CN102249528A - 玻璃三维加工的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃三维加工的装置及方法，超短脉冲激光器的输出端依次布置扩束镜和45度全反射镜，45度全反射镜的输出端布置三维动态聚焦***，三维动态聚焦***的输出端布置远心场镜，远心场镜正对于平台，平台上方安装吹气装置；平台的X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Z轴传送单元包括Z轴滑轨和控制Z轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，Z轴传送单元安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板置于Z轴传送单元的Z轴滑轨上，耐高温陶瓷基板上固定玻璃样品，其左右两端均连接集尘管。通过三维移动平台，实现大幅面的尺寸图形加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃三维加工的装置及其方法。
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，对于玻璃基板有了三维异形切割要求，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。
传统的玻璃异形切割方法是使用钻石或硬金属轮插补法，加工过程中并有切割辅助液体的加入，这种机械插补切割方法切割效率低，良品率低，而且切割中人为的添加切割辅助剂，导致液态辅助剂的黏附样品，对具有电路结构ITO导电玻璃电路存在短路影响；另外，切割切面比较粗糙，存在微细的裂纹，存在着局部应力，由于是直接与样品接触加工，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，复杂的图形切割还需要多次重新更换刀头和夹具，加工工序较多，机械插补切割法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。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，因此一般玻璃适合用紫外激光和CO2激光进行加工。但是这两种激光对较厚玻璃深加工时，会有一定锥度的存在，并且随着玻璃厚度增加和所加工三维异形图形的复杂程度增加，锥度愈发明显，影响产品的实际使用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种玻璃三维加工的装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
玻璃三维加工的装置，特点是：超短脉冲激光器的输出端布置有光闸，光闸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三维动态聚焦***，三维动态聚焦***的输出端布置有远心场镜，所述远心场镜正对于平台，所述平台的上方还安装有吹气装置；所述平台包含X轴传送单元、Y轴传送单元、Z轴传送单元和耐高温陶瓷基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Z轴传送单元包括Z轴滑轨和控制Z轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，Z轴传送单元安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板连接于Z轴传送单元的Z轴滑轨上，耐高温陶瓷基板上固定玻璃样品，玻璃样品的左右两端分别连接集尘管。
进一步地，上述的玻璃三维加工的装置，其中，所述超短脉冲激光器是波长为532nm绿光波段的激光器。
本发明装置实现玻璃三维加工的方法，包括如下步骤：
a)由三维动态聚焦***将超短脉冲激光聚焦在玻璃内，伴随着激光异形扫描玻璃，整个加工过程呈现螺旋状加工；
b)由X轴传送单元、Y轴传送单元、Z轴传送单元移动平台；
c)平台上的集尘管，将扫描后的玻璃熔渣收集；
d)平台上的吹气装置将玻璃上表面加工的熔渣和粉尘颗粒吹走。
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：
本发明通过将超短脉冲激光聚焦在玻璃内部，根据三维动态聚焦振镜的特性，实现在聚焦焦点处上下5mm的三维任意图形加工，并三维移动平台，完成大幅面的尺寸图形加工，具有加工图形边缘光滑光泽、加工后强度高和加工效率高等特点。
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：本发明装置的结构示意图；
图2：平台的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
如图1所示，玻璃三维加工的装置，超短脉冲激光器10的输出端布置有光闸16，超短脉冲激光器10是波长为532nm绿光波段的激光器，光闸16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的输出端布置有三维动态聚焦***12和三维动态聚焦***13，三维动态聚焦***13的输出端布置有远心场镜14，远心场镜14正对于平台19，平台19的上方还安装有吹气装置20。超短脉冲激光器10发出激光17到达光闸16，经过可调倍数的扩束镜15实现光束的放大，经过45度全反射镜11后，到达三维动态聚焦***12和三维动态聚焦***13，并在三维动态聚焦***中，调节光束在此***的理论零点位置，然后经过远心场镜14后，光束到达平台19，并开始在玻璃18内聚焦，加工过程中，吹气装置20开始运转。
如图2所示，平台包含X轴传送单元8、Y轴传送单元1、Z轴传送单元3和耐高温陶瓷基板7，X轴传送单元8包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元1包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Z轴传送单元3包括Z轴滑轨和控制Z轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元1安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，Z轴传送单元3安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板7连接于Z轴传送单元的Z轴滑轨上，耐高温陶瓷基板7上固定玻璃样品4，玻璃样品4的左端连接集尘管2，玻璃样品4的右端连接集尘管6，玻璃样品4上有吹气装置5。
玻璃三维加工时，其工艺为：
a)由三维动态聚焦***将超短脉冲激光聚焦在玻璃内，伴随着激光异形扫描玻璃，整个加工过程呈现螺旋状加工；采用三维动态聚焦振镜光路***，将超短脉冲激光聚焦在玻璃内，根据加工图案，激光开始异形扫描图案中各个位置单元，焦点随优化处理后的图层可以同步移动，整个加工过程呈现螺旋状加工；激光焦点根据加工图案聚焦在玻璃不同位置，并在此位置处，保证上下5mm的焦深区域，即可以有10mm焦深，根据处理的三维图形，控制***自动优化出最合理的加工路径，并保持高效率式螺旋状加工方式；
b)由X轴传送单元、Y轴传送单元、Z轴传送单元移动平台；实现XYZ三个方向移动的三维移动样品平台，并辅助样品密封载体，底部采用吸气集尘装置，将扫描后的强化玻璃熔渣收集，有助于加工效率的提高和加工边缘的光滑度，通过三维的移动平台，实现玻璃厚度为30mm内玻璃钻孔、刻槽切割，加工平面尺寸范围可达到500mm×350mm拼接加工；
c)平台上的集尘管，将扫描后的玻璃熔渣收集；
d)平台上的吹气装置将玻璃上表面加工的熔渣和粉尘颗粒吹走；吹气装置将玻璃上表面加工的熔渣和粉尘颗粒吹走，避免玻璃表面加工时的熔渣形成凝固层和颗粒状玻璃飞溅到未加工区域、致使微裂纹产生和ITO电路破坏。
由于采用的超短脉冲可见光波段的激光对玻璃吸收很少，因此，可以通过三维动态聚焦振镜实现在玻璃内的任意区域聚焦，并根据三维动态聚焦振镜的长焦深特性，在玻璃内实现任意区域的加工任何异形三维图案，加工中，结合平台的集尘管2、集尘管6和平台上吹气装置5，玻璃样品4加工过程中产生热应力很小，加工路径呈螺旋状上升，加工出的图形边缘光滑，内应力较小，强度较高，整体加工工艺方法对样品污染极少，加工效率较高，产品良品率较高，是一种新型的对环境友好的绿色加工工艺方法。
本发明利用激光光路聚焦***，将激光焦点聚焦在玻璃内部，配合三维动态聚焦振镜的高精尖光路优化处理***，结合三维移动样品平台，对玻璃进行三维加工，以得到切割面较为光滑，切割后玻璃强度保持较高的激光切割玻璃方法。此加工方法可以加工同玻璃类似性质的透明、脆性强的和硬度高的材料，具有较高的产品良品率和加工效率。
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.玻璃三维加工的装置，其特征在于：超短脉冲激光器(10)的输出端布置有光闸(16)，光闸(16)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)的输出端布置有三维动态聚焦***，三维动态聚焦***的输出端布置有远心场镜(14)，所述远心场镜(14)正对于平台(19)，所述平台(19)的上方还安装有吹气装置(20)；所述平台(19)包含X轴传送单元(8)、Y轴传送单元(1)、Z轴传送单元(3)和耐高温陶瓷基板(7)，X轴传送单元(8)包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元(1)包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Z轴传送单元(3)包括Z轴滑轨和控制Z轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元(1)安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，Z轴传送单元(3)安装于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板(7)连接于Z轴传送单元的Z轴滑轨上，耐高温陶瓷基板(7)上固定玻璃样品(4)，玻璃样品(4)的左右两端分别连接集尘管。
2.根据权利要求1所述的玻璃三维加工的装置，其特征在于：所述超短脉冲激光器(10)是波长为532nm绿光波段的激光器。
3.利用权利要求1所述装置实现玻璃三维加工的方法，其特征在于包括如下步骤：
a)由三维动态聚焦***将超短脉冲激光聚焦在玻璃内，伴随着激光异形扫描玻璃，整个加工过程呈现螺旋状加工；
b)由X轴传送单元、Y轴传送单元、Z轴传送单元移动平台；
c)平台上的集尘管，将扫描后的玻璃熔渣收集；
d)平台上的吹气装置将玻璃上表面加工的熔渣和粉尘颗粒吹走。
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|---|---|---|---|---|
| CN105149773A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-16 | 苏州图森激光有限公司 | 一种透明玻璃的加工方法及装置 |
| CN109352190A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-02-19 | 深圳市吉祥云科技有限公司 | 一种激光钻孔控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101564794A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-10-28 | 苏州德龙激光有限公司 | 用于切割大功率led芯片用铜基板的紫外激光设备 |
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