激光加工平台及激光加工设备的制作方法

1.本技术涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工平台及激光加工设备。


背景技术：

2.在激光加工(打孔、切割、开槽、消融等)工件的过程中会产生一些粉尘，随着加工的样本量越大(如加工厚度增加或者加工行程增加)，粉尘就会聚集并附着在工件的待加工区域附近，称为挂渣。挂渣现象会导致很多的加工产品不合格，无法满足生产要求。而且，在激光加工过程中还会产生火花，火花溅到工件壁面上时会产生较厚的重铸层，也会产生大量的微裂纹，严重影响加工质量。专利cn208772753u公开了一种用于激光加工玻璃小孔的治具，包括表面设有定位凹槽的底板和嵌设在定位凹槽内的垫块，垫块中部具有镂空槽，底板上设有为待加工玻璃下表面进行冷却的冷却结构。在冷却结构的中间设有进水孔和圆柱形管，边缘设有出水孔。在冷却时，利用水泵输送水进入进水孔，冷却水逐渐在圆柱形管溢满后溢流到圆柱形管与水槽体之间的位置，从出水孔排出，使得冷却水对玻璃工件的加工位置进行冷却。但是，该治具的结构复杂，且需要水泵从下往上抽水，如果水速过快容易溢过玻璃工件，如果水速过慢则不易清除加工碎屑，影响加工质量。
3.申请内容
4.本技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
5.为此，本技术的第一个目的在于提出一种激光加工平台，通过对激光加工平台上对应待加工区域的位置设计环形槽，槽内注入工作液，可以通过运动的工作液带走激光加工过程中产生的粉尘，消除挂渣现象，提升激光加工效果。
6.本技术的第二个目的在于提出激光加工设备。
7.为了实现上述目的，本技术第一方面实施例提出一种激光加工平台，包括：所述激光加工平台设有环形槽，所述环形槽的外环顶部高于所述环形槽的内环顶部，所述环形槽的外环顶部与待加工工件的下表面接触；所述待加工工件的待加工区域对准所述环形槽的上开口；在所述环形槽的内环中设有排水槽；所述环形槽的外环侧壁设有注入工作液的进水口；在激光加工过程中，所述工作液通过所述进水口进入所述环形槽，并填满所述环形槽，所述工作液与所述待加工工件的待加工区域接触，将激光加工产生的挂渣通过所述排水槽排出。
8.可选的，所述进水口位于所述环形槽的底部。
9.可选的，所述环形槽的内环顶部与所述待加工工件的下表面之间的垂直距离处于预设距离范围内。
10.可选的，所述工作液注入所述进水口的第一流速保持在第一流速范围，且所述环形槽的内环顶部与所述待加工工件的下表面之间的垂直距离处于预设距离范围内，使得所述工作液在激光加工过程中始终与所述待加工工件的待加工区域接触。
11.可选的，所述环形槽的底部到内环顶部的第一距离大于所述环形槽的内环顶部与所述待加工工件的下表面之间的垂直距离，使得所述工作液先与所述待加工工件的待加工
区域接触，再通过所述排水槽排出。
12.可选的，所述工作液排出所述排水槽的第二流速保持在第二流速范围。
13.可选的，所述工作液排出所述排水槽的第二流速与注入所述进水口的第一流速为倍数关系。
14.可选的，所述工作液在所述环形槽内以第三流速匀速上升。
15.可选的，所述排水槽的截面积大于所述待加工工件的待加工区域的截面积。
16.可选的，所述激光加工平台的上表面还设有吸附孔，所述激光加工平台内设置有吸附通道，所述吸附通道的一端与所述吸附孔连通，所述吸附通道的另一端连接提供吸附力的真空发生装置。
17.本技术的激光加工平台，通过对激光加工平台上对应待加工区域的位置设计环形槽，槽内注入工作液，可以通过运动的工作液带走激光加工过程中产生的粉尘，消除挂渣现象，提升激光加工效果。同时避免激光加工时产生火花和重铸层，避免加工区域产生微裂纹。
18.为了实现上述目的，本技术第二方面实施例提出一种激光加工设备，包括上一方面实施例所述的激光加工平台和激光加工模组，所述激光加工模组设置在所述激光加工平台的上方，所述激光加工模组发射出的激光照射在待加工工件的待加工区域。
19.可选的，所述激光加工模组还包括激光光路控制装置，在激光加工过程中，所述激光光路控制装置控制激光透过所述待加工工件并控制所述激光的加工点始终位于所述待加工工件的待加工区域与工作液的接触面上。
20.可选的，所述激光的加工点的起始位置为所述待加工工件的待加工区域的下表面。
21.可选的，所述待加工工件为透明工件。
22.本技术的激光加工设备，通过对激光加工平台上对应待加工区域的位置设计环形槽，槽内注入工作液，可以通过运动的工作液带走激光加工过程中产生的粉尘，消除挂渣现象，提升激光加工效果。同时避免激光加工时产生火花和重铸层，避免加工区域产生微裂纹。
23.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
25.图1为本技术一个实施例的激光加工平台的结构示意图；
26.图2为本技术一个实施例的激光加工平台的俯视图；
27.图3为本技术另一个实施例的激光加工平台的俯视图；
28.图4为本技术一个实施例的工作液流向的第一俯视图；
29.图5为本技术一个实施例的工作液流向的第二俯视图；
30.图6为本技术一个实施例的工作液流向的第三俯视图；
31.图7为本技术一个实施例的工作液流向的侧视图；
32.图8为本技术另一个实施例的激光加工平台的结构示意图；
33.图9为本技术一个实施例的激光加工设备的结构示意图；
34.图10为本技术另一个实施例的激光加工设备的结构示意图。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
36.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
37.下面参考附图描述本技术实施例的激光加工平台及激光加工设备。
38.如图1-图3所示，激光加工平台的上表面设有环形槽1。
39.从图中可以看出，环形槽1的外环顶部高于环形槽1的内环顶部，环形槽的外环顶部与待加工工件的下表面接触。
40.待加工工件2的待加工区域21对准环形槽1的上开口。
41.在环形槽1的内环中设有排水槽3。排水槽3的截面积a4小于环形槽1内环的截面积a3。
42.环形槽1的外环侧壁设有注入工作液的进水口4。现有技术将入水口位置设置于中间，工作液在冲击的一瞬间，一部分工作液流向待加工工件的待加工区域的中间部分，一部分工作液流向待加工工件的待加工区域的四周，导致激光加工过程中挂渣的排出方向不可控，挂渣四散，影响加工效果。另外，由于工作液直接冲击待加工工件，在激光加工完成时，待加工工件的中心会形成一个通孔，工作液会直接从通孔内溢出，此时激光尚未关闭，激光在经过溢出的工作液时会产生折射，导致其它区域激光损伤。因此，本技术将进水口设置在侧壁，能够有效地解决现有技术中存在的问题。
43.进一步地，进水口4位于环形槽1的底部，具体地可如图1所示，在环形槽1底部的侧面。如果进水口4的高度设置太高，会导致工作液未均匀扩散至内环与外环之间区域时，就冲击到待加工工件2的待加工区域21，此时会形成不均匀的水流，在加工完成时工作液会从待加工工件2形成的通孔溢出。
44.在激光加工过程中，如图4所示，工作液首先通过进水口4。其中，工作液注入进水口4的第一流速v1保持在第一流速范围。
45.紧接着，如图5所示，工作液冲击到环形槽1的内环，开始围绕环形槽1流动。
46.如图6所示，工作液填满环形槽1底部形成环状。
47.如图7所示，工作液开始匀速上升，直至工作液与待加工工件2的待加工区域21接触。
48.其中，工作液在环形槽1内的运动为匀速上升运动的流速为第三流速v23。
49.由于环形槽1的内环顶部与待加工工件的下表面之间的垂直距离h2处于预设距离范围内。h2的范围为0.1-3mm。这样，环形槽1的内环与外环之间的区域充满工作液后，工作液先流向待加工区域表面，而不是未沿待加工区域流动，就直接从内环中的排水槽3排出。
50.其中，环形槽的底部到内环顶部的第一距离h1大于环形槽的内环顶部与待加工工件的下表面之间的垂直距离h2，从而保证工作液进入环形槽后能够匀速上升。
51.最后，工作液的流动带走激光加工产生的挂渣，并通过排水槽3向下排出。
52.排水槽3的截面积a4大于待加工区域21的截面积a5，如此可以保证工作液从排水槽3排出，避免从待加工区域21溢出。
53.工作液排出排水槽3的第二流速v4保持在第二流速范围。v4的范围为0.1-3m/s。这样，激光加工时既不会因为工作液速度过快，来不及带走挂渣，也不会因为流速过慢，去除挂渣效率不高。
54.此外，在将工作液注入环形槽1之前，待加工工件2与环形槽1之间的区域为空气。如果v4流速过慢，会导致工作液无法将待加工工件2与环形槽1之间的空气排干净。在此情况下进行激光加工，将会产生较大的挂渣。假如v4流速过快，则会导致激光打孔在打通的一瞬间，工作液溢出。
55.进一步地，工作液排出排水槽的第二流速v4与注入进水口的第一流速v1为倍数关系，例如v1≥0.5v4，保证工作液能够与待加工区域的下表面接触，再从排水槽3排出。
56.进一步地，工作液在环形槽内以第三流速匀速上升，保证工作液能够接触到待加工区域的下表面，对其进行冷却，带走挂渣，还可避免现有技术中工作液溢出的问题。
57.应当理解的是，环形槽1的形状不仅限于图中所示的圆形，还可以是椭圆形，或其他形状。
58.下面以环形槽为圆形，激光打孔为例进行详细说明。
59.如图1-图2所示，待加工工件2放置在激光加工平台上，激光加工平台上开设有至少一个用于注入工作液的环形槽1，待加工工件2的待加工区域21对准该环形槽1。其中，环形槽1的外环与内环之间的底部区域是封闭的，外环的壁面高度(h1+h2)大于内环的壁面高度(h1)。环形槽1的内环中设有排水槽3，下端为敞开状态，用于排出工作液。外环壁面底端外侧开设有用于注入工作液的进水口4，其直径为d1。工作液从侧面的进水口4注入，然后工作液撞击内环的壁面，在冲击的过程中降低工作液局部的流速，使工作液均匀地分散于内环与外环之间的环形槽体之内，且匀速上升填满内环与外环之间的环形槽体，减小工作液对待加工工件的冲击力，保证激光加工时工作液的水流均匀且方向一致的补给，以及激光加工完成时工作液不溢出。
60.其中，工作液注入进水口4的流速v1与工作液进入环形槽1的外环与内环之间区域的流速v23之间的关系为v1≥0.5*v23。内环的壁面高度h1、进水口4的直径d1、环形槽1的内环顶部与激光加工平台的上表面之间的垂直距离h2，三者之间的关系为h1≥d1+h2。使得工作液在激光加工过程中始终与待加工工件的待加工区域接触。
61.环形槽1的数量可以为多个，数量与激光打孔的需求相关，一个环形槽对应一个打孔区域。
62.本技术实施例的激光加工平台，通过对激光加工平台上对应待加工区域的位置设计环形槽，槽内注入工作液，可以通过运动的工作液带走激光加工过程中产生的粉尘，消除挂渣现象，提升激光加工效果。同时避免激光加工时产生火花和重铸层，避免加工区域产生微裂纹。
63.如图1和图3所示的实施例，其方案与第一实施例的技术方案一致，区别仅在于环形槽为椭圆形。
64.在本技术的另一个实施例中，如图8所示，激光加工平台的上表面还设有吸附孔5，
激光加工平台内设置有吸附通道6，吸附通道6的一端与吸附孔5连通，吸附通道6的另一端连接提供吸附力的真空发生装置7。真空发生装置7可以吸走吸附通道6中的空气，使得吸附孔5吸附待加工工件2，从而更好地固定待加工工件2。
65.为实现上述实施例，本技术还提出一种激光加工设备。
66.如图9所示，激光加工设备包括上一实施例描述的激光加工平台100和激光加工模组200。
67.激光加工模组200设置在激光加工平台100的上方，激光加工模组200发射出的激光照射在待加工工件2的待加工区域21。
68.其中，待加工工件2为透明工件。
69.在本技术的一个实施例中，激光加工模组200可包括激光器、扩束镜、场镜等，用以使激光聚焦在待加工工件2上。激光的波长覆盖全光谱。
70.待加工工件2的待加工区域21的下表面与其下方的工作液接触。通过在待加工工件2的待加工区域21的下表面下方设置工作液，在激光加工时，可以带走热量，避免加工时产生火花，避免产生重铸层，同时起到降温的作用，避免激光加工时产生的粉尘熔覆导致的挂渣问题。另一方面，还可以减少激光加工时产生的微裂纹。
71.以玻璃激光打孔，工作液为水进行说明：在激光加工时，激光透过玻璃，在玻璃底面(玻璃底面和水的界面处)开始进行打孔加工，加工过程中，控制激光加工焦点从下到上移动，直至打孔完成。在加工过程中，水沿着开孔逐渐上升，使得激光加工点始终为水与玻璃片的界面，一方面带走热量，避免激光加工时产生火花，避免产生重铸层，同时起到降温的作用，避免激光加工时产生的粉尘熔覆导致的挂渣问题。另一方面，还可以减少激光加工时产生的微裂纹。激光加工过程中水一直与玻璃片下表面接触。
72.在本技术的另一个实施例中，如图10所示，激光加工模组200还包括激光光路控制装置210。
73.在激光加工过程中，激光光路控制装置210控制激光透过待加工工件2并控制激光的加工点始终位于待加工工件2的待加工区域与工作液的接触面上。
74.激光的加工点的起始位置为待加工工件2的待加工区域21的下表面。
75.具体地，激光的加工点的起始位置为待加工工件2的待加工区域21的下表面，边扫描边缓慢上移，从而完成加工。具体实现方式可包括以下几种：第一种，利用3d振镜进行扫描，可以实现三维的扫描加工；第二种，利用2d振镜完成平面的加工，激光光路控制系统带动激光加工模组上下移动，实现三维的扫描加工；或者通过移动产品所在的位置，实现三维扫描加工；第三种，三维运动机构带动激光加工模组或者是待加工工件在三维方向上运动，实现三维加工。或者对以上三种方式进行搭配组合，实现不同焦平面上的加工。
76.其中，待加工工件2为透明工件，材料可以是玻璃、蓝宝石、硅晶体、透明高分子材料中的任意一种。
77.在一些实施例中，待加工工件2的表面还涂覆有薄膜。薄膜可包括ito膜、金属膜或者其它材质的薄膜。本技术的激光加工设备对涂覆有薄膜的待加工工件的加工效果更好，可以避免加工时产生的热量对产品造成的不利影响(如形成白雾的现象)，减少对薄膜的热影响和损伤。
78.在一些实施例中，待加工工件2还可以是光学镜片，在光学镜片上可以涂覆薄膜，
薄膜包括增透膜、高反膜、滤光膜、偏振膜、保护膜和导电膜中的任意一种或多种。
79.本技术的激光加工设备对涂覆有薄膜的光学镜片的加工效果更好，可以避免加工时产生的热量对产品造成的不利影响(如形成白雾的现象)，减少对薄膜的热影响和损伤。
80.应当理解的是，上述激光加工过程可以是如切割、打盲孔、部分消融、改质等，本技术并不进行限制。
81.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
82.需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。