一种基于激光角度控制的激光切割装置及快速切割方法与流程

技术特征：
1.一种基于激光角度控制的激光切割装置，其特征在于，包括：激光器，所述激光器用于发射激光束；可调反射镜，所述可调反射镜用于反射所述激光束；聚焦镜，所述聚焦镜置于所述可调反射镜的下方，经所述可调反射镜反射的激光束进入所述聚焦镜后在所述聚焦镜下方的待加工工件上形成光斑；摆动调节装置，所述摆动调节装置用于控制所述可调反射镜的转向和摆动，通过反射镜片转向改变反射激光束的角度，以使反射激光束经过所述聚焦镜后形成的光斑在所述待加工工件上摆动完成对所述待加工工件的摆动切割；所述激光切割装置进行摆动切割的过程中，根据可调反射镜的摆动计算反射激光束摆动的角度和摆动振幅，在一个摆动振幅范围内，沿切割方向所述聚焦激光束通过摆动在所述待加工工件上形成切割面，并使所述聚焦激光束与所述切割面形成切割峰角θ，通过切割峰角θ以改变激光吸收率；沿切割方向，激光切割装置边摆动边切割，根据聚焦激光束的摆动振幅和周期内反馈的切割速度分别计算切割峰角和切割过程中的激光吸收率；通过计算的切割峰角和激光吸收率的数值，得出切割峰角和激光吸收率的关系，并对切割峰角和激光吸收率进行寻优；针对不同厚度的待加工工件，确认可调反射镜最优的摆动振幅和该摆动振幅下形成的最优切割峰角，以使切割速度达到最大值。2.根据权利要求1所述的基于激光角度控制的激光切割装置，其特征在于，还包括x轴镜片和y轴镜片，所述x轴镜片和y轴镜片为可调式振镜，所述x轴镜片和y轴镜片均连接有振镜电机，所述x轴镜片和y轴镜片置于所述激光器和所述可调反射镜之间，所述激光器发射的激光束依次经过所述x轴镜片和y轴镜片照射至所述可调反射镜上。3.根据权利要求1或2所述的基于激光角度控制的激光切割装置，其特征在于，所述摆动调节装置包括振动电机，通过控制所述振动电机的振幅和频率来控制所述可调反射镜摆动角度和频率，以使反射激光束经过所述聚焦镜后形成的聚焦激光束完成摆动振幅和摆动频率的调节。4.一种基于激光角度控制的快速切割方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1.进行驱动器数据交互获取激光切割装置和待加工工件的数据，根据待加工工件的厚度数据，设置激光切割装置中的摆动调节装置的振幅和频率；步骤s2.启动激光切割头的激光器以使激光器发射激光束，并通过摆动调节装置控制可调反射镜的转向和摆动，以使反射激光束经过聚焦镜后形成的聚焦激光束完成摆动振幅和摆动频率的调节，所述聚焦激光束在待加工工件上形成的光斑在所述待加工工件上摆动以完成对所述待加工工件的摆动切割；步骤s3. 所述激光切割装置进行摆动切割的过程中，根据可调反射镜的摆动计算反射激光束摆动的角度和摆动振幅，在一个摆动振幅范围内，沿切割方向所述聚焦激光束通过摆动在所述待加工工件上形成切割面，并使所述聚焦激光束与所述切割面形成切割峰角θ，通过切割峰角θ以改变激光吸收率；步骤s4.沿切割方向，激光切割装置边摆动边切割，根据聚焦激光束的摆动振幅和周期内反馈的切割速度分别计算切割峰角和切割过程中的激光吸收率；步骤s5.通过步骤s4计算的切割峰角和激光吸收率的数值，得出切割峰角和激光吸收率的关系，并对切割峰角和激光吸收率进行寻优；
步骤s6.针对不同厚度的待加工工件，确认可调反射镜最优的摆动振幅和该摆动振幅下形成的最优切割峰角，以使切割速度达到最大值。5.根据权利要求4所述的一种基于激光角度控制的快速切割方法，其特征在于，步骤s3中，所述聚焦激光束的摆动振幅的计算过程如下：所述可调反射镜摆动过程中，在聚焦激光束的一个摆动振幅范围内形成前侧聚焦激光束和后侧聚集激光束，所述前侧聚焦激光束为一个摆动振幅范围内沿切割方向位于该摆动振幅范围内前侧极限位的聚焦激光束，所述后侧聚焦激光束为一个摆动振幅范围内沿切割方向位于该摆动振幅范围内后极限位的聚焦激光束，所述前侧聚焦激光束在所述待加工工件的上表面处投影的光斑为前光斑，所述前侧聚焦激光束在所述待加工工件的下表面处投影的光斑为后光斑，所述前光斑中轴线和所述后光斑的中轴线之间的距离为一个摆动振幅。6.根据权利要求5所述的一种基于激光角度控制的快速切割方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述切割峰角的计算方法如下：步骤s4.1.确认所述待加工工件的厚度t；步骤s4.2. 确定可调反射镜的振幅和频率，在聚焦激光束的一个摆动振幅范围内，获取聚焦激光束的摆动振幅b及前侧聚焦激光束投影形成的前光斑的半径r1和后侧聚焦激光束投影形成的后光斑的半径r2；步骤s4.3.根据步骤s4.2获取的参数计算切割峰角θ，所述切割峰角θ的计算公式如下：。7.根据权利要求4所述的一种基于激光角度控制的快速切割方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述激光吸收率的计算方法如下：步骤s4.1.根据可调反射镜的振幅和频率，在激光切割装置边摆动边切割过程中，测出激光切割速度vc以及割缝宽度w；步骤s4.2.根据下述切割速度公式算出激光吸收率，切割速度的计算公式如下：其中，p
l
为激光功率，单位为w；a为激光吸收率；ploss为热传导或辅助气体的冷却造成的热量损失，其为待加工工件切断后的损失的激光功率的合计；e为材料熔融状态必要的能量，单位为j/cm3；w为割缝宽度，单位为mm；t为待加工工件厚度，单位为mm。8.根据权利要求4所述的一种基于激光角度控制的快速切割方法，其特征在于，所述步骤s5中还包括，绘制切割峰角和激光吸收率的关系图，确认不同厚度的待加工工件的最优切割峰角和摆动振幅，通过寻优获取不同厚度待加工工件的最优摆动振幅，以改变激光吸收率，使切割速度达到最大值。9.根据权利要求6所述的一种基于激光角度控制的快速切割方法，其特征在于，所述聚焦激光束的摆动角度≤0.1
°
，所述聚焦激光束的摆动角度为所述聚焦激光束摆动到一侧极限位时的激光束光轴线与聚集镜的光轴之间的夹角。

技术总结
本发明属于激光切割设备技术领域，公开了一种基于激光角度控制的激光切割装置及快速切割方法。该装置包括：激光器、可调反射镜、聚焦镜和摆动调节装置；所述激光器用于发射激光束；所述可调反射镜用于反射所述激光束；所述聚焦镜置于所述可调反射镜的下方，经所述可调反射镜反射的激光束进入所述聚焦镜后在所述聚焦镜下方的待加工工件上形成光斑；所述摆动调节装置用于控制所述可调反射镜的转向和摆动，通过反射镜片转向改变反射激光束的角度。本发明通过摆动切割在不提升功率和不改变聚焦镜配比的情况下，提升材料对激光光的吸收率和把最小的焦点位置放在待加工工件材料表面来实现最小割缝，进而来提升切割速度。进而来提升切割速度。进而来提升切割速度。


技术研发人员：李若涛 常勇
受保护的技术使用者：广东宏石激光技术股份有限公司
技术研发日：2022.10.21
技术公布日：2022/11/18