CN113714657A - 一种毛玻璃的激光切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种毛玻璃的激光切割方法，先对毛玻璃表面进行激光抛光处理，使待加工区域的毛玻璃表面变得光滑而且透明，再沿着抛光区域对毛玻璃进行激光切割，最后对毛玻璃进行裂片处理。本发明利用激光对毛玻璃表面进行抛光处理，让透光性极差的毛玻璃变得透明，使后续负责切割的激光束能够顺利入射到毛玻璃材料内部，使材料改性形成裂纹，最后经过激光裂片处理得到所需产品。

Description

一种毛玻璃的激光切割方法
技术领域
本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种毛玻璃的激光切割方法。
背景技术
毛玻璃是一种常见的材料，它可以将光束进行均一化，具有柔化影像的作用，目前已经广泛应用于制作3D摄像头的TOF模组里面的扩散片，随着TOF技术的成熟，毛玻璃扩散片的市场规模将进一步扩大。通常情况下，激光适用于切割表面平滑、透光性好的玻璃，对于毛玻璃来说，激光照射在上表面时发生散射、衍射、或不同方向的折射后，进入玻璃内部的激光强度会大幅下降且聚焦效果变差，有效能量密度将严重下降，导致激光的能量低于玻璃材料的损伤阈值，无法加工。
为了解决上述问题，公开号为CN109759727A的中国专利公开了一种毛玻璃的激光切割方法及系统，通过在毛玻璃的两侧涂透明液体，再在毛玻璃的两侧贴透明玻璃，压紧固定后得到待加工玻璃，此时待加工玻璃变得透明，再用贝塞尔光束进行切割及裂片处理，得到成品。该方法可以解决现有激光切割方法表面散射以及切割质量较差的问题，同时具备很高的加工效率，但是切割工艺复杂，并且加工过程中毛玻璃和透明玻璃之间不易固定，且容易产生气泡，降低了切割精度。
公开号为CN112975162A的中国专利公开了一种基于自适应光学的毛玻璃切割装置及方法，利用不断变化的波前校正量来补偿不断变化的动态波前误差，使得本发明的切割装置在切割过程中可以自动适应毛玻璃表面的形貌变化，调整工作状态和参数，克服动态波前相位畸变导致的聚焦光斑弥散，提高激光能量集中度。该方法也可以解决现有激光切割方法表面散射以及切割质量较差的问题，但是加工装置比较精密复杂、设备成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高效的、精度高的、低成本且工艺简单的毛玻璃的激光切割方法。
为了实现这个目的，本发明采用的技术方案为：
一种毛玻璃的激光切割方法，其特点在于，包括如下步骤：
S1、设定抛光工艺的抛光路径和抛光参数，对待加工毛玻璃的表面进行激光抛光，使待加工区域的毛玻璃表面光滑且透明；；
S2、将抛光后的毛玻璃转移到三维位移平台上，设定激光切割参数，确保切割时激光光束在毛玻璃内聚焦；
S3、沿抛光路径对毛玻璃进行激光切割，使切割激光穿透毛玻璃表面，进而破坏毛玻璃的内部，在内部造成损伤；
S4、沿切割路径对切割后的毛玻璃进行裂片处理，实现所需产品与主体材料的分离，得到所需产品。
进一步的，在步骤S1之中，优选地，激光抛光处理所用激光为波长在9-11μm的CO2激光，处于常见透明材料的吸收窗口波段，透明材料对这个波段内的激光吸收比较强，因穿透而损失的光能量比较弱，可以使激光能量大幅度地作用在毛玻璃表面，毛玻璃表面的微结构吸收能量后温度升高，达到熔点从而在短时间内融化成液体，在空间上重新均匀分布后冷却为光滑且透明的玻璃固体，从而达到表面抛光的目的。
进一步的，在步骤S1之中，优选地，激光抛光路径与所需切割的路径一致。
进一步的，在步骤S1之中，优选地，抛光区域的宽度控制在3-10mm的范围之内，略大于后续激光切割的光斑直径。
进一步的，在步骤S2之中，优选地，激光切割加工所用激光为超短脉冲激光，其脉冲宽度在飞秒或者皮秒量级。
进一步的，在步骤S2之中，优选地，激光切割加工所用激光为红外或可见激光，处于常见透明材料的透射窗口波段。
进一步的，在步骤S2之中，优选地，激光切割加工所用激光聚焦于抛光后的毛玻璃材料内部，破坏玻璃内部结构，使激光焦点扫描的区域形成改质层，为后续的裂片步骤做准备。
进一步的，在步骤S2之中，优选地，激光切割加工时扫描次数可以是一次也可以是多次，根据聚焦激光束的焦深和样品的厚度来确定，当样品比较厚时，需要调整焦点在样品的不同厚度位置上多次扫描，保证裂片后的产品的精度。
进一步的，在步骤S4之中，优选地，进行裂片处理时，CO2激光器扫描路径与激光切割路径保持一致，使激光切割产生的改质层联结到一起，让产品与其他区域分开。
本发明的有益效果在于：提供了一种毛玻璃的激光切割方法，通过激光对毛玻璃表面进行抛光处理，让透光性极差的毛玻璃变得透明，使后续负责切割的激光束能够顺利透射到毛玻璃材料内部，进而对材料内部造成损坏，最后经过裂片处理得到产品。并且本发明将毛玻璃切割里面的三大工序集成到一套装置上，大大地降低了成本，因而该方法具有加工精度高、原理和工艺简单、成本较低的优点。
附图说明
图1为本发明的毛玻璃的激光切割方法流程示意图；
图2为本发明的毛玻璃激光切割装置示意图a(执行抛光和裂片工艺时)；
图3为本发明的毛玻璃激光切割装置示意图b(执行切割工艺时)；
图中：1、CO2激光器；2、扩束镜；3、小孔光阑；4-5、CO2激光反射镜；6、扫描振镜；7、样品；8、位移平台；9、聚焦镜头；10-12、反射镜；13、小孔光阑；14、扩束镜；15、超短脉冲激光器；16、平移电机。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1所示，一种毛玻璃的激光切割方法，包括：
S1、设定抛光工艺的加工路径和加工参数，用激光器对毛玻璃表面进行抛光处理，加工路径根据所需产品形状来确定，可以是圆形、方形或者不规则形状等等，振镜扫描速度为10～5000mm/s，CO2激光功率为10～500W，激光离焦量为-20mm～20mm不等，可以根据实际情况选定离焦量；
S2、将样品转移到激光切割装置的三维位移平台上，设定加工参数，激光切割加工时，要保证激光光束聚焦在样品内部，三维位移平台的移动速度为1～100mm/s，激光器功率为10～200W；
S3、沿着抛光路径对毛玻璃进行激光切割加工，在抛光路径上切割激光能够很好地穿透样品表面，进而破坏样品材料的内部，在样品内部造成损伤；
S4、对激光切割加工后的样品进行裂片处理，实现所需产品与主体材料的分离，得到所需产品。
如图2和图3所示，本发明还涉及一种毛玻璃的激光切割装置，包括抛光装置、切割装置和裂片装置，其中抛光和裂片为同一套装置。CO2抛光装置将样品抛光完毕后，关闭CO2激光器，控制电机移动切割头到指定位置B，打开超短脉冲激光器对已抛光玻璃进行切割处理，切割完成后再控制电机移动切割头返回原位置A，打开CO2激光器，沿着切割路径扫描，对毛玻璃进行裂片处理，本装置利用同一套系统对毛玻璃进行抛光和裂片处理，大大降低了生产成本。
所述抛光和裂片装置包括：CO2激光器1、扩束镜2、小孔光阑3、反射镜4-5、扫描振镜6、样品7和位移平台8。反射镜用来调整光路方向，小孔光阑3用于优化光束质量，位移平台可以调节焦点位置，在本实施例中，所述CO2激光器波长为10.6um。
所述切割装置包括：聚焦镜头9、反射镜10-12、小孔光阑13、扩束镜14、超短脉冲激光器15，以及可以同时移动聚焦镜头9和反射镜10的平移电机16。反射镜用来调整光路方向，小孔光阑用于校对光路位置和优化光束质量，平移电机16可以移动聚焦镜头9和反射镜10的位置，实现抛光工艺、切割工艺和裂片工艺之间的灵活切换。在本实施例中，所述超短脉冲激光器为红外皮秒激光器，波长为1062-1066nm，脉宽为10-15ps，重复频率为50-500KHz；聚焦镜头为贝塞尔镜头，焦深为5mm，贝塞尔镜头可以将入射的高斯光束整形聚焦为贝塞尔光束，贝塞尔光束具有比较大的焦深，很适合应用于隐形切割领域。
以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种毛玻璃的激光切割方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、设定抛光工艺的抛光路径和抛光参数，对待加工毛玻璃的表面进行激光抛光，使待加工区域的毛玻璃表面光滑且透明；
S2、将抛光后的毛玻璃转移到三维位移平台上，设定激光切割参数，确保切割时激光光束在毛玻璃内聚焦；
S3、沿抛光路径对毛玻璃进行激光切割，使切割激光穿透毛玻璃表面，进而破坏毛玻璃的内部，在内部造成损伤；
S4、沿切割路径对切割后的毛玻璃进行裂片处理，实现所需产品与主体材料的分离，得到所需产品。
2.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于，所述步骤S1中激光抛光采用CO2激光器实现，该CO2激光器功率为10～500W，激光离焦量为-20mm～20mm。
3.根据权利要求2所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于，所述CO2激光器输出波长为9-11μm的CO2激光，处于常见透明材料的吸收窗口波段。
4.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于，所述步骤S1中抛光区域的宽度控制在3-10mm的范围之内，略大于后续激光切割的光斑直径。
5.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于，所述步骤S3中，激光切割加工所用激光为超快激光，脉冲宽度在飞秒或者皮秒量级。
6.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于：所述步骤S3中，激光切割加工所用激光为红外或可见激光，处于常见透明材料的透射窗口波段。
7.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于：所述步骤S2中，激光切割加工时扫描次数是一次或多次，根据聚焦激光束的焦深和样品的厚度确定。
8.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于：所述步骤S3中激光切割采用超短脉冲激光切割系统实现。
9.根据权利要求1所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于：所述步骤S4中裂片处理采用CO2激光器实现。
10.根据权利要求1-9任一所述的毛玻璃的激光切割方法，其特征在于：通过一个单独的平移电机来转换不同的激光加工头，实现抛光、切割和裂片之间的切换。
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