一种无锥度激光切割设备及其切割方法与流程

本发明涉及激光切割技术领域，更具体地说，涉及一种无锥度激光切割设备及其切割方法。

背景技术：

作为一种耐高温、耐磨、耐腐蚀的高硬度透明材料，蓝宝石已经广泛应用在平板显示、智能手机屏幕和摄像头保护镜片等消费电子行业。由于蓝宝石的莫氏硬度较高，仅次于金刚石，因此，采用传统刀轮加工蓝宝石时，会导致蓝宝石的边缘崩边较大，且对刀轮的磨损损耗也较大。

虽然现有技术中公开了一种激光切割蓝宝石的设备，但是，由于该设备中的激光器输出的激光束为高斯光束，而高斯光束具有能量分布中心大、边缘小的特性，即聚焦光束为v形光束，因此，会不可避免地造成蓝宝石正对激光束表面的切割尺寸大于背对激光束表面的切割尺寸，从而导致蓝宝石的切割断口呈现上底大、下底小的梯形分布，进而导致蓝宝石的切割边缘的锥度较大，其锥度α在10°～16°之间，不利用切割后的蓝宝石的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种无锥度激光切割设备及其切割方法，以解决现有的激光切割设备导致的蓝宝石的切割边缘锥度较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无锥度激光切割设备，包括上料组件、分度送料组件、多个承接台、第一激光切割组件、第二激光切割组件、第三激光切割组件、翻面组件和下料组件；

所述上料组件用于将上料盒中的待切割的样品搬运到相应的承接台上；

所述分度送料组件用于所述样品在所述承接台之间的搬运、所述承接台与激光切割组件的切割平台之间的搬运以及所述切割平台之间的搬运；

所述第一激光切割组件用于采用激光对相应的切割平台上的所述样品正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条；

所述翻面组件用于对相应的所述承接台上的样品进行翻面；

所述第二激光切割组件用于采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对相应的切割平台上的所述样品的反面进行首次切割；

所述第三激光切割组件用于采用激光沿着所述透光线条对相应的切割平台上的所述样品的反面进行二次切割，以切断分离所述样品；

所述下料组件用于将相应的承接台上切割后的样品搬进储料盒中。

优选的，所述第一激光切割组件包括出射激光的纳秒激光器、对所述激光进行反射的第一振镜和对所述激光进行聚焦的第一场镜；所述第一振镜和所述第一场镜依次设置在所述纳秒激光器的出光光路上。

优选的，所述第二激光切割组件包括出射高斯光束的皮秒激光器、将高斯光束转换为贝塞尔光束的光束整形系统和对所述贝塞尔光束进行聚焦的第一聚光镜，所述光束整形系统和所述第一聚光镜依次设置在所述皮秒激光器的出光光路上。

优选的，所述第三激光切割组件包括出射激光光束的二氧化碳激光器、对所述激光光束进行反射的第二振镜和对所述激光光束进行聚焦的第二场镜；所述第二振镜和所述第二场镜依次设置在所述二氧化碳激光器的出光光路上。

优选的，所述上料组件包括结构机架、固定在所述结构机架上的第一横向滑轨、与所述第一横向滑轨连接的纵向滑轨、沿所述纵向滑轨移动的翻转组件和位于所述翻转组件下方的上料盒；

所述翻转组件的底部具有吸取所述上料盒中的待切割的样品的上料吸盘，且所述翻转组件可带动所述上料吸盘旋转，以将所述上料吸盘上吸附的所述待切割的样品搬运至所述上料组件对应的承载台上。

优选的，所述分度送料组件包括升降底座、固定在升降底座上的升降柱、位于所述升降柱顶部的升降平台，所述升降平台具有多个机械臂，每个所述机械臂都具有吸附所述样品的真空吸盘；

所述升降平台可带动所述多个机械臂沿轴心转动，以实现所述样品在所述承接台之间的搬运、所述承接台与所述切割平台之间的搬运以及所述切割平台之间的搬运。

优选的，所述下料组件包括搬运切割后的样品的搬运机构、放置所述切割后的样品的储料盒和搬运所述储料盒的搬运组件；

所述搬运机构用于从所述第三激光切割组件的切割平台上吸附切割后的样品并将所述样品放置在接料板上；

所述搬运组件用于将排满所述样品的所述接料板搬进所述储料盒中。

优选的，所述搬运机构包括支柱、固定在所述支柱上的第二横向滑轨和沿所述第二横向滑轨滑动的第一滑块，所述第一滑块的下端具有吸取所述切割后的样品的下料吸盘。

优选的，所述搬运组件包括第三横向滑轨和沿所述第三横向滑轨滑动的机械手，所述机械手用于夹取所述接料板，并将排满所述样品的所述接料板搬进所述储料盒中。

一种无锥度激光切割设备的切割方法，应用于如上任一项所述的激光切割设备，包括：

上料组件将上料盒中的待切割的样品搬运到相应的承接台上；

分度送料组件将所述上料组件承接台上的所述样品搬运至第一激光切割组件的切割平台上，使所述第一激光切割组件采用激光对所述切割平台上的所述样品正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条；

所述分度送料组件将所述第一激光切割组件切割平台上切割后的所述样品搬运至翻面组件的承接台上；

所述翻面组件对所述承接台上的样品进行翻面；

所述分度送料组件将所述翻面组件承接台上的样品搬运至第二激光切割组件的切割平台上，使第二激光切割组件采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对所述切割平台上的所述样品的反面进行首次切割；

所述分度送料组件将所述第二激光切割组件切割平台上切割后的所述样品搬运至所述第三激光切割组件的切割平台上，使所述第三激光切割组件采用激光沿着所述透光线条对所述切割平台上的所述样品的反面进行二次切割，以切断分离所述样品；

所述分度送料组件将所述第三激光切割组件切割平台上切割后的所述样品搬运至下料组件的承载台上，使所述下料组件将切割后的样品搬进储料盒中。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的无锥度激光切割设备及其切割方法，上料组件上料以及分度送料组件送料后，第一激光切割组件采用激光对样品正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条，第二激光切割组件采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对样品的反面进行首次切割，第三激光切割组件采用激光沿着所述透光线条对样品的反面进行二次切割，以切断分离所述样品，之后，下料组件将切割后的样品搬进储料盒中。由于贝塞尔光束的聚焦光束并不是v形光束，而是直径小、焦深长、准直精度高的聚焦光束，因此，与高斯光束相比，采用贝塞尔光束切割的样品的边缘锥度较小甚至无锥度，更有利于切割后的样品的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无锥度激光切割设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的上料组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的分度送料组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的翻面组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的搬运机构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的搬运组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的无锥度激光切割设备的切割方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种无锥度激光切割设备，如图1所示，该设备包括主机架1、固定于所述主机架1上的底座2和固定于所述底座2上的上料组件3、分度送料组件4、多个承接台5、第一激光切割组件6、第二激光切割组件7、第三激光切割组件8、翻面组件(图中未示出)和下料组件9。

其中，所述上料组件3用于将上料盒30中的待切割的样品a搬运到相应的承接台5上；

所述分度送料组件4用于所述样品a在所述承接台5之间的搬运、所述承接台5与激光切割组件的切割平台之间的搬运以及所述切割平台之间的搬运；

所述第一激光切割组件6用于采用激光对相应的切割平台上的所述样品a正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条；

所述翻面组件用于对所述样品a进行翻面；

所述第二激光切割组件7用于采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对相应的切割平台上的所述样品a的反面进行首次切割；

所述第三激光切割组件8用于采用激光沿着所述透光线条对相应的切割平台上的所述样品a的反面进行二次切割，以切断分离所述样品；

所述下料组件9用于将相应的承接台5上切割后的样品a搬进储料盒中。

需要说明的是，本实施例中的样品a为复合基片，该复合基片包括透镜基底和油墨层，也就是说，该样品a的正面为油墨层、反面为透明基底。进一步地，该透明基底可以是蓝宝石材料，也可以是玻璃、陶瓷、硅等透明材料，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，待切割的样品a还可以是不具有油墨层的透明基片等。

由于第二激光切割组件7出射的贝塞尔光束的聚焦光束不是v形光束，而是直径小、焦深长、准直精度高的光束，因此，采用贝塞尔光束切割的样品的边缘锥度较小甚至无锥度，更有利于切割后的样品的应用。第三激光切割组件8出射的激光沿着透光线条或沿着第二激光切割组件7形成的切割轨迹照射时，会加热处理释放样品材料内部的应力，实现样品的成品与废料的分离，由于二次切割即热熔切割对边缘锥度的影响较小，因此，本实施例中最终形成的切割样品的边缘锥度仍较小。

本实施例中，第一激光切割组件6包括出射激光的纳秒激光器、对所述纳秒激光器出射的激光进行反射的第一振镜和对所述第一振镜反射的激光进行聚焦的第一场镜；所述第一振镜和所述第一场镜依次设置在所述纳秒激光器的出光光路上。

第二激光切割组件7包括出射高斯光束的皮秒激光器、将高斯光束转换为贝塞尔光束的光束整形系统和对所述贝塞尔光束进行聚焦的第一聚光镜，所述光束整形系统和所述第一聚光镜依次设置在所述皮秒激光器的出光光路上。

进一步地，光束整形系统包括将高斯光束转换为贝塞尔光束的轴锥棱镜、对贝塞尔光束进行扩束的扩束镜和对贝塞尔光束进行聚焦的第二聚光镜；其中，轴锥棱镜、扩束镜和第二聚光镜依次设置在皮秒激光器出光光路上。

本实施例中，第三激光切割组件8包括出射激光光束的二氧化碳激光器、对所述激光光束进行反射的第二振镜和对所述激光光束进行聚焦的第二场镜；所述第二振镜和所述第二场镜依次设置在所述二氧化碳激光器的出光光路上。

本实施例中，第一激光切割组件6、第二激光切割组件7和第三激光切割组件8都包括运动平台、设置在运动平台上的切割平台、切割头和对位部件。运动平台可带动切割平台和切割平台上的样品a沿x轴、y轴和z轴运动，切割头用于出射激光，对位部件用于对切割头的切割位置进行对位，以使所述切割头出射的光束沿着预设路径对所述样品进行激光切割。

其中，第一激光切割组件6、第二激光切割组件7和第三激光切割组件8的运动平台和切割平台都固定在底座2上，切割头和对位部件都通过支架固定在运动平台和切割平台的上方，且该切割头和对位部件都位于上料组件3、分度送料组件4和下料组件9的上方。

本实施例中，如图2所示，所述上料组件3包括结构机架31、固定在所述结构机架31上的第一横向滑轨32、与所述第一横向滑轨32连接的纵向滑轨33、沿所述纵向滑轨33移动的翻转组件34和位于所述翻转组件34下方的上料盒30；

所述翻转组件34的底部具有吸取所述上料盒30中的待切割的样品a的上料吸盘35，且所述翻转组件34可带动所述上料吸盘35旋转，如沿顺时针旋转90°，以将所述上料吸盘35上吸附的所述待切割的样品a搬运至所述与上料组件3对应的承载台5上。

本实施例中，如图3所示，分度送料组件4包括升降底座40、固定在升降底座40上的升降柱41、位于所述升降柱41顶部的升降平台42，所述升降平台42具有多个机械臂43，每个所述机械臂43都具有吸附所述样品a的真空吸盘44；所述升降平台42可带动所述多个机械臂43绕轴心转动以及上下移动，如绕轴心顺时针或逆时针旋转，以实现所述样品a在所述承接台5之间的搬运、所述承接台5与所述切割平台之间的搬运以及所述切割平台之间的搬运。优选地，本实施例中的升降平台42具有八个机械臂43，且每个机械臂43都能旋转至一个对应的承接台5或切割平台的上方。

本实施例中，如图4所示，翻面组件包括升降的承接台101、真空吸盘102、与所述真空吸盘102连接并带动所述真空吸盘102翻面的旋转气缸103、带动所述旋转气缸103和真空吸盘102前后移动的前后气缸104。

本实施例中，下料组件9包括搬运切割后的样品a的搬运机构、放置所述切割后的样品a的储料盒90和搬运所述储料盒90的搬运组件；所述搬运机构用于从所述第三激光切割组件8的切割平台上吸附切割后的样品a并将所述样品a放置在接料板上；所述搬运组件用于将排满所述样品a的所述接料板搬进所述储料盒90中。

如图5所示，所述搬运机构包括支柱501、固定在所述支柱501上的第二横向滑轨502和沿所述第二横向滑轨502滑动的第一滑块503，所述第一滑块503的下端具有吸取所述切割后的样品a的下料吸盘504a。

如图6所示，搬运组件包括第三横向滑轨601和沿所述第三横向滑轨601滑动的机械手602，所述机械手602用于夹取所述接料板，并将排满所述样品a的所述接料板搬进所述储料盒90中。

下面以待切割的样品a为复合基片为例对激光切割设备的切割流程进行说明。

首先，上料组件3的翻转组件34沿着纵向滑轨33向下移动，使得翻转组件34底部的上料吸盘35吸附待切割的样品a，然后翻转组件34沿着纵向滑轨33向上移动，并带动上料吸盘35旋转90°，将待切割的样品a放置在对应的承载台5上。其中，当上料盒30中的待切割的样品a依次取出后，纵向滑轨33、翻转组件34和上料吸盘35会沿着第一横向滑轨32滑动，以便能够取出上料盒30内部的待切割的样品a。

之后，分度送料组件4中的升降平台42沿升降柱41下降，使得相应的一个机械臂43上的真空吸盘44吸附上料组件3对应的承载台5上的待切割的样品a，然后升降平台42沿升降柱41上升，并绕轴心旋转一定角度，使得待切割的样品a位于第一激光切割组件6的切割平台上方，然后升降平台42沿升降柱41下降，将待切割的样品a放置在第一激光切割组件6的切割平台上。之后，第一激光切割组件6采用激光对样品a正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条。其中，第一激光切割组件6的运动平台带动样品a运动，可在样品a上形成预设轨迹的线条，例如，形成纵横交错的线条等。

第一激光切割组件6对样品a切割完成后，分度送料组件4会将第一激光切割组件6切割平台上的样品a搬运至翻面组件的承接台101上，承接台101可上下移动，真空吸盘102可前后移动，当真空吸盘102移动到承接台101上方后，真空吸盘102会吸附承接台101上的样品a，然后旋转气缸103会带动真空吸盘102翻面即旋转180°，使得样品a由正面朝上变为反面朝上，然后，真空吸盘102将反面朝上的样品a放置在承接台101上。

分度送料组件4将承接台101上的样品a搬运至第二激光切割组件7的切割台上，之后，第二激光切割组件7采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对样品a的反面进行首次切割；首次切割完成后，分度送料组件4将第二激光切割组件7切割台上的样品a搬运至第三激光切割组件8的切割台上，然后第三激光切割组件8采用激光沿着透光线条对样品a的反面进行二次切割，以切断分离样品a。

之后，分度送料组件4将第三激光切割组件8的切割台上的样品a搬运至下料组件9对应的承接台5上，第一滑块503沿着第二横向滑轨502滑动到承接台5上方，然后第一滑块503上的下料吸盘504吸附样品a，然后第一滑块503沿着第二横向滑轨502滑动到机械手602夹取的接料板上方，并将吸附的样品a放置在接料板上。当样品a在接料板上依次排满后，机械手602会沿着第三横向滑轨601滑动，将接料板搬进一侧的储料盒90中。

本发明实施例提供的无锥度的激光切割设备，上料组件上料以及分度送料组件送料后，第一激光切割组件采用激光对样品正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条，第二激光切割组件采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对样品的反面进行首次切割，第三激光切割组件采用激光沿着所述透光线条对样品的反面进行二次切割，以切断分离所述样品，之后，下料组件将切割后的样品搬进储料盒中。由于贝塞尔光束的聚焦光束并不是v形光束，而是直径小、焦深长、准直精度高的聚焦光束，因此，与高斯光束相比，采用贝塞尔光束切割的样品的边缘锥度较小甚至无锥度，更有利于切割后的样品的应用。

本发明实施例还提供了一种无锥度激光切割设备的切割方法，应用于上述任一实施例提供的激光切割设备，如图7所示，本实施例提供的切割方法包括:

s701:上料组件将上料盒中的待切割的样品搬运到相应的承接台上；

s702:分度送料组件将所述上料组件承接台上的所述样品搬运至第一激光切割组件的切割平台上，使所述第一激光切割组件采用激光对所述切割平台上的所述样品正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条；

s703:所述分度送料组件将所述第一激光切割组件切割平台上切割后的所述样品搬运至翻面组件的承接台上；

s704:所述翻面组件对所述承接台上的样品进行翻面；

s705:所述分度送料组件将所述翻面组件承接台上的样品搬运至第二激光切割组件的切割平台上，使第二激光切割组件采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对所述切割平台上的所述样品的反面进行首次切割；

s706:所述分度送料组件将所述第二激光切割组件切割平台上切割后的所述样品搬运至所述第三激光切割组件的切割平台上，使所述第三激光切割组件采用激光沿着所述透光线条对所述切割平台上的所述样品的反面进行二次切割，以切断分离所述样品；

s707:所述分度送料组件将所述第三激光切割组件切割平台上切割后的所述样品搬运至下料组件的承载台上，使所述下料组件将切割后的样品搬进储料盒中。

本实施例中的激光切割的具体流程与上述实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例提供的无锥度的激光切割设备的切割方法，上料组件上料以及分度送料组件送料后，第一激光切割组件采用激光对样品正面的油墨层进行烧蚀形成透光线条，第二激光切割组件采用贝塞尔光束沿着所述透光线条对样品的反面进行首次切割，第三激光切割组件采用激光沿着所述透光线条对样品的反面进行二次切割，以切断分离所述样品，之后，下料组件将切割后的样品搬进储料盒中。由于贝塞尔光束的聚焦光束并不是v形光束，而是直径小、焦深长、准直精度高的聚焦光束，因此，与高斯光束相比，采用贝塞尔光束切割的样品的边缘锥度较小甚至无锥度，更有利于切割后的样品的应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。