[发明专利]借助脉冲激光射线对工件进行去料切割的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助脉冲激光射线对尤其可透光工件进行去料或去料切割的方法。在这类去料切割方法中，借助激光射线相继从工件去除工件材料。

背景技术

在借助激光器对工件进行切割加工时，尤其在对例如由玻璃、蓝宝石或类似材料构成的薄基体进行激光切割时，众所周知，不仅在面向激光射线的工件上侧面上的直接材料去除区域中出现损伤，而且通常也与此隔开间距地在工件材料内部中或者在工件下侧面上形成所谓的副加工区，在所述副加工区中工件材料由于激光过程而受损(局部改性，例如熔化)。此外，形成副加工区的原因估计是在待分离的光学可透光工件材料内部进行激光切割时的不希望的光学效应，例如激光射线的反射。副加工区的构成程度也根据工件的材料和/或尺寸以及激光切割时的参数而发生变化。

上述副加工区不仅在所加工的工件上形成外观缺陷，而且对工件稳定性也产生不利影响。例如，由于副加工区而使所加工工件的机械负荷能力下降并从而尤其使该工件的最大可承受弯曲应力(断裂弯曲应力)减小。一般，损伤在离真正的切割区域越远的地方出现，则损伤显现得越不明显。

为了减小材料加工对真正加工区域的相邻区域的影响，由EP 1 945 401 B1已知一种用于借助激光进行材料分离的方法，在该方法中，用激光脉冲序列照射待加工的材料区域。在此，至少两个在时间上彼此相继的激光脉冲的照射区域可以在空间上在从10％到99％的范围内重合。在沿着切缝切断工件时，可以在分离过程开始时首先施加高激光能量，并且随后施加减小的激光能量。

还由EP 2 258 512 B1已知用于分解基体的方法和装置，其中，将多个能够使所述基体局部熔化的脉冲指向该基体。由此在基体内部形成结构变薄弱的区域，其中，各个激光脉冲可在空间上重叠。随后可以通过在所述变薄弱的区域中施加机械作用来分离(折断)或者切割所述基体。

此外，US 6 552 301 B2公开了将激光脉冲序列射到工件材料上的方法。在此，所述激光脉冲具有很短的脉冲持续时间以及具有大于工件材料改性阈值的通量密度。

最后，由WO 2012/006736 A2已知一种用于为分割基体做准备的方法，其中，用一个或多个激光脉冲照射该基体，从而首先在该基体中形成第一光丝。通过基体和激光射线的相对运动在基体中在另一部位上产生附加的第二光丝，使得所述光丝形成一个图样，沿着该图样分割基体。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于对工件进行去料切割的方法，该方法克服现有技术缺点。尤其应该提供一种方法，通过该方法在理想情况下完全防止或者至少减少副加工区或者损伤区的形成。

根据本发明，该任务通过具有以下方法步骤的方法解决：

a)通过用脉冲激光射线沿着表面轨迹经过工件表面来对该工件表面进行预处理，其中，该脉冲激光射线的彼此相继的激光脉冲在工件表面上沿轨迹方向具有第一脉冲重叠；并且

b)通过用脉冲激光射线沿着所述表面轨迹多次经过工件表面来对预处理过的工件表面进行去料，其中，该脉冲激光射线的彼此相继的激光脉冲在工件表面上沿轨迹方向具有小于第一脉冲重叠的第二脉冲重叠。

根据本发明，通过以第一方法步骤a)对工件表面进行预处理来使表面附近的工件区域的透射率减小，其方式例如是，借助强激光辐射使工件表面粗糙化。即，在表面附近的工件区域中产生散射中心，所述散射中心防止：在第二方法步骤b)中，具有在此时更小的路段能量(Streckenenergie)的激光辐射可能侵入到位于预处理过的工件表面下方的可透光工件材料中并且尤其可能侵入直到工件下侧面，这可能在那里导致工件材料的不希望的受损或改性。在此，所述路段能量定义为激光功率除以进给速度。尤其可以防止或减少激光切割期间在可透光的工件材料中形成有害反射，使得在切割区域中或远离该区域的地方不出现工件损伤或者仅出现减小的损伤。也可以防止在工件背面上形成损伤区。因此，被切割边沿的后加工是多余或者至少使该后加工量最小化。此外，通过本发明的方法来切割的工件的稳定性、尤其弯曲负荷能力提高。

根据本发明的方法在一定程度上是局部预处理工件的第一方法步骤和起真正切割工件作用的第二方法步骤组成的混合过程。在根据本发明的方法中，借助具有不同脉冲重叠的激光射线逐层地从工件表面越来越深地朝工件内进行去除材料。根据以下公式计算激光参数“脉冲重叠”：

其中：＝脉冲重叠[％]，

v＝进给速度[m/s]，

f＝激光射线的脉冲频率[Hz]，以及

d_0f＝焦斑直径[m]，