借助脈沖激光射線對工件進行去料切割的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于借助脈沖激光射線對尤其可透光工件進行去料或去料切割 的方法。在運類去料切割方法中，借助激光射線相繼從工件去除工件材料。
【背景技術】
[0002] 在借助激光器對工件進行切割加工時，尤其在對例如由玻璃、藍寶石或類似材料 構成的薄基體進行激光切割時，眾所周知，不僅在面向激光射線的工件上側面上的直接材 料去除區域中出現損傷，而且通常也與此隔開間距地在工件材料內部中或者在工件下側面 上形成所謂的副加工區，在所述副加工區中工件材料由于激光過程而受損(局部改性，例如 烙化）。此外，形成副加工區的原因估計是在待分離的光學可透光工件材料內部進行激光切 割時的不希望的光學效應，例如激光射線的反射。副加工區的構成程度也根據工件的材料 和/或尺寸W及激光切割時的參數而發生變化。
[0003] 上述副加工區不僅在所加工的工件上形成外觀缺陷，而且對工件穩定性也產生不 利影響。例如，由于副加工區而使所加工工件的機械負荷能力下降并從而尤其使該工件的 最大可承受彎曲應力（斷裂彎曲應力)減小。一般，損傷在離真正的切割區域越遠的地方出 現，則損傷顯現得越不明顯。
[0004] 為了減小材料加工對真正加工區域的相鄰區域的影響，由EP 1 945 401 B1已知 一種用于借助激光進行材料分離的方法，在該方法中，用激光脈沖序列照射待加工的材料 區域。在此，至少兩個在時間上彼此相繼的激光脈沖的照射區域可W在空間上在從10%到 99%的范圍內重合。在沿著切縫切斷工件時，可W在分離過程開始時首先施加高激光能量， 并且隨后施加減小的激光能量。
[0005] 還由EP 2 258 512 B1已知用于分解基體的方法和裝置，其中，將多個能夠使所述 基體局部烙化的脈沖指向該基體。由此在基體內部形成結構變薄弱的區域，其中，各個激光 脈沖可在空間上重疊。隨后可W通過在所述變薄弱的區域中施加機械作用來分離(折斷)或 者切割所述基體。
[0006] 此外，US 6 552 301 B2公開了將激光脈沖序列射到工件材料上的方法。在此，所 述激光脈沖具有很短的脈沖持續時間W及具有大于工件材料改性闊值的通量密度。
[0007] 最后，由W0 2012/006736 A2已知一種用于為分割基體做準備的方法，其中，用一 個或多個激光脈沖照射該基體，從而首先在該基體中形成第一光絲。通過基體和激光射線 的相對運動在基體中在另一部位上產生附加的第二光絲，使得所述光絲形成一個圖樣，沿 著該圖樣分割基體。
【發明內容】
[000引本發明的任務在于提供一種用于對工件進行去料切割的方法，該方法克服現有技 術缺點。尤其應該提供一種方法，通過該方法在理想情況下完全防止或者至少減少副加工 區或者損傷區的形成。
[0009] 根據本發明，該任務通過具有W下方法步驟的方法解決：
[0010] a)通過用脈沖激光射線沿著表面軌跡經過工件表面來對該工件表面進行預處理， 其中，該脈沖激光射線的彼此相繼的激光脈沖在工件表面上沿軌跡方向具有第一脈沖重 疊;并且
[0011] b)通過用脈沖激光射線沿著所述表面軌跡多次經過工件表面來對預處理過的工 件表面進行去料，其中，該脈沖激光射線的彼此相繼的激光脈沖在工件表面上沿軌跡方向 具有小于第一脈沖重疊的第二脈沖重疊。
[0012] 根據本發明，通過W第一方法步驟a)對工件表面進行預處理來使表面附近的工件 區域的透射率減小，其方式例如是，借助強激光福射使工件表面粗糖化。即，在表面附近的 工件區域中產生散射中屯、，所述散射中屯、防止:在第二方法步驟b)中，具有在此時更小的路 段能量(S化eckenene巧ie)的激光福射可能侵入到位于預處理過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側面，運可能在那里導致工件材料的不希望的受 損或改性。在此，所述路段能量定義為激光功率除W進給速度。尤其可W防止或減少激光切 割期間在可透光的工件材料中形成有害反射，使得在切割區域中或遠離該區域的地方不出 現工件損傷或者僅出現減小的損傷。也可W防止在工件背面上形成損傷區。因此，被切割邊 沿的后加工是多余或者至少使該后加工量最小化。此外，通過本發明的方法來切割的工件 的穩定性、尤其彎曲負荷能力提高。
[0013] 根據本發明的方法在一定程度上是局部預處理工件的第一方法步驟和起真正切 割工件作用的第二方法步驟組成的混合過程。在根據本發明的方法中，借助具有不同脈沖 重疊的激光射線逐層地從工件表面越來越深地朝工件內進行去除材料。根據W下公式計算 激光參數"脈沖重疊"：
[0014]
[001引其中：?=脈沖重疊[%]，
[0016] ν =進給速度[m/s]，
[0017] f =激光射線的脈沖頻率陽Z]，W及 [001引 d0f =焦斑直徑[m]，
[0019] 在此，所述"脈沖重疊"從最初較高的、用于沿著之后的切割輪廓對工件進行預處 理的值隨后被降低到低得多的、用于切割工件材料的值。為此，例如可W在從第一方法步驟 變到第二方法步驟時，在激光射線的脈沖頻率保持不變的情況下提高激光射線的進給速 度，或者在進給速度保持不變的情況下減小激光射線的脈沖頻率。
[0020] 待切割的工件尤其設及薄的、最大厚度為1mm的可透光基體，例如玻璃、藍寶石或 類似基體。在W第一方法步驟沿著表面軌跡對工件進行預處理時，激光射線的作用深度典 型地為10M1到20μπι。在待切割工件或者說基體的剩余厚度上進行將預處理過的工件表面W 第二方法步驟加深成槽(切縫）。為了產生脈沖激光射線，優選使用其脈沖持續時間或者說 脈沖寬度在皮秒范圍內的激光器。可W由具有脈沖激光器的激光加工設備執行根據本發明 的方法，其中，可W借助控制程序改變上述參數(進給速度、脈沖頻率、焦斑直徑、激光功率、 經過次數等等）。在此優選，在第一和第二方法步驟中使用同一個激光器產生激光射線。
[0021] 特別優選，在第一和第二方法步驟中，激光脈沖分別具有相等的脈沖功率并且在 工件表面上分別具有相等的直徑。
[0022] 視待切割的工件材料及其幾何形狀而定，可能有利或者需要的是，產生更寬的痕 跡或者說更寬的槽，W切斷工件。為了擴寬預處理過的表面軌跡，可W在第一方法步驟和/ 或第二方法步驟中用脈沖激光射線在軌跡方向上在多個相互橫向錯開的表面軌跡中經過 工件表面，所述表面軌跡可W在橫向上相互重疊。
[0023] 在第一方法步驟中，第一脈沖重疊優選大于90%，尤其大于95%，而在第二方法步 驟中第二脈沖重疊小于70%，尤其小于50%。即，在激光脈沖功率相等并且工件表面上的激 光射線直徑相等的情況下，在第二方法步驟中大致僅將約第一方法中激光功率一半大小的 激光功率引入到工件中。
[0024] 優選，在第一方法步驟中工件最多被激光射線經過兩次，W防止過高的能量輸入 并進而防止工件過強的熱負荷或熱力學負荷。
[0025] 為了切斷工件，多次重復第二方法步驟，直至工件被沿著表面軌跡完全切斷或者 直至工件可通過機械去料法、尤其通過劃刻法切斷。
[00%]在一種特別優選的方法變型中，在工件上分別在兩側執行第一和第二方法步驟， W從兩側產生槽(切縫），所述槽然后可補充成完整的分離切割。與單側的工件加工相比，W 該方式能夠實現工件的需要更快且更少材料去除的切斷。尤其可W在工件兩側選擇比單側 加工時更小的槽寬。兩側的工件加工原則上可W同時借助兩個激光器來進行。然而優選首 先在一個工件側上執行第一和第二方法步驟，然后在翻過來的另一個工件側上執行第一和 第二方法步驟。W該方式可W僅借助唯一一個激光器在兩側對工件進行加工。在此，為了特 別快地切斷工件，在所述一個工件側上執行第一和第二方法步驟直至槽深為工件厚度的 50%，接著在翻轉工件后，在另一工件側上執行第一和第二方法步驟運么長時間，直至兩個 槽補充成為完整的分離切割并且工件被切斷為止。
[0027] 本發明的主題的其它優點和有利實施方式由說明書、權利要求書和附圖得知。同 樣，之前提到的W及還會進一步說明的特征可W單獨地使用或者對于多個特征W任意組合 使用。所示出的W及所說明的實施方式不理解為窮舉，而更確切地說是具有用于描述本發 明的示例特征。附圖的圖很示意性地示出本發明的主題，并且不要理解為按比例尺繪制。