一种针对CO2激光切割的裂纹的判定方法和系统与流程

本发明涉及一种对CO₂激光切割所产生的裂纹进行判定方法以及用于执行该方法的系统。

背景技术：

如图1所示，用于对于玻璃进行切割的CO₂激光切割机主要由机械切割装置、CO₂激光头、冷却装置组成。CO₂激光切割玻璃的过程为：首先CO₂激光头在玻璃表面形成CO₂激光光斑，CO₂激光光斑位于要产生的裂纹的初始位置；然后，沿要产生的切割线的方向，CO₂激光头移动以使所产生的CO₂激光光斑所沿切割线运动，对玻璃进行加热，同时冷却装置在CO₂激光头之后移动以在CO₂激光光斑的后方在玻璃上形成冷却区域，玻璃热胀冷缩产生应力，该应力产生初始裂纹，使初始裂纹沿切割线方向从切割线起点延伸到切割线终点，如图1所示；最后CO₂激光切割完成后，裂片机构使用机械压力或者其他方式，使裂纹在玻璃的竖直方向进一步延伸，最终将玻璃分离开来。

在使用CO₂激光来切割玻璃时，初始裂纹的延伸是其中一个极其关键的环节，裂纹延伸断裂将会直接影响玻璃裂片，产生碎片不良。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提出了一种针对CO₂激光切割的判定方法和系统，更具体地而言，提出了一种针对CO₂激光切割所产生的初始裂纹进行判定的方法和系统，该方法和系统能够对CO₂激光切割所产生的初始裂纹是否完全延伸作出正确的判断，从而提高玻璃切割的优良率。

根据本发明的一个方面，一种针对CO₂激光切割的判定方法包括如下 步骤：

步骤一：确定对于特定玻璃的光滑表面的光源的光滑反射阈值A；

步骤二：使光源从CO₂激光切割所产生的玻璃上的初始裂纹的侧面入射，入射光所产生的光斑落到初始裂纹上；同时在与入射的光相对的初始裂纹的另一侧接收由具有初始裂纹的玻璃所反射的光，此时光源的反射值为B；

步骤三：沿初始裂纹延伸方向移动光源并且同时接收反射光；

步骤四：当反射光由反射值B变化至大于光滑反射阈值A时，则认为初始裂纹发生断裂，记录裂纹断裂的发生位置。

根据本发明的判定方法可以具有以下有利特征：

在步骤三中，光源从初始裂纹的起点一直移动到初始裂纹的终点；从而在步骤四中，记录裂纹断裂的发生位置的范围；

光滑反射阈值A与反射值B相差至少一个数量级，反射值B到光滑反射值A的变化为跳变；

所述光源所形成光斑的宽度与初始裂纹的宽度相等或匹配；

所述光源的入射角和反射角根据能根据裂纹的位置进行调整；

光源所形成光斑的中心与初始裂纹的中心重合；

根据再一个方面，本发明还涉及一种玻璃切割方法，其包括如下步骤：

步骤一：使用CO₂激光切割在待切割玻璃上制造初始裂纹；

步骤二：使用上述的激光切割方法对初始裂纹是否断裂进行判定；当初始裂纹断裂时，执行步骤三；当初始裂纹未发生断裂时，执行步骤四；

步骤三：当初始裂纹断裂时，将断裂的初始位置作为CO2激光切割的初始位置并从步骤一开始重新执行：

步骤四：当初始裂纹未发生断裂时，执行裂片操作，将玻璃切割开来。

根据再一个方面，本发明还涉及一种针对CO₂激光切割的判定系统，所述系统包括主机架，在支架上安装有沿裂纹延伸方向延伸的水平X向导轨，光源和接收反射光的光学传感器安装在可以沿所述水平X向导轨滑动的探头支架上，驱动装置驱动光源和光学传感器在主机架上运动。

根据本发明的判定系统可以具有如下有利特征：

根据本发明的判定系统还具有与裂纹延伸方向正交的水平Y向导轨和竖直Z向导轨，水平Y向导轨和竖直Z向导轨，驱动装置驱动光源和光学传感器还能够沿所述Y向和Z向滑动而进行调整。

所述驱动装置为马达，该马达设置有编码器，编码器的数据用于对初始裂纹的断裂点进行计算：P＝(c-a)*L/(b-a)，其中：P为切割线断裂点位置，c为切割线断裂点处的马达地址，a为切割线起始点处的马达地址，b为切割线终点处的马达地址，L为切割线长度。

附图说明

在接合附图的下面描述中，本发明的其它特征和优点将更加明显地显现。图中：

图1是CO₂激光切割玻璃的过程的原理图；

图2是初始裂纹发生断裂时的示意图；

图3是初始裂纹断裂时的光源入射、反射的示意图；

图4是初始裂纹未断裂时的光源入射、反射的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的针对CO₂激光切割线的判定系统的结构图；

图6是根据本发明的一个实施例的应用针对CO₂激光切割线的判定方法的玻璃切割方法的流程图；

具体实施方式

如图1所示为利用CO₂激光切割机对玻璃进行切割的原理图，在对要切割开的玻璃100进行裂片之前需要在玻璃100上使用激光切割机来沿切割线制造初始裂纹110，初始裂纹110在切割线的位置延伸，CO₂激光头发出激光光束在玻璃100上形成激光光斑102，CO₂激光头沿着切割线的方向移动使得激光光斑102在要形成初始裂纹101的方向移动，同时冷却装置在玻璃100上在激光光斑102的后方形成冷却区域103，冷却区域103 随着激光光斑102的移动而从切割线起点104移动直到切割线终点105，激光光斑102首先对玻璃100进行加热，然后冷却区域103对已进行加热后的玻璃100再进行冷却，玻璃100由于热涨冷却作用而产生应力，裂纹沿切割线方向从切割线起点104延伸到切割线终点105。

在理想状态中，初始裂纹101应该沿着切割线的方向完全延伸，但是事实上，由于各种因素会存在有初始裂纹断裂的情况，如图2所示，其中106为初始裂纹的断裂点。在本发明的实施例中，对于是否存在初始裂纹以及初始裂纹的位置进行判定。

初始裂纹的断裂的原理如图3和图4所示。在玻璃100的上方设置有光学传感器1和发出入射光的光源2，在玻璃100的表面没有初始裂纹的情况下，玻璃100的表面为光滑的(即裂纹中断/断裂时)，光源2的入射光201几乎全部被光滑的玻璃100镜面反射形成反射光202，如在图3中看到的，图3为图2的B-B截面的剖视图。而在玻璃100的表面形成有初始裂纹101的情况下，当入射光201照射到裂纹上时，由于初始裂纹所形成的粗糙表面，入射光201发生漫反射，此时反射光与镜面反射所形成的反射光202相比就十分微弱，如图4所示，图4为图2的A-A截面剖视图。例如，在镜面反射所形成的反射光202的光通量为450lm时，而在发生漫反射的情况下所接收到的反射光的可能就为几十lm，例如30lm。因此,当根据这一点，当所测得的光通量发生阶跃时就可以认为发生了断裂。进一步地，当所测得的光通量达到或超过光滑反射阈值A时，就可以认为发生了断裂。优选地,光滑反射阈值A不必等于镜面反射形成反射光202的光通量,而可以与反射光202的光通量相同数量级相同的较小值。例如，对于某种玻璃，镜面反射形成反射光202的光通量为450lm，有裂纹时的光通量值B＝30lm，则可设置光滑反射阈值A＝240lm，可以想到的是光滑反射阈值A可以为小于镜面反射形成的反射光202的光通量的相同数量级的其它值。

采用如图5所示的判定系统200对于初始裂纹进行判定，所述系统包括用于发出入射光的光源2和用于接收反射光的光传感器1，传感器1和 光源2固定在探头支架3上，探头支架3沿切割方向的Y方向在固定在主机架5上的第一导轨4上移动。探头支架3能够在图示的Z向和X向进行调整以调整光源2和光传感器1相对于玻璃的位置，以实现对于不同位置的初始裂纹的判定。探头支架3在第一导轨4上的移动由驱动装置例如驱动马达6来实现，优选地，驱动马达6设置有编码器或光标尺，以对裂纹断裂位置进行判定。

如图5所示，探头支架3安装在第二导轨7上，第二导轨7沿垂直于玻璃表面的竖向Z向延伸，因此探头支架能够在Z方向进行调整；第二导轨7又固定于第一底座8，而第一底座8又定位于第三导轨9，第三导轨9沿着与切割方向正交的水平X向延伸，第一底座8能够沿着第三导轨9进行X方向的调整，随之，探头支架2也能够进行X向的调整。探头支架2能够在X向和Z向进行调整使得本系统的应用更为灵活，可以使用于各种不同的情况。所述探头支架2、第二导轨7、第一底座8、第三导轨9都集成于第二底座10上，第二底座10定位于第一导轨4上，从而使得探头支架2能够沿着切割方向Y向移动。

更进一步优选地，光传感器1和光源2都可以在探头支架2上转动，从而使得光源2的入射角α是可以调整的；根据光的传播定律，入射角与反射角相等，优选地，光传感器1的角度调整与光源2的角度调整同步，即同时转过相同的角度，以使得更便捷迅速地接收反射光。

下面讨论如何利用如图5所示的系统来辅助进行玻璃的切割。

在一个实施例中，所切割的玻璃100的厚度为0.7mm，玻璃100的颜色为无色透明，玻璃100的表面设置有镀膜层，该待切割的玻璃100的反射率为>8％。对于该玻璃100进行标定以得到光滑反射阈值以及相应的入射角α。入射角度α的选择使得在所述玻璃上形成的光斑的中心与裂纹的中心大致重合。在该实施例中，入射角α为45°，镜面反射形成反射光202的光通量为450lm，有裂纹时的光通量值B＝30lm，设置光滑反射阈值A＝240lm。可以想到的是光滑反射阈值也可以设置比有裂纹时的光通量值高一个数量级的其它值。光通量跳变的这种现象，使得对于裂纹断裂的判 定更为准确。

如图6的流程图所示，首先利用CO2激光切割机来在一块玻璃100上制作初始切割线。该初始切割线的制作过程与常规切割线制作方法相同。在本实施例中所用的CO2激光切割头的功率为250w,CO2激光切割头的出射波长为10.64um，CO2激光切割头的移动速度为300mm/s，冷却装置在激光切割头后进行冷却，冷却装置的移动速度与CO2激光切割头的移动速度相同。CO2激光切割头与冷却装置在待切割玻璃100上制造出初始切割线。

如图5所示，接着利用所述的判定系统来进行裂纹是否断裂的判定，裂纹判定过程如图5所示，在该步骤中使用的入射光的光源2与标定时使用的光源相同。首先调整探头支架3的各项参数：X向、Y向、Z向位置与标定时的位置对应，使得入射角α与标定时角度相同，并且使得入射光201的形成光斑的中心与裂纹的中心重合；光斑的中心与裂纹的中心重合使得反射光对于裂纹的断裂更为敏感。

然后沿着切割方向Y向从初始裂纹的起点开始对切割裂纹进行扫描探测；当传感器1的所接收到的光通量超过光滑反射阈值A时，即判定裂纹断裂；

如图4所示，优选地，当裂纹断裂时，优选将该断裂信息反馈给相关操作人员，相关人员进行位置判定将裂纹的断裂点作为切割线的起点使用CO2激光切割机进行补充切割，制作二次裂纹，当二次裂完成后继续上述的裂纹是否存在断裂的判定。当直到扫描到裂纹终点，而不存在超过光滑反射阈值A的光通量时，可以断定裂纹完全延伸；

当裂纹完全延伸时，应用机械压力或其它方式，使得裂纹在玻璃的竖直方向进一步地延伸，最终使得玻璃分隔开来。

优选地，在驱动马达6上所设置的编码器可以帮助对裂纹位置的判定。当原始裂纹的长度为L,在裂纹起点处的编码器地址为a,切割线断裂点处的马达地址为c，，切割线终点处的马达地址b，L为切割线长度。则切割线断裂点位置P＝(c-a)*L/(b-a)。

对于同一种类的玻璃切割，可以仅仅进行一次标定，得到对于某一种玻璃的入射角值α以及光滑反射阈值A，而对于多块玻璃的裂纹断裂进行判定，而提高工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对本领域的技术人员而言，可以在不偏离本发明的范围的情况下对本发明的装置做出多种改良和变型。本领域的技术人员通过考虑本说明书中公开的内容也可得到其它实施例。本说明书和示例仅应被视为示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。