本發(fā)明涉及一種對(duì)CO₂激光切割所產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行判定方法以及用于執(zhí)行該方法的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

如圖1所示，用于對(duì)于玻璃進(jìn)行切割的CO₂激光切割機(jī)主要由機(jī)械切割裝置、CO₂激光頭、冷卻裝置組成。CO₂激光切割玻璃的過(guò)程為：首先CO₂激光頭在玻璃表面形成CO₂激光光斑，CO₂激光光斑位于要產(chǎn)生的裂紋的初始位置；然后，沿要產(chǎn)生的切割線的方向，CO₂激光頭移動(dòng)以使所產(chǎn)生的CO₂激光光斑所沿切割線運(yùn)動(dòng)，對(duì)玻璃進(jìn)行加熱，同時(shí)冷卻裝置在CO₂激光頭之后移動(dòng)以在CO₂激光光斑的后方在玻璃上形成冷卻區(qū)域，玻璃熱脹冷縮產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力產(chǎn)生初始裂紋，使初始裂紋沿切割線方向從切割線起點(diǎn)延伸到切割線終點(diǎn)，如圖1所示；最后CO₂激光切割完成后，裂片機(jī)構(gòu)使用機(jī)械壓力或者其他方式，使裂紋在玻璃的豎直方向進(jìn)一步延伸，最終將玻璃分離開來(lái)。

在使用CO₂激光來(lái)切割玻璃時(shí)，初始裂紋的延伸是其中一個(gè)極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，裂紋延伸斷裂將會(huì)直接影響玻璃裂片，產(chǎn)生碎片不良。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種針對(duì)CO₂激光切割的判定方法和系統(tǒng)，更具體地而言，提出了一種針對(duì)CO₂激光切割所產(chǎn)生的初始裂紋進(jìn)行判定的方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)能夠?qū)O₂激光切割所產(chǎn)生的初始裂紋是否完全延伸作出正確的判斷，從而提高玻璃切割的優(yōu)良率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種針對(duì)CO₂激光切割的判定方法包括如下 步驟：

步驟一：確定對(duì)于特定玻璃的光滑表面的光源的光滑反射閾值A(chǔ)；

步驟二：使光源從CO₂激光切割所產(chǎn)生的玻璃上的初始裂紋的側(cè)面入射，入射光所產(chǎn)生的光斑落到初始裂紋上；同時(shí)在與入射的光相對(duì)的初始裂紋的另一側(cè)接收由具有初始裂紋的玻璃所反射的光，此時(shí)光源的反射值為B；

步驟三：沿初始裂紋延伸方向移動(dòng)光源并且同時(shí)接收反射光；

步驟四：當(dāng)反射光由反射值B變化至大于光滑反射閾值A(chǔ)時(shí)，則認(rèn)為初始裂紋發(fā)生斷裂，記錄裂紋斷裂的發(fā)生位置。

根據(jù)本發(fā)明的判定方法可以具有以下有利特征：

在步驟三中，光源從初始裂紋的起點(diǎn)一直移動(dòng)到初始裂紋的終點(diǎn)；從而在步驟四中，記錄裂紋斷裂的發(fā)生位置的范圍；

光滑反射閾值A(chǔ)與反射值B相差至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，反射值B到光滑反射值A(chǔ)的變化為跳變；

所述光源所形成光斑的寬度與初始裂紋的寬度相等或匹配；

所述光源的入射角和反射角根據(jù)能根據(jù)裂紋的位置進(jìn)行調(diào)整；

光源所形成光斑的中心與初始裂紋的中心重合；

根據(jù)再一個(gè)方面，本發(fā)明還涉及一種玻璃切割方法，其包括如下步驟：

步驟一：使用CO₂激光切割在待切割玻璃上制造初始裂紋；

步驟二：使用上述的激光切割方法對(duì)初始裂紋是否斷裂進(jìn)行判定；當(dāng)初始裂紋斷裂時(shí)，執(zhí)行步驟三；當(dāng)初始裂紋未發(fā)生斷裂時(shí)，執(zhí)行步驟四；

步驟三：當(dāng)初始裂紋斷裂時(shí)，將斷裂的初始位置作為CO2激光切割的初始位置并從步驟一開始重新執(zhí)行：

步驟四：當(dāng)初始裂紋未發(fā)生斷裂時(shí)，執(zhí)行裂片操作，將玻璃切割開來(lái)。

根據(jù)再一個(gè)方面，本發(fā)明還涉及一種針對(duì)CO₂激光切割的判定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主機(jī)架，在支架上安裝有沿裂紋延伸方向延伸的水平X向?qū)к?，光源和接收反射光的光學(xué)傳感器安裝在可以沿所述水平X向?qū)к壔瑒?dòng)的探頭支架上，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)光源和光學(xué)傳感器在主機(jī)架上運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的判定系統(tǒng)可以具有如下有利特征：

根據(jù)本發(fā)明的判定系統(tǒng)還具有與裂紋延伸方向正交的水平Y(jié)向?qū)к壓拓Q直Z向?qū)к墸結(jié)向?qū)к壓拓Q直Z向?qū)к?，?qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)光源和光學(xué)傳感器還能夠沿所述Y向和Z向滑動(dòng)而進(jìn)行調(diào)整。

所述驅(qū)動(dòng)裝置為馬達(dá)，該馬達(dá)設(shè)置有編碼器，編碼器的數(shù)據(jù)用于對(duì)初始裂紋的斷裂點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算：P＝(c-a)*L/(b-a)，其中：P為切割線斷裂點(diǎn)位置，c為切割線斷裂點(diǎn)處的馬達(dá)地址，a為切割線起始點(diǎn)處的馬達(dá)地址，b為切割線終點(diǎn)處的馬達(dá)地址，L為切割線長(zhǎng)度。

附圖說(shuō)明

在接合附圖的下面描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯地顯現(xiàn)。圖中：

圖1是CO₂激光切割玻璃的過(guò)程的原理圖；

圖2是初始裂紋發(fā)生斷裂時(shí)的示意圖；

圖3是初始裂紋斷裂時(shí)的光源入射、反射的示意圖；

圖4是初始裂紋未斷裂時(shí)的光源入射、反射的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的針對(duì)CO₂激光切割線的判定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的應(yīng)用針對(duì)CO₂激光切割線的判定方法的玻璃切割方法的流程圖；

具體實(shí)施方式

如圖1所示為利用CO₂激光切割機(jī)對(duì)玻璃進(jìn)行切割的原理圖，在對(duì)要切割開的玻璃100進(jìn)行裂片之前需要在玻璃100上使用激光切割機(jī)來(lái)沿切割線制造初始裂紋110，初始裂紋110在切割線的位置延伸，CO₂激光頭發(fā)出激光光束在玻璃100上形成激光光斑102，CO₂激光頭沿著切割線的方向移動(dòng)使得激光光斑102在要形成初始裂紋101的方向移動(dòng)，同時(shí)冷卻裝置在玻璃100上在激光光斑102的后方形成冷卻區(qū)域103，冷卻區(qū)域103 隨著激光光斑102的移動(dòng)而從切割線起點(diǎn)104移動(dòng)直到切割線終點(diǎn)105，激光光斑102首先對(duì)玻璃100進(jìn)行加熱，然后冷卻區(qū)域103對(duì)已進(jìn)行加熱后的玻璃100再進(jìn)行冷卻，玻璃100由于熱漲冷卻作用而產(chǎn)生應(yīng)力，裂紋沿切割線方向從切割線起點(diǎn)104延伸到切割線終點(diǎn)105。

在理想狀態(tài)中，初始裂紋101應(yīng)該沿著切割線的方向完全延伸，但是事實(shí)上，由于各種因素會(huì)存在有初始裂紋斷裂的情況，如圖2所示，其中106為初始裂紋的斷裂點(diǎn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)于是否存在初始裂紋以及初始裂紋的位置進(jìn)行判定。

初始裂紋的斷裂的原理如圖3和圖4所示。在玻璃100的上方設(shè)置有光學(xué)傳感器1和發(fā)出入射光的光源2，在玻璃100的表面沒有初始裂紋的情況下，玻璃100的表面為光滑的(即裂紋中斷/斷裂時(shí))，光源2的入射光201幾乎全部被光滑的玻璃100鏡面反射形成反射光202，如在圖3中看到的，圖3為圖2的B-B截面的剖視圖。而在玻璃100的表面形成有初始裂紋101的情況下，當(dāng)入射光201照射到裂紋上時(shí)，由于初始裂紋所形成的粗糙表面，入射光201發(fā)生漫反射，此時(shí)反射光與鏡面反射所形成的反射光202相比就十分微弱，如圖4所示，圖4為圖2的A-A截面剖視圖。例如，在鏡面反射所形成的反射光202的光通量為450lm時(shí)，而在發(fā)生漫反射的情況下所接收到的反射光的可能就為幾十lm，例如30lm。因此,當(dāng)根據(jù)這一點(diǎn)，當(dāng)所測(cè)得的光通量發(fā)生階躍時(shí)就可以認(rèn)為發(fā)生了斷裂。進(jìn)一步地，當(dāng)所測(cè)得的光通量達(dá)到或超過(guò)光滑反射閾值A(chǔ)時(shí)，就可以認(rèn)為發(fā)生了斷裂。優(yōu)選地,光滑反射閾值A(chǔ)不必等于鏡面反射形成反射光202的光通量,而可以與反射光202的光通量相同數(shù)量級(jí)相同的較小值。例如，對(duì)于某種玻璃，鏡面反射形成反射光202的光通量為450lm，有裂紋時(shí)的光通量值B＝30lm，則可設(shè)置光滑反射閾值A(chǔ)＝240lm，可以想到的是光滑反射閾值A(chǔ)可以為小于鏡面反射形成的反射光202的光通量的相同數(shù)量級(jí)的其它值。

采用如圖5所示的判定系統(tǒng)200對(duì)于初始裂紋進(jìn)行判定，所述系統(tǒng)包括用于發(fā)出入射光的光源2和用于接收反射光的光傳感器1，傳感器1和 光源2固定在探頭支架3上，探頭支架3沿切割方向的Y方向在固定在主機(jī)架5上的第一導(dǎo)軌4上移動(dòng)。探頭支架3能夠在圖示的Z向和X向進(jìn)行調(diào)整以調(diào)整光源2和光傳感器1相對(duì)于玻璃的位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同位置的初始裂紋的判定。探頭支架3在第一導(dǎo)軌4上的移動(dòng)由驅(qū)動(dòng)裝置例如驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6設(shè)置有編碼器或光標(biāo)尺，以對(duì)裂紋斷裂位置進(jìn)行判定。

如圖5所示，探頭支架3安裝在第二導(dǎo)軌7上，第二導(dǎo)軌7沿垂直于玻璃表面的豎向Z向延伸，因此探頭支架能夠在Z方向進(jìn)行調(diào)整；第二導(dǎo)軌7又固定于第一底座8，而第一底座8又定位于第三導(dǎo)軌9，第三導(dǎo)軌9沿著與切割方向正交的水平X向延伸，第一底座8能夠沿著第三導(dǎo)軌9進(jìn)行X方向的調(diào)整，隨之，探頭支架2也能夠進(jìn)行X向的調(diào)整。探頭支架2能夠在X向和Z向進(jìn)行調(diào)整使得本系統(tǒng)的應(yīng)用更為靈活，可以使用于各種不同的情況。所述探頭支架2、第二導(dǎo)軌7、第一底座8、第三導(dǎo)軌9都集成于第二底座10上，第二底座10定位于第一導(dǎo)軌4上，從而使得探頭支架2能夠沿著切割方向Y向移動(dòng)。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，光傳感器1和光源2都可以在探頭支架2上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得光源2的入射角α是可以調(diào)整的；根據(jù)光的傳播定律，入射角與反射角相等，優(yōu)選地，光傳感器1的角度調(diào)整與光源2的角度調(diào)整同步，即同時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度，以使得更便捷迅速地接收反射光。

下面討論如何利用如圖5所示的系統(tǒng)來(lái)輔助進(jìn)行玻璃的切割。

在一個(gè)實(shí)施例中，所切割的玻璃100的厚度為0.7mm，玻璃100的顏色為無(wú)色透明，玻璃100的表面設(shè)置有鍍膜層，該待切割的玻璃100的反射率為>8％。對(duì)于該玻璃100進(jìn)行標(biāo)定以得到光滑反射閾值以及相應(yīng)的入射角α。入射角度α的選擇使得在所述玻璃上形成的光斑的中心與裂紋的中心大致重合。在該實(shí)施例中，入射角α為45°，鏡面反射形成反射光202的光通量為450lm，有裂紋時(shí)的光通量值B＝30lm，設(shè)置光滑反射閾值A(chǔ)＝240lm?？梢韵氲降氖枪饣瓷溟撝狄部梢栽O(shè)置比有裂紋時(shí)的光通量值高一個(gè)數(shù)量級(jí)的其它值。光通量跳變的這種現(xiàn)象，使得對(duì)于裂紋斷裂的判 定更為準(zhǔn)確。

如圖6的流程圖所示，首先利用CO2激光切割機(jī)來(lái)在一塊玻璃100上制作初始切割線。該初始切割線的制作過(guò)程與常規(guī)切割線制作方法相同。在本實(shí)施例中所用的CO2激光切割頭的功率為250w,CO2激光切割頭的出射波長(zhǎng)為10.64um，CO2激光切割頭的移動(dòng)速度為300mm/s，冷卻裝置在激光切割頭后進(jìn)行冷卻，冷卻裝置的移動(dòng)速度與CO2激光切割頭的移動(dòng)速度相同。CO2激光切割頭與冷卻裝置在待切割玻璃100上制造出初始切割線。

如圖5所示，接著利用所述的判定系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行裂紋是否斷裂的判定，裂紋判定過(guò)程如圖5所示，在該步驟中使用的入射光的光源2與標(biāo)定時(shí)使用的光源相同。首先調(diào)整探頭支架3的各項(xiàng)參數(shù)：X向、Y向、Z向位置與標(biāo)定時(shí)的位置對(duì)應(yīng)，使得入射角α與標(biāo)定時(shí)角度相同，并且使得入射光201的形成光斑的中心與裂紋的中心重合；光斑的中心與裂紋的中心重合使得反射光對(duì)于裂紋的斷裂更為敏感。

然后沿著切割方向Y向從初始裂紋的起點(diǎn)開始對(duì)切割裂紋進(jìn)行掃描探測(cè)；當(dāng)傳感器1的所接收到的光通量超過(guò)光滑反射閾值A(chǔ)時(shí)，即判定裂紋斷裂；

如圖4所示，優(yōu)選地，當(dāng)裂紋斷裂時(shí)，優(yōu)選將該斷裂信息反饋給相關(guān)操作人員，相關(guān)人員進(jìn)行位置判定將裂紋的斷裂點(diǎn)作為切割線的起點(diǎn)使用CO2激光切割機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充切割，制作二次裂紋，當(dāng)二次裂完成后繼續(xù)上述的裂紋是否存在斷裂的判定。當(dāng)直到掃描到裂紋終點(diǎn)，而不存在超過(guò)光滑反射閾值A(chǔ)的光通量時(shí)，可以斷定裂紋完全延伸；

當(dāng)裂紋完全延伸時(shí)，應(yīng)用機(jī)械壓力或其它方式，使得裂紋在玻璃的豎直方向進(jìn)一步地延伸，最終使得玻璃分隔開來(lái)。

優(yōu)選地，在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6上所設(shè)置的編碼器可以幫助對(duì)裂紋位置的判定。當(dāng)原始裂紋的長(zhǎng)度為L(zhǎng),在裂紋起點(diǎn)處的編碼器地址為a,切割線斷裂點(diǎn)處的馬達(dá)地址為c，，切割線終點(diǎn)處的馬達(dá)地址b，L為切割線長(zhǎng)度。則切割線斷裂點(diǎn)位置P＝(c-a)*L/(b-a)。

對(duì)于同一種類的玻璃切割，可以僅僅進(jìn)行一次標(biāo)定，得到對(duì)于某一種玻璃的入射角值α以及光滑反射閾值A(chǔ)，而對(duì)于多塊玻璃的裂紋斷裂進(jìn)行判定，而提高工作效率。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)本發(fā)明的裝置做出多種改良和變型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)考慮本說(shuō)明書中公開的內(nèi)容也可得到其它實(shí)施例。本說(shuō)明書和示例僅應(yīng)被視為示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍由所附權(quán)利要求以及等同方案限定。