CN107584209A - 激光切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的激光切割装置，包括：主体，中部具有供激光束穿过的通道；通道具有中心线；转盘，可绕中心线转动地套设于主体的外部；相对于中心线倾斜布置的吹气管；吹气管安装至转盘上，并位于中心线的一侧；吸气管，安装至转盘上，并位于中心线的与吹气管相对的另一侧。本发明提供了一种既能保证切割效果又能有效降低膜材切割线两侧区域污染的激光切割除尘净化装置，尤其适用于切割柔性薄膜材料。

Description

激光切割装置
技术领域
本发明涉及激光切割领域，更具体地，涉及一种激光切割装置。
背景技术
薄膜产品在制作后一般需要进行分割处理才会得到所需的后续产品，目前多采用激光切割加工方法对薄膜产品进行分割。柔性薄膜材料(以下也简称膜材)在激光切割过程中，部分材料会以气化烟尘的形式逸出，部分材料会作为燃熔飞渣从切割线迸溅喷出，造成切割线周边产生大量污染颗粒。这些污染颗粒若不及时除去，遇到膜材表面就会即刻沉积造成大片难以去除干净的污染斑痕，从而对薄膜产品(例如柔性OLED有机发光半导体)的后续制作工艺产生严重不良影响，降低生产良率。
现有的激光切割装置为有效去除激光切割过程产生的污染颗粒，通常在供激光束穿过的主体上配置有高压气体吹除装置和上吸式集尘罩。高压气体吹除装置的吹气管与高压气体源连通，并与激光束同轴设置。吹气管吹出的高压气体垂直吹向切割点，以不断地带走激光切割时产生的高热量。上吸式集尘罩包括多个与负压***连通的吸气口，多个吸气口以激光束为中心呈环形布局，以快速将高压气体及污染颗粒吸走，实现循环降温和降低污染的作用。这种激光切割装置适合应用于金属材料等熔融型切割，但对于柔性膜材而言，高压吹气管内气体垂直吹向切割点时，会使柔性膜材在载台上的吸附孔处因受高压气体作用而向下凹陷并脱离焦点，造成切割线热影响区变宽甚至无法切开膜材的现象。另外，绕激光束环形布局的多个吸气口在吸气过程中会将高速喷射出的气化烟尘和燃熔飞渣导向切割线两侧后吸除，这种导向方式很容易引起膜材的切割线两侧区域的污染。另外，上吸式集尘罩对气化烟尘的吸除效果较差，若为了加强吸除效果而过度增加集尘罩内真空度，又会造成载台上的膜材被吸附翘曲而脱离焦点，造成膜材不能顺利被分割。
因此，对于应用于光电子、显示、半导体等行业的柔性薄膜材料而言，亟需一种在激光切割过程中，既能保证切割效果又能有效降低膜材切割线两侧区域污染的激光切割除尘净化装置。
发明内容
本发明旨在提供一种激光切割装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题中的至少一个。
本发明提供的激光切割装置，包括：主体，中部具有供激光束穿过的通道；通道具有中心线；转盘，可绕中心线转动地套设于主体的外部；相对于中心线倾斜布置的吹气管；吹气管安装至转盘上，并位于中心线的一侧；吸气管，安装至转盘上，并位于中心线的与吹气管相对的另一侧。
进一步地，由吹气管吹出的气体为惰性气体，并且/或者，吹气管的吹气口对准激光束与被切割材料相交形成的切割点；并且/或者，吸气管的吸气口对准切割点。
进一步地，该激光切割装置还包括：用于驱动转盘转动的驱动装置，以及与驱动装置通信连接的控制器，控制器用于根据预设的切割路线控制驱动装置动作。
进一步地，驱动装置包括：安装至转盘上的减速电机；安装在减速电机的输出轴上的第一齿轮，安装于主体上并与第一齿轮啮合配合的第二齿轮。
进一步地，吹气管通过与中心线平行的进气管与转盘连接；并且/或者，吸气管通过与中心线平行的排气管与转盘连接。
进一步地，吹气管与进气管之间设置有角度调节装置。
进一步地，沿激光束的切割运动方向，吹气管位于切割运动方向的下游，吸气管位于切割运动方向的上游。
进一步地，吹气管的吹气口处设置金属探针，金属探针通过导线与电源连接。
进一步地，吹气管的吹气口处设置有多个向外伸出的支架，支架的外端安装有支撑套，金属探针穿设在支撑套的中心孔中。
进一步地，吹气管内气压的绝对值小于吸气管内气压的绝对值，并且/或者，吹气管的吹气口的口径小于吸气管的吸气口的口径。
本发明提供的激光切割装置，在切割膜材时，通过转动转盘，可以使布置于激光束通道中心线的相对两侧的吹气管和吸气管之间的吹吸气流总能沿切割线方向流动，沿切割线方向流动的吹吸气流对切割过程产生的气化烟尘及燃熔飞渣起到强制导向作用，使得气化烟尘及燃熔飞渣沿切割线方向导入到吸气管内，有效减少了切割过程产生的污染颗粒对膜材切割线两侧区域的污染，克服了现有技术的激光切割装置因吹吸气流导向原因所造成的膜材切割线两侧区域污染的问题。另外，倾斜布置的吹气管使高压气体从侧面吹向激光束的切割区域，相对于现有技术中与激光束同轴布置的吹气管来说，可以减少膜材因垂直受力所造成的凹陷变形、脱离焦点的现象，保证膜材能顺利被切割。
附图说明
下文将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种激光切割装置工作状态的立体示意图；
图2示出了本发明实施例中进气管和吹气管的示意图；以及，
图3示出了本发明实施例中金属探针和吹气管的立体示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明实施例提供的激光切割装置的立体示意图。该激光切割装置至少包括主体1、转盘2、吹气管3、吸气管4。该激光切割装置尤其适用于切割应用于光电子、显示、半导体等行业的柔性薄膜材料，当然也可以用于切割其他材料。
具体地，主体1的中部具有供激光束11穿过的通道，通道的中心线与激光束11的中心线基本重合。主体1例如为聚焦透镜外筒，激光束11穿过通道后与被切割的柔性薄膜材料(以下也简称膜材6)相交，该相交的位置形成切割点。
转盘2可转动地套设于主体1的外部，转盘2的转动中心线与通道的中心线基本重合。转盘2的转动可以是手动控制，也可以是通过机构控制实现自动调节。转盘2例如可以在轴向限位结构的作用下，轴向位置固定地安装于主体1上。
倾斜布置的吹气管3位于通道的中心线的一侧，本领域技术人员可以理解，吹气管3配置成相对于通道的中心线倾斜，也即朝向激光束11倾斜，使吹气管3的吹气口30朝向切割位置。吹气管3用于和高压气体源连通，高压气体朝向切割位置吹出，可以使激光切割过程产生的烟尘和燃熔飞渣快速脱离膜材6，并使膜材6迅速散热。优选地，吹气管3沿气流方向例如呈逐渐收缩的截锥形。
吸气管4布置于通道中心线的与吹气管3相对的另一侧。本领域技术人员可以理解，吸气管4的吸气口40也朝向切割位置。优选地，吹气管3吹气口30的中心线和吸气管4吸气口40的中心线在周向上大体间隔180度，吹气管3吹气口30的中心线、吸气管4的吸气口40中心线和通道中心线基本上处于同一个平面，该同一个平面垂直于膜材6所在平面。吸气管4和负压***连通，用于快速将吹气管3吹出的高压气体、切割过程产生的气化烟尘和燃熔飞渣等污染颗粒吸走，起到实现切割位置的降温和避免污染颗粒沉积到膜材6上的作用。吸气管4及其吸气口40可以采用任何合适的构型，例如吸气口40的形状可以采用方形(如图1所示出的)、圆形或其他几何形状。吹气管3和吸气管4可以直接安装于转盘2上，或者通过中间连接件安装于转盘2上。本实施例中，吹气管3优选地通过与通道中心线平行的进气管31与转盘2连接，吸气管4优选地通过与通道中心线平行的排气管41与转盘2连接，这样有利于装置整体结构的紧凑。
该激光切割装置在切割膜材6时，通过转动转盘2，可以使布置于激光束11的相对两侧的吹气管3和吸气管4之间的吹吸气流总能沿膜材6上的切割线S的方向流动，也就是说，吹吸气流在膜材6上的投影与膜材6上的切割线S有大体重合的部分。沿切割线S方向流动的吹吸气流对切割过程产生的气化烟尘及燃熔飞渣起到强制导向作用，使得气化烟尘及燃熔飞渣沿切割线S方向导入到吸气管4的吸入口40内，有效减少了切割过程产生的污染颗粒对膜材6切割线两侧区域的污染，克服了现有技术的激光切割装置因吹吸气流导向原因所造成的膜材切割线两侧区域污染的问题。
另外，因吹气管3倾斜布置，使高压气体从侧面吹向激光束的切割区域，相对于现有技术中与激光束11同轴布置的吹气管来说，可以减少膜材6因垂直受力所造成的凹陷变形、脱离焦点的现象，保证膜材6能够顺利被切割。
现有技术中的激光切割装置普遍在空气环境下切割材料，切割时，高分子薄膜材料容易因氧气氧化甚至燃烧导致急剧放热，这会大幅加剧燃熔飞渣的产生，造成切割线S周边产生大量污染颗粒。为改善这一现象，优选地，本实施例中吹气管3吹出的气体为惰性气体，使吹气管3的吹气口30对准激光束11与膜材6相交形成的切割点，以使切割点处的膜材6处于与氧气隔离的无氧环境，这样能从根源上减少高分子薄膜材料在切割时产生的燃熔飞渣。优选地，惰性气体可以选择不可燃或不助燃的气体，且优选地惰性气体的气体密度大于空气的气体密度。
为使吹吸气流携带切割产生的污染颗粒尽快且无障碍地进入到吸气管4内，优选地，如图1所示，吸气管4的吸气口40也对准激光束11与膜材6相交形成的切割点。另外，为取得更好的吸除效果，降低膜材6上的污染，一方面可以使吹气管3内气压的绝对值小于吸气管4内气压(吸气管4内的气压为负压)的绝对值，另一方面可以使吸气口40的口径远大于吹气口30的口径。另外，吹气管3内的气压和吸气管4内的气压均可调，以便适应不同的切割要求。
另外，现有技术中上吸式集尘罩因为结构的限制，吸气口普遍距离切割点较远，对于气化烟尘的吸除效果较差，气化烟尘容易因未及时吸除而落在膜材6上。本实施例通过将吸气管4布置于激光束11的另一侧，使吸气管4的吸气口40朝向切割点，可以尽量降低吸气管4的吸气口40与切割点之间的距离(例如使吸气管4的吸气口40紧挨着切割点气流后方的位置)，使得气化烟尘能以接近于水平方向地快速吸入到吸气管4中，显著地提升了气化烟尘的吸除效果，能够大幅减少因气化烟尘沉积在膜材6切割线两侧区域所造成的污染斑痕。
此外，本实施例中转盘2的转动优选地由驱动装置驱动，驱动装置与控制器通信连接，控制器用于根据预设的切割路线控制驱动装置动作，这样可以实现随时根据切割路线方向的改变而自动调整转盘2的转动角度，使得吹吸气流总能自动与切割线S方向一致。优选地，转盘2的转动范围可以设置为0-360°，当在完成一次切割后还可以控制转盘2自动转回到初始角度，以便为下一次切割做准备。
本实施例中还提供了驱动装置的一种优选实施方式，该驱动装置包括安装至转盘2上的减速电机，安装在减速电机2的输出轴上的第一齿轮，以及安装于主体1上并与第一齿轮啮合配合的第二齿轮，其中，该第二齿轮例如可以是套设在主体1外周上的外齿圈。激光切割过程中，通过控制器控制减速电机的启动以及正反转动作，再通过第一齿轮和第二齿轮的啮合配合，可以实现转盘2的转动角度的自动调节。
优选地，在吹气管3与进气管31之间设置有角度调节装置，使得吹气管3的倾斜角度可以调整，这样，即便在不同的切割过程中，吹气管3也总能对准切割点。该角度调节装置可以采用已知结构，使得吹气管3优选地可以在与激光束11相垂直的第一位置和与激光束11相平行的第二位置之间进行调整。图2中通过实线示出了吹气管3的一种位置状态，通过虚线示出了吹气管3的另一种位置状态。
优选地，沿激光束的切割运动方向F，吹气管3位于切割运动方向F的下游，吸气管4位于切割运动方向F的上游，也即，吹气管3处于膜材6的未切割区域，吸气管4处于膜材6的已切割区域，吹气管3和吸气管4之间的气流方向与激光束11的切割运动方向F相反，这样有利于改善膜材6的切割线S两侧区域的污染问题。另外，还可以避免污染颗粒沉积在膜材6的未切割区域的切割线上，造成膜材6未切割区域的预定切割线处的厚度不均，影响切割效果的问题。
另外，还可以在吹气管3的吹气口30处设置金属探针5，金属探针5通过导线51与电源连接，用于通过放电产生离子风，消除激光切割过程中的静电。金属探针5的优选安装结构如图3所示，在吹气管3的吹气口30处设置有多个向外伸出的支架71，支架71的外端安装有支撑套72，金属探针5从支撑套72的中心孔穿过。
综上所述，本发明的优选实施例的方案，在转盘2上设置一个倾斜式惰性气体吹气管3和一个与之相对的吸气管4，吹气管3和吸气管4分布于激光束11相对的两侧且方向对准切割点，并由驱动装置和控制器根据预设的切割路线来自动调节转盘2的旋转角度，使吹气管3的吹惰性保护气动作与吸气管4的吸烟尘动作总能沿切割线S方向进行，在吹吸气流的导向作用下，高温气化烟尘及燃熔飞渣沿切割线方向在切割点后方被及时吸除；利用侧吹式惰性保护气阻隔了切割点处氧气，可以减少膜材6因氧化甚至燃烧导致的急剧放热而产生的迸溅飞渣，并降低膜材6因垂直受力而变形离焦的现象。经过实验证明，本发明优选实施例提供的激光切割装置，相对于现有技术的激光切割装置而言，不仅切割效果好，还显著改善了膜材切割线两侧区域被污染的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对本领域的技术人员而言，可以在不偏离本发明的范围的情况下对本发明的装置做出多种改良和变型。本领域的技术人员通过考虑本说明书中公开的内容也可得到其它实施例。本说明书和示例仅应被视为示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。

Claims (10)

1.一种激光切割装置，其特征在于，包括：
主体(1)，中部具有供激光束(11)穿过的通道；所述通道具有中心线；
转盘(2)，可绕所述中心线转动地套设于所述主体(1)的外部；
相对于所述中心线倾斜布置的吹气管(3)；所述吹气管(3)安装至所述转盘(2)上，并位于所述中心线的一侧；
吸气管(4)，安装至所述转盘(2)上，并位于所述中心线的与所述吹气管(3)相对的另一侧。
2.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，
由所述吹气管(3)吹出的气体为惰性气体，
并且/或者，所述吹气管(3)的吹气口(30)对准所述激光束(11)与被切割材料相交形成的切割点；
并且/或者，所述吸气管(4)的吸气口(40)对准所述切割点。
3.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，还包括：用于驱动所述转盘(2)转动的驱动装置，以及与所述驱动装置通信连接的控制器，所述控制器用于根据预设的切割路线控制所述驱动装置动作。
4.根据权利要求3所述的激光切割装置，其特征在于，所述驱动装置包括：安装至所述转盘(2)上的减速电机；安装在所述减速电机的输出轴上的第一齿轮，安装于所述主体(1)上并与所述第一齿轮啮合配合的第二齿轮。
5.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述吹气管(3)通过与所述中心线平行的进气管(31)与所述转盘(2)连接；并且/或者，所述吸气管(4)通过与所述中心线平行的排气管(42)与所述转盘(2)连接。
6.根据权利要求5所述的激光切割装置，其特征在于，所述吹气管(3)与所述进气管(4)之间设置有角度调节装置。
7.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，沿所述激光束(11)的切割运动方向(F)，所述吹气管(3)位于所述切割运动方向(F)的下游，所述吸气管(4)位于所述切割运动方向(F)的上游。
8.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述吹气管(3)的吹气口(30)处设置金属探针(5)，所述金属探针(5)通过导线(51)与电源连接。
9.根据权利要求8所述的激光切割装置，其特征在于，所述吹气管(3)的吹气口(30)处设置有多个向外伸出的支架(71)，所述支架(71)的外端安装有支撑套(72)，所述金属探针(5)穿设在所述支撑套(72)的中心孔中。
10.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述吹气管(3)内气压的绝对值小于所述吸气管(4)内气压的绝对值，并且/或者，所述吹气管(3)的吹气口(30)的口径小于所述吸气管(4)的吸气口(40)的口径。
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