一种浪推式激光加工方法、装置和系统与流程

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种浪推式激光加工方法、装置和系统。

背景技术：

电子线路板行业发展迅速，越来越多的精密电子设备对线路板的外形切割要求越来越高。但是，对于含胶的多层线路板的加工，激光切割方式会导致切割缝隙两边布满粉尘，这些粉尘可能导致线路微短路，影响线路板质量。因此，在进行线路板激光切割时，多采用等离子体清洗技术进行线路板表面清洗。不过，专用的等离子体清洗设备存在成本较高的问题。另外，如果在激光切割以后立即进行激光清洗，则有可能导致一部分粉尘汽化掉，还有一部分粉尘会落在清洗路径两侧，影响清洗效果。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种浪推式激光加工方法、装置和系统。

第一方面，本发明提供了一种浪推式激光加工方法，该方法包括如下步骤：

获取激光加工图档。

根据所述激光加工图档确定切割光束的切割路径，根据所述切割路径确定待激光清洗区域以及位于所述待激光清洗区域内的清洗光束的至少两条清洗路径，其中，各所述清洗路径的走向均与所述切割路径的走向对应。

控制所述清洗光束按照距离所述切割路径由远及近的顺序依次沿至少两条所述清洗路径进行激光清洗。

第二方面，本发明提供了一种浪推式激光加工装置，该装置包括：

获取模块，用于获取激光加工图档。

处理模块，用于根据所述激光加工图档确定切割光束的切割路径，根据所述切割路径确定待激光清洗区域以及位于所述待激光清洗区域内的清洗光束的至少两条清洗路径，其中，各所述清洗路径的走向均与所述切割路径的走向对应。

加工模块，用于控制所述清洗光束按照距离所述切割路径由远及近的顺序依次沿至少两条所述清洗路径进行激光清洗。

第三方面，本发明提供了一种浪推式激光加工装置，该装置包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上所述的浪推式激光加工方法。

第四方面，本发明提供了一种浪推式激光加工系统，该系统包括机台、一个或两个激光加工头装置以及如上所述的浪推式激光加工装置，所述浪推式激光加工装置分别与所述机台和所述激光加工头装置电连接。

所述机台，用于放置待激光加工物料。

所述激光加工头装置，用于生成切割光束和清洗光束，完成对所述待激光加工物料的激光加工。

本发明提供的浪推式激光加工方法、装置和系统的有益效果是，位于切缝一侧的待激光清洗区域覆盖了切割粉尘污染区域，同时也覆盖了部分切割粉尘未污染区域，且切割粉尘污染区域相对于切割粉尘未污染区域更靠近切缝。在切割粉尘污染区域和切割粉尘未污染区域共设置清洗光束的两条或多条清洗路径，第一条清洗路径位于切割粉尘未污染区域内，清洗光束首先沿第一条清洗路径进行激光清洗扫描，此时堆积尘埃仅会在等离子体作用下朝更靠近切缝的后一条清洗路径的方向运动，实现对堆积尘埃的单向浪推。在清洗光束沿后一条清洗路径进行激光清洗扫描时，堆积尘埃可继续向更靠近切缝的方向运动，进一步对堆积尘埃进行单向浪推，直至将其全部推至切缝或废料区，也就是推出成品部件区。从而基于现有的激光加工设备，实现对切割产生粉尘的有效激光清洗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中激光切割示意图；

图2为现有技术中激光清洗示意图；

图3为本发明实施例的浪推式激光加工方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的浪推式激光加工过程示意图；

图5为本发明实施例的激光切割过程示意图；

图6为本发明实施例的激光切割过程示意图；

图7为本发明实施例的激光切割过程示意图；

图8为本发明实施例的激光切割过程示意图；

图9为本发明实施例的浪推式激光加工过程示意图；

图10为本发明实施例的浪推式激光加工装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，在采用切割光束对待激光加工物料1进行激光切割时，沿切割光束的切割路径方向将形成切缝2，由于切割物料时会产生一定粉尘，切割完成后，粉尘主要位于切缝2两侧的切割粉尘污染区域3。

如图2所示，需要对切割粉尘污染区域3进行清洗，使用清洗光束扫描切割粉尘污染区域3以完成激光清洗(清洗光束的投影光斑在图中未示出)，清洗光束的清洗路径通常平行于或大体平行于切割光束的切割路径或者切缝2。由于清洗光束在沿清洗路径运动时，在清洗产生的等离子体冲击下，切割粉尘污染区域3内的粉尘将向两侧喷发，并有一部分落在待激光加工物料1表面，于清洗路径一侧形成新的粉尘污染区4。同理，在对新的粉尘污染区4进行激光清洗时，又会在新的粉尘污染区4的两侧形成新的粉尘污染带，其结果是粉尘总是清洗不干净。

如图3所示，本发明实施例提供的浪推式激光加工方法包括如下步骤：

获取激光加工图档。

根据所述激光加工图档确定切割光束的切割路径，根据所述切割路径确定待激光清洗区域以及位于所述待激光清洗区域内的清洗光束的至少两条清洗路径，其中，各所述清洗路径的走向均与所述切割路径的走向对应。

控制所述清洗光束按照距离所述切割路径由远及近的顺序依次沿至少两条所述清洗路径进行激光清洗。

具体地，以如图4所示的示例进行说明，需要在矩形的待激光加工物料上加工获得一个由梯形和半圆形组成的图形，其中，由表示切缝的曲线12所围区域为成品部件区，其外围为物料废料区11，曲线17与曲线12之间的区域为待激光清洗区域。由于待激光清洗区域覆盖了切割粉尘污染区域以及部分切割粉尘未污染区域，可令曲线16为切割粉尘污染区域与切割粉尘未污染区域的分界线，也就是曲线16和曲线12之间的区域是切割粉尘污染区域，曲线17和曲线16之间的区域是切割粉尘未污染区域。需要说明的是，此处曲线16仅是为了帮助理解而设置的。曲线17所围区域，或者说曲线17以内的区域18为待激光加工物料上不需要激光清洗的区域。

在曲线17与曲线12之间的待激光清洗区域内依次设置清洗光束的三条清洗路径，分别以曲线15、曲线14和曲线13表示，三者走向均与切割光束的切割路径，或者说与表示切缝的曲线12对应，例如与其平行、大体平行或等间距、大体等间距设置。其中，曲线15、曲线14和曲线13以距离曲线12由远及近的顺序依次排列。在进行激光清洗时，清洗光束首先沿表示清洗路径的曲线15进行扫描，然后沿曲线14进行扫描，最后沿曲线13进行扫描，也就是分别沿曲线15、曲线14和曲线13进行三次浪推式激光清洗。

所述的清洗路径是清洗光束的投影光斑中心的路径。

第一次浪推式激光清洗。清洗光束沿着曲线15进行激光清洗扫描，由于此时表示清洗路径的曲线15位于曲线16与曲线17之间，即清洗光束的投影光斑中心位于曲线16与曲线17之间。由于靠近曲线17这边不存在切割粉尘污染，清洗光束的投影光斑中心处于切割粉尘污染区域以外，因此清洗光束的投影光斑中心向曲线17这一侧不会激发切割粉尘等离子体，即曲线15靠近曲线17一侧不会产生粉尘飞溅与堆积。清洗光束的投影光斑中心靠曲线16方向有切割粉尘的存在，基于如下理论或类似理论，由于清洗光束呈现高斯分布，即中心激光能量密度大于边缘激光能量密度，切割粉尘被清洗光束激发后朝着激光能量密度较小的方向(远离清洗光束的投影光斑中心方向)喷射并落下，或者在清洗光束呈现平顶分布或其他强度分布时，也存在类似情况，也就是此时切割粉尘被清洗光束激发后仅朝着曲线14，或者说朝着废料区11或切缝方向喷射并落下。

第二次浪推式激光清洗。清洗光束沿着曲线14进行激光清洗扫描，此时切割粉尘被清洗光束激发后仅朝着曲线13，或者说朝着废料区11或切缝方向喷射并落下。

第三次浪推式激光清洗。清洗光束沿着曲线13进行激光清洗扫描，此时切割粉尘被清洗光束激发后仅朝着曲线12，或者说朝着废料区11或切缝方向喷射并落下。

由于待激光清洗区域内的切割粉尘被逐次推向废料区11或切缝，成品部件区没有尘埃堆积，从而完成对物料的激光清洗。

需要注意的是，待激光清洗区域及其内的两条或多条清洗路径可在获得激光加工图档的的切割工艺参数后根据经验由人工自动划定，或者针对特定物料，基于过往数据库进行自动划定。待激光清洗区域可以是一个或多个独立的清洗区域。

另外，图4所示的示例为包括曲线的封闭图形，废料区位于外侧。对于不同加工需求，废料区也可位于内侧，待加工图形的边沿可以是任意直线与曲线的组合。

在本实施例中，位于切缝一侧的待激光清洗区域覆盖了切割粉尘污染区域，同时也覆盖了部分切割粉尘未污染区域，且切割粉尘污染区域相对于切割粉尘未污染区域更靠近切缝。在切割粉尘污染区域和切割粉尘未污染区域共设置清洗光束的两条或多条清洗路径，第一条清洗路径位于切割粉尘未污染区域内，清洗光束首先沿第一条清洗路径进行激光清洗扫描，此时堆积尘埃仅会在等离子体作用下朝更靠近切缝的后一条清洗路径的方向运动，实现对堆积尘埃的单向浪推。在清洗光束沿后一条清洗路径进行激光清洗扫描时，堆积尘埃可继续向更靠近切缝的方向运动，进一步对堆积尘埃进行单向浪推，直至将其全部推至切缝或废料区，也就是推出成品部件区。从而基于现有的激光加工设备，实现对切割产生粉尘的有效激光清洗。

优选地，令至少两条所述清洗路径包括相邻的在先清洗路径和在后清洗路径，所述在先清洗路径和所述在后清洗路径按照距离所述切割路径由远及近的顺序依次布置。

相邻的所述在先清洗路径和所述在后清洗路径的间距小于或等于所述清洗光束的投影光斑的直径。

具体地，继续以如图4所示的示例进行说明，在每次浪推式激光清洗过程之间，例如在第一次浪推式激光清洗和第二次浪推式激光清洗过程之间，沿曲线15进行激光清洗扫描的清洗光束可将清洗光束的投影光斑范围内的尘埃基本清洗干净，同时可能会将部分堆积尘埃浪推向曲线14方向。此时，由于曲线15与曲线14的间距小于或等于上述投影光斑的直径，也就是清洗光束沿曲线14扫描时的清洗覆盖区域将与清洗光束沿曲线15扫描时的清洗覆盖区域相接或部分重合，换言之，前一次被浪推至曲线14附近的尘埃此时完全位于当前清洗光束的清洗覆盖区域内，可有效对此部分尘埃进行清洗。

优选地，相邻的所述在先清洗路径和所述在后清洗路径的间距小于或等于所述清洗光束的投影光斑的半径。

具体地，继续以如图4所示的示例进行说明，在每次浪推式激光清洗过程之间，例如在第一次浪推式激光清洗和第二次浪推式激光清洗过程之间，沿曲线15进行激光清洗扫描的清洗光束可将清洗光束的投影光斑范围内的尘埃基本清洗干净，同时可能会将部分堆积尘埃浪推向曲线14方向。此时，由于曲线15与曲线14的间距小于或等于上述投影光斑的半径，也就是清洗光束沿曲线14扫描时的清洗覆盖区域将与清洗光束沿曲线15扫描时的清洗覆盖区域至少重合50％，换言之，前一次被浪推至曲线14附近的尘埃此时不仅完全位于当前清洗光束的清洗覆盖区域内，且进一步位于当前清洗光束的投影光斑的中心线，或者说曲线14上，甚至曲线14靠近曲线12的一侧区域。此时不仅使曲线14靠近曲线15一侧基本没有堆积尘埃，还可以将曲线14远离曲线15一侧有可能继续飞溅的尘埃进一步向靠近曲线12，或者说切缝方向进行浪推，直至将所有堆积尘埃推出成品部件区。

优选地，至少两条所述清洗路径中距离所述切割路径最近的一条与由所述切割光束切得的切缝边缘的间距小于或等于所述清洗光束的投影光斑的半径。

至少两条所述清洗路径中距离所述切割路径最远的一条位于所述待激光清洗区域内远离所述切割路径的切割粉尘未污染区域。

具体地，继续以如图4所示的示例进行说明，在最后一次浪推式激光清洗时，也就是第三次浪推式激光清洗时，此时由于堆积尘埃仅存在于曲线13与曲线12之间。需要注意的是，此时曲线12表示切缝靠近成品部件区一侧的边缘。此时，由于曲线13与曲线12的间距小于或等于清洗光束的投影光斑的半径，也就是说，当前的清洗光束的清洗覆盖区域将完全覆盖或基本覆盖曲线13与曲线12之间的区域，在进行激光清洗的同时，可将可能飞溅的尘埃向切缝方向进行浪推，也就是将成品部件区的尘埃完全推出，完成对物料的有效激光清洗。

优选地，当所述切割光束进行切割时，使所述切割光束沿所述切割路径方向进行多次扫描运动。

优选地，在所述切割光束的单次扫描运动中，使所述切割光束的两个相邻投影光斑的重合度小于或等于30％。

优选地，在所述切割光束的连续两次的单次扫描运动中，使在后单次扫描运动中所述切割光束的首个投影光斑与在先单次扫描运动中所述切割光束的首个投影光斑的重合度为50％至95％。

具体地，由于目前对物料的激光切割基本都是一次完成，且切割光束的投影光斑通常为圆形，为了保证切缝边缘平滑，通常需要使切割光束的相邻两次投影光斑的重合度达到90％以上。而越高的重合度意味着越大的功率，以及会产生更多的切割粉尘。

如图5所示，使切割光束的两个相邻投影光斑的重合度小于或等于30％，也就是图中阴影21所示区域，此时前面一个光斑切割产生的等离子体对后面光斑影响较弱，可以获得低热影响的冷切割效果。如图6所示，为单次扫描运动后的切缝示意图，此时待激光加工物料1上切缝边缘不够平滑。

故重复进行多次类似上述单次扫描运动的过程。同时，如图7所示，使在后单次扫描运动中切割光束的首个投影光斑与在先单次扫描运动中切割光束的首个投影光斑的重合度为50％至95％，也就是图中阴影22所示区域，或者说，使二者错位(提前或滞后)0.05至0.5个光斑直径。经过多次扫描运动，可获得如图8所示的切缝示意图，此时待激光加工物料1上切缝边缘足够平滑，且切割过程中所产生的尘埃远少于现有单次切割过程所产生的尘埃。不仅可以获得很好的低热影响区的冷切割效果，还可获得非常光滑的切缝边缘。

下面以一个具体实例对本发明的浪推式激光加工方法进行进一步说明。

如图9所示的金手指装置激光加工示意图，金手指装置又称排线或线排，指一排等间距排列分布的方焊盘。在采用激光对金手指装置进行切割加工时，可获得金手指31以及指间绝缘区域32，金手指31的材质通常为铜箔，指间绝缘区域32的材质通常为聚酰亚胺。由于加工工艺所致，两个相对的金手指31之间的切缝33宽度小于两个相对的指间绝缘区域32之间的切缝34宽度。激光清洗可与激光切割同时进行，也可在激光切割完成后再进行。

确定待激光清洗区域40，其覆盖切割粉尘污染区域与切割粉尘未污染区域，令直线45为二者的分界线。确定清洗光束的四条清洗路径，分别以直线41、直线42、直线43和直线44表示。其中，直线41位于分界直线45下方，也就是位于远离切缝的切割粉尘未污染区域内，直线44位于切缝33的边缘线与切缝34的边缘线之间，直线43位于切缝34的边缘线与分界直线45之间。直线41、直线42、直线43和直线44可以等间距排列，间距略小于清洗光束的投影光斑的半径，且直线43与切缝33边缘线的间距和直线44与切缝34边缘线的间距均小于上述半径。

进行第一次浪推式激光清洗，清洗光束沿直线41进行激光清洗扫描运动，此时清洗光束可对覆盖范围内，也就是距离直线41上、下一定宽度的区域内的堆积尘埃进行有效清洗，该宽度为投影光斑的半径，同时，可能会有部分尘埃在等离子体作用下飞溅。由于直线41下方不存在堆积尘埃，只有其上方部分区域存在堆积尘埃，故飞溅尘埃仅会向直线41上方，也就是靠近直线42方向运动。

进行第二次浪推式激光清洗，清洗光束沿直线42进行激光清洗扫描运动，此时清洗光束可对覆盖范围内，也就是距离直线42上、下一定宽度的区域内的堆积尘埃进行有效清洗，该宽度为投影光斑的半径，同时，可能会有部分尘埃在等离子体作用下飞溅。由于直线41与直线42的间距小于光斑半径，清洗光束沿直线41运动时溅起的尘埃将全部落于直线42的上方，此时的飞溅尘埃仅会向直线42上方，也就是靠近直线43方向运动。

进行第三次浪推式激光清洗，清洗光束沿直线43进行激光清洗扫描运动，此时清洗光束可对覆盖范围内，也就是距离直线43上、下一定宽度的区域内的堆积尘埃进行有效清洗，该宽度为投影光斑的半径，同时，可能会有部分尘埃在等离子体作用下飞溅。由于直线42与直线43的间距小于光斑半径，清洗光束沿直线42运动时溅起的尘埃将全部落于直线43的上方，此时的飞溅尘埃仅会向直线43上方，即靠近直线44方向运动，此时，由于直线43与切缝34边缘线的间距小于光斑半径，部分尘埃将被推入切缝34中，离开指间绝缘区域32，还有部分尘埃被推向金手指31表面。

进行第四次浪推式激光清洗，清洗光束沿直线44进行激光清洗扫描运动，此时清洗光束可对覆盖范围内，也就是距离直线44上、下一定宽度的区域内的堆积尘埃进行有效清洗，该宽度为投影光斑的半径，同时，可能会有部分尘埃在等离子体作用下飞溅。由于直线44与切缝33边缘线的间距小于光斑半径，仅剩的尘埃将被完全推入切缝33中，从而完成对金手指装置的激光清洗。

如图10所示，本发明实施例提供的浪推式激光加工装置包括：

获取模块，用于获取激光加工图档。

处理模块，用于根据所述激光加工图档确定切割光束的切割路径，根据所述切割路径确定待激光清洗区域以及位于所述待激光清洗区域内的清洗光束的至少两条清洗路径，其中，各所述清洗路径的走向均与所述切割路径的走向对应。

加工模块，用于控制所述清洗光束按照距离所述切割路径由远及近的顺序依次沿至少两条所述清洗路径进行激光清洗。

在本发明另一实施例中，一种浪推式激光加工装置包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上所述的浪推式激光加工方法。该装置可以为工控机等装置。

在本发明另一实施例中，一种浪推式激光加工系统包括机台、一个或两个激光加工头装置以及如上所述的浪推式激光加工装置，所述浪推式激光加工装置分别与所述机台和所述激光加工头装置电连接。

所述机台，用于放置待激光加工物料。

所述激光加工头装置，用于生成切割光束和清洗光束，完成对所述待激光加工物料的激光加工。

具体地，该系统还可包括必要的用于对准的拍摄装置和位移装置、光路装置等。

优选地，所述激光加工头装置包括两个激光光源，两个所述激光光源经过同一聚焦镜输出所述切割光束和所述清洗光束；或者，所述激光加工头装置包括一个激光光源，输出的激光束经聚焦镜聚焦后，通过改变激光焦点相对于待加工材料表面的位置获得所述切割光束和所述清洗光束。

具体地，采用两台激光器经过不同的外光路传输最终合束进入相同聚焦镜，这样激光切割以后可以马上进行激光清洗动作，或者在某些情况下可同时进行，可以提高激光加工效率。

优选地，所述切割光束的光斑直径小于或等于40微米，所述清洗光束的光斑直径大于40微米。

读者应理解，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发明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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。