器发射加工激光束，经过滤光片滤光后，到达准直扩束装置，准 直扩束装置能增大加工激光束的光斑直径并减小其发散角。

所述准直扩束装置包括至少两组平行设置的透镜，透镜采用单片式镜 片或组合式透镜组。

所述光学组件包括显微物镜、第二反射镜、第三反射镜和实时监测装 置，其中第三反射镜平行设置在第一反射镜下方，第二反射镜沿水平方向 并与第三反射镜平行设置；