本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，具體而言，涉及多軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法和加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雕刻加工是激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機(jī)理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學(xué)反應(yīng)加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來完成加工過程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標(biāo)、激光鉆孔和微加工等；光化學(xué)反應(yīng)加工是指激光束照射到物體，借助高密度激光高能光子引發(fā)或控制光化學(xué)反應(yīng)的加工過程。包括光化學(xué)沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。

激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)來加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對(duì)材料進(jìn)行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的物質(zhì)，在外來光子的激發(fā)下會(huì)吸收光能，使處于高能級(jí)原子的數(shù)目大于低能級(jí)原子的數(shù)目——粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個(gè)能相對(duì)應(yīng)的差，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。

在激光加工領(lǐng)域，激光切割是一個(gè)受人關(guān)注的技術(shù)，激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，隨著光束對(duì)材料的移動(dòng)，孔洞連續(xù)形成寬度很窄的(如0.1mm左右)切縫，完成對(duì)材料的切割。激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

用高精度和高質(zhì)量的玻璃或水晶等脆性材料制成的二維或三維工件，如藍(lán)寶石或陶瓷等，是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

制造商、加工商現(xiàn)在越來越多地使用三維的消費(fèi)電子設(shè)備的脆性材料制成的三維基板和切割的基板，以滿足所需的工業(yè)設(shè)計(jì)要求。處理這些基板上的激光系統(tǒng)是具有挑戰(zhàn)性的。雖然已經(jīng)取得了一些嘗試的成果，但依舊沒有人能夠很好的處理這些材料，特別是在提高質(zhì)量或避免過大損耗上采取措施。

綜上，相關(guān)技術(shù)中的激光切割方法制造質(zhì)量較差，且損耗較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法，以提高激光加工效率。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了多軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法，包括：

激光系統(tǒng)中的部分結(jié)構(gòu)必須移動(dòng)到理想的切割線的部分體現(xiàn)在相交的區(qū)域正入射激光的焦點(diǎn)上，其中，理想的切割線的部分是每一個(gè)位置的切割路徑；

在入射激光束的正中集中區(qū)域跨度的梁上突出整個(gè)厚度，然后運(yùn)動(dòng)疊加移動(dòng)的部分通過周邊切割線一次；

在入射激光束的焦點(diǎn)地區(qū)跨度只有積極部分厚度的一部分，那么運(yùn)動(dòng)疊加多次回顧周邊線，分度預(yù)定高度之間的連續(xù)傳球，這樣的傳球次數(shù)的增加跨越了被加工材料的厚度。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，還包括激光系統(tǒng)中，部分結(jié)構(gòu)必須定位和移動(dòng)的激光入射角保持在90°±10°在切割位置。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了應(yīng)用如第一方面所述的方法的第一種加工系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)激光加工站，每個(gè)所述激光加工站均可以并行執(zhí)行如第一方面所述的方法。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，還包括機(jī)械加工站可以將工件從(a)廢材料和/或(b)后處理，以提高工件的邊緣特征，和/或(c)突出了在工件上的孔或槽等特征。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，還包括多軸定位系統(tǒng)結(jié)合直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣體現(xiàn)在三維曲面上的任何一點(diǎn)，可以提出這樣的激光束入射垂直于10個(gè)點(diǎn)的接觸點(diǎn)的表面。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，還包括運(yùn)行在基板上的激光束入射，在周圍的點(diǎn)或在基板內(nèi)的激光束入射垂直于碲表面。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，還包括將利用三個(gè)直線軸指定的X，Y和Z和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，指定A和C軸都可以在不同的組合處，以位置變換或分裂達(dá)到預(yù)期效果。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，其中，還包括：

(a)基板是在一個(gè)平臺(tái)上，安裝在4軸(X，Y，A和C)，激光技術(shù)，安裝在單軸(Z)，分開運(yùn)動(dòng)但配合X，Y軸，a軸和c軸；

(b)的基板上的一個(gè)平臺(tái)，是安裝在2軸(X和Y)而舉行的激光技術(shù)，安裝在3軸(A，C，Z)，分別移動(dòng)但配合A和C軸；

(C)的基板上的一個(gè)平臺(tái)，是安裝在2軸舉行(A和C)，激光技術(shù)，安裝在3軸(X，Y，Z)，分頭行動(dòng)但配合A和C軸；

(d)該基板是在一個(gè)安裝在所有5個(gè)軸的堆棧上的平臺(tái)上(x，y，z，a和c)。

第三方面，本發(fā)明還提供了應(yīng)用如第一方面所述的方法的第二種加工系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)激光加工站，每個(gè)所述激光加工站均可以并行執(zhí)行如第一方面所述的方法；

并且，機(jī)械加工站可以將工件從(a)廢材料和/或(b)后處理，以提高工件的邊緣特征和/或(c)突出了在工件上的孔或槽等特征。

結(jié)合第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第三方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，還包括：作為基板，無論是作為一個(gè)數(shù)組的單個(gè)部分或多個(gè)部分構(gòu)圖都要到一個(gè)單一的大基板上，

在這種情況下，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的軸線分割使得襯底線性移動(dòng)，在前部的激光頭安裝在剩余的4軸上。

本發(fā)明實(shí)施例提供的軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法，采用方法步驟設(shè)計(jì)的改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)中的沒有人能夠很好的處理這些材料，特別是在提高質(zhì)量或避免過大損耗上采取措施相比，其通過提供了軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法，并且激光系統(tǒng)中的部分結(jié)構(gòu)必須移動(dòng)到理想的切割線的部分體現(xiàn)在相交的 區(qū)域正入射激光的焦點(diǎn)上，其中，理想的切割線的部分是每一個(gè)位置的切割路徑；在入射激光束的正中集中區(qū)域跨度的梁上突出整個(gè)厚度，然后運(yùn)動(dòng)疊加移動(dòng)的部分通過周邊切割線一次；在入射激光束的焦點(diǎn)地區(qū)跨度只有積極部分厚度的一部分，那么運(yùn)動(dòng)疊加多次回顧周邊線，分度預(yù)定高度之間的連續(xù)傳球，這樣的傳球次數(shù)的增加跨越了被加工材料的厚度。使得進(jìn)行加工的時(shí)候能夠在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提高效率和降低損耗。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法的基本流程圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法的圖1方法所使用到的第一種結(jié)構(gòu)圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法的圖1方法所使用到的第二種結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出 的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

制造業(yè)大多數(shù)使用的是數(shù)控的，有線鋸的和研磨車床的組合來制造這些零件。這個(gè)過程是緩慢的，并且需要多個(gè)步驟來制造零件，同時(shí)一個(gè)正常的工廠可能需要幾百臺(tái)機(jī)器來處理零件。這種方法是昂貴的，屬于勞動(dòng)密集型加工生產(chǎn)。

一些制造商已經(jīng)嘗試開發(fā)激光加工這些零件的機(jī)器。這些機(jī)器通常只能切割二維零件，質(zhì)量低。在基板成型過程中建立和實(shí)施的設(shè)計(jì)規(guī)則很少，以確保零件與激光加工機(jī)兼容。此外，目前在這些機(jī)器中創(chuàng)建的零件，必須經(jīng)過研磨加工，以達(dá)到所需的尺寸公差和質(zhì)量。

為了有效地處理這些零件，建立了幾個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則。按照這些設(shè)計(jì)規(guī)則，需要在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上達(dá)到一定精準(zhǔn)度，處理這些零件和位置時(shí)，主要體現(xiàn)在入射激光束上。本申請(qǐng)公開了多軸運(yùn)動(dòng)的配置需要處理這些基板，以達(dá)到所需的質(zhì)量和生產(chǎn)力。

目前沒有人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)多軸(3軸)定位系統(tǒng)的激光切割脆性材料基板。我們提出了幾個(gè)配置的協(xié)調(diào)多軸(3軸)定位系統(tǒng)，確保工件的連續(xù)定位，這樣的表面保持在切割線垂直于入射激光束?；蹇梢猿尸F(xiàn)在激光加工機(jī)床上:一個(gè)單獨(dú)的部分或數(shù)組/成堆的各個(gè)部分或一批結(jié)構(gòu)外形在舉例中的幾部分是從一個(gè)較大的基板切割定義下運(yùn)行的。

本發(fā)明實(shí)施例具體提供了三方面的內(nèi)容，分別是軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法和兩個(gè)應(yīng)用該方法的系統(tǒng)。

具體而言，軸運(yùn)動(dòng)激光系統(tǒng)中的三維脆硬材料定位方法，如圖1所示，包括如下步驟：

S101，激光系統(tǒng)中的部分結(jié)構(gòu)必須移動(dòng)到理想的切割線的部分體現(xiàn)在相交的區(qū)域正入射激光的焦點(diǎn)上，其中，理想的切割線的部分是每一個(gè)位置的切割路徑；

S102，在入射激光束的正中集中區(qū)域跨度的梁上突出整個(gè)厚度，然后運(yùn)動(dòng)疊加移動(dòng)的部分通過周邊切割線一次；

S103，在入射激光束的焦點(diǎn)地區(qū)跨度只有積極部分厚度的一部分，那么運(yùn)動(dòng)疊加多次回顧周邊線，分度預(yù)定高度之間的連續(xù)傳球，這樣的傳球次數(shù)的增加跨越了被加工材料的厚度。

優(yōu)選的，還包括激光系統(tǒng)中，部分結(jié)構(gòu)必須定位和移動(dòng)的激光入射角保持在90°±10°在切割位置。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了應(yīng)用上述方法的第一種激光加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)激光加工站，每個(gè)所述激光加工站均可以并行執(zhí)行如上述實(shí)施例中所述的方法。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括機(jī)械加工站可以將工件從(a)廢材料和/或(b)后處理，以提高工件的邊緣特征，和/或(c)突出了在工件上的孔或槽等特征。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括多軸定位系統(tǒng)結(jié)合直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣體現(xiàn)在三維曲面上的任何一點(diǎn)，可以提出這樣的激光束入射垂直于10個(gè)點(diǎn)的接觸點(diǎn)的表面。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括運(yùn)行在基板上的激光束入射，在周圍的點(diǎn)或在基板內(nèi)的激光束入射垂直于碲表面。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括將利用三個(gè)直線軸指定的X，Y和Z和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，指定A和C軸都可以在不同的組合處，以位置變換或分裂達(dá)到預(yù)期效果。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括：

(a)基板是在一個(gè)平臺(tái)上，安裝在4軸(X，Y，A和C)，激光技術(shù)，安裝在單軸(Z)，分開運(yùn)動(dòng)但配合X，Y軸，a軸和c軸；

(b)的基板上的一個(gè)平臺(tái)，是安裝在2軸(X和Y)而舉行的激光技術(shù)，安裝在3軸(A，C，Z)，分別移動(dòng)但配合A和C軸；

(C)的基板上的一個(gè)平臺(tái)，是安裝在2軸舉行(A和C)，激光技術(shù)，安裝在3軸(X，Y，Z)，分頭行動(dòng)但配合A和C軸；

(d)該基板是在一個(gè)安裝在所有5個(gè)軸的堆棧上的平臺(tái)上(x，y，z，a和c)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了應(yīng)用上述的方法的第二種激光加工系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)激光加工站，每個(gè)所述激光加工站均可以并行執(zhí)行如權(quán)利要求1-2所述的方法；

并且，機(jī)械加工站可以將工件從(a)廢材料和/或(b)后處理，以提高工件的邊緣特征和/或(c)突出了在工件上的孔或槽等特征。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括：作為基板，無論是作為一個(gè)數(shù)組的單個(gè)部分或多個(gè)部分構(gòu)圖都要到一個(gè)單一的大基板上，

在這種情況下，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的軸線分割使得襯底線性移動(dòng)，在前部的激光頭安裝在剩余的4軸上。

整體上來看，本申請(qǐng)中各部分的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)必須遵循以下基本原則：

(一)部分必須移動(dòng)到理想的切割線的部分(每一個(gè)位置的切割路徑)體現(xiàn)在相交的區(qū)域正入射激光的焦點(diǎn)上。

在入射激光束的正中集中區(qū)域跨度的梁上突出整個(gè)厚度，然后運(yùn)動(dòng)疊加移動(dòng)的部分通過周邊切割線一次。

在入射激光束的焦點(diǎn)地區(qū)跨度只有積極部分厚度的一部分，那么運(yùn)動(dòng)疊加多次回顧周邊線，分度預(yù)定高度之間的連續(xù)傳球，這樣的傳球次數(shù)的增加跨越了被加工材料的厚度。

(b)部分必須定位和移動(dòng)這樣的激光入射角保持在90°±10°在切割位置。這可以通過將一個(gè)足夠數(shù)量的軸-通常是5-在運(yùn)動(dòng)堆棧，或通過設(shè)計(jì)的一部分，這樣的效果可以實(shí)現(xiàn)與較少的軸

進(jìn)一步，可以分為兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，

第一種，是單處理系統(tǒng)部分。

該系統(tǒng)將包括一個(gè)或多個(gè)激光加工站，該站可以并行執(zhí)行相同的過程或離散處理，步驟依次如下，在某些情況下，機(jī)械加工站可以將工件從(a)廢材料和/或(b)后處理，以提高工件的邊緣特征和/或(c)突出了在工件上的孔或槽等特征。

多軸定位系統(tǒng)通常結(jié)合直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣體現(xiàn)在三維曲面上的任何一點(diǎn)，可以提出這樣的激光束入射垂直于10個(gè)點(diǎn)的接觸點(diǎn)的表面。運(yùn)行在基板上的激光束入射，在周圍的點(diǎn)或在基板內(nèi)的激光束入射垂直于碲表面。例如描述的是一個(gè)五坐標(biāo)定位系統(tǒng)。例如系統(tǒng)將利用三個(gè)直線軸指定的X，Y和Z和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，指定A和C軸都可以在不同的組合處，以位置變換或分裂達(dá)到預(yù)期效果。典型配置如下：

(a)基板是在一個(gè)平臺(tái)上，安裝在4軸(X，Y，A和C)，激光技術(shù)，安裝在單軸(Z)，分開運(yùn)動(dòng)但配合X，Y軸，a軸和c軸；

(b)的基板上的一個(gè)平臺(tái)，是安裝在2軸(X和Y)而舉行的激光技術(shù)，安裝在3軸(A，C，Z)，分別移動(dòng)但配合A和C軸；

(C)的基板上的一個(gè)平臺(tái)，是安裝在2軸舉行(A和C)，激光技術(shù)，安裝在3軸(X，Y，Z)，分頭行動(dòng)但配合A和C軸；

(d)該基板是在一個(gè)安裝在所有5個(gè)軸的堆棧上的平臺(tái)上(x，y，z，a和c)。

第二種是批次處理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)將包括一個(gè)或多個(gè)激光加工站，該站可以并行執(zhí)行相同的過程或離散處理，步驟依次如下，在某些情況下，機(jī)械加工站可以將工件從(a)廢材料和/或(b)后處理，以提高工件的邊緣特征和/或(c)突出了在工件上的孔或槽等特征。

作為基板，無論是作為一個(gè)數(shù)組的單個(gè)部分或多個(gè)部分構(gòu)圖都要到一個(gè)單一的大基板上。在這種情況下，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的軸線分割使得襯底線性移動(dòng)，舉例用于輸送機(jī)上，在前部的激光頭安裝在剩余的4軸上。

該零件保持垂直于激光束，并將其印在基板上，以便定義多個(gè)工件。

相同或不同的多個(gè)部分維度堆疊在一起，作為同一批流程處理在同一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。

本申請(qǐng)實(shí)施例中上述公開的方法和系統(tǒng)，通過改善工作流程的方式，提高了工作效率和降低損耗。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技 術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。