[发明专利]一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，具体涉及一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，属于激光切割技术领域。

背景技术

摆片是加速度计的重要组成部分，其形状复杂，并且对尺寸精度和表面质量要求高，其加工质量对加速度计性能有直接影响。摆片通常采用石英玻璃加工而成，除研磨、抛光、切割、清洗等玻璃行业的工艺方法之外，传统机械加工方法的适用性较差，因此在摆片生产中常用到激光等局部热加工的技术以实现摆片精密的结构形式。

利用激光的能量集中性对摆片进行局部加热，激光照射点的材料在吸收激光能量后温度急剧升高，以至于熔化和气化，并形成孔洞，以实现局部材料去除的目的。随着激光与工件的相对移动，便形成摆片所要求的结构。在现有技术中，激光照射后气化的材料被一定压力的辅助气流带走，但由于气化后的石英玻璃温度较高(大于1700℃)，随着与辅助气体的接触，气化后的材料会迅速的重新凝结，并且容易凝结在切缝附近形成牢固的挂渣。此外，由于摆片具有一定的厚度，但激光聚焦在一个平面，而且在摆片表面存在散射和反射现象，因此在厚度方向存在能量不均匀，使得切缝在厚度方向有一定锥度，造成摆片的尺寸精度降低。

秦淑斌等在先发明的“一种降低摆片激光切割损伤的方法”提供一种在激光加工过程中安装可靠性、切割图形与摆片设计结构的位置符合性高并且消除局部残余应力造成的损伤的摆片激光切割方法。该方法直接加工摆片，容易产生挂渣；该方法要求在激光切割前加热待加工摆片，以降低所采用激光束的能量，同时减小切缝处的温度梯度，虽然可以达到减少残余应力的目的，但是不能解决切缝有锥度的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种减少工件挂渣和切缝锥度、提高摆片切割质量的方法。

本发明的技术解决方案，提高摆片激光切割质量的方法，通过以下步骤实现：

第一步，制作切割辅助装置，

切割辅助装置包括本体、支撑环、基准标记线、定位孔、紧固螺丝和垫片，支撑环为环形台阶结构，形成上、下两个表面，其中台阶上表面与本体上表面等高，台阶下表面为圆环，在支撑环外侧的本体上加工定位孔和基准标记线，在支撑环外侧的本体上安装紧固螺丝和垫片；

第二步，将待加工的摆片安装在切割辅助装置中，

将牺牲片和摆片坯料放置在支撑环上，使摆片坯料夹在上下牺牲片之间，利用支撑环周向定位摆片坯料和牺牲片，利用支撑环的台阶下表面支撑待加工的摆片和牺牲片，利用紧固螺丝和垫片使摆片和牺牲片紧密贴合；

第三步，将安装了待加工摆片的切割辅助装置安装在激光机工作台上事先安装的振动装置上，该振动装置可在摆片厚度方向以一定频率和幅度上下振动。通过定位孔将切割辅助装置定位在振动装置上，并利用切割辅助装置的基准标记线使切割辅助装置与激光机对准，调整激光机激光头高度使激光焦点位于摆片坯料的上表面；

第四步，开启工作台振动装置，使切割辅助装置连同摆片沿摆片厚度的方向进行振动，使激光焦点在摆片厚度内以一定的频率移动；

第五步，激光切割，

激光切割待加工的摆片，切割程序按照所需的摆片结构进行；

第六步，激光切割完成后，关闭振动装置，将切割辅助装置从激光机工作台上取下，然后将加工好的摆片和牺牲片从切割辅助装置中取出。

第二步中牺牲片与摆片坯料的材质和外圆尺寸相同，厚度根据摆片而定，两片牺牲片与摆片坯料总厚度以不超过1.5mm为宜；所述的牺牲片和摆片坯料都应具有表面粗糙度Ra≤10nm。

第一步中支撑环的台阶高度小于摆片坯料和牺牲片的总厚度1mm～2mm。

第四步中振动装置以5～50Hz的频率，0.5～1mm的振幅进行振动。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明通过辅助装置实现精确定位，并且在激光切割摆片时加入牺牲片，使未被辅助气体带走的残渣粘附在牺牲片上，能消除摆片切缝附近的挂渣缺陷，同时改善玻璃表面对激光的散射等造成的切口处的锥度。

(2)本发明通过在激光切割的同时加入振动，使激光焦点在摆片厚度内上下移动，改善了因激光能量在焦点的集中造成的摆片厚度方向的能量不均匀，起到了减少切缝锥度、提高摆片结构加工精度和双面图形尺寸一致性的目的，使加工合格率提高10％以上。