CN105458515A - 一种蓝宝石激光挖槽装置及其挖槽方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种蓝宝石激光挖槽装置及其挖槽方法，该挖槽装置包括激光器、反射镜、扩束镜、振镜、聚焦镜、平台和计算机，将待加工蓝宝石样品设置于平台上，反射镜、扩束镜、振镜和聚焦镜由上至下依次设置在待加工蓝宝石样品的上方，反射镜、扩束镜、振镜、聚焦镜和待加工蓝宝石样品的中心位于同一直线上，激光器位于反射镜的一侧，计算机与振镜相连；本发明采用连续曲线的方式，与传统的填充式扫描相比，加工出来的激光挖槽加工效果好、崩边量小且断面光滑，此外根据每层的扫描轨迹生成螺旋线进行扫描，这样的扫描轨迹可以解决常规激光扫描激光连接处加工不良的现象，还可以避免填充式扫描带来的跳转问题，提高加工精度。

Description

一种蓝宝石激光挖槽装置及其挖槽方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种蓝宝石激光挖槽装置及其挖槽方法。

背景技术

蓝宝石具有耐划伤，擦伤，耐腐蚀的特点，与其它玻璃相比的优点早已被很多人了解但是由于材料本身的价格以及其加工上的难度，使得它一直以来难以被广泛使用，目前蓝宝石的材料成本以及逐步下降，并且激光微加工领域的技术也有了飞快的发展，对蓝宝石的切割，打孔，挖槽等具有很大的市场应用前景。目前，主要通过金刚石涂层线(diamondcoatedwire)加工蓝宝石，由于金刚石成本较高，并且这样的加工方式是接触式加工，金刚石涂层线使用到一定程度后容易损坏，造成蓝宝石加工成本增大。用金刚石涂层线加工蓝宝石还有一个显著的缺点是加工效率低，加工效果差，容易造成加工不良。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种蓝宝石激光挖槽装置及其挖槽方法，可以解决填充扫描方式所带来的跳转问题以及连接处加工不良的问题。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种蓝宝石激光挖槽装置，该挖槽装置包括激光器、反射镜、扩束镜、振镜、聚焦镜、平台和计算机，将待加工蓝宝石样品设置于平台上，反射镜、扩束镜、振镜和聚焦镜由上至下依次设置在待加工蓝宝石样品的上方，反射镜、扩束镜、振镜、聚焦镜和待加工蓝宝石样品的中心位于同一直线上，激光器位于反射镜的一侧，计算机与振镜相连。

所述激光器的激光波长范围是355nm～1064nm，包含紫外、绿光和红外激光器。

所述激光器发出激光的偏振态为线偏振，偏振比大于100:1。

所述激光器的脉冲宽度范围是10飞秒～500皮秒，单点能量的范围是1uJ～10mJ。

一种蓝宝石激光挖槽装置的挖槽方法，所述计算机包括建型模块、计算模块、测试模块、生成模块和扫描模块；

该挖槽方法步骤如下：

步骤S1：根据待加工蓝宝石样品上挖槽的形状和大小，通过建型模块建立挖槽的模型；

步骤S2：通过计算模块计算加工挖槽所需要的层数n，其中D为挖槽的总深度，d为每层加工的厚度，具体公式如下：

n＝D/d；

步骤S3：通过测试模块测试出激光去除每层蓝宝石效率，即得到加工每层蓝宝石挖槽所需的时间t，则能得到加工蓝宝石挖槽所需的总时间T，具体公式如下：

T＝n*t；

步骤S4：根据步骤二得到的层数n对挖槽模型进行分层，生成模块通过矢量线来模拟扫描轨迹，通过扫描模块将模拟得到的每层扫描轨迹通过图形处理生成一条螺旋线；

步骤S5：根据加工蓝宝石挖槽所需的总时间T，打开挖槽装置中的激光器，激光光束根据步骤四生成的螺旋线，并按照每层的扫描轨迹，从蓝宝石表面逐层向内部扫描得到所述挖槽。

所述蓝宝石挖槽的总深度D范围是50～1000um，每层加工的厚度d范围是5～50um。

所述待加工蓝宝石样品的厚度范围是100～2000um。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的挖槽装置采用激光器发射激光光束，并经过反射镜、扩束镜、振镜和聚焦镜后聚焦在待加工蓝宝石样品上进行激光加工，整个装置结构简单，且加工速度快、效率高。

2、本发明在激光扫描的轨迹上使用连续的线扫描方式，以解决填充扫描方式所带来的跳转问题以及连接处加工不良的问题，挖槽的断面形貌的生成机理是将挖槽模型分切成若干层，通过矢量线来模拟扫描轨迹，每层的扫描范围可以渐变，并且将每层的扫描轨迹通过图形处理生成一条连续的螺旋线，此外，所需切分的层数可以根据挖槽的厚度以及激光加工每层的厚度得到，这种扫描方式具有效率高，加工效果均匀，崩边量小，扫描图形处理方便的特点。

附图说明

图1为本发明的蓝宝石激光挖槽装置示意图。

图2为本发明的蓝宝石挖槽上每层扫描方式示意图。

图3为本发明的蓝宝石挖槽横截面示意图

图4为本发明的蓝宝石激光挖槽方法的流程图。

附图标记说明：1-激光器、2-反射镜、3-扩束镜、4-振镜、5-聚焦镜、6-待加工蓝宝石样品、7-平台、8-计算机、61-激光扫描区域、62-激光开始扫描位置、63-激光结束扫描位置

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，本发明提供的一种蓝宝石激光挖槽装置，该挖槽装置包括激光器1、反射镜2、扩束镜3、振镜4、聚焦镜5、平台7和计算机8，将待加工蓝宝石样品6设置于平台7上，反射镜2、扩束镜3、振镜4和聚焦镜5由上至下依次设置在待加工蓝宝石样品6的上方，反射镜2、扩束镜3、振镜4、聚焦镜5和待加工蓝宝石样品6的中心位于同一直线上，激光器1位于反射镜2的一侧，计算机8与振镜4相连，用于控制振镜系统。

上述挖槽装置的工作原理阐述如下：

由激光器1发射出激光光束，激光光束经过反射镜2反射后，进入扩束镜3以减小其发散角度，之后激光进入由振镜4和聚焦镜5组成的扫描系统，最后垂直射向平台7上的待加工蓝宝石样品6，实现激光光束对蓝宝石进行激光挖槽加工，并通过计算机8来控制激光扫描的轨迹。

上述中，激光器1的激光波长范围是355nm～1064nm，包含紫外、绿光和红外激光器等，且发出激光的偏振态为线偏振，偏振比大于100:1；此外，激光器1的脉冲宽度范围是10飞秒～500皮秒，单点能量的范围是1uJ～10mJ，可以满足实际需要且适用范围广。

上述中，计算机8包括建型模块、计算模块、测试模块、生成模块和扫描模块。

本发明中，待加工蓝宝石样品6上加工的挖槽为一条闭合的挖槽，凹槽加工效果良好，无崩边，断面光滑。从横截面来看，待加工蓝宝石样品6的挖槽靠近表面的部分最宽，随着深度加深，挖槽的宽度逐渐变窄，无明显跳变现象。

本发明还提供一种蓝宝石激光挖槽方法，该挖槽方法先在待加工蓝宝石样品6上的挖槽模型切分成若干层，如附图4所示，具体挖槽方法步骤如下：

步骤S1：根据待加工蓝宝石样品6上挖槽的形状和大小，通过建型模块建立挖槽的模型。

步骤S2：通过计算模块计算加工挖槽所需要的层数n，其中D为挖槽的总深度，d为每层加工的厚度；

n＝D/d

本发明中，针对的待加工蓝宝石样品6的厚度范围是100～2000um，蓝宝石挖槽的总深度D范围是50～1000um，每层加工的厚度d范围是5～50um。

步骤S3：通过测试模块测试出激光去除每层蓝宝石效率，即得到加工每层蓝宝石挖槽所需的时间t，则能得到加工蓝宝石挖槽所需的总时间T；

T＝n*t

上述中，加工蓝宝石挖槽的每个分层的时间由挖槽的总体大小来决定，对于长宽为28mm*32mm的挖槽，每个分层的加工时间范围是5～20秒。

步骤S4：根据步骤二得到的层数n对挖槽模型进行分层，生成模块通过矢量线来模拟扫描轨迹，并将模拟得到的每层扫描轨迹通过图形处理生成一条螺旋线。

步骤S5：根据加工蓝宝石挖槽所需的总时间T，打开挖槽装置中的激光器1，激光光束根据步骤四生成的螺旋线，通过扫描模块按照每层的扫描轨迹，从蓝宝石表面逐层向内部扫描，达到最终加工挖槽的目的，得到所述挖槽。

上述中，每层的激光扫描轨迹如图2所示，待加工蓝宝石样品6上的加工区域是密集的激光扫描区域61，激光扫描区域61由一系列密集的扫描轨迹组成，扫描的线间距和扫描的范围可以根据实际需要来调整，通过激光由激光开始扫描位置62，层层扫描至激光结束扫描的位置63过程中无停顿、无跳转。

加工出来的蓝宝石挖槽的横截面如图3所示，加工的挖槽由一系列平行的加工层组成，加工层的宽度从上往下逐渐变窄，加工的层数根据加工的挖槽总深度和每层加工的深度来计算，层与层之间是渐变的过程，无明显跳转，连接不良的现象，在从上往下加工的过程中，挖槽的宽度逐渐变窄，对应于图4来说就是扫描区域61逐渐变小。

本发明提供的挖槽装置及其挖槽方法相对于现有技术优势在于：

1、本发明的挖槽装置结构简单，且加工速度快、效率高。

2、本发明采用激光光束实现对蓝宝石进行挖槽的激光微加工，并采用连续曲线的方式，与传统的填充式扫描相比，加工出来的激光挖槽加工效果好、崩边量小且断面光滑，此外根据每层的扫描轨迹生成螺旋线进行扫描，这样的扫描轨迹可以解决常规激光扫描激光连接处加工不良的现象，还可以避免填充式扫描所带来的跳转问题，提高加工精度和效果。

综上所述，本发明提供的蓝宝石挖槽装置及其挖槽方法具有很大的应用前景和广泛的推广空间。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓝宝石激光挖槽装置，其特征在于：该挖槽装置包括激光器(1)、反射镜(2)、扩束镜(3)、振镜(4)、聚焦镜(5)、平台(7)和计算机(8)，将待加工蓝宝石样品(6)设置于平台(7)上，反射镜(2)、扩束镜(3)、振镜(4)和聚焦镜(5)由上至下依次设置在待加工蓝宝石样品(6)的上方，反射镜(2)、扩束镜(3)、振镜(4)、聚焦镜(5)和待加工蓝宝石样品(6)的中心位于同一直线上，激光器(1)位于反射镜(2)的一侧，计算机(8)与振镜(4)相连。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石激光挖槽装置，其特征在于：所述激光器(1)的激光波长范围是355nm～1064nm，包含紫外、绿光和红外激光器。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石激光挖槽装置，其特征在于：所述激光器(1)发出激光的偏振态为线偏振，偏振比大于100:1。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石激光挖槽装置，其特征在于：所述激光器(1)的脉冲宽度范围是10飞秒～500皮秒，单点能量的范围是1uJ～10mJ。

5.一种如权利要求1～4所述蓝宝石激光挖槽装置的挖槽方法，其特征在于：所述计算机(8)包括建型模块、计算模块、测试模块、生成模块和扫描模块；

该挖槽方法步骤如下：

步骤S1：根据待加工蓝宝石样品(6)上挖槽的形状和大小，通过建型模块建立挖槽的模型；

步骤S2：通过计算模块计算加工挖槽所需要的层数n，其中D为挖槽的总深度，d为每层加工的厚度，具体公式如下：

n＝D/d；

步骤S3：通过测试模块测试出激光去除每层蓝宝石效率，即得到加工每层蓝宝石挖槽所需的时间t，则能得到加工蓝宝石挖槽所需的总时间T，具体公式如下：

T＝n*t；

步骤S4：根据步骤二得到的层数n对挖槽模型进行分层，生成模块通过矢量线来模拟扫描轨迹，并将模拟得到的每层扫描轨迹通过图形处理生成一条螺旋线；

步骤S5：根据加工蓝宝石挖槽所需的总时间T，打开挖槽装置中的激光器(1)，激光光束根据步骤四生成的螺旋线，通过扫描模块按照每层的扫描轨迹，从蓝宝石表面逐层向内部扫描得到所述挖槽。

6.根据权利要求5所述的蓝宝石激光挖槽方法，其特征在于：所述蓝宝石挖槽的总深度D范围是50～1000um，每层加工的厚度d范围是5～50um。

7.根据权利要求5所述的蓝宝石激光挖槽方法，其特征在于：所述待加工蓝宝石样品(6)的厚度范围是100～2000um。