CN108465943B

CN108465943B - 一种外包金属壳体的激光解体设备及其使用方法

Info

Publication number: CN108465943B
Application number: CN201810204799.4A
Authority: CN
Inventors: 王春明; 刘博文; 黎硕
Original assignee: Wuhan Sky Laser Tech Co ltd
Current assignee: Wuhan Sky Laser Tech Co ltd
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: CN108465943A

Abstract

本发明公开一种外包金属壳体的激光解体装置，包括控制柜和室内设备，控制柜包括激光发射器和控制系统，室内设备包括有设置于其中并通过车床进行支撑的移动切割装置和夹持操作平台，激光发射器的激光器采用脉冲激光器，移动切割装置包括梁架、滑动连接在梁架上的前溜板和后溜板，前溜板上设置的激光切割头与激光发射器相连接，后溜板上固定有切割钳；夹持操作平台包括固定在车床上的滑座、夹头部件和驱动电机，夹头部件与滑座活动连接并与驱动电机电连接。本发明的激光解体设备及其使用方法，通过非穿透式激光解体方法对试验工件解体，具有切割效率高、切割质量好的特点，并且对激光解体深度精确可控，能够防止对内部材料造成损伤。

Description

一种外包金属壳体的激光解体设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，特别是涉及一种外包金属壳体的激光解体设备及其使用方法。

背景技术

这些年来，激光切割技术广泛应用于众多领域。而随着加工技术的发展，越来越多的材料被加工使用的同时，有某些重要材料或产品需要外部添加金属硬壳来进行保护，在材料需要加工时和产品需要使用或者更换时，必须先将表面的金属硬壳去除。传统的方法(如机械刮削)，存在切割效率低下，切割残渣污染严重，易损伤内部材料的问题；激光切割方法由于激光切割头的工作特性，并需要高速高压的气流吹除表面切割残余，同样存在易损伤内部材料的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种外包金属壳体的激光解体设备及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，具有切割效率高、切割质量好的特点，并且对激光解体深度精确可控，能够防止对内部材料造成损伤。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种外包金属壳体的激光解体装置，包括控制柜和室内设备，所述控制柜包括激光发射器和控制系统，所述室内设备包括有设置于其中并通过车床进行支撑的移动切割装置和夹持操作平台，所述激光发射器的激光器采用脉冲激光器，所述控制系统与所述激光发射器、移动切割装置及夹持操作平台均电连接；所述移动切割装置包括梁架、滑动连接在所述梁架上的前溜板和后溜板，所述前溜板上设置的激光切割头与所述激光发射器相连接，所述后溜板上固定有切割钳；所述夹持操作平台包括固定在所述车床上的滑座、夹头部件和驱动电机，所述夹头部件与所述滑座活动连接并与所述驱动电机电连接。

可选的，所述激光发射器包括与所述控制系统连接并依次设置的激光器、整合隔离器、激光匀化器、Y扫描器、X扫描器和透镜。

可选的，所述透镜为F-theta透镜，所述激光切割头中内置有振镜系统，所述激光器为纳秒级脉冲激光器。

可选的，所述梁架包括固定连接的横梁和立柱，所述立柱固定在所述车床一侧，所述横梁上配置有两根直线导轨和与所述直线导轨相匹配的直齿条，所述前溜板和后溜板分别与两根所述直线导轨上的直齿条固定连接。

可选的，所述前溜板配置有第一横向运动电机和第一垂向直线滑台，所述第一垂向直线滑台内置丝杠驱动，所述激光切割头安装在所述第一垂向直线滑台上。

可选的，所述后溜板配置有第二横向运动电机和第二垂向直线滑台，所述切割钳安装在所述第二垂向直线滑台上。

可选的，所述车床上设置有两组直线导轨，滑座对称滑动安装在两组直线导轨上。

可选的，所述滑座上设置有三组夹头部件。

可选的，所述激光解体装置还包括有设置于所述控制柜中的水冷机，所述水冷机用于对所述激光发射器进行冷却。

本发明还提供一种外包金属壳体的激光解体方法，应用于上述的外包金属壳体的激光解体装置，包括以下步骤：

(1)将试验工件固定在夹头部件上，并调整夹头部件在车床上的位置，将激光切割头固定在前溜板上；

(2)完成前期设备检查后，调节前溜板的位置，使激光切割头移动到工作区域，并调节高度保证焦距的稳定长度；并根据板材实际情况设定工艺参数保证非穿透式脉冲激光解体，调节后溜板位置，保证与前溜板的相对位置；

(3)设定工艺参数，分别设定平均功率为50W～400W，可调脉宽为200～400ns，激光重复频率为10～1000kHz，激光扫描次数30～400次，激光切割速度为100mm/s～800mm/s，使得激光束成垂直角度入射；

(4)开启车床电机，开启夹头部件旋转电机，开启激光切割头振镜系统，激光器启动，激光解体工作开始；

(5)脉冲激光解体完成预定扫描次数后，关闭激光器，激光切割头振镜系统停止工作，关闭夹头部件旋转电机，关闭车床电机，激光解体工作停止；

(6)观察脉冲激光解体作用过程后的效果，根据解体后的表面状态，重复进行(3)～(5)的过程，在激光切割头作用后，启动切割钳，对剩下的金属壳体进行切割，完成试验工件的脉冲激光解体过程；

(7)重复步骤(1)～(6)完成下一个试验工件的脉冲激光解体。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、解体效率高。利用脉冲激光束作用于表面保护层或硬壳，加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，足以避免热传导造成的熔化，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。具备更高的解体效率和更好的解体效果。

2、解体效果好。本发明提供狭的直边割缝；最小的邻近切边的热影响区；极小的局部变形，解体效果好。

3、变形小，适用性好。本发明作用于工件，无机械变形；无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割

4、可控性强。本发明与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；由于不存在对切割工件的大小及深度限制，激光束具有无限的仿形切割能力

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明中外包金属壳体激光解体装置的整体结构示意图；

图2为本发明中外包金属壳体激光解体装置的正面示意图；

图3为激光发射器的示意图；

图4为实验工件示意图；

图5外包金属壳体激光解体方法流程图；

其中，1立柱；2横梁；3夹头部件；4试验工件；5车床；6后溜板；7切割钳；8前溜板；9激光切割头；10控制柜；11控制系统；12整合隔离器；13激光匀化器；14Y扫描器；15X扫描器；16透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的外包金属壳体的激光解体装置，包括控制柜和室内设备，控制柜包括激光发射器和控制系统，室内设备包括有设置于其中并通过车床进行支撑的移动切割装置和夹持操作平台，激光发射器的激光器采用脉冲激光器，控制系统与激光发射器、移动切割装置及夹持操作平台均电连接；移动切割装置包括梁架、滑动连接在梁架上的前溜板和后溜板，前溜板上设置的激光切割头与激光发射器相连接，后溜板上固定有切割钳；夹持操作平台包括固定在车床上的滑座、夹头部件和驱动电机，夹头部件与滑座活动连接并与驱动电机电连接。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-5，其中，图1为本发明中外包金属壳体激光解体装置的整体结构示意图；图2为本发明中外包金属壳体激光解体装置的正面示意图；图3为激光发射器的示意图；图4为实验工件示意图；图5外包金属壳体激光解体方法流程图。

如图1-5所示，本发明提供一种外包金属壳体的激光解体装置，包括控制柜10和室内设备，控制柜10包括激光发射器和控制系统11，室内设备包括有设置于其中并通过车床5进行支撑的移动切割装置和夹持操作平台，激光发射器的激光器采用脉冲激光器，控制系统11与激光发射器、移动切割装置及夹持操作平台均电连接；移动切割装置包括梁架、滑动连接在梁架上的前溜板8和后溜板6，前溜板8上设置的激光切割头9与激光发射器相连接，后溜板6上固定有切割钳7；夹持操作平台包括固定在车床5上的滑座、夹头部件3和驱动电机，夹头部件3与滑座活动连接并与驱动电机电连接。

本发明是对某些重要材料及产品的外包金属壳体进行非穿透式脉冲激光解体，主要是为了去除金属硬壳。某些重要材料或产品需要外部添加金属硬壳来进行保护，在材料需要加工时和产品需要使用或者更换时，必须先将金属硬壳去除。传统的方法(如机械刮削)，存在切割效率低下，切割残渣污染严重，易损伤内部材料的问题；激光切割方法由于激光切割头9的工作特性，并需要高速高压的气流吹除表面切割残余，同样存在易损伤内部材料的问题。所以采用非穿透式脉冲激光解体方法能高效环保，并且保证不损伤材料的基础上完成表面保护层或者硬壳去除。

非穿透式激光解体利用激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，可提供狭的直边割缝；最小的邻近切边的热影响区；极小的局部变形。其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着工件无机械变形；无刀具磨损，也不用考虑刀具的转换问题；切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。最后，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；由于不存在对切割工件的大小及深度限制，激光束具有无限的仿形切割能力。

激光发射器包括与控制系统11连接并依次设置的激光器、整合隔离器12、激光匀化器13、Y扫描器14、X扫描器15和透镜16。由控制系统11控制整合隔离器12，出光后经过激光匀化器13变成点光斑，然后经过Y扫描器14和X扫描器15后变成二维的面光束，经过F-theta透镜16后达到工件表面变成线光斑进行工件表面的非穿透激光解体。激光器为脉冲激光器，激光器类型为纳秒级光纤激光器，激光平均功率为50W～1000W，可调脉宽为150～500ns，激光重复频率为10～1000kHz，激光切割速度为100mm/s～1200mm/s，激光扫描次数为30～1000。

为了保证激光发射器的正常工作，故加入水冷机水冷，起到使用过程中的保护作用。控制柜10中的控制系统11对整个加工过程进行控制。

激光切割头9中内置有振镜系统。

梁架包括固定连接的横梁2和立柱1，立柱1固定在车床5一侧，横梁2上配置有两根直线导轨和与直线导轨相匹配的直齿条，前溜板8和后溜板6分别与两根直线导轨上的直齿条固定连接。横梁2长*宽*高为2400*300*350mm，立柱1长*宽*高为400*400*600mm。

前溜板8配置有第一横向运动电机和第一垂向直线滑台，前溜板8的横向行程为1800mm，由齿轮齿条驱动，垂向行程为1500mm，第一垂向直线滑台内置丝杠驱动，激光切割头9安装在第一垂向直线滑台上。

后溜板6配置有第二横向运动电机和第二垂向直线滑台，横向行程为1800mm，垂向行程为1500mm，切割钳7安装在第二垂向直线滑台上。

车床5上设置有两组直线导轨，滑座对称滑动安装在两组直线导轨上，电机驱动滑座沿车床5上的直线导轨纵向水平运动，行程约为200mm。

滑座上设置有三组夹头部件3，按切割位置不同可夹持试验工件4完成定位及旋转，旋转范围为±180°。激光切割头9脉冲激光束作用于表面金属硬壳进行切割，切割钳7为气动剪形结构，最大使用压力6bar。

(1)将试验工件4固定在夹头部件3上，并调整夹头部件3在车床5上的位置，将激光切割头9固定在前溜板8上；

(2)完成前期设备检查后，调节前溜板8的位置，使激光切割头9移动到工作区域，并调节高度保证焦距的稳定长度；并根据板材实际情况设定工艺参数保证非穿透式脉冲激光解体，调节后溜板6位置，保证与前溜板8的相对位置；

(4)开启车床5电机，开启夹头部件3旋转电机，开启激光切割头9振镜系统，激光器启动，激光解体工作开始；

(5)脉冲激光解体完成预定扫描次数后，关闭激光器，激光切割头9振镜系统停止工作，关闭夹头部件3旋转电机，关闭车床5电机，激光解体工作停止；

(6)观察脉冲激光解体作用过程后的效果，根据解体后的表面状态，重复进行(3)～(5)的过程，在激光切割头9作用后，启动切割钳7，对剩下的金属壳体进行切割，完成试验工件4的脉冲激光解体过程；

(7)重复步骤(1)～(6)完成下一个试验工件4的脉冲激光解体。

为了对安置在外包金属壳体内部的材料有效保护，根据控制柜10对外包金属壳的物化性能进行分析，并设定严格的工艺规范，以不锈钢材料为例，具体如下：

(1)不锈钢板厚度为0.8mm以下时，激光功率选择50-150W，激光扫描次数100-300，切割速度选择30-250mm/s。

(2)不锈钢板厚度为0.8-2mm时，激光功率选择100-400W，激光扫描次数150-600，切割速度选择200-800mm/s。

(3)不锈钢板厚度为2mm以上时，激光功率选择400-1000W，激光扫描次数400-1000，切割速度选择500-1200mm/s。

在以上每项工艺完成后，需要用切割钳7对剩下的金属壳体进行切割，完成激光解体工艺全过程。

图4是试验工件4示意图。内部规律排列的圆形代表重要的材料或者产品，外部六边形框体为外包金属壳体，解体过程结束后，把内部的重要材料或者产品取出，利用激光切割头9和切割钳7的联合作用，使得内部材料不受脉冲激光束的影响，安全可靠。

本发明采用纳秒级光纤激光器，能获得更好表面清洗效果，利用脉冲激光束作用于表面保护层或硬壳，加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，足以避免热传导造成的熔化，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口，切割效率高，切割质量好；本发明对试验工件4的物化性质进行分析，对激光解体深度精确可控，用脉冲激光束对表面材料进行解体后，未对金属壳体造成完全穿透，通过切割钳7对仅剩的金属硬壳作用，使得脉冲激光束不会与内部材料发生接触，由此不会对内部材料造成任何损伤。

需要说明的是，本发明中的外包金属壳体的激光解体装置及其使用方法的技术方案并不局限，也可以是以下方式：

1.能基于其他的原理完成激光解体，如融化或融化汽化结合等方式。

2.能改换其他的激光器及激光器类型。

3.能改换脉冲激光束作用后其他的压力切割装置对剩余金属壳体进行切割

4.激光解体方法步骤顺序能做柔性调整。

5.激光解体工艺参数能做其他组合匹配。

6.激光发射器、切割钳、控制柜、水冷机以及车床、夹头部件、前后溜板及梁架在外观及类型方面可以做出许多变形和修改。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：包括控制柜和室内设备，所述控制柜包括激光发射器和控制系统，所述室内设备包括有设置于其中并通过车床进行支撑的移动切割装置和夹持操作平台，所述激光发射器的激光器采用脉冲激光器，所述控制系统与所述激光发射器、移动切割装置及夹持操作平台均电连接；所述移动切割装置包括梁架、滑动连接在所述梁架上的前溜板和后溜板，所述前溜板上设置的激光切割头与所述激光发射器相连接，所述后溜板上固定有切割钳；所述夹持操作平台包括固定在所述车床上的滑座、夹头部件和驱动电机，所述夹头部件与所述滑座活动连接并与所述驱动电机电连接；

所述前溜板配置有第一横向运动电机和第一垂向直线滑台，所述第一垂向直线滑台内置丝杠驱动，所述激光切割头安装在所述第一垂向直线滑台上；所述后溜板配置有第二横向运动电机和第二垂向直线滑台，所述切割钳安装在所述第二垂向直线滑台上。

2.根据权利要求1所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：所述激光发射器包括与所述控制系统连接并依次设置的激光器、整合隔离器、激光匀化器、Y扫描器、X扫描器和透镜。

3.根据权利要求2所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：所述透镜为F-theta透镜，所述激光切割头中内置有振镜系统，所述激光器为纳秒级脉冲激光器。

4.根据权利要求1所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：所述梁架包括固定连接的横梁和立柱，所述立柱固定在所述车床一侧，所述横梁上配置有两根直线导轨和与所述直线导轨相匹配的直齿条，所述前溜板和后溜板分别与两根所述直线导轨上的直齿条固定连接。

5.根据权利要求1所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：所述车床上设置有两组直线导轨，滑座对称滑动安装在两组直线导轨上。

6.根据权利要求1所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：所述滑座上设置有三组夹头部件。

7.根据权利要求1所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：所述激光解体装置还包括有设置于所述控制柜中的水冷机，所述水冷机用于对所述激光发射器进行冷却。

8.一种外包金属壳体的激光解体方法，应用于权利要求1-7中任一项所述的外包金属壳体的激光解体装置，其特征在于：包括以下步骤：

(7)重复步骤(1)～(6)完成下一个试验工件的脉冲激光解体。