一种采用激光实现玻璃加工的方法技术

本发明专利技术涉及激光玻璃加工技术领域，公开了一种采用激光实现玻璃加工的方法。该方法先选取合适的激光光束，并对待加工的工件玻璃进行清洗去污，并将其水平放置于三维移动平台之上，调节三维移动平台的Z轴高度，使得激光光束的焦点位置位于工件玻璃下表面的设定范围内；激光光束按照设定的图案和路径对工件玻璃进行切割加工，往复移动三维移动平台的Z轴，根据收缩圈数形成呈锥度的切割槽体，从而完成工件玻璃的加工过程；最后对加工完成的工件玻璃进行清洗和测试。本发明专利技术能够满足实际中对于高精度低损伤的玻璃切割要求，其加工方法的工艺简单，后续无需增加辅助机械操作，在不增加额外成本的情况下，通过增加一台激光器即可实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光玻璃加工
，更具体的说，特别涉及一种采用激光实现玻璃加工的方法，可以实现多种图形(不仅仅是直线)及厚度切割。
技术介绍
玻璃，一种无规则结构的非晶态固体，熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化，无固定熔点，其主要成分为二氧化硅，种类繁多，伴随着掺杂物质的不同呈现出不同形态和特性，随着科学技术的发展，玻璃现在已经普及的应用到生活的各个方面，包括建筑，化工，军事，家庭生活工业设计等，与陶瓷材料和有机高分子材料共同组成三大支柱非金属材料。随着玻璃应用的普及，对于产品差异化的要求也愈加迫切，这对于玻璃的加工模式和精度要求产生了极大的挑战。传统的玻璃加工主要包括热熔吹拉，模具成型，机械以及化学处理等方法，近年来，随着电子产业的发达，对于精度的要求更加苛刻(微米级)，传统玻璃加工已经很难满足如此高的切割要求，为此发展更加精细快速的玻璃加工工艺十分必要。传统玻璃加工方式(机械加工，超声波加工，喷砂加工以及化学腐蚀加工等)存在加工时间长，成品率相对降低，辅助耗材消耗严重，存在一定化学污染以及精度差等缺点。作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界范围内的高度重视。激光加工技术采用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等一系列处理的一门技术。激光加 工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。现今关于激光玻璃加工的研究主要集中在激光诱导外加机械应力共同作用的情况下实现玻璃的切割加工，其中尤以二氧化碳激光器为甚，其原理主要是聚焦的二氧化碳激光器光束作用在玻璃表面，玻璃吸收光束能量产生热积累，于此同时辅助淬火活着冷却气体作用在激光扫描路径之上，急剧的温差变化时玻璃内部沿着切割方向产生裂纹，后续采用机械加工方式进行裂开操作，此种工艺具有一定的应用市场但是由于切割图形的单一，具有很大的局限性。综上所述，开发一种快速、高精度无污染、适用范围广泛及附属损耗低的玻璃加工方式很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种采用激光实现玻璃加工的方法，其方法简单、良品率高并能满足高精度低损伤的玻璃切割要求。为了解决以上提出的问题，本专利技术采用的技术方案为：一种采用激光实现玻璃加工的方法，该玻璃加工方法具体步骤如下：步骤S1：选取合适的激光光束；步骤S2：对待加工的工件玻璃进行清洗去污，并将其水平放置于三维移动平台之上，调节三维移动平台的Z轴高度，使得激光光束的焦点位置位于工件玻璃下表面的设定范围内，该设定范围根据公式(1)确定： D 1 = k 1 × π × d f 2 4 λ × M 2 - - - ( 1 ) ]]>其中，D1为所述设定范围，df为聚焦后光斑直径大小，M2为激光光束质量因子，k1为修正系数，其大小介于0.1～0.9之间；步骤S3：激光光束按照设定的图案和路径对工件玻璃进行切割加工，在工件玻璃的底部形成切割槽体；所述设定的图案采用同心圆环，同心圆环中圆的直径由外层向内层依次递减，即同心圆环由外向内收缩形成锥度；步骤S4：根据公式(2)得到的调整步距，往复移动三维移动平台的Z轴，同时随着切割槽体深度的增加，根据公式(3)得到同心圆环的收缩圈数，由外层向内层加工得到呈锥度的切割槽体，从而完成工件玻璃的加工过程； D 2 = k 2 × π × d f 2 4 λ - - - ( 2 ) ]]>其中，D2为所述调整步距，df为聚焦后光斑直径大小，k2为修正系数，其大小介于0.3～0.7之间；所述同心圆环的收缩圈数由如下公式(3)得出：N＝k3×(D2×tanθ+Doffdet) (3) 其中，N为收缩圈数，D2为所述调整步距，θ为设定锥度值，Doffset为同心圆环偏移值，k3为修正系数，其大小应介于0.1～0.9之间；步骤S5：对加工完成的工件玻璃进行清洗和测试。所述步骤S1中，选取激光光束的波长范围介于255-532nm之间，激光光束的单脉冲能量应介于0.1～1mJ之间，激光光束的光斑大小应介于20～60um之间，激光光束的激光功率应介于5～50W之间。所述步骤S3中，同心圆环中每个圆的大小介于0.2～1mm之间，同心圆环中相邻圆的间距大小介于(0.3～1.3)df之间；设定的路径由工件玻璃的底部至顶部。所述步骤S2中，采用浓度为99％的工业乙醇来擦拭工件玻璃。所述步骤S5中，对加工完成后的工件玻璃进行清洗的溶液采用40％浓度的氢氟酸+十二烷基硫酸钠+异丙醇+20％乙酸水+水，其相应质量配比为0.5％+0.07％+8％+5％+86.43％,测试则进行锥度、边缘粗糙度以及抗压测试。所述加工方法采用的系统包括激光器、扩束镜、振镜扫描组件和三维移动平台，其中激光器、扩束镜、振镜扫描组件水平设置在同一直线上，三维移动平台设置在振镜扫描组件的正下方；待加工的工件玻璃水平设置在三维移动平台上，激光器发出的激光光束依次经过扩束镜、振镜扫描组件扩散聚焦后形成聚焦光束，聚焦光束作用在待加工的工件玻璃上。所述系统还包括除尘装置，三维移动平台上开口，待加工的工件玻璃放置在开口上方，除尘装置设置在三维移动平台开口的下方。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用激光实现玻璃的切割加工，能够满足实际中对于高精度低损伤的玻璃切割要求，其加工方法的工艺简单，易于集成到产业化生产中，后续无需增加辅助机械操作，在不增加额外成本的情况下，通过增加一台激光器即可实现；此外，可以实现多种图形的刻划加工，即能够满足客户差异化要求，且其良品率高，一致性好，可以很好的避免后期装配过程产生的失配现象，便于企业化的大批量生产和良品率的控制。附图说明图1为本专利技术玻璃加工方法采用系统的组成图。图2为本专利技术玻璃加工方法的流程图。附图标记说明：110-激光器；111-扩束镜；112-振镜扫描组件；113-聚焦光束；120-工件玻璃；130-三维移动平台；140-除尘装置；200-工件玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用激光实现玻璃加工的方法，其特征在于：该玻璃加工方法具体步骤如下：步骤S1：选取合适的激光光束；步骤S2：对待加工的工件玻璃进行清洗去污，并将其水平放置于三维移动平台之上，调节三维移动平台的Z轴高度，使得激光光束的焦点位置位于工件玻璃下表面的设定范围内，该设定范围根据公式(1)确定：D1=k1×π×df24λ×M2---(1)]]>其中，D1为所述设定范围，df为聚焦后光斑直径大小，M2为激光光束质量因子，k1为修正系数，其大小介于0.1～0.9之间；步骤S3：激光光束按照设定的图案和路径对工件玻璃进行切割加工，在工件玻璃的底部形成切割槽体；所述设定的图案采用同心圆环，同心圆环中圆的直径由外层向内层依次递减，即同心圆环由外向内收缩形成锥度；步骤S4：根据公式(2)得到的调整步距，往复移动三维移动平台的Z轴，同时随着切割槽体深度的增加，根据公式(3)得到同心圆环的收缩圈数，由外层向内层加工得到呈锥度的切割槽体，从而完成工件玻璃的加工过程；D2=k2×π×df24λ---(2)]]>其中，D2为所述调整步距，df为聚焦后光斑直径大小，k2为修正系数，其大小介于0.3～0.7之间；所述同心圆环的收缩圈数由如下公式(3)得出：N＝k3×(D2×tanθ÷Doffset)  (3)其中，N为收缩圈数，D2为所述调整步距，θ为设定锥度值，Doffset为同心圆环偏移值，k3为修正系数，其大小应介于0.1～0.9之间；步骤S5：对加工完成的工件玻璃进行清洗和测试。...

【技术特征摘要】
1.一种采用激光实现玻璃加工的方法，其特征在于：该玻璃加工方法具体步骤如下：步骤S1：选取合适的激光光束；步骤S2：对待加工的工件玻璃进行清洗去污，并将其水平放置于三维移动平台之上，调节三维移动平台的Z轴高度，使得激光光束的焦点位置位于工件玻璃下表面的设定范围内，该设定范围根据公式(1)确定： D 1 = k 1 × π × d f 2 4 λ × M 2 - - - ( 1 ) ]]>其中，D1为所述设定范围，df为聚焦后光斑直径大小，M2为激光光束质量因子，k1为修正系数，其大小介于0.1～0.9之间；步骤S3：激光光束按照设定的图案和路径对工件玻璃进行切割加工，在工件玻璃的底部形成切割槽体；所述设定的图案采用同心圆环，同心圆环中圆的直径由外层向内层依次递减，即同心圆环由外向内收缩形成锥度；步骤S4：根据公式(2)得到的调整步距，往复移动三维移动平台的Z轴，同时随着切割槽体深度的增加，根据公式(3)得到同心圆环的收缩圈数，由外层向内层加工得到呈锥度的切割槽体，从而完成工件玻璃的加工过程； D 2 = k 2 × π × d f 2 4 λ - - - ( 2 ) ]]>其中，D2为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑付成，黄秋香，张峻诚，王振华，黄东海，谢建，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44