一种采用激光刻划玻璃加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光玻璃加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种采用激光刻划实 现玻璃切割加工的方法，可以实现多种图形（不仅仅是直线）及厚度切割。
【背景技术】
[0002] 玻璃，一种无规则结构的非晶态固体，熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度 逐渐增大并硬化，无固定熔点，其主要成分为二氧化硅，种类繁多，伴随着掺杂物质的不同 呈现出不同形态和特性，随着科学技术的发展，玻璃现在已经普及的应用到生活的各个方 面，包括建筑，化工，军事，家庭生活工业设计等，与陶瓷材料和有机高分子材料共同组成三 大支柱非金属材料。
[0003] 随着玻璃应用的普及，对于产品差异化的要求也愈加迫切，这对于玻璃的加工模 式和精度要求产生了极大的挑战。传统的玻璃加工主要包括热熔吹拉，模具成型，机械以及 化学处理等方法，近年来，随着电子产业的发达，对于精度的要求更加苛刻（微米级），传统 玻璃加工已经很难满足如此高的切割要求，为此发展更加精细快速的玻璃加工工艺十分必 要。
[0004] 传统玻璃加工方式（机械加工，超声波加工，喷砂加工以及化学腐蚀加工等）存在 加工时间长，成品率相对降低，辅助耗材消耗严重，存在一定化学污染以及精度差等缺点。
[0005] 作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一， 激光技术和激光产业的发展受到世界范围内的高度重视。激光加工技术采用激光束与物质 相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等一 系列处理的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶 金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材 料消耗等起到愈来愈重要的作用。
[0006] 现今关于激光玻璃加工的研究主要集中在激光诱导外加机械应力共同作用的情 况下实现玻璃的切割加工，其中尤以二氧化碳激光器为甚，其原理主要是聚焦的二氧化碳 激光器光束作用在玻璃表面，玻璃吸收光束能量产生热积累，于此同时辅助淬火活着冷却 气体作用在激光扫描路径之上，急剧的温差变化时玻璃内部沿着切割方向产生裂纹，后续 采用机械加工方式进行裂开操作，此种工艺具有一定的应用市场但是由于切割图形的单 一，具有很大的局限性。
[0007] 综上所述，开发一种快速，高精度无污染，适用范围广泛及附属损耗低的玻璃加工 方式很有必要。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种采用激光刻划玻璃加 工方法，其方法简单、良品率高并能满足高精度低损伤的玻璃切割要求。
[0009] 为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
[0010] -种采用激光刻划玻璃加工方法，该玻璃加工方法具体步骤如下：
[0011] 步骤Sl :选取合适的激光光束；
[0012] 步骤S2 :对待加工的工件玻璃进行清洗去污，并将其水平放置于三维移动平台之 上，调节三维移动平台的Z轴高度，使得激光光束的焦点位置位于工件玻璃下表面的设定 范围内，该设定范围根据公式（1)确定：
[0014] 其中，Dl为所述设定范围，df为聚焦后光斑直径大小，M2为激光光束质量因子，kl 为修正系数，其大小介于0. 1~0. 9之间；
[0015] 步骤S3 :激光光束按照设定的图案和路径对工件玻璃进行刻划加工，并在工件玻 璃的底部形成切割槽体，所述设定的图案采用螺旋线或者样条曲线；
[0016] 步骤S4 :随着切割槽体深度的增加，根据公式（2)得到的调整步距，以及公式（3) 得到的步距调整时间，往复移动三维移动平台的Z轴完成工件玻璃的刻划加工过程；
[0018] 其中，D2为所述调整步距，df为聚焦后光斑直径大小，k2为修正系数，其大小介于 0. 3~0. 7之间；
[0020] 其中，△ T为所述步距调整时间，N为激光光束的刻划次数，k3为修正系数，其大小 介于1-10之间，与N成反相关，η为偏移圈数，L为每一圈刻划路径的周长，V为激光光束的 刻划速度；
[0021] 步骤S5 :对加工完成的工件玻璃进行清洗和测试。
[0022] 所述步骤Sl中，选取激光光束的波长范围介于255-532nm之间，激光光束的单脉 冲能量应介于〇. 1~ImJ之间，激光光束的光斑大小应介于20~60um之间，激光光束的激 光功率应介于5~50W之间。
[0023] 所述步骤S3中，螺旋线或者样条曲线组成刻划区域的大小介于0.2~Imm之间， 偏移量的大小介于（〇. 3~1. 3) df之间；设定的路径由工件玻璃的底部至顶部。
[0024] 所述步骤S2中，采用浓度为99 %的工业乙醇来擦拭工件玻璃。
[0025] 所述步骤S5中，对加工完成后的工件玻璃进行清洗的溶液采用40%浓度的氢氟 酸+十二烷基硫酸钠+异丙醇+20%乙酸水+水，其相应质量配比为0. 5% +0. 07% +8% +5% +86. 43%，测试则进行锥度、边缘粗糙度以及抗压测试。
[0026] 所述加工方法采用的系统包括激光器、扩束镜、振镜扫描组件和三维移动平台，其 中激光器、扩束镜、振镜扫描组件水平设置在同一直线上，三维移动平台设置在振镜扫描组 件的正下方；
[0027] 待加工的工件玻璃水平设置在三维移动平台上，激光器发出的激光光束依次经过 扩束镜、振镜扫描组件扩散聚焦后形成聚焦光束，聚焦光束作用在待加工的工件玻璃上。
[0028] 所述系统还包括除尘装置，三维移动平台上开口，待加工的工件玻璃放置在开口 上方，除尘装置设置在三维移动平台开口的下方。
[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0030] 本发明采用激光刻划实现玻璃的切割加工，能够满足实际中对于高精度低损伤的 玻璃切割要求，其加工方法的工艺简单，易于集成到产业化生产中，后续无需增加辅助机械 操作，在不增加额外成本的情况下，通过增加一台激光器即可实现；此外，可以实现多种图 形的刻划加工，即能够满足客户差异化要求，且其良品率高，一致性好，可以很好的避免后 期装配过程产生的失配现象，便于企业化的大批量生产和良品率的控制。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明玻璃加工方法采用系统的组成图。
[0032] 图2为本发明工件玻璃加工后的示意图。
[0033] 图3为本发明工件玻璃的加工螺旋线示意图形。
[0034] 图4为本发明玻璃加工方法的流程图。
[0035] 附图标记说明：110-激光器；111-扩束镜；112-振镜扫描组件；113-聚焦光束； 120-工件玻璃；130-三维移动平台；140-除尘装置；200-工件玻璃基底；201-切割槽体； 300-螺旋线。
【具体实施方式】
[0036] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所 描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻 全面。
[0037] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0038] 参阅图1所示，本发明提供的一种采用激光刻划玻璃加工方法，该方法采用的系 统包括激光器110、扩束镜111、振镜扫描组件112、三维移动平台130和除尘装置140,其中 扩束镜111采用2-8X扩束镜，激光器110、扩束镜111、振镜扫描组件112水平设置在同一 直线上，三维移动平台130设置在振镜扫描组件112的正下方，三维移动平台130上开口， 其开口下方设置有除尘装置140。
[0039] 待加工的工件玻璃120水平设置在三维移动平台130的开口上方，由激光器110 发射一束激光光束，所述激光光束依次经过扩束镜111和振镜扫描组件112扩散聚焦后形 成聚焦光束113,聚焦光束113在工件玻璃120表面沿着设定路径进行刻划扫描形成切割线 和切割槽体201，所述切割线由一系列螺旋线或者样条曲线组成，所述切割槽体201形成于 工件玻璃120底部，即工件玻璃120的切割路径是从底部移动到顶部完成切割过程，随着工 件玻璃120底部切割槽体201深度的增加，三维移动平台130的Z轴按照设定步距进行移 动，如此往复，直至工件玻璃120完全贯穿，切割样品脱离工件玻璃基底200。
[0040] 以上所述