CN106994562A - 硬脆材料的激光切割方法及激光切割机 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种硬脆材料的激光切割方法，特别是一种降低硬脆材料发生崩边现象的激光切割方法，主要是在激光切割机的光学***中使用一偏极化光学元件对激光光源进行光束整型改质，通过光束整型改质方法将高斯分布的激光光束改型成一贝索分布的激光光束，其效果可以减少激光光束能量过度集中分布所造成被加工材料在聚焦点与其周边之间的温度差异，以降低因热应力所产生崩边现象。

Description

硬脆材料的激光切割方法及激光切割机
技术领域
本发明为一种硬脆材料的激光切割方法，特别是一种降低硬脆材料发生崩边现象的激光切割方法。
背景技术
近年来激光切割技术已经普遍的被用来切割发光二极体基板、蓝宝石基板或强化玻离等硬质透明材料。
激光切割技术是通过激光光聚焦于被加工材料上产生局部的热熔破坏，被加工材料在经过激光光的线性扫描后产生连续性的破坏割痕，再以机械裂片方式将被加工材料切割分离。
激光切割机，主要包括一激光光源、一激光光学***及一线性扫描运动机构。
其中激光光源主要提供一高能激光光束，激光光源可以是不同波长的高能激光光源装置(例如皮秒激光，飞秒激光等)，激光切割机通常还须要使用一能量控制器，用以调控激光光束的能量大小。
其中激光光学***主要是调控激光光束成可加工的高能激光光点，其通过包括复数光学透镜或元件等的激光光束调控模块将激光光源的激光光束调控成可以聚焦于被加工物表面的高能激光光点，其中激光光束调控模块通常会包括有扩束镜、反射镜组、曲面镜及物镜光学元件等，其中扩束镜将激光光源的激光光束扩大成较大直径的激光光束，反射镜组则用于改变激光光束的光径，曲面镜及物镜组合则调整激光光束的焦点及其景深等聚焦效果。
其中线性扫描运动机构主要是使高能聚焦的激光光束得以线性运行于被加工物各处表面的装置，可以是固定激光光学***中物镜位置，而移动X-Y工作台上的被加工物，或者是固定工作台上的被加工物，而移动激光光学***中物镜位置，移动物镜的方法通常可以由调整激光光束调控模块中反射镜组的位置与角度而达成。
一般的激光光源的光强分布为一高斯分布，其特征是激光光中心点的光强度远高过于其周边，激光光源的能量极度的集中于中心点的小范围。
对于具有高热传导性、延展性的金属材料，进行激光切割加工时高斯分布的激光光束能量集中金属材料的被加工物上并不会在聚焦点上的材料与其周边材料产生过度的温度差异，因而不会发生加工材料的崩裂现象，因此可以尽量提高激光光源的能量加快激光切割的加工效率。
对于陶瓷、玻璃或单晶等低热传导性又硬质的非金属材料，能量过度集中分布的激光光则在聚焦点材料与其周边材料产生相当的温度差异，因而产生相当热应力，其中热应力则进而产生崩边现象，崩边现象则使得切割面不平整或切割面破裂，不平整或破裂切割面是习用激光切割技术运用于硬脆非金属材料时加工品质低劣或不稳定的原因。
对于切割非金属材料，有些激光切割方法是通过降低激光光源的能量以便减少激光破坏范围，或以多次来回加工的方式来避免切割面不平整或破裂，虽然可以降低加工材料产生硬脆崩边结果，但是如此一来却明显会降低切割加工效率。
发明内容
为了改进现有技术的激光切割非金属材料所发生的加工品质低劣或不稳定的原因，本发明提供一种激光切割方法，特别是一种降低硬脆材料发生崩边现象的激光切割方法，主要是在激光切割机的光学***中对激光光源进行光束整型改质，通过光束整型改质方法将高斯分布的激光光束改型成一贝索分布的激光光束，其效果可以减少激光光束能量过度集中分布所造成被加工材料在聚焦点与其周边材料之间的温度差异，降低因热应力所产生崩边现象。
本发明提供一种激光切割机，包括一激光光源、一激光光束调控模块及一线性扫描运动机构，其中激光光束调控模块中使用一偏极化光学元件，通过该偏极化元件将该激光光束形成一偏极化激光光束，其中该偏极化光学元件是选自一偏极化锥镜，通过该偏极化锥镜将高斯分布的激光光束转换成光强度较均匀的偏极化贝索光束，减少激光光束能量过度集中分布于中心点，因而造成加工材料在聚焦点与其周边的加工界面产生温度差异过大的问题，因而可以降低热应力所产生崩边的现象，其明显利益是不必降低切割加工的效率又可提高切割加工的品质。
附图说明
图1为本发明激光切割机的光学***的示意图。
附图标记说明
11 激光光源装置
12 能量控制器
13 激光光束
21 扩束镜
211 激光光束
22 偏极化锥镜
221 偏极化激光光束
23 反射镜组
24 曲面镜
25 物镜
251 激光聚焦光束
3 被加工物件。
具体实施方式
本发明实施例中，本发明提供一种激光切割方法，其是使用包括下列装置进行激光切割程序：
提供一激光光源，及其光束的能量控制器；
提供一激光光学***，其包括有扩束镜、反射镜组、曲面镜及物镜等光学元件的光束调控模块；以及
提供一线性扫描运动机构，激光切割程序中利用线性扫描运动机构，将该光学***所产生的聚焦激光光束循序扫描聚焦于被加工物表面上；
其中光束调控模块中使用至少一偏极化锥镜，通过该偏极化锥镜将高斯分布的激光光束改型成一贝索分布的激光光束，同时将该激光光束偏极化。
实施例中，本发明提供一种激光切割机的光学***，其包括一激光光源及一激光光束调控模块；
其中激光光源包括激光光源装置，及其激光光束的能量控制器；
其中激光光束调控模块至少包括：
一扩束镜，其系用以扩大该激光光束的直径；
一偏极化锥镜，其是通过偏极化锥镜将该激光光束形成一偏极化激光光束；
一反射镜组，其包括数反射镜，其用以调控激光光束的路径；
一曲面镜，其用以调整激光光束的聚焦景深；以及
一物镜，其用于聚焦该激光光束，将激光光束聚焦于被加工物件的表面上。
实施例中，进行激光切割程序时使用包括下列装置：
一激光光源，适用于切割发光二极体基板、蓝宝石基板或强化玻离等硬质透明材料的激光光源包括有皮秒激光或飞秒激光等，现有技术的波长为266nm与2000nm之间的激光光源皆可被应用于切个割硬质透明的非金属材料，本实施例使用波长为1064nm的飞秒激光；
一能量控制器，其用以调控激光光束的能量大小，激光光束的能量大小则由切割程序的加工条件来决定；
一激光光学***，其包括有扩束镜、反射镜组、偏极化锥镜、曲面镜及物镜等光学元件的光束调控模块；
其中扩束镜，其利用一或复数透镜组合以数倍增加方式将激光光源的激光光束扩束成较大直径的激光光束，较大直径激光光束的能量较为分散，可以避免伤害其后的光束调控光学元件；
其中反射镜组，是因应激光切割机的空间有效利用问题要求而调整激光光束的路径，利用复数个反射镜将激光光源引导至输出光束的物镜上。此外，激光光束可以耦合进入光纤，利用光纤对激光光束进行传输，因此该反射镜组亦可改由使用光纤模块。
其中偏极化锥镜，本实施例中使用一偏极化锥镜，其目的系透过偏极化锥镜的锥镜结构将高斯分布的激光光束改型成一贝索分布的激光光束以避免能量集中分布中心点，并通过偏极化锥镜的偏极化光学效果将该激光光束形成一偏极化激光光束以调控能量分布的方式，其中偏极化激光光束的能量高点是围绕于光学焦点的周围而顺序移转形成环状分布，其效果尤其有助于降低光学焦点的中心与周围之间的能量吸收效果的差异，因而可以有效减少其间的热应力；
其中曲面镜及物镜，是利用曲面镜与物镜的组合可以决定激光光束的聚焦景深，对于不同的激光切割加工操作条件则须使用不同聚焦景深的设计，则调整曲面镜与物镜之间的距离以调整激光光束的聚焦景深，物镜则利用其聚焦功能将激光光束聚焦于被加工物件的表面上；以及
一线性扫描运动机构，借助循序改变X座标与Y座标进行线性扫描，激光切割程序中利用线性扫描运动机构，将该光学***所产生的激光光束循序扫描的聚焦于被加工物表面上，本实施例是采用将被加工物件固定于工作台上，仅线性扫描式的移动聚焦物镜，借助调整激光光束调控模块中的反射镜组的位置与角度，让不同位置的物镜皆能皆接到受激光光束，因此循序移动激光光学***中物镜位置可以让激光光束线性扫描聚焦于被加工物表面上。
请参阅图1所示，该图为本发明激光切割机的光学***的实施例示意图。
本发明激光切割机的光学***是包括一激光光源及一激光光束调控模块，其中激光光源包括一激光光源装置11及其能量控制器12，本实施例的激光光源装置11使用波长为1064 nm的飞秒激光，其激光光源经过能量控制器12输出一激光光束13。
其中激光光束调控模块是利用复数光学透镜或光学元件所组成，其中激光光束调控模块2至少包括：
一扩束镜21，其用以扩大该激光光束13的直径，激光光束13通过扩束镜21形成激光光束211，激光光束211的光束直径较大于激光光束13；
一偏极化锥镜22，其是通过偏极化锥镜22将该激光光束211形成一偏极化激光光束221；
一反射镜组23，其是因应激光切割机的空间利用要求而调整激光光束的路径，利用复数个反射镜将偏极化激光光束221引导至输出光束的物镜上，此外因应激光切割机的空间设计需求，在扩束镜21与偏极化锥镜22之间亦可安排反射镜组23来改变激光光束的路径；以及
一曲面镜24及一物镜25，其组合是用以调整激光输出光束的焦距及聚焦景深，其中物镜25将偏极化激光光束221聚焦成激光聚焦光束251，并且聚焦于被加工物件3的表面上。
以上仅为本发明的较佳实施例，不得以此限定本发明实施的保护范围，因此凡参考本发明的说明书内容所作的简单等效变化与修饰，仍属本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种激光切割机，其特征在于包括：一激光光源、一激光光束调控模块及一线性扫描运动机构，其中激光光束调控模块中使用一偏极化光学元件，通过该偏极化光学元件将激光光源的激光光束转型成一偏极化激光光束，因而减少激光光束能量过度集中分布所造成加工界面的温度差异，因而降低热应力所产生崩边的现象。
2.如权利要求1所述的激光切割机，其中该偏极化光学元件选自一偏极化锥镜。
3.一种激光切割方法，其特征在于，其使用包括下列装置进行激光切割程序：
提供一激光光源，及其光束的能量控制器；
提供一激光光学***，其包括有扩束镜、反射镜组、曲面镜及物镜光学元件的光束调控模块；以及
提供一线性扫描运动机构，激光切割程序中利用线性扫描运动机构，将该光学***所产生的聚焦激光光束循序扫描于被加工物表面上；
其中光束调控模块中使用至少一偏极化锥镜，通过该偏极化锥镜将高斯分布的激光光束转型成一贝索分布的激光光束，同时偏极化该激光光束。
4.一种激光切割机的光学***，其特征在于包括一激光光源及一激光光束调控模块；
其中激光光源包括一激光光源装置，及其激光光束的能量控制器；
其中激光光束调控模块至少包括：
一扩束镜，其用以扩大该激光光束的直径；
一偏极化锥镜，其通过偏极化锥镜将该激光光束形成一偏极化激光光束；
一反射镜组，其包括数反射镜，其用以调控激光光束的路径；
一曲面镜，其用以调整激光光束的聚焦景深；以及
一物镜，其用于聚焦该激光光束，将激光光束聚焦于被加工物件表面上。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109834394A (zh) * 2018-12-10 2019-06-04 大族激光科技产业集团股份有限公司 无斜裂角led芯片切割方法、光学透镜组件及激光切割设备
CN112719635A (zh) * 2020-12-28 2021-04-30 武汉华工激光工程有限责任公司 一种切割透明脆性材料的方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69418248T2 (de) * 1993-06-03 1999-10-14 Hamamatsu Photonics Kk Optisches Laser-Abtastsystem mit Axikon
CN102476237A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 大连创达技术交易市场有限公司 同轴定位激光精密加工设备
CN104148802A (zh) * 2014-08-04 2014-11-19 北京万恒镭特机电设备有限公司 光束形成装置及其形成方法
CN105081586A (zh) * 2015-09-14 2015-11-25 郑州轻工业学院 一种激光加工方法和装置
CN204975690U (zh) * 2015-07-15 2016-01-20 武汉华工激光工程有限责任公司 一种产生贝塞尔激光束的装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69418248T2 (de) * 1993-06-03 1999-10-14 Hamamatsu Photonics Kk Optisches Laser-Abtastsystem mit Axikon
CN102476237A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 大连创达技术交易市场有限公司 同轴定位激光精密加工设备
CN104148802A (zh) * 2014-08-04 2014-11-19 北京万恒镭特机电设备有限公司 光束形成装置及其形成方法
CN204975690U (zh) * 2015-07-15 2016-01-20 武汉华工激光工程有限责任公司 一种产生贝塞尔激光束的装置
CN105081586A (zh) * 2015-09-14 2015-11-25 郑州轻工业学院 一种激光加工方法和装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109834394A (zh) * 2018-12-10 2019-06-04 大族激光科技产业集团股份有限公司 无斜裂角led芯片切割方法、光学透镜组件及激光切割设备
CN112719635A (zh) * 2020-12-28 2021-04-30 武汉华工激光工程有限责任公司 一种切割透明脆性材料的方法和装置

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