[发明专利]一种激光光斑三维轨迹动态控制的厚材切割方法及其系统

说明书

本发明公开了一种激光光斑三维轨迹动态控制的厚材切割方法及其系统，属于激光加工领域，包括发射出激光的激光器，利用准直透镜对激光束做准直配光，利用反射镜改变准直激光束的光路，利用聚焦镜组件对准直激光束进行聚焦，经过聚焦的激光射至待切割的厚材上，控制激光的焦点光斑落在待切割的厚材内，沿预定的切割轨迹移动激光切割的焦点光斑，完成对厚材的切割；在切割过程中，控制焦点光斑在切割轨迹上做高频振动，高频频率为1.5kHz～4kHz；通过对激光光斑的三维轨迹的动态控制，实现光斑焦点沿光轴的各个方向进行高频运动，从而调节厚材工件的断面热影响区能量分布，避免激光切割断面产生挂渣以及粗条纹等现象，提高断面加工质量。

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光光斑三维轨迹动态控制的厚材切割方法及其系统。

背景技术

激光加工是将工件放置在高能量密度的聚焦光束下，利用光热效应使得工件表面发生侵蚀等现象的一种加工方法。随着激光加工技术的发展，因为激光加工过程中聚焦光束具备能量密度大、高度集中等优势，激光加工在材料加工领域显得愈发重要。

但是，在激光厚材加工领域，受激光加工的功率、激光光斑能量分布以及激光光束质量影响，厚材工件在激光加工实际生产过程中，其厚材加工断面极易产生条纹和挂渣等缺陷，较大地影响了厚材工件表面加工质量；且在传统的激光切割过程中，激光的静态光斑会导致在激光光路传输方向的焦点前后呈现双曲面断面现象，使得激光加工后续处理工序繁重，生产效率低，经济效益差。在激光厚材加工领域，厚材工件加工表面的断面质量一直是激光加工的核心问题，在现有技术中，一般采用优化激光光斑能量整形光学系统的方法来提高厚材工件断面质量，但是该方法经济适用性较低，难以满足复杂多变的实际加工生产需求。

因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种适用范围广、经济效益高的厚材激光切割方法。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种激光光斑三维轨迹动态控制的厚材切割方法及其系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种激光光斑三维轨迹动态控制的厚材切割方法，包括发射出激光的激光器，利用准直透镜对激光束做准直配光，利用反射镜改变准直激光束的光路，利用聚焦镜组件对准直激光束进行聚焦，经过聚焦的激光射至待切割的厚材上，控制激光的焦点光斑落在待切割的厚材内，沿预定的切割轨迹移动激光切割的焦点光斑，完成对厚材的切割；

该厚材切割方法，在切割过程中，控制焦点光斑在切割轨迹上做高频振动，高频频率为1.5kHz～4kHz。

在本发明中，通过对激光光斑的三维轨迹的动态控制，实现光斑焦点沿光轴的各个方向进行高频运动，从而调节厚材工件的断面热影响区能量分布，避免激光切割断面产生挂渣以及粗条纹等现象，提高厚材工件断面加工质量，有效改善断面倾角，减少加工后续处理工序；调节厚材切割进给轨迹方向，提升激光切割速度。

优选的，通过以下方法实现焦点光斑在Z轴方向的高频振动，利用压电元件驱动聚焦镜组件沿光轴方向振动。

优选的，通过以下方法实现焦点光斑在Z轴方向的高频振动，利用电机驱动摆臂，摆臂驱动聚焦镜组件沿光轴方向往复摆动。

优选的，通过以下方法实现焦点光斑在Z轴方向的高频振动，所述反射镜采用变曲率反射镜，通过控制变曲率反射镜的曲率变化，控制激光束的发散角大小发生往复变化，从而控制经过聚焦镜组件后的焦点光斑在Z轴上的振动变化。

进一步优选的，通过以下方法实现焦点光斑在X/Y轴方向的高频振动，利用电机驱动若干反射镜绕转轴方向往复摆角。

进一步优选的，至少两个反射镜被控制做往复摆角，反射镜的转动轴向相互垂直。

进一步优选的，位于反射镜的光路后方设有像差补偿镜。