CN111590218A - 一种振镜式激光玻璃打孔的方法 - Google Patents

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许德政
黄静
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Abstract

一种振镜式激光玻璃打孔的方法，结合三维工作平台及振镜扫描方式，采用单个激光脉冲对工件进行逐点烧蚀。本发明灵活性强，能够对各种玻璃材料进行逐点、逐线和逐层的高可控性材料祛除，使得利用激光在各种玻璃材料上切削出不同的立体形状或三维形貌成为可能；没有CNC加工或水刀加工中常见的刀具磨损，且加工过程没有污水产生；激光加工的产品端面平整，不需进行二次加工，减少了传统的CNC研磨的工序，提高了加工效率。

Description

一种振镜式激光玻璃打孔的方法
技术领域
本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种振镜式激光玻璃打孔的方法。
背景技术
在材料加工日新月异的进程中，各种新的加工技术应运而生，对于传统的玻璃圆孔加工，其加工方式主要为水刀及CNC加工，先由水刀切除主要轮廓，再由CNC对水刀加工面进行二次打磨。水刀，即以水为刀，本名高压水射流切割技术，这项技术最早起源于美国。用于航空航天军事工业。以其冷切割不会改变材料的物理化学性质而备受青睐。后经技术不断改进，在高压水中混入石榴砂、金刚砂等磨料辅助切割。CNC玻璃加工中，砂轮棒为主要耗材，为了达到较好的研磨效果，需使用颗粒数较高的砂轮棒，成本较高。纵观传统的玻璃加工流程我们不难发现，水刀和CNC玻璃加工都有能耗大，耗材成本高，环境污染严重的明显缺点，而且加工效率低下，此类低效且污染大的加工方式显然无法满足日益增长的工艺加工需求。
为解决上述问题，本申请中提出一种振镜式激光玻璃打孔的方法。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种振镜式激光玻璃打孔的方法，结合三维工作平台及振镜扫描方式，采用单个激光脉冲对工件进行逐点烧蚀。本发明灵活性强，能够对各种玻璃材料进行逐点、逐线和逐层的高可控性材料祛除，使得利用激光在各种玻璃材料上切削出不同的立体形状或三维形貌成为可能；没有CNC加工或水刀加工中常见的刀具磨损，且加工过程没有污水产生；激光加工的产品端面平整，不需进行二次加工，减少了传统的CNC研磨的工序，提高了加工效率。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种振镜式激光玻璃打孔的方法，方法步骤包括：
S1、将待打孔的玻璃放置在三维工作平台上；
S2、对纳秒级激光器、三轴控制系统、CCD定位系统和振镜扫描系统进行安装和调试；
S3、启动纳秒级激光器、振镜扫描系统、三轴控制系统和CCD定位系统；
S4、选择纳秒级激光器的波长为1064或532nm；
S5、采用扩束镜将S4中的激光光斑大小扩成14mm，入射至振镜；
S6、由幅面为35*35mm，焦距为63mm的场镜将S5中的激光光斑聚焦至20um；
S7、激光诱导的局部热应力梯度导致玻璃材料的对位位置发生崩裂，完成单次打孔；
S8、三维工作平台上的三轴控制系统控制振镜移动，振镜扫描系统中的摆动电机控制振镜偏转，对激光路径进行调整，进行逐点、逐线和逐层的打孔操作；
S9、对打孔后的玻璃进行吸尘和冷却处理。
优选的，上述方法所需的设备包括硬件板卡。
优选的，上述方法以打标软件为基础。
优选的，上述方法设置有多类型激光器控制模。
优选的，三维工作平台上设置有冷却设备和吸尘设备。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
一、实现单个激光脉冲对工件的逐点烧蚀，以及激光焦点按照预定设计路径在空间中的快速扫描移动；
二、灵活性强，能够对各种玻璃材料进行逐点、逐线和逐层的高可控性材料祛除，使得利用激光在各种玻璃材料上切削出不同的立体形状或三维形貌成为可能；
三、没有CNC加工或水刀加工中常见的刀具磨损，且加工过程没有污水产生；
四、激光加工的产品端面平整，不需进行二次加工，减少了传统的CNC研磨的工序，提高了加工效率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提出的一种振镜式激光玻璃打孔的方法，方法步骤包括：
S1、将待打孔的玻璃放置在三维工作平台上；
S2、对纳秒级激光器、三轴控制系统、CCD定位系统和振镜扫描系统进行安装和调试；
S3、启动纳秒级激光器、振镜扫描系统、三轴控制系统和CCD定位系统；
S4、选择纳秒级激光器的波长为1064或532nm；
S5、采用扩束镜将S4中的激光光斑大小扩成14mm，入射至振镜；
S6、由幅面为35*35mm，焦距为63mm的场镜将S5中的激光光斑聚焦至20um；
S7、激光诱导的局部热应力梯度导致玻璃材料的对位位置发生崩裂，完成单次打孔；
S8、三维工作平台上的三轴控制系统控制振镜移动，振镜扫描系统中的摆动电机控制振镜偏转，对激光路径进行调整，进行逐点、逐线和逐层的打孔操作；
S9、对打孔后的玻璃进行吸尘和冷却处理。
在一个可选的实施例中，上述方法所需的设备包括硬件板卡。
在一个可选的实施例中，上述方法以打标软件为基础。
在一个可选的实施例中，上述方法设置有多类型激光器控制模。
在一个可选的实施例中，三维工作平台上设置有冷却设备和吸尘设备。
对于波长为1064nm或532nm的纳秒级激光，由于该类型激光光源的峰值功率为兆瓦级别，在此条件下激光对玻璃材质的作用主要表现为单点烧蚀。基于光源特性，结合三维工作平台及振镜扫描方式，可使得激光加工过程中实现单个激光脉冲对工件的逐点烧蚀，以及激光焦点按照预定设计路径在空间中的快速扫描移动。因此它更具灵活性，能够对各种玻璃材料进行逐点、逐线和逐层的高可控性材料祛除，从而可以视作为一种具有很高精准度的高效数字化的激光玻璃切削式加工技术。本发明采用这一技术使得利用激光在各种玻璃材料上切削出不同的立体形状或三维形貌成为可能。此外，本发明高效的对玻璃材质进行各种异性孔加工，且由于激光加工为无接触加工，所以激光加工没有CNC加工或水刀加工中常见的刀具磨损，且加工过程没有污水产生。激光加工的产品端面平整，不需进行二次加工，减少了传统的CNC研磨的工序，这大大提高了加工效率。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种振镜式激光玻璃打孔的方法，其特征在于，方法步骤包括：
S1、将待打孔的玻璃放置在三维工作平台上；
S2、对纳秒级激光器、三轴控制系统、CCD定位系统和振镜扫描系统进行安装和调试；
S3、启动纳秒级激光器、振镜扫描系统、三轴控制系统和CCD定位系统；
S4、选择纳秒级激光器的波长为1064或532nm；
S5、采用扩束镜将S4中的激光光斑大小扩成14mm，入射至振镜；
S6、由幅面为35*35mm，焦距为63mm的场镜将S5中的激光光斑聚焦至20um；
S7、激光诱导的局部热应力梯度导致玻璃材料的对位位置发生崩裂，完成单次打孔；
S8、三维工作平台上的三轴控制系统控制振镜移动，振镜扫描系统中的摆动电机控制振镜偏转，对激光路径进行调整，进行逐点、逐线和逐层的打孔操作；
S9、对打孔后的玻璃进行吸尘和冷却处理。
2.根据权利要求1所述的一种振镜式激光玻璃打孔的方法，其特征在于，上述方法所需的设备包括硬件板卡。
3.根据权利要求1所述的一种振镜式激光玻璃打孔的方法，其特征在于，上述方法以打标软件为基础。
4.根据权利要求1所述的一种振镜式激光玻璃打孔的方法，其特征在于，上述方法设置有多类型激光器控制模。
5.根据权利要求1所述的一种振镜式激光玻璃打孔的方法，其特征在于，三维工作平台上设置有冷却设备和吸尘设备。
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