CN202022849U - 超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置，超短脉冲激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有45度全反射镜，45度全反射镜的输出端布置有三维动态聚焦系统，三维动态聚焦系统的输出端布置有远心场镜，远心场镜正对于平台，平台的上方还安装有吹气装置。用于切割时，采用加热装置对玻璃进行加热；由三维动态聚焦系统将超短脉冲激光聚焦在玻璃内，伴随着激光异形扫描玻璃，整个加工过程呈现螺旋状加工；平台底部的吸气集尘装置，将扫描后的玻璃熔渣收集；平台上的吹气装置将玻璃上表面加工的熔渣和粉尘颗粒吹走。实现对强化玻璃异形图形加工，是一种切割面光滑和切割效率较高的加工方式。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置。
背景技术
由于IT产业(小型cell)及电视(大型cell)等不同用途的电子产品持续增长需求，对于玻璃基板有了异形切割要求，切割玻璃厚度0.6mm以下切割要求和切割后玻璃强度保持高水平切割要求。
传统的玻璃异形切割方法是使用钻石或硬金属轮插补法，加工过程中并有切割辅助液体的加入，这种机械插补切割方法切割效率低，良品率低，而且切割中人为的添加切割辅助剂，导致液态辅助剂的黏附样品，对具有电路结构ITO导电玻璃电路存在短路影响；另外，切割切面比较粗糙，存在微细的裂纹，存在着局部应力，由于是直接与样品接触加工，切割中会产生微小颗粒会溅射到导电玻璃的基地上导致电路机构破坏，切割后还必须进行清洗、抛光等后处理，复杂的图形切割还需要多次重新更换刀头和夹具，加工工序较多，机械插补切割法对玻璃内在的破坏成为导致显示器和触摸屏失效的重要因素，这些切割不良品都是对已经接近成品的电子玻璃一种重要浪费。
玻璃的激光切割可以避免这些问题的出现，而且激光具有非接触、无污染环境、易控制等特性，使其成为当代玻璃切割的重要应用热点，并且逐渐会在工业中得到广泛的应用。首先，玻璃是一种熔融的无机产品，有独特的机械和热导性，这些性能与温度密切相关，常温下，玻璃具有非延展性，是一种理想的脆性材料。如果对玻璃进行加热，随着温度的升高，玻璃的强度就会下降，延展性就会增加，当温度升高到软化温度时，玻璃表现出塑性。因此，在玻璃的激光切割中，控制温度是一个对切割质量具有重要影响的工艺参数。玻璃对于紫外激光和远红外激光具有较强的吸收，一般在90％以上，因此一般玻璃适合用紫外激光和CO2激光进行加工。但是这两种激光对较厚玻璃深加工时，会有一定锥度的存在，并且随着玻璃厚度增加和所加工异形图形的复杂程度增加，锥度愈实用新型显，影响产品的实际使用。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置，特点是：超短脉冲激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有45度全反射镜，45度全反射镜的输出端布置有三维动态聚焦系统，三维动态聚焦系统的输出端布置有远心场镜，所述远心场镜正对于平台，所述平台的上方还安装有吹气装置；所述平台包含耐高温陶瓷基板和电阻丝加热装置，吸气集尘装置和电阻丝加热装置布置于耐高温陶瓷基板上。
进一步地，上述的超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置，其中，所述超短脉冲激光器是波长为532nm绿光波段的激光器。
本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本实用新型通过选择玻璃不吸收的超短脉冲可见光波段作为激光源，将超短脉冲激光聚焦在玻璃内部区域，在三维动态聚焦振镜光路系统下，对玻璃预加热后，辅助于下吸气集尘装置和上吹气装置，对强化玻璃异形图形加工，实现切割面光滑和切割效率较高的超短脉冲激光切割强化玻璃的加工方式。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
图1：平台的结构示意图；
图2：本实用新型装置的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
本实用新型利用三维动态聚焦振镜聚焦光路系统，对10mm以内玻璃进行异型切割，实现切割面较为光滑、切割后玻璃强度保持较高的激光切割玻璃方式。
如图2所示，超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置，超短脉冲激光器10的输出端布置有光闸16，超短脉冲激光器10是波长为532nm绿光波段的激光器，光闸16的输出端设置有扩束镜15，扩束镜15的输出端布置有45度全反射镜11，45度全反射镜11的输出端布置有三维动态聚焦系统12和三维动态聚焦系统13，三维动态聚焦系统13的输出端布置有远心场镜14，远心场镜14正对于平台19，平台19的上方还安装有吹气装置20。超短脉冲激光器10发出激光17到达光闸16，经过可调倍数的扩束镜15实现光束的放大，经过45度全反射镜11后，到达三维动态聚焦系统12和三维动态聚焦系统13，并在三维动态聚焦系统中，调节光束在此系统的理论零点位置，然后经过远心场镜14后，光束到达平台19，并开始在玻璃18内聚焦，加工过程中，吹气装置20开始运转。
如图1所示，平台19包含吸气集尘装置1、耐高温陶瓷基板2、电阻丝加热装置4和玻璃样品5，吸气集尘装置1和电阻丝加热装置4布置于耐高温陶瓷基板2上，电阻丝加热装置4连接电源3，电阻丝加热装置4中电阻丝摆放位置和功率大小可以按照样品的大小和加工图形而改变，以实现多样化加工。
超短脉冲激光异形切割钢化玻璃时，其工艺为：
a)先用电阻丝加热装置将玻璃加热到适当温度，减少后续激光加工中产生的热应力；电阻丝加热平台电阻丝底座可以根据加工图形和玻璃样品调整，将玻璃预加热到玻璃的退火温度以下；
b)采用三维动态聚焦光路系统，将超短脉冲激光聚焦在玻璃内，伴随着激光异形扫描玻璃，焦点随优化处理后的图层同步移动，所优化的异形图层加工，可以为槽状和任意曲线形状图形，整个加工过程呈现螺旋状加工；三维动态聚焦光路系统实现外部光路不变的情况下，激光焦平面具有10mm的焦深；
c)通过密封平台，底部采用吸气集尘装置，将扫描时产生的强化玻璃熔渣收集，有助于加工效率的提高和加工边缘的光滑度的提升；
d)耐高温陶瓷基底平台上吹气装置，将玻璃上表面加工的熔渣和粉尘颗粒吹走，避免玻璃表面加工时的熔渣形成凝固层和颗粒状玻璃飞溅到未加工区域，致使微裂纹产生和ITO电路破坏，导致产品强度降低和良率降低。耐高温的陶瓷基底平台，避免玻璃加热的平台与外界环境的直接热交换，提高能量的利用率；吹气装置，将玻璃加工表面粉尘颗粒和熔化区域吹散，降低玻璃表面的嘣边几率，提高玻璃切割边缘的光滑度。所采用的超短脉冲激光波长为532nm的绿光波段或对指定加工玻璃样品不吸收的波长范围的超短脉冲激光，脉宽为亚皮秒量级，可以直接穿透玻璃，在指定位置聚焦，而不影响其它未加工区域。
本实用新型超短脉冲激光切割强化玻璃的方法，采用波长为532nm的亚皮秒量级的超短脉冲或类似玻璃不对光吸收的某种可见光，加工材料为类似玻璃的透明、硬度较高和脆性较大的材料。由于采用超短脉冲激光，激光在焦点处峰值功率较大，借助于定做的三维动态聚焦振镜光学系统，激光焦深较深，在预加热的透明的玻璃内部，激光可以聚焦在任意位置，实现此位置的上下加工，加工过程中热应力产生最低，直至将异形图形加工好，实现边缘较好、效率较高的超短脉冲激光切割钢化玻璃。
由于采用的超短脉冲可见光波段的激光对玻璃吸收很少，因此，可以通过三维动态聚焦振镜实现在玻璃内的任意区域聚焦，并根据三维动态聚焦振镜的长焦深特性，可以在玻璃内实现任意区域的加工任何异形图案，加工中，由于已将玻璃预加热到一定温度，这样加工过程中产生热应力很小，再结合平台的吸气集尘装置和平台上吹气装置，加工路径呈螺旋状上升，加工出的图形边缘光滑，内应力较小，强度较高，整体加工工艺方法对样品污染极少，加工效率较高，产品良品率较高，是一种新型的对环境友好的绿色加工工艺方法。可以用于加工同玻璃类似性质的透明、脆性强的和硬度高的材料，加工方法新型、对环境友好，同时具有较高的产品良品率和加工效率。
需要理解到的是：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置，其特征在于：超短脉冲激光器(10)的输出端布置有光闸(16)，光闸(16)的输出端设置有扩束镜(15)，扩束镜(15)的输出端布置有45度全反射镜(11)，45度全反射镜(11)的输出端布置有三维动态聚焦系统，三维动态聚焦系统的输出端布置有远心场镜(14)，所述远心场镜(14)正对于平台(19)，所述平台(19)的上方还安装有吹气装置(20)；所述平台(19)包含耐高温陶瓷基板(2)和电阻丝加热装置(4)，吸气集尘装置(1)和电阻丝加热装置(4)布置于耐高温陶瓷基板(2)上。
2.根据权利要求1所述的超短脉冲激光异形切割钢化玻璃的装置，其特征在于：所述超短脉冲激光器(10)是波长为532nm绿光波段的激光器。
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