CN107695530A - 加工脆性材料的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加工脆性材料的系统及方法，涉及脆性材料的加工领域，所述系统包括：激光光源、控制装置、位置调节机构和多个光学组件。其中，每一个光学组件对应一种加工工序。所述激光光源用于提供初始激光光束。所述位置调节机构用于将所述多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。所述光学组件用于将所接收的初始激光光束转换为与所述光学组件对应的加工工序所需的工作激光光束。所述控制装置用于按照所述预设加工工序控制所述工作激光光束对工件加工。本发明实施例的多个光学组件采用同样的激光光源，多个加工工序由同一个加工系统完成，便于维修和管理，操作灵活，节约成本。

Description

加工脆性材料的系统及方法

技术领域

本发明涉及脆性材料的加工领域，具体而言，涉及一种加工脆性材料的系统及方法。

背景技术

以高精度加工由脆性材料(诸如玻璃、晶体材料(如蓝宝石)或陶瓷)制出的工件是一项挑战。当由脆性材料基板制造盖玻片工件时，通常会对该脆性材料基板进行多个独立的加工工序。而现有的加工脆性材料的系统的结构过于复杂，成本过高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工脆性材料的系统及方法，以改善上述的问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种加工脆性材料的系统，其特征在于，包括：激光光源、控制装置、位置调节机构和多个光学组件。其中，每一个光学组件对应一种加工工序。所述激光光源用于提供初始激光光束。所述位置调节机构用于将所述多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。所述光学组件用于将所接收的初始激光光束转换为与所述光学组件对应的加工工序所需的工作激光光束。所述控制装置用于按照所述预设加工工序控制所述工作激光光束对工件加工。

优选地，所述控制装置还用于按照所述预设加工工序控制所述位置调节机构将对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。

优选地，所述多个光学组件包括周长切割组件，所述周长切割组件用于将所接收的初始激光光束转换为满足周长切割工序对应参数的工作激光光束。

优选地，所述多个光学组件包括倒角切割组件，所述倒角切割组件用于将所接收的初始激光光束转换为满足倒角切割工序对应参数的工作激光光束。

优选地，所述多个光学组件包括孔切割组件，所述孔切割组件用于将所接收的初始激光光束转换为满足孔切割工序对应参数的工作激光光束。

优选地，所述位置调节机构包括旋转平台，所述旋转平台安装有所述多个光学组件，使用时，由所述旋转平台转动所需的光学组件至所述初始激光光束的传播路径内。

优选地，所述位置调节机构包括线性移动平台，所述线性移动平台上设置有所述多个光学组件，使用时，由所述线性移动平台沿第一方向将所需的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。

第二方面，本发明实施例提供了一种加工脆性材料的方法，其特征在于，应用于加工系统，所述加工系统包括：激光光源、控制装置、位置调节机构和多个光学组件。其中，每一个光学组件对应一种加工工序。所述方法包括：所述位置调节机构将所述多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至由所述激光光源提供的初始激光光束的传播路径内，所述光学组件将所接收的初始激光光束转换为与所述光学组件对应的加工工序所需的工作激光光束，所述控制装置按照预设加工工序控制所述工作激光光束对工件加工。

优选地，所述位置调节机构将所需的光学组件移动至由所述激光光源提供的初始激光光束的传播路径内，包括：所述控制装置按照所述预设加工工序控制所述位置调节机构将对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。

优选地，所述方法还包括：所述控制装置接收用户的操作指令修改所述预设加工工序。

本发明实施例中，当需要对脆性材料进行某项加工工序时，通过位置调节机构将多个光学组件中所需加工工序对应的光学组件移动至激光光源提供的初始激光光束的传播路径内，所选的光学组件将初始激光光束转换为所选的光学组件的加工工序所需的工作激光光束，再由控制装置按照上述某项加工工序控制工作激光光束对工件加工。

与现有技术的脆性材料的切割中的不同工序由不同的激光工作站完成所造成的维修费用过高、管理不便以及成本过高相比，本发明实施例的多个光学组件采用同样的激光光源，多个加工工序由同一个加工系统完成，便于维修和管理，操作灵活，节约成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明一较佳实施例提供的加工脆性材料的系统的结构图；

图2示出了本发明另一较佳实施例提供的种加工脆性材料的系统的结构图；

图3示出了本发明较佳实施例提供的加工脆性材料的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1，图1示出了本发明一较佳实施例提供的一种加工脆性材料的系统的结构图，加工系统包括：激光光源110、多个光学组件120、第一位置调节机构130、加工平台140和控制装置150。

加工平台140的承载面上摆放有脆性材料工件160，在脆性材料工件160的上面安装有激光光源110和第一位置调节机构130，第一位置调节机构130上安装有多个光学组件120。

激光光源110用于提供初始激光光束，具体的可以是一个光纤激光器。其中，初始激光光束可以是一个线宽较宽的一个椭圆光斑，各光学组件可以根据加工工序的需求对初始激光光束进行线宽压缩或者强度放大等处理，以将初始激光光束调整为光学组件的加工工序对应参数的工作激光光束。

多个光学组件120包括：周长切割组件121、倒角切割组件122、孔切割组件123。

周长切割组件121用于对脆性材料工件160的边长进行切割，例如，通过周长切割将脆性材料工件160切割成所需形状。具体地，周长切割组件121可以包括激光调节装置，周长切割组件121的激光调节装置能够将初始激光光束通过线宽调整或者色散等操作后转换成周长切割工序对应参数的激光。

倒角切割组件122用于对脆性材料工件进行倒角切割。例如，倒角切割组件122包括一个激光调节装置，将初始激光光束转换成倒角切割工序对应的激光，通过倒角切割组件122的激光调节装置发出的激光对脆性材料工件进行切割。

孔切割组件123用于对脆性材料工件进行孔切割。例如，孔切割组件123包括一个激光调节装置，将初始激光光束转换成孔切割工序对应的激光，通过孔切割组件123的激光调节装置发出的激光对脆性材料工件的指定打孔的地方照射一段时间后，在脆性材料工件上形成一个孔。

第一位置调节机构130用于将所述多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内，于本发明实施例中，第一位置调节机构130可以是一个旋转平台。第一位置调节机构130具体可以为一个由电机带动的沿第一位置调节机构130的中心轴旋转的平台。

沿旋转平台的旋转方向，所述第一位置调节机构依次安装有周长切割组件121、倒角切割组件122和孔切割组件123。其中，以俯视所述旋转平台时的顺时针方向为旋转方向。

例如图1中，第一位置调节机构130安装有三个光学组件，最前端的是周长切割组件121，左侧和右侧分别是倒角切割组件122和孔切割组件123。激光光源110发出的初始激光光束到达第一位置调节机构130的左侧，即图1中的倒角切割组件122的位置，当需要选择其他的光学组件时，控制第一位置调节机构130以使所需的光学组件移动到第一位置调节机构130的左端位置处即可。

加工平台140可以在第二方向和第一方向上移动，控制装置150能够控制第一位置调节机构130和加工平台140的工作。优选地，第一方向为与加工平台140的承载面的平行方向，第二方向为与加工平台140的承载面的垂直方向。

例如，第一位置调节机构130的驱动电机和加工平台140的驱动电机均与控制装置150耦合，控制装置150内包括处理芯片和存储器，处理芯片内存储有预设加工工序，控制装置150能够根据存储器内的预设加工工序控制第一位置调节机构130和加工平台140的运动。当然，控制装置的预设加工工序还可以根据用户输入的操作指令进行修改。

当需要通过加工系统对脆性材料依次进行周长切割、倒角切割和孔切割的时候，具体的实施方式可以如下：

用户利用计算机仿真软件，根据对脆性材料工件160的加工需求生成加工配方，将加工配方加载在控制装置150内。其中，加工配方包括周长切割、倒角切割和孔切割的次序和每一个加工工序的加工时间和加工形状等。

控制装置150加载加工配方之后，根据加工配方第一步对应的周长切割工序控制第一位置调节机构130旋转一定角度后将周长切割组件121移动至激光光源110发出的初始激光光束的传播路径内。周长切割组件121将初始激光光束转换为满足周长切割工序对应参数的工作激光光束。其中，用于周长切割工序的工作激光光束为固定光束，例如周长切割组件121内设有多元衍射光学元件，能够将初始激光光束的脉冲能量放大并且线宽压缩到所需的宽度，即转换为脉冲激光。其中，固定光束为焦点固定不变的激光光束。

控制装置150根据加工配方中周长切割工序控制加工平台140移动，以操作满足周长切割工序对应参数的工作激光光束对加工平台140上的脆性材料工件160进行周长切割。

完成周长切割后，控制装置150根据加工配方第二步对应的倒角切割工序控制第一位置调节机构130旋转一定角度后将倒角切割组件122移动至激光光源110发出的初始激光光束的传播路径内。倒角切割组件122将所接收的初始激光光束转换为满足倒角切割工序对应参数的工作激光光束。其中，倒角切割工序对应参数的工作激光光束为扫描光束，即焦点是按照一定规律或者扫描角度移动的扫描光束。

控制装置150根据加工配方中倒角切割工序控制加工平台140移动，以操作满足倒角切割工序对应参数的工作激光光束对加工平台140上的脆性材料工件160进行倒角切割。

完成倒角切割后，控制装置150根据加工配方第三步对应的孔切割工序控制第一位置调节机构130旋转一定角度后将孔切割组件123移动至激光光源110发出的初始激光光束的传播路径内。孔切割组件123将所接收的初始激光光束转换为满足孔切割工序对应参数的工作激光光束。其中，孔切割工序对应参数的工作激光光束为焦点固定的固定光束。

控制装置150根据加工配方中孔切割工序控制加工平台140移动，以使满足孔切割工序对应参数的工作激光光束的焦点落在脆性材料工件160的待打孔的位置，以对加工平台140上的脆性材料工件160进行孔切割。由此，即完成了脆性材料工件160的周长切割、倒角切割和孔切割。

需要说明是，根据预设加工工序控制所述工作激光光束对工件加工的具体实施方式也可以是，加工平台固定不动，但是控制装置123能够控制激光光源110、位置调节机构122和多个光学组件121整体移动，以使光学组件121发出的激光束在脆性材料工件上的移动轨迹以及在某个位置处的停留时间不同。但是，采用这种操作方式使得激光光源110、位置调节机构122和多个光学组件121的整体移动非常不便。因此，本发明优选激光光源110、位置调节机构122和多个光学组件121相对加工平台都固定不动的实施方式。

请参见图2，图2示出了本发明另一较佳实施例提供的一种加工脆性材料的系统的结构图，所述系统包括：激光光源110、多个光学组件120、加工平台140、控制装置150和第二位置调节机构170。

加工平台140的承载面上摆放有脆性材料工件160，在脆性材料工件160的上面安装有激光光源110和第二位置调节机构170。第二位置调节机构170上安装有多个光学组件120。

多个光学组件120包括：周长切割组件121、倒角切割组件122、孔切割组件123。

第二位置调节机构170用于带动所述周长切割组件121、倒角切割组件122和孔切割组件123沿第一方向平移。于本发明实施例中，第二位置调节机构170可以是一个线性移动平台。具体的，第二位置调节机构170可以是一个由电机控制的能够沿第一方向伸缩的伸缩杆，周长切割组件121、倒角切割组件122和孔切割组件123按照一定的间隔安装在伸缩杆上，由第二位置调节机构170的电机控制伸缩杆的伸缩，进而控制光学组件的移动。

需要说明的是，图2将图1中的第一位置调节机构130替换为第二位置调节机构170，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，图2实施例的具体工作过程，可以参考图1对应的实施例，在此不再赘述。

另外，图1和图2仅给出了三个光学组件的实施例，当因加工工序而需要添加更多的光学组件时，上述光学组件的数量还可以变成四个、五个或更多。

请参考图3，本发明较佳实施例提供的一种加工脆性材料的方法，图3所示的方法应用于上述加工脆性材料的系统，所述方法包括：

步骤S301：位置调节机构将多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至由激光光源提供的初始激光光束的传播路径内；

优选地，所述控制装置按照所述预设加工工序控制所述位置调节机构将对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。

步骤S302：光学组件将所接收的初始激光光束转换为与光学组件对应的加工工序所需的工作激光光束；

步骤S303：控制装置按照预设加工工序控制工作激光光束对工件加工。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统、装置以及单元实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例中，当需要对脆性材料进行某项加工工序时，通过位置调节机构将多个光学组件中所需加工工序对应的光学组件移动至激光光源提供的初始激光光束的传播路径内，所选的光学组件将初始激光光束转换为所选的光学组件的加工工序所需的工作激光光束，再由控制装置按照上述某项加工工序控制工作激光光束对工件加工。

与现有技术的脆性材料的切割中的不同工序由不同的激光工作站完成所造成的维修费用过高、管理不便以及成本过高相比，本发明实施例的多个光学组件采用同样的激光光源，多个加工工序由同一个加工系统完成，便于维修和管理，操作灵活，节约成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加工脆性材料的系统，其特征在于，包括：激光光源、控制装置、位置调节机构和多个光学组件，其中，每一个光学组件对应一种加工工序；

所述激光光源用于提供初始激光光束；

所述位置调节机构用于将所述多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内；

所述光学组件用于将所接收的初始激光光束转换为与所述光学组件对应的所述预设加工工序所需的工作激光光束；

所述控制装置用于按照所述预设加工工序控制所述工作激光光束对工件加工。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置还用于按照所述预设加工工序控制所述位置调节机构将对应于所述预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的所述传播路径内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个光学组件包括周长切割组件，所述周长切割组件用于将所接收的初始激光光束转换为满足周长切割工序对应参数的工作激光光束。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个光学组件包括倒角切割组件，所述倒角切割组件用于将所接收的初始激光光束转换为满足倒角切割工序对应参数的工作激光光束。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个光学组件包括孔切割组件，所述孔切割组件用于将所接收的初始激光光束转换为满足孔切割工序对应参数的工作激光光束。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置调节机构包括旋转平台，所述旋转平台安装有所述多个光学组件，使用时，由所述旋转平台转动所需的光学组件至所述初始激光光束的传播路径内。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置调节机构包括线性移动平台，所述线性移动平台上设置有所述多个光学组件，使用时，由所述线性移动平台沿第一方向将所需的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。

8.一种加工脆性材料的方法，其特征在于，所述方法应用于加工脆性材料的系统，所述系统包括：激光光源、控制装置、位置调节机构和多个光学组件，其中，每一个光学组件对应一种加工工序，所述方法包括：

所述位置调节机构将所述多个光学组件中对应于预设加工工序的光学组件移动至由所述激光光源提供的初始激光光束的传播路径内；

所述光学组件将所接收的初始激光光束转换为与所述光学组件对应的所述预设加工工序所需的工作激光光束；

所述控制装置按照预设加工工序控制所述工作激光光束对工件加工。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述位置调节机构将所需的光学组件移动至由所述激光光源提供的初始激光光束的传播路径内，包括：

所述控制装置按照所述预设加工工序控制所述位置调节机构将对应于预设加工工序的光学组件移动至所述初始激光光束的传播路径内。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：所述控制装置接收用户的操作指令修改所述预设加工工序。