CN113560714A - 透明材料表面镀层的激光选择性加工方法、成型工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能制造技术领域，尤其涉及一种透明材料表面镀层的激光选择性加工方法、成型工艺及装置，所述透明材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步骤：将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触，其中，工件目标区域的对侧无镀层；使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。本发明提供的加工方法通过将被加工区域的对侧置于液体之中，减小透明材料与外部介质之间的相对折射率，从而减弱或者阻止激光在透明材料被加工区域对侧界面的反射现象，防止反射激光对镀层的损伤。

Description

透明材料表面镀层的激光选择性加工方法、成型工艺及装置

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，尤其涉及一种透明材料表面镀层的激光选 择性加工方法、成型工艺及装置。

背景技术

激光是由激光光源被激发产生的具有高热高量的光束，激光具有速度快、 定位准、亮度高的特定，利用激光的这些特性，可以解决常规手段无法解决的 许多生产、生活上的问题。

其中，利用激光的高能高热的特点对物体进行加工处理是激光应用中的一 个重要方面，包括激光切割、激光刻蚀、激光雕刻等等。其中，对于平面或者 异形面上镀层的选择性移除也是激光的一个重要应用。

然而，在利用激光去除镀层时，若材料为透明或者半透明材质，由于激光 会折射进入材料内部，在材料被加工面的对侧发生反射，再次照射到被加工面 上，破坏了被加工面上镀层的非目标区域，造成了镀层的破坏。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供的透明材料表面镀层的激光选择性加工方 法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种透明材料表面镀层的激光选择性加工方 法，所述透明材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步骤：

将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触，其中，工件目标 区域的对侧无镀层；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

本发明实施例的另一目的在于提供一种透明材料表面镀层的激光选择性加 工方法，所述透明材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步骤：

将工件当前目标区域的对侧紧贴引导材料，其中，工件目标区域的对侧无 镀层，所述引导材料与所述工件的基材具有相同或者相近的折射率；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

本发明实施例的另一目的在于提供一种透明材料表面镀层的成型工艺，所 述透明材料表面镀层的成型工艺包括以下步骤：

制作或者选用透明基材；

在所述透明基材一个表面的至少部分区域制作镀层得到待处理工件；

将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触或者紧贴引导材 料，其中，工件目标区域的对侧无镀层，所述引导材料与所述工件的基材具有 相同或者相近的折射率；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

本发明实施例的另一目的在于提供一种透明材料表面镀层的成型装置，所 述透明材料表面镀层的成型装置包括：

盛放装置，用于盛放与待加工件基材具有相同或者相近折射率的液体或者 引导材料；工件被加工时其当前目标区域的对侧浸入液体或者与所述引导材料 紧贴；以及

激光模块，所述激光模块用于产生激光以去除工件上的镀层。

本发明提供的加工方法通过将被加工区域的对侧置于液体之中，减小透明 材料与外部介质之间的相对折射率，从而减弱或者阻止激光在透明材料被加工 区域对侧界面的反射现象，防止反射激光对镀层的损伤。

附图说明

图1为本发明实施例提供透明材料表面镀层的激光选择性加工方法的流程 图；

图2为本发明的原理图；

图3为本发明实施例提供的盛放装置的俯视图；

图4为本发明实施例提供的盛放装置的半剖视图；

图5为一个实施例提供的移位模块的一种实现结构图；

图6为一个实施例提供的移位模块的另一种实现结构图；

图7为图6的正视图。

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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例一：

如图1所示，为本发明实施例提供的一种透明材料表面镀层的激光选择性 加工方法的流程图，所述透明材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步 骤：

将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触，其中，工件目标 区域的对侧无镀层；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

在本实施例中，利用液体减小激光反射的基本原理如图2所示。在图2中， 透明材料的下表面浸入液体中，当液体的折射率与透明材料相同时，激光在透 明材料下表面的反射减弱或者消失，从而避免了透明材料内部反射激光照射到 上表面镀层从而破坏非目标区域镀层的问题。可以理解，液体的折射率并非必 须与透明材料一致，相对于真空，一般液体的折射率与透明材料的更接近，同 样以可以起到减弱反射的效果，仅仅是减弱的程度大小不同。此外，需要理解 的是，本发明中的透明材料并没有严格限制，可以是全透明或者半透明的，例 如玻璃、石英玻璃、宝石、透明陶瓷等，由本发明的原理可以确定的是，本发 明中的透明材料指一切可以被光穿入的材料，以是否有可能在其内侧界面发生 反射为准。

在本实施例中，液体优选为透明液体，可以减小激光在液体中的损耗，便 于激光进入液体。

上述当前目标区域是指需要移动的镀层的区域，在加工时，需要先将当前 目标区域的对侧浸入液体中，使液体与工件下表面充分接触，以接触面没有空 隙、气泡等为准。使用激光对目标区域进行照射时，部分激光进入到透明材料 内部，并在透明材料内部沿直线传播，最后照射到透明材料的另一侧边界上， 在该边界上发生反射与折射，当液体的折射率与透明材料一致时，反射消失， 激光通过折射的方式进入到液体中，且传播方向几乎不改变，相当于利用液体 延长了透明材料的范围。可以理解，当激光在透明材料内部垂直照射于下层界 面时，反射消失，但是这种方式难以实现，无法保证激光总是垂直于其出射界面，此为本发明价值的所在。

本发明提供的加工方法通过将被加工区域的对侧置于液体之中，减小透明 材料与外部介质之间的相对折射率，从而减弱或者阻止激光在透明材料被加工 区域对侧界面的反射现象，防止反射激光对镀层的损伤。

优选地，在本发明一个实施例中，所述方法还包括：

确定工件材料的折射率；

根据工件材料的折射率选定或者配制液体。

在本实施例中，对于工件材料折射率的确定方式至少包括查找对应材料的 物理特性资料或者现场测定两种方式，对于材料折射率的测定方式，可以参考 现有技术实现，本发明在此不再赘述。

在本实施例中，根据工件材料的折射率选定液体，原则为选定的液体与材 料的折射率越接近越好，当然还可以考虑成本、环保、重复使用次数等非技术 因素，此不在本发明的讨论范围。而配制液体即根据材料的折射率配制满足要 求的液体，配制出的液体可以是现有液体，也可以不是现有液体。

优选地，在本发明一个实施例中，根据工件材料的折射率配制液体，具体 包括以下步骤：

选定溶剂；

在选定的溶剂中加入调节剂；

检验调制后的液体的折射率与工件材料折射率的差值是否满足预设范围， 若满足则调配完成。

在本实施例中，溶剂可以选用水，油等根据材料的化学特性，可以选用有 机或者无机溶剂，优选为透明溶剂。通过在溶剂中加入调节剂以调节液体的折 射率，这里的调节剂是任何可以调节液体折射率的溶质，包括但不限于各种盐， 糖，其它与溶剂具有不同折射率的液体等。调配的过程中，还需要检验调配的 液体的折射率是否满足要求，判断的标准是所调配的液体的折射率与透明材料 的折射率的差值是否满足要求，例如与透明材料折射率的偏差为10％～50％，具 体范围视加工的具体要求而定。对于液体折射率的测定，可以参考现有技术实 现，本发明在此不再赘述。

优选地，在本发明一个实施例中，所述使用激光照射工件的当前目标区域 以去除工件当前目标区域上的镀层，具体包括以下步骤：

使用激光连续或者间断地照射工件当前目标区域上的镀层；

同时，根据激光的照射区域在工件的被加工面上的移动而移动和/或转动工 件，使工件当前被激光照射区域的对侧始终浸于液体中。

在本实施例中，激光的照射可以是连续的，也可以是间歇式的。此外，需 要理解，这里的当前目标区域是指正在加工或者即将加工的区域，可以是工件 上待加工的全部区域的一部分。

在本实施例中，利用激光照射的同时，使工件移动或者转动，从而使当前 被激光照射区域的对侧始终浸没于液体中，这种方式可以实现连续加工，且不 必须将工件的非加工面浸入液体中。这种方式可以减小液体的盛装装置的尺寸， 且可以适用被加工面为曲面的工件，还可能避免液体与镀层的接触。

优选地，在本发明一个实施例中，工件当前被激光照射区域的对侧是指， 激光照射在工件被加工表面上经折射后在工件被加工表面的对侧形成的照射区 域。

在本实施例中，需要说明的是，工件当前被激光照射区域的对侧并不必然 是工作被激光照射区域的正对面，且通常情况下并非正对面，此是由于激光射 入透明材料时发生了折射，导致透明材料两侧的光斑并非任何情况下均是正对， 本发明所谓对侧，主要指两侧上的光斑区域。

实施例二：

本发明还提供了一种透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，所述透明 材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步骤：

将工件当前目标区域的对侧紧贴引导材料，其中，工件目标区域的对侧无 镀层，所述引导材料与所述工件的基材具有相同或者相近的折射率；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

在本实施例中，可以理解，本实施例与实施例一的不同仅在于采用的不是 液体而是固态引导材料，该固体引导材料与工件透明材料的激光出射面紧贴， 这里的紧贴可以是两者具有一个光滑的结合面，两个光滑的结合面紧贴在一起； 还可以是利用透明介质将两者进行连接(这里的连接并不是指结构上的连接， 而是指光路上的连接)，透明介质可以是透明的胶水或者任意与透明材料或者引 导材料具有相同或者相近折射率的液体、凝胶等。需要说明的是，实施例一中 的优选方案中的任何限定内容，不在违反自然规律的前提下，均可以结合到本 实施例中，故实施例一中的限定及其相应变形均可以用于限定本实施例。

实施例三：

本发明实施例还提供了一种透明材料表面镀层的成型工艺，所述透明材料 表面镀层的成型工艺包括以下步骤：

制作或者选用透明基材；

在所述透明基材一个表面的至少部分区域制作镀层得到待处理工件；

将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触或者紧贴引导材 料，其中，工件目标区域的对侧无镀层，所述引导材料与所述工件的基材具有 相同或者相近的折射率；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

在本实施例中，步骤三、四具体可以参考本发明实施例一、二的内容，本 实施例在此不再赘述。实施例三是本发明生产中的具体应用，故实施例一、二 或者其结合所得的任意方案均可以用于限定本实施例。

实施例四：

本发明实施例还提供了一种透明材料表面镀层的成型装置，所述透明材料 表面镀层的成型装置包括：

盛放装置，用于盛放与待加工件基材具有相同或者相近折射率的液体或者 引导材料；工件被加工时其当前目标区域的对侧浸入液体或者与所述引导材料 紧贴；以及

激光模块，所述激光模块用于产生激光以去除工件上的镀层。

在本实施例中，上述成型装置结合了实施例一、二的内容，故实施例一、 二中相关的限定内容均可以应用于本实施例；而实施例三中关于工艺方面的内 容，可以具体通过本实施例提供的成型装置实施其中的全部或者部分步骤。激 光模块属于现有激光加工中的常用模块，本发明实施例对此不再具体介绍。

优选地，所述盛放置装置内设置有用于放置工件的放置位，所述放置位与 工件接触的最高点低于所述盛放装置内液体的最高水平面。

在本实施例中，如图3、4所示，为本发明实施例提供的盛放装置的一种具 体实现方式。在该实现方式中，盛放装置设置有一个十字形的凹槽，该凹槽的 中部设置有环形或者环形阵列的支撑结构；十字形凹槽的一侧与储液槽连通， 储液槽中的液体可以进入到十字形凹槽内。使用于，工件放置于支撑结构上， 工件部分边缘与十字形倒有圆角的四个过渡部分抵接，从而实现工件的定位； 充入液体，使液体与工件的下表面充分接触但不至于漫入工件上表面，利用激 光从上方对工件的上表面镀层进行加工即可。

作为进一步的优选，盛放装置的内侧表面贴附或者涂覆有吸光材料，以防 止二次反射。

优选地，所述透明材料表面镀层的成型还装置包括移位模块，工件装夹于 所述移位模块上；所述移位模块用于根据激光的照射区域在工件的被加工面上 的移动而改变工件的位置和/或朝向，使工件当前被激光照射区域的对侧始终浸 于液体中。

在本实施例中，如图5所示，为本发明提供的移位模块的一种实现方式， 其被设置为机械臂的结构形式，具有若干段活动连接的节，节与节之间可受控 相对运动，机械臂的末端设置有用于夹持工件的夹持件。使用时，利用机械臂 夹持工件运动，使工件被激光照射区域的对侧始终浸没于液体中。该结构尤其 适用于具有复杂被加工面的工件。进一步的，机械臂可以设置有多个，多个机 械臂相互配合以调整工件的位置和/或朝向，适用于大型工件。在该实现例中， 还可以包括计算机设备，用于控制机械臂的动作，计算机设备与机械臂通过导 线连接。

在本实施例中，如图6、7所示，为本发明提供的移位模块的另一种实现形 式，其被设置为具有三个可伸缩的支撑件，位于上述盛放装置内，每个支撑件 的末端与工件连接或者抵接，通过控制三个支撑件的伸缩的长度和/或朝向，实 现工件位置和/或朝向的调节。图6、7仅示出高度可调的实现方式为电机驱动螺 杆旋转使螺套上升或者下降，此外，还可以利用气缸或者液压缸等实现。当然， 三个支撑件也可以设置于支架上，将工作呈悬吊的方式置入液体内。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，其特征在于，所述透明材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步骤：

将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触，其中，工件目标区域的对侧无镀层；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

2.根据权利要求1所述的透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定工件材料的折射率；

根据工件材料的折射率选定或者配制液体。

3.根据权利要求2所述的透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，其特征在于，根据工件材料的折射率配制液体，具体包括以下步骤：

选定溶剂；

在选定的溶剂中加入调节剂；

检验调制后的液体的折射率与工件材料折射率的差值是否满足预设范围，若满足则调配完成。

4.根据权利要求1所述的透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，其特征在于，所述使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层，具体包括以下步骤：

使用激光连续或者间断地照射工件当前目标区域上的镀层；

同时，根据激光的照射区域在工件的被加工面上的移动而移动和/或转动工件，使工件当前被激光照射区域的对侧始终浸于液体中。

5.根据权利要求4所述的透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，其特征在于，工件当前被激光照射区域的对侧是指，激光照射在工件被加工表面上经折射后在工件被加工表面的对侧形成的照射区域。

6.一种透明材料表面镀层的激光选择性加工方法，其特征在于，所述透明材料表面镀层的激光选择性加工方法包括以下步骤：

将工件当前目标区域的对侧紧贴引导材料，其中，工件目标区域的对侧无镀层，所述引导材料与所述工件的基材具有相同或者相近的折射率；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

7.一种透明材料表面镀层的成型工艺，其特征在于，所述透明材料表面镀层的成型工艺包括以下步骤：

制作或者选用透明基材；

在所述透明基材一个表面的至少部分区域制作镀层得到待处理工件；

将工件当前目标区域的对侧浸入液体中使之与液体接触或者紧贴引导材料，其中，工件目标区域的对侧无镀层，所述引导材料与所述工件的基材具有相同或者相近的折射率；

使用激光照射工件的当前目标区域以去除工件当前目标区域上的镀层。

8.一种透明材料表面镀层的成型装置，其特征在于，所述透明材料表面镀层的成型装置包括：

盛放装置，用于盛放与待加工件基材具有相同或者相近折射率的液体或者引导材料；工件被加工时其当前目标区域的对侧浸入液体或者与所述引导材料紧贴；以及

激光模块，所述激光模块用于产生激光以去除工件上的镀层。

9.根据权利要求8所述的透明材料表面镀层的成型装置，其特征在于，所述盛放置装置内设置有用于放置工件的放置位，所述放置位与工件接触的最高点低于所述盛放装置内液体的最高水平面。

10.根据权利要求8所述的透明材料表面镀层的成型装置，其特征在于，所述透明材料表面镀层的成型还装置包括移位模块，工件装夹于所述移位模块上；所述移位模块用于根据激光的照射区域在工件的被加工面上的移动而改变工件的位置和/或朝向，使工件当前被激光照射区域的对侧始终浸于液体中。

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