專利名稱：一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種利用雙光路形式的超短脈沖激光對玻璃進行切割的裝置以及切割方法，尤其是涉及對一種可對Gorilla (大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉韓玻璃)及Dragontrail玻璃(龍跡玻璃)進行異形切割的裝置以及切割方法，屬于蓋板玻璃、觸摸屏以玻璃微加工技術領域。
背景技術：
Gorilla (大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉|丐玻璃)及Dragontrail (龍跡玻璃)鋼化玻璃由于其的高透性及高強度，廣泛應用于顯示屏器件。傳統玻璃切割主要是刀輪切割、磨棒研磨及二氧化碳激光切割。刀輪切割只能對未鋼化玻璃進行外形的直線切割和半徑較大的曲線切割，切割之后還需要進行裂片才能得到完整的外形。而對于鋼化后的Gorilla(大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉鈣玻璃)及Dragontrail (龍跡玻璃)玻璃，刀輪則很難切割。對于玻璃內部封閉區域的切割，只能先用鉆頭鉆個小孔，再換不同的磨棒研磨至要求的大小，磨棒損耗很大，效率很低。二氧化碳激光切割也只能對普通玻璃和鋼化程度較低的玻璃進行切害I]，切割后也需要裂片工序，對于內部封閉區域也無法加工。對于Gorilla (大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉鈣玻璃)及Dragontrail (龍跡玻璃)鋼化玻璃，目前的各種加工方法都不能有效實行穩定的異形切割，還是需要將未鋼化的玻璃切割研磨后再進行鋼化處理，效率極低。激光切割技術的定義以激光束為熱源，采用熱去除方法進行的材料分離技術，從而形成切割道的材料加工方法。激光束被聚焦在材料表面，使得材料表面溫度急劇升高而達到材料的蒸發氣化狀態，從而實現材料的去除。這里面包含了材料對光束能量的吸收和材料中的熱傳導過程。在這個過程中，材料被加熱發生急劇氣化的過程，主要取決于激光與材料作用時間和激光光束峰值功率；
隨著手機、平板電腦等電子顯示行業的持續增長，Gorilla (大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉鈣玻璃)及Dragontrail (龍跡玻璃)玻璃作為高端應用，傳統加工方式已經無法滿足需求因此，特別需要一種突破傳統的Gorilla (大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉鈣玻璃)及Dragontrail(龍跡玻璃)玻璃異形加工方法和裝置，而激光作為現代工業中先進的加工手段，越發受到各個行業的重視，通過來激光來實現玻璃切割的可行性和實用性也得到越來越多的驗證，但是目前還沒有一種能高效率、高質量和高精度進行Gorilla (大猩猩玻璃)、Sodalime (鈉鈣玻璃)及Dragontrail (龍跡玻璃)鋼化玻璃異形切割的裝備和工藝方法。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足，提供一種加工效率高、加工效果好的一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置及方法。本發明的目的是這樣實現的一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，所述裝置包含有激光器，所述激光器發射的激光經光閘和擴束鏡后入射到半透半反鏡的表面，經半透半反鏡反射的激光經光學掃描系統后垂直射向平臺，經半透半反鏡透射后的激光經全反射鏡反射后再經光學掃描系統后垂直射向平臺。本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，所述光學掃描系統包含有振鏡系統和聚焦鏡，進入光學掃描系統的激光經振鏡系統后再經聚焦鏡聚焦出射。本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，所述半透半反鏡與入射激光的光路呈45°，所述全反射鏡與入射到其表面的激光的光路呈45°。本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，所述平臺上方設置有CXD成像系統，所述平臺上方的左右兩側設置有吹氣裝置，所述平臺的下方設置有集塵裝置。本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的方法，所述方法包含有以下步驟
步驟一啟動一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，兩路激光同時射向平臺上的待切割玻璃；并通過光學掃描系統將兩路激光分別聚焦在玻璃的下表面；
步驟二 激光在玻璃的下表面按所需圖形進行行走，使得聚光點處、聚光點鄰近區域或者同時在聚光點處和聚光點鄰近區域的玻璃氣化、熔化或同時發生氣化和融化，從而在玻璃的下表面上形成起始熱去除區，并使起始熱去除區在所述玻璃下表面上沿預定路徑連續分布從而形成起始熱去除線，多條起始熱去除線橫向疊加形成起始熱去除道；
步驟三激光在步驟二中新形成的起始熱去除道附近聚光，使得聚光點處、聚光點鄰近區域或者同時在聚光點處和聚光點鄰近區域的玻璃氣化、熔化或同時發生氣化和融化，從而形成后續熱去除區，并使后續熱去除區沿預定路徑連續分布從而形成后續熱去除線，多條后續熱去除線橫向疊加形成后續熱去除道；
步驟四每層的玻璃去除完成后，將聚焦的激光焦點逐漸由下往上移動，隨后重復步驟二和步驟三，直至逐層去除玻璃到玻璃的中部；
步驟五將聚焦的激光焦點移動至玻璃的上表面，進行步驟二和步驟三；
步驟六隨后將聚焦的激光焦點逐漸由上往下運動，重復進行步驟二和步驟三逐層去除玻璃直至玻璃中部；
步驟七將玻璃中部的玻璃去除，實現玻璃的切穿。在進行步驟二和步驟三的同時，位于平臺上方的吹氣裝置(8)對玻璃的上表面進行冷卻以防止玻璃上表面剩余的薄層由于熱積累而破裂；同時加工過程中的玻璃殘渣在重力的作用下落入位于平臺下方的集塵裝置中。與現有技術相比，本發明的有益效果是
(1)加工范圍不受材料物理、機械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點金屬以及非金屬材料；
(2)易于加工復雜型面、微細表面；
(3)易獲得良好的切割截面質量，切割碎屑污染，熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區等均比較小；
(4)能夠在封閉區域進行鋼化玻璃的異形切割，上下各半切割能保持鋼化玻璃兩面的應力平衡，防止鋼化玻璃在加工過程中兩面應力失衡引起的破裂，有極高的穩定性。(5) 3D動態掃面聚焦鏡和雙光路系統能大幅提升加工效率；
(6)各種加工方法易復合形成新工藝方法，便于推廣應用；
(7)使用玻璃可以透過的波長的激光，聚焦在下表面開始加工，可以形成垂直光滑的切、割截面；切割后去除部分自動掉落，不需進行二次裂片成型。由此可見使用本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置不但大幅度提高了玻璃切割的加工效率，而且大大提供了切割的效果。
圖I為本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置的結構示意圖。其中
激光器I、光閘2、擴束鏡3、半透半反鏡4、全反射鏡5、振鏡系統6、聚焦鏡7、吹氣裝置
8、平臺9、集塵裝置10、C⑶成像系統11。
具體實施方式
參見圖1，本發明涉及的一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，所述裝置包含有激光器1，所述激光器I發射的激光經光閘2和擴束鏡3后入射到半透半反鏡4的表面(半透半反鏡4與入射激光的光路呈45° )，經半透半反鏡4反射的激光經光學掃描系統后垂直射向平臺9，經半透半反鏡4透射后的激光經全反射鏡5反射后再經光學掃描系統后垂直射向平臺9 (全反射鏡5與入射到其表面的激光的光路呈45° )，所述光學掃描系統包含有振鏡系統6和聚焦鏡7,進入光學掃描系統的激光經振鏡系統6動態掃描后再經聚焦鏡7聚焦出射；所述平臺9上方設置有CXD成像系統11，所述平臺9上方的左右兩側設置有吹氣裝置8，所述平臺9的下方設置有集塵裝置10。本發明涉及的一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的方法包含有以下步驟 步驟一啟動如權利要求I所述的一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，兩
路激光同時射向平臺9上的待切割玻璃；并通過光學掃描系統將兩路激光分別聚焦在玻璃的下表面；
步驟二 激光在玻璃的下表面按所需圖形進行行走，使得聚光點處、聚光點鄰近區域或者同時在聚光點處和聚光點鄰近區域的玻璃氣化、熔化或同時發生氣化和融化，從而在玻璃的下表面上形成起始熱去除區，并使起始熱去除區在所述玻璃下表面上沿預定路徑連續分布從而形成起始熱去除線，多條起始熱去除線橫向疊加形成起始熱去除道；
步驟三激光在步驟二中新形成的起始熱去除道附近聚光，使得聚光點處、聚光點鄰近區域或者同時在聚光點處和聚光點鄰近區域的玻璃氣化、熔化或同時發生氣化和融化，從而形成后續熱去除區，并使后續熱去除區沿預定路徑連續分布從而形成后續熱去除線，多條后續熱去除線橫向疊加形成后續熱去除道；后續熱去除道的目的在于增加切割寬度，讓切割后的殘渣能夠及時排出，不會附著在玻璃內壁上影響后續的加工，從而保證工藝的穩定性，且切割完成后無需再進行裂片；
步驟四每層的玻璃去除完成后(每次去除玻璃的厚度是由工藝參數來保證的，一般認為完成步驟二和步驟三后一層玻璃就會被完全去除)，將聚焦的激光焦點逐漸由下往上移動，隨后重復步驟二和步驟三，直至逐層去除玻璃到玻璃的中部；
步驟五將聚焦的激光焦點移動至玻璃的上表面，進行步驟二和步驟三；
步驟六隨后將聚焦的激光焦點逐漸由上往下運動，重復進行步驟二和步驟三逐層去除玻璃直至玻璃中部；步驟七將玻璃中部的玻璃去除，實現玻璃的切穿。(上述步驟中，上指玻璃的上表面；下指玻璃的下表面); 同時，在進行步驟二和步驟三的同時，位于平臺9上方的吹氣裝置8對玻璃的上表面進行冷卻以防止玻璃上表面剩余的薄層由于熱積累而破裂；同時加工過程中的玻璃殘渣在重力的作用下落入位于平臺9下方的集塵裝置10中。
權利要求
1.一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，其特征在于所述裝置包含有激光器(1)，所述激光器(I)發射的激光經光閘(2)和擴束鏡(3)后入射到半透半反鏡(4)的表面，經半透半反鏡(4)反射的激光經光學掃描系統后垂直射向平臺(9)，經半透半反鏡(4)透射后的激光經全反射鏡(5)反射后再經光學掃描系統后垂直射向平臺(9)。
2.如權利要求I所述一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，其特征在于所述光學掃描系統包含有振鏡系統(6)和聚焦鏡(7)，進入光學掃描系統的激光經振鏡系統(6)后再經聚焦鏡(7)聚焦出射。
3.如權利要求I或2所述一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，其特征在于所述半透半反鏡(4)與入射激光的光路呈45°，所述全反射鏡(5)與入射到其表面的激光的光路呈45°。
4.如權利要求I或2所述一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，其特征在于所述平臺(9)上方設置有C⑶成像系統(11)，所述平臺(9)上方的左右兩側設置有吹氣裝置(8 )，所述平臺(9 )的下方設置有集塵裝置(10 )。
5.一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的方法，其特征在于所述方法包含有以下步驟 步驟一啟動如權利要求I所述的一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，兩路激光同時射向平臺(9)上的待切割玻璃；并通過光學掃描系統將兩路激光分別聚焦在玻璃的下表面； 步驟二 激光在玻璃的下表面按所需圖形進行行走，使得聚光點處、聚光點鄰近區域或者同時在聚光點處和聚光點鄰近區域的玻璃氣化、熔化或同時發生氣化和融化，從而在玻璃的下表面上形成起始熱去除區，并使起始熱去除區在所述玻璃下表面上沿預定路徑連續分布從而形成起始熱去除線，多條起始熱去除線橫向疊加形成起始熱去除道； 步驟三激光在步驟二中新形成的起始熱去除道附近聚光，使得聚光點處、聚光點鄰近區域或者同時在聚光點處和聚光點鄰近區域的玻璃氣化、熔化或同時發生氣化和融化，從而形成后續熱去除區，并使后續熱去除區沿預定路徑連續分布從而形成后續熱去除線，多條后續熱去除線橫向疊加形成后續熱去除道； 步驟四每層的玻璃去除完成后，將聚焦的激光焦點逐漸由下往上移動，隨后重復步驟二和步驟三，直至逐層去除玻璃到玻璃的中部； 步驟五將聚焦的激光焦點移動至玻璃的上表面，進行步驟二和步驟三； 步驟六隨后將聚焦的激光焦點逐漸由上往下運動，重復進行步驟二和步驟三逐層去除玻璃直至玻璃中部； 步驟七將玻璃中部的玻璃去除，實現玻璃的切穿。
6.如權利要求5所述一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的方法，其特征在于在進行步驟二和步驟三的同時，位于平臺(9)上方的吹氣裝置(8)對玻璃的上表面進行冷卻以防止玻璃上表面剩余的薄層由于熱積累而破裂；同時加工過程中的玻璃殘渣在重力的作用下落入位于平臺(9)下方的集塵裝置(10)中。
全文摘要
本發明涉及一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，所述裝置包含有激光器(1)，所述激光器(1)發射的激光經光閘(2)和擴束鏡(3)后入射到半透半反鏡(4)的表面，經半透半反鏡(4)反射的激光經光學掃描系統后垂直射向平臺(9)，經半透半反鏡(4)透射后的激光經全反射鏡(5)反射后再經光學掃描系統后垂直射向平臺(9)，所述光學掃描系統包含有振鏡系統(6)和聚焦鏡(7)，進入光學掃描系統的激光經振鏡系統(6)后再經聚焦鏡(7)聚焦出射。本發明一種超短脈沖雙光路激光異形切割玻璃的裝置，加工效率高、加工效果好。
文檔編號C03B33/08GK102718398SQ201210185859
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者張偉, 張子國, 狄建科, 益凱劼, 蔡仲云, 趙裕興, 閆華 申請人:江陰德力激光設備有限公司