[发明专利]一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法

说明书

本发明涉及一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法，包括激光打孔系统、液氮冷却系统、光能回收利用系统与PLC控制系统，本发明采用平行激光通过导光分光系统进行激光加工。待加工金属薄板固定在三维移动平台上，三维移动平台可以通过PLC控制系统来控制其位移方向和速度。在加工过程中采用液氮冷却系统来对加工后的孔进行快速降温，同时，采用光能电池板对加工时产生的光污染进行回收利用。本发明可以用来提高激光打孔的质量，消除因加工受热而产生的微裂纹及变形等技术缺陷。

技术领域

本发明属于激光加工制造领域，尤其涉及一种针对金属板材的高效激光打孔的装置与方法。

背景技术

激光打孔是指激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料熔化或汽化继而蒸发，从而形成孔洞的激光加工过程。目前现有的激光打孔技术主要使用连续激光，工作原理是激光器输出连续激光，在基板上沿需要打孔的边缘区域进行高温聚焦，进行材料消熔，实现打孔。

激光打孔效率高，但由于激光加工属热加工范畴，加工时产生的高温会对孔加工产生影响，产生残余应力和微裂纹等缺陷，严重影响了打孔质量。对于金属薄板材料，如果受热不均，很容易产生变形、翘曲，致使涂层从基材表面脱落，影响其使用性能。同时长时间激光加工产生的光污染会对实验人员的身体造成损伤，同时产生的光污染也是一种能源的浪费，为此需要针对以上问题做出相应的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法，用来提高激光打孔的质量，消除因加工受热而产生的微裂纹及变形等技术缺陷。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，包括待打孔工件，所述待打孔工件固定安装在三维移动平台上，所述待打孔工件上方设有激光打孔系统，所述待打孔工件周围安装有喷嘴，所述喷嘴通过真空保温绝热管与液氮储罐连接。

上述方案中，所述三维移动平台固定安装有光能电池板，所述待打孔工件上安装有红外测温仪，所述光能电池板产生的电能用于供所述红外测温仪使用。

上述方案中，所述激光打孔系统包括激光发生器、扩束镜、全反镜和聚焦透镜，所述扩束镜用来将激光发生器发出的入射激光扩展成平行激光束，所述全反镜用来将所述扩束镜发出的平行单方向激光束转为竖直向下的激光束，并经过聚焦透镜作用照射到所述待打孔工件上。

上述方案中，所述真空保温绝热管通过夹具固定安装在所述光能电池板上。

上述方案中，所述真空保温绝热管上安装有二次深冷器，所述真空保温绝热管和所述液氮储罐之间安装有液氮控制阀。

上述方案中，所述三维移动平台、所述红外测温仪、所述激光发生器、所述液氮控制阀和所述二次深冷器均与PLC控制系统连接。

本发明还提供一种利用节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置进行激光打孔的方法，包含以下步骤：A、将待打孔工件装夹在三维移动平台16上；B、启动PLC控制系统，三维移动平台按照预先设置的打孔轨迹移动，液氮冷却和激光打孔同时在打孔工件上进行，光能电池板源源不断的将光能转化为电能输送给红外测温仪； C、打孔加工完成后,关闭所有装置，取出加工零件，并对工作台进行清理。

本发明的有益效果: （1）采用液氮冷却系统，在每次孔加工完成后对孔进行快速冷却，极大降低了激光加工产生的高温对加工质量的影响，提高了加工孔的表面质量和减少了变形和微裂纹的发生。（2）光电回收利用系统不仅对激光加工产生的光污染进行回收利用，节约了成本，还将光污染与工作人员隔离，极大降低了光污染对工作人员身体健康的损伤。（3）本发明可直接通过简单的链接方式改装附加在激光设备系统上，适应性强。

附图说明

图1为本发明装置的结构原理图。

图2为本发明光能电池板的俯视图。