在坚硬的非金属基底内烧蚀开口的方法

专利名称：在坚硬的非金属基底内烧蚀开口的方法
技术领域：
本发明大致涉及在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，基底特别包括玻璃和陶瓷。更特别地，本发明的主题涉及使用至少一个激光器在坚硬的非金属基底内烧蚀孔。
背景技术：
已经证明在生产环境中要在坚硬的非金属基底，例如玻璃内钻孔或烧蚀孔是很困难和不易做到的。致力于在坚硬的非金属基底内钻孔的现有技术已经应用了金刚石镶尖的钻头。为了钻一个完全穿过坚硬的非金属基底24的孔而不导致孔边缘碎裂，通常必须同时从两侧面来钻。因此，两个钻头必须沿同一钻孔轴精确地对准。如果没有精确的对准，孔不能适当地成形，基底会被不可弥补地损坏。
在基底两侧面使用相对的钻头的另一个困难是可能损坏钻头，因为在钻孔时会使两个钻头接触。通常，一个钻头先退出孔，另一个钻头正与基底接触。然而，由于生产变化和相对的钻头之间距离较小，很可能钻头发生接触，被钻的物品通常被损坏。如果钻头被损坏，必须安装新钻头，众所周知那样会花费几个小时。
使用钻头在坚硬的非金属基底内形成孔还有一个缺点是不能形成具有不同形状的孔。在许多工业应用中，希望在坚硬的非金属基底内形成具有除圆形以外的形状的孔，例如，椭圆形、正方形或其他多边形。金刚石镶尖的钻头特定的操作上的局限使得只能在基底内钻圆形孔。
许多玻璃产品需要的孔目前是由金刚石镶尖的钻头形成的。这些包括庭院家具、钢化汽车玻璃、玻璃器皿、镜面的电器和电源插座盖。眼镜片透镜是用金刚石镶尖的钻头成形的。甚至玻璃浴室门也需要凹口来提供空间以连接铰链。已知形成这其中的一些孔需要耗时45分钟以上。而且，庭院家具在开始钻孔前并非都是平滑的表面，这会导致生产问题。
近来已经引入激光来切割和蚀刻玻璃基底以克服与金刚石镶尖的钻头有关的问题，但收获甚微。美国专利No.6,204,472公开了一种使用CO2激光器切割空心玻璃物品的方法。这种激光通过对玻璃汽化在玻璃基底内形成一个切割槽。然而，槽的深度有限，还必须进行二次加工在开槽的地方分离空心玻璃物品。尤其是，该玻璃用燃烧器加热并用一个冲击钻具分离。
美国专利No.5,902,368公开了使用CO2激光器来加热玻璃基底的特定区域以形成一切断点来切断薄壁玻璃基底的情况。然后玻璃基底被拉伸并在加热的分离点被分离。然而，因为激光的焦点相对玻璃基底不可调节，所以玻璃基底的深度不能大于约0.2mm。
美国专利No.4,441,008公开了一种钻穿过玻璃基底的超细孔的方法。通过在玻璃表面下方0.02到0.08英寸处建立固定的激光焦点，用激光器来钻孔。激光脉动三到五次以在玻璃基底内形成孔。为了CO2防止玻璃基底破裂，在启动激光器前将玻璃基底加热到500°和1040°F之间的一个温度。
前面讨论的现有技术中公开的在玻璃基底中钻孔的方法在生产环境里都不是切实可行并节约成本的方法。每一种激光设备的根本缺陷是不能相对玻璃基底改变激光的焦点。因此，为了防止基底被激光损坏，需要给加工过程增加额外的步骤。从而，希望提供一种激光设备和烧蚀方法，它通过相对于基底的深度移动激光焦点而能够在坚硬的非金属基底内烧蚀出孔。
发明概述本发明公开了一种用激光在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，基底包括但不限于玻璃和非金属基底。提供至少一个激光器组件，它能够产生具有可移动焦点的激光束。该焦点可以相对于坚硬的非金属基底沿基底的长度、宽度和厚度移动。启动激光器产生激光束。调整激光器以提供邻近坚硬的非金属基底的至少一个表面的激光束的焦点。在一个构造的图案内从坚硬的非金属基底的至少一个表面起烧蚀坚硬的非金属基底的第一层。相对于一个轴移动所述焦点，该轴对应于基底的厚度，从而实现基底的连续层的烧蚀。通过焦点连续地朝着基底越来越深处移动，基底的连续层被烧蚀，从而在基底内产生出孔。
在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的本方法通过相对基底深度移动激光器焦点的步骤解决了现有技术方法的问题。更进一步，现有技术的烧蚀玻璃基底的方法不包括相对基底深度可移动的焦点。因此，需要额外的步骤来防止基底损坏。
如上所述的方法能够成功地在坚硬的非金属基底内烧蚀孔，其理由不能被完全理解，但它是以这样的理论为基础的，即调整激光器的焦点逐渐深入基底。为了防止基底被激光束损坏，通过对激光器重新调焦建立一个逐渐深入基底的焦点可以烧蚀基底的连续层。进一步地，通过沿基底长度和宽度以及深度移动焦点可以在基底内烧蚀出构造的图案。因此，孔的预定构造可以在基底内烧蚀出，如果不是焦点可相对基底厚度、宽度和长度移动，这是不可能完成的。
附图的简要描述本发明的其它优点将很容易理解，因为结合附图参照下列详细描述这些内容变得更加明白，其中

图1是本发明的激光装置的示意图；图2是烧蚀进坚硬的非金属基底的不同形状的孔的顶视图；图2A是沿图2的线2B-2B的烧蚀进坚硬的非金属基底的孔的截面图；图3A是本发明的激光烧蚀过程的说明图；和图3B是定义在坚硬的非金属基底内的孔的一个壁的部分截面图；图4是激光钻孔装置的最佳实施方式的顶视图。
优选实施例的详细说明参照图1，用于本发明的方法的激光烧蚀装置的示意图通常用10表示。第一CO2激光器12和第二CO2激光器14分别产生一个激光束16a、16b，激光束最好有一个通常能够烧蚀坚硬的非金属基底，特别是玻璃和陶瓷，的大致10.6μm的波长。激光束16a、16b被定向穿过第一组光学器件18A，18B进入电流计20a，20b。每个电流计20a，20b通过z透镜轴22a，22b重调激光束16a、16b的焦距，重定向激光束16a、16b使得朝向坚硬的非金属基底24的相对侧面。从而，在相对侧面烧蚀基底24。可选择的，可以用单一的激光器来烧蚀基底24的单一侧面。
为了等同地烧蚀基底24，这将在下文进一步解释，每一个激光器12，14和每一个电流计20a，20b由控制器25定向。最好，坚硬的非金属基底24被一个台架26或相当的支撑设备支撑。位于基底24的每一侧面的冷却装置28A，28B将冷却剂30引到基底24上临近激光束16a、16b烧蚀的区域。冷却剂30可以是液态或气态，消散激光产生的热量以防止基底破裂。水被证明是用来消散激光产生的热量的最有效的冷却剂。使用水作为冷却剂还有一个额外的优点是水的过滤特性。不象气态冷却剂，水吸收由烧蚀加工产生的气态副产品。被水吸收的副产品可以被过滤作为污水排放或者如果必要水也可以用更环保的方式加以处理。
每个激光器12，14最好产生约10.6μm的波长并在75和150瓦之间操作。更佳地，每个激光器12，14产生的输出功率约100瓦。然而，所需的能级根据被烧蚀地基底24进行优化。100千瓦被证明是烧蚀几种类型的玻璃最有效的。相信钢化玻璃可能比普通玻璃需要稍微多一些的能量(和密度)。为了从激光束向玻璃传递能量，应当选择已知的能被玻璃(或其他透明基底)吸收的能级。否则，激光束将穿过玻璃。用于本发明方法的一个合适的水冷式CO2激光器是康涅狄格州布卢姆菲尔德(Bloomfield，Connecticut)的DEOS，Maria电光学系统有限公司(DEOS，Maria ElectroOptics，System，Inc)的No.LC100NV型激光器，该公司现在是相关的一个部门。一种空气冷却的或相当的激光器也适于本发明方法的实施。CO2激光器12，14用来实施本发明的方法是首选，因为它能产生的激光束包含能被坚硬的非金属基底24，诸如玻璃和陶瓷以及钢化玻璃，吸收的能级和波长。已知其它类型的激光器产生具有不同波长和能量输出的激光束会穿过玻璃透射，由此妨碍了玻璃基底24的烧蚀。
为了烧蚀坚硬的非金属基底24，最好有一个能够产生可移动的激光焦点的电流计，该焦点在x、y和z轴可移动，其中x和y对应基底24的长度和宽度，z对应深度。一种能够以这种方式移动焦点的合适的电流计是德国的SCAN Lab of Puchhein的“Hurry SCAN”型，它内置有“Vario SCAN”作为电流计系统的一部分来提供沿z轴的移动。通过激光的焦点沿z轴移动的程度来确定待烧蚀基底24的深度。目前，能沿z轴移动焦点的电流计能够移动焦点的距离大约是1.6cm。所以，在不相对激光器12，14移动玻璃的情况下，被烧蚀的坚硬的非金属基底24的深度目前不大于约3.2cm，这对许多应用已经足够了。为了烧蚀大于3.2cm的深度，必须在z轴方向移动坚硬的非金属基底24，除非能够沿z轴移动焦点的电流计技术变得更加适用。
如图2A和2B所示，能够沿x、y和z轴移动激光焦点的电流计能在坚硬的非金属基底24内烧蚀具有不同外形的开口。如上所述，x和y轴和基底24的长度和宽度相关，z轴和基底24的深度相关。为了防止损坏基底24，随着基底24的层被烧蚀，在z向的焦点的深度连续不断地增加。图2B表示了一个典型的情况，为了在基底24的一侧面形成一个孔，施加了10次激光传递来烧蚀基底24的连续层。所示的圆形孔32宽度约为4.0cm。相信就目前可得到的电流计20a，20b技术，能在基底24内烧蚀直径达8cm的孔。为了烧蚀直径较大的孔，可能要相对电流计移动基底24。方形孔34以和圆形孔32同样的方式形成。为了防止在基底24内形成应力点，优选的，形成在基底24内的多边形或方形孔的角为圆角。图2还示出了一个椭圆形的孔36，为了防止在基底24内形成应力点该孔具有紧半径(tight radiuses)。
如图2所示，每一次激光器的连续传递最好向基底内移动一个比前一次更大的深度。沿着基底24内的不同孔32，34，36的一个壁形成了一个稍微有点凹的面38。为了应用的目的，孔可以被解释为要么部分地要么完全地穿过基底24的任何孔，在基底24边缘的通常三面的凹口，部分进入基底24的蚀刻，烧蚀在基底24内的任何凹槽。为了在基底24内烧蚀大直径开口，沿每次传递绕孔32，34，36的圆周移动激光。因为激光束16a、16b在z轴上产生，其中，该z轴是孔32，34，36的中心，则孔的较大直径产生了一个凸壁38的较大半径。本领域技术人员应当理解，通过烧蚀所需孔的圆周，基底24的一个“塞子”留在了孔内。当激光束16a、16b完全传递穿过基底24时，冷却剂30通过冲击从孔32，34，36中冲出“塞子”。
参照图3A，表示出完全穿过坚硬的非金属基底24的孔37的简图。孔37从基底24的相对侧面上烧蚀。激光束16a、16b随控制器25(图1)的引导绕孔的圆周移动。控制器25还调整电流计20a，20b使激光束16a、16b沿共同的z轴对齐。从而，第一激光器12产生的激光束16a穿过z轴光学器件22a指向直接相对的激光束16b，激光束16b是第二激光器14产生的，穿过z轴光学器件22b。因此，如果每个激光器连续不断的工作直到孔37完全被烧蚀穿过基底24，z轴光学器件22a，22b将被相对的激光束16a、16b损坏。所以，优选是通过施加额外的通道使激光束16a、16b烧蚀的深度大于另一激光束16a、16b烧蚀的深度。闸板40a，40b(图1)在首先结束发射的激光器上遮盖住z轴光学器件22a，22b以防止相对的激光器损坏它的z轴光学器件22a，22b。
如图3A所示，第一激光束16a沿孔37的圆周完成了四次传递。之后，闸板40关闭。在第一激光束16a进行的四次传递之后或同时，第二激光束16b孔37的圆周进行了六次传递，直到孔37被烧蚀完全穿过基底24。为了防止损坏z轴光学器件22a，22b，只要一个激光束16a、16b结束任务比另一个激光束16a、16b早，每一个激光束16a、16b可以完成任何次数的传递以烧蚀完全穿过基底24的孔37。换句话说，一个激光束最好烧蚀达51％的基底24深度而另一个激光束只烧蚀基底24深度的约49％。
通过从基底24的相对侧面在坚硬的非金属基底24内烧蚀孔，可获得许多益处，这些益处是仅从基底24的一侧面烧蚀所不能实现的。例如，本领域技术人员应当理解，在坚硬的非金属基底24里，如玻璃里，形成的尖锐边缘会导致应力点，这会造成破裂。因此，最好从基底24的相对侧面来烧蚀基底24。在每个激光束16a、16b进行的第一次传递过程中，在最初平滑的基底24的表面上形成了一个凹槽并在基底24内形成了限定孔37的圆形边缘。因此，要求烧蚀出完全穿过基底24的最后一次传递大致在穿过基底24的中间进行。烧蚀穿过基底24的激光束的最后一次传递留下了一个粗糙的不一致的表面，如图3B所示。相信这个粗糙的不一致的表面不会不利地影响坚硬的非金属基底24的稳定性。因为它不位于基底24的边缘。
为了在基底24内烧蚀一个平滑的孔，可通过控制器23预先规定激光器12，14的参数。根据待烧蚀在基底24内的孔的类型和待烧蚀的坚硬的非金属基底24的类型，将每个激光器12，14的参数预先编制程序输入控制器23中。为了防止破裂或对基底24的其他损坏，基底24的不同类型需要不同的激光器12，14设置。预先编制程序装进控制器23的最重要的参数是激光功率、电流计速度、激光频率(脉冲重复频率)和激光的带调节脉冲。完成每一个参数以产生一个接近基底24的表面的功率密度，大致在40和50kw/cm2之间。更好的是，产生一个大致为45kw/cm2的功率密度。在这个范围内的功率密度被相信是显著高于本申请背景部分应用参考的现有技术中产生的功率密度。虽不被完全理解，但相信激光束的高功率密度和沿基底24的z轴可移动的焦点在没有额外步骤如将基底24加热到高温的情况下在成功烧蚀基底24中起到了重要作用。
图4表示本发明方法的一个可能的生产构造。第一机械手42抓住基底24并将基底24在激光器12，14之间放入台架44或相当的夹具中。可替代的，机械手42可以包括一个夹子(未示出)，用于加工过程中支撑基底24。通过传感器(未示出)发出的信号通知控制器23，待烧蚀地基底24就位。然后控制器23用信号通知激光器12，14开始烧蚀操作。此外，控制器23还用信号通知激光器12，14基底24的类型、功率设置、电流计速度、孔的尺寸、孔的形状、孔的位置、贯穿深度、焦点调整和玻璃深度，这些都与基底24的类型和在基底24里钻的孔的类型相关。
控制器向电流计20a，20b发出信号以控制激光器沿x，y，z轴的焦点。如上所述，x和y轴和基底24的长度和宽度相关，z轴和基底24的深度相关。更进一步地，通过相对于激光器12，14移动基底24，能在相对于电流计20a，20b的基底24的不同位置烧蚀几个孔。如果基底24的深度大于3.2cm，基底24还可以沿z轴移动。基底24的全部移动也是由控制器23根据预先编制的顺序来指挥的。
为了将基底24蚀刻出一定的图形，可能需要烧蚀只有部分穿过基底24的孔。因此，控制器对图案信息也是可编程的，从而使得激光器12，14能将图形，如花纹、数字、字母和条形码烧蚀进基底24内。通过启动两个激光器12和14或一个激光器12，可将图形蚀刻进基底24。通过启动两个激光器12和14，可将三维图形蚀刻进基底24。
本发明已经用说明性的方式得到描述，可以理解使用的术语意在描述的单词的本性而非限定。
显然，根据上面的教导，本发明可能做出许多改进和变化。因此，应当理解在所附的权利要求范围内，本发明可以用不同于具体描述的方式实施，权利要求中的附图标记仅为了阐述方便而没有任何限定作用。
权利要求
1.一种在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，包括下列步骤提供至少一个激光器组件，其可以在轴上产生具有焦点的激光束，其中所述焦点相对于所述轴可以移动；启动所述至少一个激光器，从而产生所述激光束；调整所述激光束的所述焦点邻近坚硬的非金属基底的至少一个表面；从坚硬的非金属基底的至少一个表面起烧蚀该坚硬的非金属基底的第一层；相对于一个轴移动所述焦点，其中，该轴对应于所述坚硬的非金属基底的深度，从而可以进行该基底的连续层的烧蚀；以及烧蚀该基底的连续层，从而在所述基底内产生一个孔。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤将邻近由所述激光束烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却，从而防止所述基底破裂。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用液体冲洗所述至少一个表面。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用水冲洗所述至少一个表面。
5.如权利要求1所述的方法，还包括步骤相对轴移动所述焦点，其中，该轴大致对应于所述坚硬的非金属基底的长度和宽度，从而烧蚀出具有预定构造的穿过所述基底的孔。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述激光束可以相对所述坚硬的非金属基底的长度和宽度移动，从而产生出多边形的孔。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述激光束可以相对所述坚硬的非金属基底的长度和宽度移动，从而产生出圆形的孔。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述激光束可以相对所述坚硬的非金属基底的长度和宽度移动，从而产生出椭圆形的孔。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述提供至少一个激光器组件的步骤被进一步限定为提供第二激光器组件，该第二激光器组件能够产生与所述第一激光束一致的第二激光束。
10.如权利要求9所述的方法，还包括步骤、基本上沿着对应于所述坚硬的非金属基底的深度的轴在所述坚硬的非金属基底的相对侧面上调整所述激光束的焦点，其中，所述激光束是由每一个所述激光器产生的，从而自所述基底的相对侧面上烧蚀出穿过所述坚硬的非金属基底的孔。
11.如权利要求10所述的方法，还包括步骤将邻近由所述激光束烧蚀的孔的所述坚硬的非金属基底的所述相对侧面冷却，从而防止所示基底破裂。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用液体冲洗所述至少一个表面。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用水冲洗所述至少一个表面。
14.如权利要求9所述的方法其特征在于所述自从所述基底的相对侧面上烧蚀出穿过所述坚硬的非金属基底的孔的步骤被进一步限定为所述激光束中的一个烧蚀的所述坚硬的非金属基底的连续层比所述激光束中的另一个烧蚀的多。
15.一种在坚硬的非金属工件内烧蚀孔的方法，包括下列步骤在坚硬的非金属工件上产生一个激光束，该激光束具有邻近该工件表面的焦点；大致沿着所述激光束的轴改变所述激光束的所述焦点到第一个预定深度；大致沿着所述轴改变所述激光束的所述焦点到第二预定深度，以将所述坚硬的非金属工件烧蚀到第二预定深度；以及连续改变所述激光束的所述焦点到连续的深度以在坚硬的非金属工件内烧蚀出孔。
16.如权利要求15所述的方法，还包括步骤沿所述坚硬的非金属工件的长度和宽度在预定图案内移动所述激光束，其中，该图案位于所述焦点的相对于工件的深度的每次改变之间，从而在工件内烧蚀出具有所述预定图案形状的孔。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述在坚硬的非金属工件上产生激光束的步骤被进一步限定为在所述坚硬的非金属工件的相对侧面上产生激光束。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述在坚硬的非金属工件的相对侧面上产生激光束的步骤被进一步限定为沿着与工件的深度相关的同一个轴在工件的相对侧面上产生激光束。
19.如权利要求15所述的方法，还包括步骤用冷却剂冷却邻近孔的坚硬的非金属工件，其中，该孔是由所述激光器在工件内烧蚀出来的。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述用冷却剂冷却坚硬的非金属工件的步骤被进一步限定为用液体冷却该工件。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述用冷却剂冷却坚硬的非金属工件的步骤被进一步限定为用水冷却工件。
22.如权利要求15所述的方法，还包括步骤调节所述激光器发出这样的激光束，该激光束具有的能量密度、波长、直径、和烧蚀率与被烧蚀的坚硬的非金属工件的种类相关。
23.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述连续改变所述激光束的所述焦点到连续的深度以在坚硬的非金属工件内烧蚀出孔的步骤被进一步限定为烧蚀出完全穿过工件的孔。
24.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述连续改变所述激光束的所述焦点到连续的深度以在坚硬的非金属工件内烧蚀出孔的步骤被进一步限定为烧蚀出部分穿过工件的孔。
25.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述烧蚀出部分穿过坚硬的非金属工件的孔的步骤被进一步限定为在所述工件内烧蚀出一个图形。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于所述烧蚀出部分穿过坚硬的非金属工件的孔的步骤被进一步限定为在所述工件内烧蚀出一个图形。
27.如权利要求23所述的方法，其特征在于所述烧蚀出部分穿过坚硬的非金属工件的孔的步骤被进一步限定为在所述工件的相对侧面内烧蚀出一个图形。
28.一种在坚硬的非金属基底内烧蚀孔的方法，包括下列步骤提供至少一个具有聚焦装置的激光器组件，该聚焦装置能够沿三个方向的轴移动由所述激光器组件产生的激光束的焦点，其中，该三个方向的轴对应于坚硬的非金属基底的长度、宽度和深度；启动所述至少一个激光器，从而产生所述激光束；调整所述激光束的所述焦点邻近坚硬的非金属基底的至少一个表面；在构造图案内烧蚀坚硬的非金属基底的第一层；沿着一个轴移动所述焦点，其中，该轴对应于坚硬的非金属基底的深度，从而可以进行该基底的连续层的烧蚀；以及烧蚀坚硬的非金属基底的连续层，从而在所述基底内产生一个孔。
29.如权利要求28所述的方法，还包括步骤将邻近由所述激光束烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却，从而防止所述基底破裂。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用液体冲洗所述至少一个表面。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用水冲洗所述至少一个表面。
32.如权利要求28所述的方法，还包括步骤相对轴移动所述焦点，其中，该轴大致对应于所述坚硬的非金属基底的长度和宽度，从而烧蚀出具有预定构造的穿过所述基底的孔。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述移动所述焦点的步骤被进一步限定为在一个多边形图案里移动所述焦点，从而产生多边形的孔。
34.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述移动所述焦点的步骤被进一步限定为在一个圆形图案里移动所述焦点，从而产生圆形的孔。
35.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述移动所述焦点的步骤被进一步限定为在一个椭圆形图案里移动所述焦点，从而产生椭圆形的孔。
36.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述提供至少一个激光器组件的步骤被进一步限定为提供两个激光器组件，每个该激光器组件都能够产生一个激光束，该激光束具有可以相对于坚硬的非金属基底沿着该坚硬的非金属基底的长度、宽度和深度移动的焦点。
37.如权利要求36所述的方法，还包括步骤基本上沿着对应于所述坚硬的非金属基底的深度的轴在所述坚硬的非金属基底的相对侧面上调整所述激光束的焦点，其中，该激光束是由每一个所述激光器产生的，从而自所述基底的相对侧面上烧蚀出穿过所述坚硬的非金属基底的孔。
38.如权利要求37所述的方法，还包括步骤将邻近由所述激光束烧蚀的孔的所述坚硬的非金属基底的相对侧面冷却，从而防止所述基底破裂。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用液体冲洗所述至少一个表面。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于所述将邻近被烧蚀的孔的坚硬的非金属基底冷却的步骤被进一步限定为用水冲洗所述至少一个表面。
41.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述自所述基底的相对侧面上烧蚀出穿过所述坚硬的非金属基底的孔的步骤被进一步限定为所述激光束中的一个烧蚀的所述坚硬的非金属基底的连续层比所述激光束中的另一个烧蚀的多。
42.一种用于在工件的相对侧面中烧蚀孔的装置，包括具有第一电流计的第一激光器组件和具有第二电流计的第二激光器组件；所述第一激光器组件具有第一光学透镜，用于调整从所述第一激光器组件发出的第一激光束的焦点，所述第二激光器组件具有第二光学透镜，用于调整从所述第二激光器组件发出的第二激光束的焦点；其中，所述第一光学透镜离开第二光学透镜位于所述被烧蚀的工件的相对侧面上，从而在工件的相对侧面上调整所述第一和第二激光束的焦点。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述第一和第二电流计沿轴调整所述第一和第二激光束的焦点，其中，该轴与所述工件的长度、宽度和深度相关。
44.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述第一光学透镜和第二光学透镜被设置成沿基本上同样的轴调整所述第一和第二激光束的焦点。
45.如权利要求42所述的装置，还包括控制器，该控制器电连接到所述第一和第二激光器组件上，并且是可编程的，用于控制所述激光束的烧蚀率。
46.如权利要求42所述的装置，还包括能够为工件提供冷却剂的冷却装置，从而消散所述激光束在工件上产生的热量。
47.如权利要求42所述的装置，其特征在于每个所述第一和第二激光器组件都包括CO2激光器。
48.如权利要求42所述的组件，其特征在于所述第一和第二激光器产生基本上在40到50kw/cm2之间的功率密度。
49.如权利要求42所述的组件，其特征在于所述第一和第二激光器产生大致为45kw/cm2的功率密度。
50.一种坚硬的非金属工件，包括至少一个孔，该孔穿过所述坚硬的非金属工件的大致相对的外表面延伸，其中，所述孔由所述工件的内表面限定，该工件被相对的激光束烧蚀，从而形成一个平滑的入口边缘和在所述内表面上的不规则图案，该内表面位于所述工件的所述外表面的内部。
51.如权利要求40所述的工件，其特征在于所述孔包括圆形。
52.如权利要求40所述的工件，其特征在于所述孔包括多边形。
53.如权利要求40所述的工件，其特征在于所述孔包括椭圆形。
全文摘要
本发明公开了一种在坚硬的非金属基底(24)内烧蚀孔的方法。提供至少一个激光器组件(12)，它能够在轴上产生具有焦点的激光束(16a)，其中所述焦点相对于所述轴可以移动。激光束(16a)的焦点定位于邻近基底(24)的至少一个表面。用激光束(16a)烧蚀基底的第一层(传递－1)。相对于一个对应于基底(24)的深度的轴移动所述焦点，从而可进行基底(24)的连续层(传递2－10)的烧蚀，在基底(24)内产生孔(32)。
文档编号B23K26/40GK1522185SQ02813241
公开日2004年8月18日 申请日期2002年7月2日 优先权日2001年7月2日
发明者鲁伊斯·格洛弗, 迈克·卡明, 塞克·阿奇巴尔德, 卡明, 阿奇巴尔德, 鲁伊斯 格洛弗 申请人:维蒂克激光系统公司