CN210308473U - 一种超声波切割装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声波切割设备领域，公开了一种超声波切割装置，包括：超声波发生器用于将市电转换成高频高电压交流电流，超声波换能器用于将输入的高频高电压交流电流转换为输出功率大于100W的超声波，超声波换能器将超声波转换为机械振动，超声波换能器输出振幅；超声波变幅器用于将超声波换能器的输出振幅放大，并输出振幅；金刚石切割刀设置于超声波变幅器的节点处，金刚石切割刀用于进一步放大超声波变幅器的输出振幅，集中超声波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的切割部位。本实用新型可直接异形加工，自动化程度高、对被切割物体固定效果好、加工精度高、消音效果好。

Description

一种超声波切割装置

技术领域

本发明涉及超声波切割设备领域，特别是涉及一种超声波切割装置。

背景技术

近年来，智能手机普遍采用触摸显示屏作为用户操作界面，典型的触摸显示屏使用四块玻璃来分别实现容纳薄膜晶体管和液晶材料，触摸功能和钢化玻璃盖板的功能；同时无线充电和5G通讯技术的发展，促使智能手机背板也采用玻璃来改善信号传输质量，直接拉动了显示行业对新型玻璃的需求，用于这些产品的液晶显示屏(LCD)和等离子显示屏(PDP)面板的需求也在快速增长。2019 年智能手机的总出货量预计15.5亿部，玻璃盖板的渗透率为25％，即有4亿块的需求量，触摸显示有16亿块的需求量；玻璃背板的渗透率为40％，即有6.2 亿块的需求量。

为了制造LCD、PDP面板，玻璃基板切割/加工的工序是不可或缺的。目前市场上采用的技术为开料+异形加工的工序，其中开料工序一般采用轮式切割，异形加工工序一般采用精雕机或激光切割。

一、轮式切割技术切割原理：由刀轮呈算盘珠子形状，齿轮纵向垂直方向切割形成裂纹，同时包括对切割纹路施加外力，使原来的垂直方向产生的裂纹更进一步向内部延伸发展，使玻璃分离裂开。传统轮式切割技术的刀轮呈算盘珠子形状，两侧斜面的棱线部分构成刀头，通过轮子移动，切割轮上的锯齿和玻璃表面反复接触进行挤压切割作业，从而使玻璃受力裂开。刀轮材质成分主要是超硬合金及烧结金刚石。超硬合金和PCD材质相比较，超硬合金的价格较低，PCD材质的耐久性更强。各种材质所制成的刀轮的棱线部分。无论是哪种材质，都是使用粒度600号以上的金刚钻刀轮进行斜面的研磨加工的，斜面表面粗糙度及棱线的粗糙度(凹凸)都比较大。为观察刀轮切割后形成的垂直方向裂纹，在表面向内延伸方向进行切割，而后在垂直方向再进行二次切割，掰断，将玻璃分离开来。通过观察切断分离的玻璃切断面，发现板玻璃的表面至玻璃内部，垂直方向裂纹有伸展开来。同时详细观察玻璃表层，发现由于和刀轮接触有形成塑性变形区域。塑性变形区域的下面形成了被称之为肋纹的垂直方向裂纹，同时在下方发生了垂直方向裂纹的伸展现象。轮式切割存在问题：

A.切割端面粗糙；B.精度差；C.崩边不良；D.需要二次加工才能满足使用要求，追加研磨工序。

二、激光切割技术切割原理：激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的主，高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开，激光切割属于热切割方法之一。激光切割玻璃基板更是一个复杂的光致热过程及激光与材料相互作用的过程，该过程包括激光移动热源对材料进行加热的瞬态热传导、温度场梯度变化产生热应力，利用热应力诱导裂纹扩展直至断裂，从而分割玻璃基板。激光切割存在问题：A、由于激光完全靠聚焦强热能，并且温度急剧使物体受比本身更高熔点热能，为了停止温度损伤显示屏密封胶，需要预留一定位置切割(切割间距)，使用材料费用增加；B、根据国际安全标准，激光危害等级分4级，光纤激光由于波长短对人体由于是眼睛的伤害大，属于危害最大的一级；C、激光在异形切割过程中，不同角度及形状的交叉点，会形成挂角，需要二次加工(追加研磨工序)；D、设备投资成本较高。

综上所述，轮式切割是机械挤压式切割，切割精度不高，玻璃崩边严重；激光切割投资成本过，而且由于激光是通过光束热能腐蚀原理，对玻璃产生高温，从而影响显示周边零件及密封胶水，显示器品质有很大损伤。

基于上述显示屏切割的技术及存在的问题，超声波切割技术作为一种新的发展趋势，试图被利用来解决上述问题。

例如中国专利，专利号为201810157123.4，公开的一种本发明公开了全面屏切割的超声波裂片装置及方法，包含依次衔接布置的超声波发生器、超声波换能器、超声波变幅器以及超声波裂片刀头，所述超声波发生器，产生超声波；所述超声波换能器，将超声波发生器产生的超声波转换为机械振动；所述超声波变幅器，将超声波换能器的输出振幅放大；所述超声波裂片刀头，进一步放大超声波变幅器的输出振幅，聚焦超声波，高频带动刀头振动，作用于被加工物体产生共振，实现机械裂片，使切割后的应力释放。可有效控制激光切割的裂片残留及崩缺问题，裂片后残留崩缺稳定控制在30um以内，解决了全面屏U 槽加工中的裂片问题，相比于人工和机械拔片技术，更易集成到自动化产线中，显著提高生产效率。

超声波在传播的介质上加上监测点，点就会振动。此点的振动幅度称为位移振幅，振动速度叫做粒子速度。超声波振动波的种类：纵向波、横向波、弯曲波。振动方向和传播方向是平行的，被称为纵波。传播方向与振动方向垂直的，为横波。同样介质中，纵向波和横向波的传播速度不同，横波的传播速度约为纵波的一半。

但是，这种全面屏切割的超声波裂片装置及方法由于产生的超声波包含有一部分的横向波弯曲波，导致产生的振动振幅不强，再加上超声波切割刀具的应用角度及材料问题，现有的超声波切割刀具一般采用钛合金材料，从机械性能考虑，钛合金硬度不够，不适合切割较硬的材料，导致这种全面屏切割的超声波裂片装置及方法只能应用于进行开料工序后的玻璃基板，无法取代目前二个工序加工模式，即开料+异形加工的工序模式。

除此之外，现有的超声波切割技术还存在自动化程度低、对被切割物体固定效果差、加工精度低、噪音较大等缺陷。

因此，研究一种直接高精度异形加工来取代目前二个工序加工模式，且自动化程度高、对被切割物体固定效果好、加工精度高、噪音低的超声波切割技术成为全面屏项目推动的当务之急。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种动化程度高、对被切割物体固定效果好、加工精度高、噪音低超声波切割装置，能够直接高精度异形加工来取代目前二个工序加工模式。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超声波切割装置的切割方法，包括以下步骤：

由超声波发生器将市电转换成高频高电压交流电流输给超声波换能器；

由所述超声波换能器将输入的所述高频高电压交流电流转换为输出功率大于100W的超声波，所述超声波换能器将所述超声波转换为机械振动，所述超声波换能器输出振幅至超声波变幅器；

由所述超声波变幅器将所述超声波换能器的输出振幅放大，并输出振幅至金刚石切割刀；

所述金刚石切割刀设置于所述超声波变幅器的节点处，由所述金刚石切割刀进一步放大所述超声波变幅器的输出振幅，集中所述超声波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的切割部位。

一种超声波切割装置，包括超声波切割机构，所述超声波切割机构包括超声波发生器及超声波切割头，所述超声波发生器用于将市电转换成高频高电压交流电流，所述超声波切割头包括：

超声波换能器，所述超声波换能器用于将输入的所述高频高电压交流电流转换为输出功率大于100W的超声波，所述超声波换能器将所述超声波转换为机械振动，所述超声波换能器输出振幅；

超声波变幅器，所述超声波变幅器用于将所述超声波换能器的输出振幅放大，并输出振幅；

金刚石切割刀，所述金刚石切割刀设置于所述超声波变幅器的节点处，所述金刚石切割刀用于进一步放大所述超声波变幅器的输出振幅，集中所述超声波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的切割部位。

在其中一个实施技术，还包括：

机架，所述机架内设置有工作平台；

Y轴移动机构，所述Y轴移动机构设置于所述工作平台上，所述Y轴移动机构包括Y轴驱动机构及Y轴传动机构，所述Y轴传动机构受所述Y轴驱动机构驱动；

X轴移动机构，所述X轴移动机构设置于所述Y轴移动机构上，所述X轴移动机构包括X轴驱动机构及X轴传动机构，所述X轴传动机构受所述X轴驱动机构驱动；

Z轴移动机构，所述Z轴移动机构设置于所述X轴移动机构的上方，所述Z 轴移动机构包括Z轴驱动机构及Z轴传动机构，所述Z轴传动机构受所述Z轴驱动机构驱动，所述Z轴传动机构与所述超声波切割头连接；

所述超声波发生器与所述超声波换能器电性连接，所述超声波换能器与所述超声波变幅器连接，所述金刚石切割刀设置于所述超声波变幅器的所述节点处。

在其中一个实施技术，所述Y轴传动机构包括Y轴运动平台、Y轴连接块、 Y轴滑块、Y轴导轨及Y轴位移传感器，所述Y轴驱动机构与所述Y轴运动平台连接，所述Y轴运动平台通过所述Y轴连接块与所述Y轴滑块连接，所述Y 轴滑块套接在所述Y轴导轨上，所述Y轴导轨固定于所述工作平台上，所述Y 轴位移传感器固定于所述Y轴运动平台上。

在其中一个实施技术，所述X轴传动机构包括X轴运动平台、X轴连接块、 X轴滑块、X轴导轨及X轴位移传感器，所述X轴驱动机构与所述X轴运动平台连接，所述X轴运动平台通过所述X轴连接块与所述X轴滑块连接，所述X 轴滑块套接在所述X轴导轨上，所述X轴导轨固定于所述Y轴运动平台上，所述X轴位移传感器固定于所述X轴运动平台上。

在其中一个实施技术，所述Z轴传动机构包括Z轴联轴器、Z轴滚珠丝杆螺母副、Z轴连接块、Z轴滑块、Z轴导轨及Z轴运动平台，所述Z轴驱动机构通过所述Z轴联轴器与所述Z轴滚珠丝杆螺母副的一端连接，所述Z轴滚珠丝杆螺母副的另一端通过所述Z轴连接块与所述Z轴滑块连接，所述Z轴滑块套接在所述Z轴导轨上，所述Z轴导轨固定于所述Z轴运动平台上。

在其中一个实施技术，还包括超声波头移动机构，所述超声波头移动机构包括背板、第一移动平台、第一导轨、第一滑块及锁块，所述背板与所述Z轴连接块连接，所述第一移动平台连接在所述背板的一侧，所述锁块锁住所述超声波切割头并与所述第一滑块连接，所述第一滑块套接在所述第一导轨上，所述第一导轨固定在所述第一移动平台。

在其中一个实施技术，还包括超声波头连接机构，所述超声波头连接机构包括第二连接块、上调节螺杆、弹簧双头钩、下调节螺杆及连接架，所述第二连接块与所述背板连接，所述上调节螺杆的上端与所述第二连接块连接，所述弹簧双头钩的上下两头钩分别与所述上调节螺杆的下端、所述下调节螺杆的上端连接，所述下调节螺杆的下端与所述连接架连接，所述连接架与所述超声波切割头连接。

在其中一个实施技术，还包括拍照定位机构，所述拍照定位机构设置于所述X轴移动机构的上方，所述拍照定位机构设置于所述Z轴移动机构的一侧，所述拍照定位机构包括相机及镜头，所述镜头安装在所述相机的底部。

在其中一个实施技术，还包括真空吸固机构，所述真空吸固机构包括真空泵、气管及真空平台，所述真空平台用于放置被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷，所述真空平台连接于所述X轴运动平台上，所述真空平台设置有多个通气孔，所述真空泵与所述气管的一端连接，所述气管的另一端连接于所述真空平台设置所述通气孔的位置处。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1.直接异形加工，可满足不同形状的切割，不需要二次加工即研磨工序；冷加工，无需追加冷却及润滑装置；降低设备购买成本；提高产品良品率；对环境及人体身心健康无害，绿色环保切割。

2.自动化程度高、对被切割物体固定效果好、加工精度高、消音效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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他相关的附图。

图1为本发明一实施例的一种超声波切割装置的切割方法的步骤流程图。

图2为轮式切割技术与超声波切割技术切割玻璃垂直裂纹断面对比图。

图3为轮式切割技术的切割玻璃垂直裂纹断面图。

图4为超声波切割技术的切割玻璃垂直裂纹断面图。

图5为超声波切割技术、精雕机研磨技术、轮式切割技术、激光切割技术切割平板显示屏TFT的切割效果对比图。

图6为超声波切割技术切割的玻璃成品的弯曲强度测试结果图。

图7为本发明一实施例的一种超声波切割装置的外部结构示意图。

图8为本发明一实施例的一种超声波切割装置的内部结构示意图。

图9为本发明一实施例的一种超声波切割装置的局部爆炸示意图。

图10为图9中A部分的放大图。

图11为图9中B部分的放大图。

图12为本发明一实施例的一种超声波切割装置的局部结构示意图。

图13为本发明一实施例的一种超声波切割装置的局部结构示意图。

图14为本发明一实施例的一种超声波切割装置的超声波切割头的结构示意图。

图15为本发明一实施例的一种超声波切割装置的拍照定位机构的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施技术。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施技术。相反地，提供这些实施技术的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施技术。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施技术的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，一实施例中，一种超声波切割装置的切割方法，包括以下步骤： S101，由超声波发生器将市电转换成高频高电压交流电流输给超声波换能器； S102，由所述超声波换能器将输入的所述高频高电压交流电流转换为输出功率大于100W的超声波，所述超声波换能器将所述超声波转换为机械振动，所述超声波换能器输出振幅至超声波变幅器；S103，由所述超声波变幅器将所述超声波换能器的输出振幅放大，并输出振幅至金刚石切割刀；S104，所述金刚石切割刀设置于所述超声波变幅器的节点处，由所述金刚石切割刀进一步放大所述超声波变幅器的输出振幅，集中所述超声波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的切割部位。

超声波变幅器为超声波变幅杆，超声波变幅杆是一个无源器件，本身不产生振动，只是将超声波器换能器输入的振动改变振幅后再传递出去，完成了阻抗变换。超声波换能器于纵向作来回伸缩运动，伸缩运动的频率等同于超声波发生器供出的高频交流电流频率。超声波切割方式为接触式振动，利用超声波方向性强的特点，目的是减少被去除的材料左右晃动产生对玻璃本体的崩缺。

超声波切割玻璃原理：根据玻璃物理特性、晶格方向统一性结构原理，超声波只保留纵向波，将横波、弯曲波过滤掉，利用纵向波带动金刚石切割刀高频/高速上下振动，以垂直角度接触玻璃基板，从而进行垂直裂开玻璃，在玻璃表面产生垂直的裂缝。通过f＝C/λ(功率＝速度/波长)公式换算得知，切割玻璃所需超声波功率：100-500KHZ间。

超声波采用金刚石切割刀，超声波切割工作原理跟轮式切割技术类似，用超声波上下振动带动金刚石切割刀代替刀轮前进移动锯齿，同样是给玻璃表面施加破裂纵向力。不同之处，由于轮式切割技术的刀轮需要前进及转动(自转)，需有一定间隙方可转动，所以，无法进行高精度的加工及异形加工。

超声波变幅杆在做纵向伸缩振动时，其中间的某段横截面左右两边的质点运动方向刚好相反，相当于存在一个相对静止的截面，这个截面叫做节点，这个位置也是金刚石切割刀与,超声波变幅杆的最佳固定点，将金刚石切割刀固定于超声波变幅杆的节点，能最大程度保留纵向波，将横波、弯曲波过滤掉，若偏离这个固定点，则会降低振动的工作效率，俗称漏波，效率会下降，同时，会造成高温产生。

一、轮式切割技术与超声波切割技术切割玻璃基板实验。

请参阅图2-4，可以看出：轮式切割技术切割需要进行二次切割，才能达到裂片效果；使用超声波切割后立刻确认到垂直方向的裂纹伸展情况，0.02秒之后大约达到玻璃板厚的60％，1.0秒的时候垂直方向裂纹深度延伸到玻璃板厚的 85％。所以，超声波一次切割裂缝深度可达玻璃厚度85％以上，裂片无崩边。

二、超声波切割技术、精雕机研磨技术、轮式切割技术、激光切割技术切割平板显示屏TFT实验。

请参阅图5，可以看出：A、轮式切割：表面粗糙。B、精雕机研磨：表面细腻，达到异形加工要求。C、激光切割：表面细腻，达到异形加工要求。D、表面细腻，达到异形加工要求。

三、超声波切割技术切割的玻璃成品的弯曲强度实验。

请参阅图6，超声波玻璃切割需进行弯曲强度测试(4PB测试)，以确保切割品质满足要求。测量方法：执行国标。4PB测试结果：OK，弯曲强度比国家标准高20％以上。

四、超声波切割综合评估

1.经过超声波切割装置对玻璃基板进行试验性小批量生产，可以满足2019 年当前最高级别手机显示屏品质要求；2.超声波玻璃切割质量比现有技术/设备都更优越性；3.未来在玻璃切割及精加工技术及设备选择上，多一种更安全可靠的新技术；4.通过利用超声波技术，对铜、铝、陶瓷、塑料、单晶硅也展开切割试验，已经取得完美切割及加工。

请参阅图7-15，一实施例中，一种超声波切割装置10，包括机架100、Y 轴移动机构200、X轴移动机构300、Z轴移动机构400、超声波切割机构500、超声波头移动机构600、超声波头连接机构700、拍照定位机构800及真空吸固机构900。

所述超声波切割机构500包括超声波发生器及超声波切割头510，所述超声波切割头510包括超声波换能器511、超声波变幅器512及金刚石切割刀513。所述超声波发生器用于将市电转换成高频高电压交流电流；所述超声波换能器511用于将输入的所述高频高电压交流电流转换为输出功率大于100W的超声波，所述超声波换能器511将所述超声波转换为机械振动，所述超声波换能器 511输出振幅；所述超声波变幅器512用于将所述超声波换能器511的输出振幅放大，并输出振幅；所述金刚石切割刀513设置于所述超声波变幅器512的节点处，所述金刚石切割刀513用于进一步放大所述超声波变幅器512的输出振幅，集中所述超声波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的切割部位。

具体地，请参阅图14，所述超声波发生器与所述超声波换能器511电性连接，所述超声波换能器511与所述超声波变幅器512连接，所述金刚石切割刀 513设置于所述超声波变幅器512的所述节点512a处。

请参阅图7，所述机架100外围有铝合金机罩110，所述机架100的顶部设置有报警灯120，所述机架100的前面设置有显示屏130、操作面板140及手摇柄150，所述机架100的底部四角位置处分别设置有调整底垫160。所述调整底垫用于调节机架100距离地面的高度。所述机架100内设置有工作平台170，所述工作平台170为大理石吸音平台，所述工作平台170的左右两侧分别固定有大理石吸音柱180，两个所述大理石吸音柱180之间连接所述Z轴运动平台。

具体地，所述大理石吸音平台及大理石吸音柱采用多孔大理石材料，用于减少或消除超声波切割头510工作时产生的噪音。

更具体地，所述超声波切割头510外部罩有一超声波头罩，所述超声波头罩用于用于防止超声波切割头510切割玻璃时产生的玻璃粉尘进入超声波切割头510内损坏机器。所述超声波头罩外部罩有一防尘消音罩，所述防尘消音罩固定于Z轴运动平台的中部位置处，用于进一步防止超声波切割头510切割玻璃时产生的玻璃粉尘进入超声波切割头510内损坏机器，以及用于减少或消除超声波切割头510工作时产生的噪音。

请参阅图9-10，所述Y轴移动机构200设置于所述工作平台170上，所述 Y轴移动机构200包括Y轴驱动机构210及Y轴传动机构220，所述Y轴传动机构220受所述Y轴驱动机构210驱动。

具体地，所述Y轴传动机构220包括Y轴运动平台221、Y轴连接块222、 Y轴滑块223、Y轴导轨224及Y轴位移传感器225，所述Y轴驱动机构与所述Y轴运动平台221连接，所述Y轴运动平台221通过所述Y轴连接块222与所述Y轴滑块223连接，所述Y轴滑块223套接在所述Y轴导轨224上，所述Y 轴导轨224固定于所述工作平台170上，所述Y轴位移传感器225固定于所述 Y轴运动平台221上。

可以理解的是，所述Y轴驱动机构210为直线电机或气缸，带动Y轴运动平台221在Y轴导轨224上做直线往返运动。

更具体地，所述Y轴导轨224的运动方向两端分别设置有一Y轴顶头限位件226，所述Y轴顶头限位件226包括Y轴顶头固定座及Y轴顶头，所述Y轴顶头通过所述Y轴顶头固定座固定于所述Y轴导轨224的一端，用于限制Y轴运动平台221的运动距离。

请参阅图9-11，所述X轴移动机构300设置于所述Y轴移动机构200上，所述X轴移动机构300包括X轴驱动机构310及X轴传动机构320，所述X轴传动机构310受所述X轴驱动机构320驱动。

具体地，所述X轴传动机构320包括X轴运动平台321、X轴连接块322、 X轴滑块323、X轴导轨324及X轴位移传感器325，所述X轴驱动机构与所述 X轴运动平台321连接，所述X轴运动平台321通过所述X轴连接块322与所述X轴滑块323连接，所述X轴滑块323套接在所述X轴导轨324上，所述X 轴导轨324固定于所述Y轴运动平台221上，所述X轴位移传感器325固定于所述X轴运动平台321上。

可以理解的是，所述X轴驱动机构310为直线电机或气缸，带动X轴运动平台321在X轴导轨324上做直线往返运动。

更具体地，所述X轴导轨324的运动方向两端分别设置有一X轴顶头限位件326，所述X轴顶头限位件326包括X轴顶头固定座及X轴顶头，所述X轴顶头通过所述X轴顶头固定座固定于所述X轴导轨324的一端，用于限制X轴运动平台321的运动距离。

所述Z轴移动机构400设置于所述X轴移动机构300的上方，所述Z轴移动机构400包括Z轴驱动机构410及Z轴传动机构420，所述Z轴传动机构420 受所述Z轴驱动机构410驱动，所述Z轴传动机构与所述超声波切割头510连接。

具体地，请参阅图12，所述Z轴传动机构420包括Z轴联轴器421、Z轴滚珠丝杆螺母副422、Z轴连接块423、Z轴滑块424、Z轴导轨425及Z轴运动平台426，所述Z轴驱动机构410通过所述Z轴联轴器421与所述Z轴滚珠丝杆螺母副422的一端连接，所述Z轴滚珠丝杆螺母副422的另一端通过所述Z 轴连接块423与所述Z轴滑块424连接，所述Z轴滑块424套接在所述Z轴导轨425上，所述Z轴导轨425固定于所述Z轴运动平台426上。

可以理解的是，所述Z轴驱动机构410为伺服电机，所述伺服电机安装于电机安装座内。所述伺服电机带动Z轴滚珠丝杆螺母副422做直线往返运动，继而带动所述超声波头移动机构、所述超声波头连接机构700及所述超声波切割头510一起做升降运动。

更具体地，所述Z轴滚珠丝杆螺母副422包括Z轴丝杆422a及Z轴滚珠螺母423b，所述Z轴滚珠螺母423b套接在所述Z轴丝杆422a上并固定于所述Z 轴连接块423的顶部。所述Z轴移动机构400还包括Z轴回转气缸427，所述Z 轴回转气缸427固定连接在所述电机安装座428的一侧，所述电机安装座428 与所述Z轴连接块423固定连接。

在Z轴丝杆422a固定不动的情况下，通过Z轴回转气缸427带动所述电机安装座做直线往返运动，继而带动Z轴连接块423运动，继而带动Z轴滚珠螺母423b相对Z轴丝杆422a轴向位移，来消除Z轴滚珠丝杆螺母副422的轴向间隙，来提高Z轴滚珠丝杆螺母副422的传动精度和轴向刚度。

请参阅图13，所述超声波头移动机构600包括背板610、第一移动平台620、第一导轨630、第一滑块640及锁块650，所述背板与所述Z轴连接块423连接，所述第一移动平台连接在所述背板的一侧，所述锁块锁住所述超声波切割头510 并与所述第一滑块连接，所述第一滑块套接在所述第一导轨上，所述第一导轨固定在所述第一移动平台。

可以理解的是，当超声波切割头510开始工作时，即超声波切割头510做纵向伸缩振动时，会带动第一滑块640在第一导轨630上运动。所述超声波头移动机构600对超声波切割头510具有支撑作用的同时，第一导轨630与第一滑块640组合的滑动摩擦力较少。

请再次参阅图13，所述超声波头连接机构700包括第二连接块710、上调节螺杆720、弹簧双头钩730、下调节螺杆740及连接架750，所述第二连接块与所述背板连接，所述上调节螺杆的上端与所述第二连接块连接，所述弹簧双头钩的上下两头钩分别与所述上调节螺杆的下端、所述下调节螺杆的上端连接，所述下调节螺杆的下端与所述连接架连接，所述连接架与所述超声波切割头510 连接。

可以理解的是，所述超声波头连接机构700与超声波切割头510之间的连接关系是一种弹性连接方式，在对超声波切割头510具有支撑作用的同时，也不阻碍超声波切割头510的高频上下振动。

请参阅图15，所述拍照定位机构800设置于所述X轴移动机构300的上方，所述拍照定位机构800设置于所述Z轴移动机构400的一侧且固定于所述Z轴运动平台426的前端，所述拍照定位机构800包括相机安装座810、相机820及镜头830，所述相机820安装在所述相机安装座810的前端，所述镜头830安装在所述相机820的底部。

可以理解的是，所述拍照定位机构800与所述显示屏130电性连接，拍照定位机构800采集放置于真空平台910上的被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的图像数据并将采集到的图像数据传递给显示屏130，最终在显示屏130成相，通过人工观察成相信息去判断被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的位置并选取切割点。

请参阅图9，所述真空吸固机构900包括真空泵、气管及真空平台910，所述真空平台用于放置被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷，所述真空平台连接于所述X 轴运动平台321上，所述真空平台设置有多个通气孔，所述真空泵与所述气管的一端连接，所述气管的另一端连接于所述真空平台设置所述通气孔的位置处。

可以理解的是，被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷放置于真空平台910上，真空泵通过气管从通气孔来抽取被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷与真空平台910之间的空气，由于负压作用，使被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷牢牢固定在真空平台910 上，无法轻易移动。通过拍照定位机构800来观察被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的位置，并确定切割点，然后根据确定的切割点，来通过Y轴移动机构200、X 轴移动机构300来调整被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的Y轴位置、X轴位置，使金刚石切割刀513对准切割点，再通过Z轴移动机构400带动超声波切割头510 在Z轴向下运动，超声波切割头510开始工作，金刚石切割刀513做高频纵向伸缩振动，高速垂直贯穿切割玻璃。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1.直接异形加工，可满足不同形状的切割，不需要二次加工(研磨工序)；冷加工，无需追加冷却及润滑装置；降低设备购买成本；提高产品良品率；对环境及人体身心健康无害，绿色环保切割。

2.自动化程度高、对被切割物体固定效果好、加工精度高、消音效果好。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施技术，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种超声波切割装置，其特征在于，包括超声波切割机构，所述超声波切割机构包括超声波发生器及超声波切割头，所述超声波发生器用于将市电转换成高频高电压交流电流，所述超声波切割头包括：

超声波换能器，所述超声波换能器用于将输入的所述高频高电压交流电流转换为输出功率大于100W的超声波，所述超声波换能器将所述超声波转换为机械振动，所述超声波换能器输出振幅；

超声波变幅器，所述超声波变幅器用于将所述超声波换能器的输出振幅放大，并输出振幅；

金刚石切割刀，所述金刚石切割刀设置于所述超声波变幅器的节点处，所述金刚石切割刀用于进一步放大所述超声波变幅器的输出振幅，集中所述超声波能量垂直作用于被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷的切割部位。

2.根据权利要求1所述的一种超声波切割装置，其特征在于，还包括：

机架，所述机架内设置有工作平台；

Y轴移动机构，所述Y轴移动机构设置于所述工作平台上，所述Y轴移动机构包括Y轴驱动机构及Y轴传动机构，所述Y轴传动机构受所述Y轴驱动机构驱动；

X轴移动机构，所述X轴移动机构设置于所述Y轴移动机构上，所述X轴移动机构包括X轴驱动机构及X轴传动机构，所述X轴传动机构受所述X轴驱动机构驱动；

Z轴移动机构，所述Z轴移动机构设置于所述X轴移动机构的上方，所述Z轴移动机构包括Z轴驱动机构及Z轴传动机构，所述Z轴传动机构受所述Z轴驱动机构驱动，所述Z轴传动机构与所述超声波切割头连接；

所述超声波发生器与所述超声波换能器电性连接，所述超声波换能器与所述超声波变幅器连接，所述金刚石切割刀设置于所述超声波变幅器的所述节点处。

3.根据权利要求2所述的一种超声波切割装置，其特征在于，所述Y轴传动机构包括Y轴运动平台、Y轴连接块、Y轴滑块、Y轴导轨及Y轴位移传感器，所述Y轴驱动机构与所述Y轴运动平台连接，所述Y轴运动平台通过所述Y轴连接块与所述Y轴滑块连接，所述Y轴滑块套接在所述Y轴导轨上，所述Y轴导轨固定于所述工作平台上，所述Y轴位移传感器固定于所述Y轴运动平台上。

4.根据权利要求3所述的一种超声波切割装置，其特征在于，所述X轴传动机构包括X轴运动平台、X轴连接块、X轴滑块、X轴导轨及X轴位移传感器，所述X轴驱动机构与所述X轴运动平台连接，所述X轴运动平台通过所述X轴连接块与所述X轴滑块连接，所述X轴滑块套接在所述X轴导轨上，所述X轴导轨固定于所述Y轴运动平台上，所述X轴位移传感器固定于所述X轴运动平台上。

5.根据权利要求2所述的一种超声波切割装置，其特征在于，所述Z轴传动机构包括Z轴联轴器、Z轴滚珠丝杆螺母副、Z轴连接块、Z轴滑块、Z轴导轨及Z轴运动平台，所述Z轴驱动机构通过所述Z轴联轴器与所述Z轴滚珠丝杆螺母副的一端连接，所述Z轴滚珠丝杆螺母副的另一端通过所述Z轴连接块与所述Z轴滑块连接，所述Z轴滑块套接在所述Z轴导轨上，所述Z轴导轨固定于所述Z轴运动平台上。

6.根据权利要求5所述的一种超声波切割装置，其特征在于，还包括超声波头移动机构，所述超声波头移动机构包括背板、第一移动平台、第一导轨、第一滑块及锁块，所述背板与所述Z轴连接块连接，所述第一移动平台连接在所述背板的一侧，所述锁块锁住所述超声波切割头并与所述第一滑块连接，所述第一滑块套接在所述第一导轨上，所述第一导轨固定在所述第一移动平台。

7.根据权利要求6所述的一种超声波切割装置，其特征在于，还包括超声波头连接机构，所述超声波头连接机构包括第二连接块、上调节螺杆、弹簧双头钩、下调节螺杆及连接架，所述第二连接块与所述背板连接，所述上调节螺杆的上端与所述第二连接块连接，所述弹簧双头钩的上下两头钩分别与所述上调节螺杆的下端、所述下调节螺杆的上端连接，所述下调节螺杆的下端与所述连接架连接，所述连接架与所述超声波切割头连接。

8.根据权利要求2所述的一种超声波切割装置，其特征在于，还包括拍照定位机构，所述拍照定位机构设置于所述X轴移动机构的上方，所述拍照定位机构设置于所述Z轴移动机构的一侧，所述拍照定位机构包括相机及镜头，所述镜头安装在所述相机的底部。

9.根据权利要求4所述的一种超声波切割装置，其特征在于，还包括真空吸固机构，所述真空吸固机构包括真空泵、气管及真空平台，所述真空平台用于放置被切割玻璃、硅晶圆或陶瓷，所述真空平台连接于所述X轴运动平台上，所述真空平台设置有多个通气孔，所述真空泵与所述气管的一端连接，所述气管的另一端连接于所述真空平台设置所述通气孔的位置处。

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