[发明专利]一种脆性材料激光切割装置及方法

说明书

本发明涉及一种脆性材料激光切割装置及方法，包括激光器、扩束系统、光阑孔、锥透镜、准直透镜以及物镜；激光器能够输出高斯激光光束，扩束系统、光阑孔、锥透镜、准直透镜以及物镜被设置在激光的光路上；输出的高斯激光光束依次射入扩束系统和光阑孔，高斯激光光束经过该扩束系统扩束，将激光光斑直径扩大；再经过光阑孔，控制光斑的能量分布；再经过锥透镜将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束，再射入准直透镜，形成环形光，再经过物镜聚焦，形成聚焦后贝塞尔激光光束作用在脆性材料上进行切割操作。利用本发明的激光切割装置在满足脆性材料的切断面的粗糙度要求同时也能满足对激光强度的控制要求，切割出合适形状的切断面粗糙度的脆性材料。

技术领域

本发明属于激光切割领域，具体涉及一种脆性材料激光切割装置及方法。

背景技术

面板行业的不断发展，对其内部配件玻璃、蓝宝石等材料切割要求在不断的提高，特别是崩边、断面粗糙度等方面，目前有刀轮切割、激光烧蚀切割、激光隐形切割、激光成丝切割等技术，前两种方式已经不能满足要求，隐形切割崩边可以，但断面粗糙度太大，激光成丝切割崩边和断面粗糙度都只能满足一般需求，对产品切割后的强度影响较大。

而在激光切割技术方面，常见的有高斯激光光束切割和贝塞尔激光光束切割技术，对于高斯激光光束，常规的高斯激光光束由于其激光能量集中在焦点附近很短的长度范围内，很难满足对脆性材料的切断面的粗糙度要求，对于需要高质量切割的面板，高斯激光光束切割技术很难满足要求。

目前，获得贝塞尔激光光束的方法主要可以分为两类，第一类是利用具有特定结构谐振腔的激光器直接产生贝塞尔激光光束，第二类是通过光束空间变换的方法由其他光束转换为贝塞尔激光光束，较为普遍的产生方式是将激光器输出的高斯激光光束通过一个锥透镜生成贝塞尔激光光束，但对于贝塞尔激光光束技术，贝塞尔激光光束是指横截面上光强沿径向满足第一类贝塞尔函数的一类光，贝塞尔激光光束相比传统高斯激光光束，其光场能量分布具有更高的长径比，可以预测，如果利用它来加工，能够达到比高斯激光光束更好的效果。但对于如何控制贝塞尔激光光束的强度，控制其激光的能量和作用在被切割材料上产生热量影响一直都存在问题，影响了贝塞尔激光光束在脆性材料切割领域上应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的激光切割粗糙度无法精确控制和激光切割的热影响切断面的成型效果的问题，提供一种脆性材料激光切割装置及方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种脆性材料激光切割装置，包括激光器、扩束系统、光阑孔、锥透镜、准直透镜以及物镜；所述激光器能够输出高斯激光光束，所述扩束系统、光阑孔、锥透镜、准直透镜以及物镜被设置在激光的光路上；输出的高斯激光光束依次射入扩束系统和光阑孔，所述高斯激光光束经过该扩束系统扩束，将激光光斑直径扩大；再经过所述光阑孔，控制光斑的能量分布；再经过锥透镜将高斯激光光束转换成贝塞尔激光光束，所述贝塞尔激光光束再射入准直透镜，形成环形光，再经过物镜聚焦，形成聚焦后贝塞尔激光光束作用在脆性材料上，切割该脆性材料。

进一步的，所述物镜替换为聚焦透镜组。聚焦透镜组可以采用焦距较小的聚焦透镜组替代物镜，与准直透镜配合，同样也能形成一个聚焦系统，聚焦激光切割材料。

优选的，所述扩束系统将高斯激光光束的光斑直径扩大到5-15mm。扩束系统旨在改变高斯激光光束的光斑尺寸，使其通过锥透镜时产生适用于切削加工的贝塞尔激光光束。

进一步的，所述光阑孔为锯齿状光阑孔。锯齿状的光阑孔能够将环形的高斯激光光斑分割成为一段段的光斑，这然虽然减弱的激光的光强，但其仍然满足市面上面面板厚度所需要的激光加工的光强要求，也能够有效的控制激光切割产生的热影响，提高切割后材料断面的成型效果。

再进一步的，所述扩束系统将激光扩束之后形成的光斑的直径与所述锯齿状光阑孔的锯齿处的尺寸配合。通过锯齿状的光阑孔将光斑重新分布，将光斑分成一段一段的光斑，能够缩减激光的能量，减少切割材料时产生的热而使材料温度过高。