技术领域
[0001] 本
发明涉及激光加工技术领域，尤其是指一种激光打孔方法及激光打孔系统。
背景技术
[0002] 激光打孔是指激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料
熔化或
汽化继而
蒸发，从而形成孔洞的激光加工过程。目前现有的激光打孔技术主要使用CO2连续激光，工作原理示意图如图I所示，CO2
激光器I输出连续激光，在
基板2上沿需要打孔的边缘区域进行高温聚焦，进行材料消熔，实现打孔。
[0003] 然而，由于采用CO2激光打孔时，对于某些基板，例如超高化学强度的玻璃基板，易发生整片碎裂的情况，因此对于玻璃基板打孔，CO2激光打孔的方式主要应用于非化学强化玻璃基板的打孔，无法对应适用于超高化学强度的玻璃基板；而且CO2激光打孔的方式还普遍存在孔加工表面品质差，无法实现孔加工材料残条或废料du_y自行掉落的情况。
发明内容
[0004] 本发明技术方案的目的是提供一种激光打孔方法及激光打孔系统，用于解决
现有技术的激光打孔方式无法适应于超高化学强度的基板材料，以及孔加工表面品质差的问题。
[0005] 本发明提供一种激光打孔方法，所述激光打孔方法包括：
[0006] 孔边界形成步骤：输出脉冲激光光束，在待打孔基板上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽；
[0007] 孔内材料加热步骤：输出CO2激光光束，使CO2激光光束与预成型孔相对准，对预成型孔的基板材料进行预定时间的加热；
[0008] 孔成型步骤：对预成型孔的基板材料进行冷却，使基板材料发生
变形而能够从待打孔基板上脱落。
[0009] 优选地，上述所述的激光打孔方法，在孔边界形成步骤中，执行输出脉冲激光光束，在待打孔基板上进行扫描的步骤时，所述脉冲激光光束相对于所述待打孔基板的垂直线倾斜预定
角度。
[0010] 优选地，上述所述的激光打孔方法，在输出脉冲激光光束，在待打孔基板上进行扫描的步骤中、输出CO2激光光束，对预成型孔的基板材料进行预定时间的加热的步骤中以及对预成型孔的基板材料进行冷却的步骤的执行过程中，还包括：
[0011] 粉末排除步骤，在待打孔基板其中一侧的表面，通过
喷嘴朝所述边界切割槽吹气或吸气，使切割过程中产生的粉末排出。
[0012] 优选地，上述所述的激光打孔方法，在通
过喷嘴朝所述边界切割槽吹气或吸气的步骤中，设置多个所述喷嘴，分别绕所述边界切割槽均匀分布。
[0013] 优选地，上述所述的激光打孔方法，还包括：
[0014] 孔检测步骤：输出脉冲激光光束，使脉冲激光光束与预成型孔相对准，判断预成型孔中是否有基板材料烧蚀的亮光露出，若有亮光露出，则确定所述基板材料未掉落；若没有亮光露出，则确定所述基板材料已掉落。
[0015] 优选地，上述所述的激光打孔方法，当通过所述孔边界形成步骤、所述孔内材料加热步骤、所述孔成型步骤形成一个预成型孔时，则对形成的一个所述预成型孔执行所述孔检测步骤。
[0016] 优选地，上述所述的激光打孔方法，当判断确定所述基板材料还未掉落时，还进一步包括：
[0017] 输出脉冲激光光束，再次在所述边界切割槽进行扫描；
[0018] 输出CO2激光光束，使CO2激光光束与预成型孔相对准，再次对预成型孔的基板材料进行预定时间的加热；
[0019] 再次对预成型孔的基板材料进行冷却。
[0020] 优选地，上述所述的激光打孔方法，所述孔内材料加热的步骤中，使CO2激光光束与预成型孔的中心相对准。
[0021] 优选地，上述所述的激光打孔方法，所述孔成型步骤中，对预成型孔的基板材料进行冷却的步骤包括：朝预成型孔的基板材料输入低温气体或者低温液体。
[0022] 优选地，上述所述的激光打孔方法，所述倾斜角度位于+ 45度与一 45度的范围内。
[0023] 本发明还提供一种激光打孔系统，所述激光打孔系统包括：
[0024] 脉冲激光输出结构，用于输出脉冲激光光束，在待打孔基板上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽；
[0025] CO2激光输出结构，用于输出CO2激光光束，使CO2激光光束与预成型孔的中心相对准，对预成型孔的基板材料进行预定时间的加热；
[0026] 冷却结构，对预成型孔的基板材料进行冷却，使基板材料发生变形从待打孔基板上脱落。
[0027] 优选地，上述所述的激光打孔系统，还包括：
[0028] 粉末排除结构，包括通气管道和喷嘴，沿待打孔基板的相对两个表面的其中一侧设置所述通气管道，所述通气管道上设置有所述喷嘴，通过所述喷嘴朝所述边界切割槽吹气或吸气，使切割过程中产生的粉末排出。
[0029] 优选地，上述所述的激光打孔系统，所述脉冲输出结构还用于：当所述冷却结构对预成型孔的基板材料进行冷却后，输出脉冲激光光束，使脉冲激光光束与预成型孔相对准，用以检测所述基板材料是否掉落。
[0030] 优选地，上述所述的激光打孔系统，还包括：检测结构，用于当所述冷却结构对预成型孔的基板材料进行冷却后，所述脉冲输出结构输出脉冲激光光束，脉冲激光光束与预成型孔相对准时，检测判断预成型孔中是否有亮光露出，若有亮光露出，则确定所述基板材料未掉落；若没有亮光露出，则确定所述基板材料已掉落。
[0031] 优选地，上述所述的激光打孔系统，所述检测结构包括CXD摄像机或CXD
照相机。
[0032] 本发明具体
实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：
[0033] 通过采用脉冲激光光束在待打孔基板上进行扫描，利用脉冲激光光束的特性，经过脉冲激光扫描后，在待打孔基板的内部加热，形成一系列连续的细线，该些细线组合形成为脉冲激光扫描后预成型孔的边界切割槽，不会对待打孔基板的表面产生破坏，也不会对待打孔基板的内部产生较大的应
力，可以应用于高化学强度的待打孔基板打孔，且孔加工表面不会由于破坏严重而较差，保证孔加工表面的品质；此外，在通过激光脉冲形成预成型孔的边界切割槽的
基础上，进一步利用CO2激光光束在预成型孔的中心进行加热，实现高温汇聚加热，之后予以迅速冷却，通
过热胀冷缩的原理使预成型孔处的基板材料变形而能够从待打孔基板上脱落，保证打孔的实现。
附图说明
[0034] 图I表不现有技术CO2激光打孔的原理结构不意图；
[0035] 图2表示本发明具体实施例所述激光打孔方法的原理结构示意图；
[0036] 图3表示采用本发明具体实施例所述激光打孔方法，对预成型孔处的基板材料进行高温汇聚加热之后再进行迅速冷却的变形原理示意图；
[0037] 图4表不激光打孔时产生粉末的原理不意图；
[0038] 图5表示采用本发明具体实施例所述激光打孔方法，通过喷嘴吹除粉末的第一种实施结构的示意图；
[0039] 图6表示采用本发明具体实施例所述激光打孔方法，通过喷嘴吹除粉末的第二种实施结构的示意图。
具体实施方式
[0040] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及附图进行详细描述。
[0041] 图2为本发明具体实施例所述激光打孔方法的原理结构示意图，结合图2，本发明具体实施例所述激光打孔方法，包括：
[0042] 步骤一，孔边界形成步骤：输出脉冲激光光束100，在待打孔基板10上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽20 ；
[0043] 步骤二，孔内材料加热步骤：输出CO2激光光束200，使CO2激光光束200与预成型孔相对准，对预成型孔的基板材料30进行预定时间的加热；
[0044] 步骤三，孔成型步骤：对预成型孔的基板材料30进行冷却，使基板材料30发生变形从待打孔基板10上脱落。
[0045] 所述激光打孔方法通过采用脉冲激光光束在待打孔基板上进行扫描，利用脉冲激光光束的特性，经过脉冲激光扫描后，在待打孔基板的内部加热形成一系列连续的细线，这些细线组合形成为脉冲激光扫描后预成型孔的边界切割槽，不会对待打孔基板的表面产生破坏，也不会对待打孔基板的内部产生较大的
应力，可以应用于高化学强度的待打孔基板打孔，且孔加工表面不会由于破坏严重而较差，保证孔加工表面的品质；此外，在通过激光脉冲形成预成型孔的边界切割槽的基础上，进一步利用CO2激光光束在预成型孔的中心进行加热，实现高温汇聚加热，之后予以迅速冷却，通过热胀冷缩的原理使预成型孔处的基板材料变形而能够从待打孔基板上脱落，保证打孔的实现。
[0046] 图3所示为采用本发明具体实施例所述激光打孔方法，对预成型孔处的基板材料进行高温汇聚加热之后再进行迅速冷却的变形原理示意图，预成型孔的基板材料30在热胀冷缩原理的作用下，边缘向上
翘曲，整体相对于待打孔基板10向下凹陷，从而能够顺利掉落。
[0047] 上述的步骤二，对孔内材料加热的步骤中，优选地，使CO2激光光束与预成型孔的中心相对准。
[0048] 本发明具体实施例，上述的步骤三中，对预成型孔的基板材料30进行冷却的步骤包括：通过喷嘴朝预成型孔的基板材料30输入低温气体(如为氮气）或者低温液体。
[0049] 最佳地，如图2所示，在所述步骤一，也即孔边界形成步骤，输出脉冲激光光束100，在待打孔基板10上进行扫描的步骤中，所述脉冲激光光束100相对于所述待打孔基板10的垂直线倾斜预定角度，以使脉冲激光光束100能够在待打孔基板10上聚焦不同厚度点，在整个厚度方向聚焦，从而透射整个待打孔基板10的厚度。优选地，相对于待打孔基板10垂直线所倾斜的预定角度位于+ 45度至一 45度之间，优选地为+ 15度至+ 30度，或者为-15度至一 30度。
[0050] 本领域技术人员可以理解，如图4所示，采用激光打孔时，会在边界切割槽20中产生粉末11，该粉末11需要及时排出，若不及时排出，会使边界切割槽20发生堵塞，使预成型孔的基板材料30不能顺利掉落。
[0051] 采用本发明具体实施例所述激光打孔方法，优选地，在上述步骤一、步骤二和步骤三的执行过程中，还包括：
[0052] 粉末排除步骤：在待打孔基板10其中一侧的表面，通过喷嘴朝所述边界切割槽20吹气或吸气，使切割过程中产生的粉末排出。
[0053] 执行上述步骤时喷嘴的设置结构如图5或图6所示，在待打孔基板10的上方或下方设置粉末排除结构，包括通气管道40和喷嘴41，与通气管道40相连接设置喷嘴41，喷嘴41朝边界切割槽20吹气或吸气，使边界切割槽20内的粉末11能够在气流的作用下从除排出预成型孔的周围。
[0054] 此外，当按照如图5所示，将喷嘴41设置于待打孔基板10的上方，使喷嘴41朝边界切割槽20吹气，且使吹出气体朝下吹向边界切割槽20内的粉末11时，由于喷嘴41吹出气体对预成型孔的基板材料30的向下作用力，还能够进一步达到
加速基板材料30从待打孔基板10上掉落的目的。
[0055] 进一步，为使预成型孔的边界切割槽20内的每一处都能够接收到喷嘴41吹气或吸气时的气流，保证整个边界切割槽20内的粉末11完全被排出，优选地，在通过上述图5或图6方式，利用喷嘴41朝边界切割槽20吹气或吸气的步骤中，设置多个喷嘴41，分别绕边界切割槽20均匀分布。
[0056] 通过喷嘴向所述边界切割槽20吹气或吸气的步骤，优选地是在上述步骤一、步骤二和步骤三的执行过程中，均执行该步骤，但也可以仅在其中之一步骤或者其中的两个步骤执行时，才执行该步骤，例如仅当在步骤一利用脉冲激光光束在待打孔基板上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽的步骤和步骤二输出CO2激光光束，对预成型孔的基板材料进行预定时间的加热的步骤时，利用喷嘴进行吹气或吸气，在步骤三也可以不采用喷嘴吹气或吸气，利用步骤三吹入冷却气体的气体压力，也可以达到吹除粉末的效果。
[0057] 优选地，本发明具体实施例所述激光打孔方法，除上述步骤一至步骤三外，还进一步包括：[0058] 步骤四，孔检测步骤：输出脉冲激光光束，使脉冲激光光束与预成型孔相对准，判断预成型孔中是否有基板材料烧蚀的亮光露出，若有亮光露出，则确定所述基板材料未掉落；若没有亮光露出，则确定所述基板材料已掉落。
[0059] 本领域技术人员可以理解，当通过激光光束照射物质材料,使物质材料烧蚀时,在激光
能量作用上产
生物质材料的
等离子体，等离子体发生能量跃迁会发光，根据该一原理，当采用不可见光的脉冲激光照射预成型孔时，若预成型孔内的基板材料已掉落形成通透孔，则不会产生发光，预成型孔内不会有亮光露出；若预成型孔内的基板材料未完全掉落，则基板材料在脉冲激光的烧蚀下会发光，预成型孔内会有亮光露出；当采用可见光的脉冲激光照射预成型孔时，若预成型孔内的基板材料已掉落形成通透孔，则形成为一定
颜色(红色或绿色）从通透孔中穿过，不会产生基板材料烧蚀时的亮光；若预成型孔内的基板材料未完全掉落，则基板材料在脉冲激光的烧蚀下会发光，预成型孔内会有亮光露出。
[0060] 因此，采用上述的步骤四，在完成上述的步骤一至步骤三后，再次朝预成型孔的中心入射脉冲激光，通过判断预成型孔内是否有亮光露出，即能够确定预成型孔的基板材料是否完全掉落；当切割形成多个孔时，通过上述方式依次对每一个预成型孔进行检测，确定每一个预成型孔内的基板材料是否完全掉落；具体地，可以采用方式为：当通过所述孔边界形成步骤、所述孔内材料加热步骤、所述孔成型步骤形成一个预成型孔后，则对形成的一个所述预成型孔执行所述孔检测步骤，也即采用打一个孔则对该所形成的一个孔即进行检测的方式，也可以采用方式为：当通过所述孔边界形成步骤、所述孔内材料加热步骤、所述孔成型步骤在基板上形成所述预成型孔后，再分别依次对每一预成型孔执行孔检测步骤的方式。另外，执行孔检测步骤时输出脉冲激光光束的激光输出设备可以与孔边界形成步骤时输出脉冲激光光束的激光输出设备，为同一个设备，也可为不同的设备。
[0061] 当预成型孔内有亮光露出，基板材料未完全从待打孔基板上掉落出时，可以利用喷嘴朝预成型孔向下吹气，利用气流压力使基板材料掉落，或者可以重复上述的步骤一至步骤三，重新在该预成型孔内进行脉冲激光打孔。
[0062] 本发明中，所述待打孔基板可以为玻璃基板，但不仅限于应用于玻璃基板，如也可以应用于金属材料基板和塑料材料基板的打孔。
[0063] 采用本发明具体实施例所述激光打孔方法对玻璃基板进行激光打孔的举例说明如下：
[0064] 当对O. 7mm厚Soda-Iime (苏打）玻璃基板进行激光打孔时，在步骤一中，输出脉冲激光光束100的功率为40-60W，
频率为450-550KHZ在玻璃基板上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽20 ；
[0065] 在步骤二中，输出CO2激光光束200的功率为90-110W，频率为7_10KHz，对预成型孔的基板材料30进行加热，之后采用步骤三进行冷却，即能够完成O. 7mm厚Sodalime玻璃基板的打孔过程。
[0066] 当对O. 7mm厚Dragontail (升龙）玻璃基板进行激光打孔时,在步骤一中，输出脉冲激光光束100的功率为40-45W，频率为450-550KHZ在玻璃基板上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽20 ；
[0067] 在步骤二中，输出CO2激光光束200的功率为90-110W，频率为7_10KHz，对预成型孔的基板材料30进行加热，之后采用步骤三进行冷却，即能够完成O. 7mm厚Dragontail玻璃基板的打孔过程。
[0068] 本领域技术人员应该能够理解采用本发明所述激光打孔方法时，对于不同材料的待打孔基板，如何确定脉冲激光和CO2激光的光束参数，即能够完成打孔过程，在此不一一举例说明。
[0069] 另外，在上述的步骤四中，用于校验预成型孔的基板材料是否完全掉落所输出脉冲激光的光束参数，相较于步骤一所输出的脉冲激光的光束参数，两者可以相同，也可以不同，只要能够实现各自目的即可。
[0070] 本发明中，上述中所提及的“预成型孔”根据孔直径大小不同而不同，具体依据加工要求确定，其中“该预成型孔”包括了经过步骤一形成边界，孔内基板材料未掉落之后的状态，同时由于基板材料掉落形成通孔后，与基板材料掉落之前相比，由步骤一形成边界所界定的孔的尺寸不会发生改变，因此本发明中“该预成型孔”同样包括基板材料掉落形成通孔后的状态。
[0071] 本发明具体实施例另一方面还提供了一种激光打孔系统，其中所述激光打孔系统包括：
[0072] 脉冲激光输出结构，用于输出脉冲激光光束，在待打孔基板上进行扫描，形成预成型孔的边界切割槽；
[0073] CO2激光输出结构，用于输出CO2激光光束，使CO2激光光束与预成型孔的中心相对准，对预成型孔的基板材料进行预定时间的加热；
[0074] 冷却结构，对预成型孔的基板材料进行冷却，使基板材料发生变形从待打孔基板上脱落。
[0075] 优选地，所述激光打孔系统还包括：
[0076] 粉末排除结构，包括通气管道和喷嘴，沿待打孔基板的相对两个表面的其中一侧设置所述通气管道，每一所述通气管道上设置有所述喷嘴，通过所述喷嘴朝所述边界切割槽吹气或吸气，使切割过程中产生的粉末排出。
[0077] 进一步地，当通过所述冷却结构对预成型孔的基板材料进行冷却后，所述脉冲输出结构还用于：输出脉冲激光光束，使脉冲激光光束与预成型孔相对准，用以校验预成型孔内的基板材料是否完全掉落；
[0078] 所述激光打孔系统还包括：检测结构，用于当所述冷却结构对预成型孔的基板材料进行冷却后，所述脉冲输出结构输出脉冲激光光束，脉冲激光光束与预成型孔相对准时，检测判断预成型孔中是否有亮光露出，若有亮光露出，则确定所述基板材料未掉落；若没有亮光露出，则确定所述基板材料已掉落。
[0079] 具体地，该检测结构可以为一 CXD摄像机或CXD照相机等。
[0080] 本发明所述激光打孔系统中，上述的脉冲激光输出结构、CO2激光输出结构、冷却结构及喷气结构可以集成于一个
工作台上，并通过该工作台上的
控制器分别控制上述各结构的动作输出。
[0081] 本发明具体实施例所述激光打孔方法及激光打孔系统，具有以下有益效果：
[0082] 通过采用脉冲激光光束在待打孔基板上进行扫描，利用脉冲激光光束的特性，不会对待打孔基板的表面产生破坏，也不会对待打孔基板的内部产生较大的应力，可以应用于高化学强度的待打孔基板打孔，且孔加工表面不会由于破坏严重而较差，保证孔加工表面的品质；
[0083] 在通过激光脉冲形成预成型孔的边界切割槽的基础上，进一步利用CO2激光光束在预成型孔的中心进行加热，实现高温汇聚加热，之后予以迅速冷却，通过热胀冷缩的原理使预成型孔处的基板材料变形而能够从待打孔基板上脱落，保证打孔的实现；
[0084] 通过设置喷嘴朝边界切割槽吹气或吸气，使边界切割槽内的粉末及时排出，避免边界切割槽内发生堵塞；
[0085] 在切割步骤完成后，通过再次输入脉冲激光光束，使脉冲激光光束与预成型孔相对准，能够校验预成型孔内的基板材料是否完全掉落。
[0086] 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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
