CN1284737C

CN1284737C - 玻璃切割方法

Info

Publication number: CN1284737C
Application number: CN02118839.4A
Authority: CN
Inventors: 姜炯植; 洪淳国; 吴锡昌; 宋敏奎; 白光烈
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-04-29
Also published as: CN1454858A

Abstract

本发明提供了一种玻璃切割方法。由于照射到待加工的玻璃上的激光束具有低能量密度的前端和高能量密度的后端，所以加大了激光束照射时在玻璃上产生的热冲击，而且由于将上述玻璃的区间分开，控制与各不同区间的热应力分布相适应的激光束的移动速度和能量，所以可以改善玻璃断面的质量，迅速地切割玻璃。

Description

玻璃切割方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃的切割方法和装置，特别是涉及这样一种玻璃切割方法和装置，即当利用激光和冷却剂来切割玻璃时，使激光束的移动速度和能量可调，激光束的形状也可变，由此可以提高玻璃的切割速度和切割之后玻璃的品质。

背景技术

用于切割玻璃的典型装置是利用激光的玻璃切割装置，该激光玻璃切割装置发射椭圆形、U字形或V字形激光束，加热玻璃表面后，直接喷射冷却剂来切割玻璃。

图1a的利用温度梯度的现有的玻璃切割方法是利用激光器将玻璃2加热到溶融温度以下之后，喷射冷却剂3来切割玻璃的方法，根据该玻璃切割方法切割的玻璃2′如图1b所示。

图2a的现有的玻璃切割方法是在玻璃管2b上画线，然后利用激光器1b，通过椭圆形的激光束加热玻璃管之后，用浸水的棉布3b冷却而切割上述玻璃管2b的方法，根据该玻璃切割方法切割的玻璃2b′如图2b所示。

此外，图3的现有的玻璃切割方法是利用发射椭圆形的激光束的激光器1c加热玻璃2c之后，通过流体冷却剂3c冷却被加热部位而切割上述玻璃2c的方法。

图4的现有的激光玻璃切割方法是使用照射U字形或V字形激光束的激光器1d和冷却剂3d，将玻璃2d切割为曲线形状的方法。

上述现有的激光玻璃切割装置向玻璃发射椭圆形、U字形或V字形激光束，加热玻璃表面之后，向被加热的玻璃部位喷射液体或气体来冷却该部位，从而将玻璃切断。

另一方面，如图5所示，在切割玻璃2之前，使用金刚石砂轮在待切割的玻璃2的开始部位和结束部位画上刻线。

然后，使激光器1在形成了刻线的玻璃2上以一定的速度前进，同时照射激光束进行加热，使冷却剂喷射装置以一定的速度前进，同时向被加热的玻璃部位喷射冷却剂3，从而将玻璃2切断。

即，现有的激光玻璃切割装置是使激光器以一定的速度沿着玻璃的刻线移动，同时照射一定能量的激光束进行加热之后，向上述被加热的玻璃部位喷射冷却剂来冷却玻璃，从而将玻璃切断的。但是，在待切割的玻璃的前端区间、中央区间和末端区间上的加热的热应力分布是不均匀的，由于一定能量的激光束以一定速度从玻璃的前端区间向末端区间移动，同时照射玻璃进行加热，所以会出现玻璃的切断面不齐的问题，特别会出现在玻璃的前端区间和末端区间难以切断玻璃的问题。

此外，当在前端区间和末端区间向玻璃照射的激光束的能量密度过大时，由于玻璃表面被急剧加热而受到热冲击，使玻璃的切断面受到损伤，相反，当激光束的能量密度过小时，会出现需要很长时间才能切断玻璃的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术的问题而提出的，其目的是提供一种玻璃切割方法和装置，使照射玻璃的激光束的移动速度和能量根据待切割的玻璃的区间不同而变化，从而可以迅速且高精度地切割玻璃。

本发明的另一个目的是提供一种玻璃切割方法和装置，使向玻璃照射激光束时在玻璃表面发生的热冲击均匀化，从而得到良好的切断面。

为了解决上述问题，本发明的玻璃切割方法包括以下步骤：第一步骤，使激光束沿着待切割的玻璃的假想切割线移动，同时照射并加热玻璃；第二步骤，向加热的玻璃部位喷射冷却剂，从而切断玻璃；上述玻璃切割方法其特征在于，沿着假想的切割线，上述玻璃被分为前端区间、中央区间和末端区间，上述激光束的移动速度和能量从玻璃的上述前端区间到中央区间逐渐增加，从玻璃的上述中央区间到末端区间逐渐减小。

此外，其特征在于，上述前端区间、中央区间和末端区间分别再分为多个小区间，各个小区间内的激光束的移动速度和能量保持恒定。

此外，其特征在于，上述激光束的移动速度与激光束的能量密度成比例地变化。

此外，本发明的玻璃切割方法和装置其特征在于，照射到待切割的玻璃表面上的激光束其后端的宽度比前端狭窄，激光束其后端的能量密度比前端大。

此外，其特征在于，上述激光束形成钥匙孔的形状。

附图说明

图1a是表示现有的玻璃切割装置的第一个例子及其切割示例的斜视图。

图1b是表示现有的玻璃切割装置的第一个例子及其切割示例的斜视图。

图2a是表示现有的玻璃切割装置的第二个例子及其切割示例的斜视图。

图2b是表示现有的玻璃切割装置的第二个例子及其切割示例的斜视图。

图3是表示现有的玻璃切割装置的第三个例子的斜视图。

图4是表示现有的玻璃切割装置的第四个例子的斜视图。

图5是表示现有的玻璃切割装置的金刚石砂轮的斜视图。

图6是表示本发明的玻璃切割装置的刻线激光束发生装置的斜视图。

图7是表示本发明的玻璃切割装置的刻线激光束发生装置的斜视图。

图8是表示本发明的玻璃切割装置的斜视图。

图9是表示本发明的玻璃切割装置在玻璃上所成的像的平面图。

图10是从本发明的玻璃切割装置的激光束发生装置照射到玻璃上的激光束的像的放大平面图。

图11是表示本发明其他实施例的玻璃切割装置的斜视图。

图12是表示本发明其他实施例的玻璃切割装置的斜视图。

图13是表示根据本发明的玻璃切割方法的玻璃不同区间的激光束的移动速度和能量的变化的曲线图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。

如图6至图9所示，本发明的玻璃切割装置由以下装置构成：刻线激光束发生装置12，为了在待切割的玻璃11上形成刻线而发射短波长激光束；第一切割激光束发生装置13，为了加热形成了上述刻线的玻璃11而照射一次激光束；冷却剂喷射装置14，为了切割上述加热后的玻璃11而向上述玻璃11上喷射冷却剂；第二切割激光束发生装置15，将上述冷却后的玻璃完全切断。

由上述刻线激光束发生装置12射出的激光束12a、由第一切割激光束发生装置13射出的激光束13a、由冷却剂喷射装置14喷射出的冷却剂14a、由第二切割激光束发生装置15射出的激光束15a分别在玻璃11上所成的像的形状如图9所示。

上述刻线激光束发生装置12利用短波长激光束12a进行非接触式蚀刻加工，由此在待加工的玻璃11上形成刻线。上述第一切割激光束发生装置13、冷却剂喷射装置14、第二切割激光束发生装置15采用公知的技术，沿着形成了上述刻线的玻璃11的假想切割线一体地移动。

其中，从上述第一切割激光束发生装置13照射到玻璃11上的激光束13a，如图10所示，通过激光用透镜的组合，形成钥匙孔(Key Hole)形状，对上述玻璃11进行加热。

此外，上述钥匙孔形状的激光束13a沿着玻璃的切割前进方向被分为前端131和后端132，上述前端131形成圆形，上述后端132形成长方形。优选上述前端131的长度(φ)与上述后端132的长度(a)的比值(φ/a)为0.2～0.5，上述前端131的宽度(φ)与上述后端132的宽度(b)的比值(φ/a)为2～5。此外，优选前端131的激光束的能量密度为后端132的激光束的能量密度的40％～80％。因此，由于当激光束13a照射玻璃时，前端131的能量密度比后端132的能量密度小，所以当玻璃由激光束13a的前端131予热后，由后端132以很高温度加热，由此使玻璃表面的拉伸应力增加，从而提高切割速度。

另一方面，从上述冷却剂喷射装置14向玻璃11喷射出的冷却剂14a在上述钥匙孔形状的激光束13a通过之后的0.1～0.5秒后，以长孔形状向上述玻璃11喷射，以增大玻璃11的冷却效果。然后，在上述玻璃11的被喷射了冷却剂14a的中心形成过冷区，其附近形成冷却区。

上述第二切割激光束发生装置15向被喷射了冷却剂14a而实施了一次切割的玻璃11照射激光束15a，对其进行加热，然后完全切断玻璃11。

上述玻璃11的刻线是这样形成的，如图6所示，从刻线激光束发生装置12向玻璃11照射吸收性好的短波长激光束，形成在上述玻璃11切割部位的开始部位和结束部位。特别是由于本发明采用与玻璃不接触的非接触式玻璃切割装置，所以即使长时间使用，也不必担心刻线形成的直线度，并且对切割线交叉的部位也适用，特别是有利于交叉部位的切割。

此外，上述短波长激光束是具有10nm～600nm波长的激光束，波长越短，越易被上述玻璃11所吸收，效果越好。如果波长超过600nm，则如图7所示，在上述玻璃11的表面涂覆染料，使上述短波长激光束被很好的吸收。

此外，加热上述玻璃11后，使用用于一次切割的冷却剂，但也可以使用挥发性强的物质作为冷却剂。由此，与使用现有的气体冷却剂相比，可以进一步提高冷却效果，而且冷却后冷却剂的残留物直接挥发到空气中，不会残留在玻璃表面。

作为上述挥发性强的固体冷却剂，可以使用将液态物质向空气中喷洒时变为固态的物质，例如将液体二氧化碳向空气中喷洒时生成的固体二氧化碳颗粒(干冰)。

如果上述冷却剂使用不直接挥发的液体冷却剂，则除了冷却剂喷射装置14之外，还可以设置冷却剂除去装置14′，加热残留在玻璃表面上的液体冷却剂，从而蒸发在进行上述玻璃11的一次切割时残留的液体冷却剂。

上述冷却剂除去装置14′可以使用附加的激光束发生装置、热风机以及强力吸入装置。

为了提高玻璃的切割质量，可以根据需要将上述玻璃11切割部位的前端区间、中央区间、末端区间再分别划分为多个小区间后，本发明的玻璃切割装置控制照射到各个小区间的激光束的能量、喷射的冷却剂的量、激光束的移动速度以及焦距(Focus Length)，切断上述玻璃11，由此可以提高上述玻璃11的开始部位和结束部位的质量，同时迅速地切割玻璃。

为了控制每个区间的上述激光束的能量以及移动速度、冷却剂的喷射量，如图12所示，本发明的玻璃切割装置由以下装置构成：脉冲发生器16，使激光束的能量变化；流量调节器17，调节由上述冷却剂喷射装置14喷射出的冷却剂的流量；驱动装置18，调节上述激光束的移动速度以及激光束发生装置13和玻璃11之间的距离；控制装置19，为了使上述脉冲发生器16、流量调节器17以及驱动装置18的输出值变化，而交换信号，控制上述各装置16、17、18。

如上所述，由于本发明根据区间不同而使激光束的移动速度以及能量发生变化，所以沿着待切割的玻璃的纵方向分为前端区间、中央区间、末端区间，并且再将上述前端区间分为2～4个小区间、将上述中央区间分为1～2个小区间、将上述末端区间分为1～3个小区间。此外，将上述前端区间的长度设定为10～80mm，将上述末端区间的长度设定为20～60mm，将中央区间设定为除了上述前端区间和末端区间之外的全部区间。

对上述不同区间的激光束的控制为，当从前端区间进行到中央区间时，增大激光束的移动速度和能量密度，当从中央区间进行到末端区间时，减小激光束的移动速度和能量密度。

另一方面，各个小区间内的激光束移动速度和能量密度是恒定的，各不同区间的激光束的能量密度与激光束的移动速度成比例地变化。

即，由于加热时热应力分布不均匀，向难以加热和切割的玻璃的前端区间和末端区间照射能量较小的激光束，同时缓慢地移动，当进行到中央区间时，增加激光束的能量和移动速度，由此可以提高玻璃的切割质量，同时可以迅速地切割玻璃。

根据区间的位置，激光束的能量在10W～150W范围内进行调节，移动速度在1mm/s～200mm/s范围内进行调节。

图13表示本发明的一个实施例的不同激光束的速度变化。

在如图13所示的本发明实施例中，待切割的玻璃的整体长度为300mm，上述玻璃分为前端区间A、中央区间B和末端区间C，前端区间A分为4个20mm长的小区间，中央区间B分为60mm和120mm长的2个小区间，末端区间C分为2个20mm长的小区间。

如图13所示，激光束的移动速度和能量从区间A₁向区间B₁逐渐增大，然后从区间B₁向区间C₂逐渐减小。

在本发明的玻璃切割方法和装置中，由于照射到待加工的玻璃上的激光束具有低能量密度的前端和高能量密度的后端，所以加大照射激光束时在玻璃上产生的热冲击，而且由于将上述玻璃的区间分开，控制与各不同区间的热应力分布相适应的激光束的移动速度和能量，所以可以提高玻璃断面的质量，迅速地切割玻璃。

Claims

1.一种玻璃切割方法，包括以下步骤：第一步骤，使激光束沿着待切割的玻璃的假想切割线移动，同时照射并加热玻璃；第二步骤，向加热的玻璃部位喷射冷却剂，从而切断玻璃；

上述玻璃切割方法其特征在于，沿着假想的切割线，上述玻璃被分为前端区间、中央区间和末端区间，上述激光束的移动速度和能量从玻璃的上述前端区间到中央区间逐渐增加，从玻璃的上述中央区间到末端区间逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端区间、中央区间和末端区间分别再分为多个小区间，各个小区间内的激光束的移动速度和能量保持恒定。

3.根据权利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述激光束的移动速度与激光束的能量密度成比例地变化。

4.根据权利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端区间的长度为1O～80mm，上述末端区间的长度为20～60mm。

5.根据权利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述照射的激光束在玻璃上所成的像具有面积较大的前端和面积较小的后端，并且与后端相比，上述前端的激光束的能量密度较小。

6.根据权利要求5所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述激光束的前端形成圆形，上述激光束的后端形成长方形，整体的形状为钥匙孔形状。

7.根据权利要求5所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端的长度与上述后端的长度之比为0.2至0.5，上述前端的宽度与上述后端的宽度之比为2至5。

8.根据权利要求5所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端的激光束的能量密度为后端的激光束的能量密度的40％～80％。