用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统及方法

1.一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，包括
将待加工件放置在平台上；
启动激光器发射激光，所述激光经过光闸、扩束装置、振镜系统及场镜到达待加工件表面；
通过工控机控制振镜进行横线填充加工，在所述待加工件上形成微孔；
通过工控机控制高速旋转装置对所述微孔边缘进行加工。
2.根据权利要求1所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，所述通过工控机控制振镜进行横线填充加工，在所述待加工件上形成微孔包括：
根据激光的光斑尺寸和单个激光脉冲的去除量确定扫描线之间的距离和加工的层数；
根据激光脉冲的频率和所述光斑尺寸确定振镜的扫描速度；
通过振镜对待加工区域进行横线填充扫描，形成微孔。
3.根据权利要求1所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，所述通过工控机控制高速旋转装置对所述微孔边缘进行加工具体为：
激光进入高速旋转装置后形成旋转光轴；
旋转光轴经过第一楔形透镜和第二楔形透镜后发生平移；
平移后的激光经聚焦镜聚焦在微孔的边缘上，并随着旋转光轴的旋转而沿着微孔的边缘高速运动，对微孔边缘进行加工。
4.根据权利要求1所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，采用一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统，包括：工控机、激光器、光闸、扩束装置、高速旋转装置、振镜、场镜和平台，所述激光器、光闸、扩束装置、高速旋转装置、振镜和场镜皆与所述工控机连接，所述平台用于放置待加工件，所述高速旋转装置包括楔形透镜和聚焦镜。
5.根据权利要求4所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，所述振镜为3D振镜。
6.根据权利要求4所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，所述激光器为纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器。
7.根据权利要求4所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，所述楔形透镜包括第一楔形透镜和第二楔形透镜，所述第一楔形透镜的薄端与所述第二楔形透镜厚端相对设置并相距预设的距离，所述第一楔形透镜的厚端与所述第二楔形透镜薄端相对设置并相距所述预设的距离。
8.根据权利要求4所述的用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，其特征在于，所述硬脆性材料为玻璃，所述待加工件为玻璃件。

用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统及方法。\n背景技术\n[0002] 玻璃作为一种常用的窗口材料已广泛应用于日常的消费电子之中，很多应用中都需要对玻璃进行特殊的加工，最常见的就是制作微孔，对于直径为200-500μm的微孔，常用的机械加工必须采用进口的高精度钻头，存在磨损严重的问题且加工过程中需采用水进行冷却，而常规的激光加工必须完全去除微孔中心的材料，同时振镜扫描小圆难以获得较高的扫描速度，扫描路径中圆的直径越小，可获得的最高扫描速度越低，导致加工效率较低。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于提出一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统及方法，能够提高加工速度和加工质量。\n[0004] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：\n[0005] 作为本发明的一个方面，提供的一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统，包括：\n工控机、激光器、光闸、扩束装置、高速旋转装置、振镜、场镜和平台，所述激光器、光闸、扩束装置、高速旋转装置、振镜和场镜皆与所述工控机连接，所述平台用于放置待加工件，所述高速旋转装置包括楔形透镜和聚焦镜。\n[0006] 可选地，所述振镜为3D振镜。\n[0007] 可选地，所述激光器为纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器。\n[0008] 可选地，所述楔形透镜包括第一楔形透镜和第二楔形透镜，所述第一楔形透镜的薄端与所述第二楔形透镜厚端相对设置并相距预设的距离，所述第一楔形透镜的厚端与所述第二楔形透镜薄端相对设置并相距所述预设的距离。\n[0009] 可选地，所述硬脆性材料为玻璃，所述待加工件为玻璃件。\n[0010] 作为本发明的另一个方面，提供的一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，包括\n[0011] 将待加工件放置在平台上；\n[0012] 启动激光器发射激光，所述激光经过光闸、扩束装置、振镜系统及场镜到达待加工件表面；\n[0013] 通过工控机控制振镜进行横线填充加工，在所述待加工件上形成微孔；\n[0014] 通过工控机控制高速旋转装置对所述微孔边缘进行加工。\n[0015] 可选地，所述通过工控机控制振镜进行横线填充加工，在所述待加工件上形成微孔包括：\n[0016] 根据激光的光斑尺寸和单个激光脉冲的去除量确定扫描线之间的距离和加工的层数；\n[0017] 根据激光脉冲的频率和所述光斑尺寸确定振镜的扫描速度；\n[0018] 通过振镜对待加工区域进行横线填充扫描，形成微孔。\n[0019] 可选地，所述通过工控机控制高速旋转装置对所述微孔边缘进行加工具体为：\n[0020] 激光进入高速旋转装置后形成旋转光轴；\n[0021] 旋转光轴经过第一楔形透镜和第二楔形透镜后发生平移；\n[0022] 平移后的激光经聚焦镜聚焦在微孔的边缘上，并随着旋转光轴的旋转而沿着微孔的边缘高速运动，对微孔边缘进行加工。\n[0023] 本发明的有益效果为：一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统及方法，该系统包括：工控机、激光器、光闸、扩束装置、高速旋转装置、振镜、场镜和平台，所述激光器、光闸、扩束装置、高速旋转装置、振镜和场镜皆与所述工控机连接，所述平台用于放置待加工件，所述高速旋转装置包括楔形透镜和聚焦镜，本发明通过振镜对待加工件进行横线填充加工出微孔，然后再通过高速旋转装置对微孔边缘进行加工，提高了加工速度和加工质量。\n附图说明\n[0024] 图1是本发明实施例一提供的一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统的结构示意图；\n[0025] 图2是本发明实施例一提供的待加工件加工流程中形成的结构示意图；\n[0026] 图3是本发明实施例一提供的高速旋转装置结构示意图；\n[0027] 图4是本发明实施例二提供的一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法的流程图；\n[0028] 图5是图4中步骤S30的具体方法流程图；\n[0029] 图6是图4中步骤S40的具体方法流程图。\n[0030] 其中，附图标记如下：\n[0031] 工控机1\n[0032] 激光器2\n[0033] 光闸3\n[0034] 扩束装置4\n[0035] 高速旋转装置5\n[0036] 振镜6\n[0037] 场镜7\n[0038] 待加工件8\n[0039] 平台9\n[0040] 第一楔形透镜10\n[0041] 第二楔形透镜11\n[0042] 聚焦镜12\n[0043] 微孔13。\n具体实施方式\n[0044] 下面结合图1-图6并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。\n[0045] 实施例一\n[0046] 图1是本实施例提供的一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统的结构示意图。\n[0047] 一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工系统，包括：工控机1、激光器2、光闸3、扩束装置4、高速旋转装置5、振镜6、场镜7和平台9，所述激光器2、光闸3、扩束装置4、高速旋转装置5、振镜6和场镜7皆与所述工控机1连接，所述平台9用于放置待加工件8，所述高速旋转装置5包括楔形透镜和聚焦镜12。\n[0048] 在本实施例中，通过振镜6对待加工件8进行横线填充加工出微孔13，然后再通过高速旋转装置5对微孔13边缘进行加工，提高了加工速度和加工质量。\n[0049] 在本实施例中，所述硬脆性材料为玻璃，所述待加工件8为玻璃件。\n[0050] 作为另一种实施例，所述硬脆性材料为陶瓷、硅片。\n[0051] 如图2所示，在本实施例中，待加工件8放置到平台9上指定位置后，第一步，首先通过3D振镜6快速地进行横线填充，同时随加工深度的不断变大，焦点逐渐降低，采用该方式一方面是振镜6扫描直线速度快，配合高功率的激光器2可获得较高的材料去除效率，另外一方面采用3D振镜6可避免传统平台9上下平移过程中的机械停顿，进一步提高加工效率；\n第二步，由于振镜6扫描直线时，直线两端处振镜6的瞬时速度为零，导致微孔13边缘质量较差，在后续加工中采用激光配合高速旋转装置5对微孔13的边缘进行加工，可大大改善微孔\n13边缘的加工质量，形成如图2中最后一图中所示的微孔13。\n[0052] 在以激光为加工手段时，之所以要采用填充的方式对材料进行加工是由于加工时激光本身是一个很小的聚焦光斑，当材料厚度远远大于光斑直径，在加工通孔时若仅对通孔外轮廓进行扫描加工时会存在以下问题：（1）随着加工深度的增加，较窄的切缝会对激光能量产生屏蔽效应，导致深度不再增加；（2）切缝较窄阻碍了熔渣从切缝中向外排出，导致切割效率低下。而对整个通孔进行填充扫描时则不存在以上问题，可获得较高的加工效率，在填充时可选择多种路径，其中横线填充是最为简便实用的方式，这是因为振镜6扫描直线时可获得最高的扫描速度。\n[0053] 在本实施例中，所述振镜6为3D振镜6。\n[0054] 在本实施例中，所述激光器2为纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器。\n[0055] 如图3所示，在本实施例中，所述楔形透镜包括第一楔形透镜10和第二楔形透镜\n11，所述第一楔形透镜10的薄端与所述第二楔形透镜11厚端相对设置并相距预设的距离，所述第一楔形透镜10的厚端与所述第二楔形透镜11薄端相对设置并相距所述预设的距离。\n[0056] 实施例二\n[0057] 如图4所示，在本实施例中，一种用于硬脆性材料钻孔的激光加工方法，包括[0058] S10、将待加工件放置在平台上；\n[0059] S20、启动激光器发射激光，所述激光经过光闸、扩束装置、振镜系统及场镜到达待加工件表面；\n[0060] S30、通过工控机控制振镜进行横线填充加工，在所述待加工件上形成微孔；\n[0061] S40、通过工控机控制高速旋转装置对所述微孔边缘进行加工。\n[0062] 在本实施例中，通过振镜对待加工件进行横线填充加工出微孔，然后再通过高速旋转装置对微孔边缘进行加工，提高了加工速度和加工质量。\n[0063] 如图5所示，在本实施例中，所述步骤S30包括：\n[0064] S31、根据激光的光斑尺寸和单个激光脉冲的去除量确定扫描线之间的距离和加工的层数；\n[0065] S32、根据激光脉冲的频率和所述光斑尺寸确定振镜的扫描速度；\n[0066] S33、通过振镜对待加工区域进行横线填充扫描，形成微孔。\n[0067] 如图6所示，并参考图3，在本实施例中，所述步骤S40包括：\n[0068] S41、激光进入高速旋转装置后形成旋转光轴；\n[0069] S42、旋转光轴经过第一楔形透镜和第二楔形透镜后发生平移；\n[0070] S43、平移后的激光经聚焦镜聚焦在微孔的边缘上，并随着旋转光轴的旋转而沿着微孔的边缘高速运动，对微孔边缘进行加工。\n[0071] 以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。