CN102249527A - 用于切割玻璃的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于切割玻璃的装置及其方法，CO₂激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有45度全反射镜，45度全反射镜的输出端布置有聚焦镜，聚焦镜正对于加工平台。用于切割玻璃时，通过球形刀轮在玻璃断裂位置始端初切一个应力源点；聚焦的激光束在玻璃表面形成一个应力破裂带，切割的轮廓线是一个矩形光斑沿着刀轮初切点组成的切割道；冷却介质沿着激光划线的方向喷洒，使应力沿着激光划线切割道发展；通过裂片装置将玻璃沿着激光划线的切割道断裂。实现玻璃正幅面裂断加工，得到符合高精度加工要求尺寸的、边缘质量较好的不同厚度电子玻璃的制品。

Description

用于切割玻璃的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种激光切割设备，尤其涉及一种用于切割玻璃的装置及其方法。

背景技术

由于IT产业(小型cell)及电视(大型cell)等不同用途的电子产品持续增长需求，对于玻璃基板有了大型规格1500×1800mm以上切割要求，切割玻璃厚度0.6mm以下切割要求和切割后玻璃强度保持高水平切割要求。

传统的玻璃切割方法是使用钻石或硬金属轮划线，然后用机械的方法折断玻璃，这种方法容易造成材料的浪费，而且切割中往往伴随着切割辅助剂，液态辅助剂的黏附问题和对具有电路结构ITO导电玻璃电路短路影响，切割切面比较粗糙，存在微细的裂纹，存在着局部应力，切割中会产生微小颗粒会溅射到导电玻璃的基地上导致电路机构破坏，切割后还必须进行清洗、抛光等后处理，机械划线切割对玻璃内在的破坏成为导致显示器和触摸屏失效的重要因素，这些切割不良品都是对已经接近成品的电子玻璃一种重要浪费。

玻璃的激光切割可以避免这些问题的出现，而且激光具有非接触、无污染环境、易控制等特性，使其成为当代玻璃切割的重要应用热点，并且逐渐会在工业中得到广泛的应用。首先，玻璃是一种熔融的无机产品，有独特的机械和热导性，这些性能与温度密切相关，常温下，玻璃具有非延展性，是一种理想的脆性材料。如果对玻璃进行加热，随着温度的升高，玻璃的强度就会下降，延展性就会增加，当温度升高到软化温度时，玻璃表现出塑性。因此，在玻璃的激光切割中，控制温度是一个对切割质量具有重要影响的工艺参数。玻璃对于紫外激光和远红外激光具有较强的吸收，一般在90％以上，因此玻璃适合用紫外激光和CO₂激光进行加工。紫外激光器功率相对较低，但造价较高；而CO₂激光器光束质量因子较好，功率可以做到较高值，价格较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于切割玻璃的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于切割玻璃的装置，特点是：CO₂激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有45度全反射镜，45度全反射镜的输出端布置有聚焦镜，所述聚焦镜正对于加工平台。

进一步地，上述的用于切割玻璃的装置，所述CO₂激光器是波长为10640nm的远红外CO₂激光器。

上述装置用于切割玻璃的方法，包括如下步骤：

1)通过球形刀轮在玻璃断裂位置始端初切一个应力源点；球形刀轮通过电机控制，从水平距离激光光斑中心50mm处落下，在玻璃上切割道始端留下压痕，作为切割道上应力源；

2)聚焦的激光束在玻璃表面形成一个应力破裂带，切割的轮廓线是一个矩形光斑沿着刀轮初切点组成的切割道；通过聚焦光路在玻璃表面形成椭圆型的聚焦点，相对玻璃表面移动激光光点形成所需的切割线；

3)冷却介质沿着激光划线的方向喷洒，使应力沿着激光划线切割道发展；淬火气水嘴随着激光光点的移动，淬火气水嘴将冷空气水吹到玻璃表面，对受热区域施行快速淬火，玻璃沿着应力最大的方向产生断裂；

4)通过裂片装置将玻璃沿着激光划线的切割道断裂。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明设备用于加工玻璃时，在玻璃表面切割道上产生压应力，并借助于冷却介质沿切割道冷却，从而产生拉应力，玻璃沿着切割道产生裂纹，并扩展，由于初切刀头先前在玻璃切割道的始端有初切，切割道上的裂纹最终会限制在沿着初切刀头在玻璃始端的压痕处发展，从而形成一个完整的裂纹带，通过手动掰断或者机械装置来完成玻璃最终裂断。通过这样，平台的反复移动，实现玻璃正幅面裂断加工，从而得到符合高精度加工要求尺寸的、边缘质量较好的不同厚度电子玻璃的制品，并能保证较高的加工效率，较小的对导电层ITO影响，并能切割传统机械切割不能完成的强化玻璃。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的光路***示意图；

图2：本发明的机械装置示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

具体实施方式

本发明提供一种切割玻璃的激光装置，采用CO₂激光器作为激光源进行玻璃切割，以实现通过借助于玻璃的材料特性，选择较低的CO₂激光器激光功率条件下，独特的聚焦装置、冷却介质使用和初切刀头切割辅助，实现激光切割玻璃。

如图1所示，用于切割玻璃的装置，CO₂激光器10是波长为10640nm的远红外CO₂激光器，CO₂激光器10的输出端设置有扩束镜15，扩束镜15的输出端布置有45度全反射镜11，45度全反射镜11的输出端布置有聚焦镜12，聚焦镜12正对于加工平台13。波长为10.6um的CO₂激光，加工前激光焦点聚焦位于玻璃的上表面，激光器10发出的激光经过扩束镜15后，到达45度全反射镜11，光路垂直改向，到达聚焦镜12后，聚焦成条形光斑14，条形光斑尺寸在30mm*0.2mm，聚焦镜聚焦后的条形光斑在焦点处保证激光能量在切割线两侧呈均匀和最优化分布。

如图2所示主体装置，控制***根据加工图的识别和导入之后，根据CCD对位装置，开始在加工平台13上定位玻璃26的切割道，并发送指令让初切刀头22在玻璃切割道的始端压痕23，以达到玻璃切割道上裂纹源形成，此时加工平台13按照如图2所示方向移动，聚焦后的条形光斑14在切割道上表明会留下较大的压应力，此时控制***发送给冷却装置24指令，令其对激光切割后的切割道25冷却，促使切割道表面形成较大的温度梯度和较大的拉应力，拉应力使玻璃表面沿着预定划线的切割道方向开始破裂，从而实现玻璃的切割

切割玻璃时，具体工艺步骤是：

1)初切刀头，激光光斑和冷却装置的冷却点在平台上的落点保证在一条水平线上，并且刀头在玻璃每条切割线的始端切割一个0.1mm的圆形区域，以便后来激光切割沿着此切割刀头始端开始切割，刀头切割的位置作为裂纹扩展源；

2)激光束通过光束聚焦装置，在玻璃的表面聚焦成一个0.2mm×30mm的均匀条形光斑，并沿着刀头在玻璃表面切割痕迹方向前进，通过平台的单向移动，激光束在玻璃表面形成一个加热带，较高的能量使该处温度急剧升高，表面产生较大的压应力，但压应力不会使玻璃产生破裂；

3)冷却介质沿着3mm的管道喷出，将激光加热的区域迅速冷却，急剧的降温使玻璃表面产生较大的拉应力，拉应力使玻璃表面沿着预定划线的方向开始破裂，实现玻璃的直线切割；切割玻璃时，在激光划线切割道前，将压缩气体沿着切割道吹下，将玻璃上的杂质吹走，以提高激光切割玻璃的工艺重复性和稳定性；

4)通过机械装置，将玻璃沿着激光切割线裂断，切割误差在0.03mm以内。通常被切割材料为玻璃或类似玻璃的易脆、硬质材料、双面强化玻璃和单面强化玻璃。

本发明采用波长为10640nm的远红外CO₂激光器，加工的材料为对远红外吸收率较高的玻璃类材料，玻璃强烈吸收波长为10.6um的CO₂激光，几乎所有的激光能量都被玻璃表面1-2um吸收层所吸收，相对玻璃表面移动。激光光点会形成所需要的切割线，而冷却介质沿着切割道的淬冷和初切刀头的位置控制，使得玻璃沿着固定的切割道裂纹生长并扩展，直至最终采用裂断工艺完成切割。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.用于切割玻璃的装置，其特征在于：CO₂激光器(10)的输出端设置有扩束镜(15)，扩束镜(15)的输出端布置有45度全反射镜(11)，45度全反射镜(11)的输出端布置有聚焦镜(12)，所述聚焦镜(12)正对于加工平台(13)。

2.根据权利要求1所述的用于切割玻璃的装置，其特征在于：所述CO₂激光器(10)是波长为10640nm的远红外CO₂激光器。

3.利用权利要求1所述装置用于切割玻璃的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)通过球形刀轮在玻璃断裂位置始端初切一个应力源点；球形刀轮通过电机控制，从水平距离激光光斑中心50mm处落下，在玻璃上切割道始端留下压痕，作为切割道上应力源；

2)聚焦的激光束在玻璃表面形成一个应力破裂带，切割的轮廓线是一个矩形光斑沿着刀轮初切点组成的切割道；通过聚焦光路在玻璃表面形成椭圆型的聚焦点，相对玻璃表面移动激光光点形成所需的切割线；

3)冷却介质沿着激光划线的方向喷洒，使应力沿着激光划线切割道发展；淬火气水嘴随着激光光点的移动，淬火气水嘴将冷空气水吹到玻璃表面，对受热区域施行快速淬火，玻璃沿着应力最大的方向产生断裂；

4)通过裂片装置将玻璃沿着激光划线的切割道断裂。

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