CN114211136A - 一种光伏板红外超快激光切割方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏板红外超快激光切割方法和***，包括步骤：1)将光伏板置于操作台上；2)在操作台的一侧设有激光器；3)设置激光器发射的激光依次经过整形光路、光束传输光路、激光切割头后，聚焦在操作台上的光伏板的表面；4)通过控制激光束在光伏板表面X、Y、Z轴的行进，完成光伏板的切割。本发明的激光切割方法，是通过高单脉冲能量的超快***化材料来实现光伏板切割，加工过程一致性好，切割的线宽精度能够控制在1‑10微米，切割精度更高。

Description

一种光伏板红外超快激光切割方法和***

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种光伏板红外超快激光切割方法和***。

背景技术

随着光伏技术的日趋成熟，光伏板也在许多领域上得到运用，例如:用户太阳能电源领域，交通领域，通讯/通信领域，石油、海洋、气象领域等等。对光伏板进行无损划片，以及背板切割都是属于光伏板制作过程的工艺之一。传统的无损划片和背板切割都是由人工来完成的，这样不仅生产效率低、效果难保证，而且光伏板的多层材料组成结构还会给人工操作造成困难。后来，激光切割技术开始被导入到太阳能领域里，市场上就开始出现了太阳能板激光切割机，使生产效率低、人工操作困难等这些问题得到了解决，并极大改善了产品的切割效果。

但是，由于太阳能板是由多层不同种材料压合而成，激光在切割光伏板时容易造成产品切口不平整，切割线宽宽，甚至难以一次性彻底切断，不仅切割面质量低，光伏板的损失率高，而且还会影响后期光伏板的发光效率和质量。

因此，有必要开发一种切割彻底、切割精确、切割线宽更窄的激光切割工艺，以满足市场最为迫切的需求。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光伏板红外超快激光切割方法和***，其切割线宽精度能够控制在1-10微米，切割精度更高。

本发明提供一种光伏板红外超快激光切割方法，包括步骤：

1)将光伏板置于操作台上，所述操作台能够驱动光伏板沿预设路径移动；

2)在操作台的一侧设有激光器，所述激光器为能够发射锁频均匀能量单脉冲的超快激光器；所述激光器的发射频率为100KHz-1MHz之间的一定值；所述激光器发射的单脉冲能量为10uJ-100uJ，所述单脉冲间能量差异≤±5％。

3)设置激光器发射的激光依次经过整形光路、光束传输光路、激光激光激光切割头后，聚焦在操作台上的光伏板的表面；

4)通过控制激光束在光伏板表面X、Y、Z轴的移动及激光束的行进速度，完成光伏板的切割。

进一步，在步骤2)中，所述激光器为全固态皮秒激光器。

进一步，所述激光器的窗口光斑为1-3mm，发散角为0.5-1.5mrad。

进一步，在步骤2)中，所述单脉冲宽度为1-15ps。

进一步，所述步骤3)中，所述光束传输光路的传输距离为200-1000mm。

进一步，所述步骤3)中，所述整形光路为放大倍率为1-8倍的扩束光路。

进一步，在步骤2)中，所述激光器发射的激光波长设置为1064±5nm；所述激光光斑行进速度为1-500mm/s。

本发明还提供实现上述光伏板红外超快激光切割方法的***，所述***包括操作台，光路***和电气控制柜，所述光路***和电气控制柜设于操作台的一侧；

光路***包括超快激光器、整形光路、光束传输光路和激光切割头；

其中，所述操作台上设有XY移动平台，所述XY移动平台上固定夹持光伏板；

其中，所述电气控制柜内设有超快激光器和控制器，电气控制柜上部连通有光路箱，所述光路箱的另一端连接激光切割头，所述激光切割头设于XY移动平台的上方；

所述激光器通过数据线与安装有激光切割***软件的计算机控制器相连，计算机控制器将控制的激光功率、扫描速度及重复频率信号输入到激光器，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路***和操作台完成光伏板的激光切割。

所述光路箱下设置有升降机构。

本发明所述锁频均匀能量单脉冲超快激光是指超快激光工作方式为锁定频率下均匀能量单脉冲周期性输出。

本发明的有益效果在于：

1.本发明基于锁定的高重复频率、单脉冲工作、高单脉冲能量、单脉冲能量一致性高的超快激光切割方法，对光伏板进行切割，光子脉冲能量一致性好，在光伏板的加工应用领域，切割尺寸超精细，切割线宽精度能够控制在1-10微米，切割精度更高。

2.本发明的激光切割方法，激光器输出的高能量单脉冲，在时域上表现唯一，作用在光伏板上的具***置点非常准确，不会在空间上发生漂移，进一步提高切割精度。

3.本发明的切割方法，加工时间快，光子分辨率高，几乎不出现漏点，时序匹配精准。

4.本发明方法通过高单脉冲能量的超快***化材料加工面来实现切割，而不是通过热至熔化作用来实现切割，因此几乎没有热影响区出现、加工面几乎无挂渣、无裂纹、无崩边等现象。

5.在本发明单脉冲能量一致性高的超快激光设备照射下，工件表面清晰明亮，没有重复照射，材料表面形貌加工后一致性高，几乎不改变材料的特征参数。

附图说明：

图1为本发明一种光伏板红外超快激光切割***的结构示意图；

图2为图1中光伏板红外超快激光切割***的光路箱的内部结构示意图；

图3为本发明方法光伏板切割的效果照片；

其中：1-电气控制柜，2-光路箱，21-激光器，22-整形光路，23-光束传输光路；231-反射镜组，232-单反射镜，3–激光切割头，4-操作台，5-横向滑轨，6-移动平台，7-纵向滑轨，8-支撑架，9-光伏板，10-夹持装置，11-升降机构,12-控制器，13-光学***，14-激光器承载箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种光伏板红外超快激光切割方法和***进一步解释，而本发明并不局限于以下实施例。

本发明的一种光伏板红外超快激光切割方法，包括步骤：

1)将光伏板9置于操作台4上，所述操作台4能够驱动光伏板9沿预设路径移动；

2)在操作台4的一侧设有激光器21，所述激光器为能够发射锁频均匀能量单脉冲的超快激光器；所述激光器的发射频率为100KHz-1MHz之间的一定值；所述激光器发射的单脉冲能量为10uJ-100uJ，所述单脉冲间能量差异≤±5％。

3)设置激光器发射的激光依次经过整形光路22、光束传输光路23、激光激光激光切割头3后，聚焦在操作台4上的光伏板9的表面；

4)通过控制激光切割头3光束在光伏板9表面X、Y、Z轴的行进，完成光伏板的切割。

作为本发明的一个实施方案，所述激光器的发射频率为200KHz-800KHz之间的一定值；优选为200KHz-600KHz；更优选为300KHz-500KHz。

作为本发明的一个实施方案，所述激光器发射的单脉冲能量，优选为20uJ-80uJ；更优选为30uJ-60uJ。

作为本发明的一个实施方案，所述光束传输光路23的传输距离为200-1000mm；优选为300-1000mm；更优选为500-800mm。

作为本发明的另一个实施方案，所述整形光路22为放大倍率为1-8倍的扩束光路；优选地，所述整形光路为放大倍率为2-6倍的扩束光路；更优选地，所述整形光路为放大倍率为5倍的扩束光路。

本发明的步骤(4)为将激光参数和预设路径输入控制***中；所述控制***控制激光器按激光参数开始发射激光、激光束X、Y、Z轴的移动、激光束在光伏板5表面的行进速度，以及控制操作台驱动光伏板沿预设路径移动，完成光伏板表面切割。

本发明还提供实现上述光伏板红外超快激光切割方法的***，所述***包括操作台4，光路***13和电气控制柜1，所述光路***13和电气控制柜1设于操作台4的一侧；

光路***13包括超快激光器21、整形光路22、光束传输光路23和激光切割头3；

其中，所述操作台4上设有XY移动平台6，所述XY移动平台6上固定夹持光伏板9；

其中，所述电气控制柜1内设有超快激光器21和控制器12，电气控制柜1上部连通有光路箱2，所述光路箱2的另一端连接激光切割头3，所述激光切割头3设于XY移动平台6的上方；

所述激光器21通过数据线与安装有激光切割***软件的计算机控制器12相连，计算机控制器将控制的激光功率、扫描速度及重复频率信号输入到激光器21，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路***13和操作台4完成光伏板的激光切割。

实施例1

本发明切割方法包括如下步骤：

1)将光伏板9通过夹持装置10固定于操作台4的XY移动平台上；

2)设置操作台4一侧的全固态皮秒激光器21的激光参数，并将光伏板9在XY移动平台6上的行动轨迹输入电气控制柜1的控制器12中；其中，全固态皮秒激光器21的波长为1064±5nm；发射频率为150KHz；发射的单脉冲能量为70uJ，单脉冲宽度为15ps，单脉冲能量的一致性为≤±5％；全固态皮秒激光器的窗口光斑为2mm，发散角为1.1mrad，激光光斑行进速度为500mm/s。

(3)通过电气控制柜1的控制器启动全固态皮秒激光器21按激光参数开始发射激光、控制XY移动平台6驱动光伏板9沿预定的行动轨迹，完成切割操作。

实现本实施例激光切割方法的***结构如下所述：

如图1所示包括电气控制柜1、操作台4和全固态皮秒激光器21；电气控制柜1设于操作台4的右侧，操作台4的上设有XY移动平台，电气控制柜1上设有升降机构11，升降机构11连接水平设置的光路箱2的第一端，升降机构11能够驱动光路箱2上下移动；XY移动平台6上固定夹持光伏板9；

其中，XY移动平台6包括设于操作台4上的X轴方向设置的横向滑轨5，横向滑轨5上滑动连接有移动平台6，移动平台6沿横向滑轨5横向移动；移动平台6上设有Y轴设置的纵向滑轨7，纵向滑轨7上滑动连接有支撑架8，支撑架8沿纵向滑轨7纵向移动，支撑架8上设有夹持装置10，夹持装置10用于夹持固定水平设于支撑架8上的光伏板9；

其中，光路箱2的第二端延伸至XY移动平台的上方，光路箱2内设有整形光路22、光束传输光路23；激光切割头3设于光路箱2的第二端的下侧；

其中，整形光路22为放大倍率为5倍的扩束光路；光束传输光路23的传输距离为600mm，光束传输光路23包括相对设置的反射镜组231及改变光路传输方向的单反射镜232；激光切割头3具有聚焦功能，将激光聚焦于下方的光伏板9上；

电气控制柜1内设有控制器12，控制器12分别与全固态皮秒激光器21和XY移动平台6连接，控制全固态皮秒激光器21的激光输出，及XY移动平台6按预设路径移动光伏板9；

其中，电气控制柜1内的控制器还与升降机构11连接，用于控制升降机构11的升降操作。升降机构11可调整激光切割头3距离光伏板9的距离，具有调焦的作用。

在本发明中，升降机构11可以为气缸或者丝杠结构，或者现有技术中披露的任一种能够具有相同功能的结构。

光伏板切割效果照片如图3所示。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏板红外超快激光切割方法，其特征在于，包括步骤：

1)将光伏板置于操作台上，所述操作台能够驱动光伏板沿预设路径移动；

2)在操作台的一侧设有激光器，所述激光器为能够发射锁频均匀能量单脉冲的超快激光器；所述激光器的发射频率为100KHz-1MHz之间的一定值；所述激光器发射的单脉冲能量为10uJ-100uJ，所述单脉冲间能量差异≤±5％。

3)设置激光器发射的激光依次经过整形光路、光束传输光路、激光切割头后，聚焦在操作台上的光伏板的表面；

4)通过控制激光切割头光束在光伏板表面X、Y、Z轴的行进，完成光伏板的切割。

2.根据权利要求1所述红外超快激光切割方法，其特征在于，在步骤2)中，所述激光器为全固态皮秒激光器。

3.根据权利要求1所述红外超快激光切割方法，其特征在于，所述激光器的窗口光斑为1-3mm，发散角为0.5-1.5mrad。

4.根据权利要求1所述红外超快激光切割方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述光束传输光路的传输距离为200-1000mm。

5.根据权利要求1所述红外超快激光切割方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述整形光路为放大倍率为1-8倍的扩束光路。

6.根据权利要求1所述红外超快激光切割方法，其特征在于，在步骤4)中，所述单脉冲宽度为1-15ps。

7.根据权利要求2所述红外超快激光切割方法，其特征在于，在步骤4)中，所述激光器发射的激光波长设置为1064±5nm；所述激光切割头光束行进速度为1-500mm/s。

8.实现权利要求1所述红外超快激光切割方法的***，其特征在于，所述***包括操作台，光路***和电气控制柜，所述光路***和电气控制柜设于操作台的一侧；

光路***包括超快激光器、整形光路、光束传输光路和激光切割头；

其中，所述操作台上设有XY移动平台，所述XY移动平台上固定夹持光伏板；

其中，所述电气控制柜内设有超快激光器和控制器，电气控制柜上部连通有光路箱，所述光路箱的另一端连接激光切割头，所述激光切割头设于XY移动平台的上方；

所述激光器通过数据线与安装有激光切割***软件的计算机控制器相连，计算机控制器将控制的激光功率、扫描速度及重复频率信号输入到激光器，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路***和操作台完成光伏板的激光切割。

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