在坚硬的非金属基底内烧蚀开口的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在坚硬的非金属基底（２４）内烧蚀孔的方法。提供至少一个激光器组件（１２），它能够在轴上产生具有焦点的激光束（１６ａ），其中所述焦点相对于所述轴可以移动。激光束（１６ａ）的焦点定位于邻近基底（２４）的至少一个表面。用激光束（１６ａ）烧蚀基底的第一层（传递－１）。相对于一个对应于基底（２４）的深度的轴移动所述焦点，从而可进行基底（２４）的连续层（传递２－１０）的烧蚀，在基底（２４）内产生孔（３２）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大致涉及在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，基底特别包括玻璃和陶瓷。更特别地，本专利技术的主题涉及使用至少一个激光器在坚硬的非金属基底内烧蚀孔。
技术介绍
已经证明在生产环境中要在坚硬的非金属基底，例如玻璃内钻孔或烧蚀孔是很困难和不易做到的。致力于在坚硬的非金属基底内钻孔的现有技术已经应用了金刚石镶尖的钻头。为了钻一个完全穿过坚硬的非金属基底24的孔而不导致孔边缘碎裂，通常必须同时从两侧面来钻。因此，两个钻头必须沿同一钻孔轴精确地对准。如果没有精确的对准，孔不能适当地成形，基底会被不可弥补地损坏。在基底两侧面使用相对的钻头的另一个困难是可能损坏钻头，因为在钻孔时会使两个钻头接触。通常，一个钻头先退出孔，另一个钻头正与基底接触。然而，由于生产变化和相对的钻头之间距离较小，很可能钻头发生接触，被钻的物品通常被损坏。如果钻头被损坏，必须安装新钻头，众所周知那样会花费几个小时。使用钻头在坚硬的非金属基底内形成孔还有一个缺点是不能形成具有不同形状的孔。在许多工业应用中，希望在坚硬的非金属基底内形成具有除圆形以外的形状的孔，例如，椭圆形、正方形或其他多边形。金刚石镶尖的钻头特定的操作上的局限使得只能在基底内钻圆形孔。许多玻璃产品需要的孔目前是由金刚石镶尖的钻头形成的。这些包括庭院家具、钢化汽车玻璃、玻璃器皿、镜面的电器和电源插座盖。眼镜片透镜是用金刚石镶尖的钻头成形的。甚至玻璃浴室门也需要凹口来提供空间以连接铰链。已知形成这其中的一些孔需要耗时45分钟以上。而且，庭院家具在开始钻孔前并非都是平滑的表面，这会导致生产问题。近来已经引入激光来切割和蚀刻玻璃基底以克服与金刚石镶尖的钻头有关的问题，但收获甚微。美国专利No.6,204,472公开了一种使用CO2激光器切割空心玻璃物品的方法。这种激光通过对玻璃汽化在玻璃基底内形成一个切割槽。然而，槽的深度有限，还必须进行二次加工在开槽的地方分离空心玻璃物品。尤其是，该玻璃用燃烧器加热并用一个冲击钻具分离。美国专利No.5,902,368公开了使用CO2激光器来加热玻璃基底的特定区域以形成一切断点来切断薄壁玻璃基底的情况。然后玻璃基底被拉伸并在加热的分离点被分离。然而，因为激光的焦点相对玻璃基底不可调节，所以玻璃基底的深度不能大于约0.2mm。美国专利No.4,441,008公开了一种钻穿过玻璃基底的超细孔的方法。通过在玻璃表面下方0.02到0.08英寸处建立固定的激光焦点，用激光器来钻孔。激光脉动三到五次以在玻璃基底内形成孔。为了CO2防止玻璃基底破裂，在启动激光器前将玻璃基底加热到500°和1040°F之间的一个温度。前面讨论的现有技术中公开的在玻璃基底中钻孔的方法在生产环境里都不是切实可行并节约成本的方法。每一种激光设备的根本缺陷是不能相对玻璃基底改变激光的焦点。因此，为了防止基底被激光损坏，需要给加工过程增加额外的步骤。从而，希望提供一种激光设备和烧蚀方法，它通过相对于基底的深度移动激光焦点而能够在坚硬的非金属基底内烧蚀出孔。专利技术概述本专利技术公开了一种用激光在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，基底包括但不限于玻璃和非金属基底。提供至少一个激光器组件，它能够产生具有可移动焦点的激光束。该焦点可以相对于坚硬的非金属基底沿基底的长度、宽度和厚度移动。启动激光器产生激光束。调整激光器以提供邻近坚硬的非金属基底的至少一个表面的激光束的焦点。在一个构造的图案内从坚硬的非金属基底的至少一个表面起烧蚀坚硬的非金属基底的第一层。相对于一个轴移动所述焦点，该轴对应于基底的厚度，从而实现基底的连续层的烧蚀。通过焦点连续地朝着基底越来越深处移动，基底的连续层被烧蚀，从而在基底内产生出孔。在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的本方法通过相对基底深度移动激光器焦点的步骤解决了现有技术方法的问题。更进一步，现有技术的烧蚀玻璃基底的方法不包括相对基底深度可移动的焦点。因此，需要额外的步骤来防止基底损坏。如上所述的方法能够成功地在坚硬的非金属基底内烧蚀孔，其理由不能被完全理解，但它是以这样的理论为基础的，即调整激光器的焦点逐渐深入基底。为了防止基底被激光束损坏，通过对激光器重新调焦建立一个逐渐深入基底的焦点可以烧蚀基底的连续层。进一步地，通过沿基底长度和宽度以及深度移动焦点可以在基底内烧蚀出构造的图案。因此，孔的预定构造可以在基底内烧蚀出，如果不是焦点可相对基底厚度、宽度和长度移动，这是不可能完成的。附图的简要描述本专利技术的其它优点将很容易理解，因为结合附图参照下列详细描述这些内容变得更加明白，其中附图说明图1是本专利技术的激光装置的示意图；图2是烧蚀进坚硬的非金属基底的不同形状的孔的顶视图；图2A是沿图2的线2B-2B的烧蚀进坚硬的非金属基底的孔的截面图；图3A是本专利技术的激光烧蚀过程的说明图；和图3B是定义在坚硬的非金属基底内的孔的一个壁的部分截面图；图4是激光钻孔装置的最佳实施方式的顶视图。优选实施例的详细说明参照图1，用于本专利技术的方法的激光烧蚀装置的示意图通常用10表示。第一CO2激光器12和第二CO2激光器14分别产生一个激光束16a、16b，激光束最好有一个通常能够烧蚀坚硬的非金属基底，特别是玻璃和陶瓷，的大致10.6μm的波长。激光束16a、16b被定向穿过第一组光学器件18A，18B进入电流计20a，20b。每个电流计20a，20b通过z透镜轴22a，22b重调激光束16a、16b的焦距，重定向激光束16a、16b使得朝向坚硬的非金属基底24的相对侧面。从而，在相对侧面烧蚀基底24。可选择的，可以用单一的激光器来烧蚀基底24的单一侧面。为了等同地烧蚀基底24，这将在下文进一步解释，每一个激光器12，14和每一个电流计20a，20b由控制器25定向。最好，坚硬的非金属基底24被一个台架26或相当的支撑设备支撑。位于基底24的每一侧面的冷却装置28A，28B将冷却剂30引到基底24上临近激光束16a、16b烧蚀的区域。冷却剂30可以是液态或气态，消散激光产生的热量以防止基底破裂。水被证明是用来消散激光产生的热量的最有效的冷却剂。使用水作为冷却剂还有一个额外的优点是水的过滤特性。不象气态冷却剂，水吸收由烧蚀加工产生的气态副产品。被水吸收的副产品可以被过滤作为污水排放或者如果必要水也可以用更环保的方式加以处理。每个激光器12，14最好产生约10.6μm的波长并在75和150瓦之间操作。更佳地，每个激光器12，14产生的输出功率约100瓦。然而，所需的能级根据被烧蚀地基底24进行优化。100千瓦被证明是烧蚀几种类型的玻璃最有效的。相信钢化玻璃可能比普通玻璃需要稍微多一些的能量(和密度)。为了从激光束向玻璃传递能量，应当选择已知的能被玻璃(或其他透明基底)吸收的能级。否则，激光束将穿过玻璃。用于本专利技术方法的一个合适的水冷式CO2激光器是康涅狄格州布卢姆菲尔德(Bloomfield，Connecticut)的DEOS，Maria电光学系统有限公司(DEOS，Maria ElectroOptics，System，Inc)的No.LC100NV型激光器，该公司现在是相关的一个部门。一种空气冷却的或相当的激光器也适于本专利技术方法的实施。CO2激光器12，14用来实施本专利技术的方法是首选，因为它能产生的激光束包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，包括下列步骤：提供至少一个激光器组件，其可以在轴上产生具有焦点的激光束，其中所述焦点相对于所述轴可以移动；启动所述至少一个激光器，从而产生所述激光束；调整所述激光束的所述焦点邻近坚硬的非金属基底的至少一个表面；从坚硬的非金属基底的至少一个表面起烧蚀该坚硬的非金属基底的第一层；相对于一个轴移动所述焦点，其中，该轴对应于所述坚硬的非金属基底的深度，从而可以进行该基底的连续层的烧蚀；以及烧蚀该基底的连续层，从而在所述基底内产生一个孔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：鲁伊斯格洛弗，迈克卡明，塞克阿奇巴尔德，
申请(专利权)人：维蒂克激光系统公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]