[发明专利]一种激光光锯式切割玻璃的系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用小功率激光器的“光锯”式玻璃切割方法，可以切割较厚的玻璃。

背景技术

玻璃在工业生产和日常生活中应用极为广泛。利用激光对玻璃进行切割，较原始的机械切割方法有诸多优点。目前，用来进行玻璃切割的激光主要是波长为1.06μm的YAG激光，和波长为10.6μm的CO₂激光，原理都是诱导控制玻璃断裂或者高能量熔融切割，其加工功率由玻璃的厚度决定。玻璃越厚，所需功率越大，一般多数在100W以上，并且在进行异型玻璃切割时易产生不可控裂纹，导致次品率高。此外由于玻璃对激光的高透过率，大部分能量没有被玻璃吸收，导致能源被大量浪费。人们急需一种节能、高效并能完成各种切割要求的切割方法。

发明内容

针对以上内容，本发明提出了一种低功率、高可靠、可进行异型切割的玻璃切割方法，可以用来对切割任意形状的玻璃，也可以在玻璃上切割出斜面。

本发明可以以最大平均功率为1w的长脉冲普通绿激光或单脉冲能量为1微焦的紫外激光，实现厚度20mm以内玻璃的直线切割、异形切割。大大的降低了激光切割厚玻璃的功率，具有很好的裂纹可控性。切割适用范围广，如普通玻璃、掺杂离子玻璃、超白玻璃、液晶玻璃等各种玻璃。

激光光锯式切割玻璃的系统，其特征在于包括激光器、激光焦点运动控制器、反射镜、二维平台和计算机，通过计算机控制激光器、激光焦点运动控制器和二维平台。

所述的激光器是脉冲绿激光器或脉冲紫外激光器。

应用所述系统的切割方法有如下三个步骤：

（1）根据待切割玻璃的形状，设置二维平台的二维运动轨迹；

（2）激光焦点在玻璃内部光束方向上做往复移动，如同“锯子”一样对玻璃材料进行切割：

（3）打开激光器，控制“光锯”与玻璃的相对运动完成对玻璃的切割。

具体步骤为：

（1） 根据待切割形状，设置二维平台的运动轨迹（xy平面的运动轨迹）。

（2） 根据待切割玻璃厚度对激光焦点运动控制器进行设置从而控制焦点在z方向的运动范围。

（3）确定激光初始位置。

（4）开启激光，完成切割。

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。

所述的待切割形状是指：直线、曲线或者闭合曲线等。

所述的二维平台是指：可以携带待切割材料在x和y方向进行移动的电移台组合。

所述的激光焦点运动控制器是指：用来控制和改变焦点位置的一组透镜组合，透镜组合中有一片可以精密移动的动态聚焦镜，每当它发生一个小位移，激光焦点的位置将会发生一个较大位移。动态聚焦镜做高速振动时，激光焦点在激光传输方向做高速往复运动，形成类似“锯子”一样的“光锯”。切割时，激光像锯条一样切割玻璃材料。

所述的焦点运动范围是指：激光在切割过程中，焦点在z方向上下高速往复运动的范围，最上方和最下方之间的距离。切割越厚的玻璃，焦点在z方向需要走过的距离越大。

所述的激光初始位置是指：激光焦点在切割开始时的位置，相当于“入刀”位置，应位于待切割玻璃以外。

本发明的工作原理是：二维平台带动玻璃材料沿预设切割路径移动，同时利用动态透镜组控制激光焦点的“光锯”在玻璃材料的厚度方向做上下高速往复运动。由于焦点处能量密度高，在玻璃内部产生一个微小的爆破点，这些小爆破点连接在一起，便形成“锯缝”，锯缝不断移动将玻璃切断。

切割速度要根据材料厚度与材料类型需要对焦点往复运动速度和二维平台运动速度进行设置，焦点往复运动速度与二维平台均为匀速运动，设置时应满足以下公式：