CN108098163A - 一种加压前显示屏激光打小孔的方法及其采用的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种加压前显示屏激光打小孔的方法，包括以下步骤：第一步、将显示屏放置在激光加工治具上；第二步、将显示屏与激光加工治具进行贴合；第三步、定位待加工小孔位置；第四步、将显示屏移动至激光加工装置中；第五步、激光器对显示屏采用螺旋上升的方式进行加工，得到加工有小孔的显示屏；第六步、对显示屏上的小孔进行清理，即得产品。采用本发明的方法，效果是：工艺精简，操作方便，能实现小孔孔径小于0.5mm的产品加工，产品良率高达97％左右。本发明还公开一种上述方法采用的设备，包括激光加工治具、吸气装置、CCD视觉系统、激光加工装置、冷却的冷却装置以及清扫装置，部件容易获得，安装等操作方便。

Description

一种加压前显示屏激光打小孔的方法及其采用的设备
技术领域
本发明涉及玻璃加工技术领域，具体涉及一种加压前显示屏激光打小孔的方法及其采用的设备。
背景技术
玻璃应用越来越广，由于玻璃成本低，加压后强度高具有较大的表面张力，从而使得玻璃十分适用于手机、平板、电脑等电子领域。
由于玻璃产品越来越符合人机工程学，对玻璃微加工提出了更高要求。为了满足玻璃微加工发展需求，获得无异色、无倒边、更小崩边更高品质产品。传统玻璃微加工技术一直以来均采用CNC切割，此种方式加工能加工直径为0.8mm小孔(具体是先粗打孔直径0.5mm，再后精修小孔孔径至0.8mm,最后需对正反两面小孔进行倒边)，整个过程至少需60S，且产品良率不超过90％，因此，此种加工方式速度慢且附加损耗产品多、加工时间长效率低、成品产出率低。
随着技术的进步，也有采用激光对玻璃进行加工的，现有技术中采用激光对玻璃加工主要是通过激光作用在玻璃上，从而满足小孔等加工需求。现有技术中对玻璃采用激光加工，主要缺陷是：小孔一次性通过率不超过90％，产出良率相对较低，加工崩边不良品需报废处理，报废率相对较高。
综上所述，急需一种工艺精简、操作方便、能实现小孔孔径小于0.5mm的产品加工且产品良率高达97％左右的加工方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种工艺精简、操作方便、能实现小孔孔径小于0.5mm的产品加工且产品良率高达97％左右的加压前显示屏激光打小孔的方法，尤其适用于玻璃材质的面板，具体技术方案如下：
一种加压前显示屏激光打小孔的方法，包括以下步骤：
第一步、将需要加工的显示屏放置在激光加工治具的平台上；
第二步、采用吸气装置将显示屏与激光加工治具的平台中的工作面进行贴合；
第三步、采用CCD视觉系统抓取显示屏的边缘对所需加工的小孔的位置进行定位；
第四步、将激光加工治具连同固定在其上的显示屏移动至激光加工装置中的激光加工平台；
第五步、采用激光加工装置中的激光器对显示屏进行加工，得到加工有小孔的显示屏；所述激光器对显示屏采用螺旋上升的方式进行加工；激光器加工过程中采用冷却装置对显示屏进行冷却，冷却装置中冷却液的液面距离显示屏下表面的距离为0-3mm；
第六步、采用清扫装置对显示屏上的小孔进行清理，即得产品。
以上技术方案中优选的，所述第五步中：所述螺旋上升的方式具体是由显示屏的下表面至显示屏的上表面螺旋上升；所述激光器中镜头的焦深为80-120mm，激光波长为1064nm，激光功率为6-8w，激光频率为300-500kHZ，激光移动速度为1000-1500mm/s。
以上技术方案中优选的，所述激光器为皮秒红外激光器；所述激光器中镜头的焦深为100mm，激光功率为7.4w，激光频率为400kHZ，激光移动速度为1350mm/s。
以上技术方案中优选的，所述第五步中激光器对显示屏进行小孔加工时，激光加工路径的螺旋线最外圈圆至少包括2道外圈圆。
以上技术方案中优选的，所述显示屏的材质为玻璃或宝石类，其厚度为0.4-0.55mm。
以上技术方案中优选的，所述冷却液为水。
以上技术方案中优选的，在水平面上，所述冷却液的液面位于显示屏上的小孔的正下方的横截面为显示屏上的小孔的横截面的2.0-5.0倍。
以上技术方案中优选的，所述第三步中的定位具体是：采用CCD视觉系统抓取显示屏的四条边进行分中定位所需加工的小孔的位置。
应用本发明的技术方案，效果是：
1、本发明采用激光加工装置对显示屏进行小孔加工，属于激光冷加工方法，通过高频振荡瞬间高峰值功率直接破环玻璃分子间结构，使之气化，达到切割钻孔，可大大优化后续工序，可省掉喷墨工艺，极大地优化了制程，整个过程需要15-25秒；采用螺旋上升方式加工(具体是由显示屏的下表面至显示屏的上表面)，且激光器的各项参数的选择，确保小孔一次性通过率提高到97％以上，小孔崩边小于0.02mm×0.02mm，尺寸公差小于±0.03mm，加压后位置度公差小于±0.05mm，小孔锥度小于1度。
2、本发明中采用CCD视觉系统抓取玻璃四条边进行分中定位所需加工的小孔的位置，精准度高。
3、本发明中小孔加工过程中采用冷却液进行冷却，能有效的抑制玻璃加工过程中热量的产生导致玻璃崩边，进一步提高产品良率。本发明中冷却液为水，在满足冷却需求的同时，降低成本；冷却液液面的规格，确保能对加工过程中的显示屏进行很好冷却。
4、本发明中采用清扫装置对显示屏上的小孔进行清理，能实现小孔内壁的深度清扫，孔内壁粉尘残留少。
5、本发明中激光器对显示屏进行小孔加工时小孔的最外圈圆至少包括2道外圈圆，消除激光起点位置跟结束位置造成的不良(如缺口或其他缺陷)，进一步确保产品的良率。
本发明还公开一种上述加压前显示屏激光打小孔所采用的设备，包括设有用于固定显示屏的平台的激光加工治具、用于将显示屏与所述激光加工治具的平台进行贴合的吸气装置、用于对显示屏的四条边进行抓取从而分中定位小孔的位置的CCD视觉系统、用于对显示屏进行打小孔的激光加工装置、用于对加工过程中的显示屏进行冷却的冷却装置以及用于对显示屏上的小孔进行清扫的清扫装置；
所述激光加工装置包括激光加工平台以及活动设置在所述激光加工平台上的激光器，所述激光加工平台包括带有开口的腔体，所述激光加工治具的规格与所述开口的规格相匹配，所述冷却装置与所述腔体连通；
所述吸气装置包括气源、吸盘以及连接所述气源和所述吸盘的抽气机；
所述冷却装置包括储冷却液箱以及管路系统，管路系统包括连通所述储冷却液箱和所述腔体的第一管道以及连通所述腔体和外部废水箱的第二管道；所述第一管道和所述第二管道均为软管。
以上技术方案中优选的，所述清扫装置包括气枪、储气装置以及连接所述气枪和所述储气装置的气路管道，所述气路管道上设有阀门；清扫时所述气枪的气压为0.4-0.6MPa；所述激光器为皮秒红外激光器，加工过程中：所述激光器中镜头的焦深为100mm，激光功率为7.4w，激光频率为400kHZ，激光移动速度为1350mm/s；所述显示屏的材质为玻璃或宝石类，其厚度为0.4-0.55mm。
应用本发明的装置，部件容易获得，可以采用现有技术中的各部件进行组装，且使用方便；采用本发明装置进行显示屏的加工，产品良率高达97％，且产品质量好。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例，对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下结合附实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种加压前显示屏激光打小孔的方法，显示屏为玻璃材质(此处为康宁4318，除此之外，还可以用于加工宝石类等其他材质)，其采用的设备具体激光加工治具、吸气装置、CCD视觉系统、激光加工装置、冷却装置以及清扫装置。
所述激光加工治具用于固定显示屏，其包括设有固定显示屏的固定部位的平台。
所述吸气装置用于将显示屏与所述激光加工治具的平台进行贴合，其包括气源、吸盘以及连接所述气源和所述吸盘的抽气机。
所述CCD视觉系统用于对显示屏的四条边进行抓取从而分中定位所需加工的小孔的位置，其采用现有中的结构。
所述激光加工装置用于对显示屏进行打小孔，其包括激光加工平台以及活动设置在所述激光加工平台上的激光器，所述激光加工平台包括带有开口的腔体，所述激光加工治具的规格与所述开口的规格相匹配，所述冷却装置与所述腔体连通。所述激光器为皮秒红外激光器。
所述冷却装置用于对加工过程中的显示屏进行冷却，其包括储冷却液箱以及管路系统，管路系统包括连通所述储冷却液箱和所述腔体的第一管道以及连通所述腔体和外部废水箱的第二管道。所述冷却液箱中的冷却液为水；所述第一管道和所述第二管道均为软管。
所述清扫装置用于对显示屏上的小孔进行清扫，其包括气枪、储气装置以及连接所述气枪和所述储气装置的气路管道，所述气路管道上设有阀门。
本实施例的设备还可以包括控制器，上述CCD视觉系统、激光器、吸气装置以及冷却装置均与所述控制器连接，控制器控制CCD视觉系统中的摄像头、激光器、抽气机、冷却水开关等进行动作，实现整个小孔加工过程的自动化控制。
上述方法具体包括以下步骤：
第一步、将需要加工的显示屏放置在激光加工治具的平台上，使显示屏的边缘跟激光加工治具上的定位边很好的贴合，显示屏下表面跟激光加工治具表面很好的贴合；此处所述显示屏的厚度为0.4-0.55mm；
第二步、采用吸气装置将显示屏与激光加工治具的平台的工作面进行贴合，贴合要牢固；
第三步、采用CCD视觉系统抓取显示屏的边缘对小孔的位置进行定位具体是：采用CCD视觉系统抓取显示屏的四条边进行分中定位小孔的位置；CCD视觉系统抓取玻璃边缘位置后，输出加工位置坐标；
第四步、将激光加工治具连同固定在其上的显示屏移动至激光加工装置中的激光加工平台；启动冷却装置，采用冷却装置将加工中的显示屏进行冷却，冷却装置中冷却液的液面距离显示屏下表面的距离为0-10mm(此处采用0mm，即冷却液的液面和显示屏下表面紧贴)；在水平面上，所述冷却液的液面位于显示屏上的小孔的正下方的横截面为显示屏上的小孔的横截面的2.0-5.0倍(此处为3倍)；冷却装置中冷却液出口位置位于显示屏上的小孔的正下方5mm处；带玻璃粉的脏水通过冷却装置的污水排出系统排入外部的废水箱内；
第五步、采用激光加工装置中的激光器对显示屏进行加工，得到加工有小孔的显示屏，此处所述激光器对显示屏采用螺旋上升方式进行加工，具体是：激光器通过振镜扫描对显示屏进行加工，同时Z轴通过螺旋向上一定速度移动，聚焦到显示屏上表面、下表面及内部位置，对显示屏进行加工(激光加工时，显示屏待加工小孔位置从下表面往上表面逐层向上熔，最后割穿小孔；小孔的最外圈圆包括2道外圈圆，消除激光起点位置跟结束位置造成的不良)；
此步骤的具体工艺参数是：所述激光器中镜头的焦深为100mm，激光功率为7.4w，激光频率为400kHZ，激光移动速度为1350mm/s；激光器所处环境温度21-25℃之间，环境温度过低，激光器的晶体活性不够，所产生激光的光束质量不好，所出光能量会降低；环境温度过高，激光器的晶体活性大大增加，激光器使用寿命会大大缩短；
第六步、采用清扫装置对显示屏上的小孔进行清理，详情是：采用清扫装置中的气枪对小孔内壁进行深度清扫，气枪的气压为0.4-0.6MPa(此处采用0.5MPa)，即得产品。
第六步进行之前先将固定有加工好小孔的显示屏的激光加工治具移动到下料位置。
采用本实例的工艺步骤和工艺参数，小孔一次性通过率为99％以上，小孔崩边小于0.02mm×0.02mm，尺寸公差小于±0.03mm，加压后位置度公差小于±0.05mm，小孔锥度小于1度，孔内壁粉尘残留少。
实施例2-实施例5
实施例2-实施例5与实施例1相比较，除表1中的部分参数不同之外，其他内容均相同。
表1实施例1-实施例5的参数统计表
案例/参数 焦深/mm 激光功率/w 激光频率/kHZ 激光移动速度/(mm/s) 激光波长/nm
实施例1 100 7.4 400 1350 1064
实施例2 80 8 500 1450 1064
实施例3 90 7 480 1400 1064
实施例4 80 8 500 1250 1064
实施例5 120 6 450 1000 1064
实施例2-实施例5所得带有小孔的显示屏的性能是：小孔一次性通过率为97％-98％，小孔崩边小于0.02mm×0.02mm，尺寸公差小于±0.032mm，加压后位置度公差小于±0.045mm，小孔锥度小于1度，孔内壁粉尘残留少。
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)

1.一种加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、将需要加工的显示屏放置在激光加工治具的平台上；
第二步、采用吸气装置将显示屏与激光加工治具的平台中的工作面进行贴合；
第三步、采用CCD视觉系统抓取显示屏的边缘对所需加工的小孔的位置进行定位；
第四步、将激光加工治具连同固定在其上的显示屏移动至激光加工装置中的激光加工平台上；
第五步、采用激光加工装置中的激光器对显示屏进行加工，得到加工有小孔的显示屏；所述激光器对显示屏采用螺旋上升的方式进行加工；激光器加工过程中采用冷却装置对显示屏进行冷却，冷却装置中冷却液的液面距离显示屏下表面的距离为0-3mm；
第六步、采用清扫装置对显示屏上的小孔进行清理，即得产品。
2.根据权利要求1所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，所述第五步中：所述螺旋上升的方式具体是由显示屏的下表面至显示屏的上表面螺旋上升；所述激光器中镜头的焦深为80-120mm，激光波长为1064nm，激光功率为6-8w，激光频率为300-500kHZ，激光移动速度为1000-1500mm/s。
3.根据权利要求2所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，所述激光器为皮秒红外激光器；所述激光器中镜头的焦深为100mm，激光功率为7.4w，激光频率为400kHZ，激光移动速度为1350mm/s。
4.根据权利要求3所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，所述第五步中激光器对显示屏进行小孔加工时，激光加工路径的螺旋线最外圈圆至少包括2道外圈圆。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，所述显示屏的材质为玻璃或宝石类，其厚度为0.4-0.55mm。
6.根据权利要求5所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，所述冷却液为水。
7.根据权利要求5所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，在水平面上，所述冷却液的液面位于显示屏上的小孔的正下方的横截面为显示屏上的小孔的横截面的2.0-5.0倍。
8.根据权利要求5所述的加压前显示屏激光打小孔的方法，其特征在于，所述第三步中的定位具体是：采用CCD视觉系统抓取显示屏的四条边进行分中定位所需加工的小孔的位置。
9.一种加压前显示屏激光打小孔所采用的设备，其特征在于：包括设有用于固定显示屏的平台的激光加工治具、用于将显示屏与所述激光加工治具的平台进行贴合的吸气装置、用于对显示屏的四条边进行抓取从而分中定位所需加工的小孔的位置的CCD视觉系统、用于对显示屏进行打小孔的激光加工装置、用于对加工过程中的显示屏进行冷却的冷却装置以及用于对显示屏上的小孔进行清扫的清扫装置；
所述激光加工装置包括激光加工平台以及活动设置在所述激光加工平台上的激光器，所述激光加工平台包括带有开口的腔体，所述激光加工治具的规格与所述开口的规格相匹配；
所述吸气装置包括气源、吸盘以及连接所述气源和所述吸盘的抽气机；
所述冷却装置包括储冷却液箱以及管路系统，管路系统包括连通所述储冷却液箱和所述腔体的第一管道以及连通所述腔体和外部废水箱的第二管道；所述冷却液箱中的冷却液为水；所述第一管道和所述第二管道均为软管。
10.根据权利要求9所述的加压前显示屏激光打小孔所采用的设备，其特征在于：所述清扫装置包括气枪、储气装置以及连接所述气枪和所述储气装置的气路管道，所述气路管道上设有阀门；清扫时所述气枪的气压为0.4-0.6MPa；所述激光器为皮秒红外激光器，加工过程中：所述激光器中镜头的焦深为100mm，激光功率为7.4w，激光频率为400kHZ，激光移动速度为1350mm/s；所述显示屏的材质为玻璃或宝石类，其厚度为0.4-0.55mm。
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