專利名稱：用于切割玻璃的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光切割設(shè)備，尤其涉及一種用于切割玻璃的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
由于IT產(chǎn)業(yè)(小型cell)及電視(大型cell)等不同用途的電子產(chǎn)品持續(xù)增長(zhǎng)需求，對(duì)于玻璃基板有了大型規(guī)格1500X 1800mm以上切割要求，切割玻璃厚度0. 6mm以下切割要求和切割后玻璃強(qiáng)度保持高水平切割要求。傳統(tǒng)的玻璃切割方法是使用鉆石或硬金屬輪劃線，然后用機(jī)械的方法折斷玻璃， 這種方法容易造成材料的浪費(fèi)，而且切割中往往伴隨著切割輔助劑，液態(tài)輔助劑的黏附問題和對(duì)具有電路結(jié)構(gòu)ITO導(dǎo)電玻璃電路短路影響，切割切面比較粗糙，存在微細(xì)的裂紋，存在著局部應(yīng)力，切割中會(huì)產(chǎn)生微小顆粒會(huì)濺射到導(dǎo)電玻璃的基地上導(dǎo)致電路機(jī)構(gòu)破壞，切割后還必須進(jìn)行清洗、拋光等后處理，機(jī)械劃線切割對(duì)玻璃內(nèi)在的破壞成為導(dǎo)致顯示器和觸摸屏失效的重要因素，這些切割不良品都是對(duì)已經(jīng)接近成品的電子玻璃一種重要浪費(fèi)。玻璃的激光切割可以避免這些問題的出現(xiàn)，而且激光具有非接觸、無污染環(huán)境、易控制等特性，使其成為當(dāng)代玻璃切割的重要應(yīng)用熱點(diǎn)，并且逐漸會(huì)在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。首先，玻璃是一種熔融的無機(jī)產(chǎn)品，有獨(dú)特的機(jī)械和熱導(dǎo)性，這些性能與溫度密切相關(guān)， 常溫下，玻璃具有非延展性，是一種理想的脆性材料。如果對(duì)玻璃進(jìn)行加熱，隨著溫度的升高，玻璃的強(qiáng)度就會(huì)下降，延展性就會(huì)增加，當(dāng)溫度升高到軟化溫度時(shí)，玻璃表現(xiàn)出塑性。因此，在玻璃的激光切割中，控制溫度是一個(gè)對(duì)切割質(zhì)量具有重要影響的工藝參數(shù)。玻璃對(duì)于紫外激光和遠(yuǎn)紅外激光具有較強(qiáng)的吸收，一般在90%以上，因此玻璃適合用紫外激光和(X)2 激光進(jìn)行加工。紫外激光器功率相對(duì)較低，但造價(jià)較高；而(X)2激光器光束質(zhì)量因子較好， 功率可以做到較高值，價(jià)格較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于切割玻璃的裝置及其方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)用于切割玻璃的裝置，特點(diǎn)是CO2激光器的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端布置有45度全反射鏡，45度全反射鏡的輸出端布置有聚焦鏡，所述聚焦鏡正對(duì)于加工平臺(tái)。進(jìn)一步地，上述的用于切割玻璃的裝置，所述(X)2激光器是波長(zhǎng)為10640nm的遠(yuǎn)紅外CO2激光器。上述裝置用于切割玻璃的方法，包括如下步驟1)通過球形刀輪在玻璃斷裂位置始端初切一個(gè)應(yīng)力源點(diǎn)；球形刀輪通過電機(jī)控制，從水平距離激光光斑中心50mm處落下，在玻璃上切割道始端留下壓痕，作為切割道上應(yīng)力源；
2)聚焦的激光束在玻璃表面形成一個(gè)應(yīng)力破裂帶，切割的輪廓線是一個(gè)矩形光斑沿著刀輪初切點(diǎn)組成的切割道；通過聚焦光路在玻璃表面形成橢圓型的聚焦點(diǎn)，相對(duì)玻璃表面移動(dòng)激光光點(diǎn)形成所需的切割線；3)冷卻介質(zhì)沿著激光劃線的方向噴灑，使應(yīng)力沿著激光劃線切割道發(fā)展；淬火氣水嘴隨著激光光點(diǎn)的移動(dòng)，淬火氣水嘴將冷空氣水吹到玻璃表面，對(duì)受熱區(qū)域施行快速淬火，玻璃沿著應(yīng)力最大的方向產(chǎn)生斷裂；4)通過裂片裝置將玻璃沿著激光劃線的切割道斷裂。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在本發(fā)明設(shè)備用于加工玻璃時(shí)，在玻璃表面切割道上產(chǎn)生壓應(yīng)力，并借助于冷卻介質(zhì)沿切割道冷卻，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，玻璃沿著切割道產(chǎn)生裂紋，并擴(kuò)展，由于初切刀頭先前在玻璃切割道的始端有初切，切割道上的裂紋最終會(huì)限制在沿著初切刀頭在玻璃始端的壓痕處發(fā)展，從而形成一個(gè)完整的裂紋帶，通過手動(dòng)掰斷或者機(jī)械裝置來完成玻璃最終裂斷。 通過這樣，平臺(tái)的反復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)玻璃正幅面裂斷加工，從而得到符合高精度加工要求尺寸的、邊緣質(zhì)量較好的不同厚度電子玻璃的制品，并能保證較高的加工效率，較小的對(duì)導(dǎo)電層 ITO影響，并能切割傳統(tǒng)機(jī)械切割不能完成的強(qiáng)化玻璃。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明圖1 本發(fā)明的光路系統(tǒng)示意圖；圖2 本發(fā)明的機(jī)械裝置示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表
附圖標(biāo)記含義附圖標(biāo)記含義附圖標(biāo)記含義10CCV激光器1145度全反射鏡12聚焦鏡13加工平臺(tái)14條形光斑15擴(kuò)束鏡22初切刀頭23始端壓痕24冷卻裝置25切割道26玻璃
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種切割玻璃的激光裝置，采用(X)2激光器作為激光源進(jìn)行玻璃切割， 以實(shí)現(xiàn)通過借助于玻璃的材料特性，選擇較低的(X)2激光器激光功率條件下，獨(dú)特的聚焦裝置、冷卻介質(zhì)使用和初切刀頭切割輔助，實(shí)現(xiàn)激光切割玻璃。如圖1所示，用于切割玻璃的裝置，CO2激光器10是波長(zhǎng)為10640nm的遠(yuǎn)紅外(X)2 激光器，CO2激光器10的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡15，擴(kuò)束鏡15的輸出端布置有45度全反射鏡11，45度全反射鏡11的輸出端布置有聚焦鏡12，聚焦鏡12正對(duì)于加工平臺(tái)13。波長(zhǎng)為 10. 6um的(X)2激光，加工前激光焦點(diǎn)聚焦位于玻璃的上表面，激光器10發(fā)出的激光經(jīng)過擴(kuò)束鏡15后，到達(dá)45度全反射鏡11，光路垂直改向，到達(dá)聚焦鏡12后，聚焦成條形光斑14， 條形光斑尺寸在30mm*0. 2mm，聚焦鏡聚焦后的條形光斑在焦點(diǎn)處保證激光能量在切割線兩側(cè)呈均勻和最優(yōu)化分布。如圖2所示主體裝置，控制系統(tǒng)根據(jù)加工圖的識(shí)別和導(dǎo)入之后，根據(jù)CXD對(duì)位裝置，開始在加工平臺(tái)13上定位玻璃沈的切割道，并發(fā)送指令讓初切刀頭22在玻璃切割道的始端壓痕23，以達(dá)到玻璃切割道上裂紋源形成，此時(shí)加工平臺(tái)13按照如圖2所示方向移動(dòng)，聚焦后的條形光斑14在切割道上表明會(huì)留下較大的壓應(yīng)力，此時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)送給冷卻裝置M指令，令其對(duì)激光切割后的切割道25冷卻，促使切割道表面形成較大的溫度梯度和較大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力使玻璃表面沿著預(yù)定劃線的切割道方向開始破裂，從而實(shí)現(xiàn)玻璃的切割切割玻璃時(shí)，具體工藝步驟是1)初切刀頭，激光光斑和冷卻裝置的冷卻點(diǎn)在平臺(tái)上的落點(diǎn)保證在一條水平線上，并且刀頭在玻璃每條切割線的始端切割一個(gè)0. Imm的圓形區(qū)域，以便后來激光切割沿著此切割刀頭始端開始切割，刀頭切割的位置作為裂紋擴(kuò)展源；2)激光束通過光束聚焦裝置，在玻璃的表面聚焦成一個(gè)0. 2mmX 30mm的均勻條形光斑，并沿著刀頭在玻璃表面切割痕跡方向前進(jìn)，通過平臺(tái)的單向移動(dòng)，激光束在玻璃表面形成一個(gè)加熱帶，較高的能量使該處溫度急劇升高，表面產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，但壓應(yīng)力不會(huì)使玻璃產(chǎn)生破裂；3)冷卻介質(zhì)沿著3mm的管道噴出，將激光加熱的區(qū)域迅速冷卻，急劇的降溫使玻璃表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力使玻璃表面沿著預(yù)定劃線的方向開始破裂，實(shí)現(xiàn)玻璃的直線切割；切割玻璃時(shí)，在激光劃線切割道前，將壓縮氣體沿著切割道吹下，將玻璃上的雜質(zhì)吹走，以提高激光切割玻璃的工藝重復(fù)性和穩(wěn)定性；4)通過機(jī)械裝置，將玻璃沿著激光切割線裂斷，切割誤差在0. 03mm以內(nèi)。通常被切割材料為玻璃或類似玻璃的易脆、硬質(zhì)材料、雙面強(qiáng)化玻璃和單面強(qiáng)化玻璃。本發(fā)明采用波長(zhǎng)為10640nm的遠(yuǎn)紅外(X)2激光器，加工的材料為對(duì)遠(yuǎn)紅外吸收率較高的玻璃類材料，玻璃強(qiáng)烈吸收波長(zhǎng)為10. 6um的(X)2激光，幾乎所有的激光能量都被玻璃表面l_2um吸收層所吸收，相對(duì)玻璃表面移動(dòng)。激光光點(diǎn)會(huì)形成所需要的切割線，而冷卻介質(zhì)沿著切割道的淬冷和初切刀頭的位置控制，使得玻璃沿著固定的切割道裂紋生長(zhǎng)并擴(kuò)展，直至最終采用裂斷工藝完成切割。需要理解到的是以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.用于切割玻璃的裝置，其特征在于C02激光器(10)的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡(15)，擴(kuò)束鏡(1 的輸出端布置有45度全反射鏡(11)，45度全反射鏡(11)的輸出端布置有聚焦鏡(12)，所述聚焦鏡(12)正對(duì)于加工平臺(tái)(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于切割玻璃的裝置，其特征在于所述CO2激光器(10)是波長(zhǎng)為10640nm的遠(yuǎn)紅外(X)2激光器。
3.利用權(quán)利要求1所述裝置用于切割玻璃的方法，其特征在于包括如下步驟1)通過球形刀輪在玻璃斷裂位置始端初切一個(gè)應(yīng)力源點(diǎn)；球形刀輪通過電機(jī)控制，從水平距離激光光斑中心50mm處落下，在玻璃上切割道始端留下壓痕，作為切割道上應(yīng)力源；2)聚焦的激光束在玻璃表面形成一個(gè)應(yīng)力破裂帶，切割的輪廓線是一個(gè)矩形光斑沿著刀輪初切點(diǎn)組成的切割道；通過聚焦光路在玻璃表面形成橢圓型的聚焦點(diǎn)，相對(duì)玻璃表面移動(dòng)激光光點(diǎn)形成所需的切割線；3)冷卻介質(zhì)沿著激光劃線的方向噴灑，使應(yīng)力沿著激光劃線切割道發(fā)展；淬火氣水嘴隨著激光光點(diǎn)的移動(dòng)，淬火氣水嘴將冷空氣水吹到玻璃表面，對(duì)受熱區(qū)域施行快速淬火，玻璃沿著應(yīng)力最大的方向產(chǎn)生斷裂；4)通過裂片裝置將玻璃沿著激光劃線的切割道斷裂。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于切割玻璃的裝置及其方法，CO2激光器的輸出端設(shè)置有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端布置有45度全反射鏡，45度全反射鏡的輸出端布置有聚焦鏡，聚焦鏡正對(duì)于加工平臺(tái)。用于切割玻璃時(shí)，通過球形刀輪在玻璃斷裂位置始端初切一個(gè)應(yīng)力源點(diǎn)；聚焦的激光束在玻璃表面形成一個(gè)應(yīng)力破裂帶，切割的輪廓線是一個(gè)矩形光斑沿著刀輪初切點(diǎn)組成的切割道；冷卻介質(zhì)沿著激光劃線的方向噴灑，使應(yīng)力沿著激光劃線切割道發(fā)展；通過裂片裝置將玻璃沿著激光劃線的切割道斷裂。實(shí)現(xiàn)玻璃正幅面裂斷加工，得到符合高精度加工要求尺寸的、邊緣質(zhì)量較好的不同厚度電子玻璃的制品。
文檔編號(hào)C03B33/09GK102249527SQ20111000651
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者徐海賓, 潘傳鵬, 狄建科, 趙裕興 申請(qǐng)人:蘇州德龍激光有限公司