本發(fā)明涉及微孔加工的，尤其涉及一種用于透明工件的激光微孔加工方法及裝置。
背景技術(shù)：
1、隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，透明脆性材料（如薄玻璃）因其優(yōu)異的耐刮擦性、高透光性、美觀性及化學(xué)穩(wěn)定性，已成為智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品蓋板的首選材料。為滿足散熱、音頻傳輸、傳感器功能、接口適配及美學(xué)設(shè)計(jì)等需求，通常需要在蓋板上加工高精度微孔結(jié)構(gòu)，尤其是帶有倒角的微孔。
2、目前，行業(yè)內(nèi)普遍采用cnc機(jī)床研磨加工微孔，依賴直徑小于0.3mm的微型銑刀。盡管該加工方式具備一定的加工能力，但其接觸式加工特性導(dǎo)致以下顯著缺陷：1、加工效率低：?jiǎn)慰准庸ず臅r(shí)較長(zhǎng)，難以滿足規(guī)?；a(chǎn)需求；2、銑刀易斷導(dǎo)致成本上升：微型銑刀易斷裂，刀具更換頻繁，推高生產(chǎn)成本；3、良品率不足：脆性材料在機(jī)械應(yīng)力下易產(chǎn)生微裂紋或崩邊，整體良品率通常低于85%。
3、因此，傳統(tǒng)的微孔加工方式在提高加工效率、減少成本、提升良品率等方面，仍然存在較大改進(jìn)空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于透明工件的激光微孔加工方法及裝置，旨在解決傳統(tǒng)的微孔加工方式加工效率低、銑刀易斷導(dǎo)致成本上升以及良品率低的技術(shù)問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種用于透明工件的激光微孔加工方法，所述工件相對(duì)所述激光是透明的，所述方法包括以下步驟：
3、s1：提供高斯激光束；
4、s2：對(duì)所述高斯激光束進(jìn)行整形和聚焦，形成多焦點(diǎn)光束并作用于工件內(nèi)部，所述多焦點(diǎn)光束的空間軌跡包括沿所需微孔軸向延伸的主軌跡豎線、連接所述主軌跡豎線與工件表面的倒角線以及位于所述主軌跡豎線徑向內(nèi)側(cè)的輔助線，所述輔助線的一端與所述主軌跡豎線相交，另一端延伸至工件的表面；
5、s3：控制所述多焦點(diǎn)光束繞所需微孔的軸線旋轉(zhuǎn)一周，在工件內(nèi)部形成空間改性面，得到改性后的工件；
6、s4：對(duì)改性后的工件進(jìn)行蝕刻處理，實(shí)現(xiàn)工件的微孔成型。
7、可選的，在一實(shí)施方式中，步驟s4具體包括：
8、改性后的工件包括樣品區(qū)、上廢料區(qū)和下廢料區(qū)，將改性后的工件浸入蝕刻液中，蝕刻完成后，所述上廢料區(qū)和所述下廢料區(qū)可分別從上方和下方脫落，得到所述樣品區(qū)，實(shí)現(xiàn)工件的微孔成型。
9、可選的，在一實(shí)施方式中，當(dāng)所述輔助線的一端相交于所述主軌跡豎線的端點(diǎn)處時(shí)，所述輔助線的一端與所述主軌跡豎線的端點(diǎn)之間設(shè)有預(yù)設(shè)間距，所述預(yù)設(shè)間距的范圍為1~40μm。
10、可選的，在一實(shí)施方式中，所述輔助線與所述主軌跡豎線之間的夾角α可動(dòng)態(tài)調(diào)整。
11、可選的，在一實(shí)施方式中，根據(jù)工件的材料性質(zhì)和微孔精度要求設(shè)置加工參數(shù)，所述加工參數(shù)包括：激光器功率為20~100w，波長(zhǎng)為495nm~570nm或950nm~1400nm，脈沖頻率為50~1000khz，單脈沖能量為100~1000uj，一個(gè)脈沖串的子脈沖數(shù)量為1~10個(gè)，位置同步輸出精度為1~5μm，多焦點(diǎn)光束的移動(dòng)速度為50~500mm/s。
12、可選的，在一實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)所述多焦點(diǎn)光束的軸向覆蓋范圍，使所述多焦點(diǎn)光束的軸向覆蓋范圍大于工件的厚度。
13、可選的，在一實(shí)施方式中，所述多焦點(diǎn)光束的軸向覆蓋范圍比工件的厚度大10μm~100μm。
14、可選的，在一實(shí)施方式中，所述蝕刻液為酸性溶液或堿性溶液，根據(jù)工件的化學(xué)成分選擇蝕刻液，蝕刻參數(shù)包括濃度、溫度、時(shí)間。
15、可選的，在一實(shí)施方式中，所述酸性溶液的成分包括：濃度為3-5％的氫氟酸、濃度為1-2％的硫酸、濃度為1-3％的氟化銨、濃度為0.1-0.3％的表面活性劑；所述堿性溶液的成分包括：溫度為120～150℃、濃度為30～70％的氫氧化鈉。
16、另一方面，本發(fā)明還提供一種用于透明工件的激光微孔加工裝置，以實(shí)現(xiàn)上述的方法，包括：
17、激光器，用于提供高斯激光束；
18、光束整形器，用于對(duì)所述高斯激光束進(jìn)行整形得到多焦點(diǎn)光束；
19、聚焦鏡，設(shè)置在所述光束整形器的下方，用于將所述多焦點(diǎn)光束聚焦至工件內(nèi)部；
20、旋轉(zhuǎn)電機(jī)及x/y平臺(tái)，用于驅(qū)動(dòng)所述光束整形器。
21、本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，通過(guò)將高斯激光束整形為包含主軌跡豎線、倒角線和輔助線的多焦點(diǎn)光束，然后控制多焦點(diǎn)光束繞所需微孔的軸線旋轉(zhuǎn)一周，在工件內(nèi)部形成空間改性面，再對(duì)改性后的工件進(jìn)行蝕刻處理使得孔洞和倒角結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)孔洞與倒角結(jié)構(gòu)的一體成型，與傳統(tǒng)的接觸式加工方式相比，這種激光無(wú)接觸的微孔加工方式有效提升了加工效率、減少了加工成本，且避免了傳統(tǒng)的接觸式加工方式直接在工件表面處理所帶來(lái)的應(yīng)力集中及質(zhì)量控制難度大的問(wèn)題，有效提升了良品率。
1.一種用于透明工件的激光微孔加工方法，所述工件相對(duì)所述激光是透明的，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，步驟s4具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，當(dāng)所述輔助線（13）的一端相交于所述主軌跡豎線（11）的端點(diǎn)處時(shí)，所述輔助線（13）的一端與所述主軌跡豎線（11）的端點(diǎn)之間設(shè)有預(yù)設(shè)間距，所述預(yù)設(shè)間距的范圍為1~40μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，所述輔助線（13）與所述主軌跡豎線（11）之間的夾角α可動(dòng)態(tài)調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，根據(jù)工件的材料性質(zhì)和微孔精度要求設(shè)置加工參數(shù)，所述加工參數(shù)包括：激光器功率為20~100w，波長(zhǎng)為495nm~570nm或950nm~1400nm，脈沖頻率為50~1000khz，單脈沖能量為100~1000uj，一個(gè)脈沖串的子脈沖數(shù)量為1~10個(gè)，位置同步輸出精度為1~5μm，多焦點(diǎn)光束（10）的移動(dòng)速度為50~500mm/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述多焦點(diǎn)光束（10）的軸向覆蓋范圍，使所述多焦點(diǎn)光束（10）的軸向覆蓋范圍大于工件的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，所述多焦點(diǎn)光束（10）的軸向覆蓋范圍比工件的厚度大10~100μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，所述蝕刻液為酸性溶液或堿性溶液，根據(jù)工件的化學(xué)成分選擇蝕刻液，蝕刻參數(shù)包括濃度、溫度、時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于透明工件的激光微孔加工方法，其特征在于，所述酸性溶液的成分包括：濃度為3-5％的氫氟酸、濃度為1-2％的硫酸、濃度為1-3％的氟化銨、濃度為0.1-0.3％的表面活性劑；
10.一種用于透明工件的激光微孔加工裝置，以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~9任一所述的方法，其特征在于，包括：