[发明专利]一种超快激光无锥度切割系统及切割方法

说明书

本发明涉及一种超快激光无锥度切割系统及切割方法。包括：激光传输组件，用于产生切割用激光束；光学加工组件，设置在所述激光传输组件输出激光束的光线路径上，用于调节所述激光传输组件输出激光束的角度和旋转方向并照射在待加工工件上；加工平台，设置在所述光学加工组件输出激光束的光线路径上；计算机控制模块，与所述激光传输组件、所述光学加工组件以及所述加工平台连接，用于控制所述激光传输组件和所述光学加工组件的开关、输出激光束的工作参数，并控制所述加工平台的动作。本发明通过激光传输组件改善光束质量，光学加工组件实现激光聚焦后小半径高速倾斜旋转，实现平面任意轮廓甚至空间轮廓的无锥度切割。

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，特别是涉及一种超快激光无锥度切割系统及切割方法。

背景技术

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射被切割材料，使材料迅速去除形成孔洞，随着光束与材料的相对移动，孔洞连续形成宽度一致的切缝，从而实现工件切割。同时借助与光束同轴的高速气流吹除加工残渣，提高切割质量和效率。

长脉冲激光或连续激光的热效应明显，切割后缝壁有较大的热影响区、再铸层、微裂纹等缺陷。超快激光通常是指飞秒激光、皮秒激光，由于作用时间极短，激光功率密度极高，材料去除过程几乎没有热扩散，具有非热熔性。因此，为保证切割质量，超快激光切割已逐步得到应用。

激光由于本身功率密度分布及其聚焦加工的特性，切割加工一般存在一定程度的切口锥度。超快激光脉冲能量低，通常不到1mJ，导致加工锥度更明显，而且加工效率低，加工深度有限。

公开号为EP2868421A1、CN208408909U、CN108127270A以及CN106891096A的专利文献公开了一种利用激光成丝实现宝石、玻璃等透明材料的无锥度加工的方法；公开号为CN106891098A的专利文献公开了一种结合刻蚀法和激光扫描路径在透明材料内部实现无锥度加工的方法；公开号为CN107030400A的专利文献公开了一种利用外力辅助和聚焦激光多点爆裂实现裂片无锥度分离。以上方法需将光束聚焦在材料内部，不适用于金属、陶瓷等不透明材料的加工。

公开号为CN107199408A的专利文献通过将单束激光分束为多束激光降低每束激光能量来减小加工锥度，但加工深度和效率会随之降低，且无法实现无锥度加工。公开号为CN109434288A的专利文献公开了一种可以实现任意锥度打孔及孔径可调的打孔装置和工艺，但不适于多孔构件高效率加工，且无法实现除圆外复杂轮廓外形的无锥度加工。公开号为CN107262943A的专利文献公开了一种超快激光加工微细倒锥孔的装置及其方法，通过光路系统中旋切模块控制加工孔孔径大小和锥度，但只适于微小孔的加工，且加工效率难以保证。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种超快激光无锥度切割系统。包括:激光传输组件、光学加工组件、加工平台和计算机控制模块，本发明实施例解决了现有技术中超快激光切割锥度明显的问题。

本发明实施例第二方面提供了一种超快激光无锥度切割方法。激光束首先转化为圆偏振或椭圆偏振光，然后扩大光束直径并减小发散角，再过滤周边杂光；进行光束的旋转和偏折角度调整，控制切割缝宽和切缝锥度；加工平台带动其上待加工工件转动，光学加工组件通过加工头将激光束导向输出至待加工工件实现无锥度切割。从而实现切缝两侧的无锥度甚至倒锥度切割，同时有利于提高较大厚度工件超快激光切割效率。

(2)技术方案