一種激光加工藍寶石面板的工藝及夾具的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種激光加工藍寶石面板的工藝，將切割后的藍寶石面板固定裝夾在夾具上，采用皮秒激光器通過振鏡掃描的方式對藍寶石面板表面進行去除材料加工，所述皮秒激光器射出的激光能量設置在30-55W，激光頻率設置在80--120KHz，激光光束移動的打標速度1000-1500mm/s，將激光光束聚焦后的焦點設置在藍寶石面板待加工表面的上下0um-100um范圍內，按照設定的加工軌跡參數操作皮秒激光器進行加工。本發明不需要冷卻液、砂輪等耗材，節省了成本，環保高效。
【專利說明】一種激光加工藍寶石面板的工藝及夾具

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種采用激光加工藍寶石面板的工藝。

【背景技術】
[0002]藍寶石以其優越的物理性能和光學性能，越來越廣泛應用到光學儀器、數碼設備及鐘表儀器等行業，根據不同設備儀器的裝配要求，需要在薄薄的藍寶石面板上加工出各種尺寸和形式的裝配結構，如手表藍寶石鏡片的背面需要加工出U形槽用于組裝時卡位。
[0003]傳統的在藍寶石面板上采用去除材料的加工方式大多是采用CNC方式，通過對應尺寸的砂輪棒對藍寶石表面進行磨削去除材料，以達到加工成設定的形狀。這種加工方式的弊端是加工周期長，砂輪棒損耗嚴重更換頻繁不適合量化生產。
[0004]隨著激光技術的越來越普及，目前出現了一種采用激光器通過發射激光聚焦在藍寶石面板上，通過激光的高溫使寶石材料融化而達到去除材料的目的，但是采用激光融化后的廢料融溶物等清理困難，特別是針對加工的盲孔這類結構，如果清理不當，在加工完以后又會凝固導致無發挖到想要的深度和效果，加工效果不理想，次品率高，嚴重影響產品的質量。


【發明內容】

[0005]本發明解決的技術問題是:針對傳統藍寶石挖槽傳統加工周期太長，不適合量化生產，砂輪棒損耗太嚴重的問題，提供一種新型的采用激光加工藍寶石面板的工藝，并且能夠有效解決一般激光器加工效果不理想的問題。
[0006]本發明采用如下技術方案實現:一種激光加工藍寶石面板的工藝，將切割后的藍寶石面板固定裝夾在夾具上，夾具和藍寶石面板表面的水平度控制在1um以內，采用皮秒激光器通過振鏡掃描的方式對藍寶石面板表面進行去除材料加工，所述皮秒激光器射出的激光能量設置在30-55W，激光頻率設置在10KHz，激光光束移動的打標速度1000-1500mm/s，將激光光束聚焦后的焦點設置在藍寶石面板待加工表面的上下Oum-1OOum范圍內，按照設定的加工軌跡參數操作皮秒激光器進行加工。
[0007]進一步的，所述加工軌跡沿加工形狀設計成連續的螺旋路線進行打標移動。
[0008]進一步的，沿加工軌跡進行的打標周期內，所述皮秒激光器發射的激光開關延時150-200us，跳轉延時200-300us，打標結束延時50us。
[0009]進一步的，所述皮秒激光器分成兩個激光頭同時對兩個工位的藍寶石面板進行加工。
[0010]進一步的，藍寶石面板裝夾方式可采用機械式夾具裝夾或真空吸氣式夾具裝夾，并對夾具采用接觸式冷卻介質冷卻。
[0011]本發明還公開了一種激光加工藍寶石面板的夾具用于上述加工工藝，包括夾具體和冷卻腔體，所述夾具體的上表面設有若干真空豎管，其側面上設有連通所述真空豎管的真空進氣管；所述冷卻腔體與夾具體的底面接觸設置，其上設有冷卻介質循環進出的入口和出口。
[0012]進一步的，所述冷卻腔體內循環通入的冷卻介質為冷卻水。
[0013]本發明采用皮秒激光器，由于目前的皮秒激光器能做到最大功率也只有120W左右，我們是采用一個激光器分成兩個頭來生產，每個激光頭發射的激光光束能量理論上每個頭只有60W，為了保證激光出光穩定性故選擇低于60W的參數來批量生產。激光頭聚焦的光斑從一點移動到另外一點時的打標速度為1000-1500mm/s。激光開關、跳轉和打標結束均設置延時，這樣激光路徑首尾點可以剛好無縫連接，防止首尾點重復或不相接而使某個點槽深度偏深或偏淺。
[0014]本發明產生的積極效果如下:采用皮秒激光器，利用激光使藍寶石材料瞬間高溫汽化然后通過真空吸塵管道及時吸走汽化物，去除量和挖槽效果可以通過打標次數來控制，采用皮秒激光去除材料加工可以使加工周期降低，同時不需要冷卻液、砂輪等耗材，節省了成本，保護了環境。
[0015]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明中的夾具示意圖。
[0017]圖2為本發明中的藍寶石面板加工U形槽的示意圖。
[0018]圖3為圖2中加工的U形槽的截面示意圖。
[0019]圖4為加工圖2中的U形槽激光工作軌跡俯視圖。
[0020]圖中標號:
[0021]1-夾具體，11-真空豎管，12-真空進氣管，
[0022]2-冷卻腔體，21-冷卻水入口，22-冷卻水出口，
[0023]3-藍寶石面板，31-U形槽。

【具體實施方式】
[0024]實施例
[0025]本實施例以在藍寶石面板表面挖U形槽為例，加工出來的藍寶石面板具體如圖1所示，具體步驟如下:
[0026]I)首先把藍寶石棒料切片，厚度根據需加工的面板工藝厚度確定，兩面的平整度控制在1um以內；
[0027]2)采用真空方式把寶石片吸附在圖2所示的夾具上，夾具底部采用水冷的方式冷卻；
[0028]具體圖2，所示夾具包括夾具體I和冷卻腔體2，夾具體I的上表面設有若干真空豎管11，其側面上設有連通真空豎管11的真空進氣管12，通過真空吸附固定裝夾藍寶石面板3的同時，還可通過真空負壓將高溫汽化的藍寶石廢氣回收；冷卻腔體2與夾具體I的底面接觸設置，其上設有冷卻水入口 21和冷卻水出口 22，采用循環接觸式水冷對夾具體進行冷卻。
[0029]在本發明中，可采用夾具吸氣方式或機械固定方式把產品固定，采用機械式裝夾的同時，還需要設置真空抽吸設備將汽化后的藍寶石廢氣收集回收。
[0030]3)按照藍寶石面板3上的需加工的U形槽31如圖1所示，尺寸如下，U形槽頂寬1.15mm，深度0.83mm，U形槽的坡度48°，U形槽的具體橫截面如圖4所示，設計成矩形的螺旋激光打標路線，如圖3所示，并生激光機支持的PLT格式文件導入到機器內部即可開啟激光機進行操作，其中，激光能量設置在30-55W之間，優選40W ;激光頻率可設置在80KHZ-120KHZ之間，本實施例優選100KHZ。將激光器發射的激光打標速度控制在100mm/s-1500mm/s之間，優選1000mm/s,激光空跳速度控制在2000mm/s-3000mm/s之間，優選3000mm/so激光開關延時150_200us，優選200us ;激光跳轉延時200_300us，優選300us ；打標結束延時50us，激光器射出的激光光束焦點在產品上表面的位置O-1OOum之間，優選50um以內。
[0031]4)打開圖2中夾具體上的真空進氣管12連接的真空設備真空固定好工件開始加工。
[0032]本實施例中的按照圖3和圖4所示，激光沿填充在U形槽內一條立體框形螺旋軌跡進行一次打標周期，即可一次性完成整個矩形框U形槽的加工。
[0033]上述為本發明的優選實施方式，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利說明書所限定的本發明的精神和范圍內，在形式和細節上對本發明所作出的各種變化，都屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種激光加工藍寶石面板的工藝，其特征在于:將切割后的藍寶石面板固定裝夾在夾具上，夾具和藍寶石面板表面的水平度控制在1um以內，采用皮秒激光器通過振鏡掃描的方式對藍寶石面板表面進行去除材料加工，所述皮秒激光器射出的激光能量設置在30-55W，激光頻率設置在80—120KHZ，激光光束移動的打標速度1000-1500mm/s，將激光光束聚焦后的焦點設置在藍寶石面板待加工表面的上下Oum-1OOum范圍內，按照設定的加工軌跡參數操作皮秒激光器進行加工。
2.根據權利要求1所述的一種激光加工藍寶石面板的工藝，所述加工軌跡沿加工形狀設計成連續的螺旋路線進行打標移動。
3.根據權利要求2所述的一種激光加工藍寶石面板的工藝，沿加工軌跡進行的打標周期內，所述皮秒激光器發射的激光開關延時150-200US，跳轉延時200-300US，打標結束延時 50us。
4.根據權利要求3所述的一種激光加工藍寶石面板的工藝，所述皮秒激光器分成兩個激光頭同時對兩個工位的藍寶石面板進行加工。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的一種激光加工藍寶石面板的工藝，藍寶石面板裝夾方式可采用機械式夾具裝夾或真空吸氣式夾具裝夾，并對夾具采用接觸式冷卻介質冷卻。
6.一種激光加工藍寶石面板的夾具，其特征在于:包括夾具體和冷卻腔體，所述夾具體的上表面設有若干真空豎管，其側面上設有連通所述真空豎管的真空進氣管；所述冷卻腔體與夾具體的底面接觸設置，其上設有冷卻介質循環進出的入口和出口。
7.根據權利要求6所示的一種激光加工藍寶石面板的夾具，所述冷卻腔體內循環通入的冷卻介質為冷卻水。
【文檔編號】B23K26/402GK104384728SQ201410657880
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】周群飛, 饒橋兵, 徐學巖 申請人:藍思科技股份有限公司