CN108558188A - 一种曲面玻璃成型装置和成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种曲面玻璃成型装置和成型方法，该装置包括激光器、光束整形系统、扫描振镜和曲面成型模具，所述激光器用于发出适于对玻璃做软化处理的激光，所述光束整形系统设置在所述激光器后面，用于将所述激光器发出的激光整形准直成所需要的激光束，所述扫描振镜设置在所述光束整形系统后面，用于控制所述激光束的偏转方向来进行扫描，所述曲面成型模为可透激光的硬质材料，所述激光束以扫描方式透过所述曲面成型模具对玻璃进行加热，玻璃的热分布通过扫描方式调试，所述曲面成型模具用于对加热软化的玻璃进行压合成型。本发明能够控制扫描激光束来控制玻璃上的热分布，大大提高曲面玻璃成型的效率、可控性，改善成型质量，还减少能量浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种曲面玻璃成型装置和成型方法。
背景技术
目前3C产品中比较流行的一种3D技术，通过新颖的外观设计以及增加弧形边缘触控功能带来出色的触控手感。使得3D曲面玻璃的设计特色更加符合3C产品设计需求。3C产品设计如智能手机、智能手表、平板计算机、可穿戴式智能产品、仪表盘等陆续出现3D产品。相比较传统的2D平面玻璃，3D曲面玻璃的颜值高，其弧面边缘高于中框，整个屏幕都显得更加饱满，视觉效果也明显优于普通2D屏幕，曲面玻璃与中框180度平滑对接，更符合人体工程学原理，大幅度提高了滑动屏幕的触控手感。同时3D曲面玻璃还具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、坚硬、耐刮伤等诸多优点。
当前，市场上的3D曲面玻璃制作工艺是采用高温加热炉体对玻璃传导加热，使玻璃软化，再由石墨或者其它模具压合，实现曲面折弯成型。其中，在对玻璃进行加热软化的过程中，要求炉内温度均匀，升温、降温速率可控。常规的高温炉通过炉内热传导升温的方法，温度场难于控制，影响曲面玻璃成型质量。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种曲面玻璃成型装置和成型方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种曲面玻璃成型装置，包括激光器、光束整形系统、扫描振镜和曲面成型模具，所述激光器用于发出适于对玻璃做软化处理的激光，所述光束整形系统设置在所述激光器后面，用于将所述激光器发出的激光整形准直成所需要的激光束，所述扫描振镜设置在所述光束整形系统后面，用于控制所述激光束的偏转方向来进行扫描，所述曲面成型模为可透激光的硬质材料，所述激光束以扫描方式透过所述曲面成型模具对玻璃进行加热，玻璃的热分布通过扫描方式调试，所述曲面成型模具用于对加热软化的玻璃进行压合成型。
进一步地：
还包括设置在所述扫描振镜和所述曲面成型模具之间的场镜，用于调整光束的光斑大小。
还包括玻璃温度反馈装置，用于监测玻璃的加热温度和热分布，并反馈至控制器以控制所述曲面成型模具、所述激光器、所述扫描振镜中的一者或多者。
所述温度反馈装置为热成像仪或温度传感器。
所述可透激光的硬质材料为锗玻璃材质。
所述激光器为CO2激光器。
所述激光器为产生10.6μm波长的激光的CO2激光器。
所述光束整形系统按实际需求将激光整形成准直的圆形或椭圆形或跑道形或多边形的光束。
所述扫描振镜包括X轴和/或Y轴方向光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片，由控制器提供信号通过所述驱动放大电路驱动所述光学扫描头，并通过所述光学反射镜片的反射控制激光束的偏转方向。
所述曲面成型模具包括上模和下模，所述激光器、所述光束整形系统和所述扫描振镜配置成使激光束透过所述上模和/或所述下模对玻璃进行加热。
一种曲面玻璃成型方法，使用所述的曲面玻璃成型装置将玻璃成型为曲面玻璃。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过激光束扫描代替传统的炉内热传导对玻璃进行升温软化，利用激光对玻璃照射，玻璃吸收激光能量升温软化，采用可透激光的模具压合成型，由此实现的激光加热成型，不仅开启和关闭加热更加方便快捷，并且热量是玻璃吸收激光后在玻璃内部产生的，因此对玻璃的加热更直接，特别是对玻璃的加热温度可调，对玻璃的加热速度可控，玻璃上的热分布可控，因此曲面玻璃成型的品质更佳，满足各类曲面玻璃产品的需求，可控性更好，大大提升了产品的良率和工艺效率，也减少能量浪费。
与常规曲面成型加工方案相比，本发明实施例通过激光扫描热弯成型曲面玻璃，具有以下方面的优势：
a)激光的开启和关闭相对于高温加热炉的升降温更加方便容易，提高效率的同时减少能量浪费，节约资源成本；
b)利用激光作为热源，可调节的参数更多，工艺更加灵活；
c)采用激光扫描方式对玻璃加热，玻璃热分布通过扫描方式调试；
d)采用锗玻璃材质的成型模具，模具整体也更加光滑，可以有效的避免热弯成型时玻璃边缘的模具痕迹；
e)采用锗玻璃材质模具，还可以解决常规石墨模具在高温下发生氧化的问题；
f)温度反馈装置可对玻璃加热温度进行有效监测和反馈，玻璃热分布可监测，可根据需要控制激光扫描方式，实现更合适的热分布。
附图说明
图1为本发明一种实施例的曲面玻璃成型装置的整体系统示意图；
图2为本发明一种实施例的曲面玻璃成型装置的组成结构示意图；
图3为本发明一种实施例中的成型模具结构示意图；
图4a和图4b为本发明实施例中加上场镜(凸透镜或凹透镜)时的结构示意图；
图5为本发明另一种实施例的结构示意图；
图6为本发明一种实施例的曲面玻璃成型方法的流程图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图5，在一种实施例中，一种曲面玻璃成型装置，包括激光器1、光束整形系统2、扫描振镜3和曲面成型模具(例如可包括上模4和下模6)，所述激光器1用于发出适于对玻璃5做软化处理的激光，所述光束整形系统2设置在所述激光器1后面，用于将所述激光器1发出的激光整形准直成所需要的激光束，所述扫描振镜3设置在所述光束整形系统2后面，用于控制所述激光束的偏转方向来进行扫描，所述曲面成型模为可透激光的硬质材料，曲面成型模具决定玻璃成型的形状及曲率，所述激光束以扫描方式透过所述曲面成型模具对玻璃5进行加热，玻璃5的热分布通过扫描方式调试，所述曲面成型模具用于对加热软化的玻璃5进行压合成型。
本发明用激光束配合可透激光的曲面成型模具，代替常规的高温炉体对玻璃进行热熔软化，从而达到对玻璃进行曲面成型的目的。激光光束的开启和关闭具有便捷性，并且热量是有玻璃吸收激光后，在玻璃内部产生热量，不依赖于外界环境，还能够控制扫描激光束来控制玻璃上的热分布，因此大大提高效率、可控性，也减少能量浪费。
在优选的实施例中，曲面玻璃成型装置还包括设置在所述扫描振镜3和所述曲面成型模具之间的场镜，用于调整光束的光斑大小。场镜可以包括凸透镜8、凹透镜9等。
在优选的实施例中，曲面玻璃成型装置还包括玻璃温度反馈装置7，用于监测玻璃的加热温度和热分布，并反馈至控制器(未图示)以控制所述曲面成型模具、所述激光器1、所述扫描振镜3中的一者或多者。控制器可以在达到设定的玻璃软化温度和设定的热分布，适合做热压操作时，控制所述曲面成型模具进行压合。另外，控制器还可以根据玻璃温度反馈装置7的反馈对所述激光器1和/或所述扫描振镜3的工作状态进行调整，以获得适于压合成型目标曲面玻璃的合适温度和热分布。
在不同的实施例中，所述温度反馈装置可以为热成像仪或温度传感器。
在特别优选的实施例中，所述曲面成型模具采用的所述可透激光的硬质材料为锗玻璃材质。
在优选的实施例中，所述激光器1为CO2激光器。
在特别优选的实施例中，所述激光器1为产生10.6μm波长的激光的CO2激光器。由于玻璃对10.6μm波长的激光吸收率高，玻璃吸收激光后温度升高，10.6μm波长的激光适合用于对玻璃做软化处理。
在不同的实施例中，所述光束整形系统2可以按实际需求将激光整形成准直的圆形或椭圆形或跑道形或多边形或其他形状的光束。
在优选的实施例中，所述扫描振镜3包括X轴和/或Y轴方向光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片，由控制器提供信号通过所述驱动放大电路驱动所述光学扫描头，并通过所述光学反射镜片的反射控制激光束的偏转方向。
在优选的实施例中，所述曲面成型模具包括上模和下模，所述激光器1、所述光束整形系统2和所述扫描振镜3配置成使激光束透过所述上模和/或所述下模对玻璃进行加热。
参阅图1至图6，在另一种实施例中，一种曲面玻璃成型方法，使用前述任一实施例的曲面玻璃成型装置将玻璃成型为曲面玻璃。
例如，可采用10.6μm波长CO2激光对玻璃照射，玻璃吸收10.6μm波长激光温度升高，由此实现玻璃软化，然后用模具将玻璃压制成曲面的方法。该方法利用玻璃对10.6μm波长的激光吸收率高的特性，采用10.6μm波长的CO2激光作为加热源对玻璃进行加热处理，使玻璃软化。又例如，上下成型模具均采用锗玻璃材质，由于锗玻璃对10.6μm波长的激光有很好的光学透过性，因此10.6μm激光束可以透过上模具照射到被加工玻璃上，被加工玻璃吸收10.6μm波长激光后温度升高，实现玻璃软化，配合成型模具压制进行曲面成型。
还可以用玻璃温度反馈装置监测玻璃的温度，当温度达到设定的玻璃软化温度，适合做热压操作时向控制器提供反馈信号，上下模具压合，对玻璃成型。
与传统的曲面玻璃成型方法相比，本发明的曲面玻璃成型方法采用激光照射使玻璃生热，代替高温炉对玻璃热传递，可透激光的硬质材料模如锗玻璃模具代替石墨或其他非透明材料热弯模具，具有加工效率高、节能环保、加热温度精度高、加热温度可测、玻璃温度分布可测、加热温度可控、玻璃温度分布可控等诸多优点。
实施例1
如图1所示，一种曲面玻璃成型装置包括：
激光器(包含激光器的控制)系统，光束整形系统，扫描振镜，上下曲面成型模具，玻璃温度反馈装置；
激光器控制与激光器相连，主要控制激光功率、激光开关及调节工艺参数等；
上述激光器，选激光波长为10.6μm的CO2激光器；
上述光束整形系统，可以包括扩束透镜或整形透镜组，对激光束做扩束和准直或者将光斑整形成圆形、椭圆形、方形、矩形或其它形状；
上述经光束整形系统整形后的光斑可以是圆形、正方形、矩形或其它形状，优选矩形光斑；
上述扫描振镜也叫激光振镜，由X轴或Y轴单方向光学扫描头，电子驱动放大器和光学反射镜片组成。控制器提供的信号通过驱动放大电路驱动光学扫描头,从而在X或Y平面控制激光束的偏转；
上述扫描振镜的下方也可以根据实际需求添加场镜，主要作用是可改变激光束到达被加工玻璃处的光斑大小，场镜可以是凸透镜，凸透镜通过离焦量可以调整光斑大小，也可以是凹透镜，可扩大光斑尺寸；
上述曲面成型模具采用锗玻璃材质，用来对玻璃进行加热软化之后的压合成型；
上述玻璃温度反馈装置，可采用热成像方式，也可以采用温度传感器，优先采用热成像方式，可以全面监测整个玻璃的温度，并能监测玻璃温度分布，当温度达到需求值后提供反馈信号，控制上下模具合模成型；
如图1和图2所示，经过扫描振镜出来的激光束，透过上模作用于玻璃上，对玻璃进行软化处理，玻璃受热软化。当温度反馈装置探测到玻璃受热温度达到要求时，上下模具合模，如图3所示，在成型模具中成型完成。
图4a和图4b是在扫描振镜下方加上场镜时的示意图，分别为加上凸透镜时的效果示意图和加上凹透镜时的效果示意图。
图6是一种曲面玻璃成型方法的实施流程图，如图6所示，一种曲面玻璃成型方法的流程包括：
根据玻璃的成型参数，选取合适的激光参数设置好后，固定好玻璃的位置，通过控制器开启激光；
通过激光束从上向下照射玻璃对玻璃进行升温软化；
通过温度反馈装置对玻璃温度进行探测监控，当温度满足要求时反馈信号使上下模具合模成型。否则继续加热，当温度出现异常时，反馈信号来关闭激光，停止成型；
通过上下曲面成型模具合模对软化的玻璃进行成型，使玻璃成型为所需要的曲面形状；
通过控制器关闭激光，降温脱模，玻璃成型完成；
曲面成型过程中根据实际的工艺需求，选择宽度、长度合适的矩形光斑。
上述激光参数主要包括激光功率、激光光斑尺寸、离焦量、光束持续时间、扫描速率等。
实施例2
与实施例1的组成结构相同，实施例2将扫描振镜调整到下方，即激光从下往上照射，激光束透过下模对玻璃进行加热软化。其它工艺流程与实施例1相同。具体实施的原理和结构如图5所示。
由以上可知，本发明具有以下优势：
1、与传统方案相比，本发明采用激光束照射对玻璃进行升温软化，具有升温速率可调、效率高、节能、热分布可控等诸多优点。
2、玻璃温度反馈装置对温度进行监测和反馈，加热温度精度高，从而避免受热不均导致的玻璃崩裂现象。
3、采用锗玻璃作为上下成型模具，对激光束有高的透过性，同时可以解决传统石墨模具高温条件下受热氧化的问题。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种曲面玻璃成型装置，其特征在于,包括激光器、光束整形系统、扫描振镜和曲面成型模具，所述激光器用于发出适于对玻璃做软化处理的激光，所述光束整形系统设置在所述激光器后面，用于将所述激光器发出的激光整形准直成所需要的激光束，所述扫描振镜设置在所述光束整形系统后面，用于控制所述激光束的偏转方向来进行扫描，所述曲面成型模为可透激光的硬质材料，所述激光束以扫描方式透过所述曲面成型模具对玻璃进行加热，玻璃的热分布通过扫描方式调试，所述曲面成型模具用于对加热软化的玻璃进行压合成型；优选地，还包括设置在所述扫描振镜和所述曲面成型模具之间的场镜，用于调整光束的光斑大小。
2.如权利要求1所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,还包括玻璃温度反馈装置，用于监测玻璃的加热温度和热分布，并反馈至控制器以控制所述曲面成型模具、所述激光器、所述扫描振镜中的一者或多者。
3.如权利要求2所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述温度反馈装置为热成像仪或温度传感器。
4.如权利要求1至3任一项所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述可透激光的硬质材料为锗玻璃材质。
5.如权利要求1至4任一项所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述激光器为CO2激光器。
6.如权利要求5所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述激光器为产生10.6μm波长的激光的CO2激光器。
7.如权利要求1至6任一项所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述光束整形系统按实际需求将激光整形成准直的圆形或椭圆形或跑道形或多边形的光束。
8.如权利要求1至7任一项所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述扫描振镜包括X轴和/或Y轴方向光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片，由控制器提供信号通过所述驱动放大电路驱动所述光学扫描头，并通过所述光学反射镜片的反射控制激光束的偏转方向。
9.如权利要求1至8任一项所述的曲面玻璃成型装置，其特征在于,所述曲面成型模具包括上模和下模，所述激光器、所述光束整形系统和所述扫描振镜配置成使激光束透过所述上模和/或所述下模对玻璃进行加热。
10.一种曲面玻璃成型方法，其特征在于,使用如权利要求1至9任一项所述的曲面玻璃成型装置将玻璃成型为曲面玻璃。
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