CN111037115A - 一种雾面玻璃的激光切割方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雾面玻璃的激光切割方法及装置，所述激光切割方法包括以下步骤：先将雾面玻璃放置于移动平台上，并使雾面玻璃置于切割头的下方；先使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的底面，再利用切割头将皮秒激光器射出的激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃下层的待切割位置进行切割；而后使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的上表面，再利用切割头将激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃上层的待切割位置进行切割；将切割后的雾面玻璃放置于固定平台上；最后使用CO2激光器对雾面玻璃上的待切割位置进行扫描加工，使待切割位置彻底裂开，完成雾面玻璃的激光切割。本发明方法实现了对雾面玻璃的切割，且具有切割质量好及切割效率高的特点。

Description

一种雾面玻璃的激光切割方法及装置
技术领域
本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种雾面玻璃的激光切割方法及装置。
背景技术
玻璃是工业和生活中常见的材料，在玻璃生产中，切割是最常见的一种加工应用，在某些行业如3C，对玻璃切割的要求越来越高。
传统激光切割玻璃方式一是用波长10.6um的CO2激光器，玻璃对该波段光有强烈吸收，高功率的激光使得玻璃在激光的焦点位置受热发生断裂，裂缝向玻璃的上下表面延伸从而完成切割。在受热切割的过程中，通常需要使用淬火嘴将冷水或冷气喷射到切割道上，使玻璃裂开。这种方法切割精度较低，同时难以加工复杂图形。二是使用波长为532nm的纳秒短脉宽绿光激光器，输出的绿光经扫描振镜后由聚焦透镜聚焦到透明玻璃的待加工位置，使玻璃发生微米量级的爆破，通过扫描振镜移动焦点的位置，使爆破点在所需加工的区域叠加从而实现加工。但这两种切割方法得到的边缘质量较差，无法满足3C行业越来越高的要求。
通常情况，激光适用于切割表面平滑、透光性好的玻璃，如果材料上表面有花纹、凹坑等微结构(即雾面玻璃等)，激光照射在上表面时发生散射、衍射、或不同方向的折射后，光束在材料内的传播出现弥散现象，有效能量密度将严重下降，以致无法实现加工；改善雾面玻璃切割效果的最有效方法是提高光的透过性，影响透过性的因素有二：一是因花纹的存在导致激光在玻璃表面发生散射，二是现有中多采用递减脉冲模式(如图1所示)进行加工，因初始脉冲过高导致玻璃表面被打伤。
发明内容
本发明目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种雾面玻璃的激光切割方法及装置，通过该方法实现了对雾面玻璃的切割，且具有切割质量好及切割效率高的特点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种雾面玻璃的激光切割方法，包括下步骤：
S1、先将雾面玻璃放置于可沿X轴和Y轴移动的移动平台上，并使雾面玻璃置于切割头的下方；
S2、通过调整切割头的位置，使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的底面；
S3、利用切割头将皮秒激光器射出的激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃下层的待切割位置进行切割；
S4、通过调整切割头的位置，使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的上表面；
S5、而后再利用切割头将皮秒激光器射出的激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃上层的待切割位置进行切割；
S6、将经过步骤S4切割后的雾面玻璃放置于固定平台上；
S7、最后使用CO2激光器对雾面玻璃上的待切割位置进行扫描加工，使待切割位置彻底裂开，完成雾面玻璃的激光切割。
进一步的，步骤S3和S5中，在切割时通过移动平台来调整雾面玻璃的位置，使雾面玻璃沿待切割位置的路径进行移动；且雾面玻璃上下层的待切割位置上下对应。
进一步的，步骤S3和S5中，皮秒激光器的波长为1030～1090nm，脉宽为 5～15ps。
进一步的，步骤S3和S5中，在切割时采用递增脉冲模式或等高脉冲模式。
进一步的，步骤S3中，切割下层时的相邻脉冲点间的重叠面积控制在脉冲点面积的50～100％。
进一步的，步骤S5中，切割上层时的相邻脉冲点间的间距控制在脉冲点直径的0～1倍。
进一步的，步骤S7中，在扫描加工时，CO2激光器射出的激光依次经过扫描振镜和聚焦透镜后聚焦在雾面玻璃上，利用扫描振镜使激光沿待切割位置的路径进行扫描加工；且CO2激光器的波长为10.6um。
还提供了一种雾面玻璃的激光切割装置，包括可沿X轴和Y轴方向移动的移动平台、竖直设于移动平台上方并可沿Z轴方向移动的切割头、用于发射激光的皮秒激光器以及将激光由上往下垂直传输入切割头内的反射镜；所述切割头用于将输入的激光转化成贝塞尔光束并输出。
进一步的，所述反射镜设于所述切割头上方并呈45度倾斜设置，所述皮秒激光器设于反射镜的一侧并横向设置。
还提供了另一种雾面玻璃的激光切割装置，包括固定平台、竖直设于固定平台上方并可沿Z轴方向移动的聚焦透镜、固定设于聚焦透镜上端的扫描振镜、用于发射激光的CO2激光器以及将激光由上往下垂直传输入扫描振镜和聚焦透镜内的反射镜。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过将皮秒激光器的激光光束的焦点聚焦在雾面玻璃底面，从而先对玻璃下层切割，再调整激光光束的焦点聚焦在雾面玻璃上表面后再对玻璃上层切割，上述中通过将切割分层，先切下层后切上层的方式，一是避免先切上层时很多光束被散射掉而无法穿透下层，从而确保激光切割穿透下层，二是通过贝塞尔光束先切下层时玻璃表面的能量密度较低，对表面的损伤较小，避免打伤玻璃表面而影响光的透过性，最后再通过CO2激光器进行扫描完成裂片加工，从而通过两种激光器的组合实现了对雾面玻璃的切割，并具有切割质量好及切割效率高的特点；且在切割时采用递增脉冲模式或等高脉冲模式，目的是降低第一个脉冲的能量，避免过高强度打伤玻璃表面而影响光的透过性，提高切割的效果和效率；还在切割玻璃下层时，使相邻脉冲点间的重叠面积控制在脉冲点面积的50～100％，即通过重叠的方式降低了相邻脉冲点间的中心间距，目的是保证激光光束能充分切透玻璃下层。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为现有技术中脉冲递减模式的示意图；
图2为实施例1中脉冲递增模式的示意图；
图3为实施例1中等高脉冲模式的示意图
图4为实施例2中激光切割装置的示意图；
图5为实施例3中激光切割装置的示意图。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本发明作进一步介绍和说明。
实施例1
本实施例提供一种雾面玻璃的激光切割方法，具体包括下步骤：
a、先将雾面玻璃放置于可沿X轴和Y轴移动的移动平台上，并使雾面玻璃置于切割头的下方。
b、在实际中，切割头被固定于可上下移动的传动机构中，使切割头可沿 Z轴的方向进行上下移动，从而通过上下移动来调整切割头的位置，使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的底面(即下表面)。
c、利用切割头将皮秒激光器射出的激光(即高斯光束)转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃下层(即雾面玻璃的下半部分)的待切割位置进行切割，且在切割时通过移动平台来调整雾面玻璃的位置，使雾面玻璃沿待切割位置的切割路径进行移动。
步骤c中，采用的皮秒激光器的波长为1030～1090nm，脉宽为5～15ps；且在切割时采用递增脉冲模式(如图2所示)或等高脉冲模式(如图3所示)，目的是降低第一个脉冲的能量，避免过高强度打伤玻璃表面而影响光的透过性，提高切割的效果和效率。
切割下层时，将相邻脉冲点间的重叠面积控制在脉冲点面积的50～100％，即通过重叠的方式降低了相邻脉冲点间的中心间距，下层的脉冲点间距控制得比较小目的是保证激光光束能充分切透玻璃下层；且先切玻璃下层的方式，主要原因是贝塞尔光束的焦深设置的较浅，先切下层时玻璃表面的能量密度较低，对玻璃表面的损伤较小，避免打伤玻璃表面而影响光的透过性。
d、再次通过上下移动切割头来调整切割头的位置，使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的上表面。
e、而后再利用切割头将皮秒激光器射出的激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃上层(即雾面玻璃的上半部分)的待切割位置进行切割；且在切割时通过移动平台来调整雾面玻璃的位置，使雾面玻璃沿待切割位置的切割路径进行移动；雾面玻璃上下层的待切割位置是上下对应的，从而利用两次切割的方式使脉冲切割点切透待切割位置。
步骤e中，采用的皮秒激光器的波长为1030～1090nm，脉宽为5～15ps；且在切割时采用递增脉冲模式(如图1所示)或等高脉冲模式(如图2所示)，目的是降低第一个脉冲的能量，避免过高强度打伤玻璃表面而影响光的透过性，提高切割的效果和效率。
在切割上层时，将相邻脉冲点间的间距控制在脉冲点直径的0～1倍，即相邻脉冲点间的最小间距为零，相邻脉冲点接触并外切，而相邻脉冲点间的最大间距为脉冲点的直径大小，相邻脉冲点不发生接触和重叠，从而在不影响切割效果的情况下，提高切割的效率。
f、将经过步骤e切割后的雾面玻璃放置于固定平台上，最后使用CO2激光器对雾面玻璃上的待切割位置进行扫描加工，使待切割位置处脉冲点之间间的裂纹因受热彻底裂开，裂片完成后得到所需样品，完成雾面玻璃的激光切割。
步骤f中，在扫描加工时，CO2激光器射出的激光依次经过扫描振镜和聚焦透镜后聚焦在雾面玻璃上表面，利用扫描振镜来改变激光的扫描加工位置，使激光沿待切割位置的切割路径进行扫描加工，且采用的CO2激光器的波长为 10.6um；上述中，将扫描振镜和聚焦透镜设置于可上下移动的Z轴上，通过Z 轴来上下调节聚焦透镜的焦点位置，从而可适应不同厚度的玻璃。
实施例2
如图4所示，本实施例提供一种雾面玻璃的激光切割装置，用于实施例1 中步骤a到e的雾面玻璃切割加工，该激光切割装置包括可沿X轴和Y轴方向移动的移动平台1、竖直设于移动平台1上方并可沿Z轴方向移动的切割头 2、用于发射激光的皮秒激光器3以及将激光由上往下垂直传输入切割头2内的反射镜4；切割头4用于将输入的激光转化成贝塞尔光束并输出；切割时将雾面玻璃5放置于移动平台上。
具体的，反射镜4设于切割头2上方并呈45度倾斜设置，皮秒激光器3 设于反射镜4的一侧并横向设置；激光的具体传输路径为：皮秒激光器发射的激光20沿水平方向传输至反射镜，激光射到反射镜上后发生垂直反射，使激光沿纵向传输进入反射镜下方的切割头内。
本发明的其它实施例中，切割头包括外部的镜筒和设于镜筒内部用于将准直射入的激光光束装化成能量分布均匀的贝塞尔光束的锥透镜，且锥透镜中面向反射镜的一面为平面，背向反射镜的一面为锥面。
本发明的其它实施例中，上述中的移动平台和切割头均通过电机和传动机构传动控制其的移动。
实施例3
如图5所示，本实施例提供一种雾面玻璃的激光切割装置，用于实施例1 中步骤f的雾面玻璃切割加工，该激光切割装置包括固定平台10、竖直设于固定平台10上方并可沿Z轴方向移动的聚焦透镜11、固定设于聚焦透镜11 上端的扫描振镜12、用于发射激光的CO2激光器13以及将激光由上往下垂直传输入扫描振镜12和聚焦透镜11内的反射镜4；切割时将雾面玻璃5放置于固定平台10上。
具体的，反射镜4设于扫描振镜12上方并呈45度倾斜设置，CO2激光器 13设于反射镜4的一侧并横向设置；激光的具体传输路径为：皮秒激光器发射的激光20沿水平方向传输至反射镜，激光射到反射镜上后发生垂直反射，使激光沿纵向传输进入反射镜下方的扫描振镜和聚焦透镜内。
本发明的其它实施例中，上述中的聚焦透镜和扫描振镜通过电机和传动机构传动控制其的上下移动。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，包括下步骤：
S1、先将雾面玻璃放置于可沿X轴和Y轴移动的移动平台上，并使雾面玻璃置于切割头的下方；
S2、通过调整切割头的位置，使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的底面；
S3、利用切割头将皮秒激光器射出的激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃下层的待切割位置进行切割；
S4、通过调整切割头的位置，使经过切割头的光束聚焦在雾面玻璃的上表面；
S5、而后再利用切割头将皮秒激光器射出的激光转化成贝塞尔光束后对雾面玻璃上层的待切割位置进行切割；
S6、将经过步骤S4切割后的雾面玻璃放置于固定平台上；
S7、最后使用CO2激光器对雾面玻璃上的待切割位置进行扫描加工，使待切割位置彻底裂开，完成雾面玻璃的激光切割。
2.如权利要求1所述的雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，步骤S3和S5中，在切割时通过移动平台来调整雾面玻璃的位置，使雾面玻璃沿待切割位置的路径进行移动；且雾面玻璃上下层的待切割位置上下对应。
3.如权利要求2所述的雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，步骤S3和S5中，皮秒激光器的波长为1030～1090nm，脉宽为5～15ps。
4.如权利要求3所述的雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，步骤S3和S5中，在切割时采用递增脉冲模式或等高脉冲模式。
5.如权利要求1所述的雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，步骤S3中，切割下层时的相邻脉冲点间的重叠面积控制在脉冲点面积的50～100％。
6.如权利要求1所述的雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，步骤S5中，切割上层时的相邻脉冲点间的间距控制在脉冲点直径的0～1倍。
7.如权利要求1所述的雾面玻璃的激光切割方法，其特征在于，步骤S7中，在扫描加工时，CO2激光器射出的激光依次经过扫描振镜和聚焦透镜后聚焦在雾面玻璃上，利用扫描振镜使激光沿待切割位置的路径进行扫描加工；且CO2激光器的波长为10.6um。
8.一种雾面玻璃的激光切割装置，其特征在于，包括可沿X轴和Y轴方向移动的移动平台、竖直设于移动平台上方并可沿Z轴方向移动的切割头、用于发射激光的皮秒激光器以及将激光由上往下垂直传输入切割头内的反射镜；所述切割头用于将输入的激光转化成贝塞尔光束并输出。
9.如权利要求8所述的雾面玻璃的激光切割装置，其特征在于，所述反射镜设于所述切割头上方并呈45度倾斜设置，所述皮秒激光器设于反射镜的一侧并横向设置。
10.一种雾面玻璃的激光切割装置，其特征在于，包括固定平台、竖直设于固定平台上方并可沿Z轴方向移动的聚焦透镜、固定设于聚焦透镜上端的扫描振镜、用于发射激光的CO2激光器以及将激光由上往下垂直传输入扫描振镜和聚焦透镜内的反射镜。
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