一種雙頭激光加工裝置及加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，特別涉及一種雙頭激光加工裝置及加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。在計算機(jī)的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導(dǎo)及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面的附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個細(xì)小的孔，在計算機(jī)控制下，激光加工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。在切割時，一股與光束同軸氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出(注:如果吹出的氣體和被切割材料產(chǎn)生熱效反應(yīng)，則此反應(yīng)將提供切割所需的附加能源；氣流還有冷卻已切割面，減少熱影響區(qū)和保證聚焦鏡不受污染的作用)。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，激光切割具有高的切割質(zhì)量(切口寬度窄、熱影響區(qū)小、切口光潔)、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應(yīng)性等優(yōu)點。
[0003]以激光作為加工能源，在硬脆性陶瓷材料加工方面的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿σ岩姸四?，激光加工可以實現(xiàn)無接觸式加工，減少了因接觸應(yīng)力而對陶瓷帶來的損傷，聚焦的高能激光束作用于陶瓷表面，加之陶瓷材料對長波激光的吸收率很高，瞬間就可使材料熔化蒸發(fā)，實現(xiàn)高效率的加工，由于聚焦光斑小，其熱影響區(qū)小，可以達(dá)到精密加工的要求。
[0004]但是目前，陶瓷材料領(lǐng)域內(nèi)的激光加工，依然存在以下一些難題:
[0005]首先，由于激光加工的熱效應(yīng)產(chǎn)生的一定的熱影響區(qū)，從而導(dǎo)致熱應(yīng)力的存在，相對于金屬材料，即使是高精密陶瓷，其顯微結(jié)構(gòu)均勻度亦較差，嚴(yán)重降低了材料的抗熱震性，常溫下對剪切應(yīng)力的變形阻力很大，而陶瓷材料是由共價鍵、離子鍵或兩者混合化學(xué)鍵結(jié)合的物質(zhì)，其中共價鍵強(qiáng)度聞、鍵能聞，且晶體間化學(xué)鍵方向性強(qiáng)，因而具有聞硬度和聞脆性，彈性和塑性變形難發(fā)生，因此極易形成微裂紋，難以避免。
[0006]其次，目前傳統(tǒng)的激光切割系統(tǒng)，均由激光器，單切割頭，工作平臺等組成，其工作原理為:激光束將工件加熱至溶化狀態(tài)，并與光束同軸的輔助氣流將溶化材料從切縫中吹掉，這種方式導(dǎo)致激光入射面的切割效果總好于激光出射面，激光出射面的一側(cè)仍殘留有一些毛刺和熔渣(一般在30um左右)，對于大多客戶，這并不會影響產(chǎn)品性能和外觀，但面對某些要求較高的客戶，需要將背面的毛刺和熔渣控制在1um以內(nèi)，現(xiàn)有技術(shù)很難以達(dá)到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種可消除微裂紋、減小激光出射面熔渣和提高產(chǎn)品加工品質(zhì)的雙頭激光加工裝置及加工方法及裂片方法。
[0008]為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種雙頭激光加工裝置，包括加工平臺，設(shè)于加工平臺上方的第一激光器和第二激光器，分別連接在第一激光器和第二激光器的激光輸出端的切割頭和振鏡掃描方頭，所述切割頭用于輸出激光束對位于加工平臺上的加工工件進(jìn)行一次切斷，所述振鏡掃描方頭用于輸出激光束對位于一次切斷后的加工工件進(jìn)行二次精加工，并且所述第一激光器的平均輸出功率和輸出脈沖寬度大于第二激光器的平均輸出功率和輸出脈沖寬度，第一激光器的輸出脈沖峰值功率小于第二激光器的輸出脈沖峰值功率。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述第一激光器通過第一傳輸光纖與切割頭連接，所述切割頭包括依次設(shè)置的第二準(zhǔn)直鏡、聚焦鏡和保護(hù)鏡。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述第二激光器通過第二傳輸光纖與振鏡掃描方頭連接，在第二傳輸光纖上還安裝有第一準(zhǔn)直鏡，所述振鏡掃描方頭包括與第一準(zhǔn)直鏡對應(yīng)的X軸振鏡、與X軸振鏡對應(yīng)的Y軸振鏡，以及與Y軸振鏡對應(yīng)的場鏡。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:還包括連接于工業(yè)計算機(jī)與X軸振鏡、Y軸振鏡之間的振鏡控制卡。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:還包括用于驅(qū)動加工平臺沿X軸移動的X軸移動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動加工平臺沿Y軸移動的Y軸移動機(jī)構(gòu)，以及驅(qū)動所述切割頭和振鏡掃描方頭相對于加工平臺移動的Z軸移動機(jī)構(gòu)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:還包括用于控制所述雙頭激光加工裝置工作的工業(yè)計算機(jī)(17)，以及連接在工業(yè)計算機(jī)與X軸移動機(jī)構(gòu)、Y軸移動機(jī)構(gòu)和Z軸移動機(jī)構(gòu)之間的運動控制卡。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:還包括用于對加工平臺上的加工工件的位置進(jìn)行定位的視覺定位裝置，所述視覺定位裝置包括定位CCD相機(jī)，與定位CCD相機(jī)連接的圖像采集卡，所述圖像采集卡與工業(yè)計算機(jī)連接。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:還包括用于安裝加工平臺的大理石機(jī)臺，以及安裝于大理石機(jī)臺上的龍門架，加工平臺通過X軸移動機(jī)構(gòu)和Y軸移動機(jī)構(gòu)安裝于大理石機(jī)臺上，切割頭和振鏡掃描方頭安裝于一連接板上，所述連接板通過Z軸移動機(jī)構(gòu)安裝于龍門架上，并且定位CXD相機(jī)安裝于連接板上。
[0017]本發(fā)明還提供一種基于上述的雙頭激光加工裝置的加工方法，包括以下步驟，
[0018]S1.將加工工件放置于加工平臺上；
[0019]S2.控制第一激光器啟動，第一激光器輸出激光束對位于加工平臺上的加工工件進(jìn)行一次切斷；
[0020]S3.控制第二激光器啟動，第二激光器輸出激光束對位于一次切斷后的加工工件進(jìn)行二次精加工；在此過程中，第一激光器的平均輸出功率和輸出脈沖寬度大于第二激光器的平均輸出功率和輸出脈沖寬度，第一激光器的輸出脈沖峰值功率小于第二激光器的輸出脈沖峰值功率。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用切割頭輸出高平均功率、較大脈沖寬度的激光束對材料本身進(jìn)行一次切斷，通過振鏡掃描方頭輸出脈沖寬度小，脈沖峰值功率高的激光束來對產(chǎn)品切割斷面進(jìn)行二次精加工，以去除一次加工中殘留的微裂紋和熔渣，其具有消除了產(chǎn)品的微裂紋、減小激光出射面的熔渣和提高產(chǎn)品加工品質(zhì)的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的雙頭激光加工裝置的立體圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的雙頭激光加工裝置中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明的雙頭激光加工裝置中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明的雙頭激光加工裝置中控制系統(tǒng)的原理圖。
[0026]圖5為本發(fā)明的雙頭激光加工方法的流程圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明:1、第一激光器，2、第二激光器,31、第一傳輸光纖,32、第二傳輸光纖，4、第一準(zhǔn)直鏡，5、振鏡掃描方頭，6、QBH接頭，7、切割頭，8、定位CXD相機(jī)，9、Z軸移動機(jī)構(gòu)，10、X軸移動機(jī)構(gòu)，11、Y軸移動機(jī)構(gòu)，12、加工平臺，13、大理石機(jī)臺，14、連接板，15、加工工件，16、圖像采集卡，17、工業(yè)計算機(jī)，18、運動控制卡，19、振鏡控制卡，20、龍門架，51、X軸振鏡，52、Y軸振鏡，53、場鏡，71、第二準(zhǔn)直鏡，72、聚焦鏡，73、保護(hù)鏡。
【具體實施方式】
[0028]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0029]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。
[0030]參閱圖1?圖4所示，本發(fā)明提供一種雙頭激光加工裝置，包括加工平臺12，設(shè)于加工平臺12上方的第一激光器I和第二激光器2，分別連接在第一激光器I和第二激光器2的激光輸出端的切割頭7和振鏡掃描方頭5，所述切割頭7用于輸出激光束對位于加工平臺12上的加工工件15進(jìn)行一次切斷，所述振鏡掃描方頭5用于輸出激光束對位于一次切斷后的加工工件15 (如圖2、3)進(jìn)行二次精加工，并且所述第一激光器I的平均輸出功率和輸出脈沖寬度大于第二激光器2的平均輸出功率和輸出脈沖寬度,第一激光器I的輸出脈沖峰值功率小于第二激光器2的輸出脈沖峰值功率，以及還包括用于控制該加工裝置工作的工業(yè)計算機(jī)17 (如圖4)，用于控制第一激光器I和第二激光器2的開關(guān)等功能。
[0031]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，第一激光器I平均輸出功率較高，輸出脈沖寬度較大，脈沖峰值功率較高，有利于初次加工中對加工工件15進(jìn)行一次切斷，實現(xiàn)高效切割，其脈沖峰值功率較高則保證了初次加工即具有較為不錯的切割質(zhì)量；而第二激光器2平均輸出功率較低，輸出脈沖寬度很小，脈沖峰值功率很高，這是由于二次加工為產(chǎn)品邊緣的精修過程，選用的激光器功率不必過高，低脈寬高峰值則大大提高了二次加工的切割質(zhì)量。
[0032]在本發(fā)明中，所述第一激光器I通過第一傳輸光纖31與切割頭7連接，如圖2所示，所述切割頭7包括依次設(shè)置的第二準(zhǔn)直鏡71、聚焦鏡72和保護(hù)鏡73，其中，傳輸光纖31通過QBH接頭6與切割頭7上方的準(zhǔn)直鏡(第二準(zhǔn)直鏡71)相耦合，這樣，第一激光器I發(fā)出的激光通過第一傳輸光纖31導(dǎo)入切割頭7內(nèi)。
[0033]在本發(fā)明中，所述第二激光器2通過第二傳輸光纖32與振鏡掃描方頭5連接,在第二傳輸光纖32上還安裝有第一準(zhǔn)直鏡4，如圖3所示，所述振鏡掃描方頭5包括與第一準(zhǔn)直鏡4對應(yīng)的X軸振鏡51、與X軸振鏡51對應(yīng)的Y軸振鏡52，以及與Y軸振鏡52對應(yīng)的場鏡53 (F- Θ鏡),這樣,第二激光器2發(fā)出的激光通過第二傳輸光纖32導(dǎo)入振鏡掃描方頭5內(nèi)。
[0034]請參閱圖4，本發(fā)明還包括連接于工業(yè)計算機(jī)17與X軸振鏡51、Y軸振鏡52之間的振鏡控制卡19。這樣即可通過振鏡控制卡19來控制X軸振鏡51和Y軸振鏡52的高速擺動電機(jī)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)高精度、高速度的控制，以使振鏡掃描方頭5可實現(xiàn)高