CN109352190B - 一种激光钻孔控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光钻孔控制方法，属于激光加工领域。本发明包括如下步骤：设置螺旋线图档；调节激光器和输送待加工产品到加工位置；设定3D振镜的起点：3D振镜将激光焦点的起点设置在待加工产品的下表面；激光器的振镜XY轴与Z轴联动，调节激光光束沿设定的连续螺旋线从玻璃下表面到上表面钻孔；走完设定的层数的螺旋线，关闭激光器激光，振镜XY轴与Z轴均回到初始位置。本发明的有益效果为：提高了加工效率，且从下至上没有开、关激光的接刀口，断面非常平顺。

Description

一种激光钻孔控制方法

技术领域

本发明涉及一种显示屏结构，尤其涉及一种激光钻孔控制方法。

背景技术

随着生产、运输领域向着速度越来越高、精度越来越高的方向发展，多个领域对传送物料的速度和精度有了更高的要求。

特别是飞速发展的机械设备行业、物流行业的细分领域，对输送的高精度、高速度、高加速度的渴望趋之若鹜。

目前市场主流产品为低铁钢化绒面玻璃，厚度3.2mm，在太阳能电池光谱相应的波长范围内(320～1100nm)，透光率可达91％以上，对于大于1200nm的红外光有较高的反射率。绒面是采用特制的压花，在玻璃表面压制特制的金字塔形花纹而制成的。但绒面的花纹会导致激光在部分区域不能穿透，被反射，不能完成打孔。

已有技术：

1、机械钻孔方式：机械旋转轴装着钻头(钻头是固定的尺寸形状、附着有金刚石磨料) 从上往下对玻璃进行钻孔，同时需要喷水以便带走热量和切削的颗粒。

机械钻孔：高速旋转的电机带着机械钻头，在玻璃表面高速旋转，由浅表逐渐深入，直到完全穿透。该技术效率慢，容易将产品搞炸裂而报废；钻孔孔径由机械钻头决定，是固定尺寸，不能任意调整；钻头需要定期更换；停工率非常高(当钻头更换、机械出现故障、产品碎裂时整条线只能停产待产)。

2、绿激光+2D振镜+机械Z轴装载着2D振镜运动的打孔方式：绿激光在2D振镜及场镜的作用下，对场镜下方固定高度的玻璃进行气化，单层气化的深度(简称H)约0.01至0.05mm，假设单层耗时为t；通过联动的软件对Z轴进行匀速向上运动控制(速度V≤H/t)，以便确保在这个速度下能够将所有层都充分气化。

激光从下往上逐层烧蚀，具体是：振镜位于孔的轴心附近，当Z轴处于最下方的这层时，振镜从孔的轴心走空程走到螺旋线的起点位置，此刻激光器发出激光，同时振镜开始沿设定的螺旋线(每一层是一条独立的单层螺旋线，有固定的内径、0.03-0.07mm的线间距、4-8条线条组成)走轨迹，走完本层的轨迹后，激光器关闭激光，振镜回到孔轴心附近，机械Z轴搭载着振镜匀速向上抬高一层......如此循环，直到机械Z轴搭载着振镜将设定的图形全部处理完毕。

该方式的缺点：

A、在每一层的台阶入刀口会留下入刀痕迹，这种痕迹容易导致该处难以切断或形成凹口，这种未断的点或凹口在后续加工时容易形成应力集中点，从而从这个位置开裂；

B、由于Z轴是垂直方向做匀速运动，而2D振镜是对相对固定的高度的材料做气化工作，因此二者在微观上说加工效率虽然比机械钻孔快不少，但振镜、Z轴局部不同步不协调，二者存在重复工作，不是一种不理想的状态，因此效率不能发挥到最高。

3、绿激光+3D振镜+常规软件控制打孔方式：类似已有技术第二点的情况，将机械Z轴转换成3D振镜的Z轴，不同的是：Z轴不是做匀速运动，而是运动到设置的层高后静止，当这一层d织激光+XY镜片组作用下气化掉后，Z轴就调整到下一层的高度的位置以便配合激光去气化，如此循环，直至将设置的层数D打完。如图1所示。

振镜位于孔的轴心1附近，当振镜的Z轴处于最下方的这层时，Z轴静止，振镜从孔的轴心走空程走到螺旋线的起点位置，此刻激光器发出激光，同时振镜开始沿设定的螺旋线 (每一层是一条独立的单层螺旋线，有固定的内径、0.03-0.07mm的线间距、4-8条线条组成)走轨迹，走完本层的轨迹后，激光器关闭激光，振镜回到孔轴心附近，振镜的Z轴搭载向上抬高一层。。。。。如此循环，直到振镜的Z轴与XY轴配合将设定的图层及形全部处理完毕。

该方式的缺点：

A、在每一层的台阶入刀口会留下入刀痕迹，这种痕迹容易导致该处难以切断或形成凹口，不但造成挂靠不能自然脱落，还会影响后续工序的加工；

B、由于采用的是3D振镜，运动效率以及加工模式会比已有技术1、2快，但因振镜Z与XY轴不联动，导致加工效率还是不能达到最佳理想状态。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种激光钻孔控制方法。

本发明包括如下步骤：

S1：设置螺旋线图档：设置螺旋线的层数、每层螺旋线的圈数及线间距，其中，每层螺旋线自下往上盘旋设置，边沿平缓上升与相邻的上一层的边沿衔接；

S2：调节激光器和输送待加工产品到加工位置；

S3：设定3D振镜的起点：3D振镜将激光焦点的起点设置在待加工产品的下表面；

S4：激光器的振镜XY轴与Z轴联动，调节激光光束沿设定的连续螺旋线从玻璃下表面到上表面钻孔；

S5：走完设定的层数的螺旋线，关闭激光器激光，振镜XY轴与Z轴均回到初始位置。

本发明作进一步改进，在步骤S1中，该层的螺旋线方向与相邻层的螺旋线方向相反。

本发明作进一步改进，每层中部螺旋线为一个平面，最内侧和最外侧边沿螺旋线呈平缓上升设置，所述平面设置在每层的纵向中部。

本发明作进一步改进，加工第一层时，振镜XY轴走空程到第一层的螺旋线的内侧，此刻激光器发出激光，振镜Z轴与XY轴联动，XY轴走螺旋线，Z轴平缓上升至第一层的中间高度，此刻Z轴保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由内向外继续走设定的螺旋线；当 XY轴达到第一层的最外侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY轴依旧走本层的螺旋线。

本发明作进一步改进，加工第二层时，振镜XY轴的行进方向改成了由外向内的螺旋线；当Z轴到达第二层的中间高度时，保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由外向内继续走设定的螺旋线；当XY轴达到第二层的最内侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY轴依旧走本层的螺旋线，奇数层由内向外、偶数层由外往内、振镜Z轴与XY轴联动在相邻两层之间平缓过度上升、循环往复，直到Z与XY联动走完设定的层数的螺旋线。

本发明作进一步改进，所述激光器采用绿激光或者紫外激光作为加工光源。

本发明作进一步改进，所述激光器的脉宽为7ns。

本发明作进一步改进，所述待加工产品为透明易碎固体材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：减少了控制时间，提高了加工效率，且从下至上没有开、关激光的接刀口，断面非常平顺。

附图说明

图1为现有技术加工示意图

图2为本发明方法流程图；

图3为一层螺旋线示意图；

图4为三层螺旋线示意图；

图5为激光器加工时运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的硬件基础：

1、本发明的加工对象尤其适用于透明易碎固体材料，如普通未钢化玻璃钻孔、高纯度石英钻孔、太阳能增透加硬玻璃钻孔等。本发明的控制方法围绕加工此类材料而展开；

2、本发明需采用低脉宽绿激光或者紫外激光作为加工的光源，当设置好合适的激光参数后，激光可以直接气化掉焦点附近的原材料；

3、本发明需采用3D振镜作为扫描工具。

如图2所示，本发明包括如下步骤：

S1：设置螺旋线图档：设置螺旋线的层数、每层螺旋线的圈数及线间距，其中，每层螺旋线自下往上盘旋设置，边沿平缓上升与相邻的上一层的边沿衔接。

如图3和图4所示，当螺旋线为一层时，螺旋线由内到外顺时针设置。当螺旋线为3层或多层时，该层的螺旋线方向与相邻层的螺旋线方向相反。

优选地，每层中部螺旋线为一个平面，最内侧和最外侧边沿螺旋线呈平缓上升设置，所述平面设置在每层层高d的纵向中部。当然，相邻层也可以在每层层高d的底部衔接。

S2：调节激光器和输送待加工产品到加工位置；

S3：设定3D振镜的起点：3D振镜将激光焦点的起点设置在待加工产品的下表面；

S4：激光器的振镜XY轴与Z轴联动，调节激光光束沿设定的连续螺旋线从玻璃下表面到上表面钻孔；

S5：走完设定的层数的螺旋线，关闭激光器激光，振镜XY轴与Z轴均回到初始位置。

如图5所示，作为本发明的一个实施例，本发明的具体实施步骤为：

当振镜Z轴定位在待加工产品的最下方后，振镜XY轴走空程到第一层的螺旋线的内侧，此刻激光器发出激光，Z轴与XY轴联动，XY轴走螺旋线，Z轴平缓上升至第一层d的中间高度时，此刻Z轴保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由内向外继续走设定的螺旋线；当 XY轴达到第一层的最外侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY轴依旧走本层的螺旋线；

当振镜Z轴达到第二层的范围时，XY轴的行进方向改成了由外向内的螺旋线；当Z到达第二层的中间高度时，此刻Z轴保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由外向内继续走设定的螺旋线；当XY轴达到第二层的最内侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY依旧走本层的螺旋线；

当Z轴达到第三层的范围时，XY轴的行进方向改成了由内向外的螺旋线；当Z轴到达第三层的中间高度时，此刻Z轴保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由内向外继续走设定的螺旋线；当XY达到第三层的最外侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY依旧走本层的螺旋线；

......

如此循环：奇数层由内向外、偶数层由外往内、振镜Z轴与XY联动在相邻两层之间平缓过度上升、循环往复，直到振镜Z轴与XY轴联动走完设定的层数D的螺旋线，此刻，关闭激光器激光，振镜XY与Z均回到初始位置。

至此，完成设定的全部工作，钻孔完成，然后将待加工产品输送到下一个钻孔位，进行下一批钻孔。当产品加工完成后，输送出工作台。

本例是现有技术3的基础上进行改进，与现有技术采用的是相同的工艺条件，当本发明与现有技术3均在激光器功率为30W、频率为100KHz、脉宽为7ns时的加工效率对比见表1：

表1新旧方法钻孔时效对比表

由上表可知，本发明相对于现有技术加工效率大大提高。这是因为，本发明通过科学设计，激光与振镜将加工的轨迹从开始出光、到完成设定的多层的螺旋线的整个过程中，于控制激光器而言只有一次开激光、关激光，于控制振镜而言只有开激光前的空行程、关激光后回到初始状态共两次空行程，大幅减少原有第2、第3种技术中每一层都要有开激光前的空行程、开激光、关激光、关激光后回到轴心等动作，减少了控制时间，从而大大提高了加工效率。同时，本发明从下至上没有开、关激光的接刀口，不会导致加工的孔内侧难以切断或形成凹口，断面非常平顺，孔内的物料能自然脱落，大大提高了产品的良率，也有利于后续工序的加工。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光钻孔控制方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：设置螺旋线图档：设置螺旋线的层数、每层螺旋线的圈数及线间距，其中，每层螺旋线自下往上盘旋设置，边沿平缓上升与相邻的上一层的边沿衔接；

S2：调节激光器和输送待加工产品到加工位置；

S3：设定3D振镜的起点：3D振镜将激光焦点的起点设置在待加工产品的下表面；

S4：激光器的振镜XY轴与Z轴联动，调节激光光束沿设定的连续螺旋线从玻璃下表面到上表面钻孔；

S5：走完设定的层数的螺旋线，激光器关闭激光，振镜XY轴与Z轴均回到初始位置，

步骤S1中，每层中部螺旋线为一个平面，最内侧和最外侧边沿螺旋线呈平缓上升设置,所述平面设置在每层的纵向中部，

加工第一层时，振镜XY轴走空程到第一层的螺旋线的内侧，此刻激光器发出激光，振镜Z轴与XY轴联动，XY轴走螺旋线，Z轴平缓上升至第一层的中间高度，此刻Z轴保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由内向外继续走设定的螺旋线；当XY轴达到第一层的最外侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY轴依旧走本层的螺旋线。

2.根据权利要求1所述的激光钻孔控制方法，其特征在于：在步骤S1中，该层的螺旋线方向与相邻层的螺旋线方向相反。

3.根据权利要求2所述的激光钻孔控制方法，其特征在于：加工第二层时，振镜XY轴的行进方向改成了由外向内的螺旋线；当Z轴到达第二层的中间高度时，保持在这个高度静止不动，振镜XY轴由外向内继续走设定的螺旋线；当XY轴达到第二层的最内侧时，振镜Z轴平滑上升、振镜XY轴依旧走本层的螺旋线，奇数层由内向外、偶数层由外往内、振镜Z轴与XY轴联动在相邻两层之间平缓过度上升、循环往复，直到Z与XY联动走完设定的层数的螺旋线。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激光钻孔控制方法，其特征在于：所述激光器采用绿激光或者紫外激光作为加工光源。

5.根据权利要求4所述的激光钻孔控制方法，其特征在于：所述激光器的脉宽为7ns。

6.根据权利要求1-3任一项所述的激光钻孔控制方法，其特征在于：所述待加工产品为透明易碎固体材料。

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