一种玻璃切割方法与流程

本发明属于加工技术领域，具体涉及一种玻璃切割方法。

背景技术：

玻璃是一种重要的产业材料，应用在国民经济的诸多行业，如汽车业、建筑业、医疗、显示器、电子产品等。玻璃显著的特点是硬脆性，给加工带来很大的困难。传统的玻璃切割采用硬质合金或金刚石刀具，其切割流程一般为：首先用金刚石刀尖或硬质合金砂轮或高硬度金属轮，在玻璃上进行刻划，再采用机械手段将玻璃沿着刻痕线分隔开。在此过程中，产生沿着切割方向的切向张力，从而使玻璃沿着划痕裂开。这种方法所切割的边缘不平滑、有微小裂痕，材料上残存不对称边缘应力，以及残留碎屑等。这些缺陷对于很多应用将造成器件的失灵，所以必须进行切后边缘的打磨与抛光，甚至进行热处理来强化边缘。另外，机械轮加工过程中还需辅助剂辅助切割，辅助剂也有可能粘在成品边缘，需要过水清洗或超声波清洗等处理。后续处理工序以及不确定的裂痕导致的低成品率等都将增加玻璃制品的造价。

现有技术中采用激光切割的方法一般为：在待切割基板的切割轨迹上覆盖吸热层；激光照射至吸热层并沿切割轨迹切割待切割基板；切割完成后，去除待切割基板上的吸热层。上述方式虽然可以减小切割时温度梯度的大小，减少热应力的产生，进而减少裂纹等缺陷的产生。但吸热层通过涂布或溅射或气相沉积的方式覆盖于待切割基板上，工艺复杂，且容易造成吸热层覆膜不均匀，影响切割质量。

此外，现有的不采用覆盖吸热层的激光切割方法，仅能适用于厚度较薄的玻璃工件加工。

技术实现要素：

本发明为了解决上述背景技术中的技术问题，提供一种玻璃切割方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种玻璃切割方法，包括如下步骤：

调整激光束的准直和束腰半径，获取满足加工要求的激光束；

通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部；

使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动，完成一次扫描；

重复执行多次扫描，多次扫描中，至少一次改变所述激光束的焦点深度，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动。

本发明的有益效果是：通过将激光束的焦点设置在玻璃工件内部，利用热应力进行切割，具有割缝细、切割质量好、裂纹少、无二次污染、热影响区小、切割无噪声、切割过程容易实现自动化控制的优点，且在常温常压空气环境下进行，激光自然回火边缘，可以降低次品率，工艺简单，易实现实用化生产。尤其，通过改变焦点深度，进行多次扫描的方式，进一步提高了切割能量的均衡度，减少了裂纹，使边缘更为平整，在不需要增加激光器功率的情况下，能够适应更厚的玻璃加工工件。

进一步地，所述通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，包括，通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，且所述激光束的焦点位于距所述玻璃工件底部四分之一所述玻璃工件厚度处。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置焦点在距所述玻璃工件底部四分之一所述玻璃工件厚度处,将取得较好的加工质量和加工效率。

进一步地，所述多次扫描中，至少一次改变所述激光束的焦点深度，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动，包括，

通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，且所述激光束的焦点位于距所述玻璃工件底部二分之一所述玻璃工件厚度处，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动；

和/或，通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，且所述激光束的焦点位于距所述玻璃工件底部四分之三所述玻璃工件厚度处，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过多次改变焦点的位置，使能量分布更为均匀，边缘更为平整，在不需要增加激光器功率的情况下，能够适应更厚的玻璃加工工件

进一步地，所述激光束为红外激光束。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过在加工过程中使用红外激光束能避免紫外激光对大多数材料不透明的缺点，因而可以深入透明材料内部实现微加工。

进一步地，所述激光束的脉宽为15ps～20ps，所述激光束的脉冲重复频率为200khz～400khz。

进一步地，所述激光束的脉冲能量范围是5～200μj。

进一步地，所述激光束的偏振状态为线偏振或者圆偏振光。

进一步地，所述激光束的平均功率为1w～50w。

进一步地，所述透镜的数值孔径为0.08～0.3。

附图说明

图1为本发明实施例提供的玻璃加工方法步骤图；

图2为本发明实施例提供的玻璃加工系统结构简图；

图3为本发明实施例提供的多次切割示意图；

图4为本发明实施例提供的玻璃工件沿切割路径断裂示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光器，2、扫描振镜，3、聚焦透镜，4、位置平台，5、激光束，6、激光加工轨迹。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种玻璃切割方法，包括如下步骤：

调整激光束的准直和束腰半径，获取满足加工要求的激光束；

通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部；

使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动，完成一次扫描；

重复执行多次扫描，多次扫描中，至少一次改变所述激光束的焦点深度，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动。

上述实施例中，采用皮秒激光器发射激光光束。皮秒激光器即脉冲宽度为皮秒的激光器，1皮秒＝10^-12秒。皮秒激光器具有很高震荡密度的激光能量，而且在加工过程中不会产生碎屑积聚现象，可以产生近似于“冷加工”的加工效果。

皮秒激光具有短脉冲宽度和高峰值功率，与玻璃相互作用时会呈现出非线性效应，通过多光子吸收机制加工一些长脉冲激光无法加工的透明材料。皮秒激光作用时间段，热效应小，因此可以很大程度上提高加工精度。

可以理解的是，激光切割的玻璃越厚，所需要的激光单脉冲能量越高，透镜数值孔径越小，导致切割速度越慢。脉冲的重复频率越高，焦点距离下表面的距离越远。切割过程中，焦点处的激光能量密度应大于玻璃损伤阈值。

通过将激光束的焦点设置在玻璃工件内部，利用热应力进行切割，具有割缝细、切割质量好、裂纹少、无二次污染、热影响区小、切割无噪声、切割过程容易实现自动化控制的优点，且在常温常压空气环境下进行，激光自然回火边缘，可以降低次品率，工艺简单，易实现实用化生产。尤其，通过改变焦点位置，进行多次扫描的方式，进一步提高了切割能量的均衡度，减少了裂纹，使边缘更为平整，在不需要增加激光器功率的情况下，能够适应更厚的玻璃加工工件。

图2示出了应用于本发明实施例的激光切割系统，如图2所示，激光5由皮秒激光器1射出，经过扫描振镜2改变激光方向，由聚焦透镜3将激光聚焦于位移平台4上的玻璃工件。

可选地，所述通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，包括，通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，且所述激光束的焦点位于距所述玻璃工件底部四分之一所述玻璃工件厚度处。

上述进一步实施例中，通过设置焦点在距所述玻璃工件底部四分之一所述玻璃工件厚度处,将取得较好的加工质量和加工效率。

可选地，如图3所示，所述多次扫描中，至少一次改变所述激光束的焦点深度，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动，包括，

通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，且所述激光束的焦点位于距所述玻璃工件底部二分之一所述玻璃工件厚度处，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动；

和/或，通过聚焦透镜使所述满足加工要求的激光束的焦点位于玻璃工件内部，且所述激光束的焦点位于距所述玻璃工件底部四分之三所述玻璃工件厚度处，并使所述玻璃工件相对于所述满足加工要求的激光束沿预设加工路径移动。

上述实施例中，通过多次改变焦点的位置，使能量分布更为均匀，边缘更为平整，在不需要增加激光器功率的情况下，能够适应更厚的玻璃加工工件。

可以理解的是，可以根据加工需要，可进一步的改变焦点的具体位置，以实现更好的切割质量和更厚的切割厚度。

可选地，所述激光束为红外激光束。

上述实施例中，通过在加工过程中使用红外激光束能避免紫外激光对大多数材料不透明的缺点，因而可以深入透明材料内部实现微加工。

可选地，所述激光束的脉宽为15ps～20ps，所述激光束的脉冲重复频率为200khz～400khz。

可选地，所述激光束的脉冲能量范围是5～200μj。

可选地，所述激光束的偏振状态为线偏振或者圆偏振光。

可选地，所述激光束的平均功率为1w～50w。

可选地，所述透镜的数值孔径为0.08～0.3。

可以理解的是，可以调节相关工艺参数，以适应不同加工工件和加工环境的需要。

下面，结合具体参数设置，介绍切割过程如下：

采用波长为1064nm，脉冲宽度为20ps，脉冲重复频率为150khz，单脉冲能量150μj的皮秒激光作为切割激光束，采用数值孔径为0.3的透镜1进行激光聚焦，聚焦后的光斑直径为6μm，聚焦后的激光束垂直入射至玻璃内部。

将待切割玻璃放置于三维移动平台xyz水平工作台上,玻璃厚度为1mm，移动三维平台使焦点聚焦于玻璃表面，移动位移平台，使聚焦点位置在距玻璃下表面0.25mm处。

通过三维位移平台的移动来进行对玻璃的切割。

改变焦点位置分别0.5mm、0.75mm,再次进行切割，玻璃工件沿切割路径断裂切割效果如图4所示。通过3次改变焦点深度，进行3次扫描，从而切割能量分布更加均匀，减少了裂纹，使边缘更为平整。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。