CN111716015B - 一种激光切割裂纹控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割裂纹控制装置及方法，包括：激光器、第一调制组件、第二调制组件及处理器；处理器用于控制激光器、第一调制组件及第二调制组件；激光器用于发出波前呈圆对称分布的高斯光束，高斯光束的波前在第一方向及与第一方向垂直的第二方向分布一致；第一调制组件用于在第一方向上对高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；第二调制组件用于将第一调制光束进行调制，得到目标加工光束，目标加工光束对待加工材料进行第二方向上的切割，使得待加工材料的切割裂纹沿着第二方向延伸。本方案的目标加工光束对待加工材料进行切割，该切割裂纹容易沿着第二方向延伸，提高待加工材料上的裂纹方向的可控制性。

Description

一种激光切割裂纹控制方法及装置

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光切割裂纹控制方法及装置。

背景技术

在激光切割领域中，贝塞尔光束是一种无衍射的光束，被广泛的应用于切割制作的激光加工领域。贝塞尔光束具有无衍射特性、锥度小及切深长的优点，应用贝塞尔光束扫描待加工透明材料上，可实现材料内部改质并产生裂纹。

然而，现有技术中，贝塞尔光束切割加工材料所产生的裂纹方向具有不确定性，这种裂纹会导致加工材料在后续切割步骤中出现崩边的现象。

发明内容

本申请提供了一种激光切割裂纹控制方法及装置，可以解决现有技术中贝塞尔光束切割加工材料所产生的裂纹方向具有不确定性的技术问题。

本发明第一方面提供一种激光切割裂纹控制装置，包括：激光器、第一调制组件、第二调制组件及处理器；所述处理器分别与所述激光器、所述第一调制组件及所述第二调制组件电连接；

所述处理器用于控制所述激光器、所述第一调制组件及所述第二调制组件工作；

所述激光器用于发出波前呈圆对称分布的高斯光束，所述高斯光束的波前在第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向分布一致，所述第二方向与待加工材料的切割方向平行；

所述第一调制组件用于在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；

所述第二调制组件用于将所述第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，所述目标加工光束用于对所述待加工材料进行所述第二方向上的切割，使得所述待加工材料的切割裂纹沿着所述第二方向延伸。

可选的，所述第一调制组件包括：运动模块及固定于所述运动模块上的柱透镜，所述运动模块与所述处理器电连接；

所述处理器用于控制所述运动模块运动；

所述运动模块用于带动所述柱透镜转动；

所述柱透镜用于接收所述高斯光束，并变更所述高斯光束的波前，以得到波前呈轴对称分布的所述第一调制光束。

可选的，所述第一调制组件包括空间光调制器；

所述处理器与所述空间光调制器电连接，所述处理器用于控制所述空间光调制器工作；

所述空间光调制器用于接收所述高斯光束后，加载所述高斯光束的相位图，并更变所述相位图的相位，得到波前呈轴对称分布的所述第一调制光束。

可选的，所述第二调制组件包括：整形单元及聚焦单元；

所述整形单元用于对入射的所述第一调制光束进行整形处理，得到贝塞尔光束；

所述聚焦单元用于将所述贝塞尔光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的所述目标加工光束。

可选的，所述第二调制组件包括：偏转单元及聚焦单元；

所述偏转单元用于更变所述第一调制光束的传播方向，并将所述第一调制光束传送至所述聚焦单元；

所述聚焦单元用于将所述第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的所述目标加工光束。

可选的，所述控制装置还包括：扩束准直单元；

所述扩束准直单元用于将所述激光器发出的所述高斯光束进行光斑扩大处理，得到具有大光斑直径的所述高斯光束，并将具有大光斑直径的所述高斯光束传送至所述第一调制组件。

可选的，所述控制装置还包括：加工载物台及移动平台，所述加工载物台安装于所述移动平台上，所述处理器与所述载物移动平台电连接；

所述加工载物台用于固定所述待加工材料；

所述移动平台用于根据预设加工路径带动所述加工载物台移动，以调整所述待加工材料的待加工位置。

本发明的第二方面提供一种激光切割裂纹控制方法，应用于上述激光切割裂纹控制装置，包括：

控制激光器发出波前呈圆对称分布的高斯光束，所述高斯光束的波前在第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向分布一致，所述第二方向与待加工材料的切割方向平行；

控制第一调制组件在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；

控制第二调制组件对所述第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，所述目标加工光束用于对待加工材料进行所述第二方向上的切割，使得所述待加工材料的切割裂纹沿着所述第二方向延伸。

可选的，所述控制第一调制组件在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制的步骤之前包括：

控制扩束准直单元将所述激光器发出的所述高斯光束进行光斑扩大处理，得到具有大光斑直径的所述高斯光束，并将具有大光斑直径的所述高斯光束传送至所述第一调制组件。

可选的，所述控制方法还包括：

控制所述移动平台根据预设加工路径带动所述加工载物台移动，以调整固定于所述加工载物台上的所述待加工材料的待加工位置。

本发明提供的一种激光切割裂纹控制装置及方法，包括：激光器、第一调制组件、第二调制组件及处理器；处理器分别与激光器、第一调制组件及第二调制组件电连接；处理器用于控制激光器、第一调制组件及第二调制组件工作；激光器用于发出波前呈圆对称分布的高斯光束，高斯光束的波前在第一方向及与第一方向垂直的第二方向分布一致，第二方向与待加工材料的切割方向平行；第一调制组件用于在第一方向上对高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；第二调制组件用于将第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，目标加工光束用于对待加工材料进行第二方向上的切割，使得待加工材料的切割裂纹沿着第二方向延伸。本方案通过第一调制组件对激光器发出的高斯光束的波前进行更变得到波前呈轴对称的第一调制光束，及通过第二调制组件对第一调制光束进行调制得到目标加工光束，通过该目标加工光束对待加工材料进行切割，该切割裂纹容易沿着第二方向延伸，提高待加工材料上的裂纹方向的可控制性，减小脆性裂片后材料崩边的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明第一方面提供的一种激光切割裂纹控制装置的架构图；

图2为本发明实施例提供的柱透镜加工的第一调制光束的波前分布图；

图3为本发明实施例提供的空间调制器加工的第一调制光束的波前分布图；

图4为本发明第二方面提供的一种激光切割裂纹控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有技术中的贝塞尔光束切割加工材料所产生的裂纹方向具有不确定性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种激光切割裂纹控制装置及方法。

本发明第一方面提供一种激光切割裂纹控制装置，请参阅图1，图1为本发明第一方面提供的一种激光切割裂纹控制装置的架构图；

该控制装置包括：激光器101、第一调制组件103、第二调制组件104及处理器；处理器分别与激光器101、第一调制组件103及第二调制组件104电连接；

处理器用于控制激光器101、第一调制组件103及第二调制组件104工作；

激光器101用于发出波前呈圆对称分布的高斯光束，高斯光束的波前在第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向分布一致，所述第二方向与待加工材料的切割方向平行；

第一调制组件103用于在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；

第二调制组件104用于将第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，目标加工光束用于对待加工材料进行第二方向上的切割，使得待加工材料的切割裂纹沿着第二方向延伸。

本发明中的激光切割裂纹控制装置为一种激光调制的控制装置，主要用于对激光器101发出的激光进行调制处理，得到符合要求的激光束，并使用该激光束在待加工材料上进行扫描可对材料改质，使得材料内部形成裂纹，实现切割，可有效控制切割裂纹延伸方向。具体的，该激光切割裂纹控制装置包括：用于发出高斯光束的激光器101、用于对高斯光束进行调制生产第一调制光束的第一调制组件103、用于对第一调制光束进行调制生成目标加工光束的第二调制组件104、用于控制激光器101、第一调制组件103及第二调制组件104的处理器；该处理器可为CPU、数据处理中心等具有储存并执行相关控制程序控制中心，用于储存和执行设定的控制程序，本发明公开的处理器可对激光器101、第一调制组件103、第二调制组件104进行控制。

在本发明的实施例中，本发明的激光器101为超短脉冲激光器101，可产生初始的高斯光束，该高斯光束为波前呈圆对称分布的激光束，将该高斯光束的波前划分为：第一方向及与该第一方向垂直的第二方向，该高斯光束的波前在第一方向及与第一方向垂直的第二方向分布一致，第二方向与待加工材料的切割方向平行；优选的，该高斯光束的波长为300～1100nm(纳米)，其脉冲重复频率为1～300KHz，脉冲宽度小于20ps，最高的单脉冲能量大于200μJ；进一步的，当激光器101发出高斯光束后，在高斯光束的传播路径上依次设置分布第一调制组件103、第二调制组件104，而待加工材料的安置于第二调制组件104之后，使得相应的目标加工光束对待加工材料进行切割加工，需要说明的是，本发明不对加工路径进行具体限定，只要使得控制装置通过第一调制组件103及第二调制组件104先后对初始的高斯光束进行调制处理，得到符合要求的目标加工光束即可。

在本发明的实施例中，将第一调制组件103设置在激光器101发出高斯光束的激光发送端口的后面，使得第一调制组件103可接收到高斯光束，或使得高斯光束可传输到第一调制组件103上；具体的，第一调制组件103调制高斯光束的第一方向上的波前，即改变高斯光束第一方向上的发散角，使得第一方向上具有聚焦作用，需要注意的是，第一调制组件103不调制高斯光束第二方向上的波前，使得该高斯光束在第二方向上不影响波前传输，即不改变高斯光束第二方向上的发散角，该高斯光束在第二方向上无聚焦作用；高斯光束经过第一调制组件103的调制处理，得到光斑呈椭圆形的第一调制光束，即光斑呈轴对称的第一调制光束，该第一调制光束的椭圆长轴与第二方向平行，在第一方向上光斑的两侧光强变化缓慢，而在第二方向上光斑两侧光强变化锐利，利用最终调制得到的激光束第二方向作为待加工材料的切割路径进行切割，使得待加工材料沿切割方向的切线方向形成裂纹，实现切割工艺的精细化指标。

在本发明的实施例中，将第二调制组件104设置在高斯光束预设传输路径的第一调制组件103之后；激光器101发出初始的高斯光束经过第一调制组件103的调制后，得到呈轴对称的第一调制光束，该第一调制光束在第二方向上的光斑两侧光强变化锐利，但是需要对该第一调制光束进行整形，因此，利用第二调制组件104接收到第一调制光束，并对第一调制光束进行整形或调制，具体的，将入射或传输到第二调制组件104的第一调制光束转化成具有预设聚焦光斑形貌和焦深的目标加工光束，利用该目标加工光束对待加工材料进行扫描或切割加工，使得待加工材料实现改质，在材料内部形成裂纹，由于该目标加工光束在第二方向上能量更强，使得裂纹更容易沿着第二方向上延伸，显著改善裂纹方向的可控性，使得待加工材料的裂纹方向具有确定性，有效减小崩边的风险。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的柱透镜加工的第一调制光束的波前分布图；第一调制组件103包括：运动模块及固定于运动模块上的柱透镜，运动模块与处理器电连接；

处理器用于控制运动模块运动；

运动模块用于带动柱透镜转动；

柱透镜用于接收高斯光束，并变更高斯光束的波前，以得到波前呈轴对称分布的第一调制光束。

在本发明的实施例中，该柱透镜的透镜数量为两个，该柱透镜包括：平凸柱透镜和平凹柱透镜，具体的，该平凸柱透镜的中心轴与平凹柱透镜的中心轴平行放置，当初始的高斯光束发送或传输至该柱透镜时，柱透镜会调制高斯光束在第一方向上的波前，改变高斯光束的发散角，使得其具有聚焦作用，而垂直于第二方向上的波前则不进行处理，经过柱透镜处理得到的第一调制光束的光斑呈现椭圆形，椭圆长轴平行于第二方向，在第一方向上光斑两侧光强度变化缓慢，而在第二方向上光斑两侧光强度变化锐利；优选地，将该柱透镜固定在运动模块(运动模块未在图中示出)上，并将运动模块与处理器(控制***)电连接，通过处理器或控制***根据预设的加工路径驱动运动模块转动带动柱透镜转动，由于预设加工路径是实时改变的，而波前的第二方向与预设加工路径实时的切线平行，在柱面镜转动过程中，柱面镜仅对与高斯光束波前的第二方向垂直第一方向进行调制，使得第一调制光束波前中心轴、椭圆形光斑长轴同时转动，确保在后续调制处理得到的目标加工光束的第二方向与加工轨迹的切线方向平行，从而使得待加工材料上的裂纹沿着加工轨迹方向延展。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的空间调制器加工的第一调制光束的波前分布图；第一调制组件103包括空间光调制器；

处理器与空间光调制器电连接，处理器用于控制空间光调制器工作；

空间光调制器用于接收高斯光束后，加载高斯光束的相位图，并更变相位图的相位，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束。

在本发明的另外实施例中，该第一调制组件103为空间调制器，处理器分别与空间光调制器电连接，以控制空间光调制器工作。当高斯光束发送或传输至空间调制器时，该空间调制器会加载相应的相位图，使得高斯光束在第一方向的延迟会由于高斯光束的高度不同而不同，在第二方向的相位延迟相同，得到的第一调制光束，该第一调制光束的光斑呈现椭圆形，其中，椭圆的长轴平行于第二方向，及该第一调制光束在第一方向上光斑两侧的光强变化缓慢，而在第二方向上光斑两侧的光强变化锐利；进一步的，空间光调制器可通过转换所加载相位图的方向改变第一调制光束的波前对称轴方向，以使得第一调制光束的长轴方向的波前符合待加工材料进行扫描或切割方向，使得待加工材料的裂纹方向沿着第一调制光束的长轴方向(即第二方向)上延伸，从而有效控制待加工材料裂纹的延伸方向；需要说明的是，通过空间调制器加工得到的第一调制光束的波前(图3所示)的相位分布，与通过运动模块及固定于运动模块上的柱透镜加工得到的第一调制光束的波前(如图2所示)的相位分布的映射范围在2π范围内的相位分布一致。

进一步的，第二调制组件104包括：整形单元及聚焦单元；

处理器分别与整形单元及聚焦单元电连接，处理器用于控制整形单元及聚焦单元工作；

整形单元用于对入射的第一调制光束进行整形处理，得到贝塞尔光束；

聚焦单元用于将贝塞尔光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束。

在本发明的实施例中，该第二调制组件104包括整形单元及聚焦单元，处理器分别与整形单元及聚焦单元电连接，以控制整形单元及聚焦单元工作。在第二调制组件104的结构上，沿着经过第一调制光束的传播路径，先后设置整形单元及聚焦单元，即第一调制光束先发送或传输至整形单元，然后再传输至聚焦单元；优选的，该整形单元为轴棱镜，用于将入射的第一调制光束整形为贝塞尔光束，该贝塞尔光束为呈圆环状的光束，且圆环的各个位置的能量不同，沿着第二方向两端的圆环位置能量最强，需要说明的是，本实施例的整形单元为轴棱镜，但不限于为轴棱镜，其他可使得呈轴对称的椭圆形第一调制光束整形为呈圆形的贝塞尔光束的单元也适用于本实施例；该聚焦单元包括：第一透镜及第二透镜，该第一透镜及第二透镜组合形成4F***，第一透镜与第二透镜之间的距离等于第一透镜和第二透镜的焦距之和，组成的4F***用于将整形得到的贝塞尔光束按照一定比例聚焦得到目标加工光束，该聚焦的比例进而为预设的聚焦比例，与4F***内的第一透镜和第二透镜聚焦的比值相关，具体可根据需求调控4F***包含的第一透镜与第二透镜的距离调控4F***的焦距，进而得到该比例聚焦得到的目标加工光束；需要说明的是，控制第二调制组件沿光轴方向移动实现寻焦，具体为利用第二调制组件中的结构部件(如4F***中第二透镜)进行寻焦，比如，控制整形单元对第一调制光束进行整形后，控制聚焦单元进行移动(具体可将聚焦单元安装在一些运动载体上，通过处理器控制该运动载***移，达到调整聚焦单元的目的)，以实现调控聚焦的目的。相对于第一调制光束，该第二调制光束(目标加工光束)具有贝塞尔光束分布及长焦深的特点，光束的第二方向两端的能量更强，可通过扫描待加工材料，实现对待加工材料的改质，在材料上形成裂纹。

进一步的，第二调制组件104包括：偏转单元及聚焦单元；

处理器分别与偏转单元及聚焦单元电连接，处理器用于控制偏转单元及聚焦单元工作；

偏转单元用于更变第一调制光束的传播方向，并将第一调制光束传送至聚焦单元；

聚焦单元用于将第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束。

在本发明的另外实施例中，第二调制组件104包括：偏转单元及聚焦单元，处理器分别与偏转单元及聚焦单元电连接，以控制偏转单元及聚焦单元工作。在第二调制组件104的结构上，沿着经过第一调制光束的传播路径，先后设置偏转单元及聚焦单元，即第一调制光束先发送或传输至偏转单元，然后再传输至聚焦单元；当第一调制光束入射或传输至该偏转单元时，该偏转单元可改变第一调制光束的传播方向，使得第一调制光束经过偏转单元后垂直入射或传输到聚焦单元的中心；该聚焦单元为高倍物镜，当光束传输至高倍物镜中心后，高倍物镜对光束进行聚焦得到目标加工光束，该目标加工光束同样具有聚焦光斑形貌及焦深的特点，光束的第二方向两端的能量更强，可通过扫描待加工材料，实现对待加工材料的改质，在材料上形成裂纹。

进一步的，控制装置还包括：扩束准直单元102，扩束准直单元102与处理器电连接；

扩束准直单元102用于将激光器101发出的高斯光束进行光斑扩大处理，得到具有大光斑直径的高斯光束，并将具有大光斑直径的高斯光束传送至第一调制组件103。

在本发明的实施例中，控制装置还包括：扩束准直单元102，扩束准直单元102与处理器电连接，处理器可控制扩束准直单元102工作。该扩束准直单元102在整个控制装置的结构位置中处于激光器101与第一调制组件103之间，该扩束准直单元102包括：平凹透镜和平凸透镜，用于将激光器101发出初始的高斯光束转化为光斑直径更大的准直高斯光束，从而将该准直高斯光束传输至第一调制组件103进行调制处理。

进一步的，控制装置还包括：加工载物台105及移动平台，加工载物台105安装于移动平台上，处理器与载物移动平台电连接；

加工载物台105用于固定待加工材料；

移动平台用于根据预设加工路径带动加工载物台105移动，以调整待加工材料的待加工位置。

在本发明的实施例中，该控制装置还包括：加工载物台105和移动平台(移动平台未在图中示出)，该加工载物台105安装在移动平台上，而该移动平台安装在激光加工台上，形成可移动的机械机动连接，该移动平台与控制装置的处理器或控制***电连接，使得处理器或控制***对移动平台进行控制。进一步的，将待加工材料固定在加工载物台105上，通过处理器的预设程序控制移动平台移动，以带动加工载物台105上的待加工材料根据预设加工路径进行移动，而经过调制得到的目标加工光束扫描在待加工材料上，该预设加工路径与目标加工光束的第二方向上的切线相同或平行，在待加工材料上按照预设加工路径形成具有预设间距的多个点，从而形成沿着与第二方向切线平行的方向延伸的裂纹，通过实施本发明的方案可使得待加工材料的裂纹方向具有可控性，减小脆性裂片后材料崩边的风险。

本发明的第二方面提供一种激光切割裂纹控制方法，应用于上述激光切割裂纹控制装置，请参阅图4，图4为本发明第二方面提供的一种激光切割裂纹控制方法的步骤流程图；该控制方法包括：

S201：控制激光器发出波前呈圆对称分布的高斯光束，高斯光束的波前在第一方向及与第一方向垂直的第二方向分布一致，第二方向与待加工材料的切割方向平行；

S202：控制第一调制组件在第一方向上对高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；

S203：控制第二调制组件对第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，目标加工光束用于对待加工材料进行第二方向上的切割，使得待加工材料的切割裂纹沿着第二方向延伸。

在本发明的实施中，该激光切割裂纹控制方法应用于上述激光切割裂纹控制装置中，具体的，该控制方法对应的控制程序存储于处理器或控制***内，该处理器可为CPU、数据处理中心等具有储存并执行相关控制程序控制中心，用于储存和执行设定的控制程序，本发明公开的处理器可分别对激光器、第一调制组件、第二调制组件等控制装置内的器件或组件进行控制，如，控制激光器发出波前呈圆对称分布的高斯光束，控制第一调制组件对高斯光束的第一方向的波前进行更变处理，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束，及控制第二调制组件沿光轴方向移动实现寻焦，具体为利用第二调制组件中的结构部件(如聚焦单元)进行寻焦，比如，控制整形单元对第一调制光束进行整形后，控制聚焦单元进行移动(具体可将聚焦单元安装在一些运动载体上，通过处理器控制该运动载***移，达到调整聚焦单元的目的)，以实现调控聚焦的目的，从而得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束等；通过实施本发明方案，可对激光器发出的激光进行调制处理，得到符合要求的激光束，并使用该激光束在待加工材料上进行扫描可对材料改质，使得材料内部形成裂纹，实现切割，该切割裂纹容易沿着第二方向延伸，提高待加工材料上的裂纹方向的可控制性，减小脆性裂片后材料崩边的风险。

进一步的，步骤S202：控制第一调制组件在第一方向上对高斯光束的波前进行调制的步骤之前包括：

控制扩束准直单元将激光器发出的高斯光束进行光斑扩大处理，得到具有大光斑直径的高斯光束，并将具有大光斑直径的高斯光束传送至第一调制组件。

在本发明的实施例中，本发明公开的处理器与扩束准直单元电连接，控制扩束准直单元将激光器发出初始的高斯光束转化为光斑直径更大的准直高斯光束，从而将该准直高斯光束传输至第一调制组件进行调制处理。

进一步的，控制方法还包括：

控制移动平台根据预设加工路径带动加工载物台移动，以调整固定于加工载物台上的待加工材料的待加工位置。

在本实施例中，处理器内还储存着对激光加工平台的移动平台的控制程序，处理器等控中心根据控制程序中的预设路径控制移动平台移动，以带动承载有待加工材料的加工载物台移动，进行实时调整待加工材料的加工部位；当目标加工光束扫描在待加工材料上，该预设加工路径与目标加工光束的第二方向上的切线相同或平行，使得待加工材料上的裂纹沿着与第二方向切线平行的方向延伸，通过实施本发明的方案可使得待加工材料的裂纹方向具有可控性，减小脆性裂片后材料崩边的风险。

下面以500um玻璃切割为例说明应用本发明带来的有益效果，具体的，设置激光参数使激光器产生的初始高斯光束波长为1030nm，脉宽10ps，重复频率100KHz，单脉冲能量100μJ；加工前将待切割的蓝宝石样品固定在加工载物台上，自动寻焦使加工光束焦深贯穿500um玻璃，打开激光器，控制***使运动模块回零，控制***发出同步信号驱动激光器出光、移动平台带动样品相对加工光束按照设计路径移动，运动模块转动保持第一调制组件对称轴和加工路径切线方向平行；加入了第一调制组件后激光在蓝宝石基板上作用得到6μm间隔点序列，可以明显观察到相邻作用点产生的裂纹明显沿着切割路径方向连接成线，控制***控制柱面镜组旋转确保不同位置波前对称轴方向总是和加工轨迹切线方向平行，是裂纹更容易在该方向延展；若未加入第一调制组件的激光扫描结果，激光在蓝宝石基板上作用得到6μm间隔点序列，其相邻作用点产生在各个方向的较为乱的裂纹，这种效果增加了裂片后崩边的风险，加工效果较差；第二调制组件包括光束偏转单元和一个高倍物镜(聚焦单元)，偏转单元设置为改变第一调制光束传播方向使其垂直入射到高倍物镜中心，高倍物镜设置为经过偏转单元垂直入射到高倍物镜中心聚焦得到目标加工光束，该目标加工光束可到达待加工材料表面；待加工材料固定在加工载物台上，加工载物台连接在移动平台上，控制***通过驱动移动平台带动样品相对目标加工光束移动，同时驱动运动模块转动，确保第二方向与加工轨迹切线方向平行，裂纹沿着加工轨迹切线方向延展。

此外，以125μm滤波片隐切为例说明应用本发明带来的有益效果；设置激光参数使激光器产生的初始高斯光束波长为532nm，脉宽20ps，重复频率100KHz，单脉冲能量20μJ；加工前将待切割的滤波片样品固定在加工载物台上，自动寻焦使加工光束聚焦在125μm滤波片内部，打开激光器，控制***使运动模块回零(第二方向与加工轨迹初始方向切线平行)，处理器或控制***发出同步信号驱动激光器出光，且处理器或控制***驱动移动平台带动样品相对目标加工光束按照设计路径移动，以及运动模块转动，保持第一调制组件对称轴和加工路径切线方向平行；加入了第一调制组件后激光在滤波片内作用，沿切割路径延展产生裂纹，可以明显观察到沿着切割路径方向连接成线；若未加入第一调制组件的激光扫描结果，激光在滤波片基板上作用得到断面，存在倾斜，切割道较宽。

本发明提供的一种激光切割裂纹控制装置及方法，包括：激光器、第一调制组件、第二调制组件及处理器；处理器分别与激光器、第一调制组件及第二调制组件电连接；处理器用于控制激光器、第一调制组件及第二调制组件工作；激光器用于发出波前呈圆对称分布的高斯光束，高斯光束的波前包括：波前的预设第一方向及与第一方向垂直的第二方向；第一调制组件用于沿着高斯光束的第一方向进行波前更变处理，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；第二调制组件用于将第一调制光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，目标加工光束用于对待加工材料进行第二方向上的切割，使得待加工材料的切割裂纹沿着第二方向延伸。本方案通过第一调制组件对激光器发出的高斯光束的波前进行更变得到波前呈轴对称的第一调制光束，及通过第二调制组件对第一调制光束进行调制得到目标加工光束，通过该目标加工光束对待加工材料进行切割，该切割裂纹容易沿着第二方向延伸，提高待加工材料上的裂纹方向的可控制性，减小脆性裂片后材料崩边的风险。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种激光切割裂纹控制装置及方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种激光切割裂纹控制装置，其特征在于，包括：激光器、第一调制组件、第二调制组件及处理器；所述处理器分别与所述激光器、所述第一调制组件及所述第二调制组件电连接；

所述处理器用于控制所述激光器、所述第一调制组件及所述第二调制组件工作；

所述激光器用于发出波前呈圆对称分布的高斯光束，所述高斯光束的波前在第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向分布一致，所述第二方向与待加工材料的切割方向平行；

所述第一调制组件用于在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；其中，所述第一调制光束的光斑呈现椭圆形，椭圆的长轴平行于第二方向，且所述第一调制光束在第一方向上光斑两侧的光强变化缓慢，而在第二方向上光斑两侧的光强变化锐利；

所述第二调制组件包括整形单元及聚焦单元；所述整形单元用于对入射的所述第一调制光束进行整形处理，得到贝塞尔光束，所述贝塞尔光束为呈圆环状的光束，且圆环的各个位置的能量不同，沿着所述第二方向两端的位置能量最强；所述聚焦单元用于将所述贝塞尔光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束；所述目标加工光束用于对所述待加工材料进行所述第二方向上的切割，使得所述待加工材料的切割裂纹沿着所述第二方向延伸。

2.如权利要求1所述的激光切割裂纹控制装置，其特征在于，所述第一调制组件包括：运动模块及固定于所述运动模块上的柱透镜，所述运动模块与所述处理器电连接；

所述处理器用于控制所述运动模块运动；

所述运动模块用于带动所述柱透镜转动；

所述柱透镜用于接收所述高斯光束，并更变所述高斯光束的波前，以得到波前呈轴对称分布的所述第一调制光束。

3.如权利要求1所述的激光切割裂纹控制装置，其特征在于，所述第一调制组件包括空间光调制器；

所述处理器与所述空间光调制器电连接，所述处理器用于控制所述空间光调制器工作；

所述空间光调制器用于接收所述高斯光束后，加载所述高斯光束的相位图，并更变所述相位图的相位，得到波前呈轴对称分布的所述第一调制光束。

4.如权利要求1所述的激光切割裂纹控制装置，其特征在于，所述第二调制组件还包括：偏转单元；

所述偏转单元用于更变所述第一调制光束的传播方向，并将所述第一调制光束传送至所述聚焦单元。

5.如权利要求1-4任一项所述的激光切割裂纹控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：扩束准直单元；

所述扩束准直单元用于将所述激光器发出的所述高斯光束进行光斑扩大处理，得到具有大光斑直径的所述高斯光束，并将具有大光斑直径的所述高斯光束传送至所述第一调制组件。

6.如权利要求5所述的激光切割裂纹控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：加工载物台及移动平台，所述加工载物台安装于所述移动平台上，所述处理器与所述移动平台电连接；

所述加工载物台用于固定所述待加工材料；

所述移动平台用于根据预设加工路径带动所述加工载物台移动，以调整所述待加工材料的待加工位置。

7.一种激光切割裂纹控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任意一项所述的激光切割裂纹控制装置，包括：

控制激光器发出波前呈圆对称分布的高斯光束，所述高斯光束的波前在第一方向及与所述第一方向垂直的第二方向分布一致，所述第二方向与待加工材料的切割方向平行；

控制第一调制组件在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束；

控制整形单元对入射的所述第一调制光束进行整形处理，得到贝塞尔光束，所述贝塞尔光束沿着所述第二方向两端的位置能量最强；

控制聚焦单元将所述贝塞尔光束进行调制，得到具有聚焦光斑形貌及焦深的目标加工光束，所述目标加工光束用于对待加工材料进行所述第二方向上的切割，使得所述待加工材料的切割裂纹沿着所述第二方向延伸。

8.如权利要求7所述的激光切割裂纹控制方法，其特征在于，所述控制第一调制组件在所述第一方向上对所述高斯光束的波前进行调制，得到波前呈轴对称分布的第一调制光束的步骤之前包括：

控制扩束准直单元将所述激光器发出的所述高斯光束进行光斑扩大处理，得到具有大光斑直径的所述高斯光束，并将具有大光斑直径的所述高斯光束传送至所述第一调制组件。

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