專利名稱：一種玻璃切割方法
技術領域：
本發明涉及一種基于綠光激光器內雕點云的玻璃切割方法。
背景技術：
玻璃在エ業生產和日常生活中應用非常廣泛。利用激光對玻璃進行切割，較原始的切割方法有諸多優點。目前，用來進行玻璃切割的激光主要是波長為Ium左右的YAG激光，和波長為10. 6 ii m的CO2激光，原理都是誘導控制玻璃斷裂，其加工功率比較高，多數在100W以上，并且切割面都是垂直于玻璃表面，此外在進行異型玻璃切割時易產生不可控裂紋。對于超白玻璃，因為其對紫外、可見光波段、近紅外波段具有更高的透過率，切割更加困難
發明內容
針對以上內容，有必要提出一種低功率、高可靠、可進行斜面切割的玻璃切割方法，用來對ー待切割玻璃按預定形狀進行切割。本發明可以實現厚度I. 5cm以內的玻璃的異形切割、斜面切割。有效的降低了激光在玻璃加工領域的功率，改善了切割的可控性。切割適用范圍廣，如普通玻璃、摻雜離子玻璃、超白玻璃等。本發明采用的玻璃切割裝置包括計算機、激光器、計算機與激光器連接的數據線、激光運動控制系統、工作臺等運動控制系統，材料為各種待切割玻璃。ー種玻璃切割方法，其特征在于，包括如下步驟( I)在計算機中用3D建模軟件建立切割模型；(2 )將3D切割模型轉化為點云模型；點云模型的點云密度在9(Tl25點/mm2范圍內變化，激光器泵浦電流在38A 41A之間變化；切割時點云模型高度大于玻璃厚度0. 8^2mm ；(3)利用波長為激光器配合加工平臺以及振鏡系統，按照生成的點云模型在待加エ玻璃材料內部進行點云加工；點云面構成切割面；(4)在預設切個圖形區域外任意施加機械力，玻璃按照預設切面斷裂，完成切割；所述的激光器是綠光激光器。激光在玻璃內部進行刻點形成裂痕，多個裂痕組成斷裂面，實現切割。所述的3D 建模軟件可以是3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等所述的點云模型是指將切割模型的各個面打散成點陣。所述的切割類型指的是垂面切割(切割面垂直于玻璃表面)、斜面切割(切割面與玻璃表面不垂直)。所述的點云密度是指調整點與點之間距離，距離過大將會導致切割不徹底，影響切割質量，距離過小會導致產生不可控裂痕。隨著玻璃材料密度和光透過率的増加，點云密度和功率也要隨之增加。進ー步，所述的激光器是波長為532nm的半導體泵浦綠光激光器。泵浦電流可調，最高泵浦電流為43A，平均功率最高約為750mw。所述的加工平臺是指ー個能在豎直方向進行精確移動的平臺，用來在豎直方向定位待加工材料。振鏡系統用來將激光束在ニ維平面內定位。所述的點云加工指的是，按照第(2)和(3)步中生成并調整好密度的點云模型，將激光在需要打點的位置聚焦，聚焦點的能量密度將大于玻璃的破裂閾值，在聚焦點出產生ー個微小裂痕，而在聚焦點以外的位置，能量密度低，不會對玻璃造成破壞。
所述的切面是指點云加工形成的點陣面。本發明的工作原理是根據玻璃材料類型與切面類型(垂直切割與斜面切割)調整點與點之間距離和功率對于普通玻璃，垂直切割時，點云密度為9(Tl05 (點/mm2)，激 光器泵浦電流為38. (T39. 0A;斜面切割時，點云密度為10(Tll0 (點/mm2)，激光器泵浦電流需39. (T40. OA之間，隨切割面與底面之間角度的減小，切割功率與點云密度需要相應增加；對于超白玻璃，其密度和硬度均高于普通玻璃，垂直切割時，點云密度為100 115 (點/mm2)，激光器泵浦電流為39.0A 39. 5A之間。斜面切割時，點云密度為ll(Tl25之間，泵浦電流為40A。為簡化Z軸方向的定位過程，建立點云模型吋，模型高度應比欲切割玻璃厚度大0. 8 2mm，這樣能保證點云面貫穿玻璃，提高切割質量。控制振鏡、平臺和激光器，按照預先設定的路徑在玻璃內部刻點，利用多點組成切面，切面處玻璃的應カ遭到破壞，在切割件周圍施加機械力，玻璃會從切面處斷裂，完成切割。其他類型的玻璃，根據其密度、彈性模量和斷裂強度決定點云密度和激光功率。通常情況下點云密度、激光功率和上述三個參量成正比。本發明可實現從待加工玻璃中切割出圓形、方形、不規則閉合曲線等。此外因為其加工單元為點，切面是由點構成，所以可完成斜面切割(切割面與玻璃表面不垂直，且角度可控)。本發明的特點是(I)與傳統的玻璃刀切割相比，屬于非接觸加工，而且能更好的控制加工軌跡。具有更高的切面平直度。(2)與其他激光切割玻璃使用的激光器不同，本發明使用的是波長為532nm的半導體泵浦綠光激光器(3)與其他激光切割玻璃的方法不同，傳統的利用激光進行的玻璃切割通常用CO2激光器或者波長為I U m左右的YAG激光器，方法是激光按照預定軌跡照射玻璃，聚焦在玻璃內，玻璃受熱發生斷裂，裂痕向上下表面延伸，完成切割，這種延伸的裂痕垂直于玻璃表面，并且必須到達玻璃表面才會停止。本發明采用的方法是小范圍控制斷裂，每ー個斷裂點尺寸為ClOi1 m，即玻璃在激光的一次作用下，裂痕只在作用點附近延伸，更加有效的控制裂痕分布。由多個裂痕點構成斷裂面，完成切割(見實例I)。(4)與傳統的玻璃刀切割和其他激光切割相比，本發明的工作原理決定了這些點可以根據需要出現在空間的任意位置，因此可以產生與玻璃表面成任意角度的切割面(見實例2)可以完成角度可控的斜面切割。(5)532nm綠光激光在內雕方面應用非常成熟，配合本發明可實現內雕切割同時完成，在不需要任何夾具的情況下有效解決內雕定位問題(見實例3)。


圖I本發明中玻璃切割系統的結構示意中1，振鏡掃描系統，2，激光光束，3，待切割玻璃材料，4，點云面(切割面)，5，加エ平臺，6，532nm半導體泵浦綠光激光器，7，激光器、振鏡與計算機連接線，8，計算機，9，計算機與加工平臺連接線。圖2不規則閉合曲面點云模型圖
圖3厚度為I. Imm的普通玻璃不規則閉合曲線切割件圖4正棱臺點云模型5厚度為5. 9mm的正棱臺超白玻璃切割件圖640mm圓形切割件
具體實施例方式首先有必要在此指出的是本實施例只用于對本發明進行進ー步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制。實例I本發明選用體積小，加工方便的532nm半導體泵浦綠光激光器，激光運動控制系統采用掃描振鏡；選用厚度為I. Imm的普通玻璃作為待切割材料；選用不規則閉合曲線為切割形狀。本實例屬于普通玻璃垂直切割。本實例按以下方法進行將玻璃清洗干凈，置于加工平臺上；利用3Dmax畫出不規則閉合曲線，通過放樣生成曲面，高度為2. 0mm，和保存為OBJ格式；將文件導入專業軟件生成點云模型；將點云密度調整為100 (點/mm2)左右，保存點云模型為dxf 格式，模型圖見圖2 ;將點云模型dxf文件導入激光控制軟件；設定激光器泵浦電流為38. 5A，激光器重頻為I. 81kHz，單脈沖打點；打開激光器，使激光器按照預先設定的加工參數開始掃描；掃描完畢后，取出玻璃，在不規則圖形范圍外施加機械力，去除周圍玻璃材料，即可得到不規則閉合曲線的切割件。實物圖見圖3。實例2斜面切割本發明選用體積小，加工方便的532nm半導體泵浦綠光激光器，激光運動控制系統采用掃描振鏡；選用厚度為5. 9mm的超白玻璃作為待切割材料；選用正棱臺為切割形狀，棱臺側面與底面角度為65°，本實例屬于超白玻璃斜面切割。本例按以下方法進行將玻璃清洗干凈，置于加工平臺上；利用3Dmax畫出底面邊長為10mm、高度為6. 9mm的正棱臺，和保存為OBJ格式；將文件導入專業軟件生成點云模型；將點云密度調整為110 (點/mm2)左右，保存點云模型為dxf格式，模型圖見圖4 ;將點云模型dxf文件導入激光控制軟件；設定激光器泵浦電流為39. 3A，激光器重頻為I. 81kHz,單脈沖打點；打開激光器，使激光器按照預先設定的加工參數開始掃描；掃描完畢后，取出玻璃，在切割件范圍外施加機械力，去除周圍玻璃材料，即可得到方臺型切割件。實物圖見圖5。實例3本發明選用532nm半導體泵浦綠光激光器，激光運動控制系統采用掃描振鏡；選用厚度為5. 9mm的超白玻璃作為待切割材料；選用直徑為40mm的圓形為切割形狀，學校LOGO為內雕圖形。本實例屬于超白玻璃切割內雕一體化。有效解決內雕定位問題。本實例按以下方法進行將透明亞克カ板置于加工平臺上，將玻璃清洗干凈，放置在亞克カ板上；利用3Dmax畫出直徑為40mm、高度為7mm的圓柱面，和保存為OBJ格式；將柱面模型和LOGO圖形文件導入專業軟件生成點云模型；將柱面點云密度調整為115 (點/mm2)左右，合理調整LOGO點云密度，柱面位于LOGO外側。將兩點云模型合并，并保存為dxf格式；將點云模型dxf文件導入激光控制軟件；設定激光器泵浦電流為39. 3A，激光器重頻 為I. 81kHz，單脈沖打點；打開激光器，使激光器按照預先設定的加工參數開始掃描；掃描完畢后，取出玻璃，在圓形區域之外輕微施加機械力，去除周圍玻璃材料，即可得到圓形切割件，內部雕刻有LOGO圖案。實物圖見圖6。
權利要求
1.ー種玻璃切割方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)在計算機中用3D建模軟件建立切割模型； (2)將3D切割模型轉化為點云模型；點云模型的點云密度在9(Tl25點/mm2范圍內變化，激光器泵浦電流在38A 41A之間變化；切割時點云模型高度大于玻璃厚度0. 8^2mm ； (3)利用波長為激光器配合加工平臺以及振鏡系統，按照生成的點云模型在待加工玻璃材料內部進行點云加工；點云面構成切割面； (4)在預設切割圖形區域外任意施加機械力，玻璃按照預設切面斷裂，完成切割； 所述的激光器是綠光激光器。
全文摘要
一種玻璃切割方法，是一種基于綠光激光內雕點云的新型玻璃切割方法。包括以下步驟在計算機中用3D建模軟件建立切割模型；利用專業軟件將3D切割模型轉化為點云模型；合理調整點云密度；利用激光器配合加工平臺以及振鏡系統，按照生成的點云模型在待加工玻璃材料表面和內部進行點云加工；加工完成后施加機械力使玻璃按照預設軌跡斷裂，完成切割。本發明適用于多種玻璃材料切割，并可用于異形加工，可進行斜面切割，使用激光器功率低，切割效率高。
文檔編號C03B33/00GK102775051SQ20121019612
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者劉富榮, 袁建文, 陳繼民, 黃超 申請人:北京工業大學