CN109570778A - 一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工*** - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光加工技术领域，公开了一种硬脆性材料的激光加工方法，采用激光加工***执行，激光加工方法步骤包括：S1、安装工件至切割平台处，S2、通过视觉***记录工件的定位信息并反馈至控制***，S3、控制***处理定位信息并规划出加工路径，S4、激光束沿加工路径对工件进行切割并形成切割槽；其中，步骤S4至少重复两次，且激光束每重复运行一次，激光束的焦点较前次深入工件的表面且激光束在工件形成的切割槽宽度较前次小。激光加工***包括激光器，光路***，切割平台，视觉定位***和软件控制***。本发明提供的一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工***，其能精确控制倒角的形状、大小，不易导致硬脆性材料崩裂，提高其产量。

Description

一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工***

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工***。

背景技术

随着电子产品的迅猛发展，尤其是笔记本电脑、智能手机、液晶显示器及平板电脑等都在朝着体积更薄、重量更轻以及制造成本更低的方向发展，而这些电子产品都离不开玻璃薄板。目前，电子产品上的玻璃薄板的厚度已经由原来的1.1mm降低至0.6-0.7mm，手机屏幕的玻璃薄板已经降低至0.3mm甚至更低，而厚度越薄的玻璃薄板对作用力越敏感，受冲击后越容易发生脆断，这无疑增加了加工的难度。

应用在产品上的玻璃或者其他硬脆性材料如蓝宝石等，都需要对材料进行倒角加工，以使其边缘变得光滑。现有技术中一般采用CNC进行倒角，在加工过程中易导致硬脆性材料崩裂，降低其产量。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工***，其可根据预设的加工图案规划加工路径，精确控制倒角的形状、大小，应用于硬脆性材料倒角的激光加工过程中不易导致硬脆性材料崩裂，提高其产量。

本发明的技术方案是：一种硬脆性材料的激光加工方法，采用激光加工***执行，所述激光加工方法步骤包括：

S1、安装工件至所述激光加工***中的切割平台处，

S2、通过所述激光加工***中的视觉***记录所述工件的定位信息并反馈至所述激光加工***中的控制***，

S3、所述控制***处理所述定位信息，并根据预设加工图案的参数规划出加工路径，

S4、激光束沿加工路径对工件进行切割，其中激光束沿第一路径切割工件，所述切割平台沿第二路径运行带动工件进给，在工件的表面形成切割槽；

其中，步骤S4至少重复两次，且激光束每重复运行一次，激光束的焦点较前次深入工件的表面且激光束在工件形成的切割槽宽度较前次小。

可选地，所述步骤S4至少重复两次后，所述切割槽呈V型槽。

可选地，包括三次加工，其中：

第一次加工：

焦点的深度为A，激光束在工件形成的切割槽宽度为a；

第二次加工：

焦点的深度为B，激光束在工件形成的切割槽宽度为b；

第三次加工：

焦点的深度为C，激光束在工件形成的切割槽宽度为c；

且，A＜B＜C，a＞b＞c。可选地，所述激光加工方法为激光大幅面加工方法，其中：工件沿第二路径运行，第二路径的轨迹呈长方形且尺寸为70㎜*140㎜。

第三次加工：

焦点的深度为300μm，激光束在工件形成的切割槽宽度为10μm，第二路径不变。

可选地，所述工件正、背面均设置有所述切割槽且对齐设置。

可选地，振镜控制激光束的运行速度大于所述切割平台的运行速度。

可选地，所述第一路径、所述第二路径呈圆形或方形。

可选地，激光束的运行速度为2000-10000mm/s，所述切割平台的运行速度为100-500mm/s。

本发明还提供了一种激光加工***，基于如上述中所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，包括：

激光器：用于发出激光束对工件进行加工；

切割平台：用于支撑、固定工件并带动所述工件进给；

视觉定位***：对记录有固定于所述切割平台的工件上特殊标识的照片进行图像处理并反馈其定位信息，进行定位，保证加工精度；

软件控制***：与所述激光器、所述切割平台连接、所述视觉定位***连接，用于控制激光器发射或关闭激光束；用于控制所述切割平台的启停、移动和转动；对所述定位信息进行接收、处理；根据预设的加工图案规划出激光束的第一路径和切割平台的第二路径，且用于控制激光束重复且激光束每重复运行一次，激光束的焦点较前次深入工件的表面且激光束在工件形成的切割槽宽度较前次小；

光路***：将激光束引导、聚焦至所述工件并切割所述工件。

可选地，所述光路***包括振镜***，

所述振镜***：包括X轴扫描镜、Y轴扫描镜，用于控制激光束的传输方向，通过改变所述X轴扫描镜、所述Y轴扫描镜的偏转方向使激光束沿所述第一路径运行。

本发明所提供的一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工***，其可根据预设的加工图案规划加工路径，可精确控制倒角的形状、大小，应用灵活广泛；在硬脆性材料倒角的激光加工过程中不易导致硬脆性材料崩裂，加工品质优良，可提高其产量，使用感佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中实施例一的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中实施例二的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中实施例三的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中倒角加工的效果示意图；

图6是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中倒角加工的效果示意图；

图7是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中大幅面加工的效果示意图之一；

图8是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中大幅面加工的效果示意图之二；

图9是本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法中大幅面倒角加工的效果示意图；

图10是本发明实施例提供的一种激光加工***的***示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、安装、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“前”、“后”、“深度”、“宽度”、“大”、“小”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1至图9所示，本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法，可采用激光加工***执行，其激光加工方法步骤包括：

S1、安装工件3至激光加工***中的切割平台处。可安装并固定好待加工的工件3，

S2、可通过激光加工***中的视觉***记录工件3的定位信息，并将该定位信息反馈激光加工***中的控制***。可通过视觉***对该待加工工件3的安装位置进行记录并处理形成定位信息，可将该定位信息进行反馈至控制***，保证加工精度，

S3、控制***可处理定位信息，并根据预设加工图案的参数规划出加工路径。即控制***收到反馈的定位信息后可进行处理，

S4、激光束可沿加工路径对工件3进行切割，其中激光束可沿第一路径1切割工件3，切割平台可沿第二路径2运行并带动工件3进给，可在工件3表面形成切割槽4。

其中：

步骤S4可至少重复两次，激光束每重复运行一次，激光束的焦点相较于前一次更深入工件的表面，并且激光束的直径相较于前一次小。可以理解地，焦点的深度为焦点到工件3表面的距离；激光束的直径为切割槽4的宽度。进一步地，切割槽4通过断裂可形成倒角。本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法，其在实现倒角加工时，根据预设的加工图案使倒角的形状、大小可得到精确地控制，在硬脆性材料倒角的激光加工过程中不易导致硬脆性材料崩裂或产生微裂纹，提高其产量，使用感佳。

可选地，加工图案可包括切割槽4的宽度、切割槽4的深度以及切割槽4的形状，即可通过调节割槽4的宽度、切割槽4的深度以及切割槽4的形状控制倒角的形状、大小。

可选地，断裂的方式可以为裂片。

可选地，第一路径、第二路径的形状、大小和方向均没有限制，可根据不同的预设加工图案的参数择优规划制定。

可选地，第一路径1可呈圆形、矩形或三角形等；第二路径2可呈圆形、矩形或三角形等，可控性高。

可选地，切可根据每次重复运行时，激光束焦点与激光束直径数据的调整；而步骤S4可至少重复两次后，使切割槽4可呈V型槽或U型槽等。

可选地，激光加工方法在实际应用中可包括三次加工，其中：

第一次加工：

步骤S4中，焦点的深度可以为A，激光束在工件3形成的切割槽4宽度可以为a。即此次加工形成的切割槽4的深度为A，宽度为a；

第二次加工：

重复步骤S4，在第一次加工形成的切割槽4的基础上，焦点的深度可以为B，激光束在工件3形成的切割槽4宽度可以为b。即此次加工形成的切割槽4的深度为B，宽度为b；

第三次加工：

重复步骤S4，在第二次加工形成的切割槽4的基础上，焦点的深度为可以C，激光束在工件形成的切割槽宽度可以为c。即此次加工形成的切割槽4的深度为C，宽度为c。

进一步地，经过三次加工后可进行断裂，使切割槽4形成倒角。

可选地，切割槽4可以呈方形、圆形或规则、不规则的图形等。

可选地，还可对工件3的正、背面都切割形成切割槽4，并且正、背面的切割槽4可对称设置，再经过断裂后形成倒角，扩大了应用范围。

可选地，激光加工***具有振镜，可通过振镜控制激光束的运行速度大于切割平台的运行速度。

进一步地，激光束的运行速度可以为2000-10000mm/s，切割平台的运行速度可以为100-500mm/s。当然，激光束的运行速度、切割平台的运行速度还可根据具体所需设置，可以设置成其他数据，并不局限在此范围内。

可选地，第一路径1、第二路径2均可呈圆形、方形或规则、不规则图形等，根据预设的加工图案规划形成，局限性小，应用范围广。

可选地，工件3可以采用玻璃薄片或蓝宝石薄片等，适用于对硬脆性材料的加工，可精确控制倒角的形状和大小，应用广泛灵活，并且加工品质优良，材料崩边小。

综上所述，针对本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法，采用三个实施例进行说明：

实施例一：

激光加工方法步骤可包括：

第一次加工：

S101、安装厚度为500μm的工件3，其工件3为玻璃薄片，

S102、记录玻璃薄片的定位信息并反馈，

S103、处理定位信息，预设焦点深度A为100μm，激光束在玻璃薄片形成的切割槽4宽度a为50μm，设置完成后可规划出第一路径1，

S104、玻璃薄片固定不动，激光束沿第一路径1开始运行，形成一个深100μm、宽50μm的梯形切割槽；

第二次加工：

S112、记录玻璃薄片第一次加工完成后的定位信息并反馈，

S113、处理定位信息，预设的焦点深度B为200μm，激光束在玻璃薄片形成的切割槽4宽度b为30μm，设置完成后可规划出新的第一路径1，

S114、玻璃薄片固定不动，激光束沿第一路径1开始运行，在第一次加工形成梯形切割槽的基础上加工，一体形成一个深200μm、宽30μm的梯形切割槽；

第三次加工：

S122、记录玻璃薄片第二次加工完成后的定位信息并反馈，

S123、处理定位信息，预设的焦点深度C为300μm，激光束在玻璃薄片形成的切割槽4宽度c为10μm，设置完成后可规划新的第一路径1，

S124、玻璃薄片固定不动，激光束沿第一路径1开始运行，在第二次加工形成梯形切割槽的基础上加工，一体形成一个深300μm、宽10μm的V型槽。

如图5和图6所示，可以理解地，在经过三次加工后，切割宽度已经较小，并且随着切割深度不断加深，从视觉上呈V型。进一步地，在其V型槽的底部进行断裂，即可得到倒角。

实施例二：

激光加工方法步骤可包括：

S201、安装工件3，工件3为蓝宝石薄片，

S202、记录蓝宝石薄片的定位信息并反馈，

S203、处理定位信息，预设的激光束在蓝宝石薄片形成的切割槽4宽度a为20μm、工件3可沿第二路径2进给形成轨迹为70㎜*140㎜的长方形，设置完成后可规划出使激光束切割轨迹为半径是10μm圆形的第一路径1、蓝宝石薄片进给的第二路径2，

S204、激光束沿第一路径1开始切割，同时蓝宝石薄片沿第二路径2开始进给，形成一个70*140㎜的长方形切割轨迹，在该长方形轨迹上则均匀分布有多个半径为10μm的圆形轨迹。

如图7所示，进一步地，开始运行时，激光束以5000mm/s的速度沿第一路径1移动，而蓝宝石薄片以300mm/s的速度沿第二路径2移动，则加工完成后形成一个轨迹宽度为20μm且切割轨迹为70*140㎜的长方形。

实施例三:

激光加工方法步骤可包括：

第一次加工：

S301、安装厚度为500μm的工件3，其工件3为玻璃薄片，

S302、记录玻璃薄片的定位信息并反馈，

S303、处理定位信息，预设焦点深度A为100μm，在玻璃薄片形成的切割槽4宽度a为50μm，玻璃薄片可沿第二路径2进给形成的轨迹70*140㎜的长方形,设置完成后可规划出第一路径1、第二路径2，

S304、激光束沿第一路径1开始运行，同时玻璃薄片沿第二路径2开始运行，形成一个深100μm、宽50μm并且尺寸为70*140㎜的长方形切割槽；

第二次加工：

S312、记录玻璃薄片第一次加工完成后的定位信息并反馈，

S313、处理定位信息，预设的焦点深度B为200μm，在玻璃薄片形成的切割槽4宽度b为30μm，设置完成后可规划出新的第一路径1，与第一次加工相同的而第二路径2与第一次加工时相同，

S314、激光束沿第一路径1开始运行，同时玻璃薄片沿第二路径2开始运行，在第一次加工形成的长方形切割槽的基础上加工，一体形成一个深200μm、宽30μm的长方形切割槽；

第三次加工：

S322、记录玻璃薄片第二次加工完成后的定位信息并反馈，

S323、处理定位信息，预设的焦点深度C为300μm，在玻璃薄片形成的切割槽4宽度c为10μm，设置完成后可规划出新的第一路径1，第二路径2与第二次加工时相同，

S324、激光束沿第一路径1开始运行，同时玻璃薄片沿第二路径2开始运行，在第二次加工形成长方形切割槽的基础上加工，一体形成一个深300μm、宽10μm的长方形切割槽。

进一步地，开始运行时，激光束均以5000mm/s的速度沿第一次加工至第三次加工的第一路径1移动，而玻璃薄片均以300mm/s的速度沿第一次加工至第三次加工的第二路径2移动，则加工完成后形成一个尺寸为70*140㎜的长方形切割槽。

如图8所示，可以理解地，在经过三次加工后，切割宽度已经较小，并且随着切割深度不断加深，从视觉上，该长方形大幅面切割槽的横截面呈V型，为V型槽。进一步地，在其长方形大幅面切割槽的底部进行断裂，即可得到尺寸为70*140㎜的长方形工件3，而工件3的四周均呈倒角。

可以理解地，激光束与玻璃薄片同时移动、相互配合，可以扩大玻璃薄片的加工幅面，实现玻璃薄片的大幅面倒角。

综合实施例一、实施例二和实施例三可知，本发明实施例提供的一种硬脆性材料的激光加工方法，其根据预设的加工图案使倒角的形状、大小可得到精确地控制，还能实现大幅面加工，对工件3进行打磨、磨边，以及实现工件3的大幅面倒角，在硬脆性材料倒角的激光加工过程中不易导致硬脆性材料崩裂，提高其产量。

如图1至图9所示，本发明实施例还提供了一种激光加工***，基于如上述中的一种硬脆性材料的激光加工方法，激光加工***可包括：

激光器：可用于发射激光束对工件3进行加工，并且在工件3上形成相应的切割轨迹。可以包括有多种波长的激光器，例如1064㎜器的红外激光器等；

切割平台：可用于支撑、固定工件3，切割平台可设置有真空吸附装置，可通过真空吸附固定工件3。进一步地，整个切割平台可实现移动、转动，并且可带动工件3进给；

视觉定位***：可对记录有固定于切割平台的工件3上特殊标识的照片进行图像处理，并且反馈其定位信息至软件控制***，可进行定位，保证工件3的加工精度；

软件控制***：可与激光器、切割平台、视觉定位***连接，可用于控制激光器发射或关闭激光束，可用于控制切割平台移动、转动及参数调节等，如脉宽、频率和输出功率等，还可以控制激光器其他的工作模式，如连续出光、脉冲出光等；可对视觉定位***反馈的定位信息进行接收、处理，并且可根据预设加工图案规划出相应的第一路径1且/或第二路径2。

光路***：可将激光束引导并聚焦至工件3，并沿着第一路径1运行，同时激光束沿第一路径1运行后形成的切割轨迹。

可选地，光路***可包括振镜***，

振镜***：包括X轴扫描镜、Y轴扫描镜，X轴扫描镜、Y轴扫描镜可用于控制激光束的传输方向。通过改变X轴扫描镜、Y轴扫描镜的偏转方向使激光束可沿第一路径1高速运行。

可选地，振镜***可连接有场镜，

场镜：可将激光束聚焦至工件3内部。可使激光束切入工件3并形成切割槽4.

可选地，切割平台可带动工件3沿第二路径2进给，可实现工件3的大幅面加工。

进一步地，振镜与切割平台同时移动、相互配合对工件3进行加工，可以扩大工件3的加工幅面，适用于大幅面工件3的加工，例如大幅面磨边、大幅面倒角，可实现对工件3不同位置的加工。

可选地，光路***还可包括有光路传输***、扩束***，其中，

光路传输***：可引导光路传输，可包括反射镜、分光镜等；

扩束***：可用于对激光器发出的激光束进行准直和扩束。

可选地，视觉定位***可连接有定位相机，该定位相机可以是工业定位相机。定位相机可安装于在特定的位置，工件3上可设置有特定的mark(标识)，可通过定位相机对工件3上的mark进行拍照，其照片则通过视觉定位***进行处理。

本发明实施例所提供的一种硬脆性材料的激光加工方法及激光加工***，其中激光加工***包括光路***、软件控制***，光路***连接于软件控制***，软件控制***可控制切割平台以及光路***中的振镜***，使振镜按照在软件控制***中预设好的加工图案并规划出来的第一路径1移动，可精确控制倒角的形状和大小，适用于对硬脆性材料的加工，应用广泛灵活，并且加工品质优良，材料崩边小，使用感佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，采用激光加工***执行，所述激光加工方法步骤包括：

S1、安装工件至所述激光加工***中的切割平台处，

S2、通过所述激光加工***中的视觉***记录所述工件的定位信息并反馈至所述激光加工***中的控制***，

S3、所述控制***处理所述定位信息，并根据预设加工图案的参数规划出加工路径，

S4、激光束沿加工路径对工件进行切割，其中激光束沿第一路径切割工件，所述切割平台沿第二路径运行带动工件进给，在工件的表面形成切割槽；

其中，步骤S4至少重复两次，且激光束每重复运行一次，激光束的焦点较前次深入工件的表面且激光束在工件形成的切割槽宽度较前次小。

2.如权利要求1所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，所述步骤S4至少重复两次后，所述切割槽呈V型槽。

3.如权利要求1所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，包括三次加工，其中：

第一次加工：

焦点的深度为A，激光束在工件形成的切割槽宽度为a；

第二次加工：

焦点的深度为B，激光束在工件形成的切割槽宽度为b；

第三次加工：

焦点的深度为C，激光束在工件形成的切割槽宽度为c；

且，A＜B＜C，a＞b＞c。

4.如权利要求1所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，切割槽呈方形或圆形。

5.如权利要求1所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，所述工件正、背面均设置有所述切割槽且对齐设置。

6.如权利要求1所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，振镜控制激光束的运行速度大于所述切割平台的运行速度。

7.如权利要求1所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，所述第一路径、所述第二路径呈圆形或方形。

8.如权利要求6所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，其特征在于，激光束的运行速度为2000-10000mm/s，所述切割平台的运行速度为100-500mm/s。

9.一种激光加工***，其特征在于，基于如权利要求1至8中任一项所述的一种硬脆性材料的激光加工方法，包括：

激光器：用于发出激光束对工件进行加工；

切割平台：用于支撑、固定工件并带动所述工件进给；

视觉定位***：对记录有固定于所述切割平台的工件上特殊标识的照片进行图像处理并反馈其定位信息，进行定位；

软件控制***：与所述激光器、所述切割平台连接、所述视觉定位***连接，用于控制激光器发射或关闭激光束；用于控制所述切割平台的启停、移动和转动；对所述定位信息进行接收、处理；根据预设的加工图案规划出激光的第一路径和切割平台的第二路径，且用于控制激光束重复且激光束每重复运行一次，激光束的焦点较前次深入工件的表面且激光束在工件形成的切割槽宽度较前次小；

光路***：将激光束引导、聚焦至所述工件并切割所述工件。

10.如权利要求9所述的一种激光加工***，其特征在于，所述光路***包括振镜***，

所述振镜***：包括X轴扫描镜、Y轴扫描镜，用于控制激光束的传输方向，通过改变所述X轴扫描镜、所述Y轴扫描镜的偏转方向使激光束沿所述第一路径运行。