CN108395089A - 一种快速精确激光切割三维弧面玻璃的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速精确激光切割三维弧面玻璃的装置及方法，包括支架，搁放平台，移动定位机构、高速激光系统及控制系统，高速激光系统包括接触头及聚焦镜，聚焦镜接收激光并将激光的聚焦点聚焦在三维弧形玻璃整个厚度内外，聚焦镜与接触头始终保持位置相对固定，接触头具有一向下延伸的且始终与三维弧面玻璃表面接触的顶点，在顶点处设有供激光射出的通孔，接触头始终与三维弧面玻璃表面保持90度垂直；搁放平台移动时，接触头在重力作用下跟随三维弧形玻璃表面轮廓上下移动，并使顶点始终与三维弧形玻璃表面保持接触。本发明的优点在于对3D不规则弧面的跟随，始终确保激光焦点在玻璃整个厚度内外，代替人工掰边，节能环保。

Description

一种快速精确激光切割三维弧面玻璃的装置与方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及激光聚能加工装置，具体的是涉及一种快速精确激光切割三维弧面玻璃的装置与方法。

背景技术

现有技术中汽车后视镜的加工是通过机械加工的方式来完成的，大致过程如下：将一方形的曲面玻璃作为原片，将玻璃刀装在自动切割机上，按照预设的尺寸参数进行划线切割，切出后视镜的形状，将多余的部分掰下来，将后视镜通过磨边机进行倒角磨边，再进行清洗，变成成品。

上述加工工艺存在的问题有：效率较低，需要经过多道工序，且需要进行清洗不够环保，而且在进行机械切割时，实际切割效果尺寸与输入的预设切割参数存在较大偏差，但是镜片外形尺寸又要求较高，所以无法满足要求，造成了很多次品；如用通止规方式来检验镜片尺寸是否合规，又会导致产品质量不稳定，因为止规是不锈钢材料，比玻璃硬度高，因此会产生磕碰导致不良产品生成，造成了浪费；如果要求较高的成品率的话，则对工人技术、经验要求都很苛刻，现有条件很难满足。

作为改进，利用激光在玻璃的任意位置进行高精度的切割；其原理是利用激光聚焦在玻璃表面，利用激光焦点带来的高温实现在玻璃经过的区域产生微爆，实现切割之目的；但由于玻璃是弧面不平整的，因此需要不断调整激光焦点的位置，现有技术中是先将要加工的玻璃形状、大小在软件里建模，获取尺寸参数，激光振镜在Z轴方向按照弧形玻璃高低移动，使焦点始终聚焦在玻璃表面，这种方式理论上是可行的，但是所有待加工的玻璃形状、尺寸并不都是统一精确的，会有偏差，这样就导致激光焦点难以始终聚焦在玻璃表面，也就给切割加工带来了问题。

发明内容

本发明克服了上述现有技术中所存在的效率低下、浪费材料、污染环境、加工尺寸有偏差等技术问题，提供了一种速度快、精准度高、效率高、不会污染环境、成品率高的用激光切割三维弧面玻璃的装置与方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种快速精确激光切割三维弧面玻璃的装置，包括支架，用于放置三维弧面玻璃的搁放平台，移动定位机构、高速激光系统及控制系统，其中，所述的搁放平台设置在移动定位机构上并在移动定位机构作用下沿X轴或Y轴方向移动，高速激光系统设置在支架上且高速激光系统位于搁放平台上方；所述的高速激光系统包括接触头及聚焦镜，聚焦镜接收激光并将激光的聚焦点聚焦在三维弧形玻璃整个厚度内外，所述的聚焦镜与接触头始终保持位置相对固定，所述的接触头具有一向下延伸的且始终与三维弧面玻璃表面接触的顶点，在顶点处设有供激光射出的通孔，接触头始终与三维弧面玻璃表面保持90度垂直；搁放平台移动时，接触头在自身重力作用下跟随三维弧形玻璃表面轮廓上下移动，并使顶点始终与三维弧形玻璃表面保持接触。

本发明是预先设计好聚焦镜的焦距，接触头的存在使得聚焦镜的聚焦点始终从接触头的顶点处射出，并使极小的2微米的激光焦点始终聚焦并贯穿在三维弧形玻璃整个厚度内外，激光的焦点最终形成的是8-12个激光脉冲串或者更多的焦点连成的焦点线段，激光脉冲串或者焦点线段始终穿透接触头顶点下方的三维弧面玻璃，玻璃随着搁放平台运动时，接触头在重力的作用下始终与三维弧面玻璃接触，也就是接触头的顶点又始终与三维弧形玻璃表面保持接触，确保聚焦点始终贯穿在三维弧形玻璃整个厚度内外，实现精确定位，搁放平台只需要按照预设轨迹做二维运动，即可按照预设的形状将后视镜切割出来。

作为优选，所述的高速激光系统还包括纵向设置的直线轴承与中空光轴，中空光轴与直线轴承套接在一起，直线轴承通过一固定座固定设置在支架上，接触头遮罩于聚焦镜外，聚焦镜设置于中空光轴下端，接触头也连接于中空光轴下端，所述中空光轴上端透过固定座连接有防坠环。防坠环防止中空光轴脱离直线轴承，中空光轴与直线轴承形成一个滑动约束，使中空光轴仅沿直线轴承上下滑动，而防坠环则防止当玻璃离开时，中空光轴掉落离开固定座。

作为优选，中空光轴与防坠环螺纹连接，防坠环卡接于固定座上端面。这样的连接方式组装很方便。

作为优选，所述的支架包括水平支架与Z向支架，所述的高速激光系统还包括高速激光器，反射镜与波片，高速激光器、反射镜设置在水平支架上，波片通过波片支架固定连接于固定座上，波片中心正对中空光轴；Z向支架连接于水平支架，固定座设置在Z向支架上。

作为优选，在Z向支架上设有Z向直线电机，所述的固定座受Z向直线电机驱动在Z向方向上下移动。当切割完毕后，Z向直线电机动作控制固定座上移，使接触头脱离玻璃，方便取料再放料。

作为优选，所述的接触头包括座体及一倒锥形体，所述的顶点为倒锥形体的尖端，座体与中空光轴下端螺纹连接，聚焦镜承托于倒锥形体内。倒锥形体的尖端顶点保证与玻璃有较少的接触面积，减少摩擦方便移动，聚焦镜卡接在倒锥形体与中空光轴下端之间。

作为优选，移动定位机构包括至少两个X向移动台和一个Y向移动台，所述的X向移动台均同时与Y向移动台相连，搁放平台设置在X向移动台上。移动定位机构包括至少两个X向移动台，这样可以在一个搁放平台在加工时，另一个工位可以预备好放料；当前一个工位切割好后，可以进行下料，而准备好的工作马上就可以开始切割加工，无缝衔接，提高了加工效率。

作为优选，所述的X向移动台连接有一X向直线电机，搁放平台在X向直线电机作用下沿X轴方向移动；Y向移动台连接有一Y向直线电机，X向移动台在Y向直线电机作用下沿Y轴方向移动。

作为优选，还包括有用于取放料的三维机械手，所述的三维机械手与搁放平台相配合。

作为优选，搁放平台上设有多个用于夹紧玻璃的定位柱，所述定位柱设置在搁放平台上表面的滑槽内，定位柱在搁放平台内部设置的气缸的作用来回移动，在放置玻璃后，对玻璃进行夹紧。

一种基于上述装置的加工方法，在控制系统中根据要切割的玻璃形状、大小预设搁放平台的运动轨迹，在搁放平台上放置并固定好三维弧形玻璃后，开启移动定位机构及高速激光系统，使搁放平台在移动定位机构的作用下沿预定轨迹在X轴、Y轴方向移动，而高速激光系统发出激光的聚焦点恰好位于接触头的顶点处，搁放平台移动时，接触头在自身重力作用下跟随三维弧形玻璃表面轮廓上下移动，并使顶点始终与三维弧形玻璃表面保持接触，从而使激光聚焦点沿运动轨迹一周，达到切割之目的。

作为优选，移动定位机构包括至少两个工位，每个工位上都设置有一个搁放平台，一个搁放平台的玻璃在加工时，另一个工位可以预备好放料；当前一个工位切割好后，可以进行下料，而准备好的工位则马上就可以开始切割加工，周而复始。

采用了上述技术方案的本发明的原理及有益效果是：

本发明装置的最主要的优点在于对3D不规则弧面的跟随，始终确保激光焦点在玻璃整个厚度内外，接触头的存在使得聚焦镜与接触头顶点的距离始终保持不变，这个距离的设置使得聚焦镜的焦点段始终贯穿三维弧形玻璃厚度内外，对玻璃产生热裂，代替人工掰边，加工完后，也不用清洗磨边，大大提高了效率，减少了加工误差，并且更加节能环保。

再进一步说，移动定位机构包括至少两个X向移动台和一个Y向移动台，所述的X向移动台均同时与Y向移动台相连，这样可以在一个搁放平台在加工时，另一个工位可以预备好放料；当前一个工位切割好后，可以进行下料，而准备好的工位马上就可以开始切割加工，无缝衔接，也无须再进行调焦，提高了加工效率。

附图说明

图1为实施例中本发明装置的立体结构示意图；

图2为图1的局部放大图（A部）；

图3为本发明中接触头与中空光轴、直线轴承的装配立体结构示意图；

图4为接触头与三维弧形玻璃的配合示意图；

图5为接触头与中空光轴、直线轴承组合在一起的局部剖视图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例：一种快速精确切割三维弧面玻璃的装置，如图1-5所示，包括支架1，用于放置三维弧面玻璃的搁放平台2，移动定位机构3及高速激光系统，其中，所述的搁放平台2设置在移动定位机构3上并在移动定位机构3作用下沿X轴或Y轴方向移动，高速激光系统设置在支架1上且高速激光系统位于搁放平台2上方；所述的支架包括水平支架4与竖直设置的Z向支架5。

所述的高速激光系统包括高速激光器6，反射镜7与波片8，以及纵向设置的直线轴承11、中空光轴12，和接触头9、聚焦镜10；中空光轴12与直线轴承11套接在一起，直线轴承11通过一固定座13固定设置在Z向支架5上，聚焦镜10设置于中空光轴12下端，接触头9也连接于中空光轴12下端，接触头9遮罩于聚焦镜10外，所述中空光轴12上端透过固定座13连接有防坠环15，中空光轴12与防坠环15螺纹连接，防坠环15卡接于固定座13上端面；具体的说，所述的接触头9包括座体91及一倒锥形体92，座体91与中空光轴12下端螺纹连接，聚焦镜10承托于倒锥形体92内，聚焦镜10的聚焦点与倒锥形体92尖端处的顶点93重合；在顶点93处设有供激光射出的通孔，接触头9始终与三维弧面玻璃表面保持90度垂直。

高速激光器6、反射镜7设置在水平支架4上，波片8通过波片支架14固定连接于固定座13上，波片8中心正对中空光轴12；Z向支架5连接于水平支架4，固定座13设置在Z向支架5上。

如图1、4所示，搁放平台2移动时，接触头9在自身重力作用下跟随三维弧形玻璃16表面轮廓上下移动，并使顶点93始终与三维弧形玻璃16表面保持接触，这样也就使得聚焦镜10的激光聚焦点始终能够作用于玻璃进行热裂。

再进一步说，在Z向支架5上设有Z向直线电机17，所述的固定座13受Z向直线电机17驱动在Z向方向上下移动。

再具体的说，移动定位机构包括至少两个X向移动台18和一个Y向移动台19，所述的X向移动台18均同时与Y向移动台19相连，搁放平台2设置在X向移动台18上。所述的X向移动台18连接有一X向直线电机，搁放平台2在X向直线电机作用下沿X轴方向移动；Y向移动台19连接有一Y向直线电机，X向移动台18在Y向直线电机作用下沿Y轴方向移动。

此外，还包括有用于取放料的三维机械手(未图示)，三维机械手可采用KUKA公司生产的机械手，可以在空间内三维移动，十分灵活，所述的三维机械手与搁放平台相配合，用于取料、放料。

搁放平台2上设有多个用于夹紧玻璃的定位柱20，所述定位柱20设置在滑槽21内，定位柱20在内部设置的气缸的作用来回移动，在放置玻璃后，对玻璃进行夹紧。

本发明的工作过程如下：在控制系统的控制软件中根据要切割的玻璃形状、大小预设搁放平台2的运动轨迹，在搁放平台上放置并固定好三维弧形玻璃后，开启移动定位机构及高速激光系统，使搁放平台在移动定位机构的作用下沿预定轨迹在X轴、Y轴方向移动，而高速激光系统发出激光的聚焦点从接触头的顶点通孔射出，聚焦点连成的焦点段或脉冲串恰好覆盖玻璃整个厚度内外，搁放平台移动时，接触头在自身重力作用下跟随三维弧形玻璃表面轮廓上下移动，并使顶点始终与三维弧形玻璃表面保持接触，从而使激光聚焦点沿运动轨迹一周，达到切割之目的。

Claims (12)

1.一种快速精确激光切割三维弧面玻璃的装置，其特征是：包括支架，用于放置三维弧面玻璃的搁放平台，移动定位机构、高速激光系统及控制系统，其中，所述的搁放平台设置在移动定位机构上并在移动定位机构作用下沿X轴或Y轴方向移动，高速激光系统设置在支架上且高速激光系统位于搁放平台上方；所述的高速激光系统包括接触头及聚焦镜，聚焦镜接收激光并将激光的聚焦点聚焦在三维弧形玻璃整个厚度内外，所述的聚焦镜与接触头始终保持位置相对固定，所述的接触头具有一向下延伸的且始终与三维弧面玻璃表面接触的顶点，在顶点处设有供激光射出的通孔，接触头始终与三维弧面玻璃表面保持90度垂直；搁放平台移动时，接触头在自身重力作用下跟随三维弧形玻璃表面轮廓上下移动，并使顶点始终与三维弧形玻璃表面保持接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的高速激光系统还包括纵向设置的直线轴承与中空光轴，中空光轴与直线轴承套接在一起，直线轴承通过一固定座固定设置在支架上，接触头遮罩于聚焦镜外，聚焦镜设置于中空光轴下端，接触头也连接于中空光轴下端，所述中空光轴上端透过固定座连接有防坠环。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是：中空光轴与防坠环螺纹连接，防坠环卡接于固定座上端面。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述的支架包括水平支架与Z向支架，所述的高速激光系统还包括高速激光器，反射镜与波片，高速激光器、反射镜设置在水平支架上，波片通过波片支架固定连接于固定座上，波片中心正对中空光轴；Z向支架连接于水平支架，固定座设置在Z向支架上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是：在Z向支架上设有Z向直线电机，所述的固定座受Z向直线电机驱动在Z向方向上下移动。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述的接触头包括座体及一倒锥形体，所述的顶点为倒锥形体的尖端，座体与中空光轴下端螺纹连接，聚焦镜承托于倒锥形体内。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征是：移动定位机构包括至少两个X向移动台和一个Y向移动台，所述的X向移动台均同时与Y向移动台相连，搁放平台设置在X向移动台上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征是：所述的X向移动台连接有一X向直线电机，搁放平台在X向直线电机作用下沿X轴方向移动；Y向移动台连接有一Y向直线电机，X向移动台在Y向直线电机作用下沿Y轴方向移动。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征是：还包括有用于取放料的三维机械手，所述的三维机械手与搁放平台相配合。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征是：搁放平台上设有多个用于夹紧玻璃的定位柱，所述定位柱设置在搁放平台上表面的滑槽内，定位柱在搁放平台内部设置的气缸的作用来回移动，在放置玻璃后，对玻璃进行夹紧。

11.一种基于权利要求1-9任一项所述装置的加工方法，其特征是：在控制系统中根据要切割的玻璃形状、大小预设搁放平台的运动轨迹，在搁放平台上放置并固定好三维弧形玻璃后，开启移动定位机构及高速激光系统，使搁放平台在移动定位机构的作用下沿预定轨迹在X轴、Y轴方向移动，而高速激光系统发出激光的聚焦点恰好位于接触头的顶点处，搁放平台移动时，接触头在自身重力作用下跟随三维弧形玻璃表面轮廓上下移动，并使顶点始终与三维弧形玻璃表面保持接触，从而使激光聚焦点沿运动轨迹一周，达到切割之目的。

12.根据权利要求11所述的加工方法，其特征是：移动定位机构包括至少两个工位，每个工位上都设置有一个搁放平台，一个搁放平台的玻璃在加工时，另一个工位可以预备好放料；当前一个工位切割好后，可以进行下料，而准备好的工位则马上就可以开始切割加工，周而复始。