[发明专利]智能型激光加工系统及其加工方法

说明书

一种智能型激光加工系统和加工方法，其中的加工系统包括激光加工装置、工艺加工控制器、工作站控制器、工艺数据存储器和图形用户接口。工作站控制器包括用以产生协调工艺加工的各个子系统的指令算法的工艺产生与编辑器，以及用以存储所述各个子系统的专有参数设置的智能加工数据库；工艺数据存储器包括基于所述智能加工数据库建立的加工工艺程序库；图形用户接口便于操作者以与所述工作站控制器同步或者独立的方式控制所述激光加工装置，并且能调用所述加工工艺程序库中的加工工艺程序。根据本发明的系统和方法，能对二维平面和三维立体脆性材料进行高精度、高速度和高质量的加工，同时可以大大降低加工成本。

技术领域

本发明涉及激光加工系统，尤其涉及一种适合于脆性材料加工的智能型激光加工系统及其加工方法。

发明背景

现代工业的发展对基于脆性材料的二维平面或三维立体工件的要求和需求越来越高，例如，制造商正在越来越多地在消费电子设备领域使用由脆性材料形成的三维基片并从三维基片衬底中切割除三维工件，以满足所需的工业设计要求。然而，制造具有较高精度和质量的基于脆性材料的二维平面或三维立体工件，如玻璃、晶体材料(例如蓝宝石)或陶瓷目前仍然是一个艰巨的挑战。

例如，传统的制造业大多数使用数控机床、线锯、以及研磨抛光等对脆性材料进行加工并制造零件。这个加工过程是极其缓慢的，并且需要多重步骤来进行加工。一个加工的工厂可能需要几百台机器来处理和加工零件。此外，这种方法是昂贵的和劳动密集型的。而且，强力机械装置(线锯，CNC磨床)切割通常会导致较低的工件生产质量和生产效率，生产过程中伴随的机械力在脆性材料基板上的压力可能直接导致工件的断裂、碎裂和破损。

近来，一些制造商正试图开发采用激光加工脆性材料的机器，如图1所示，通常的机器包括激光器11、光学模组12、激光聚焦镜或扫描镜13、以及激光光路与加工件的联动装置14。光学模组12通常包括激光时域与空间的调制、强度调制、激光传输、偏振控制等。但是，这些机器只能切割二维零件，并且加工精度和质量低。这些机器加工后的零件必须经过多步的研磨加工，以达到所需的尺寸公差和质量。而且，这些机器没有采用系统的方法来创建一种加工程序，以处理和加工这些零件并达到所需的切割质量，并且无后处理。因此，这些机器的加工工艺是基于不断尝试迭代生成的，完全达不到现代制造业所要求的智能型激光加工系统的要求。

另外，从加工工艺上来说，利用冷激光，例如利用超短脉冲激光器处理脆性材料时不产生热效应，没有热影响区(HAZ)，故也是激光加工脆性材料的一种优选工艺。超短脉冲激光器包括飞秒激光器和脉冲宽度小于10皮秒的皮秒激光器，而利用超短脉冲激光器进行材料加工与处理有两种方式：材料改性和材料消融(烧蚀)。材料改性是物质局部吸收飞秒激光后折射率发生变化，利用双光子聚合和光化学反应等机理实现精细加工。材料消融(烧蚀)是冷激光烧蚀靶材产生高温高压等离子体。当等离子体形成的时间小于将入射脉冲能量传输到周边材料的时间时，就不会引起热扩散效应。因此，人们期望利用冷激光和微加工区域的多光子非线性吸收和电离，可对任何脆性材料实现无热传递的微细加工。另一方面，人们还期望通过提高激光加工系统的智能化程度，进一步提高系统的加工精度和质量，并进一步降低加工件的加工时间和加工成本，以实现对二维平面和三维立体脆性材料的全自动加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于脆性材料加工的智能型激光加工系统及其操作系统。

本发明的另一目的在于提供一种适合于脆性材料加工的智能型激光加工方法。

根据本发明的一个方面，提供一种智能型激光加工系统，该系统包括：

激光加工装置，所述激光加工装置包括CCD摄像头、运动平台、用以夹持加工件的夹具、光学模组、自动化硬件和激光器；

工艺加工控制器，包括用以控制所述CCD摄像头的视觉系统控制器、用以控制所述运动平台/夹具/光学模组的运动控制器、用以控制自动化硬件的加工件/材料处理控制器、以及用以控制所述激光器的激光控制器在内的工艺加工的各个子系统；