一种硬脆性材料激光切割辅助方法、模型创建方法及系统技术方案

本申请公开了一种硬脆性材料激光切割辅助方法、模型创建方法及系统，包括确定激光切割平板过程所对应的热传导方程；利用平板的边界条件以及热传导方程，确定出平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；基于三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出平板在被切割时相应的热效应分析模型；绘制与热效应分析模型对应的热效应分布图，并将热效应分布图发送至预设的切割辅助终端显示屏进行显示。本申请使得工作人员能够通过查看切割辅助终端显示屏显示的热效应分布图，提前预知激光切割硬脆性材料时的热应力和热应变的具体情况，由此能够辅助工作人员的实际切割作业，大幅减少激光加工硬脆性材料过程中的耗时，并有利于提升材料切割的精准度。

A laser cutting assistant method for hard brittle materials, model creation method and system

【技术实现步骤摘要】
一种硬脆性材料激光切割辅助方法、模型创建方法及系统
本专利技术涉及激光切割
，特别涉及一种硬脆性材料激光切割辅助方法、模型创建方法及系统。
技术介绍
现在消费类电子如手机越来越多地涌入人们的生活，玻璃、蓝宝石等硬脆性材料作为显示屏、Home键、手机摄像头保护视窗等得到大规模的使用，由于传统加工是采用机械方式(如刀轮切割)直接接触加工，很容易导致在加工过程中因直接作用力而导致玻璃、蓝宝石等硬脆性材料产生缺陷并放大，最后会导致这种硬脆性材料破裂，因而现在发展激光非接触性加工，目前基本上很多激光加工厂商在使用激光切割硬脆性材料，由于在设计激光加工工艺解决方案时，工作人员无法提前预知在切割硬脆性材料的热应力和热应变的具体情况，从而导致工作人员基本上都是通过不断地改变激光工艺参数来试切割硬脆性材料，然后通过检测设备来观测激光加工工件断面形貌，非常耗时。综上所述可以看出，如何减少激光加工硬脆性材料过程中的耗时是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种硬脆性材料激光切割辅助方法、模型创建方法及系统，能够大幅减少激光加工硬脆性材料过程中的耗时。其具体方案如下：一种硬脆性材料激光切割辅助方法，所述辅助方法为利用激光对由硬脆性材料制备的平板进行实际切割之前完成的方法，包括：确定所述激光切割所述平板过程所对应的热传导方程；其中，所述激光为圆对称高斯型的激光，所述硬脆性材料为正交各向异性材料；利用所述平板的边界条件以及所述热传导方程，确定出所述平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；基于所述三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型；其中，所述热效应分析模型包括热应力解析解和热应变解析解；绘制与所述热效应分析模型对应的热效应分布图，并将所述热效应分布图发送至预设的切割辅助终端显示屏进行显示；其中，所述热效应分布图包括热应力分布图和热应变分布图。可选的，所述热传导方程，具体为：式中，θ＝T-Ta表示平板材料温度T相对于空气温度Ta的温升；kx、ky、和kz分别为所述硬脆性材料的导热系数沿着所述平板上x轴、y轴、z轴三个方向的分量；qV(x,y,z)为所述硬脆性材料的热源分布函数。可选的，所述三维温度场表达式，具体为：可选的，所述热应力解析解，具体为：可选的，确定出所述平板在被切割时相应的热应变解析解的过程，包括：将所述热应力解析解输入至预设的热应变与热应力之间的关系式，得到所述热应变解析解；其中，所述热应变与热应力之间的关系式，具体为：本专利技术还公开了一种激光切割硬脆性材料热效应分析模型创建方法，所述创建方法为利用激光对由硬脆性材料制备的平板进行实际切割之前完成的方法，包括：确定所述激光切割所述平板过程所对应的热传导方程；其中，所述激光为圆对称高斯型的激光，所述硬脆性材料为正交各向异性材料；利用所述平板的边界条件以及所述热传导方程，确定出所述平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；基于所述三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型；其中，所述热效应分析模型包括热应力解析解和热应变解析解。可选的，所述热应力解析解，具体为：可选的，确定出所述平板在被切割时相应的热应变解析解的过程，包括：将所述热应力解析解输入至预设的热应变与热应力之间的关系式，得到所述热应变解析解；其中，所述热应变与热应力之间的关系式，具体为：本专利技术相应公开了一种硬脆性材料激光切割辅助系统，所述辅助系统的工作过程为利用激光对由硬脆性材料制备的平板进行实际切割之前完成的过程；所述辅助系统包括：热传导方程确定模块，用于确定所述激光切割所述平板过程所对应的热传导方程；其中，所述激光为圆对称高斯型的激光，所述硬脆性材料为正交各向异性材料；温度场表达式确定模块，用于利用所述平板的边界条件以及所述热传导方程，确定出所述平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；热效应分析模型确定模块，用于基于所述三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型；其中，所述热效应分析模型包括热应力解析解和热应变解析解；热效应分布图绘制模块，用于绘制与所述热效应分析模型对应的热效应分布图，并将所述热效应分布图发送至预设的切割辅助终端显示屏进行显示；其中，所述热效应分布图包括热应力分布图和热应变分布图。本专利技术还相应公开了一种激光切割硬脆性材料热效应分析模型创建系统，所述创建系统的工作过程为利用激光对由硬脆性材料制备的平板进行实际切割之前完成的过程；所述创建系统包括：热传导方程确定模块，用于确定所述激光切割所述平板过程所对应的热传导方程；其中，所述激光为圆对称高斯型的激光，所述硬脆性材料为正交各向异性材料；温度场表达式确定模块，用于利用所述平板的边界条件以及所述热传导方程，确定出所述平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；热效应分析模型确定模块，用于基于所述三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型；其中，所述热效应分析模型包括热应力解析解和热应变解析解。可见，本申请先利用由硬脆性材料制备的平板的边界条件以及激光切割由硬脆性材料制备的平板过程所对应的热传导方程，确定出平板在被切割时其内部的三维温度场表达式，然后在此基础上，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型，并绘制相应的热效应分布图，最后将热效应分布图发送至预设的切割辅助终端显示屏进行显示，从而使得工作人员能够通过查看切割辅助终端显示屏显示的热效应分布图，提前预知激光切割硬脆性材料时的热应力和热应变的具体情况，由此能够辅助工作人员的实际切割作业，大幅减少激光加工硬脆性材料过程中的耗时，并有利于提升材料切割的精准度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请实施例公开的一种硬脆性材料激光切割辅助方法流程图；图2为激光切割蓝宝石平板过程示意图；图3为各向异性平板材料示意图；图4为激光切割各向异性蓝宝石平板材料时激光入射面的温度分布图；图5为蓝宝石平板的热应力σxx的等值线分布图；图6为蓝宝石平板的热应力σyy的等值线分布图；图7为蓝宝石平板的热应力σxy的等值线分布图；图8为蓝宝石平板的热应变εxx的等值线分布图；图9为蓝宝石平板的热应变εyy的等值线分布图；图10为蓝宝石平板的热应变εxy的等值线分布图；图11为本申请实施例公开的一种激光切割硬脆性材料热效应分析模型创建方法流程图；图12为本申请实施例公开的一种硬脆性材料激光切割辅助系统结构示意图；图13为本申请实施例公开的一种激光切割硬脆性材料热效应分析模型创建系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬脆性材料激光切割辅助方法，其特征在于，所述辅助方法为利用激光对由硬脆性材料制备的平板进行实际切割之前完成的方法，包括：确定所述激光切割所述平板过程所对应的热传导方程；其中，所述激光为圆对称高斯型的激光，所述硬脆性材料为正交各向异性材料；利用所述平板的边界条件以及所述热传导方程，确定出所述平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；基于所述三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型；其中，所述热效应分析模型包括热应力解析解和热应变解析解；绘制与所述热效应分析模型对应的热效应分布图，并将所述热效应分布图发送至预设的切割辅助终端显示屏进行显示；其中，所述热效应分布图包括热应力分布图和热应变分布图。

【技术特征摘要】
1.一种硬脆性材料激光切割辅助方法，其特征在于，所述辅助方法为利用激光对由硬脆性材料制备的平板进行实际切割之前完成的方法，包括：确定所述激光切割所述平板过程所对应的热传导方程；其中，所述激光为圆对称高斯型的激光，所述硬脆性材料为正交各向异性材料；利用所述平板的边界条件以及所述热传导方程，确定出所述平板在被切割时其内部的三维温度场表达式；基于所述三维温度场表达式，利用Airy热应力函数法，确定出所述平板在被切割时相应的热效应分析模型；其中，所述热效应分析模型包括热应力解析解和热应变解析解；绘制与所述热效应分析模型对应的热效应分布图，并将所述热效应分布图发送至预设的切割辅助终端显示屏进行显示；其中，所述热效应分布图包括热应力分布图和热应变分布图。2.根据权利要求1所述的硬脆性材料激光切割辅助方法，其特征在于，所述热传导方程，具体为：式中，θ＝T-Ta表示平板材料温度T相对于空气温度Ta的温升；kx、ky、和kz分别为所述硬脆性材料的导热系数沿着所述平板上x轴、y轴、z轴三个方向的分量；qV(x,y,z)为所述硬脆性材料的热源分布函数。3.根据权利要求2所述的硬脆性材料激光切割辅助方法，其特征在于，所述三维温度场表达式，具体为：4.根据权利要求1至3任一项所述的硬脆性材料激光切割辅助方法，其特征在于，所述热应力解析解，具体为：5.根据权利要求4所述的硬脆性材料激光切割辅助方法，其特征在于，确定出所述平板在被切割时相应的热应变解析解的过程，包括：将所述热应力解析解输入至预设的热应变与热应力之间的关系式，得到所述热应变解析解；其中，所述热应变与热应力之间的关系式，具体为：6.一种激光切割硬脆性材料热效应分析模型创建方法，其特征在于，所述创建方法为利用激光对由硬脆性...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，丁黎明，梅领亮，徐地华，
申请(专利权)人：广东正业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44