切割由易脆裂材料製成的平整工件的方法和裝置的製作方法
2023-05-04 22:56:36 2
專利名稱：切割由易脆裂材料製成的平整工件的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過在雷射束和平整工件之間產生相對運動，並使雷射束沿著一條預定的切割線運動，同時誘發熱機械應力，從機械產生的起始裂紋開始，用雷射束切割由易脆裂材料尤其是玻璃或陶瓷製成的平整工件的方法。優選的應用方面為切割平板玻璃。
本發明還涉及一種用雷射束切割這樣的平整工件的裝置。
傳統的切割平板玻璃的方法就是藉助金剛石或者切割輪首先在玻璃上產生一條切割痕，然後通過一個外部的機械力沿著這樣產生的薄弱位置將玻璃切斷。這種方法的缺點是由於有切割痕就會從表面上掉下顆粒(碎碴)，它們可能會存留在玻璃上並在那裡例如引起擦傷。同樣也可能在切割稜邊上產生所謂的貝殼狀斷口，它們使玻璃邊緣不平整。此外割劃時在切割稜邊上產生的微裂紋會導致機械承載能力的降低，也就是說增加了破碎的危險。
無論是避免碎碴還是避免貝殼狀斷口和微裂紋的方法都包括基於通過熱機械應力來割開玻璃的步驟。此處有一個指向玻璃的熱源，它以固定的速度相對於玻璃運動，因而產生起如此高的熱機械應力，從而使玻璃產生裂紋。紅外輻射器、專門的氣割槍、尤其是雷射器都滿足這種熱源所必需的性能，就是能夠局部地以一個優於1mm的精度，即相當於典型的切割精度，對熱能進行定位的性能。雷射器由於其良好的可聚焦性、良好的功率可控性以及可使光束變形並因而使光強度的分布可以改變，已被證實並使用在玻璃上了。
這種雷射切割法，就是用聚焦的雷射束產生局部的加熱並結合來自外界的冷卻以誘發熱機械應力直至超過材料的破碎強度的方法，已由多種專利出版物公布了。例如DE 4305107 C2，DE 69304194 T2或者EP 0872303 A2。
這種方法與例如由EP 0062482 A1或US 5,120,926所公布的雷射切割法在原則上是不同的，後二種專利的方法是形成一個切割縫使玻璃在其中發生熔化，同時用一種氣體不斷地吹該切割縫以保持乾淨。
第一種所列舉的雷射切割法根據很多方面的原因已經證明是更為有利的方法並已在實踐中實施了。本發明也是由此方法出發的。
典型的方式是要求在所希望的切割線的開始處有一個所謂的開始裂紋或者起始裂紋，典型的方法是用一種割劃工具在玻璃表面上或者在玻璃稜邊上機械形成一個薄弱位置即形成一個割劃。這種由雷射束在切割線上產生的熱機械應力然後導致玻璃破斷，該破斷是從薄弱位置開始的。這種起始裂紋的產生例如在US 4,044,936中作了描述。
在公知的技術中，在雷射束和待切割的平坦工件之間的相對運動中斷，即「停止」時，在一個完全獨立的割划過程中用一個預定的機械力將割劃工具壓到玻璃表面上以產生起始裂紋。
該公知方法的缺點是由於在雷射切割之前必須產生一個起始裂紋，因此這種切割方法的時間每次都要延長几秒鐘。另外割劃的時間相對較長，因而在產生碎碴時使玻璃有損傷的危險。
本發明的任務是使用開頭所述類的方法或者設計開頭所述類的裝置，以減少切割過程所需的時間並使損傷易脆裂材料的危險變得很小。
該項任務的解決是通過一種雷射束切割一種由易脆裂材料製成的平整工件的方法實現的，它在雷射束和平整工件之間產生一個相對運動，使雷射束沿著一條預定的切割線運動，同時誘發熱機械應力，它起始於一個機械產生的起始裂紋，按本發明的方法，起始裂紋是與雷射束的起始切割運動相關聯產生的。
對於用雷射束切割一種由易脆裂材料製成的平整工件的裝置來說，其具有一個驅動裝置，用來產生在聚焦的雷射束和平整工件之間的相對運動，並使雷射束沿著一條預定的切割線運動，同時誘發熱機械應力，其還具有一個用於在切割線的開始處產生一個起始裂紋的割劃工具，按照本發明解決該項任務的方法是設置一種用於使割劃工具運動的機構，該機構按照下述控制方式與雷射束的切割運動相關聯，使得割劃工具隨著切割運動的開始或者在剛剛開始之後就能夠在平整工件上產生短時的割劃作用。
因而按照本發明的原理，起始裂紋可以「飛速」地產生，也就是說在由雷射束產生切割所進行的同樣的運動中產生，而並不停止相對運動。因而與一種完全獨立的割划過程相比具備以下優點
-每次切割的過程時間都可以縮短幾秒鐘；-由於「飛快」割劃的時間很短，因而玻璃損傷的情況就極少。因而避免了碎碴並提高了精度。
DE 4411037 A1描述了一種方法和一種裝置，其藉助於一種雷射束結合一個機械產生的起始裂紋在一個旋轉的中空玻璃的加工中切除其邊緣部分。這裡首先用雷射束在旋轉的中空玻璃裡沿著切割線產生熱機械應力，而且只有在與雷射束脫離開之後才機械地產生一個起始裂紋。因而在已知的情況下起始裂紋可以與雷射束的運動沒有直接的關聯，在所謂的「任何時候」單獨地機械產生，例如通過時間控制，而且如本發明的情況那樣在雷射束切割之前並不與雷射束的起始切割運動相關聯。
上述技術狀況從原理上說局限於對中空玻璃的切割，此處沒有所謂的切割線的起始處，也沒有終止處，而本發明則涉及平板玻璃的切割，這裡一個稜邊限定了切割線的起始處，另一個稜邊則限定了切割線的終止處。只是對於在開頭所述的技術狀況中由雷射束橫向越過的平整工件來說才會出現所述的為了設置起始裂紋而必須中斷雷射移動的問題，這就導致了按本發明所述的「飛快割劃」。
本發明的眾設計方案的特徵見從屬權利要求，並在下面按照圖中簡明表示的按本發明的一種裝置的實施例進行說明。
平坦的玻璃基片1將由一個雷射掃描器3的雷射束2沿著一個預定的切割線切割。
相應的裝置例如通過開頭所列舉的專利文獻已相應地被公知，因此不需再詳細地敘述了。在雷射束1和玻璃基片1之間沿著給定的切割線有一個相對運動，其中典型的是玻璃基片固定不動，雷射束2移動。相反也可以使雷射束2固定，玻璃基片1做進給移動。
電磁線圈5通過象徵性表示的連接4以控制方式與掃描器3相連接。該電磁線圈有一個轉換凸起6，它如箭頭所示根據電磁線圈5的控制情況可以向上和向下運動。在轉換凸起6的下面的、玻璃基片側的端部設有一個割劃工具7，例如一個硬質金屬輪。轉換凸起6在一個適合的位置上配有一個定位傳感器8，其輸出信號連接到電磁線圈5的控制輸入口，如虛線所表示的那樣。
按本發明的「飛速」割劃按如下實現硬質金屬輪7在開始的切割運動裡對著玻璃基片1的邊緣運動。當輪接觸邊緣時，輪有一個最大為1mm的小的提升運動。輪的這種相對位置的變化由傳感器8測得，並因此通過控制裝置藉助於電磁線圈5使輪迅速抬起約5mm。
抬起在約0至2秒的時間範圍內發生。
割劃工具的抬升運動也可以由一個液壓的或者氣動的致動器來實現。但電磁線圈的優點在於其快速的反應時間。
通過這種按照本發明的「飛速」割劃將使對玻璃的損傷保持如此的小，因而用肉眼是無法看到的。
本發明的本質在於「飛速」割劃，也就是說在一個用雷射束切割的一種運動中的割劃。這種割劃雖然如在所示的實例中描述的那樣作用最為迅速，但其也可以以比較緩慢的順序(但總還在切割運動中)實現，以及用另外的方式實現(例如割劃工具沒有轉換凸起並且僅由一控制信號而運動的情況)。
權利要求
1.一種雷射束切割由易脆裂材料製成的平整工件的方法，它通過在雷射束和平整工件之間產生一個相對運動，並使雷射束沿著一條預定的切割線運動，同時誘發熱機械應力，它起始於一個機械產生的起始裂紋，用其特徵在於，該起始裂紋是與雷射束的起始切割運動相關聯產生的。
2.用一個雷射束(2)切割由易脆裂材料製成的平整工件(1)的裝置，其具有一個驅動裝置，用來產生在聚焦的雷射束(2)和平整工件(1)之間的相對運動，並使雷射束沿著一條預定的切割線運動，同時誘發熱機械應力，其還具有一個用於在切割線的開始處產生一個起始裂紋的割劃工具(7)，其特徵在於，設有一個使割劃工具(7)運動的機構(5，6，8)，該機構按照下述控制方式與雷射束(2)的切割運動相關聯，使得割劃工具(7)就能夠隨著切割運動的開始或者在剛剛開始之後在平整工件(1)上產生瞬時的割劃作用。
3.按權利要求2所述的裝置，其特徵在於，該機構具有一個通過雷射束切割運動的控制輸入而起動、並具有一個轉換凸起(6)的電磁線圈(5)，在轉換凸起的一端設有割劃工具(7)，轉換凸起還具有一個定位傳感器(8)，用以測定轉換凸起(6)的位置，該傳感器的輸出信號轉換到電磁線圈的控制入口上；而且電磁線圈(5)的控制使得割劃工具(7)通過在開始的切割運動時轉換凸起(6)的一個相應的運動而向著工件(1)的邊緣移動，因而引起轉換凸起(6)的位置變化，並通過傳感器(8)的輸出信號和電磁線圈的激勵實現轉換凸起的快速抬起，並因而實現割劃工具的快速抬起。
4.按權利要求2所述的裝置，其特徵在於，該機構通過一個液壓的或者氣動的致動器構成。
全文摘要
這種類型的裝置典型地具有一個驅動裝置，用於在聚焦的雷射束(2)和工件(1)之間產生相對運動，雷射束沿著一條預定的切割線移動，同時誘發熱機械應力，該裝置還具有一個割劃工具(7)用於在切割線的開始處產生一個起始裂紋。這種割劃工具(7)目前在相對運動停止時對工件產生有效作用的時間相對較長。本發明採用了一種「飛速」割劃，即設有一個使割劃工具(7)運動的機構(5，6，8)，該機構按照控制與雷射束(2)的切割運動相關聯，從而割劃工具(7)隨著切割運動的開始就能夠在工件(1)上產生瞬時的割劃作用。因而就可以減少過程時間並減少對工件的損傷。
文檔編號B28D1/28GK1391535SQ00815941
公開日2003年1月15日 申請日期2000年9月8日 優先權日1999年11月20日
發明者D·豪爾, H·-G·蓋斯勒 申請人:肖特特殊玻璃股份有限公司