專利名稱：在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕開口的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔的方法，基底特別包括玻璃和陶瓷。更特別地，本發(fā)明的主題涉及使用至少一個激光器在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔。
背景技術(shù)：
已經(jīng)證明在生產(chǎn)環(huán)境中要在堅硬的非金屬基底，例如玻璃內(nèi)鉆孔或燒蝕孔是很困難和不易做到的。致力于在堅硬的非金屬基底內(nèi)鉆孔的現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了金剛石鑲尖的鉆頭。為了鉆一個完全穿過堅硬的非金屬基底24的孔而不導(dǎo)致孔邊緣碎裂，通常必須同時從兩側(cè)面來鉆。因此，兩個鉆頭必須沿同一鉆孔軸精確地對準。如果沒有精確的對準，孔不能適當?shù)爻尚?，基底會被不可彌補地損壞。
在基底兩側(cè)面使用相對的鉆頭的另一個困難是可能損壞鉆頭，因為在鉆孔時會使兩個鉆頭接觸。通常，一個鉆頭先退出孔，另一個鉆頭正與基底接觸。然而，由于生產(chǎn)變化和相對的鉆頭之間距離較小，很可能鉆頭發(fā)生接觸，被鉆的物品通常被損壞。如果鉆頭被損壞，必須安裝新鉆頭，眾所周知那樣會花費幾個小時。
使用鉆頭在堅硬的非金屬基底內(nèi)形成孔還有一個缺點是不能形成具有不同形狀的孔。在許多工業(yè)應(yīng)用中，希望在堅硬的非金屬基底內(nèi)形成具有除圓形以外的形狀的孔，例如，橢圓形、正方形或其他多邊形。金剛石鑲尖的鉆頭特定的操作上的局限使得只能在基底內(nèi)鉆圓形孔。
許多玻璃產(chǎn)品需要的孔目前是由金剛石鑲尖的鉆頭形成的。這些包括庭院家具、鋼化汽車玻璃、玻璃器皿、鏡面的電器和電源插座蓋。眼鏡片透鏡是用金剛石鑲尖的鉆頭成形的。甚至玻璃浴室門也需要凹口來提供空間以連接鉸鏈。已知形成這其中的一些孔需要耗時45分鐘以上。而且，庭院家具在開始鉆孔前并非都是平滑的表面，這會導(dǎo)致生產(chǎn)問題。
近來已經(jīng)引入激光來切割和蝕刻玻璃基底以克服與金剛石鑲尖的鉆頭有關(guān)的問題，但收獲甚微。美國專利No.6,204,472公開了一種使用CO2激光器切割空心玻璃物品的方法。這種激光通過對玻璃汽化在玻璃基底內(nèi)形成一個切割槽。然而，槽的深度有限，還必須進行二次加工在開槽的地方分離空心玻璃物品。尤其是，該玻璃用燃燒器加熱并用一個沖擊鉆具分離。
美國專利No.5,902,368公開了使用CO2激光器來加熱玻璃基底的特定區(qū)域以形成一切斷點來切斷薄壁玻璃基底的情況。然后玻璃基底被拉伸并在加熱的分離點被分離。然而，因為激光的焦點相對玻璃基底不可調(diào)節(jié)，所以玻璃基底的深度不能大于約0.2mm。
美國專利No.4,441,008公開了一種鉆穿過玻璃基底的超細孔的方法。通過在玻璃表面下方0.02到0.08英寸處建立固定的激光焦點，用激光器來鉆孔。激光脈動三到五次以在玻璃基底內(nèi)形成孔。為了CO2防止玻璃基底破裂，在啟動激光器前將玻璃基底加熱到500°和1040°F之間的一個溫度。
前面討論的現(xiàn)有技術(shù)中公開的在玻璃基底中鉆孔的方法在生產(chǎn)環(huán)境里都不是切實可行并節(jié)約成本的方法。每一種激光設(shè)備的根本缺陷是不能相對玻璃基底改變激光的焦點。因此，為了防止基底被激光損壞，需要給加工過程增加額外的步驟。從而，希望提供一種激光設(shè)備和燒蝕方法，它通過相對于基底的深度移動激光焦點而能夠在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕出孔。
發(fā)明概述本發(fā)明公開了一種用激光在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔的方法，基底包括但不限于玻璃和非金屬基底。提供至少一個激光器組件，它能夠產(chǎn)生具有可移動焦點的激光束。該焦點可以相對于堅硬的非金屬基底沿基底的長度、寬度和厚度移動。啟動激光器產(chǎn)生激光束。調(diào)整激光器以提供鄰近堅硬的非金屬基底的至少一個表面的激光束的焦點。在一個構(gòu)造的圖案內(nèi)從堅硬的非金屬基底的至少一個表面起燒蝕堅硬的非金屬基底的第一層。相對于一個軸移動所述焦點，該軸對應(yīng)于基底的厚度，從而實現(xiàn)基底的連續(xù)層的燒蝕。通過焦點連續(xù)地朝著基底越來越深處移動，基底的連續(xù)層被燒蝕，從而在基底內(nèi)產(chǎn)生出孔。
在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔的本方法通過相對基底深度移動激光器焦點的步驟解決了現(xiàn)有技術(shù)方法的問題。更進一步，現(xiàn)有技術(shù)的燒蝕玻璃基底的方法不包括相對基底深度可移動的焦點。因此，需要額外的步驟來防止基底損壞。
如上所述的方法能夠成功地在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔，其理由不能被完全理解，但它是以這樣的理論為基礎(chǔ)的，即調(diào)整激光器的焦點逐漸深入基底。為了防止基底被激光束損壞，通過對激光器重新調(diào)焦建立一個逐漸深入基底的焦點可以燒蝕基底的連續(xù)層。進一步地，通過沿基底長度和寬度以及深度移動焦點可以在基底內(nèi)燒蝕出構(gòu)造的圖案。因此，孔的預(yù)定構(gòu)造可以在基底內(nèi)燒蝕出，如果不是焦點可相對基底厚度、寬度和長度移動，這是不可能完成的。
附圖的簡要描述本發(fā)明的其它優(yōu)點將很容易理解，因為結(jié)合附圖參照下列詳細描述這些內(nèi)容變得更加明白，其中

圖1是本發(fā)明的激光裝置的示意圖；圖2是燒蝕進堅硬的非金屬基底的不同形狀的孔的頂視圖；圖2A是沿圖2的線2B-2B的燒蝕進堅硬的非金屬基底的孔的截面圖；圖3A是本發(fā)明的激光燒蝕過程的說明圖；和圖3B是定義在堅硬的非金屬基底內(nèi)的孔的一個壁的部分截面圖；圖4是激光鉆孔裝置的最佳實施方式的頂視圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明參照圖1，用于本發(fā)明的方法的激光燒蝕裝置的示意圖通常用10表示。第一CO2激光器12和第二CO2激光器14分別產(chǎn)生一個激光束16a、16b，激光束最好有一個通常能夠燒蝕堅硬的非金屬基底，特別是玻璃和陶瓷，的大致10.6μm的波長。激光束16a、16b被定向穿過第一組光學(xué)器件18A，18B進入電流計20a，20b。每個電流計20a，20b通過z透鏡軸22a，22b重調(diào)激光束16a、16b的焦距，重定向激光束16a、16b使得朝向堅硬的非金屬基底24的相對側(cè)面。從而，在相對側(cè)面燒蝕基底24?？蛇x擇的，可以用單一的激光器來燒蝕基底24的單一側(cè)面。
為了等同地?zé)g基底24，這將在下文進一步解釋，每一個激光器12，14和每一個電流計20a，20b由控制器25定向。最好，堅硬的非金屬基底24被一個臺架26或相當?shù)闹卧O(shè)備支撐。位于基底24的每一側(cè)面的冷卻裝置28A，28B將冷卻劑30引到基底24上臨近激光束16a、16b燒蝕的區(qū)域。冷卻劑30可以是液態(tài)或氣態(tài)，消散激光產(chǎn)生的熱量以防止基底破裂。水被證明是用來消散激光產(chǎn)生的熱量的最有效的冷卻劑。使用水作為冷卻劑還有一個額外的優(yōu)點是水的過濾特性。不象氣態(tài)冷卻劑，水吸收由燒蝕加工產(chǎn)生的氣態(tài)副產(chǎn)品。被水吸收的副產(chǎn)品可以被過濾作為污水排放或者如果必要水也可以用更環(huán)保的方式加以處理。
每個激光器12，14最好產(chǎn)生約10.6μm的波長并在75和150瓦之間操作。更佳地，每個激光器12，14產(chǎn)生的輸出功率約100瓦。然而，所需的能級根據(jù)被燒蝕地基底24進行優(yōu)化。100千瓦被證明是燒蝕幾種類型的玻璃最有效的。相信鋼化玻璃可能比普通玻璃需要稍微多一些的能量(和密度)。為了從激光束向玻璃傳遞能量，應(yīng)當選擇已知的能被玻璃(或其他透明基底)吸收的能級。否則，激光束將穿過玻璃。用于本發(fā)明方法的一個合適的水冷式CO2激光器是康涅狄格州布盧姆菲爾德(Bloomfield，Connecticut)的DEOS，Maria電光學(xué)系統(tǒng)有限公司(DEOS，Maria ElectroOptics，System，Inc)的No.LC100NV型激光器，該公司現(xiàn)在是相關(guān)的一個部門。一種空氣冷卻的或相當?shù)募す馄饕策m于本發(fā)明方法的實施。CO2激光器12，14用來實施本發(fā)明的方法是首選，因為它能產(chǎn)生的激光束包含能被堅硬的非金屬基底24，諸如玻璃和陶瓷以及鋼化玻璃，吸收的能級和波長。已知其它類型的激光器產(chǎn)生具有不同波長和能量輸出的激光束會穿過玻璃透射，由此妨礙了玻璃基底24的燒蝕。
為了燒蝕堅硬的非金屬基底24，最好有一個能夠產(chǎn)生可移動的激光焦點的電流計，該焦點在x、y和z軸可移動，其中x和y對應(yīng)基底24的長度和寬度，z對應(yīng)深度。一種能夠以這種方式移動焦點的合適的電流計是德國的SCAN Lab of Puchhein的“Hurry SCAN”型，它內(nèi)置有“Vario SCAN”作為電流計系統(tǒng)的一部分來提供沿z軸的移動。通過激光的焦點沿z軸移動的程度來確定待燒蝕基底24的深度。目前，能沿z軸移動焦點的電流計能夠移動焦點的距離大約是1.6cm。所以，在不相對激光器12，14移動玻璃的情況下，被燒蝕的堅硬的非金屬基底24的深度目前不大于約3.2cm，這對許多應(yīng)用已經(jīng)足夠了。為了燒蝕大于3.2cm的深度，必須在z軸方向移動堅硬的非金屬基底24，除非能夠沿z軸移動焦點的電流計技術(shù)變得更加適用。
如圖2A和2B所示，能夠沿x、y和z軸移動激光焦點的電流計能在堅硬的非金屬基底24內(nèi)燒蝕具有不同外形的開口。如上所述，x和y軸和基底24的長度和寬度相關(guān)，z軸和基底24的深度相關(guān)。為了防止損壞基底24，隨著基底24的層被燒蝕，在z向的焦點的深度連續(xù)不斷地增加。圖2B表示了一個典型的情況，為了在基底24的一側(cè)面形成一個孔，施加了10次激光傳遞來燒蝕基底24的連續(xù)層。所示的圓形孔32寬度約為4.0cm。相信就目前可得到的電流計20a，20b技術(shù)，能在基底24內(nèi)燒蝕直徑達8cm的孔。為了燒蝕直徑較大的孔，可能要相對電流計移動基底24。方形孔34以和圓形孔32同樣的方式形成。為了防止在基底24內(nèi)形成應(yīng)力點，優(yōu)選的，形成在基底24內(nèi)的多邊形或方形孔的角為圓角。圖2還示出了一個橢圓形的孔36，為了防止在基底24內(nèi)形成應(yīng)力點該孔具有緊半徑(tight radiuses)。
如圖2所示，每一次激光器的連續(xù)傳遞最好向基底內(nèi)移動一個比前一次更大的深度。沿著基底24內(nèi)的不同孔32，34，36的一個壁形成了一個稍微有點凹的面38。為了應(yīng)用的目的，孔可以被解釋為要么部分地要么完全地穿過基底24的任何孔，在基底24邊緣的通常三面的凹口，部分進入基底24的蝕刻，燒蝕在基底24內(nèi)的任何凹槽。為了在基底24內(nèi)燒蝕大直徑開口，沿每次傳遞繞孔32，34，36的圓周移動激光。因為激光束16a、16b在z軸上產(chǎn)生，其中，該z軸是孔32，34，36的中心，則孔的較大直徑產(chǎn)生了一個凸壁38的較大半徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，通過燒蝕所需孔的圓周，基底24的一個“塞子”留在了孔內(nèi)。當激光束16a、16b完全傳遞穿過基底24時，冷卻劑30通過沖擊從孔32，34，36中沖出“塞子”。
參照圖3A，表示出完全穿過堅硬的非金屬基底24的孔37的簡圖。孔37從基底24的相對側(cè)面上燒蝕。激光束16a、16b隨控制器25(圖1)的引導(dǎo)繞孔的圓周移動?？刂破?5還調(diào)整電流計20a，20b使激光束16a、16b沿共同的z軸對齊。從而，第一激光器12產(chǎn)生的激光束16a穿過z軸光學(xué)器件22a指向直接相對的激光束16b，激光束16b是第二激光器14產(chǎn)生的，穿過z軸光學(xué)器件22b。因此，如果每個激光器連續(xù)不斷的工作直到孔37完全被燒蝕穿過基底24，z軸光學(xué)器件22a，22b將被相對的激光束16a、16b損壞。所以，優(yōu)選是通過施加額外的通道使激光束16a、16b燒蝕的深度大于另一激光束16a、16b燒蝕的深度。閘板40a，40b(圖1)在首先結(jié)束發(fā)射的激光器上遮蓋住z軸光學(xué)器件22a，22b以防止相對的激光器損壞它的z軸光學(xué)器件22a，22b。
如圖3A所示，第一激光束16a沿孔37的圓周完成了四次傳遞。之后，閘板40關(guān)閉。在第一激光束16a進行的四次傳遞之后或同時，第二激光束16b孔37的圓周進行了六次傳遞，直到孔37被燒蝕完全穿過基底24。為了防止損壞z軸光學(xué)器件22a，22b，只要一個激光束16a、16b結(jié)束任務(wù)比另一個激光束16a、16b早，每一個激光束16a、16b可以完成任何次數(shù)的傳遞以燒蝕完全穿過基底24的孔37。換句話說，一個激光束最好燒蝕達51％的基底24深度而另一個激光束只燒蝕基底24深度的約49％。
通過從基底24的相對側(cè)面在堅硬的非金屬基底24內(nèi)燒蝕孔，可獲得許多益處，這些益處是僅從基底24的一側(cè)面燒蝕所不能實現(xiàn)的。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在堅硬的非金屬基底24里，如玻璃里，形成的尖銳邊緣會導(dǎo)致應(yīng)力點，這會造成破裂。因此，最好從基底24的相對側(cè)面來燒蝕基底24。在每個激光束16a、16b進行的第一次傳遞過程中，在最初平滑的基底24的表面上形成了一個凹槽并在基底24內(nèi)形成了限定孔37的圓形邊緣。因此，要求燒蝕出完全穿過基底24的最后一次傳遞大致在穿過基底24的中間進行。燒蝕穿過基底24的激光束的最后一次傳遞留下了一個粗糙的不一致的表面，如圖3B所示。相信這個粗糙的不一致的表面不會不利地影響堅硬的非金屬基底24的穩(wěn)定性。因為它不位于基底24的邊緣。
為了在基底24內(nèi)燒蝕一個平滑的孔，可通過控制器23預(yù)先規(guī)定激光器12，14的參數(shù)。根據(jù)待燒蝕在基底24內(nèi)的孔的類型和待燒蝕的堅硬的非金屬基底24的類型，將每個激光器12，14的參數(shù)預(yù)先編制程序輸入控制器23中。為了防止破裂或?qū)?4的其他損壞，基底24的不同類型需要不同的激光器12，14設(shè)置。預(yù)先編制程序裝進控制器23的最重要的參數(shù)是激光功率、電流計速度、激光頻率(脈沖重復(fù)頻率)和激光的帶調(diào)節(jié)脈沖。完成每一個參數(shù)以產(chǎn)生一個接近基底24的表面的功率密度，大致在40和50kw/cm2之間。更好的是，產(chǎn)生一個大致為45kw/cm2的功率密度。在這個范圍內(nèi)的功率密度被相信是顯著高于本申請背景部分應(yīng)用參考的現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的功率密度。雖不被完全理解，但相信激光束的高功率密度和沿基底24的z軸可移動的焦點在沒有額外步驟如將基底24加熱到高溫的情況下在成功燒蝕基底24中起到了重要作用。
圖4表示本發(fā)明方法的一個可能的生產(chǎn)構(gòu)造。第一機械手42抓住基底24并將基底24在激光器12，14之間放入臺架44或相當?shù)膴A具中?？商娲模瑱C械手42可以包括一個夾子(未示出)，用于加工過程中支撐基底24。通過傳感器(未示出)發(fā)出的信號通知控制器23，待燒蝕地基底24就位。然后控制器23用信號通知激光器12，14開始燒蝕操作。此外，控制器23還用信號通知激光器12，14基底24的類型、功率設(shè)置、電流計速度、孔的尺寸、孔的形狀、孔的位置、貫穿深度、焦點調(diào)整和玻璃深度，這些都與基底24的類型和在基底24里鉆的孔的類型相關(guān)。
控制器向電流計20a，20b發(fā)出信號以控制激光器沿x，y，z軸的焦點。如上所述，x和y軸和基底24的長度和寬度相關(guān)，z軸和基底24的深度相關(guān)。更進一步地，通過相對于激光器12，14移動基底24，能在相對于電流計20a，20b的基底24的不同位置燒蝕幾個孔。如果基底24的深度大于3.2cm，基底24還可以沿z軸移動?；?4的全部移動也是由控制器23根據(jù)預(yù)先編制的順序來指揮的。
為了將基底24蝕刻出一定的圖形，可能需要燒蝕只有部分穿過基底24的孔。因此，控制器對圖案信息也是可編程的，從而使得激光器12，14能將圖形，如花紋、數(shù)字、字母和條形碼燒蝕進基底24內(nèi)。通過啟動兩個激光器12和14或一個激光器12，可將圖形蝕刻進基底24。通過啟動兩個激光器12和14，可將三維圖形蝕刻進基底24。
本發(fā)明已經(jīng)用說明性的方式得到描述，可以理解使用的術(shù)語意在描述的單詞的本性而非限定。
顯然，根據(jù)上面的教導(dǎo)，本發(fā)明可能做出許多改進和變化。因此，應(yīng)當理解在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明可以用不同于具體描述的方式實施，權(quán)利要求中的附圖標記僅為了闡述方便而沒有任何限定作用。
權(quán)利要求
1.一種在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔的方法，包括下列步驟提供至少一個激光器組件，其可以在軸上產(chǎn)生具有焦點的激光束，其中所述焦點相對于所述軸可以移動；啟動所述至少一個激光器，從而產(chǎn)生所述激光束；調(diào)整所述激光束的所述焦點鄰近堅硬的非金屬基底的至少一個表面；從堅硬的非金屬基底的至少一個表面起燒蝕該堅硬的非金屬基底的第一層；相對于一個軸移動所述焦點，其中，該軸對應(yīng)于所述堅硬的非金屬基底的深度，從而可以進行該基底的連續(xù)層的燒蝕；以及燒蝕該基底的連續(xù)層，從而在所述基底內(nèi)產(chǎn)生一個孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述激光束燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻，從而防止所述基底破裂。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體沖洗所述至少一個表面。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水沖洗所述至少一個表面。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟相對軸移動所述焦點，其中，該軸大致對應(yīng)于所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度，從而燒蝕出具有預(yù)定構(gòu)造的穿過所述基底的孔。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述激光束可以相對所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度移動，從而產(chǎn)生出多邊形的孔。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述激光束可以相對所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度移動，從而產(chǎn)生出圓形的孔。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述激光束可以相對所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度移動，從而產(chǎn)生出橢圓形的孔。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述提供至少一個激光器組件的步驟被進一步限定為提供第二激光器組件，該第二激光器組件能夠產(chǎn)生與所述第一激光束一致的第二激光束。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括步驟、基本上沿著對應(yīng)于所述堅硬的非金屬基底的深度的軸在所述堅硬的非金屬基底的相對側(cè)面上調(diào)整所述激光束的焦點，其中，所述激光束是由每一個所述激光器產(chǎn)生的，從而自所述基底的相對側(cè)面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述激光束燒蝕的孔的所述堅硬的非金屬基底的所述相對側(cè)面冷卻，從而防止所示基底破裂。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體沖洗所述至少一個表面。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水沖洗所述至少一個表面。
14.如權(quán)利要求9所述的方法其特征在于所述自從所述基底的相對側(cè)面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔的步驟被進一步限定為所述激光束中的一個燒蝕的所述堅硬的非金屬基底的連續(xù)層比所述激光束中的另一個燒蝕的多。
15.一種在堅硬的非金屬工件內(nèi)燒蝕孔的方法，包括下列步驟在堅硬的非金屬工件上產(chǎn)生一個激光束，該激光束具有鄰近該工件表面的焦點；大致沿著所述激光束的軸改變所述激光束的所述焦點到第一個預(yù)定深度；大致沿著所述軸改變所述激光束的所述焦點到第二預(yù)定深度，以將所述堅硬的非金屬工件燒蝕到第二預(yù)定深度；以及連續(xù)改變所述激光束的所述焦點到連續(xù)的深度以在堅硬的非金屬工件內(nèi)燒蝕出孔。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟沿所述堅硬的非金屬工件的長度和寬度在預(yù)定圖案內(nèi)移動所述激光束，其中，該圖案位于所述焦點的相對于工件的深度的每次改變之間，從而在工件內(nèi)燒蝕出具有所述預(yù)定圖案形狀的孔。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述在堅硬的非金屬工件上產(chǎn)生激光束的步驟被進一步限定為在所述堅硬的非金屬工件的相對側(cè)面上產(chǎn)生激光束。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述在堅硬的非金屬工件的相對側(cè)面上產(chǎn)生激光束的步驟被進一步限定為沿著與工件的深度相關(guān)的同一個軸在工件的相對側(cè)面上產(chǎn)生激光束。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟用冷卻劑冷卻鄰近孔的堅硬的非金屬工件，其中，該孔是由所述激光器在工件內(nèi)燒蝕出來的。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述用冷卻劑冷卻堅硬的非金屬工件的步驟被進一步限定為用液體冷卻該工件。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述用冷卻劑冷卻堅硬的非金屬工件的步驟被進一步限定為用水冷卻工件。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟調(diào)節(jié)所述激光器發(fā)出這樣的激光束，該激光束具有的能量密度、波長、直徑、和燒蝕率與被燒蝕的堅硬的非金屬工件的種類相關(guān)。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述連續(xù)改變所述激光束的所述焦點到連續(xù)的深度以在堅硬的非金屬工件內(nèi)燒蝕出孔的步驟被進一步限定為燒蝕出完全穿過工件的孔。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述連續(xù)改變所述激光束的所述焦點到連續(xù)的深度以在堅硬的非金屬工件內(nèi)燒蝕出孔的步驟被進一步限定為燒蝕出部分穿過工件的孔。
25.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述燒蝕出部分穿過堅硬的非金屬工件的孔的步驟被進一步限定為在所述工件內(nèi)燒蝕出一個圖形。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述燒蝕出部分穿過堅硬的非金屬工件的孔的步驟被進一步限定為在所述工件內(nèi)燒蝕出一個圖形。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述燒蝕出部分穿過堅硬的非金屬工件的孔的步驟被進一步限定為在所述工件的相對側(cè)面內(nèi)燒蝕出一個圖形。
28.一種在堅硬的非金屬基底內(nèi)燒蝕孔的方法，包括下列步驟提供至少一個具有聚焦裝置的激光器組件，該聚焦裝置能夠沿三個方向的軸移動由所述激光器組件產(chǎn)生的激光束的焦點，其中，該三個方向的軸對應(yīng)于堅硬的非金屬基底的長度、寬度和深度；啟動所述至少一個激光器，從而產(chǎn)生所述激光束；調(diào)整所述激光束的所述焦點鄰近堅硬的非金屬基底的至少一個表面；在構(gòu)造圖案內(nèi)燒蝕堅硬的非金屬基底的第一層；沿著一個軸移動所述焦點，其中，該軸對應(yīng)于堅硬的非金屬基底的深度，從而可以進行該基底的連續(xù)層的燒蝕；以及燒蝕堅硬的非金屬基底的連續(xù)層，從而在所述基底內(nèi)產(chǎn)生一個孔。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述激光束燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻，從而防止所述基底破裂。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體沖洗所述至少一個表面。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水沖洗所述至少一個表面。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括步驟相對軸移動所述焦點，其中，該軸大致對應(yīng)于所述堅硬的非金屬基底的長度和寬度，從而燒蝕出具有預(yù)定構(gòu)造的穿過所述基底的孔。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所述移動所述焦點的步驟被進一步限定為在一個多邊形圖案里移動所述焦點，從而產(chǎn)生多邊形的孔。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所述移動所述焦點的步驟被進一步限定為在一個圓形圖案里移動所述焦點，從而產(chǎn)生圓形的孔。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所述移動所述焦點的步驟被進一步限定為在一個橢圓形圖案里移動所述焦點，從而產(chǎn)生橢圓形的孔。
36.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述提供至少一個激光器組件的步驟被進一步限定為提供兩個激光器組件，每個該激光器組件都能夠產(chǎn)生一個激光束，該激光束具有可以相對于堅硬的非金屬基底沿著該堅硬的非金屬基底的長度、寬度和深度移動的焦點。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括步驟基本上沿著對應(yīng)于所述堅硬的非金屬基底的深度的軸在所述堅硬的非金屬基底的相對側(cè)面上調(diào)整所述激光束的焦點，其中，該激光束是由每一個所述激光器產(chǎn)生的，從而自所述基底的相對側(cè)面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括步驟將鄰近由所述激光束燒蝕的孔的所述堅硬的非金屬基底的相對側(cè)面冷卻，從而防止所述基底破裂。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用液體沖洗所述至少一個表面。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述將鄰近被燒蝕的孔的堅硬的非金屬基底冷卻的步驟被進一步限定為用水沖洗所述至少一個表面。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述自所述基底的相對側(cè)面上燒蝕出穿過所述堅硬的非金屬基底的孔的步驟被進一步限定為所述激光束中的一個燒蝕的所述堅硬的非金屬基底的連續(xù)層比所述激光束中的另一個燒蝕的多。
42.一種用于在工件的相對側(cè)面中燒蝕孔的裝置，包括具有第一電流計的第一激光器組件和具有第二電流計的第二激光器組件；所述第一激光器組件具有第一光學(xué)透鏡，用于調(diào)整從所述第一激光器組件發(fā)出的第一激光束的焦點，所述第二激光器組件具有第二光學(xué)透鏡，用于調(diào)整從所述第二激光器組件發(fā)出的第二激光束的焦點；其中，所述第一光學(xué)透鏡離開第二光學(xué)透鏡位于所述被燒蝕的工件的相對側(cè)面上，從而在工件的相對側(cè)面上調(diào)整所述第一和第二激光束的焦點。
43.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于所述第一和第二電流計沿軸調(diào)整所述第一和第二激光束的焦點，其中，該軸與所述工件的長度、寬度和深度相關(guān)。
44.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于所述第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡被設(shè)置成沿基本上同樣的軸調(diào)整所述第一和第二激光束的焦點。
45.如權(quán)利要求42所述的裝置，還包括控制器，該控制器電連接到所述第一和第二激光器組件上，并且是可編程的，用于控制所述激光束的燒蝕率。
46.如權(quán)利要求42所述的裝置，還包括能夠為工件提供冷卻劑的冷卻裝置，從而消散所述激光束在工件上產(chǎn)生的熱量。
47.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于每個所述第一和第二激光器組件都包括CO2激光器。
48.如權(quán)利要求42所述的組件，其特征在于所述第一和第二激光器產(chǎn)生基本上在40到50kw/cm2之間的功率密度。
49.如權(quán)利要求42所述的組件，其特征在于所述第一和第二激光器產(chǎn)生大致為45kw/cm2的功率密度。
50.一種堅硬的非金屬工件，包括至少一個孔，該孔穿過所述堅硬的非金屬工件的大致相對的外表面延伸，其中，所述孔由所述工件的內(nèi)表面限定，該工件被相對的激光束燒蝕，從而形成一個平滑的入口邊緣和在所述內(nèi)表面上的不規(guī)則圖案，該內(nèi)表面位于所述工件的所述外表面的內(nèi)部。
51.如權(quán)利要求40所述的工件，其特征在于所述孔包括圓形。
52.如權(quán)利要求40所述的工件，其特征在于所述孔包括多邊形。
53.如權(quán)利要求40所述的工件，其特征在于所述孔包括橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在堅硬的非金屬基底(24)內(nèi)燒蝕孔的方法。提供至少一個激光器組件(12)，它能夠在軸上產(chǎn)生具有焦點的激光束(16a)，其中所述焦點相對于所述軸可以移動。激光束(16a)的焦點定位于鄰近基底(24)的至少一個表面。用激光束(16a)燒蝕基底的第一層(傳遞－1)。相對于一個對應(yīng)于基底(24)的深度的軸移動所述焦點，從而可進行基底(24)的連續(xù)層(傳遞2－10)的燒蝕，在基底(24)內(nèi)產(chǎn)生孔(32)。
文檔編號B23K26/40GK1522185SQ02813241
公開日2004年8月18日 申請日期2002年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)明者魯伊斯·格洛弗, 邁克·卡明, 塞克·阿奇巴爾德, 卡明, 阿奇巴爾德, 魯伊斯 格洛弗 申請人:維蒂克激光系統(tǒng)公司