CN102718398A - 一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，所述装置包含有激光器（1），所述激光器（1）发射的激光经光闸（2）和扩束镜（3）后入射到半透半反镜（4）的表面，经半透半反镜（4）反射的激光经光学扫描***后垂直射向平台（9），经半透半反镜（4）透射后的激光经全反射镜（5）反射后再经光学扫描***后垂直射向平台（9），所述光学扫描***包含有振镜***（6）和聚焦镜（7），进入光学扫描***的激光经振镜***（6）后再经聚焦镜（7）聚焦出射。本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，加工效率高、加工效果好。

Description

一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用双光路形式的超短脉冲激光对玻璃进行切割的装置以及切割方法，尤其是涉及对一种可对Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail玻璃（龙迹玻璃）进行异形切割的装置以及切割方法，属于盖板玻璃、触摸屏以玻璃微加工技术领域。

背景技术

Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail（龙迹玻璃）钢化玻璃由于其的高透性及高强度，广泛应用于显示屏器件。传统玻璃切割主要是刀轮切割、磨棒研磨及二氧化碳激光切割。刀轮切割只能对未钢化玻璃进行外形的直线切割和半径较大的曲线切割，切割之后还需要进行裂片才能得到完整的外形。而对于钢化后的Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail（龙迹玻璃）玻璃，刀轮则很难切割。对于玻璃内部封闭区域的切割，只能先用钻头钻个小孔，再换不同的磨棒研磨至要求的大小，磨棒损耗很大，效率很低。二氧化碳激光切割也只能对普通玻璃和钢化程度较低的玻璃进行切割，切割后也需要裂片工序，对于内部封闭区域也无法加工。对于Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail（龙迹玻璃）钢化玻璃，目前的各种加工方法都不能有效实行稳定的异形切割，还是需要将未钢化的玻璃切割研磨后再进行钢化处理，效率极低。

激光切割技术的定义以激光束为热源，采用热去除方法进行的材料分离技术，从而形成切割道的材料加工方法。激光束被聚焦在材料表面，使得材料表面温度急剧升高而达到材料的蒸发气化状态，从而实现材料的去除。这里面包含了材料对光束能量的吸收和材料中的热传导过程。在这个过程中，材料被加热发生急剧气化的过程，主要取决于激光与材料作用时间和激光光束峰值功率；

随着手机、平板电脑等电子显示行业的持续增长，Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail（龙迹玻璃）玻璃作为高端应用，传统加工方式已经无法满足需求因此，特别需要一种突破传统的Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail（龙迹玻璃）玻璃异形加工方法和装置，而激光作为现代工业中先进的加工手段，越发受到各个行业的重视，通过来激光来实现玻璃切割的可行性和实用性也得到越来越多的验证，但是目前还没有一种能高效率、高质量和高精度进行Gorilla（大猩猩玻璃）、Sodalime（钠钙玻璃）及Dragontrail（龙迹玻璃）钢化玻璃异形切割的装备和工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种加工效率高、加工效果好的一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，所述装置包含有激光器，所述激光器发射的激光经光闸和扩束镜后入射到半透半反镜的表面，经半透半反镜反射的激光经光学扫描***后垂直射向平台，经半透半反镜透射后的激光经全反射镜反射后再经光学扫描***后垂直射向平台。 

本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，所述光学扫描***包含有振镜***和聚焦镜，进入光学扫描***的激光经振镜***后再经聚焦镜聚焦出射。

本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，所述半透半反镜与入射激光的光路呈45°，所述全反射镜与入射到其表面的激光的光路呈45°。

本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，所述平台上方设置有CCD成像***，所述平台上方的左右两侧设置有吹气装置，所述平台的下方设置有集尘装置。

本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的方法，所述方法包含有以下步骤：

步骤一：启动一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，两路激光同时射向平台上的待切割玻璃；并通过光学扫描***将两路激光分别聚焦在玻璃的下表面；

步骤二：激光在玻璃的下表面按所需图形进行行走，使得聚光点处、聚光点邻近区域或者同时在聚光点处和聚光点邻近区域的玻璃气化、熔化或同时发生气化和融化，从而在玻璃的下表面上形成起始热去除区，并使起始热去除区在所述玻璃下表面上沿预定路径连续分布从而形成起始热去除线，多条起始热去除线横向叠加形成起始热去除道；

步骤三：激光在步骤二中新形成的起始热去除道附近聚光，使得聚光点处、聚光点邻近区域或者同时在聚光点处和聚光点邻近区域的玻璃气化、熔化或同时发生气化和融化，从而形成后续热去除区，并使后续热去除区沿预定路径连续分布从而形成后续热去除线，多条后续热去除线横向叠加形成后续热去除道； 

步骤四：每层的玻璃去除完成后，将聚焦的激光焦点逐渐由下往上移动，随后重复步骤二和步骤三，直至逐层去除玻璃到玻璃的中部；

步骤五：将聚焦的激光焦点移动至玻璃的上表面，进行步骤二和步骤三；

步骤六：随后将聚焦的激光焦点逐渐由上往下运动，重复进行步骤二和步骤三逐层去除玻璃直至玻璃中部；

步骤七：将玻璃中部的玻璃去除，实现玻璃的切穿。

在进行步骤二和步骤三的同时，位于平台上方的吹气装置（8）对玻璃的上表面进行冷却以防止玻璃上表面剩余的薄层由于热积累而破裂；同时加工过程中的玻璃残渣在重力的作用下落入位于平台下方的集尘装置中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)加工范围不受材料物理 、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料； 

(2)易于加工复杂型面、微细表面； 

(3)易获得良好的切割截面质量，切割碎屑污染，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小；

(4)能够在封闭区域进行钢化玻璃的异形切割，上下各半切割能保持钢化玻璃两面的应力平衡，防止钢化玻璃在加工过程中两面应力失衡引起的破裂，有极高的稳定性。

(5)3D动态扫面聚焦镜和双光路***能大幅提升加工效率；

(6)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用；

(7)使用玻璃可以透过的波长的激光，聚焦在下表面开始加工，可以形成垂直光滑的切割截面；切割后去除部分自动掉落，不需进行二次裂片成型。

由此可见使用本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置不但大幅度提高了玻璃切割的加工效率，而且大大提供了切割的效果。

附图说明

图1为本发明一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置的结构示意图。

其中：

激光器1、光闸2、扩束镜3、半透半反镜4、全反射镜5、振镜***6、聚焦镜7、吹气装置8、平台9、集尘装置10、CCD成像***11。

具体实施方式

参见图1，本发明涉及的一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，所述装置包含有激光器1，所述激光器1发射的激光经光闸2和扩束镜3后入射到半透半反镜4的表面（半透半反镜4与入射激光的光路呈45°），经半透半反镜4反射的激光经光学扫描***后垂直射向平台9，经半透半反镜4透射后的激光经全反射镜5反射后再经光学扫描***后垂直射向平台9（全反射镜5与入射到其表面的激光的光路呈45°），所述光学扫描***包含有振镜***6和聚焦镜7，进入光学扫描***的激光经振镜***6动态扫描后再经聚焦镜7聚焦出射；所述平台9上方设置有CCD成像***11，所述平台9上方的左右两侧设置有吹气装置8，所述平台9的下方设置有集尘装置10。

本发明涉及的一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的方法包含有以下步骤：

步骤一：启动如权利要求1所述的一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，两路激光同时射向平台9上的待切割玻璃；并通过光学扫描***将两路激光分别聚焦在玻璃的下表面；

步骤二：激光在玻璃的下表面按所需图形进行行走，使得聚光点处、聚光点邻近区域或者同时在聚光点处和聚光点邻近区域的玻璃气化、熔化或同时发生气化和融化，从而在玻璃的下表面上形成起始热去除区，并使起始热去除区在所述玻璃下表面上沿预定路径连续分布从而形成起始热去除线，多条起始热去除线横向叠加形成起始热去除道；

步骤三：激光在步骤二中新形成的起始热去除道附近聚光，使得聚光点处、聚光点邻近区域或者同时在聚光点处和聚光点邻近区域的玻璃气化、熔化或同时发生气化和融化，从而形成后续热去除区，并使后续热去除区沿预定路径连续分布从而形成后续热去除线，多条后续热去除线横向叠加形成后续热去除道；后续热去除道的目的在于增加切割宽度，让切割后的残渣能够及时排出，不会附着在玻璃内壁上影响后续的加工，从而保证工艺的稳定性，且切割完成后无需再进行裂片；

步骤四：每层的玻璃去除完成后（每次去除玻璃的厚度是由工艺参数来保证的，一般认为完成步骤二和步骤三后一层玻璃就会被完全去除），将聚焦的激光焦点逐渐由下往上移动，随后重复步骤二和步骤三，直至逐层去除玻璃到玻璃的中部；

步骤五：将聚焦的激光焦点移动至玻璃的上表面，进行步骤二和步骤三；

步骤六：随后将聚焦的激光焦点逐渐由上往下运动，重复进行步骤二和步骤三逐层去除玻璃直至玻璃中部；

步骤七：将玻璃中部的玻璃去除，实现玻璃的切穿。

（上述步骤中，上指玻璃的上表面；下指玻璃的下表面）；

同时，在进行步骤二和步骤三的同时，位于平台9上方的吹气装置8对玻璃的上表面进行冷却以防止玻璃上表面剩余的薄层由于热积累而破裂；同时加工过程中的玻璃残渣在重力的作用下落入位于平台9下方的集尘装置10中。

Claims (6)

1.一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，其特征在于：所述装置包含有激光器（1），所述激光器（1）发射的激光经光闸（2）和扩束镜（3）后入射到半透半反镜（4）的表面，经半透半反镜（4）反射的激光经光学扫描***后垂直射向平台（9），经半透半反镜（4）透射后的激光经全反射镜（5）反射后再经光学扫描***后垂直射向平台（9）。

2.如权利要求1所述一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，其特征在于：所述光学扫描***包含有振镜***（6）和聚焦镜（7），进入光学扫描***的激光经振镜***（6）后再经聚焦镜（7）聚焦出射。

3.如权利要求1或2所述一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，其特征在于：所述半透半反镜（4）与入射激光的光路呈45°，所述全反射镜（5）与入射到其表面的激光的光路呈45°。

4.如权利要求1或2所述一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，其特征在于：所述平台（9）上方设置有CCD成像***（11），所述平台（9）上方的左右两侧设置有吹气装置（8），所述平台（9）的下方设置有集尘装置（10）。

5.一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的方法，其特征在于：所述方法包含有以下步骤：

步骤一：启动如权利要求1所述的一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的装置，两路激光同时射向平台（9）上的待切割玻璃；并通过光学扫描***将两路激光分别聚焦在玻璃的下表面；

步骤二：激光在玻璃的下表面按所需图形进行行走，使得聚光点处、聚光点邻近区域或者同时在聚光点处和聚光点邻近区域的玻璃气化、熔化或同时发生气化和融化，从而在玻璃的下表面上形成起始热去除区，并使起始热去除区在所述玻璃下表面上沿预定路径连续分布从而形成起始热去除线，多条起始热去除线横向叠加形成起始热去除道；

步骤三：激光在步骤二中新形成的起始热去除道附近聚光，使得聚光点处、聚光点邻近区域或者同时在聚光点处和聚光点邻近区域的玻璃气化、熔化或同时发生气化和融化，从而形成后续热去除区，并使后续热去除区沿预定路径连续分布从而形成后续热去除线，多条后续热去除线横向叠加形成后续热去除道； 

步骤四：每层的玻璃去除完成后，将聚焦的激光焦点逐渐由下往上移动，随后重复步骤二和步骤三，直至逐层去除玻璃到玻璃的中部；

步骤五：将聚焦的激光焦点移动至玻璃的上表面，进行步骤二和步骤三；

步骤六：随后将聚焦的激光焦点逐渐由上往下运动，重复进行步骤二和步骤三逐层去除玻璃直至玻璃中部；

步骤七：将玻璃中部的玻璃去除，实现玻璃的切穿。

6.如权利要求5所述一种超短脉冲双光路激光异形切割玻璃的方法，其特征在于：在进行步骤二和步骤三的同时，位于平台（9）上方的吹气装置（8）对玻璃的上表面进行冷却以防止玻璃上表面剩余的薄层由于热积累而破裂；同时加工过程中的玻璃残渣在重力的作用下落入位于平台（9）下方的集尘装置（10）中。

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