專利名稱：一種激光光鋸式切割玻璃的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用小功率激光器的“光鋸”式玻璃切割方法，可以切割較厚的玻
ο
背景技術(shù)：
玻璃在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用極為廣泛。利用激光對(duì)玻璃進(jìn)行切割，較原始的機(jī)械切割方法有諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，用來進(jìn)行玻璃切割的激光主要是波長為1.06μπι的YAG激光，和波長為10.6 μ m的CO2激光，原理都是誘導(dǎo)控制玻璃斷裂或者高能量熔融切割，其加工功率由玻璃的厚度決定。玻璃越厚，所需功率越大，一般多數(shù)在100W以上，并且在進(jìn)行異型玻璃切割時(shí)易產(chǎn)生不可控裂紋，導(dǎo)致次品率高。此外由于玻璃對(duì)激光的高透過率，大部分能量沒有被玻璃吸收，導(dǎo)致能源被大量浪費(fèi)。人們急需一種節(jié)能、高效并能完成各種切割要求的切割方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上內(nèi)容，本發(fā)明提出了一種低功率、高可靠、可進(jìn)行異型切割的玻璃切割方法，可以用來對(duì)切割任意形狀的玻璃，也可以在玻璃上切割出斜面。本發(fā)明可以以最大平均功率為Iw的長脈沖普通綠激光或單脈沖能量為I微焦的紫外激光，實(shí)現(xiàn)厚度20mm以內(nèi)玻璃的直線切割、異形切割。大大的降低了激光切割厚玻璃的功率，具有很好的裂紋可控性。切割適用范圍廣，如普通玻璃、摻雜離子玻璃、超白玻璃、液晶玻璃等各種玻璃。激光光鋸 式切割玻璃的系統(tǒng)，其特征在于包括激光器、激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器、反射鏡、二維平臺(tái)和計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制激光器、激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器和二維平臺(tái)。所述的激光器是脈沖綠激光器或脈沖紫外激光器。應(yīng)用所述系統(tǒng)的切割方法有如下三個(gè)步驟:( I)根據(jù)待切割玻璃的形狀，設(shè)置二維平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)軌跡；(2)激光焦點(diǎn)在玻璃內(nèi)部光束方向上做往復(fù)移動(dòng)，如同“鋸子”一樣對(duì)玻璃材料進(jìn)行切割:(3)打開激光器，控制“光鋸”與玻璃的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成對(duì)玻璃的切割。具體步驟為:(I)根據(jù)待切割形狀，設(shè)置二維平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡(xy平面的運(yùn)動(dòng)軌跡)。(2)根據(jù)待切割玻璃厚度對(duì)激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行設(shè)置從而控制焦點(diǎn)在z方向的運(yùn)動(dòng)范圍。(3)確定激光初始位置。(4)開啟激光,完成切表I]。所述的z方向是指玻璃厚度方向。所述的xy平面是指:平行于待加工玻璃表面的平面。
所述的待切割形狀是指:直線、曲線或者閉合曲線等。所述的二維平臺(tái)是指:可以攜帶待切割材料在X和y方向進(jìn)行移動(dòng)的電移臺(tái)組合。所述的激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器是指:用來控制和改變焦點(diǎn)位置的一組透鏡組合，透鏡組合中有一片可以精密移動(dòng)的動(dòng)態(tài)聚焦鏡，每當(dāng)它發(fā)生一個(gè)小位移，激光焦點(diǎn)的位置將會(huì)發(fā)生一個(gè)較大位移。動(dòng)態(tài)聚焦鏡做高速振動(dòng)時(shí)，激光焦點(diǎn)在激光傳輸方向做高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成類似“鋸子”一樣的“光鋸”。切割時(shí)，激光像鋸條一樣切割玻璃材料。所述的焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)范圍是指:激光在切割過程中，焦點(diǎn)在z方向上下高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的范圍，最上方和最下方之間的距離。切割越厚的玻璃，焦點(diǎn)在z方向需要走過的距離越大。所述的激光初始位置是指:激光焦點(diǎn)在切割開始時(shí)的位置，相當(dāng)于“入刀”位置，應(yīng)位于待切割玻璃以外。本發(fā)明的工作原理是:二維平臺(tái)帶動(dòng)玻璃材料沿預(yù)設(shè)切割路徑移動(dòng)，同時(shí)利用動(dòng)態(tài)透鏡組控制激光焦點(diǎn)的“光鋸”在玻璃材料的厚度方向做上下高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于焦點(diǎn)處能量密度高，在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)微小的爆破點(diǎn)，這些小爆破點(diǎn)連接在一起，便形成“鋸縫”，鋸縫不斷移動(dòng)將玻璃切斷。切割速度要根據(jù)材料厚度與材料類型需要對(duì)焦點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和二維平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行設(shè)置，焦點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度與二維平臺(tái)均為勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)置時(shí)應(yīng)滿足以下公式:
權(quán)利要求
1.激光光鋸式切割玻璃的系統(tǒng)，其特征在于包括激光器、激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器、反射鏡、二維平臺(tái)和計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制激光器、激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器和二維平臺(tái)。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光器是脈沖綠激光器或脈沖紫外激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，切割方法有如下三個(gè)步驟: (1)根據(jù)待切割玻璃的形狀，設(shè)置二維平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)軌跡； (2)激光焦點(diǎn)在玻璃內(nèi)部光束方向上做往復(fù)移動(dòng)，如同“鋸子”一樣對(duì)玻璃材料進(jìn)行切割:設(shè)置二維平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和激光焦點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度以及激光功率；速度根據(jù)公式
全文摘要
一種激光光鋸式切割玻璃的系統(tǒng)與方法屬于激光領(lǐng)域。激光光鋸式切割玻璃的系統(tǒng)，其特征在于包括激光器、激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器、反射鏡、二維平臺(tái)和計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制激光器、激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制器和二維平臺(tái)。根據(jù)待切割玻璃的形狀，設(shè)置二維平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)軌跡； 激光焦點(diǎn)在玻璃內(nèi)部光束方向上做往復(fù)移動(dòng)，如同“鋸子”一樣對(duì)玻璃材料進(jìn)行切割設(shè)置二維平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和激光焦點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度以及激光功率；打開激光器，控制“光鋸”與玻璃的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成對(duì)玻璃的切割。本發(fā)明適用于多種玻璃材料以及各種厚度的玻璃切割，可以實(shí)現(xiàn)多種形狀的切割。切割中充分利用“光鋸”，在切割時(shí)可大幅降低所需激光功率，實(shí)現(xiàn)無需大功率就可切割厚玻璃。
文檔編號(hào)C03B33/09GK103183470SQ20131011798
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者陳繼民, 黃超, 白石 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)