CN111618447B - 一种基板双侧激光切割装置及切割方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基板双侧激光切割装置及切割方法。所述装置通过夹持机构夹持并固定一待切割基板，由单个激光器通过分光对基板两侧相应位置同步切割，且两侧切割线的完全重合，节省了加工成本及加工时间，并使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

Description

一种基板双侧激光切割装置及切割方法

技术领域

本申请涉及激光加工设备技术领域，尤其涉及一种基板双侧激光切割装置及切割方法。

背景技术

激光能使物体产生10000℃以上的高温，因此可用于玻璃基板的切割，具有准确、卫生、效率高、不存在切割工具的磨损问题等优势。激光切割方式通常为：使用激光器产生激光，经棱镜转向，再经透镜聚焦到待切割玻璃需要切割的部分，以切割待切割玻璃的边缘。

激光切割方式的优点是裂片时不需要掰断，而且断口整齐，没有玻璃碎屑附着在切割后的玻璃表面，可以不用磨边，省去了生产中的一些工序。激光切割过程中，需要将激光聚焦在待切割玻璃内固定深度以保证切割效果，以便可以一次性完成切割，防止多次切割形成断口的分层。

然而，现有技术中，待切割玻璃一般为水平放置在支撑台上，激光切割过程中，待切割玻璃与激光光源的距离易随支撑台形状发生变化，给切割带来难度。并且，当待切割玻璃为多块玻璃材质所堆栈的合板玻璃时，由于支撑台的影响，难以实现对合板玻璃两侧同时切割；而分时对合板玻璃两侧进行切割，易导致两侧切割线出现错位，造成裂片困难，使得切割后的玻璃产生凸缘等缺陷，影响玻璃边缘美观。

因此，亟需一种新型的基板激光切割方式，克服上述基板激光切割方式的缺点。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种基板双侧激光切割装置及切割方法，可以由单个激光器通过分光对基板两侧相应位置同步切割，节省加工成本及加工时间，且两侧切割线的完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。本申请实现了所述待切割基板的双侧同步切割，节省了机构成本以及加工时间，且两侧切割线的完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

为实现上述目的，本申请提供了一种基板双侧激光切割装置，所述装置包括：一夹持机构，用于夹持并固定一待切割基板，以使所述待切割基板沿一第一方向放置；一激光器，用于产生一路激光光源；一分光机构，用于对所述激光光源进行分光处理，得到一第一初始分光源及一第二初始分光源；以及一光路调整机构，用于调整所述第一初始分光源及所述第二初始分光源的位置和姿态，得到相应的第一最终分光源与第二最终分光源，并分别聚焦于所述待切割基板的相对两侧面进行切割，且所述相对两侧面上的切割线重合，其中，所述相对两侧面平行于所述第一方向。

为实现上述目的，本申请还提供了一种基板双侧激光切割方法，所述方法包括如下步骤：采用一夹持机构夹持并固定一待切割基板，以使所述待切割基板沿一第一方向放置；采用一激光器产生一路激光光源；采用一分光机构对所述激光光源进行分光处理，得到一第一初始分光源及一第二初始分光源；以及采用一光路调整机构调整所述第一初始分光源及所述第二初始分光源的位置和姿态，得到同轴且相向的第一最终分光源与第二最终分光源，并分别聚焦于所述待切割基板的相对两侧面进行切割，且所述相对两侧面上的切割线重合，其中，所述轴向垂直于所述第一方向，所述相对两侧面平行于所述第一方向。

本申请的优点在于：本申请通过夹持机构夹持并固定一待切割基板，由单个激光器通过分光对基板两侧相应位置同步切割，节省加工成本及加工时间，且两侧切割线的完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请基板双侧激光切割装置一实施方式的架构示意图；

图2为本申请基板双侧激光切割装置一实施例的结构示意图；

图3为本申请基板双侧激光切割方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。本申请的说明书和权利要求书以及附图中的术语“第一”“第二”“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提出了一种新型的基板双侧激光切割的实现方式，通过一夹持机构夹持一待切割基板沿一第一方向放置，由单个激光器发出一束激光光源，再分光成两束相互垂直的分光源，并通过一光路调整机构调整两束分光源，使其分别聚焦于所述待切割基板的相对两侧面进行切割，所述相对两侧面平行于所述第一方向。本申请实现了所述待切割基板的双侧同步切割，节省了机构成本以及加工时间，且两侧切割线的完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

请参阅图1，本申请基板双侧激光切割装置一实施方式的架构示意图。所述装置包括：一夹持机构11、一激光器12、一分光机构13以及一光路调整机构14。

具体的，所述夹持机构11用于夹持并固定一待切割基板10，以使所述待切割基板10沿一第一方向19放置。其中，所述待切割基板10的切割路径不被所述夹持机构11遮挡，从而可在后续对所述待切割基板10进行双侧同步切割，节省加工时间。

所述待切割基板10可以为同种或异种玻璃材质所堆栈的合板玻璃。采用本申请所述装置可以同时对合板玻璃两侧进行切割，且两侧切割线完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

所述第一方向19可以为竖直方向，从而在后续从水平方向上对所述待切割基板10进行双侧同步切割，且所述待切割基板10在重力作用下不易发生弯曲，能够保持整面平直度，使得待切割基板10与切割用激光光源的距离不会发生变化，易于激光聚焦及一次性完成切割。在其它实施方式中，所述第一方向19可以为水平方向，相应的，在后续从竖直方向上对所述待切割基板10进行双侧同步切割。

具体的，所述激光器12用于产生一路激光光源18；所述激光光源18的光路方向可以为平行于所述第一方向19，或垂直于所述第一方向19。所述分光机构13用于对所述激光光源18进行分光处理，得到一第一初始分光源181及一第二初始分光源182。通过一个激光器产生一路激光光源并在分光成两束分光源，节省了机构成本，且利于精确控制分光源的光强。

具体的，所述光路调整机构14用于调整所述第一初始分光源181及所述第二初始分光源182的位置和姿态，得到相应的第一最终分光源183与第二最终分光源184，并分别聚焦于所述待切割基板10的相对两侧面进行切割，且所述相对两侧面上的切割线重合，其中，所述相对两侧面平行于所述第一方向19。

进一步的实施例中，所述光路调整机构14包括：一第一光路调整子机构141，用于接收所述第一初始分光源181并进行处理，得到所述第一最终分光源183并聚焦于所述待切割基板10的第一侧面101进行切割；一第一全反射镜142，用于反射所述第二初始分光源182，得到相应的第二中间分光源182’；以及一第二光路调整子机构143，用于接收所述第二中间分光源182’并进行处理，得到所述第二最终分光源184并聚焦于所述待切割基板10的第二侧面102进行切割；所述第一最终分光源183的光路与所述第二最终分光源184的光路同轴且相向，且所述待切割基板10置于所述第一最终分光源183与所述第二最终分光源184中间。其中，所述第一初始分光源181的光路方向平行于所述第一方向19，所述第一最终分光源183、所述第二初始分光源182、所述第二最终分光源184的光路方向垂直于所述第一方向19，所述第二中间分光源182’的光路方向与所述第一初始分光源181的光路方向相同。

进一步的实施例中，所述装置进一步包括一控制器15。作为可选的实施方式，所述控制器15可以用于控制所述夹持机构11沿预设路径运动，以切割所述待切割基板10；所述控制器15也可以用于控制所述激光器12、所述分光机构13及所述光路调整机构14沿预设路径运动，以切割所述待切割基板10。也即，可以设定好所述激光器12、所述分光机构13及所述光路调整机构14的位置及调整好光路；然后通过控制所述夹持机构11夹持所述待切割基板10移动到相应位置；之后启动开所述激光器12，并通过控制所述夹持机构11夹持所述待切割基板10沿切割路径移动，实现对所述待切割基板10的切割。也可以先通过所述夹持机构11夹持并固定所述待切割基板10至设定位置；然后控制所述激光器12、所述分光机构13及所述光路调整机构14移动到相应位置；之后启动开所述激光器12，并控制所述激光器12、所述分光机构13及所述光路调整机构14沿切割路径移动，从而使得光源移动，实现对所述待切割基板10的切割。

在本实施例中，由于所述待切割基板10竖直放置，因此，可以通过所述控制器15控制所述激光器12、所述分光机构13及所述光路调整机构14在水平方向的移动速率保持一致，同时控制所述光路调整机构14在竖直方向的移动速率，可沿预先设定路径切割所述待切割基板10。且两分光源从水平方向相向聚焦于所述待切割基板10的相对两侧面上，进行双侧同步切割，两侧切割线完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

请参阅图2，本申请基板双侧激光切割装置一实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述待切割基板10为合板玻璃，具有第一侧面101及第二侧面102，所述第一侧面101与所述第二侧面102为相对的两待切割侧面。

所述第一方向19为竖直方向，从而在后续从水平方向上对所述待切割基板10进行双侧同步切割，且所述待切割基板10在重力作用下不易发生弯曲，能够保持整面平直度，使得待切割基板10与切割用激光光源的距离不会发生变化，易于激光聚焦及一次性完成切割。

在本实施例中，所述夹持机构11包括一第一子夹持机构111及一第二子夹持机构112，用于分别夹持所述待切割基板10的相对两端部，以将所述待切割基板10沿所述第一方向19放置。夹持固定方式可以采用本领域公知的技术，所述第一子夹持机构111及所述第二子夹持机构112的结构及工作原理可参考现有技术，此处不再赘述。

进一步的实施例中，所述第一子夹持机构111为主夹持机构，用于夹持并固定所述待切割基板10的上端部，以将所述待切割基板10沿竖直方向放置；所述第二子夹持机构112作为辅助即可，用于夹持所述待切割基板10的下端部，以保持所述待切割基板10的竖直状态。同时，所述待切割基板10的切割路径不被所述第一子夹持机构111及所述第二子夹持机构112遮挡，从而可进行双侧同步切割，节省加工时间。

在本实施例中，所述激光器12置于所述第一子夹持机构111的左上方，且出光口竖直向下，从而产生沿竖直方向向下出射的一路激光光源18。所述分光机构13为一分光镜131，用于对所述激光光源18同时进行透射及反射，分别得到能量相同的所述第一初始分光源181及所述第二初始分光源182，所述第一初始分光源181的光路方向竖直向下(即平行于所述第一方向19)，所述第二初始分光源182的光路方向水平向右(即垂直于所述第一方向19)。具体的，所述分光镜131置于所述激光光源18的光路上，并与所述激光光源18的光路呈45度角，从而透射所述激光光源18得到所述第一初始分光源181，同时反射所述激光光源18得到所述第二初始分光源182，且两分光源能量相同。

在其它实施例中，可以以所述激光光源18与所述分光镜131接触的点为圆心，将所述激光器12逆时针旋转90度，使得所述激光器12出光口水平向右，从而产生沿水平方向出射的一路激光光源18；则相应的，所述分光镜131透射所述激光光源18得到所述第二初始分光源182，同时反射所述激光光源18得到所述第一初始分光源181，且两分光源能量相同。

在本实施例中，所述第一全反射镜142置于所述第二初始分光源182的光路上，并与所述第二初始分光源182的光路呈45度角，从而全反射所述第二初始分光源182得到所述第二中间分光源182’，以保持所述第二中间分光源182’与所述第二初始分光源182能量相同。所述第一全反射镜142与所述分光镜131关于所述待切割基板10旋转对称设置，使得所述第二初始分光源182从与所述分光镜131接触的点到所述第一侧面101的延长面的光路距离，与所述第二初始分光源182从与所述第一全反射镜142接触的点到所述第二侧面102的延长面的光路距离相同，便于精确对位，实现双侧同步切割且切割线重合。

在本实施例中，所述第一光路调整子机构141与所述第二光路调整子机构143的结构相同，且关于所述待切割基板10对称设置。通过控制两侧遮光罩及内部机构实现精确对位，同时设定相同切割路径，使得两侧分光源聚焦于所述待切割基板10的相对两侧面的相应位置，可实现双侧同步切割，且保证切割线的完全重合，使得裂片后得到完美的样品。

具体的，所述第一光路调整子机构141与所述第二光路调整子机构143均包括：一遮光罩21、一第二全反射镜22及一扫描振镜23。

具体的，所述遮光罩21具有垂直于所述第一方向19的一第一表面211及平行于所述第一方向19的一第二表面212，所述第一表面211具有一通光孔2111。在本实施例中，对于所述第一光路调整子机构141，其遮光罩21的第一表面211为上表面，遮光罩21的第二表面212为右侧表面；对于所述第二光路调整子机构143，其遮光罩21的第一表面211也为上表面，遮光罩21的第二表面212为左侧表面。

具体的，所述第二全反射镜22设于所述遮光罩21内部，用于通过所述通光孔2111接收一分光源，并进行反射。在本实施例中，对于所述第一光路调整子机构141，其第二全反射镜22通过所述通光孔2111接收所述第一初始分光源181；对于所述第二光路调整子机构143，其第二全反射镜22通过所述通光孔2111接收所述第二中间分光源182’；即两第二全反射镜22接收的都是光路竖直向下的分光源。

进一步的实施例中，所述第二全反射镜22为一转动的柱形正多边形全反射镜。入射到所述柱形正多边形全反射镜的分光源的出射方向被改变，出射光多数情况下照射到遮光罩上并被吸收，仅当所述柱形正多边形全反射镜的某一面与入射分光源呈45度时，出射光的光路方向变为水平，可以进入所述扫描振镜23并聚焦于所述待切割基板10的相应侧面(待切割面)，实现对玻璃的切割。

进一步的实施例中，可以通过所述控制器15控制所述柱形正多边形全反射镜的转速，从而可在所述待切割基板10的相应侧面形成疏密程度可控的不连续切割线。

进一步的实施例中，可以通过所述控制器15调节两侧柱形正多边形全反射镜的转速，使得两侧分光源出射到所述待切割基板10的相应侧面，并发生聚焦的时间存在一预设时间差，可以用避免两侧分光源在光强最高时发生干涉，导致能量下降影响切割效果。

具体的，所述扫描振镜23嵌设于所述遮光罩21的所述第二表面212，用于获取经所述第二全反射镜22反射后、光路方向垂直于所述第一方向19的分光源，出射并聚焦于所述待切割基板10的一侧面，以进行切割。在本实施例中，对于所述第一光路调整子机构141，其扫描振镜23嵌设于相应遮光罩21的右侧表面，扫描振镜23的出射口出射所述第一最终分光源183并聚焦于所述待切割基板10的第一侧面101，以进行切割；对于所述第二光路调整子机构143，其扫描振镜23嵌设于相应遮光罩21的左侧表面，扫描振镜23的出射口出射所述第二最终分光源184并聚焦于所述待切割基板10的第二侧面102，以进行切割。即，所述第一最终分光源183的光路与所述第二最终分光源184的光路同轴且相向，且所述待切割基板10置于所述第一最终分光源183与所述第二最终分光源184中间。

进一步的实施例中，所述扫描振镜23的出射口的大小、形状、位置可调节。使得分光源出射能量、形状、方向可控，从而以切割路径为长轴在所述待切割基板10的相应侧面形成椭圆光斑，利于减少切割线的法线方向上的裂纹。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种基板双侧激光切割方法。

请参阅图3，本申请基板双侧激光切割方法的流程图。所述方法包括如下步骤：S31：采用一夹持机构夹持并固定一待切割基板，以使所述待切割基板沿一第一方向放置；S32：采用一激光器产生一路激光光源；S33：采用一分光机构对所述激光光源进行分光处理，得到一第一初始分光源及一第二初始分光源；以及S34：采用一光路调整机构调整所述第一初始分光源及所述第二初始分光源的位置和姿态，得到同轴且相向的第一最终分光源与第二最终分光源，并分别聚焦于所述待切割基板的相对两侧面进行切割，且所述相对两侧面上的切割线重合，其中，所述轴向垂直于所述第一方向，所述相对两侧面平行于所述第一方向。

所述第一方向优选为竖直方向。所述夹持机构、所述激光器、所述分光机构及所述光路调整机构的结构及工作原理可参考图1-图2所述，此处不再赘述。

具体的，切割前可以使用吸盘抓取所述待切割基板旋转至竖直状态，然后再通过夹持机构夹持并固定所述待切割基板的高度位置；切割完成后，再使用吸盘抓取切割后的基板并旋转，并采用夹持机构依次将切割后残材取下，得到成品。

本申请所述方法采用一夹持机构夹持并固定一待切割基板，以使所述待切割基板沿一第一方向放置，由单个激光器通过分光对基板两侧相应位置同步切割，节省加工成本及加工时间，且两侧切割线的完全重合，使得裂片后得到的样品的玻璃边缘美观，保证切割效果。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种基板双侧激光切割装置，其包括：

一夹持机构，用于夹持并固定一待切割基板，以使所述待切割基板沿一第一方向放置；

一激光器，用于产生一路激光光源；

一分光机构，用于对所述激光光源进行分光处理，以得到能量相同的一与第一方向平行的第一初始分光源及一与第一方向垂直的第二初始分光源；

一第一光路调整子机构，用于接收所述第一初始分光源并进行处理，以得到一与第一方向垂直的第一最终分光源并聚焦于所述待切割基板的第一侧面进行切割，其中所述第一侧面与所述第一方向平行；

一第一全反射镜，用于反射所述第二初始分光源，以得到一与第一方向平行的第二中间分光源；

一第二光路调整子机构，用于接收所述第二中间分光源并进行处理，以得到一与第一方向垂直的第二最终分光源并聚焦于所述待切割基板的第二侧面进行切割，其中所述第一最终分光源的光路与所述第二最终分光源的光路同轴且相向，所述第二侧面与所述第一方向平行，所述待切割基板置于所述第一最终分光源与所述第二最终分光源中间，且所述第一侧面与所述第二侧面上的切割线重合；以及

一控制器；

其中，所述第一光路调整子机构与所述第二光路调整子机构的结构相同，均包括：

一遮光罩，具有垂直于所述第一方向的一第一表面及平行于所述第一方向的一第二表面，其中所述第一表面具有一通光孔；

一可转动的柱形正多边形全反射镜，设于所述遮光罩内部，且用于通过所述通光孔接收所述第一初始分光源或所述第二中间分光源，并进行反射，其中所述控制器用于控制所述可转动的柱形正多边形全反射镜的转速，以使所述第一最终分光源与第二最终分光源聚焦于所述待切割基板的相应侧面上的时间存在一预设时间差，并且在所述待切割基板的侧面形成疏密程度可控的不连续切割线；以及

一扫描振镜，嵌设于所述遮光罩的所述第二表面，用于获取经所述可转动的柱形正多边形全反射镜反射后、光路方向垂直于所述第一方向的分光源，出射并聚焦于所述待切割基板的第一侧面或第二侧面以进行切割。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹持机构包括一第一子夹持机构及一第二子夹持机构，用于分别夹持所述待切割基板的相对两端部，以将所述待切割基板沿所述第一方向放置。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于控制所述夹持机构沿预设路径运动，以切割所述待切割基板；或用于控制所述激光器、所述分光机构、所述第一光路调整子机构、所述第一全反射镜及所述第二光路调整子机构沿预设路径运动，以切割所述待切割基板。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分光机构为一分光镜，所述分光镜用于对所述激光光源同时进行透射及反射。

5.一种采用如权利要求1所述的装置进行的基板双侧激光切割方法，其包括：

采用所述夹持机构夹持并固定所述待切割基板，以使所述待切割基板沿一第一方向放置；

采用所述激光器产生所述激光光源；

采用所述分光机构对所述激光光源进行分光处理，以得到所述第一初始分光源及所述第二初始分光源；

采用所述第一光路调整子机构接收并处理所述第一初始分光源，以得到所述与第一方向垂直并聚焦于所述待切割基板的第一侧面的第一最终分光源；

采用所述第一全反射镜反射所述第二初始分光源，以得到与第一方向平行的第二中间分光源；

采用所述第二光路调整子机构接收并处理所述第二中间分光源，以得到与第一方向垂直并聚焦于所述待切割基板的第二侧面的第二最终分光源；以及

控制所述可转动的柱形正多边形全反射镜的转速，以使所述第一最终分光源与第二最终分光源聚焦于所述待切割基板的相应侧面上的时间存在一预设时间差，并且在所述待切割基板的侧面形成疏密程度可控的不连续切割线。

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