刚玉加工方法与流程

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明属于激光加工领域，更具体地说，是涉及一种刚玉加工方法。背景技术：2.刚玉是一种由氧化铝(al2o3)的结晶形成的宝石。刚玉一般包括红宝石和蓝宝石。红宝石指的是掺有金属铬，颜色呈鲜红的刚玉。蓝宝石指的是除红色以外其他颜色的刚玉。刚玉由于具有良好的热特性、电气特性、耐腐蚀性、透红外特性，在光学器件领域具有广泛的应用。3.然而，由于刚玉的硬度高，其加工难度较大。刚玉的加工分为裸玻加工和镀膜加工。裸玻加工一般采用激光从刚玉晶体表面入射，将刚玉切割成小片，再通过摆盘固定小片，最后完成小片的镀膜。裸玻加工效率较低，镀膜前需对小片装盘固定，镀膜后需拆卸。镀膜加工则采用激光从非镀膜面入射切割，未对镀膜进行切割，容易造成保护区的镀膜损伤。而对于已镀膜的喷砂蓝宝石，进行加工时容易出现膜层热损伤大，非镀膜面脏污的问题。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种刚玉加工方法，以提高刚玉的加工效率，同时保证刚玉的加工质量。5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种刚玉加工方法，包括：6.根据预设加工路径在刚玉的非喷砂面进行红外皮秒切割，以在所述刚玉上形成若干符合预设间距要求的切割点；7.根据所述预设加工路径在所述刚玉的喷砂面或非镀膜面进行co2裂片，以使所述刚玉沿所述预设加工路径裂开。8.可选的，所述根据预设加工路径在刚玉的非喷砂面进行红外皮秒切割，以在所述刚玉上形成若干符合预设间距要求的切割点之前，还包括：9.若所述刚玉包括设置有保护膜的镀膜面，根据初始加工路径在所述镀膜面进行co2切膜，以去除所述镀膜面上非产品区域上的保护膜，或者，去除所述镀膜面上非产品区域上的保护膜并切除至少一部分镀膜层，所述镀膜面为所述非喷砂面或所述非喷砂面的相对面。10.可选的，所述若所述刚玉包括设置有保护膜的镀膜面，根据所述预设加工路径在所述镀膜面进行co2切膜之后，还包括：11.若所述镀膜面为所述非喷砂面，对所述初始加工路径上残余的镀膜层进行紫外清除，所述预设加工路径处于已清除镀膜层的区域内。12.可选的，通过环形除尘装置清除进行co2切膜和/或紫外清除时产生的粉尘；13.所述环形除尘装置设置有环形本体，所述环形本体的内环面设置有出气口，外环面设置有抽气口。14.可选的，所述若所述刚玉包括设置有保护膜的镀膜面，根据初始加工路径在所述镀膜面进行co2切膜，包括：15.通过能量跟随模式控制所述co2切膜的激光输出能量，所述能量跟随模式包括：16.x＝ratio*vel+minpower+prfcomd17.其中，x为激光输出能量比例；18.ratio为跟随比例；19.vel为切膜速度；20.minpower为最小能量输出；21.prfcomd为占空比。22.可选的，所述co2切膜的切割宽度为50-400μm，所述保护膜为pet保护膜，所述镀膜层包括pvd膜层/nht膜层。23.可选的，通过红外皮秒激光器生成初始红外皮秒激光，所述初始红外皮秒激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于红外皮秒切割的红外皮秒加工光束，所述红外皮秒加工光束的光斑直径为1～3μm；24.通过co2激光器产生第一初始co2激光，所述第一初始co2激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于co2切膜的第一co2激光光束，所述第一co2激光光束的光斑直径为20～200μm；25.通过紫外激光器产生紫外激光，所述紫外激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于紫外清除的紫外激光光束，所述紫外激光光束的光斑直径为10～50μm；26.通过co2激光器产生第二初始co2激光，所述第二初始co2激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于co2裂片的第二co2激光光束，所述第二co2激光光束的光斑直径为20～100μm，所述第二co2激光光束的聚焦焦点与所述喷砂面或所述非镀膜面的距离为5-15mm。27.可选的，通过除尘装置清除进行红外皮秒切割和/或co2裂片时产生的粉尘。28.可选的，通过ccd视觉模块监视所述红外皮秒切割、所述co2裂片和/或所述紫外清除的加工效果。29.可选的，所述预设间距要求包括相邻切割点的距离为指定值，所述指定值包括5-10μm。30.本发明提供的刚玉加工方法，可以提高刚玉的加工效率，同时保证刚玉的加工质量。附图说明31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。32.图1为本发明实施例刚玉加工方法的一流程示意图；33.图2为本发明实施例中不同类型刚玉的结构示意图；34.图3为本发明实施例进行红外皮秒切割的简易示意图；35.图4为本发明实施例进行co2裂片的简易示意图；36.图5为本发明实施例进行co2切膜的简易示意图；37.图6为本发明实施例进行紫外清除的简易示意图。具体实施方式38.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。39.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。40.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。42.现对本发明提供的刚玉加工方法进行说明。如图1所示，本发明实施例提供的刚玉加工方法，包括：43.s30、根据预设加工路径在刚玉的非喷砂面进行红外皮秒切割，以在所述刚玉上形成若干符合预设间距要求的切割点。44.可理解地，本步骤用于在刚玉上产生隐裂纹，以提高刚玉产品的质量(用3pb强度表征)。如图2所示，刚玉包括但不限于裸玻蓝(红)宝石(图2a)、裸玻喷砂蓝(红)宝石(图2b)、镀膜蓝(红)宝石(图2c)和镀膜喷砂蓝(红)宝石(图2d)。其中，裸玻蓝(红)宝石包括宝石本体c01；裸玻喷砂蓝(红)宝石包括宝石本体c01和喷砂层c02；镀膜蓝(红)宝石包括宝石本体c01、镀膜层c03和保护膜层c04；镀膜喷砂蓝(红)宝石包括宝石本体c01、喷砂层c02、镀膜层c03和保护膜层c04。在一些示例中，刚玉可以是呈片状的蓝宝石玻璃。45.预设加工路径指的是基于产品形状的要求设置的加工路径。不同形状的产品，其对应的预设加工路径也不相同。刚玉的非喷砂面，可以是图2a示例的上表面或下表面，也可以是图2b示例的上表面，或者是图2c示例的上表面或下表面(一般为下表面)，又或者是图2d示例的上表面。46.红外皮秒切割指的是使用红外皮秒激光器产生的激光对刚玉进行切割。在一示例中，如图3所示，红外皮秒激光器001产生激光，激光经过光束传导机整形装置002和聚焦装置003后，打在裸玻喷砂蓝宝石的宝石本体c01上，实现对裸玻喷砂蓝宝石的切割。47.红外皮秒激光器产生的脉冲激光，可按照预设加工路径在刚玉上产生若干符合预设间距要求的切割点。预设间距要求可以根据实际需要设置。在一示例中，预设间距要求包括相邻切割点的距离相等，且相邻切割点的距离在5-10μm之间。这些切割点可以形成沿着预设加工路径的隐裂纹，可以解决加工后刚玉产品强度较低的问题。经测试，加工后的刚玉产品的3pb强度(3点弯曲的弯曲强度)，最小值大于410mpa，平均值大于450mpa，最高值大于520mpa。48.s40、根据所述预设加工路径在所述刚玉的喷砂面或非镀膜面进行co2裂片，以使所述刚玉沿所述预设加工路径裂开。49.可理解地，本步骤用于对刚玉进行切割，以获得最终的刚玉制成品(可以是成品，也可以是半成品)。经红外皮秒切割后的刚玉仅形成了隐裂纹，需要进一步加工方可形成最终的刚玉制成品。可以使用co2裂片的方式对刚玉进行加工。co2裂片指的是采用co2激光器产生的激光对刚玉进行切割。在此处，co2裂片所使用的激光为连续型激光。经co2裂片后，可以形成与上述预设加工路径匹配的成品或半成品。其中，喷砂面指的是经喷砂工艺处理的喷砂表面。co2激光器产生的激光可以加工此类表面。非镀膜面指的是没有镀膜层的裸露晶面。50.在一示例中，如图4所示，co2激光器011产生激光，激光经过光束传导机整形装置012和聚焦装置013后，打在裸玻喷砂蓝宝石的喷砂面c02上，实现对裸玻喷砂蓝宝石的切割。其中，除尘装置015用于清除切割时产生的粉尘和废渣。51.需要注意的，此步骤的加工对象可以是裸玻蓝(红)宝石、裸玻喷砂蓝(红)宝石、镀膜蓝(红)宝石、镀膜喷砂蓝(红)宝石。52.在加工对象为裸玻蓝(红)宝石时，步骤s30的非喷砂面、步骤s40的非镀膜面指的是裸玻面。53.在加工对象为裸玻喷砂蓝(红)宝石时，步骤s30的非喷砂面指的是裸玻面，步骤s40的加工面指的是喷砂面。54.在加工对象为镀膜蓝(红)宝石时，步骤s30的非喷砂面指的是裸玻面，而镀膜面即为非喷砂面的相对面(例如，裸玻面为上表面，镀膜面为下表面，则两者互为相对面)，此时，步骤s40与步骤s30的加工面相同。55.在加工对象为镀膜喷砂蓝(红)宝石时，步骤s30的非喷砂面指的是镀膜面，步骤s40的加工面指的是喷砂面。56.步骤s30-s40中，根据预设加工路径在刚玉的非喷砂面进行红外皮秒切割，以在所述刚玉上形成若干符合预设间距要求的切割点，切割形成的多个切割点可以形成隐裂纹，保证加工后的刚玉制成品的力学强度。根据所述预设加工路径在所述刚玉的喷砂面或非镀膜面进行co2裂片，以使所述刚玉沿所述预设加工路径裂开，获得形状符合要求的刚玉制成品。57.可选的，步骤s30之前，即所述根据预设加工路径在刚玉的非喷砂面进行红外皮秒切割，以在所述刚玉上形成若干符合预设间距要求的切割点之前，还包括：58.s10、若所述刚玉包括设置有保护膜的镀膜面，根据初始加工路径在所述镀膜面进行co2切膜，以去除所述镀膜面上非产品区域上的保护膜，或者，去除所述镀膜面上非产品区域上的保护膜并切除至少一部分镀膜层，所述镀膜面为所述非喷砂面或所述非喷砂面的相对面。59.可理解地，本步骤用于除去刚玉上非产品区域上的保护膜。在一些情况下，本步骤也可以实现对镀膜层的切割。在一示例中，如图5所示，co2激光器011产生激光，激光经过光束传导机整形装置012和聚焦装置013后，打在镀膜蓝宝石的保护膜c04和镀膜层c03上，实现对镀膜蓝宝石的保护膜c04和镀膜层c03的切割。其中，环形除尘装置016用于清除切割时产生的粉尘和废渣。环形除尘装置016设置有环形本体，环形本体的内环面设置有出气口0161，外环面设置有抽气口0162。60.初始加工路径是基于刚玉制成品设置的加工路径。由于初始加工路径的加工对象为保护膜及镀膜层，其加工精度的要求较低，因而，初始加工路径可以与预设加工路径相同，也可以与预设加工路径略有偏差(可以大一些，也可以小一些)。61.可以根据加工的需求确定是否对镀膜层c03进行切割。也就是说，在一些情况下，仅切割保护膜c04。在另一情况下，需要切割保护膜c04和镀膜层c03。62.需要注意的，此步骤的加工对象可以是镀膜蓝(红)宝石和镀膜喷砂蓝(红)宝石。63.在加工对象为镀膜蓝(红)宝石时，步骤s30的非喷砂面指的是裸玻面，也即是，步骤s10的镀膜面即为步骤s30的非喷砂面的相对面(例如，裸玻面为上表面，镀膜面为下表面，则两者互为相对面)。64.在加工对象为镀膜喷砂蓝(红)宝石时，步骤s30的非喷砂面指的是镀膜面，也即是，步骤s10的镀膜面与步骤s30的非喷砂面相同。65.可选的，步骤s10之后，即所述若所述刚玉包括设置有保护膜的镀膜面，根据所述预设加工路径在所述镀膜面进行co2切膜之后，还包括：66.s20、若所述镀膜面为所述非喷砂面，对所述初始加工路径上残余的镀膜层进行紫外清除，所述预设加工路径处于已清除镀膜层的区域内。67.可理解地，步骤s20的加工对象可以是镀膜喷砂蓝(红)宝石。镀膜喷砂蓝(红)宝石包括镀膜面(也即是非喷砂面)和喷砂面。镀膜面即为非喷砂面。68.紫外清除指的是采用紫外激光清除初始加工路径上残余的镀膜层。在一示例中，如图6所示，紫外激光器021产生紫外激光，紫外激光经过光束传导机整形装置022和聚焦装置023后，打在镀膜喷砂蓝宝石的镀膜层c03上，实现对镀膜层c03的完全清除。其中，通过环形除尘装置(未图示，与环形除尘装置016结构相同)清除切割时产生的粉尘和废渣。ccd视觉模块024可用于监视镀膜层c03的清除效果。在此处，紫外激光可清除的镀膜层c03的厚度为10-50μm。69.步骤s20执行完毕后，可形成一条沿着初始加工路径走向的，已清除镀膜层的条状区域，该条状区域的宽度为50-200μm，而预设加工路径处于该条状区域内。已清除镀膜层的条状区域可允许进行红外皮秒切割。70.可选的，通过环形除尘装置清除进行co2切膜和/或紫外清除时产生的粉尘；71.所述环形除尘装置设置有环形本体，所述环形本体的内环面设置有出气口，外环面设置有抽气口。72.可理解地，在执行步骤s10和s20时，可通过环形除尘装置清除加工时产生的粉尘。如图5所示，环形除尘装置016设置有环形本体，环形本体的内环面设置有出气口0161，外环面设置有抽气口0162。出气口0161吹出气流，可带走切割点处产生的粉尘，抽气口0162可以抽走包含粉尘的气流，减少粉尘对刚玉制成品的污染。73.可选的，所述若所述刚玉包括设置有保护膜的镀膜面，根据初始加工路径在所述镀膜面进行co2切膜，包括：74.通过能量跟随模式控制所述co2切膜的激光输出能量，所述能量跟随模式包括：75.x＝ratio*vel+minpower+prfcomd76.其中，x为激光输出能量比例；77.ratio为跟随比例；78.vel为切膜速度；79.minpower为最小能量输出；80.prfcomd为占空比。81.可理解地，在执行步骤s10时，可采用能量跟随模式，防止在路径不为直线时，激光切割头的移动速度较慢，导致能量过度积聚，烧伤该处的保护膜和镀膜层。82.激光输出能量比例x随着切膜速度的减少而减少，可以有效防止在切割圆弧时，发生烧伤现象。同时，设置最小能量输出和占空比，可以保证co2激光具有足以执行切膜步骤的能量。83.可选的，所述co2切膜的切割宽度为50-400μm，所述保护膜为pet保护膜，所述镀膜层包括pvd膜层/nht膜层。84.可理解地，执行步骤s10的co2切膜，可以形成切割宽度为50-400μm的切割通道，以允许红外皮秒激光器通过该切割通道对宝石本体进行加工。保护膜可为pet(polyethylene terephthalate，涤纶树脂)保护膜。镀膜层包括pvd膜层(物理气相沉积形成的金属镀膜)/nht膜层(热转印膜，即油墨层)。85.可选的，通过红外皮秒激光器生成初始红外皮秒激光，所述初始红外皮秒激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于红外皮秒切割的红外皮秒加工光束，所述红外皮秒加工光束的光斑直径为1～3μm；86.通过co2激光器产生第一初始co2激光，所述第一初始co2激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于co2切膜的第一co2激光光束，所述第一co2激光光束的光斑直径为20～200μm；87.通过紫外激光器产生紫外激光，所述紫外激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于紫外清除的紫外激光光束，所述紫外激光光束的光斑直径为10～50μm；88.通过co2激光器产生第二初始co2激光，所述第二初始co2激光先经扩束整形，再经聚焦装置聚焦，获得用于co2裂片的第二co2激光光束，所述第二co2激光光束的光斑直径为20～100μm，所述第二co2激光光束的聚焦焦点与所述喷砂面或所述非镀膜面的距离为5-15mm。89.可理解，当加工对象为裸玻蓝(红)宝石时，需执行步骤s30和s40，此时使用的激光器包括红外皮秒激光器和co2激光器。90.当加工对象为裸玻喷砂蓝(红)宝石时，需执行步骤s30和s40，此时使用的激光器包括红外皮秒激光器和co2激光器。91.当加工对象为镀膜蓝(红)宝石时，需执行步骤s10、s30和s40，此时使用的激光器包括红外皮秒激光器和co2激光器。92.当加工对象为镀膜喷砂蓝(红)宝石时，需执行步骤s10、s20、s30和s40，此时使用的激光器包括红外皮秒激光器、紫外激光器和co2激光器。93.需要注意的是，步骤s10和步骤s40均使用co2激光器，但两者的工作参数不同，实现的功能也不相同。步骤s10用于切膜，而步骤s40用于裂片。94.上述各类激光经扩束整形后，可以使激光光斑的能量更加均匀，且可以灵活调节光斑的形状和大小，以更好地满足加工需求。并且，在步骤s40中，经扩束整形后的co2光束，其光斑缩小到20-100μm，可以减少co2光束对预设加工路径附近的保护膜和镀膜层的烧伤。95.在一示例中，红外皮秒激光器生成直径为2-3mm的光束，经扩束后，直径变为7-10mm，再经聚焦装置聚焦，可以生成直径为1～3μm的光斑。co2激光器可以产生2-4mm的光束，经扩束后，直径变为8-12cm，再经聚焦装置聚焦，可以生成直径为20～100μm的激光光斑(步骤s40)。96.可选的，通过除尘装置清除进行红外皮秒切割和/或co2裂片时产生的粉尘。97.可理解地，在执行步骤s30的红外皮秒切割、步骤s40的co2裂片时，也会产生一定的粉尘。此时，可以采用除尘装置清除这两个步骤产生的粉尘。除尘装置可以采用工业除尘器。98.可选的，通过ccd视觉模块监视所述红外皮秒切割、所述co2裂片和/或所述紫外清除的加工效果。99.可理解地，在进行加工时，步骤s20-s40的加工对象为刚玉，对加工的要求较高，可通过ccd视觉模块监视步骤s20-s40的加工效果。例如，通过ccd视觉模块004监视步骤s30中红外皮秒切割的效果；通过ccd视觉模块014监视步骤s40中co2裂片的效果；通过ccd视觉模块024监视步骤s20中紫外清除的效果。100.可选的，所述预设间距要求包括相邻切割点的距离为指定值，所述指定值包括5-10μm。101.可理解地，通过红外皮秒切割，可在刚玉上形成若干等距的切割点，相邻切割点的距离为同一指定值，该指定值可为5-10μm。切割点的直径可为1-3μm。102.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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