一种超声波切割装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术可直接异形加工，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。

An ultrasonic cutting device

【技术实现步骤摘要】
一种超声波切割装置
本专利技术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。
技术介绍
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，公开的一种本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凯，
申请(专利权)人：惠州市三协精密有限公司，惠州市日进科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44