CN104384728A - 一种激光加工蓝宝石面板的工艺及夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光加工蓝宝石面板的工艺，将切割后的蓝宝石面板固定装夹在夹具上，采用皮秒激光器通过振镜扫描的方式对蓝宝石面板表面进行去除材料加工，所述皮秒激光器射出的激光能量设置在30-55W，激光频率设置在80--120KHz，激光光束移动的打标速度1000-1500mm/s，将激光光束聚焦后的焦点设置在蓝宝石面板待加工表面的上下0um-100um范围内，按照设定的加工轨迹参数操作皮秒激光器进行加工。本发明不需要冷却液、砂轮等耗材，节省了成本，环保高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用激光加工蓝宝石面板的工艺。
背景技术
蓝宝石以其优越的物理性能和光学性能，越来越广泛应用到光学仪器、数码设备及钟表仪器等行业，根据不同设备仪器的装配要求，需要在薄薄的蓝宝石面板上加工出各种尺寸和形式的装配结构，如手表蓝宝石镜片的背面需要加工出U形槽用于组装时卡位。
传统的在蓝宝石面板上采用去除材料的加工方式大多是采用CNC方式，通过对应尺寸的砂轮棒对蓝宝石表面进行磨削去除材料，以达到加工成设定的形状。这种加工方式的弊端是加工周期长，砂轮棒损耗严重更换频繁不适合量化生产。
随着激光技术的越来越普及，目前出现了一种采用激光器通过发射激光聚焦在蓝宝石面板上，通过激光的高温使宝石材料融化而达到去除材料的目的，但是采用激光融化后的废料融溶物等清理困难，特别是针对加工的盲孔这类结构，如果清理不当，在加工完以后又会凝固导致无发挖到想要的深度和效果，加工效果不理想，次品率高，严重影响产品的质量。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对传统蓝宝石挖槽传统加工周期太长，不适合量化生产，砂轮棒损耗太严重的问题，提供一种新型的采用激光加工蓝宝石面板的工艺，并且能够有效解决一般激光器加工效果不理想的问题。
本发明采用如下技术方案实现：一种激光加工蓝宝石面板的工艺，将切割后的蓝宝石面板固定装夹在夹具上，夹具和蓝宝石面板表面的水平度控制在10um以内，采用皮秒激光器通过振镜扫描的方式对蓝宝石面板表面进行去除材料加工，所述皮秒激光器射出的激光能量设置在30-55W，激光频率设置在100KHz，激光光束移动的打标速度1000-1500mm/s，将激光光束聚焦后的焦点设置在蓝宝石面板待加工表面的上下0um-100um范围内，按照设定的加工轨迹参数操作皮秒激光器进行加工。
进一步的，所述加工轨迹沿加工形状设计成连续的螺旋路线进行打标移动。
进一步的，沿加工轨迹进行的打标周期内，所述皮秒激光器发射的激光开关延时150-200us，跳转延时200-300us，打标结束延时50us。
进一步的，所述皮秒激光器分成两个激光头同时对两个工位的蓝宝石面板进行加工。
进一步的，蓝宝石面板装夹方式可采用机械式夹具装夹或真空吸气式夹具装夹，并对夹具采用接触式冷却介质冷却。
本发明还公开了一种激光加工蓝宝石面板的夹具用于上述加工工艺，包括夹具体和冷却腔体，所述夹具体的上表面设有若干真空竖管，其侧面上设有连通所述真空竖管的真空进气管；所述冷却腔体与夹具体的底面接触设置，其上设有冷却介质循环进出的入口和出口。
进一步的，所述冷却腔体内循环通入的冷却介质为冷却水。
本发明采用皮秒激光器，由于目前的皮秒激光器能做到最大功率也只有120W左右，我们是采用一个激光器分成两个头来生产，每个激光头发射的激光光束能量理论上每个头只有60W，为了保证激光出光稳定性故选择低于60W的 参数来批量生产。激光头聚焦的光斑从一点移动到另外一点时的打标速度为1000-1500mm/s。激光开关、跳转和打标结束均设置延时，这样激光路径首尾点可以刚好无缝连接，防止首尾点重复或不相接而使某个点槽深度偏深或偏浅。
本发明产生的积极效果如下：采用皮秒激光器，利用激光使蓝宝石材料瞬间高温汽化然后通过真空吸尘管道及时吸走汽化物，去除量和挖槽效果可以通过打标次数来控制，采用皮秒激光去除材料加工可以使加工周期降低，同时不需要冷却液、砂轮等耗材，节省了成本，保护了环境。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明中的夹具示意图。
图2为本发明中的蓝宝石面板加工U形槽的示意图。
图3为图2中加工的U形槽的截面示意图。
图4为加工图2中的U形槽激光工作轨迹俯视图。
图中标号：
1-夹具体，11-真空竖管，12-真空进气管，
2-冷却腔体，21-冷却水入口，22-冷却水出口，
3-蓝宝石面板，31-U形槽。
具体实施方式
实施例
本实施例以在蓝宝石面板表面挖U形槽为例，加工出来的蓝宝石面板具体如图1所示，具体步骤如下：
1)首先把蓝宝石棒料切片，厚度根据需加工的面板工艺厚度确定，两面的 平整度控制在10um以内；
2)采用真空方式把宝石片吸附在图2所示的夹具上，夹具底部采用水冷的方式冷却；
具体图2，所示夹具包括夹具体1和冷却腔体2，夹具体1的上表面设有若干真空竖管11，其侧面上设有连通真空竖管11的真空进气管12，通过真空吸附固定装夹蓝宝石面板3的同时，还可通过真空负压将高温汽化的蓝宝石废气回收；冷却腔体2与夹具体1的底面接触设置，其上设有冷却水入口21和冷却水出口22，采用循环接触式水冷对夹具体进行冷却。
在本发明中，可采用夹具吸气方式或机械固定方式把产品固定，采用机械式装夹的同时，还需要设置真空抽吸设备将汽化后的蓝宝石废气收集回收。
3)按照蓝宝石面板3上的需加工的U形槽31如图1所示，尺寸如下，U形槽顶宽1.15mm，深度0.83mm，U形槽的坡度48°，U形槽的具体横截面如图4所示，设计成矩形的螺旋激光打标路线，如图3所示，并生激光机支持的PLT格式文件导入到机器内部即可开启激光机进行操作，其中，激光能量设置在30-55W之间，优选40W；激光频率可设置在80KHZ-120KHZ之间，本实施例优选100KHZ。将激光器发射的激光打标速度控制在1000mm/s-1500mm/s之间，优选1000mm/s，激光空跳速度控制在2000mm/s-3000mm/s之间，优选3000mm/s。激光开关延时150-200us，优选200us；激光跳转延时200-300us，优选300us；打标结束延时50us，激光器射出的激光光束焦点在产品上表面的位置0-100um之间，优选50um以内。
4)打开图2中夹具体上的真空进气管12连接的真空设备真空固定好工件开始加工。
本实施例中的按照图3和图4所示，激光沿填充在U形槽内一条立体框形螺旋轨迹进行一次打标周期，即可一次性完成整个矩形框U形槽的加工。
上述为本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利说明书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种激光加工蓝宝石面板的工艺，其特征在于：将切割后的蓝宝石面板固定装夹在夹具上，夹具和蓝宝石面板表面的水平度控制在10um以内，采用皮秒激光器通过振镜扫描的方式对蓝宝石面板表面进行去除材料加工，所述皮秒激光器射出的激光能量设置在30-55W，激光频率设置在80--120KHz，激光光束移动的打标速度1000-1500mm/s，将激光光束聚焦后的焦点设置在蓝宝石面板待加工表面的上下0um-100um范围内，按照设定的加工轨迹参数操作皮秒激光器进行加工。
2.根据权利要求1所述的一种激光加工蓝宝石面板的工艺，所述加工轨迹沿加工形状设计成连续的螺旋路线进行打标移动。
3.根据权利要求2所述的一种激光加工蓝宝石面板的工艺，沿加工轨迹进行的打标周期内，所述皮秒激光器发射的激光开关延时150-200us，跳转延时200-300us，打标结束延时50us。
4.根据权利要求3所述的一种激光加工蓝宝石面板的工艺，所述皮秒激光器分成两个激光头同时对两个工位的蓝宝石面板进行加工。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种激光加工蓝宝石面板的工艺，蓝宝石面板装夹方式可采用机械式夹具装夹或真空吸气式夹具装夹，并对夹具采用接触式冷却介质冷却。
6.一种激光加工蓝宝石面板的夹具，其特征在于：包括夹具体和冷却腔体，所述夹具体的上表面设有若干真空竖管，其侧面上设有连通所述真空竖管的真空进气管；所述冷却腔体与夹具体的底面接触设置，其上设有冷却介质循环进出的入口和出口。
7.根据权利要求6所示的一种激光加工蓝宝石面板的夹具，所述冷却腔体内循环通入的冷却介质为冷却水。
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