一種用於玻璃切割的雷射設備及切割方法
2023-10-31 07:10:02 2
一種用於玻璃切割的雷射設備及切割方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於玻璃切割的雷射設備及切割方法，雷射發生器和振鏡系統通過通訊系統與工控機進行數據通信，控制振鏡在加工直線時產生雷射條形光斑，加工弧線時產生弧形光斑，以使雷射加工光斑與預定切割路徑精密吻合。振鏡下方安裝有冷卻流體噴嘴，通過噴出流體冷卻已經雷射加熱過的區域，通過冷熱壓力使待加工工件沿預定切割路徑裂開。待加工工件由吸附平臺吸附，吸附平臺安裝在DD馬達上；DD馬達安裝在Y軸運動系統上；振鏡安裝在Z軸運動系統上，且Z軸運動系統安裝在X軸運動系統上。當加工弧線時，工控機控制DD馬達帶動工件旋轉，同時配合XY軸的運動，使雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終準確位於預定切割路徑上，從而實現玻璃弧線位置的精密切割。
【專利說明】一種用於玻璃切割的雷射設備及切割方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷射切割【技術領域】，更具體地，涉及一種用於玻璃切割的雷射設備及切割方法。
【背景技術】
[0002]在玻璃加工行業，傳統切割玻璃的方法是先採用金剛石刀輪把大片玻璃切割成近似成品大小，然後用銑床/磨床對前一工序的玻璃進行加工至設定尺寸。該技術存在工藝複雜、工序較多、良品率較低、工時過長、精度不高、汙染重的問題。採用雷射切割技術，能夠有效的解決以上問題。
[0003]目前主流的雷射切割玻璃方案大多通過雷射光斑直接加熱玻璃，使玻璃氣化的方式來割裂玻璃。這樣的加工方式將造成切口邊緣有微裂紋，且斷面不光滑，影響玻璃的強度，仍需要保留玻璃邊緣的精密機械加工。通過冷熱應力使玻璃沿預定路徑裂開的方式能夠有效避免雷射直接切割造成的微裂紋現象。然而，現有的通過冷熱應力切割玻璃的技術，未能保證在加工弧線時，冷卻流體匯聚點也同時位於預定切割路徑上，無法確保弧形尺寸的精度。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供一種用於玻璃切割的雷射設備及切割方法，可以用於玻璃直線切割和異形曲線切割，解決了傳統機械玻璃切割工藝造成的玻璃強度損失和加工一致性差、精度差的技術問題。
[0005]本發明提供了一種用於玻璃切割的雷射設備，包括底座、工作平臺、立柱、光學平臺、雷射發生器、轉折鏡組件、振鏡、X軸運動系統、Y軸運動系統、Zl軸運動系統、Z2軸運動系統、金剛石刀輪、流體冷卻系統、真空吸附平臺、DD旋轉軸運動系統、工控機和顯示器；所述工作平臺與所述底座彈性連接；立柱位於所述工作平臺兩側，並與所述工作平臺固定連接；所述光學平臺固定連接在所述立柱上，且所述光學平臺的頂面與所述工作平臺平行，所述光學平臺的側面與所述工作平臺垂直；所述X軸運動系統固定在光學平臺側面且與設置在所述工作平臺上的Y軸運動系統和所述真空吸附平臺垂直；所述雷射發生器和所述轉折鏡組件設置在所述光學平臺上；光束通過所述轉折鏡組件反射至設置在Z2軸運動系統上的所述振鏡內；所述真空吸附平臺用於吸附待加工工件；所述真空吸附平臺固定連接在所述DD旋轉軸運動系統上；所述DD旋轉軸運動系統固定連接至所述Y軸運動系統上,所述Y軸運動系統與所述工作平臺固定連接；所述金剛石刀輪設置在所述Zl軸運動系統上，用於在玻璃預定切割路徑的起始位置刻出初始劃痕，以便於隨後的雷射切割；所述振鏡和所述流體冷卻系統的噴嘴設置在所述Z2軸運動系統上，位於真空吸附平臺上方，所述振鏡底部安裝有透鏡，通過安裝在Z2軸運動系統上的振鏡進行掃描，形成與加工路徑相匹配的形狀的雷射光斑，通過X軸運動系統、Y軸運動系統和DD旋轉軸運動系統帶動待加工工件運動，使雷射光斑沿預定的切割路徑加熱玻璃，通過同時安裝在Z2軸運動系統上的冷卻流體噴嘴冷卻，通過應力使玻璃斷裂以產生光亮斷面。
[0006]其中，所述雷射發生器為CO2雷射器。
[0007]其中，所述Zl軸運動系統和所述Z2軸運動系統同時固定在支架上，所述支架通過螺栓連接至所述X軸運動系統上。
[0008]其中，所述DD旋轉軸運動系統通過連接板緊固到所述Y軸運動系統上。
[0009]本發明還提供了一種基於上述的雷射設備的切割方法，包括下述步驟:
[0010](I)將待加工工件置於所述真空吸附平臺上；
[0011](2)使用金剛石刀輪在待加工工件的起始加工位置刻出初始劃痕；
[0012](3)工控機根據預定切割路徑控制振鏡產生與所述預定切割路徑相吻合的雷射光斑；所述預定切割路徑根據工件形狀設定，所述預定切割路徑的起始位置為所述初始劃痕；
[0013](4)通過安裝在振鏡下方的冷卻流體噴嘴噴出冷卻流體，對已通過所述雷射光斑加熱的路徑進行冷卻，使工件在冷熱應力的作用下裂開，實現工件切割。
[0014]其中，步驟⑶具體為:
[0015]加工直線時 ，由工控機控制Y軸帶動待加工工件產生直線運動，同時控制振鏡產生條形光斑投射到待加工工件預定切割路徑上；
[0016]加工弧線時，由工控機控制XY軸和DD馬達帶動待加工工件產生複合運動，同時控制振鏡產生弧形光斑，投射到待加工工件預定切割路徑上並使所述弧形光斑始終與所述預定切割路徑完全吻合；其中複合運動是指平移的同時旋轉所構成的運動。
[0017]其中，步驟⑷具體為:
[0018]加工直線時，冷卻流體匯聚點和雷射光斑始終位於此直線加工路徑上；
[0019]加工弧線時，工控機控制XY軸和DD馬達進行三軸聯動，使待加工工件產生複合運動，同時雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上。
[0020]其中，冷卻流體匯聚點與雷射光斑中心之間的間隔為3mm-10mm。
[0021]本發明通過冷熱應力使玻璃裂開，切面為光亮表面，不會形成微裂紋；通過工控機控制振鏡，在加工直線時產生條形光斑，加工弧線時產生弧形光斑，使光斑形狀始終與預定切割路徑吻合，確保加工精度；同時在做弧線切割的時候通過DD馬達帶動工件旋轉，配合XY軸的運動，使雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上，確保弧形邊緣加工的光潔度和尺寸精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明提供的玻璃雷射切割設備(雷射玻璃切割機)的整體結構圖。
[0023]圖2為Y軸、DD馬達和吸附平臺整體結構圖。
[0024]圖3為X軸、Zl軸和Z2軸以及安裝其上的振鏡和冷卻流體噴嘴整體結構圖。
[0025]圖4是本發明通過X軸、Y軸和DD旋轉軸運動系統的聯動，實現工件複合運動的示意圖。
[0026]其中，I為底座、2為工作平臺、3為立柱、4為光學平臺、5為雷射發生器、6為轉折鏡組件、7為振鏡、8為X軸運動系統、9為Y軸運動系統、10為Zl軸運動系統、11為Z2軸運動系統、12為金剛石刀輪、13為流體冷卻系統、14為真空吸附平臺、15為DD旋轉軸運動系統、16為工控機和17為顯示器、21為吸附平臺上層、22為吸附平臺下層、23為連接板、31
為支架、41為雷射光斑、42為冷卻流體匯聚點、L4為預定切割路徑。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0028]本發明通過使用DD旋轉馬達配合XY軸運動系統，使雷射光斑與預定玻璃切割路線精密吻合；通過冷卻應力讓玻璃沿預定切割路線斷裂，產生光亮切面；通過三軸聯動控制，在切割玻璃曲線的過程中，使光斑和冷卻流體的匯聚點始終位於加工軌跡上，從而實現高精度、高質量的異形玻璃切割，且切割斷面為光亮表面，使其加工出來的玻璃切口能夠滿足特定行業的高標準要求。
[0029]本發明公開了一種玻璃雷射切割設備，可以用於玻璃直線切割和異形曲線切割。具體實現裝置包括工作平臺、工控機、顯示器、雷射發生器、金剛石刀輪、振鏡、真空吸附平臺、X軸運動系統、Y軸運動系統、Zl軸運動系統、流體冷卻系統、Z2軸運動系統和DD旋轉軸運動系統。金剛石刀輪安裝在Zl軸運動系統上，用於在玻璃預定切割路徑的起始位置刻出初始劃痕，以便於隨後的雷射切割。振鏡和流體冷卻系統的噴嘴安裝在Z2軸運動系統上，位於真空吸附平臺上方，振鏡底部安裝有透鏡。通過安裝在Z2軸上的振鏡掃描，形成與加工路徑相匹配的形狀的雷射光斑，通過X軸運動系統、Y軸運動系統和DD旋轉軸運動系統帶動工件運動，使雷射光斑沿預定的切割路徑加熱玻璃，通過同時安裝在Z2軸運動系統上的冷卻流體噴嘴冷卻， 通過應力使玻璃斷裂，以產生光亮斷面。
[0030]其實現步驟包括:先根據預定切割路徑，在需要的加工位置用金剛石刀輪劃出一個初始加工痕跡。再通過控制系統將雷射束通過振鏡掃描以形成一個與玻璃加工路線相匹配的光斑(加工直線時，形成條形光斑；加工曲線時，形成弧線光斑，使光斑形狀與加工路徑精密吻合)。加工直線時，通過Y軸工作平臺的運動，使雷射條形光斑與加工路徑重合。加工曲線時，雷射通過振鏡掃描形成弧線光斑，再通過XY軸工作平臺以及DD旋轉平臺的配合運動，通過三軸聯動控制系統，使該加熱光斑始終精確與加工路徑重合。然後使得振鏡固定在同一個運動系統上冷卻流體系統的噴嘴冷卻加熱後的玻璃，通過冷熱產生的應力使玻璃沿預定切割路徑斷裂，產生光亮切割面。並且該裝置通過XY和DD三軸聯動控制，使雷射光斑和冷卻流體/氣體匯聚點始終都位於設定的加工軌跡上，使玻璃沿雷射切割路線分裂。
[0031]本發明先使用金剛石刀輪在初始加工路徑上產生初始劃痕；使用振鏡掃描產生與加工路徑相匹配的任意形狀的光斑，如條形光斑以及各類弧形光斑；通過使用DD旋轉馬達配合XY軸運動系統，使雷射光斑與預定玻璃切割路線精密吻合；通過冷卻應力讓玻璃沿預定切割路線斷裂，產生光亮切面；通過三軸聯動控制，在切割玻璃曲線的過程中，使光斑和冷卻流體/氣體的匯聚點始終位於加工軌跡上，從而實現高精度、高質量的異形玻璃切割，且切割斷面為光亮表面，使其加工出來的玻璃切口能夠滿足特定行業的高標準要求。本發明解決了傳統機械玻璃切割工藝造成的玻璃強度損失和加工一致性差、精度差等問題，能夠滿足觸控螢幕等應用領域的質量要求。
[0032]本發明可以適用各種形狀的玻璃切割加工(特別適用於弧線或R角的精密切割)。本發明是一種高效率、高良率、高精度的玻璃切割設備。
[0033]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，便於清楚了解本發明，但它們不對本發明構成限定。
[0034]如圖1所示，該雷射切割設備包括底座1、工作平臺2、立柱3、光學平臺4、雷射發生器5、轉折鏡組件6、振鏡7、X軸運動系統8、Y軸運動系統9、Zl軸運動系統10、Z2軸運動系統11、金剛石刀輪12、流體冷卻系統13、真空吸附平臺14、DD旋轉軸運動系統15、工控機16和顯不器17。
[0035]工作平臺2由整塊厚實的大理石製成；底座I由金屬結構件組成，其下端裝有若干調整腳。工作平臺2與底座I採用牢固而具有一定彈性的連接件連接，加上調整腳的調節性能，一併將機座調整至水平、穩定而墩實的設備平臺。在工作平臺的左右兩側，分別有一個立柱3，通過螺栓連接固定在大理石工作平臺2上。立柱3也採用大理石經過精密加工，以保證其底面和頂面平行。光學平臺4也通過螺栓連接至立柱3上。光學平臺4也採用大理石材質，通過精密加工保證其上下兩面的平面度和平行度，這樣使得安裝在立柱上的光學平臺4的頂面能夠保證與工作平臺2平行，且其側面能夠與工作平臺垂直。X軸運動系統8固定在光學平臺4側面，使其和安裝在工作平臺上的Y軸9以及吸附平臺14完全垂直。雷射發生器5和轉折鏡組件6安放於大理石光學平臺4上。光束通過轉折鏡組件6反射到Z2軸11上的掃描振鏡7內 。
[0036]由真空吸附平臺14吸附待加工工件，使其固定不動便於加工。參見圖2，吸附平臺14由上、下層兩部分構成。上層21可採用輕質合金材料製作，在數控工具機上按設計要求獲取尺寸精確、表面光滑、分布均勻的若干個小通孔。下層22內部有一空腔，上層的全部小通孔均正對空腔，下層的空腔壁上開有兩螺孔，以便安裝抽氣管道。上、下層之間採用氣密性連接，以便在工作時抽盡吸附平臺中的氣體，而將大面積待加工工件牢牢吸附在上層上。可將上、下層栓在一起一併製作，可獲得更佳的效果。真空吸附平臺14用螺栓安裝在DD旋轉軸運動系統(即DD馬達)15上的相應連接孔中。DD馬達再通過圖3中連接板23，牢牢的緊固到垂直下方的Y軸運動系統9上，Y軸運動系統9通過機械連接方式安裝在設備平臺上的相應連接孔中，並可調整與工作平臺2 —樣的水平程度，以達到被吸附的待加工工件也呈水平狀態，並能快速準確的將待加工工件向Y方向移動，同時可以轉動，而使雷射光斑位於預定的切割路徑上。
[0037]參見圖3，Zl和Z2軸同時固定在一個支架31上，支架31通過螺栓連接到X軸運動系統8上。Zl軸10上安裝金剛石刀輪12，用於刻初始劃痕；Z2軸11上安裝掃描振鏡7，冷卻流體噴嘴13固定在Z2軸11下方的支架31上。
[0038]以上具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。例如:也可以對調Zl和Z2軸的相對位置；也可以用DD馬達來旋轉雷射光斑和冷卻流體噴嘴等等。
[0039]為了實現上述目的，本發明採用5軸控制:X軸運動控制系統由直線電機驅動產生橫向運動，Y軸運動控制系統也由直線電機驅動產生豎向移動，D軸運動控制系統為旋轉馬達驅動，使吸附平臺產生旋轉運動，其與X、Y軸進行聯動以滿足切割弧線的要求；Zl軸運動控制系統由步進電機驅動，可控制金剛石刀輪的上下移動；Ζ2軸運動控制系統也使用步進電機驅動，控制安裝在其上的振鏡上下移動，調節雷射的焦距。
[0040]為了讓玻璃沿預定切割路徑斷裂，且實現封閉圖形，通過控制Zl軸上的金剛石刀輪，在預定切割路徑的起始位置，刻出初始劃痕，使雷射光斑在加工的初始位置，能夠精密的沿預定路徑斷裂。
[0041]由於要使雷射均勻分布在切割面上，才能保證玻璃切割的切口均勻一致，且不會出現微裂，以滿足某些應用領域的高要求，本設備可通過控制器控制振鏡產生與預定切割路徑相吻合的雷射光斑。切割直線時，使用的雷射光斑為條形光斑；加工弧線時，使用的雷射光斑為弧形，且該光斑與加工路徑相吻合，從而使玻璃切割面加熱均勻，以控制加工精度和表面光潔度。
[0042]通過三軸聯動控制，由X軸、Y軸直線電機和DD旋轉馬達進行複合運動，始終使雷射光斑和冷卻流體匯聚點位於預定切割路徑上，通過冷熱應力使玻璃沿預定切割路徑斷裂，從而保證玻璃切口邊緣各點的質量均勻一致。工件的複合運動示意圖見附圖4，L4實線表示待加工工件預定切割路徑初始位置，虛線表示的是工件經過複合運動後的待加工工件的路徑位置。雷射光斑41和冷卻流體匯聚點42的中心位置在加工過程中一直保持不動，通過三軸聯動控制移動待加工工件，始終使雷射光斑41和冷卻流體匯聚點42精確的位於預定的切割路徑L4上，以實現精密切割。
[0043]在本發明中，雷射設備包括大理石工作平臺、大理石立柱和大理石光學平臺。大理石工作平臺上安放有Y軸運動系統、吸附平臺、DD旋轉軸運動系統。大理石光學平臺側面安裝有X軸運動系統；Z1軸運動系統(垂直升降機構)上安裝有金剛石刀輪，Z2軸運動系統上安放有掃描振鏡以及冷卻流體噴嘴，Zl和Z2均固定在X軸運動系統上。大理石光學平臺上安裝有雷射發生器組件和光束轉折鏡組件。垂直升降機構Zl和Z2均安放在X軸上，並安裝在所述大理石立柱上，立柱的頂面與大理石工作平臺的頂面平行；大理石光學平臺安放在大理石立柱上，所述雷射發生器和光束轉折鏡組件等放於大理石光學平臺上。可先通過控制安裝在Zl運動控制系統的金剛石刀輪，在預定切割路徑所需位置，刻出初始劃痕，以便於隨後的玻璃切割。通過控制器，根據預設的加工路徑，控制安裝在Z2軸上的振鏡掃描出所需形狀的切割光斑(加工直線時，形成條形光斑；加工曲線時，形成弧線光斑，始終使光斑形狀與加工路徑精密吻合)。使雷射光斑沿預定的切割路徑加熱玻璃，同時使安裝在Z2軸上的冷卻流體來冷卻玻璃。通過冷熱應力使玻璃斷裂，以產生光亮斷面，以滿足某些應用領域對玻璃的高強度和斷面高光潔度的要求。DD旋轉馬達安裝在Y軸運動系統上。通過三軸聯動插補技術，控制X軸、Y軸和DD旋轉軸運動系統帶動工件做複合運動，使雷射加工光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上，從而保證切口加工質量和加工精度。
[0044]本發明具有以下優點:
[0045](1)高效率:由於雷射的快速加工特點，相對於傳統加工方式，該技術能高效率的完成切割作業。
[0046](2)高精度:由於該技術採用的是精度±1 μ m的直線電機進和高精度的旋轉馬達來驅動，且三軸聯動控制始終保證了雷射光斑和冷卻流體匯聚點均能準確位於預定切割路徑上，確保了加工尺寸的精度。
[0047] (3)高良率:由於雷射在直線和弧線各點的加工速度一樣，保證了切口的均勻一致性；通過冷熱應力使玻璃裂開，而不是通過光斑直接切斷玻璃，確保了切口為光亮表面，確保了玻璃的強度；通過三軸聯動控制進行插補運算，加工弧形時，仍能確保雷射光斑和冷卻流體匯聚點均能準確位於預定切割路徑上，使弧形加工的切口質量能夠保證均勻一致；以上特點，確保了加工質量水平能夠滿足對切口表面光潔度和強度要求很高的應用領域的玻璃應用要求。
[0048](4)簡易性:相對於傳統加工工藝，本發明為一次工序，專用操作軟體，操作更簡單。
[0049]在本發明實施例中，用於玻璃精密切割的雷射裝置包含有雷射器、全反鏡片組、振鏡系統、場鏡、冷卻流體系統、XYZ軸運動系統和DD馬達旋轉系統。雷射器的輸出端布置有全反鏡片組，全反鏡片組輸出端依次布置有振鏡系統和場鏡。場鏡輸出端正對吸附平臺，吸附平臺安裝在DD馬達上，DD馬達安裝在Y軸運動系統上。振鏡安裝在Z軸運動系統(垂直升降機構)上，且冷卻流體噴嘴安裝在掃描振鏡下方的Z軸上，流體匯聚點與雷射光斑保持固定距離，且兩點與Y軸平行。Z軸安裝在X軸運動系統上。雷射器、振鏡系統、XYZ運動系統和DD馬達均通過通訊系統與工控機相連。
[0050]本發明提供了一種採用雷射實現精密玻璃切割的方法，包含以下步驟:
[0051](I)將待加工工件置於吸附平臺上。
[0052](2)使用金剛石刀輪在待加工工件的起始加工位置刻出初始劃痕，使玻璃能夠在冷熱應力的作用下沿初始劃痕的路徑裂開，確保雷射加工的精度。
[0053](3)工控機根據預定切割路徑控制振鏡產生與所述預定切割路徑相吻合的雷射光斑；切割直線時，由工控機控制Y軸帶動待加工工件產生直線運動，同時控制振鏡產生條形光斑投射到待加工工件預定切割路徑上；加工弧線時，由工控機控制XY軸和DD馬達帶動待加工工件產生複合運動，同時控制振鏡產生弧形光斑，使光斑始終與預定切割路徑完全吻合。複合運動是指平移的同時旋轉所構成的運動；預定切割路徑根據工件形狀設定，一般為工件形狀。
[0054](4)通過安裝在振鏡下方的冷卻流體噴嘴噴出冷卻流體，對已通過雷射光斑加熱的路徑進行冷卻，使玻璃產生冷熱應力而裂開。加工直線時，冷卻流體匯聚點和雷射光斑始終位於此直線加工路徑上；加工弧線時，工控機控制XY軸和DD馬達進行三軸聯動，使待加工工件產生複合運動，也使雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上。冷卻流體匯聚點與雷射光斑中心之間的間隔為3mm-1Omm。合適的間隔可以獲得最佳的冷熱應力切割效果，且能使加工弧線的半徑小至3mm。無論加工直線和弧線，可以使雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上，從而實現精密切割。
[0055]在本發明實施例中，X軸運動控制系統可以控制振鏡系統和冷卻流體噴嘴橫向移動，Y軸運動控制系統可以控制吸附平臺豎向移動，D軸運動控制系統可以控制旋轉馬達，驅動吸附平臺產生旋轉運動，Z軸運動控制系統可以控制振鏡的上下移動，調節雷射的焦距。
[0056]本發明技術方案的突出實質性特點和顯著的進步主要體現在:(I)通過雷射光斑和冷卻流體產生冷熱應力從而使玻璃沿預定切割路徑裂開，避免直接採用雷射切割產生的微裂紋以及斷面不光滑給玻璃造成的強度損失，免除後續的磨銑加工。(2)通過控制振鏡產生和預定切割路徑完全吻合的雷射光斑，使得加熱路徑與預定切割路徑完全吻合，確保加工的尺寸精度。(3)通過DD馬達帶動待加工工件旋轉，同時驅動XY軸同時運動，使得冷卻流體匯聚點也同時準確位於預定切割路徑上，確保玻璃裂開的路徑與預設加工路徑完全吻合，從而實現高精度的加工尺寸。
[0057]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，便於清楚了解本發明，但它們不對本發明構成限定。
[0058]如圖1所示，本發明的實現裝置包括雷射器、振鏡、全反鏡片組、場鏡、工控機、冷卻流體系統、XYZ軸運動系統和DD旋轉運動系統。所述雷射器的輸出端布直有全反鏡片組，全反鏡片組輸出端依次布置有振鏡系統和場鏡。場鏡輸出端正對吸附平臺，所述吸附平臺安裝在DD馬達上，所述DD馬達安裝在Y軸運動系統上。所述振鏡安裝在Z軸運動系統(垂直升降機構)上，且冷卻流體噴嘴安裝在掃描振鏡下方，流體匯聚點與雷射光斑保持固定距離，且兩點與Y軸平行。所述Z軸安裝在X軸運動系統上。所述雷射器、振鏡系統、XYZ運動系統和DD馬達均通過通訊系統與工控機相連。
[0059]本發明提供了一種採用上述裝置進行切割的方法，具體包括下述步驟:
[0060](I)將待加工工件置於吸附平臺上。
[0061](2)使用金剛石刀輪在待加工工件的起始加工位置，刻出初始劃痕，以便於後續的雷射加工。
[0062](3)將預定的切割路徑轉換為數位訊號，由工控機控制振鏡產生與預定切割路徑相吻合的雷射光斑。切割直線時，由工控機控制Y軸帶動待加工工件產生直線運動，同時控制振鏡產生條形光斑投射到預定切割路徑上；加工弧線時，由工控機控制XY軸和DD馬達帶動待加工工件產生複合運動，同時控制振鏡產生弧形光斑，使光斑始終與預定切割路徑完全吻合。
[0063](4)通過安裝在振鏡下方的冷卻流體噴嘴噴出冷卻流體，對已通過雷射光斑加熱的路徑進行冷卻，使玻璃產生冷熱應力而裂開。加工直線時，工控機控制Y軸移動，使冷卻流體匯聚點和雷射光斑始終位於此直線加工路徑上；加工弧線時，工控機控制XY軸和DD馬達進行三軸聯動，使待加工工件產生複合運動，也使雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上。加工弧形時工件產生複合運動示意圖如附圖4所示。無論加工直線和弧線，可以使雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上，從而實現精密切割。
[0064]上述實施裝置及方法是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本發明的，熟悉本領域的人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實現裝置做出種種修改或者變化，因而本發明的保護範圍並不被上述裝置所限，而應該是符合權利要求書提到的創新型特徵的最大範圍。
【權利要求】
1.一種用於玻璃切割的雷射設備，其特徵在於，包括底座、工作平臺、立柱、光學平臺、雷射發生器、轉折鏡組件、振鏡、X軸運動系統、Y軸運動系統、Zl軸運動系統、Z2軸運動系統、金剛石刀輪、流體冷卻系統、真空吸附平臺、DD旋轉軸運動系統、工控機和顯示器； 所述工作平臺與所述底座彈性連接；立柱位於所述工作平臺兩側，並與所述工作平臺固定連接；所述光學平臺固定連接在所述立柱上，且所述光學平臺的頂面與所述工作平臺平行，所述光學平臺的側面與所述工作平臺垂直；所述X軸運動系統固定在光學平臺側面且與設置在所述工作平臺上的Y軸運動系統和所述真空吸附平臺垂直；所述雷射發生器和所述轉折鏡組件設置在所述光學平臺上；光束通過所述轉折鏡組件反射至設置在Z2軸運動系統上的所述振鏡內；所述真空吸附平臺用於吸附待加工工件；所述真空吸附平臺固定連接在所述DD旋轉軸運動系統上；所述DD旋轉軸運動系統固定連接至所述Y軸運動系統上，所述Y軸運動系統與所述工作平臺固定連接；所述金剛石刀輪設置在所述Zl軸運動系統上，用於在玻璃預定切割路徑的起始位置刻出初始劃痕，以便於隨後的雷射切割；所述振鏡和所述流體冷卻系統的噴嘴設置在所述Z2軸運動系統上，位於真空吸附平臺上方，所述振鏡底部安裝有透鏡，通過安裝在Z2軸運動系統上的振鏡進行掃描，形成與加工路徑相匹配的形狀的雷射光斑，通過X軸運動系統、Y軸運動系統和DD旋轉軸運動系統帶動待加工工件運動，使雷射光斑沿預定的切割路徑加熱玻璃，通過同時安裝在Z2軸運動系統上的冷卻流體噴嘴冷卻，通過應力使玻璃斷裂以產生光亮斷面。
2.如權利要求1所述的雷射設備，其特徵在於，所述雷射發生器為CO2雷射器。
3.如權利要求1所述的雷射設備，其特徵在於，所述Zl軸運動系統和所述Z2軸運動系統同時固定在支架上，所述支架通過螺栓連接至所述X軸運動系統上。
4.如權利要求1所述的雷射設備，其特徵在於，所述DD旋轉軸運動系統通過連接板緊固到所述Y軸運 動系統上。
5.一種基於權利要求1-4任一項所述的雷射設備的切割方法，其特徵在於，包括下述步驟: (1)將待加工工件置於所述真空吸附平臺上； (2)使用金剛石刀輪在待加工工件的起始加工位置刻出初始劃痕； (3)工控機根據預定切割路徑控制振鏡產生與所述預定切割路徑相吻合的雷射光斑；所述預定切割路徑根據工件形狀設定，所述預定切割路徑的起始位置為所述初始劃痕； (4)通過安裝在振鏡下方的冷卻流體噴嘴噴出冷卻流體，對已通過所述雷射光斑加熱的路徑進行冷卻，使工件在冷熱應力的作用下裂開，實現工件切割。
6.如權利要求5所述的切割方法，其特徵在於，步驟(3)具體為: 加工直線時，由工控機控制Y軸帶動待加工工件產生直線運動，同時控制振鏡產生條形光斑投射到待加工工件預定切割路徑上； 加工弧線時，由工控機控制XY軸和DD馬達帶動待加工工件產生複合運動，同時控制振鏡產生弧形光斑，投射到待加工工件預定切割路徑上並使所述弧形光斑始終與所述預定切割路徑完全吻合；其中複合運動是指平移的同時旋轉所構成的運動。
7.如權利要求5或6所述的切割方法，其特徵在於，步驟(4)具體為: 加工直線時，冷卻流體匯聚點和雷射光斑始終位於此直線加工路徑上； 加工弧線時，工控機控制XY軸和DD馬達進行三軸聯動，使待加工工件產生複合運動，同時雷射光斑和冷卻流體匯聚點始終位於預定切割路徑上。
8.如權利要求7所述的切割方法，其特徵在於，冷卻流體匯聚點與雷射光斑中心之間的間隔為3mm -10mm。
【文檔編號】C03B33/09GK104071974SQ201410279170
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】段光前 申請人:武漢先河雷射技術有限公司