CN114888461A - 一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，属于宝石加工技术领域。主要包括加工板、第一加工台和位于所述第一加工台上下两侧的激光机构，所述加工板中间固定有固定块，所述固定块中间设置有固定槽，所述固定槽侧面设置有若干限位孔，所述固定槽和所述限位孔均将所述固定块的上下两侧连通，所述固定槽上侧边缘设置有若干卡扣，所述卡扣中间卡合固定有固定板，所述固定板中间设置有宝石槽，所述宝石槽中间设置有固定孔，所述固定孔将所述宝石槽底部与所述固定板下侧连通。本发明的一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，将蓝宝石激光钻孔技术以及研磨机技术结合。

Description

一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法

技术领域

本发明涉及宝石加工技术领域，具体涉及一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法。

背景技术

现有的宝石钻孔方式主要为激光钻孔和机械钻孔。因为常规机械加工虽然较快，但是会在造成材料破坏。因此脆性材料的钻孔一般避免直接机械硬接触。因此脆性材料的钻孔一般避免直接机械硬接触。往往采用材料与光，热，水柔性作用。其中激光脆性透明材料的钻孔是目前主流。

由于蓝宝石激光钻孔技术以及研磨机技术发展已经较为成熟。将两种技术优势结合起来实现质量可控的多功能钻孔技术和装置，使用激光在玻璃基板上加工开口直径小于设计的初始孔,然后精密柔性机械研磨来消除锥度以及消除损伤层。由于材料厚，硬度高，机械研磨不会损坏材料，可以提高宝石钻孔的加工速度和加工质量。

发明内容

基于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例的目的在于：提供一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，将蓝宝石激光钻孔技术以及研磨机技术结合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置，包括加工板、第一加工台和位于所述第一加工台上下两侧的激光机构，所述加工板中间固定有固定块，所述固定块中间设置有固定槽，所述固定槽侧面设置有若干限位孔，所述固定槽和所述限位孔均将所述固定块的上下两侧连通，所述固定槽上侧边缘设置有若干卡扣，所述卡扣中间卡合固定有固定板，所述固定板中间设置有宝石槽，所述宝石槽中间设置有固定孔，所述固定孔将所述宝石槽底部与所述固定板下侧连通，所述第一加工台上侧设置有第一凹槽，所述第一凹槽中间形成有第一通孔，第一通孔连通至所述第一加工台下侧，所述加工板放置于所述第一凹槽，所述激光机构包括壳体，所述壳体相对一侧的前端均设置有场镜，所述场镜相对一侧固定有与所述限位孔对应的限位短杆，所述场镜另一侧固定有振镜，所述振镜后侧固定有扩束镜，所述扩束镜后侧固定有激光发射器，所述场镜、所述振镜、所述扩束镜和所述激光发射器均位于所述壳体内部。

进一步的，所述固定板下侧设置有若干通气槽。

进一步的，所述限位孔上下两侧分别设置有限位孔斜面，所述限位短杆相对一端均设置有限位短杆斜面。

进一步的，还包括第二加工台和位于第二加工台上的研磨机构，其特征在于：所述第二加工台上侧设置有第二凹槽，所述第二凹槽中间形成有第二通孔，所述第二通孔连通至所述第二加工台下侧，所述研磨机构包括向上开口的收集壳，所述收集壳位于所述第二通孔下侧，且所述收集壳边缘与所述第二通孔边缘固定，所述收集壳内设置有与所述限位孔对应的限位长杆，所述限位长杆为伸缩结构，所述收集壳中间设置有导向伸缩杆，所述收集壳底部连通有吸气管，所述第二通孔上侧设置有外壳，所述外壳内固定有朝下的驱动器，所述驱动器下端固定安装有研磨棒，所述研磨棒为可拆装结构，所述研磨棒下端设置有导向孔，所述外壳下侧边缘设置有若干密封伸缩杆，所述密封伸缩杆底端固定有支撑块，所述支撑块底端设置有与所述限位长杆对应的导向槽，所述导向槽下端设置有导向槽斜面，所述密封伸缩杆外套设有弹性件，所述密封伸缩杆外侧设置有密封板，所述密封板与所述外壳底端固定连接，所述外壳底部设置有吹气孔。

进一步的，所述限位长杆顶端设置有限位长杆斜面。

一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，包括以下工作步骤：

S1、激光钻蓝宝石，形成初始孔；

S2、使用研磨棒对初始孔扩孔并抛光。

进一步的，所述S1中，激光使用523nm的绿光激光或355nm的紫外激光，激光的频率为1-2000kHz，蓝宝石的加工厚度为1-20mm，钻孔时，两侧双头同时钻孔或单头翻面定位从上而下钻孔，形成中间有突出环的初始孔。

进一步的，所述S2中，研磨时，在初始孔涂抹润滑液辅助研磨。

进一步的，所述S2中，研磨棒转速为10-1000rpm，逐渐增加，起到粗精加工的效果；研磨棒直径为1-10mm，从小到大依次研磨，从而达到所需的孔径。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，使用激光在基板的左右面同时或者单头翻面钻孔，形成一个中间具有突出环的初始孔，再使用研磨棒对初始孔进行扩孔和打磨，达到提高宝石钻孔的加工速度和质量的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图中：

图1为本发明复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置中激光机构的示意图；

图2为图1中第一加工台的展开示意图；

图3为图2中加工板的局部剖视示意图；

图4为图2中激光机构的内部结构展示图；

图5为本发明复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置中研磨机构的示意图；

图6为图5中第二加工台的分解示意图；

图7为图5中研磨机构工作状态剖视示意图；

其中，图中各附图标记：

1、第一加工台；11、第一凹槽；12、第一通孔；

2、第二加工台；21、第二凹槽；22、第二通孔；

3、加工板；31、固定块；32、固定槽；33、限位孔；331、限位孔斜面；34、卡扣；35、固定板；36、宝石槽；37、固定孔；38、通气槽；

4、激光机构；41、壳体；42、场镜；43、限位短杆；431、限位短杆斜面；44、振镜；45、扩束镜；46、激光发射器；

5、研磨机构；51、收集壳；52、限位长杆；521、限位长杆斜面；53、导向伸缩杆；54、吸气管；55、外壳；551、吹气孔；56、驱动器；57、研磨棒；571、导向孔；58、密封伸缩杆；581、弹性件；582、密封板；59、支撑块；591、导向槽；592、导向槽斜面；

6、蓝宝石。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-7所示，本发明提供了一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，包括第一加工台1、第二加工台2、加工板3、位于第一加工台1上下两侧的激光机构4和位于第二加工台2上的研磨机构5。

第一加工台1和第二加工台2上侧分别设置有第一凹槽11和第二凹槽21，第一凹槽11和第二凹槽21中间均形成有第一通孔12和第二通孔22，分别连通至第一加工台1和第二加工台2下侧。

加工板3放置于第一凹槽11和第二凹槽21内，加工板3中间固定有固定块31，固定块31中间设置有固定槽32，固定槽32侧面设置有若干限位孔33，固定槽32和限位孔33均将固定块31的上下两侧连通，限位孔33上下两侧分别设置有限位孔斜面331，固定槽3上侧边缘设置有若干卡扣34，卡扣34中间卡合固定有固定板35，固定板35中间设置有宝石槽36，宝石槽36中间设置有固定孔37，固定孔37将宝石槽36底部与固定板35下侧连通，固定板35下侧设置有若干通气槽38，宝石槽36内固定有蓝宝石6。

激光机构4包括壳体41，壳体41相对一侧的前端均设置有场镜42，场镜42相对一侧固定有与限位孔33对应的限位短杆43，限位短杆43相对一端均设置有限位短杆斜面431，场镜42另一侧固定有振镜44，振镜44后侧固定有扩束镜45，扩束镜45后侧固定有激光发射器46，场镜42、振镜44、扩束镜45和激光发射器46均位于壳体41内部。

研磨机构5包括向上开口的收集壳51，收集壳51位于第二通孔22下侧，且收集壳51边缘与第二通孔22边缘固定，收集壳51内设置有与限位孔33对应的限位长杆52，限位长杆52为伸缩结构，且顶端设置有限位长杆斜面521，收集壳51中间设置有导向伸缩杆53，收集壳51底部连通有吸气管54。

第二通孔22上侧设置有外壳55，外壳55内固定有朝下的驱动器56，驱动器56下端固定安装有研磨棒57，研磨棒57为可拆装结构，研磨棒57下端设置有导向孔571，外壳55下侧边缘设置有若干密封伸缩杆58，密封伸缩杆58底端固定有支撑块59，支撑块59底端设置有与限位长杆52对应的导向槽591，导向槽591下端设置有导向槽斜面592，密封伸缩杆58外套设有弹性件581，密封伸缩杆58外侧设置有密封板582，密封板582与外壳55底端固定连接，外壳55底部设置有吹气孔551。

一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的方法，包括以下工作步骤：

S1、激光钻蓝宝石6，形成初始孔；

S2；

S3、使用研磨棒57对初始孔扩孔并抛光。

S1中，激光使用523nm的绿光激光或355nm的紫外激光，激光的频率为1-2000kHz，蓝宝石6厚度为1-20mm，钻孔时，两侧双头同时钻孔或单头翻面定位从上而下钻孔，形成中间有突出环的初始孔。

所述S2中，研磨时，在初始孔涂抹润滑液辅助研磨，且驱动器56转速为10-1000rpm，研磨棒直径为1-10mm。

本实施方式中，驱动器56为电机，弹性件581为弹簧，第一加工台1和第二加工台2均由外部支架(图未示)，支撑激光机构4和外壳5由外部机械臂或伸缩杆(图未示)支撑并带动上下移动。

可以理解的是，吸气管54管道连接有收集箱(图未示)，且收集箱内设置有吸气泵(图未示)，吹气孔551内设置有吹气泵(图未示)。

需要加工的蓝宝石6较小时，由对应的固定板35固定在宝石槽36内，再通过卡扣34固定在固定块31上，较大的蓝宝石则可用卡扣34直接固定，之后将加工板3放入第一凹槽11内，并让两个激光机构4向内侧移动，限位短杆43通过限位孔斜面331和限位短杆斜面431的辅助，卡入限位孔33内，此时通过限位孔33和限位短杆43和卡合，帮助激光机构4和加工板3定位导向，让后续激光可以照射在正确的位置。

当场镜42与固定块31贴合后，说明定位完成，且通过两个场镜42夹持能够保证蓝宝石6加工时的稳定性，此时开启激光发射器46，发射出523nm的绿光激光或355nm的紫外激光，激光通过扩束镜45扩大照射范围、振镜44改变照射角度和场镜42平衡各处照射强度，配合限位孔33和限位短杆43都粉定位，照射到蓝宝石6上需要加工的部位，钻出中间有突出环的初始孔，如图7所示。

上述步骤中，两个激光机构4可同时开启，两侧同时钻孔，也能一侧激光机构4钻孔完成后，在开启另一侧的激光机构4钻孔，还能够仅开启一侧激光机构4，在蓝宝石6一侧钻孔完成后关闭，翻转加工板3再次开启，完成两侧钻孔。

钻出初始孔后，使用润滑液辅助研磨，从而达到需要的要求。

之后将加工板3放入第二凹槽21内，放入时，让限位长杆52通过限位长杆斜面521和限位孔斜面331，插入限位孔33内部，此时加工板3便被限位长杆52卡住不能移动，确保扩孔时的稳定性，此后有两种扩孔方法：

1、限位长杆52伸长较长，从限位孔33内伸出，此后在驱动器56下端先安装较小的研磨棒57，然后让外壳55下降，带动研磨棒57伸入初始孔内进行研磨，研磨完成后将外壳55抬起，换上较大的研磨棒57再次研磨，重复以上步骤，不断增大研磨棒57的直径，逐步扩孔，最后换上目数较大的研磨棒57完成抛光；

在外壳55下降时，会通过密封伸缩杆58带动支撑块59一起下降，让限位长杆52通过限位长杆斜面521和导向槽斜面592，插入导向槽591内，一方面稳定限位长杆52顶端和外壳55，确保研磨的稳定性，另一方面通过让研磨棒57可以准确地插入初始孔中间，保证加工精度；

当初始孔被扩孔得较大时，让导向伸缩杆53伸长，使其顶端穿过初始孔，延伸至上方，此后在研磨棒57下降时，让导向伸缩杆53插入导向孔571内部，便能再一次提高研磨的稳定性和加工精度。

2、限位长杆52伸长较短，不从限位孔33内伸出，此后在驱动器56下端安装较小的研磨棒57，然后让外壳55下降，带动研磨棒57伸入初始孔内，再让外壳55在水平方向上移动，从而带动研磨棒57研磨初始孔内壁。

在支撑块59接触固定块31上表面后，外壳55继续下降便会带动导向伸缩杆53缩入外壳55，并挤压弹性件581，挤压弹性件581带动支撑块59按压固定块31，提高研磨稳定性，当外壳55下降至极限位置时，支撑块59上端与密封板582底端接触，此时外壳55下端、支撑块59、密封板582、通气槽38、固定槽32和收集壳51之间形成一个封闭空间，并相互连通，启动吸气泵和吹气泵，此时研磨产生的宝石粉末便会被气流收集到收集箱中，便于回收利用。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置，其特征在于：包括加工板、第一加工台和位于所述第一加工台上下两侧的激光机构，所述加工板中间固定有固定块，所述固定块中间设置有固定槽，所述固定槽侧面设置有若干限位孔，所述固定槽和所述限位孔均将所述固定块的上下两侧连通，所述固定槽上侧边缘设置有若干卡扣，所述卡扣中间卡合固定有固定板，所述固定板中间设置有宝石槽，所述宝石槽中间设置有固定孔，所述固定孔将所述宝石槽底部与所述固定板下侧连通，所述第一加工台上侧设置有第一凹槽，所述第一凹槽中间形成有第一通孔，第一通孔连通至所述第一加工台下侧，所述加工板放置于所述第一凹槽，所述激光机构包括壳体，所述壳体相对一侧的前端均设置有场镜，所述场镜相对一侧固定有与所述限位孔对应的限位短杆，所述场镜另一侧固定有振镜，所述振镜后侧固定有扩束镜，所述扩束镜后侧固定有激光发射器，所述场镜、所述振镜、所述扩束镜和所述激光发射器均位于所述壳体内部。

2.根据权利要求1所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置，还包括，其特征在于：所述固定板下侧设置有若干通气槽。

3.根据权利要求1所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置，其特征在于：所述限位孔上下两侧分别设置有限位孔斜面，所述限位短杆相对一端均设置有限位短杆斜面。

4.根据权利要求1所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置，还包括第二加工台和位于第二加工台上的研磨机构，其特征在于：所述第二加工台上侧设置有第二凹槽，所述第二凹槽中间形成有第二通孔，所述第二通孔连通至所述第二加工台下侧，所述研磨机构包括向上开口的收集壳，所述收集壳位于所述第二通孔下侧，且所述收集壳边缘与所述第二通孔边缘固定，所述收集壳内设置有与所述限位孔对应的限位长杆，所述限位长杆为伸缩结构，所述收集壳中间设置有导向伸缩杆，所述收集壳底部连通有吸气管，所述第二通孔上侧设置有外壳，所述外壳内固定有朝下的驱动器，所述驱动器下端固定安装有研磨棒，所述研磨棒为可拆装结构，所述研磨棒下端设置有导向孔，所述外壳下侧边缘设置有若干密封伸缩杆，所述密封伸缩杆底端固定有支撑块，所述支撑块底端设置有与所述限位长杆对应的导向槽，所述导向槽下端设置有导向槽斜面，所述密封伸缩杆外套设有弹性件，所述密封伸缩杆外侧设置有密封板，所述密封板与所述外壳底端固定连接，所述外壳底部设置有吹气孔。

5.根据权利要求4所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置，其特征在于：所述限位长杆顶端设置有限位长杆斜面。

6.根据权利要求1所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的方法，其特征在于：包括以下工作步骤：

S1、激光钻蓝宝石，形成初始孔；

S2、使用研磨棒对初始孔扩孔并抛光。

7.根据权利要求6所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，其特征在于：所述S1中，激光使用523nm的绿光激光或355nm的紫外激光，激光的频率为1-2000kHz，蓝宝石的加工厚度为1-20mm，钻孔时，两侧双头同时钻孔或单头翻面定位从上而下钻孔，形成中间有突出环的初始孔。

8.根据权利要求6所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，其特征在于：所述S2中，研磨时，在初始孔涂抹润滑液辅助研磨，研磨棒从小到大依次研磨，从而达到所需的孔径。

9.根据权利要求8所述的复合式激光在厚蓝宝石加工通孔的装置及方法，其特征在于：所述S2中，研磨棒转速为10-1000rpm，研磨棒直径为1-10mm。

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