CN215880390U - 双光路玻璃钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双光路玻璃钻孔装置，其包括第一光源、第二光源、光路切换单元、加工单元以及控制单元，其中，第一光源、第二光源分别具有超快激光器、纳秒激光器，分别用于产生超快激光、纳秒激光，光路切换单元设于第一光源、第二光源的输出端，加工单元设于光路切换单元的输出端，控制单元用于控制第一光源、第二光源进行切换，以使超快激光、纳秒激光分别经光路切换单元进入加工单元，并经加工单元出射后对玻璃进行加工，因此，利用纳秒激光保证加工效率，同时又避免了纯纳秒激光的热裂作用，避免裂口产生，从而在保持加工效率的同时又提高了玻璃的加工品质。

Description

双光路玻璃钻孔装置

技术领域

本实用新型涉及激光玻璃钻孔技术领域，尤其涉及一种双光路玻璃钻孔装置。

背景技术

在玻璃加工领域，对玻璃钻孔主要有两种方式：一种是采用纳秒激光进行玻璃钻孔，纳秒激光具有高效的钻孔速度，但是纳秒激光采用控制裂纹走向的方式进行玻璃切割，因此加工过程中会在玻璃开口处尤其是在最后收尾阶段，对玻璃表面造成大的崩边尺寸，并且崩边尺寸往往都在100um以上，但部分行业要求崩边尺寸往在30um以内；另外，裂纹会对后续玻璃的稳定性造成一定隐患，因此在玻璃加工行业中，采用纳秒激光加工后，都需要对玻璃缺口进行抛光处理，因此费时费力，导致加工效率低。另一种是采用皮秒激光进行玻璃钻孔，皮秒激光切割玻璃边缘质量高，但因皮秒特性，无法对1mm以上的玻璃实现高速钻孔。

因此，有必要提供一种在保持加工效率的同时提高加工品质的双光路玻璃钻孔装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在保持加工效率的同时提高加工品质的双光路玻璃钻孔装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：提供一种双光路玻璃钻孔装置，其包括第一光源、第二光源、光路切换单元、加工单元以及控制单元，其中，所述第一光源、所述第二光源分别具有超快激光器、纳秒激光器，分别用于产生超快激光、纳秒激光，所述光路切换单元设于所述第一光源、所述第二光源的输出端，所述加工单元设于所述光路切换单元的输出端，所述控制单元用于控制所述第一光源、所述第二光源进行切换，以使所述超快激光、所述纳秒激光分别经所述光路切换单元进入所述加工单元，并经所述加工单元出射后对玻璃进行加工。

较佳地，通过所述第一光源、所述第二光源的切换，以使所述超快激光经所述光路切换单元、所述加工单元出射后对玻璃的顶部及底部进行加工，使所述纳秒激光经所述光路切换单元、所述加工单元出射后对玻璃的中部进行加工。

较佳地，所述超快激光通过螺旋线模式或/和同心圆模式对玻璃的顶部及底部进行加工。

较佳地，所述第一光源包括所述超快激光器以及设于其输出端的第一扩束镜，所述第一扩束镜用于对所述超快激光器出射的超快激光进行扩束以及发散角处理；所述第二光源包括纳秒激光器以及设于其输出端的第二扩束镜，所述第二扩束镜用于对所述纳秒激光器出射的纳秒激光进行扩束以及发散角处理；所述光路切换单元包括第一反射镜以及设于其输出端的合束镜，并且所述第一反射镜、所述合束镜分别设于所述第一扩束镜的输出端、所述第二扩束镜的输出端；所述加工单元包括振镜扫描系统以及设于其输出端的远心聚焦场镜，所述振镜扫描系统设于所述合束镜的输出端。

较佳地，所述光路切换单元还包括第二反射镜，所述第二反射镜设于所述合束镜与所述振镜扫描系统之间，所述合束镜出射的激光通过所述第二反射镜的反射后进入所述振镜扫描系统。

较佳地，所述第二反射镜为45°反射镜。

较佳地，所述加工单元还包括对应于所述远心聚焦场镜设置的除尘系统，所述除尘系统用于吸走加工粉尘。

较佳地，所述振镜扫描系统为三维扫描振镜或者二维扫描振镜与单轴运动件的组合体。

较佳地，所述超快激光器、所述纳秒激光器的波长均为501nm-550nm或者1064nm，频率均为100K，功率均为10W。

较佳地，所述超快激光器的脉冲宽度为15-50ps，所述纳秒激光器的脉冲宽度为1-10ns。

与现有技术相比，由于本实用新型的双光路玻璃钻孔装置，其第一光源、第二光源具有超快激光器、纳秒激光器，分别用于产生超快激光、纳秒激光，因此通过第一光源、第二光源的切换，利用第一光源产生的超快激光束在开始和结尾处对玻璃的底部及顶部进行冷加工处理，避免纯纳秒激光的热裂作用，避免裂口的产生，从而提高了玻璃的加工品质，然后利用第二光源产生的纳秒激光对玻璃的中部进行处理，保证加工效率。因此，本实用新型的双光路玻璃钻孔装置在保持加工效率的同时，能够提高加工品质，并为客户省去了机械抛光的过程，节省加工时间和程序，并对环境起到保护作用。

附图说明

图1是本实用新型双光路玻璃钻孔装置的光路原理图。

图2是本实用新型双光路玻璃钻孔装置的结构示意图。

图3是螺旋线加工的轨迹示意图。

图4是同心圆加工的轨迹示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本实用新型所提供的双光路玻璃钻孔装置100，尤其适用于高品质的玻璃加工领域，例如汽车玻璃、消费电子行业玻璃屏幕、家电行业中的玻璃插座、玻璃USB接口外壳等高要求的产品钻孔，但是并不以此为限，当然还可以用于其他普通玻璃或者其他相类似产品的钻孔加工。

下面先参看图1所示，本实用新型的双光路玻璃钻孔装置100，其包括第一光源110、第二光源120、光路切换单元130、加工单元140以及控制单元。其中，第一光源110、第二光源120分别具有超快激光器、纳秒激光器，两者分别用于产生超快激光、纳秒激光；光路切换单元130设于第一光源110、第二光源120的输出端，加工单元140设于光路切换单元130的输出端。所述控制单元用于控制第一光源110、第二光源120进行切换，以使超快激光器或纳秒激光器产生的激光束经过光路切换单元130而进入加工单元140，再经过加工单元140输出后对玻璃进行钻孔加工，其中利用超快激光器产生的激光束对玻璃的顶部及底部进行加工，利用纳秒激光器产生的激光束对玻璃的中部进行加工，由此保证加工效率，同时避免纯纳秒激光的热裂作用，进而避免加工时裂口的产生，提高玻璃的加工品质。

下面参看图2所示，本实用新型的双光路玻璃钻孔装置100的一种具体实施方式中，所述第一光源110具体包括超快激光器111以及设于其输出端的第一扩束镜112，第一扩束镜112用于对超快激光器111输出的激光束进行扩束以及发散角处理。相应地，所述第二光源120包括纳秒激光器121以及设于其输出端的第二扩束镜122，第二扩束镜122用于对纳秒激光器121输出的激光束进行扩束以及发散角处理。可理解地，超快激光器111、纳秒激光器121的设置位置可互换。

在本实用新型的一种具体实施方式中，超快激光器111优选为皮秒激光器，利用皮秒激光的冷蚀刻作用，在开始和结尾处对玻璃的顶部及底部进行冷加工处理，避免纯纳秒激光的热裂作用，由此避免裂口的产生，解决了纳秒激光加工时边缘崩边的问题，从而提高玻璃的加工品质。

在本实用新型中，超快激光器111的波长优选为501nm-550nm或者1064nm，超快激光器111的脉冲宽度优选为15-50ps，频率优选为100K、功率优选为10W，并且为高单脉冲能量超快激光器111。在一种具体实施方式中，选择波长为532nm、脉冲宽度为15ps、频率为100K、功率为10W的皮秒激光器。

相应地，纳秒激光器121的波长优选为501nm-550nm或者1064nm，同时该纳秒激光器121的脉冲宽度优选为1-10ns，频率优选为100K、功率优选为10W。在本具体实施方式中，选择波长为532nm、频率为100K、脉宽为6ns、功率为10W的纳秒激光器121。

可以理解地，本实用新型中的皮秒激光器、纳秒激光器121的各种参数并不以上述实施方式中的为限，两者的参数可根据具体的加工需要灵活设置。

继续参看图2所示，所述光路切换单元130包括第一反射镜131以及设于其输出端的合束镜132，并且第一反射镜131、合束镜132中的一者对应设于第一扩束镜112的输出端，第一反射镜131、合束镜132中的另一者对应设于第二扩束镜122的输出端，通过第一反射镜131、合束镜132的配合将两束激光束整合共用一套加工单元140，具体地，超快激光器111、纳秒激光器121中的一者发出的激光束可经过合束镜132出射后直接进入加工单元140，超快激光器111、纳秒激光器121中的另一者发出的激光束则经过第一反射镜131的反射后进入合束镜132，再通过合束镜132出射后进入加工单元140。

在本实用新型的一种具体实施方式中，合束镜132设于第一扩束镜112的输出端，第一反射镜131对应设于第二扩束镜122的输出端。工作时，皮秒激光器发出的皮秒激光束通过第一扩束镜112进行扩束和发散角处理后，直接进入合束镜132，再经过合束镜132出射后进入加工单元140；而纳秒激光器121的纳秒激光束通过第二扩束镜122进行扩束和发散角处理后，进入第一反射镜131，由第一反射镜131反射后进入合束镜132，再通过合束镜132发出至加工单元140。

更进一步地，所述光路切换单元130还包括第二反射镜133，第二反射镜133设于合束镜132的输出端与加工单元140的输出端之间，所述合束镜132发出的激光束通过第二反射镜133的反射后进入加工单元140，通过第二反射镜133来改变激光束的传输路径。

本实用新型中，第二反射镜133优选为45°反射镜，但是并不以此为限，具体可根据需要灵活选择。

再次参看图2所示，本实用新型中，所述加工单元140包括振镜扫描系统141以及设于其输出端的远心聚焦场镜142，其中，振镜扫描系统141设于第二反射镜133的输出端，该振镜扫描系统141通过镜片的摆动进行图形扫描及加工，远心聚焦场镜142用于使激光束在整个加工平面内形成均匀大小的聚焦光斑。

本实用新型中，振镜扫描系统141可以是三维扫描振镜，也可以是二维扫描振镜与单轴运动件的组合体，两者均为本领域的常规结构，因此不再详细说明。另外，远心聚焦场镜142的焦距F优选为60-160mm，但并不以此为限。

再次参看图2所示，本实用新型中，所述加工单元140还包括除尘系统143，设于远心聚焦场镜142的输出端并对应于加工位置，除尘系统143用于吸走加工过程中产出的粉尘等，除尘系统143的结构及原理也为本领域的常规方式，因此不再详述。

下面结合图2-4所示，现有的对玻璃进行钻孔加工的常用方法有两种：一种是螺旋线轨迹加工，参看图3所示，螺旋线轨迹的优点是开关光的位置少，提高了振镜的加工速度，降低绿热影响；另一种是同心圆轨迹加工，参看图4所示，此方法是对螺旋线轨迹的补充，螺旋线轨迹在外边端口处有一个比较明显的特点，即因开光造成的缺口，而同心圆轨迹能很好的弥补这个缺口问题。

基于上述加工原理，本实用新型中的加工单元140进行加工时，将螺旋线轨迹和同心圆轨迹进行组合，具体方法为：在切割圆孔时，圆的内部加工采用螺旋线填充，而到圆的外径时，则将螺旋线与圆进行对接，从而消除螺旋线结束位置的缺口问题，从而加工出完美的孔型结构。

下面结合图1-4所示，对本实用新型之双光路玻璃钻孔装置100对玻璃进行钻孔加工的工作原理及过程进行说明。

首先，进行图元处理。具体地，对客户所提供的图形进行数据处理，因客户所提供的图形多以CAD单线为主，直接用振镜加工的效果不佳，通常需要对该图形进行处理，形成一定间距密布的单个图层或者多个图层，线间距依照聚焦光斑以及加工效果做具体处理。在本实用新的一种具体实施方式中，线间距为0.01mm，无论是圆孔还是异形孔，均采用相似的方法处理，形成多个图层，并且每个图层对应不同的加工参数。

然后，利用皮秒激光对玻璃底部进行处理。具体地，启动第一光源110使其皮秒激光器发出皮秒激光，皮秒激光器发出的激光束经过第一扩束镜112的扩束以及发散角处理后，依次经过合束镜132、第二反射镜133进入振镜扫描系统141、远心聚焦场镜142，经远心聚焦场镜142出射后作用于玻璃底部，利用皮秒激光的特性，对玻璃底部实行蚀刻消融处理，可以通过螺旋线模式或者同心圆模式或者螺旋线与同心圆组合模式对底部进行蚀刻处理，处理后的玻璃底部边缘整洁，无毛刺，无裂纹；蚀刻到一定深度后，控制皮秒激光器停止。

接着，利用纳秒激光处理玻璃中部。具体地，启动第二光源120使其纳秒激光器121发出纳秒激光，纳秒激光的激光束经过第二扩束镜122的扩束以及发散角处理后，经第一反射镜131的反射后进入合束镜132，再依次经合束镜132、第二反射镜133后进入振镜扫描系统141、远心聚焦场镜142，经远心聚焦场镜142出射后作用于玻璃，纳秒激光处理玻璃与皮秒激光处理玻璃的特性不同，纳秒激光处理以控制玻璃的裂纹走向为主，适当调整功率，用纳秒激光对玻璃中间实行玻璃粉碎处理，使得玻璃中间沟槽里面的玻璃形成微米级别的颗粒，实现高速钻孔，此过程中通过除尘系统143及时抽走玻璃粉尘，并在加工过程中，设计纳秒激光加工的深度，当达到设计的加工深度后，纳秒激光器121终止加工。

最后，再利用皮秒激光处理玻璃顶部。具体地，在距离玻璃顶部几百微米左右的位置处，再次启动第一光源110使其皮秒激光器发出皮秒激光，利用皮秒激光对玻璃顶部进行收尾处理，通过螺旋线模式或者同心圆模式或者螺旋线与同心圆组合模式对顶部进行蚀刻，在本具体实施方式中，优先采用同心圆来对接螺旋线，从而消除螺旋线结束位置的缺口问题，由此达到崩边在30um以下的效果。

综上所述，由于本实用新型的双光路玻璃钻孔装置100，其第一光源110、第二光源120分别具有超快激光器111、纳秒激光器121，分别用于产生超快激光、纳秒激光，因此通过第一光源110、第二光源120的切换，利用第一光源110产生的超快激光束在开始和结尾处对玻璃的底部及顶部进行冷加工处理，避免纯纳秒激光的热裂作用，避免裂口的产生，从而提高了玻璃的加工品质，然后利用第二光源120产生的纳秒激光对玻璃的中部进行处理，保证加工效率。因此，本实用新型的双光路玻璃钻孔装置100在保持加工效率的同时，能够提高加工品质，并为客户省去了机械抛光的过程，节省加工时间和程序，并对环境起到保护作用。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，包括第一光源、第二光源、光路切换单元、加工单元以及控制单元，所述第一光源、所述第二光源分别具有超快激光器、纳秒激光器，分别用于产生超快激光、纳秒激光，所述光路切换单元设于所述第一光源、所述第二光源的输出端，所述加工单元设于所述光路切换单元的输出端，所述控制单元用于控制所述第一光源、所述第二光源进行切换，以使所述超快激光、所述纳秒激光分别经所述光路切换单元进入所述加工单元，并经所述加工单元出射后对玻璃进行加工。

2.如权利要求1所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，通过所述第一光源、所述第二光源的切换，以使所述超快激光经所述光路切换单元、所述加工单元出射后对玻璃的顶部及底部进行加工，使所述纳秒激光经所述光路切换单元、所述加工单元出射后对玻璃的中部进行加工。

3.如权利要求2所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述超快激光通过螺旋线模式或/和同心圆模式对玻璃的顶部及底部进行加工。

4.如权利要求1-3任一项所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，

所述第一光源包括所述超快激光器以及设于其输出端的第一扩束镜，所述第一扩束镜用于对所述超快激光器出射的超快激光进行扩束以及发散角处理；

所述第二光源包括纳秒激光器以及设于其输出端的第二扩束镜，所述第二扩束镜用于对所述纳秒激光器出射的纳秒激光进行扩束以及发散角处理；

所述光路切换单元包括第一反射镜以及设于其输出端的合束镜，并且所述第一反射镜、所述合束镜分别设于所述第一扩束镜的输出端、所述第二扩束镜的输出端；

所述加工单元包括振镜扫描系统以及设于其输出端的远心聚焦场镜，所述振镜扫描系统设于所述合束镜的输出端。

5.如权利要求4所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述光路切换单元还包括第二反射镜，所述第二反射镜设于所述合束镜与所述振镜扫描系统之间，所述合束镜出射的激光通过所述第二反射镜的反射后进入所述振镜扫描系统。

6.如权利要求5所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述第二反射镜为45°反射镜。

7.如权利要求4所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述加工单元还包括对应于所述远心聚焦场镜设置的除尘系统，所述除尘系统用于吸走加工粉尘。

8.如权利要求4所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述振镜扫描系统为三维扫描振镜或者二维扫描振镜与单轴运动件的组合体。

9.如权利要求1所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述超快激光器、所述纳秒激光器的波长均为501nm-550nm或者1064nm，频率均为100K，功率均为10W。

10.如权利要求1所述的双光路玻璃钻孔装置，其特征在于，所述超快激光器的脉冲宽度为15-50ps，所述纳秒激光器的脉冲宽度为1-10ns。

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