[发明专利]利用流体射流引导的复合激光束切割或烧蚀工件的方法和设备

说明书

本发明涉及用于利用耦合到流体射流中的脉冲激光束来切割或烧蚀工件的特定材料的方法(100)和设备(300)。所述方法包括：利用至少一个激光源产生所述脉冲激光束，将加压的流体射流提供到所述工件上，以及将所述脉冲激光束耦合到朝向所述工件的所述流体射流中。所述脉冲激光束包括基于所述工件的特定材料选择的至少两种叠加的脉动。第一脉动具有与第二脉动不同的功率和频率。

技术领域

本发明涉及一种用于利用耦合到加压流体射流中的激光束切割或烧蚀工件、尤其是工件的特定材料的方法和设备。该方法和设备使用的激光束是复合脉冲激光束，即包括多种叠加的激光脉动(pulsation)的脉冲激光束。根据本发明的实施方式，复合脉冲激光束的不同脉动可以对工件产生不同的影响，例如可以分别用于切割或烧蚀、以及平滑工件的特定材料。

背景技术

用于机加工工件的传统方法使用耦合到加压流体射流的简单激光束。为了利用激光束切割工件，流体射流在工件上沿着确定的切割路径移动。流体射流通常由流体射流生成喷嘴产生，并且激光束通过全内反射耦合到流体射流中并在流体射流中被引导到工件上。传统方法中的激光束是连续激光束或包括单种激光脉动的脉冲激光束。

传统方法经常遇到的问题、特别是当利用流体射流引导的激光束深入切割工件或甚至切穿工件时遇到的问题是切割的表面质量较差和/或存在缺陷。例如，切割表面经常表现出过高的表面粗糙度和/或沿切口随机出现的表面质量变化。

此外，传统方法在切割工件材料时经常会在工件材料中产生缺陷，特别是导致材料被切出碎屑。例如，工件的正面和背面都可能受到这种碎屑的伤害。此外，当用传统方法进行切割时，通常会沿切口形成锋利的边缘。

上述问题使得利用传统的方法和设备切割某些种类的材料变得困难，甚至不可能。所述材料例如新型合金材料或非常脆的材料。此外，上述问题对进入工件的切割深度或工件的总厚度产生了很大的限制，所述工件将被分成两部分或更多部分。

因此，本发明的实施方式旨在改进用于利用流体射流引导的激光束切割或烧蚀工件的传统方法和设备。一个目的特别是提供这样一种方法和设备，其适用于以改进的切割或烧蚀结果切割或烧蚀工件。一般来说，切割表面或烧蚀表面的表面质量应该比使用传统方法或设备时更好。更具体地，切割表面或烧蚀表面的表面粗糙度应该显著更低。此外，应该减少或避免沿切口出现的表面质量变化和缺陷或碎屑。

特别是在切割或烧蚀各种不同的材料、特别是新型合金材料和极脆材料时应达到上述目的。此外，该方法和设备应该能够比传统方法和设备更深地切割或烧蚀工件、或分离更厚的工件。

发明内容

本发明的目的是通过所附独立权利要求中呈现的实施方式来实现的。在从属权利要求中限定了这些实施方式的有利实现方式。

特别地，本发明的实施方式基于耦合到流体射流中的复合脉冲激光束的用途。复合脉冲激光束尤其适用于待切割的材料，以提高切割质量。

本发明的第一方面提供了一种利用脉冲激光束切割或烧蚀工件的特定材料的方法，该方法包括：利用至少一个激光源产生脉冲激光束，将加压流体射流提供到工件上，以及将脉冲激光束耦合到朝向工件的流体射流中，其中脉冲激光束包括基于工件的特定材料选择的至少两种叠加的脉动，其中第一脉动具有与第二脉动不同的功率和频率。

换句话说，对于待使用第一方面的方法切割或烧蚀的单个工件材料，选择并组合至少两种脉动以形成复合脉冲激光束。每种激光脉动为复合脉冲激光束贡献某种特定规则的脉冲形状——即至少具有第一激光功率和第一激光频率的第一激光脉冲形状以及具有第二激光功率和第二激光频率的第二激光脉冲形状。两种激光功率和激光频率叠加。因此，复合脉冲激光束可以显示出跳动图案。