[发明专利]一种透明硬脆材料激光贯穿切割装置以及切割方法

说明书

本发明涉及激光切割技术领域，公开了一种透明硬脆材料激光贯穿切割装置，包括激光器、扩束镜、反射镜、延长焦深光学器件和聚焦镜；所述激光器接收外部的脉冲信号形成脉冲包络，扩束镜将所述脉冲包络进行扩束，并被反射镜反射后，依次通过延长焦深光学器件和聚焦镜形成激光光斑，所述聚焦光斑作用在加工材料上形成贯穿其厚度的材料改质通道或材料改质通道集群。本发明保证了加工材料可以沿着预定的路径裂开，实现对加工材料高效的、精密的切割，从而满足高效率、高质量、低损伤阈值的要求。

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，更具体的说，特别涉及一种透明硬脆材料激光贯穿切割装置以及切割方法，通常涉及诸如玻璃、蓝宝石、透明陶瓷等的贯穿切割。

背景技术

化学强化玻璃具有优异的强度和抗损伤性，因而在消费类电子产品中广泛应用。强化玻璃是手机、平板电脑、计算机显示以及其他LCD和LED显示器的盖板材料的首选材料。化学强化玻璃具有处于压力下的表面和处于张力下的内部区域。与中心张力的平方成正比的弹性能储存在此中心拉伸区内。康宁大猩猩玻璃可存在大于750MPa的表面压力和大于40μm的压缩层深度。高表面压力和深表面压缩层对抗刮擦和抗损伤是有益的。但这使得传动的机械加工共制造了困难，易产生爆裂或者分裂位置偏移，造成良品率很低。

激光切割不仅能够连续精确地完成预定曲线图案的切割，还可以实现高度自动化。现有激光加工玻璃技术中，激光切割玻璃技术分为激光热熔切割、激光热分离切割和激光刻蚀切割。激光热熔切割会对玻璃产生强烈的热影响，强化玻璃对热影响很敏感，激光热熔切割很难在强化玻璃上切割应用，激光热分离切割存在圆弧切割路径控制困难。加工完成后，玻璃表面边缘锋利，且玻璃边缘存在热应力。如果发生轻微磕碰，整个玻璃可能发生破碎。超短脉冲激光直接刻蚀玻璃避免进行玻璃切割时产生的热效应，但切割效率不高而且切割玻璃厚度有限制。

国内科研机构已经研发出采用多刀隐形切割技术以及多光点切割技术切割玻璃。多刀切割技术与多光点切割技术存在切割断面能量分布不均匀的缺陷。如在多光点光路结构中，相邻的焦斑之间的能量较低的区域。这种区域的存在产生了加工质量不稳定，断面质量差的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种透明硬脆材料激光贯穿切割装置以及切割方法，能够解决了现有加工方式存在的缺陷，并满足高效率、高质量、低损伤阈值的要求。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种透明硬脆材料激光贯穿切割装置，包括激光器、扩束镜、反射镜、延长焦深光学器件和聚焦镜；

所述激光器接收外部的脉冲信号形成脉冲包络，扩束镜将所述脉冲包络进行扩束，并被反射镜反射后，依次通过延长焦深光学器件和聚焦镜形成激光光斑，所述聚焦光斑作用在加工材料上形成贯穿其厚度的材料改质通道或材料改质通道集群。

所述切割装置还包括切深实时校正单元和Z轴微驱动单元，所述切深实时校正单元用于检测加工材料的表面特征；所述Z轴微驱动单元根据所述表面特征带动延长焦深光学器件和聚焦镜整体沿Z轴方向运动，使聚焦光斑的位置随着加工表面特征的变化而变化。

所述切割装置还包括运动控制单元和XY运动平台，所述XY运动平台带动加工材料沿X和Y方向运动；所述运动控制单元用于检测XY运动平台的运动信息，根据所述运动信息发送脉冲信号给激光器；所述激光器根据接收到的脉冲信号产生脉冲包络，能够控制加工材料内部产生的材料改质通道之间或材料改质通道集群之间的间距。

所述激光器采用脉宽小于100ps的红外皮秒激光器、绿光皮秒激光器、红外飞秒激光器或绿光飞秒激光器中的任意一种。

所述加工材料内材料改质通道的间距为0.5μm-6μm。

所述加工材料内材料改质通道集群之间的间距为3-8μm。

所述扩束镜能够将脉冲包络扩束至3mm-16mm。