[发明专利]具有可切换激光系统的激光加工设备和激光加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用激光对工件进行机加工的激光加工设备，以及涉及一种激光加工方法。所述工件例如是要从其生产出具有切割边缘、面和侧面的切割模（cutting die）或旋转切割工具的半成品。 

背景技术

用于通过激光对工件进行机加工的设备和方法本身已经是已知的。例如，公开文本DE10020559描述了一种用于通过使用超短激光脉冲对材料进行机加工的设备。在此情况下，所述激光脉冲具有小于300皮秒的脉冲持续时间。此外，该设备包括测试装置，其被设置为对材料或工件应用第一激光脉冲，接着检测此应用的结果，并且据此获得与该工件相关的信息。 

公开文本US RE 39001E描述了一种用于切割陶瓷基板的方法。激光在该基板中产生V形凹槽。为了完成这个，执行若干遍相对于彼此横向偏移的线性处理以便获得该V形。随后，可以在一个平面上通过一遍或多遍工艺在该V形凹槽中心的期望点处对该基板进行完全分割。 

此外，公开文本WO99/03635公开了一种用于制造压花模的方法以及设备。在此情况下，激光束被导向至光学聚焦系统以便在特别地由木头构成的工件中切割出凹槽，以便容纳切割刀或槽刀。或者所述激光束经由定位于该光学聚焦系统前面的可折叠反射镜被偏转或引导到扫描器。该工件能够经由该扫描器而被雕刻。为了进行雕刻，可以减少激光功率。该雕刻意图在已经提供有凹槽的工件上进行写，以便简化用刀对该工件的后续装载。 

发明内容

本发明的目的是高度经济的工件制造，并且特别是切割板或旋转切割工具制造，而且同时确保了所机加工边缘和表面的质量，特别是所生产的切割工具的切割边缘的质量。特别地，所述设备和方法要适合于从工件制造具有切割表面和侧面的切割工具。 

此目标通过展现出专利权利要求1的特征的激光加工设备来达到，以及通过显示出专利权利要求10的特征的激光加工方法来达到。

依据本发明的激光加工设备包括用于夹持工件的夹持装置。此外，所述设备包括具有第一激光头和第二激光头的激光布置，特别地，所述第一激光头被配置为切割头，所述第二激光头优选地被实现为扫描头。所述激光布置还包括用于生成激光脉冲的激光源。所述激光布置可以在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换。在第一操作模式下，使用所述第一激光头，而在第二操作模式下，使用所述第二激光头以便将激光脉冲反射并聚焦到工件上。设置了若干横进给轴以相对于这两个激光头移动和/或定位夹持装置或工件。以此方式，对工件的轮廓的空间的、可以说是三维的机加工是可能的，以便产生切割边缘和邻接侧面。所述横进给轴可以包括旋转导向装置和/或线性导向装置。优选地，提供了五个或六个横进给轴。 

依据本发明，在第一操作模式下，通过激光脉冲的热作用（thermal action）对工具进行机加工。优选地，通过激光熔切对工件进行机加工。在第一操作模式下，所述激光脉冲处于比在第二操作模式下更大的平均功率。例如，在第一操作模式下的平均功率可以处于50瓦特和400瓦特之间，而在第二操作模式下的功率可以处于10瓦特和100特瓦之间。在第一操作模式下，优选生成具有纳秒范围内的脉冲持续时间的激光脉冲，而在第二操作模式下的激光脉冲具有皮秒范围内的脉冲持续时间。因此，可以说，在第一操作模式下以非常高的切割速度对工件进行粗切割。例如，在第一操作模式下，可能的是使用激光熔切以每分钟20至30米的进给速度对具有1至2毫米厚度的多晶金刚石（polycrystalline diamond, PCD）的边缘进行切割。 

实际上，在第一操作模式下达到了高的机加工速度；然而，由于激光对工件的热作用的原因，在该工件上产生受热影响区，所述区例如对所要生产的切割工具的属性具有负面影响。因此，在第二操作模式下，所述激光布置通过激光烧蚀对工件进行机加工。该材料通过超短激光脉冲而被转化为等离子体云，在该情况下，激光脉冲的作用的持续时间是如此最小的以致于将不形成受热影响区。在此情况下，对于这个而言，激光脉冲对工件的作用的持续时间并不足够。在此第二操作模式期间，优选再去除在第一操作模式下已经形成的至少一部分受热影响区，并且特别是整个受热影响区。至少在该工件的要求高质量的区域中，诸如像在切割工具的切割边缘的区域中去除了受热影响区。在两种操作模式下，在外部轮廓的相同点对工件进行机加工，以便产生期望的三维形式。由于两步骤的方法，所以安装在夹持装置中的工件可以被非常经济地进行机加工。以此方式，因此可能的是以特别高效的方式来制造切割工具。另外，确保了高质量的工件机加工。