在堅硬的非金屬基底內燒蝕開口的方法
2023-05-30 04:24:31 2
專利名稱：在堅硬的非金屬基底內燒蝕開口的方法
技術領域：
本發明大致涉及在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔的方法，基底特別包括玻璃和陶瓷。更特別地，本發明的主題涉及使用至少一個雷射器在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔。
背景技術：
已經證明在生產環境中要在堅硬的非金屬基底，例如玻璃內鑽孔或燒蝕孔是很困難和不易做到的。致力於在堅硬的非金屬基底內鑽孔的現有技術已經應用了金剛石鑲尖的鑽頭。為了鑽一個完全穿過堅硬的非金屬基底24的孔而不導致孔邊緣碎裂，通常必須同時從兩側面來鑽。因此，兩個鑽頭必須沿同一鑽孔軸精確地對準。如果沒有精確的對準，孔不能適當地成形，基底會被不可彌補地損壞。
在基底兩側面使用相對的鑽頭的另一個困難是可能損壞鑽頭，因為在鑽孔時會使兩個鑽頭接觸。通常，一個鑽頭先退出孔，另一個鑽頭正與基底接觸。然而，由於生產變化和相對的鑽頭之間距離較小，很可能鑽頭發生接觸，被鑽的物品通常被損壞。如果鑽頭被損壞，必須安裝新鑽頭，眾所周知那樣會花費幾個小時。
使用鑽頭在堅硬的非金屬基底內形成孔還有一個缺點是不能形成具有不同形狀的孔。在許多工業應用中，希望在堅硬的非金屬基底內形成具有除圓形以外的形狀的孔，例如，橢圓形、正方形或其他多邊形。金剛石鑲尖的鑽頭特定的操作上的局限使得只能在基底內鑽圓形孔。
許多玻璃產品需要的孔目前是由金剛石鑲尖的鑽頭形成的。這些包括庭院家具、鋼化汽車玻璃、玻璃器皿、鏡面的電器和電源插座蓋。眼鏡片透鏡是用金剛石鑲尖的鑽頭成形的。甚至玻璃浴室門也需要凹口來提供空間以連接鉸鏈。已知形成這其中的一些孔需要耗時45分鐘以上。而且，庭院家具在開始鑽孔前並非都是平滑的表面，這會導致生產問題。
近來已經引入雷射來切割和蝕刻玻璃基底以克服與金剛石鑲尖的鑽頭有關的問題，但收穫甚微。美國專利No.6,204,472公開了一種使用CO2雷射器切割空心玻璃物品的方法。這種雷射通過對玻璃汽化在玻璃基底內形成一個切割槽。然而，槽的深度有限，還必須進行二次加工在開槽的地方分離空心玻璃物品。尤其是，該玻璃用燃燒器加熱並用一個衝擊鑽具分離。
美國專利No.5,902,368公開了使用CO2雷射器來加熱玻璃基底的特定區域以形成一切斷點來切斷薄壁玻璃基底的情況。然後玻璃基底被拉伸並在加熱的分離點被分離。然而，因為雷射的焦點相對玻璃基底不可調節，所以玻璃基底的深度不能大於約0.2mm。
美國專利No.4,441,008公開了一種鑽穿過玻璃基底的超細孔的方法。通過在玻璃表面下方0.02到0.08英寸處建立固定的雷射焦點，用雷射器來鑽孔。雷射脈動三到五次以在玻璃基底內形成孔。為了CO2防止玻璃基底破裂，在啟動雷射器前將玻璃基底加熱到500°和1040°F之間的一個溫度。
前面討論的現有技術中公開的在玻璃基底中鑽孔的方法在生產環境裡都不是切實可行並節約成本的方法。每一種雷射設備的根本缺陷是不能相對玻璃基底改變雷射的焦點。因此，為了防止基底被雷射損壞，需要給加工過程增加額外的步驟。從而，希望提供一種雷射設備和燒蝕方法，它通過相對於基底的深度移動雷射焦點而能夠在堅硬的非金屬基底內燒蝕出孔。
發明概述本發明公開了一種用雷射在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔的方法，基底包括但不限於玻璃和非金屬基底。提供至少一個雷射器組件，它能夠產生具有可移動焦點的雷射束。該焦點可以相對于堅硬的非金屬基底沿基底的長度、寬度和厚度移動。啟動雷射器產生雷射束。調整雷射器以提供鄰近堅硬的非金屬基底的至少一個表面的雷射束的焦點。在一個構造的圖案內從堅硬的非金屬基底的至少一個表面起燒蝕堅硬的非金屬基底的第一層。相對於一個軸移動所述焦點，該軸對應於基底的厚度，從而實現基底的連續層的燒蝕。通過焦點連續地朝著基底越來越深處移動，基底的連續層被燒蝕，從而在基底內產生出孔。
在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔的本方法通過相對基底深度移動雷射器焦點的步驟解決了現有技術方法的問題。更進一步，現有技術的燒蝕玻璃基底的方法不包括相對基底深度可移動的焦點。因此，需要額外的步驟來防止基底損壞。
如上所述的方法能夠成功地在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔，其理由不能被完全理解，但它是以這樣的理論為基礎的，即調整雷射器的焦點逐漸深入基底。為了防止基底被雷射束損壞，通過對雷射器重新調焦建立一個逐漸深入基底的焦點可以燒蝕基底的連續層。進一步地，通過沿基底長度和寬度以及深度移動焦點可以在基底內燒蝕出構造的圖案。因此，孔的預定構造可以在基底內燒蝕出，如果不是焦點可相對基底厚度、寬度和長度移動，這是不可能完成的。
附圖的簡要描述本發明的其它優點將很容易理解，因為結合附圖參照下列詳細描述這些內容變得更加明白，其中
圖1是本發明的雷射裝置的示意圖；圖2是燒蝕進堅硬的非金屬基底的不同形狀的孔的頂視圖；圖2A是沿圖2的線2B-2B的燒蝕進堅硬的非金屬基底的孔的截面圖；圖3A是本發明的雷射燒蝕過程的說明圖；和圖3B是定義在堅硬的非金屬基底內的孔的一個壁的部分截面圖；圖4是雷射鑽孔裝置的最佳實施方式的頂視圖。
優選實施例的詳細說明參照圖1，用於本發明的方法的雷射燒蝕裝置的示意圖通常用10表示。第一CO2雷射器12和第二CO2雷射器14分別產生一個雷射束16a、16b，雷射束最好有一個通常能夠燒蝕堅硬的非金屬基底，特別是玻璃和陶瓷，的大致10.6μm的波長。雷射束16a、16b被定向穿過第一組光學器件18A，18B進入電流計20a，20b。每個電流計20a，20b通過z透鏡軸22a，22b重調雷射束16a、16b的焦距，重定向雷射束16a、16b使得朝向堅硬的非金屬基底24的相對側面。從而，在相對側面燒蝕基底24。可選擇的，可以用單一的雷射器來燒蝕基底24的單一側面。
為了等同地燒蝕基底24，這將在下文進一步解釋，每一個雷射器12，14和每一個電流計20a，20b由控制器25定向。最好，堅硬的非金屬基底24被一個臺架26或相當的支撐設備支撐。位於基底24的每一側面的冷卻裝置28A，28B將冷卻劑30引到基底24上臨近雷射束16a、16b燒蝕的區域。冷卻劑30可以是液態或氣態，消散雷射產生的熱量以防止基底破裂。水被證明是用來消散雷射產生的熱量的最有效的冷卻劑。使用水作為冷卻劑還有一個額外的優點是水的過濾特性。不象氣態冷卻劑，水吸收由燒蝕加工產生的氣態副產品。被水吸收的副產品可以被過濾作為汙水排放或者如果必要水也可以用更環保的方式加以處理。
每個雷射器12，14最好產生約10.6μm的波長並在75和150瓦之間操作。更佳地，每個雷射器12，14產生的輸出功率約100瓦。然而，所需的能級根據被燒蝕地基底24進行優化。100千瓦被證明是燒蝕幾種類型的玻璃最有效的。相信鋼化玻璃可能比普通玻璃需要稍微多一些的能量(和密度)。為了從雷射束向玻璃傳遞能量，應當選擇已知的能被玻璃(或其他透明基底)吸收的能級。否則，雷射束將穿過玻璃。用於本發明方法的一個合適的水冷式CO2雷射器是康乃狄克州布盧姆菲爾德(Bloomfield，Connecticut)的DEOS，Maria電光學系統有限公司(DEOS，Maria ElectroOptics，System，Inc)的No.LC100NV型雷射器，該公司現在是相關的一個部門。一種空氣冷卻的或相當的雷射器也適於本發明方法的實施。CO2雷射器12，14用來實施本發明的方法是首選，因為它能產生的雷射束包含能被堅硬的非金屬基底24，諸如玻璃和陶瓷以及鋼化玻璃，吸收的能級和波長。已知其它類型的雷射器產生具有不同波長和能量輸出的雷射束會穿過玻璃透射，由此妨礙了玻璃基底24的燒蝕。
為了燒蝕堅硬的非金屬基底24，最好有一個能夠產生可移動的雷射焦點的電流計，該焦點在x、y和z軸可移動，其中x和y對應基底24的長度和寬度，z對應深度。一種能夠以這種方式移動焦點的合適的電流計是德國的SCAN Lab of Puchhein的「Hurry SCAN」型，它內置有「Vario SCAN」作為電流計系統的一部分來提供沿z軸的移動。通過雷射的焦點沿z軸移動的程度來確定待燒蝕基底24的深度。目前，能沿z軸移動焦點的電流計能夠移動焦點的距離大約是1.6cm。所以，在不相對雷射器12，14移動玻璃的情況下，被燒蝕的堅硬的非金屬基底24的深度目前不大於約3.2cm，這對許多應用已經足夠了。為了燒蝕大於3.2cm的深度，必須在z軸方向移動堅硬的非金屬基底24，除非能夠沿z軸移動焦點的電流計技術變得更加適用。
如圖2A和2B所示，能夠沿x、y和z軸移動雷射焦點的電流計能在堅硬的非金屬基底24內燒蝕具有不同外形的開口。如上所述，x和y軸和基底24的長度和寬度相關，z軸和基底24的深度相關。為了防止損壞基底24，隨著基底24的層被燒蝕，在z向的焦點的深度連續不斷地增加。圖2B表示了一個典型的情況，為了在基底24的一側面形成一個孔，施加了10次雷射傳遞來燒蝕基底24的連續層。所示的圓形孔32寬度約為4.0cm。相信就目前可得到的電流計20a，20b技術，能在基底24內燒蝕直徑達8cm的孔。為了燒蝕直徑較大的孔，可能要相對電流計移動基底24。方形孔34以和圓形孔32同樣的方式形成。為了防止在基底24內形成應力點，優選的，形成在基底24內的多邊形或方形孔的角為圓角。圖2還示出了一個橢圓形的孔36，為了防止在基底24內形成應力點該孔具有緊半徑(tight radiuses)。
如圖2所示，每一次雷射器的連續傳遞最好向基底內移動一個比前一次更大的深度。沿著基底24內的不同孔32，34，36的一個壁形成了一個稍微有點凹的面38。為了應用的目的，孔可以被解釋為要麼部分地要麼完全地穿過基底24的任何孔，在基底24邊緣的通常三面的凹口，部分進入基底24的蝕刻，燒蝕在基底24內的任何凹槽。為了在基底24內燒蝕大直徑開口，沿每次傳遞繞孔32，34，36的圓周移動雷射。因為雷射束16a、16b在z軸上產生，其中，該z軸是孔32，34，36的中心，則孔的較大直徑產生了一個凸壁38的較大半徑。本領域技術人員應當理解，通過燒蝕所需孔的圓周，基底24的一個「塞子」留在了孔內。當雷射束16a、16b完全傳遞穿過基底24時，冷卻劑30通過衝擊從孔32，34，36中衝出「塞子」。
參照圖3A，表示出完全穿過堅硬的非金屬基底24的孔37的簡圖。孔37從基底24的相對側面上燒蝕。雷射束16a、16b隨控制器25(圖1)的引導繞孔的圓周移動。控制器25還調整電流計20a，20b使雷射束16a、16b沿共同的z軸對齊。從而，第一雷射器12產生的雷射束16a穿過z軸光學器件22a指向直接相對的雷射束16b，雷射束16b是第二雷射器14產生的，穿過z軸光學器件22b。因此，如果每個雷射器連續不斷的工作直到孔37完全被燒蝕穿過基底24，z軸光學器件22a，22b將被相對的雷射束16a、16b損壞。所以，優選是通過施加額外的通道使雷射束16a、16b燒蝕的深度大於另一雷射束16a、16b燒蝕的深度。閘板40a，40b(圖1)在首先結束髮射的雷射器上遮蓋住z軸光學器件22a，22b以防止相對的雷射器損壞它的z軸光學器件22a，22b。
如圖3A所示，第一雷射束16a沿孔37的圓周完成了四次傳遞。之後，閘板40關閉。在第一雷射束16a進行的四次傳遞之後或同時，第二雷射束16b孔37的圓周進行了六次傳遞，直到孔37被燒蝕完全穿過基底24。為了防止損壞z軸光學器件22a，22b，只要一個雷射束16a、16b結束任務比另一個雷射束16a、16b早，每一個雷射束16a、16b可以完成任何次數的傳遞以燒蝕完全穿過基底24的孔37。換句話說，一個雷射束最好燒蝕達51％的基底24深度而另一個雷射束只燒蝕基底24深度的約49％。
通過從基底24的相對側面在堅硬的非金屬基底24內燒蝕孔，可獲得許多益處，這些益處是僅從基底24的一側面燒蝕所不能實現的。例如，本領域技術人員應當理解，在堅硬的非金屬基底24裡，如玻璃裡，形成的尖銳邊緣會導致應力點，這會造成破裂。因此，最好從基底24的相對側面來燒蝕基底24。在每個雷射束16a、16b進行的第一次傳遞過程中，在最初平滑的基底24的表面上形成了一個凹槽並在基底24內形成了限定孔37的圓形邊緣。因此，要求燒蝕出完全穿過基底24的最後一次傳遞大致在穿過基底24的中間進行。燒蝕穿過基底24的雷射束的最後一次傳遞留下了一個粗糙的不一致的表面，如圖3B所示。相信這個粗糙的不一致的表面不會不利地影響堅硬的非金屬基底24的穩定性。因為它不位於基底24的邊緣。
為了在基底24內燒蝕一個平滑的孔，可通過控制器23預先規定雷射器12，14的參數。根據待燒蝕在基底24內的孔的類型和待燒蝕的堅硬的非金屬基底24的類型，將每個雷射器12，14的參數預先編製程序輸入控制器23中。為了防止破裂或對基底24的其他損壞，基底24的不同類型需要不同的雷射器12，14設置。預先編製程序裝進控制器23的最重要的參數是雷射功率、電流計速度、雷射頻率(脈衝重複頻率)和雷射的帶調節脈衝。完成每一個參數以產生一個接近基底24的表面的功率密度，大致在40和50kw/cm2之間。更好的是，產生一個大致為45kw/cm2的功率密度。在這個範圍內的功率密度被相信是顯著高於本申請背景部分應用參考的現有技術中產生的功率密度。雖不被完全理解，但相信雷射束的高功率密度和沿基底24的z軸可移動的焦點在沒有額外步驟如將基底24加熱到高溫的情況下在成功燒蝕基底24中起到了重要作用。
圖4表示本發明方法的一個可能的生產構造。第一機械手42抓住基底24並將基底24在雷射器12，14之間放入臺架44或相當的夾具中。可替代的，機械手42可以包括一個夾子(未示出)，用於加工過程中支撐基底24。通過傳感器(未示出)發出的信號通知控制器23，待燒蝕地基底24就位。然後控制器23用信號通知雷射器12，14開始燒蝕操作。此外，控制器23還用信號通知雷射器12，14基底24的類型、功率設置、電流計速度、孔的尺寸、孔的形狀、孔的位置、貫穿深度、焦點調整和玻璃深度，這些都與基底24的類型和在基底24裡鑽的孔的類型相關。
控制器向電流計20a，20b發出信號以控制雷射器沿x，y，z軸的焦點。如上所述，x和y軸和基底24的長度和寬度相關，z軸和基底24的深度相關。更進一步地，通過相對於雷射器12，14移動基底24，能在相對於電流計20a，20b的基底24的不同位置燒蝕幾個孔。如果基底24的深度大於3.2cm，基底24還可以沿z軸移動。基底24的全部移動也是由控制器23根據預先編制的順序來指揮的。
為了將基底24蝕刻出一定的圖形，可能需要燒蝕只有部分穿過基底24的孔。因此，控制器對圖案信息也是可編程的，從而使得雷射器12，14能將圖形，如花紋、數字、字母和條形碼燒蝕進基底24內。通過啟動兩個雷射器12和14或一個雷射器12，可將圖形蝕刻進基底24。通過啟動兩個雷射器12和14，可將三維圖形蝕刻進基底24。
本發明已經用說明性的方式得到描述，可以理解使用的術語意在描述的單詞的本性而非限定。
顯然，根據上面的教導，本發明可能做出許多改進和變化。因此，應當理解在所附的權利要求範圍內，本發明可以用不同於具體描述的方式實施，權利要求中的附圖標記僅為了闡述方便而沒有任何限定作用。
權利要求
1.一種在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔的方法，包括下列步驟提供至少一個雷射器組件，其可以在軸上產生具有焦點的雷射束，其中所述焦點相對於所述軸可以移動；啟動所述至少一個雷射器，從而產生所述雷射束；調整所述雷射束的所述焦點鄰近堅硬的非金屬基底的至少一個表面；從堅硬的非金屬基底的至少一個表面起燒蝕該堅硬的非金屬基底的第一層；相對於一個軸移動所述焦點，其中，該軸對應於所述堅硬的非金屬基底的深度，從而可以進行該基底的連續層的燒蝕；以及燒蝕該基底的連續層，從而在所述基底內產生一個孔。
2.如權利要求1所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述雷射束燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻，從而防止所述基底破裂。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體衝洗所述至少一個表面。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水衝洗所述至少一個表面。
5.如權利要求1所述的方法，還包括步驟相對軸移動所述焦點，其中，該軸大致對應於所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度，從而燒蝕出具有預定構造的穿過所述基底的孔。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述雷射束可以相對所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度移動，從而產生出多邊形的孔。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述雷射束可以相對所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度移動，從而產生出圓形的孔。
8.如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述雷射束可以相對所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度移動，從而產生出橢圓形的孔。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述提供至少一個雷射器組件的步驟被進一步限定為提供第二雷射器組件，該第二雷射器組件能夠產生與所述第一雷射束一致的第二雷射束。
10.如權利要求9所述的方法，還包括步驟、基本上沿著對應於所述堅硬的非金屬基底的深度的軸在所述堅硬的非金屬基底的相對側面上調整所述雷射束的焦點，其中，所述雷射束是由每一個所述雷射器產生的，從而自所述基底的相對側面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔。
11.如權利要求10所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述雷射束燒蝕的孔的所述堅硬的非金屬基底的所述相對側面冷卻，從而防止所示基底破裂。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體衝洗所述至少一個表面。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水衝洗所述至少一個表面。
14.如權利要求9所述的方法其特徵在於所述自從所述基底的相對側面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔的步驟被進一步限定為所述雷射束中的一個燒蝕的所述堅硬的非金屬基底的連續層比所述雷射束中的另一個燒蝕的多。
15.一種在堅硬的非金屬工件內燒蝕孔的方法，包括下列步驟在堅硬的非金屬工件上產生一個雷射束，該雷射束具有鄰近該工件表面的焦點；大致沿著所述雷射束的軸改變所述雷射束的所述焦點到第一個預定深度；大致沿著所述軸改變所述雷射束的所述焦點到第二預定深度，以將所述堅硬的非金屬工件燒蝕到第二預定深度；以及連續改變所述雷射束的所述焦點到連續的深度以在堅硬的非金屬工件內燒蝕出孔。
16.如權利要求15所述的方法，還包括步驟沿所述堅硬的非金屬工件的長度和寬度在預定圖案內移動所述雷射束，其中，該圖案位於所述焦點的相對於工件的深度的每次改變之間，從而在工件內燒蝕出具有所述預定圖案形狀的孔。
17.如權利要求15所述的方法，其特徵在於所述在堅硬的非金屬工件上產生雷射束的步驟被進一步限定為在所述堅硬的非金屬工件的相對側面上產生雷射束。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於所述在堅硬的非金屬工件的相對側面上產生雷射束的步驟被進一步限定為沿著與工件的深度相關的同一個軸在工件的相對側面上產生雷射束。
19.如權利要求15所述的方法，還包括步驟用冷卻劑冷卻鄰近孔的堅硬的非金屬工件，其中，該孔是由所述雷射器在工件內燒蝕出來的。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於所述用冷卻劑冷卻堅硬的非金屬工件的步驟被進一步限定為用液體冷卻該工件。
21.如權利要求19所述的方法，其特徵在於所述用冷卻劑冷卻堅硬的非金屬工件的步驟被進一步限定為用水冷卻工件。
22.如權利要求15所述的方法，還包括步驟調節所述雷射器發出這樣的雷射束，該雷射束具有的能量密度、波長、直徑、和燒蝕率與被燒蝕的堅硬的非金屬工件的種類相關。
23.如權利要求15所述的方法，其特徵在於所述連續改變所述雷射束的所述焦點到連續的深度以在堅硬的非金屬工件內燒蝕出孔的步驟被進一步限定為燒蝕出完全穿過工件的孔。
24.如權利要求15所述的方法，其特徵在於所述連續改變所述雷射束的所述焦點到連續的深度以在堅硬的非金屬工件內燒蝕出孔的步驟被進一步限定為燒蝕出部分穿過工件的孔。
25.如權利要求15所述的方法，其特徵在於所述燒蝕出部分穿過堅硬的非金屬工件的孔的步驟被進一步限定為在所述工件內燒蝕出一個圖形。
26.如權利要求23所述的方法，其特徵在於所述燒蝕出部分穿過堅硬的非金屬工件的孔的步驟被進一步限定為在所述工件內燒蝕出一個圖形。
27.如權利要求23所述的方法，其特徵在於所述燒蝕出部分穿過堅硬的非金屬工件的孔的步驟被進一步限定為在所述工件的相對側面內燒蝕出一個圖形。
28.一種在堅硬的非金屬基底內燒蝕孔的方法，包括下列步驟提供至少一個具有聚焦裝置的雷射器組件，該聚焦裝置能夠沿三個方向的軸移動由所述雷射器組件產生的雷射束的焦點，其中，該三個方向的軸對應于堅硬的非金屬基底的長度、寬度和深度；啟動所述至少一個雷射器，從而產生所述雷射束；調整所述雷射束的所述焦點鄰近堅硬的非金屬基底的至少一個表面；在構造圖案內燒蝕堅硬的非金屬基底的第一層；沿著一個軸移動所述焦點，其中，該軸對應于堅硬的非金屬基底的深度，從而可以進行該基底的連續層的燒蝕；以及燒蝕堅硬的非金屬基底的連續層，從而在所述基底內產生一個孔。
29.如權利要求28所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述雷射束燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻，從而防止所述基底破裂。
30.如權利要求28所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體衝洗所述至少一個表面。
31.如權利要求30所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水衝洗所述至少一個表面。
32.如權利要求28所述的方法，還包括步驟相對軸移動所述焦點，其中，該軸大致對應於所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度，從而燒蝕出具有預定構造的穿過所述基底的孔。
33.如權利要求32所述的方法，其特徵在於所述移動所述焦點的步驟被進一步限定為在一個多邊形圖案裡移動所述焦點，從而產生多邊形的孔。
34.如權利要求32所述的方法，其特徵在於所述移動所述焦點的步驟被進一步限定為在一個圓形圖案裡移動所述焦點，從而產生圓形的孔。
35.如權利要求32所述的方法，其特徵在於所述移動所述焦點的步驟被進一步限定為在一個橢圓形圖案裡移動所述焦點，從而產生橢圓形的孔。
36.如權利要求28所述的方法，其特徵在於所述提供至少一個雷射器組件的步驟被進一步限定為提供兩個雷射器組件，每個該雷射器組件都能夠產生一個雷射束，該雷射束具有可以相對于堅硬的非金屬基底沿著該堅硬的非金屬基底的長度、寬度和深度移動的焦點。
37.如權利要求36所述的方法，還包括步驟基本上沿著對應於所述堅硬的非金屬基底的深度的軸在所述堅硬的非金屬基底的相對側面上調整所述雷射束的焦點，其中，該雷射束是由每一個所述雷射器產生的，從而自所述基底的相對側面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔。
38.如權利要求37所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述雷射束燒蝕的孔的所述堅硬的非金屬基底的相對側面冷卻，從而防止所述基底破裂。
39.如權利要求38所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體衝洗所述至少一個表面。
40.如權利要求39所述的方法，其特徵在於所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水衝洗所述至少一個表面。
41.如權利要求38所述的方法，其特徵在於所述自所述基底的相對側面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔的步驟被進一步限定為所述雷射束中的一個燒蝕的所述堅硬的非金屬基底的連續層比所述雷射束中的另一個燒蝕的多。
42.一種用於在工件的相對側面中燒蝕孔的裝置，包括具有第一電流計的第一雷射器組件和具有第二電流計的第二雷射器組件；所述第一雷射器組件具有第一光學透鏡，用於調整從所述第一雷射器組件發出的第一雷射束的焦點，所述第二雷射器組件具有第二光學透鏡，用於調整從所述第二雷射器組件發出的第二雷射束的焦點；其中，所述第一光學透鏡離開第二光學透鏡位於所述被燒蝕的工件的相對側面上，從而在工件的相對側面上調整所述第一和第二雷射束的焦點。
43.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述第一和第二電流計沿軸調整所述第一和第二雷射束的焦點，其中，該軸與所述工件的長度、寬度和深度相關。
44.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述第一光學透鏡和第二光學透鏡被設置成沿基本上同樣的軸調整所述第一和第二雷射束的焦點。
45.如權利要求42所述的裝置，還包括控制器，該控制器電連接到所述第一和第二雷射器組件上，並且是可編程的，用於控制所述雷射束的燒蝕率。
46.如權利要求42所述的裝置，還包括能夠為工件提供冷卻劑的冷卻裝置，從而消散所述雷射束在工件上產生的熱量。
47.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於每個所述第一和第二雷射器組件都包括CO2雷射器。
48.如權利要求42所述的組件，其特徵在於所述第一和第二雷射器產生基本上在40到50kw/cm2之間的功率密度。
49.如權利要求42所述的組件，其特徵在於所述第一和第二雷射器產生大致為45kw/cm2的功率密度。
50.一種堅硬的非金屬工件，包括至少一個孔，該孔穿過所述堅硬的非金屬工件的大致相對的外表面延伸，其中，所述孔由所述工件的內表面限定，該工件被相對的雷射束燒蝕，從而形成一個平滑的入口邊緣和在所述內表面上的不規則圖案，該內表面位於所述工件的所述外表面的內部。
51.如權利要求40所述的工件，其特徵在於所述孔包括圓形。
52.如權利要求40所述的工件，其特徵在於所述孔包括多邊形。
53.如權利要求40所述的工件，其特徵在於所述孔包括橢圓形。
全文摘要
本發明公開了一種在堅硬的非金屬基底(24)內燒蝕孔的方法。提供至少一個雷射器組件(12)，它能夠在軸上產生具有焦點的雷射束(16a)，其中所述焦點相對於所述軸可以移動。雷射束(16a)的焦點定位於鄰近基底(24)的至少一個表面。用雷射束(16a)燒蝕基底的第一層(傳遞－1)。相對於一個對應於基底(24)的深度的軸移動所述焦點，從而可進行基底(24)的連續層(傳遞2－10)的燒蝕，在基底(24)內產生孔(32)。
文檔編號B23K26/40GK1522185SQ02813241
公開日2004年8月18日 申請日期2002年7月2日 優先權日2001年7月2日
發明者魯伊斯·格洛弗, 邁克·卡明, 塞克·阿奇巴爾德, 卡明, 阿奇巴爾德, 魯伊斯 格洛弗 申請人:維蒂克雷射系統公司