專利名稱：一種玻璃切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于綠光激光器內(nèi)雕點云的玻璃切割方法。
背景技術(shù)：
玻璃在エ業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)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(yōu)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(dǎo)控制玻璃斷裂，其加工功率比較高，多數(shù)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(chǎn)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(fā)明內(nèi)容
針對以上內(nèi)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(yù)定形狀進行切割。本發(fā)明可以實現(xiàn)厚度I. 5cm以內(nèi)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(lǐng)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(fā)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(shù)據(jù)線、激光運動控制系統(tǒng)、工作臺等運動控制系統(tǒng)，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(zhuǎn)化為點云模型；點云模型的點云密度在9(Tl25點/mm2范圍內(nèi)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(tǒng)，按照生成的點云模型在待加エ玻璃材料內(nèi)部進行點云加工；點云面構(gòu)成切割面；(4)在預(yù)設(shè)切個圖形區(qū)域外任意施加機械力，玻璃按照預(yù)設(shè)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(nèi)部進行刻點形成裂痕，多個裂痕組成斷裂面，實現(xiàn)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(diào)整點與點之間距離，距離過大將會導(dǎo)致切割不徹底，影響切割質(zhì)量，距離過小會導(dǎo)致產(chǎn)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(dǎo)體泵浦綠光激光器。泵浦電流可調(diào)，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(tǒng)用來將激光束在ニ維平面內(nèi)定位。所述的點云加工指的是，按照第(2)和(3)步中生成并調(diào)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(chǎn)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(fā)明的工作原理是根據(jù)玻璃材料類型與切面類型(垂直切割與斜面切割)調(diào)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(yīng)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(yīng)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(zhì)量?？刂普耒R、平臺和激光器，按照預(yù)先設(shè)定的路徑在玻璃內(nèi)部刻點，利用多點組成切面，切面處玻璃的應(yīng)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(jù)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(fā)明可實現(xiàn)從待加工玻璃中切割出圓形、方形、不規(guī)則閉合曲線等。此外因為其加工單元為點，切面是由點構(gòu)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(fā)明的特點是(I)與傳統(tǒng)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(fā)明使用的是波長為532nm的半導(dǎo)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(tǒng)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(yù)定軌跡照射玻璃，聚焦在玻璃內(nèi)，玻璃受熱發(fā)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(fā)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(gòu)成斷裂面，完成切割(見實例I)。(4)與傳統(tǒng)的玻璃刀切割和其他激光切割相比，本發(fā)明的工作原理決定了這些點可以根據(jù)需要出現(xiàn)在空間的任意位置，因此可以產(chǎn)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(nèi)雕方面應(yīng)用非常成熟，配合本發(fā)明可實現(xiàn)內(nèi)雕切割同時完成，在不需要任何夾具的情況下有效解決內(nèi)雕定位問題(見實例3)。


圖I本發(fā)明中玻璃切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意中1，振鏡掃描系統(tǒng)，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(dǎo)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(guī)則閉合曲面點云模型圖
圖3厚度為I. Imm的普通玻璃不規(guī)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(fā)明進行進ー步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。實例I本發(fā)明選用體積小，加工方便的532nm半導(dǎo)體泵浦綠光激光器，激光運動控制系統(tǒng)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(guī)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(guī)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(dǎo)入專業(yè)軟件生成點云模型；將點云密度調(diào)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(dǎo)入激光控制軟件；設(shè)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(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)開始掃描；掃描完畢后，取出玻璃，在不規(guī)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(guī)則閉合曲線的切割件。實物圖見圖3。實例2斜面切割本發(fā)明選用體積小，加工方便的532nm半導(dǎo)體泵浦綠光激光器，激光運動控制系統(tǒng)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(cè)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(dǎo)入專業(yè)軟件生成點云模型；將點云密度調(diào)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(dǎo)入激光控制軟件；設(shè)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(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)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(fā)明選用532nm半導(dǎo)體泵浦綠光激光器，激光運動控制系統(tǒng)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(xué)校LOGO為內(nèi)雕圖形。本實例屬于超白玻璃切割內(nèi)雕一體化。有效解決內(nèi)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(dǎo)入專業(yè)軟件生成點云模型；將柱面點云密度調(diào)整為115 (點/mm2)左右，合理調(diào)整LOGO點云密度，柱面位于LOGO外側(cè)。將兩點云模型合并，并保存為dxf格式；將點云模型dxf文件導(dǎo)入激光控制軟件；設(shè)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(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)開始掃描；掃描完畢后，取出玻璃，在圓形區(qū)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(nèi)部雕刻有LOGO圖案。實物圖見圖6。
權(quán)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(zhuǎn)化為點云模型；點云模型的點云密度在9(Tl25點/mm2范圍內(nèi)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(tǒng)，按照生成的點云模型在待加工玻璃材料內(nèi)部進行點云加工；點云面構(gòu)成切割面； (4)在預(yù)設(shè)切割圖形區(qū)域外任意施加機械力，玻璃按照預(yù)設(shè)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(nèi)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(yè)軟件將3D切割模型轉(zhuǎn)化為點云模型；合理調(diào)整點云密度；利用激光器配合加工平臺以及振鏡系統(tǒng)，按照生成的點云模型在待加工玻璃材料表面和內(nèi)部進行點云加工；加工完成后施加機械力使玻璃按照預(yù)設(shè)軌跡斷裂，完成切割。本發(fā)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(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者劉富榮, 袁建文, 陳繼民, 黃超 申請人:北京工業(yè)大學(xué)