一種脆性材料基板的激光加工系統的制作方法

本發明涉及激光加工技術領域，具體而言，涉及一種脆性材料基板的激光加工系統。

背景技術：

目前制造商越來越多在電子類設備里使用由二維或三維加工技術形成的基板等零部件，并且隨著工業和社會需求的增加，高精度和高質量的如玻璃或者水晶等脆性材料加工制成的二維或三維零部件越來越受到青睞；但是，傳統的制造業大多數是采用數控、線鋸技術和研磨車床等的結合來完成這些零部件的加工制造，此種方式加工效率低下，加工工序繁多、復雜，并且一般的加工工廠需要上百臺機器來加工處理上述零部件，因此，十分耗費人力物力。

目前，現有技術中雖然也有激光加工脆性材料的方法，但是現有的方法僅限于制造加工二維零部件，無法做到三維零部件的加工，并且現有技術中存在著零部件加工質量低，加工一個零部件耗費時間長，產品精度低以及出錯率高等缺陷。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種脆性材料基板的激光加工系統，滿足脆性材料的二維或者三維零部件的加工制造，并且達到質量高、耗時少、產品精度高和出錯率低的目的。

本發明實施例提供了一種脆性材料基板的激光加工系統，包括：

工作臺，用于載置脆性材料基板；

激光照射裝置，用于根據預設的激光照射條件對所述脆性材料基板進行激光照射；

移動機構，用于使工作臺按照特定運動軌跡進行運動；

控制裝置，用于根據脆性材料基板最終所要形成的零部件的預設參數生成虛擬零部件，并呈現和保存該虛擬零部件，并依照保存的虛擬零部件進行脆性材料基板的控制加工工作。

所述激光照射裝置包括：激光照射頭；

所述激光照射頭，用于切割脆性材料基板的周邊形狀；

用于對脆性材料基板的邊緣進行倒角；

還用于對脆性材料基板進行開槽或者打孔操作。

所述控制裝置包括：智能工作控制模塊和人機交互模塊；

所述智能工作控制模塊，用于接收人機交互模塊的數據指令進行脆性材料基板的控制加工工作；

進一步的，所述智能工作控制模塊包括：激光控制單元、移動機構控制單元、視覺檢測及反饋單元、控制器；

所述激光控制單元，用于控制激光照射裝置所照射激光的類型和照射狀態；

所述移動機構控制單元，用于控制移動機構的運行狀態；

所述視覺檢測及反饋單元，用于對脆性材料基板的加工過程進行監控，對加工位置進行定位，并提供糾正型反饋；

所述控制器包括：主控制器和子系統控制器；

所述激光控制單元、移動機構控制單元、視覺檢測及反饋單元分別通過子系統控制器與主控制器連接；

所述子系統控制器，用于根據主控制器的命令完成對所述激光控制單元、移動機構控制單元、視覺檢測及反饋單元的具體控制工作。

在一個實施例中，所述移動機構控制單元用于控制移動機構進行五軸運動。

在一個實施例中，所述激光控制單元包括：激光類型控制子單元和激光照射狀態控制子單元；

所述激光類型控制子單元，用于控制激光的類型為脈沖型激光或者連續波型激光；

激光照射狀態控制子單元，用于控制調節激光照射的形狀、焦點、時間。

在一個實施例中，所述智能工作控制模塊還包括：卡盤驅動單元；

所述卡盤驅動單元，用于控制卡盤的運動狀態，以提供部分真空或者具有特定空氣壓強的工作條件。

所述人機交互模塊，用于進行人機交互，并發送數據指令至智能工作控制模塊進行脆性材料基板的加工控制工作；

所述人機交互模塊包括：輸入與編輯單元、顯示單元和存儲單元；

所述輸入與編輯單元，用于輸入和編輯脆性材料基板最終要生成的零部件的尺寸、形狀、材料厚度的參數數據；

所述顯示單元，用于根據所述參數數據生成虛擬零部件，并呈現該虛擬零部件；

所述存儲單元，用于存儲所述參數數據和所述虛擬零部件。

在一個實施例中，所述激光照射裝置的激光選擇超短脈沖型激光時，照射條件為：

波長范圍為以下三個范圍中的任意一個：980納米至1100納米，500納米至550納米或者250納米至350納米；

激光脈沖寬度范圍為：0.5皮秒至50皮秒；

脈沖重復率范圍為：大于等于5萬赫茲；

脈沖能量范圍為：5微焦至100微焦。

在一個實施例中，所述激光照射裝置的激光選擇連續波型激光時，照射條件為：

激光波長范圍為：9500納米至1100納米之間，或者4500納米至5500納米之間；

激光的平均功率大于10瓦。

本申請實例所提供的一種脆性材料基板的激光加工系統，能夠滿足脆性材料的二維或者三維零部件的加工，生產質量高，并且采用控制裝置進行智能控制加工，不需要數十臺機器協同工作，具有提高了生產效率和產品精度，節省了時間和降低了出錯率的積極效果。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發明實施例所提供的一種脆性材料基板的激光加工系統的結構示意圖；

圖2示出了本發明實施例所提供的一種脆性材料基板的激光加工系統的智能工作控制模塊結構示意圖；

圖3示出了本發明實施例所提供的一種脆性材料基板的激光加工系統的人機交互模塊結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1所示的發明實施例，本實施例中提供了一種脆性材料基板的激光加工系統，包括：

工作臺110，用于載置脆性材料基板；其中，該脆性材料基板可以為玻璃、陶瓷、藍寶石或者其他復合型材料；

激光照射裝置120，用于根據預設的激光照射條件對所述脆性材料基板進行激光照射；通過激光照射完成對脆性材料基板的切割、加工制造；

移動機構130，用于使工作臺按照特定運動軌跡進行運動；

控制裝置140，用于根據脆性材料基板最終所要形成的零部件的預設參數生成虛擬零部件，并呈現和保存該虛擬零部件，并依照保存的虛擬零部件進行脆性材料基板的控制加工工作。

在本實施例中，上述的激光照射裝置120具有激光照射頭，該激光照射頭主要對脆性材料基板進行以下加工操作步驟：

用于切割脆性材料基板的周邊形狀；

用于對脆性材料基板的邊緣進行倒角；

還用于對脆性材料基板進行開槽或者打孔操作。

上述的加工操作步驟可以是首次編輯輸入的，也可以是預先存儲的，此時在進行脆性材料基板加工工作時可以不用再次進行切割路徑、軌跡等的參數設置，可以直接使用預先存儲的數據進行加工操作。

上述的控制裝置140包括：智能工作控制模塊和人機交互模塊；

所述智能工作控制模塊，用于接收人機交互模塊的數據指令進行脆性材料基板的控制加工工作；

進一步的，如圖2所示的實施例中，所述智能工作控制模塊包括：激光控制單元210、移動機構控制單元220、視覺檢測及反饋單元230、控制器；

激光控制單元210，用于控制激光照射裝置所照射激光的類型和照射狀態；所述的激光的類型包括：脈沖型激光和連續波型激光兩種。

并且該激光控制單元210所述激光控制單元進一步包括：激光類型控制子單元和激光照射狀態控制子單元；

激光類型控制子單元，用于控制激光的類型為脈沖型激光或者連續波型激光；激光照射狀態控制子單元，用于控制調節激光照射的形狀、焦點、時間等。

上述移動機構控制單元220，用于控制移動機構130的運行狀態；本實施例中主要用于控制移動機構130進行五軸運動，以完成加工工作。

并且上述移動機構的位置移動精度小于等于10微米。

上述視覺檢測及反饋單元230，用于對脆性材料基板的加工過程進行監控，對加工位置進行定位，并提供糾正型反饋。

在一些具體實施例中，上述視覺檢測及反饋單元包括：圖像采集子單元，該圖像采集子單元用于采集被加工脆性材料基板的清晰圖像，能夠對激光的加工位置進行定位，該圖像可以被呈現，以便于操作人員實時觀察被加工脆性材料基板加工過程。

也可以將上述圖像同預設的圖像進行對比，當比對不一致時，則向激光控制單元提供糾正型反饋，進而調整激光類型和照射狀態，再進行自動調整加工工作，此處的預設圖像可以為控制裝置根據脆性材料基板最終所要形成的零部件的預設參數所生成的虛擬零部件。

進一步的，上述的控制器包括：主控制器260和子系統控制器250；并且，上述的激光控制單元210、移動機構控制單元220、視覺檢測及反饋單元230分別通過子系統控制器250與主控制器260連接；

所述的子系統控制器250，用于根據主控制器260的命令完成對上述的激光控制單元210、移動機構控制單元220、視覺檢測及反饋單元230的具體控制工作。

上述的智能工作控制模塊還包括：卡盤驅動單元240；該卡盤驅動單元240，用于控制卡盤的運動狀態，以提供部分真空或者具有特定空氣壓強的工作條件。

上述人機交互模塊用于進行人機交互，并發送數據指令至智能工作控制模塊進行脆性材料基板的加工控制工作；

如圖3所示的實施例，上述人機交互模塊包括：輸入與編輯單元310、顯示單元320和存儲單元330。

輸入與編輯單元310，用于輸入和編輯脆性材料基板最終要生成的零部件的尺寸、形狀、材料厚度的參數數據；還用于編輯激光照射裝置的切割路徑，編輯進行切割的流程；顯示單元，用于根據所述參數數據生成虛擬零部件，并呈現該虛擬零部件；存儲單元，用于存儲參數數據、編輯內容和所述虛擬零部件。

上述的顯示單元320，還用于監控各個單元的工作狀態。

該人機交互模塊，滿足虛擬零部件的生成、顯示和存儲，并能夠使工作人員從其保存的虛擬零部件中選擇特定的零部件進行加工工作。

上述的人機交互模塊在具體實現時應當支持2D或者3D模型圖像展示。

進一步的，上述的人機交互模塊在硬件上首選設置為是一種觸摸屏面板，也可以是支持鼠標和鍵盤的輸入的方式。

在一個具體實施例中，當激光照射裝置的激光選擇使用超短脈沖型激光時，優選的照射條件為：

首先，波長范圍為以下三個范圍中的任意一個：

980納米至1100納米，500納米至550納米或者250納米至350納米；

其次，激光脈沖寬度范圍為：0.5皮秒至50皮秒；

脈沖重復率范圍為：大于等于5萬赫茲；

脈沖能量范圍為：5微焦至100微焦。

在另一個具體實施例中，當激光照射裝置的激光選擇使用連續波型激光時，優選的照射條件為：

激光波長范圍為：9500納米至1100納米之間，或者4500納米至5500納米之間；

激光的平均功率大于10瓦。

本發明實施例中所提供的脆性材料基板的激光加工系統，能夠滿足脆性材料的二維或者三維零部件的加工，生產質量高，不需要數十臺機器協同工作，節省時間，并且產品精度高。

并且本申請所提供的脆性材料基板的激光加工系統尤其適用于加工3D玻璃的零部件。

該系統采用控制裝置進行智能控制激光照射裝置的激光照射類型、照射狀態以及切割路徑等，進行脆性材料的加工，并能夠根據預設的脆性材料基板的加工參數生成虛擬零部件，工作人員可以參考該虛擬零部件進行判斷預先設置參數是否達到預期效果，并且將達到預期效果的虛擬零部件以及虛擬零部件的加工參數等進行保存，當進行加工時，工作人員可以不必再次進行參數配置，直接調用所保存的加工參數即可進行控制加工。

整個過程，具有極高的生產效率，并產品的進度高，節省了人力物力財力。

采用上述脆性材料基板的激光加工系統加工的產品，可以達到以下參數精度：

1、產品尺寸精度小于等于15微米；

2、切削面表面粗糙度小于等于1.5微米；

3、產品尺寸可小于等于100微米；

4、有效地直線進給速率大于等于20毫米/秒；

5、制程能力指數大于等于1.3；

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。