用於平面玻璃的雷射感應熱分割的方法
2024-02-10 15:14:15 2
專利名稱：用於平面玻璃的雷射感應熱分割的方法
技術領域：
本發明涉及一種平玻璃板的低損傷分割，其中使用雷射器來對玻璃板進行熱劃線。
背景技術：
目前仍然通過用劃線輪劃線然後進行彎曲斷裂來分割平玻璃板。所需要的由劃線輪在所期望的分割線的整個長度上對玻璃表面的機械損傷導致沿著其邊緣形成玻璃凹槽和凹口，這導致邊緣強度降低。玻璃凹口和切割油的使用對於隨後處理程序例如塗覆而言非常令人討厭，從而隨後必須通過昂貴費時的過程例如磨邊、研磨和衝洗來處理邊緣區域。
眾所周知，通過熱感應應力使玻璃板具有優異質量的表面起始裂痕，這避免了所述缺點。為此，已經形成了這樣的區域，其中在例如已經通過Vickers壓印形成了第一個非常小表面劃線之後將其中要形成裂痕的區域局部加熱和局部冷卻。Fraunhofer IWM在他們的有關玻璃的斷裂過程的歷史試驗中已經使用了該方法F.Kerkhoff「Eineinfacher Versuch Zur Bruchflachenmarkierung durch mechanicalImpulse[通過機械衝擊將斷裂表面劃線的簡單試驗]」Glastech.Bericht28，頁57/58(1955)；F.Kerkhof「Bruchvorgange in Glasern[在玻璃中的斷裂過程]」Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft，Frankfurt/Main，(1970)。通過薄火焰或熱鼓風機來進行加熱；通過水或空氣/水混合物來進行冷卻。
在德國專利文獻DE2813302中，描述了用於藉助熱感應張力對平玻璃板進行直線切割的方法和設備，由此可以通過以恆定的連續空間間距進行加熱和隨後冷卻來沿著直線切割玻璃板。還有，可以切割厚玻璃(20mm)，但是只能在至多0.5m/分鐘的速度進行。由於涉及開放式切割，所以切割位置基本上局限於中央切割，因為否則會出現邊緣效應，這導致與所期望直線出現嚴重偏差的不穩定的斷裂延伸部分。
在美國專利5609284中披露了使用雷射器沿著所期望的直線進行高精度熱劃線。所使用的雷射器具有這樣的波長，從而在玻璃表面處吸收輻射，優選為CO2雷射器(10.6μm)。在該雷射器中，在玻璃表面上形成一橢圓形熱斑點，並且該斑點沿著所期望的分割線對稱地以前進速度v運動；隨後在幾何恆定距離L處進行冷卻，其中在冷卻表面下方形成劃線。該美國專利文獻5609284的獨特特徵在於，它指出了在切割速度V和劃線深度δ之間的關係，即v＝k·a(b+1)/δ其中，a，b為橢圓形斑點的幾何參數，L為熱源離冷卻斑點的距離，並且k為比例常數。切割玻璃的厚度為1.2mm至6mm，並且可實現的最大切割速度大約為1m/分鐘。
由於在切割過程期間參數a、b、L和k是恆定的，所以從上面的等式中可以看出可實現的劃線深度δ與切割速度v成反比。所選擇的切割速度越大，則所得到的劃線深度越小。但是公知的是，在劃線深度較小的情況下，隨後的斷裂過程變得更難進行，從而導致邊緣質量變差。根據US5609284，以更小的切割速度即基本上小於1m/分鐘的切割速度切割更厚的玻璃板導致平裂痕，從而隨後的分割過程變得相當困難。這估計也是沒有存在任何對於厚度超過6mm的玻璃板的分割實施例的原因。考慮到沿著切割方向的橢圓形熱源的跨距b，建議與玻璃厚度h的比值為1≤b/h≤20，因為對於b＜h而言，所得到的切割速度太小，並且在b＞10的情況下，切割精確度變差。還要指出的是，熱源的橢圓形形狀和在熱源和冷卻噴嘴之間的機械恆定距離會導致在切割曲線中存在明顯缺點。由於切割曲線與所期望的直線的偏差這在更小半徑的情況下尤為明顯。
發明內容
對於現有技術而言，本發明的目的在於以高速沿著預定所期望的直線向玻璃板施加熱劃線以便實現更高的切割速度(基本上高於1m/分鐘)。具體地說，尤其有利於分割厚度更大的玻璃，並且應該能夠對非常厚的玻璃板(例如20mm)形成足夠深的劃線。所有這個在彎曲切割線的情況下也可以實現。
為了克服迄今為止還未解決並且對於技術應用非常重要的的這些問題。這是因為在厚度大約為1mm至大約20mm的情況下製造出浮法玻璃板，其中在玻璃製造期間的玻璃帶的前進速度根據玻璃厚度(以及熔爐的容量)而大約為30m/分鐘至2m/分鐘。這些前進速度因此遠大於根據US5609284所能實現的切割速度，從而不能實現與製造玻璃帶的速度相適應的玻璃帶切割。
上述目的是根據在權利要求1中提出的本發明方法來解決的；其它優選的本發明的改進之處和實施方案是從屬權利要求的主題。
首先，根據本發明的解決途徑考慮了與玻璃特別相關的損壞因素並且從中推導出避免教導，即必須滿足以便產生出高質量切割區域的先決條件。通過增加所施加的雷射器能量來增大切割速度受到形成橫向裂痕和熔融的限制。這些橫向裂痕是與劃線垂直延伸的小張性破裂。由於必須避免出現這些張性裂痕以及熔融，所以只能將一定的單位時間和單位面積或相應的玻璃(體積)元素的最大能量提供給玻璃，並且對於高切割速度而言需要快速能量供給。這是與材料特別相關的數值，它取決於玻璃類型例如(鈣-泡鹼-)浮法玻璃、硼化浮法玻璃以及玻璃的顏色，並且在合適的情況下也與製造條件相關。對於浮法玻璃而言，在試驗上已經確定了上限值Sg為0.016瓦秒/mm2。因此，因此，由於出現其它橫向裂紋和熔融，所以預定的表面元素必須不會連續受到比上限值更多的熱量。
為了使之能夠向區域元素輸入更多的熱量且不會造成損壞，必須以適當的間歇重複施加熱量。在這些間歇期間，在表面處吸收的輻射能量能夠至少部分傳導進材料內部並且在其中分散。這樣，從理論上看表面溫度明顯降低。所需的間歇的準確長度取決於玻璃類型還有在其表面區域處到達的玻璃溫度。對於浮法玻璃而言，對它進行的試驗表明，在施加與上限值Sg為0.016瓦秒/mm2對應的最大能量的情況下，只是大約為50毫秒的間歇是非常有效的。可以有更長的間歇，但是對於更高的切割速度而言無效，更短的間歇需要與上限值相比更小的能量輸入以便避免出現所述的損壞。對於技術應用而言，這意味著必須反覆並且迅速地進行熱輸入。對於在技術實現雷射束斑點的所期望快速運動，可以使用掃描系統，它能夠在鈣區域中實現超過100m/s的掃描速度。另外，對掃描系統的基於計算機的控制其優點在於，能夠遵循任意所期望的曲線，從而能夠切割任意所期望的形式。
根據雷射束斑點直徑和雷射器功率從上限值中可以計算出對於特定用途雷射束斑點以什麼樣的掃描速度在玻璃表面上運動。從所選擇的間歇時間和熱源所使用的掃描速度中確定出所期望的切割線的受熱拉伸長度。
優選的是，加熱拉伸的長度和雷射束在該拉伸上所採用的掃描速度如此設計，從而為此所需的時間與所需的間歇時間對應，從而除了玻璃漂浮(floating)所需的0.05秒之外，無需額外的等待時間以執行觀察。
重複次數共同決定了可實現的劃線深度，並且取決於玻璃類型並且尤其取決於玻璃厚度，其中存在最大和最小極限值，在這些極限值之外結果是無效的或者甚至是破壞性的。例如，對於薄玻璃而言，需要的重複次數比更厚的玻璃更少。
代替只是施加單個熱痕跡，可以採用幾條熱痕跡(線束)，它們平行地延伸或者分別緊密相鄰並且優選相對於所期望的分割線對稱。在這方面要指出的是，12至15mm的線束的更大寬度將難以導致應力進一步增大。但是優選的是，在線束中的線數為奇數的情況下進行，從而一根線正好為所期望的分割線，並且另外如此提供這些線的掃描循環(掃描順序)，從而該中心被掃描的次數是其它線的兩倍。這樣，中心線用作引導線，這對於切割質量非常重量。對於線束而言，必須在預加熱拉伸的情況下進行，這在期望相當條件的情況下與單根線相比相應地更短。
為了能夠劃出其長度超過這樣計算出的加熱拉伸長度的更長或者連續分割線，每次重複沿著所期望直線方向延伸前進增量Δx。該增量長度Δx從所期望的切割速度v和重複次數N中得到。這應用於形成狀態。在切割的開始和結束時，更優選按照這樣一種方式提供步進式加熱，從而這些拉伸也接收到與在形成狀態中一樣的加熱條件。
在初始加熱拉伸的加熱開始之前或在加熱拉伸結束之前不久，通過劃線金剛石或劃線輪特別從起始點開始或者在其附近向所期望的分割線施加細小的劃線。然後冷卻噴嘴在劃線點處啟動，然後以切割速度在受熱的所期望分割線上運動。由於冷卻效應，在玻璃表面的表面區域中出現了拉伸，這與所期望的分割線垂直並且在玻璃厚度上變得更小。由於這些拉伸，引發了裂痕並且裂痕以冷卻噴嘴的速度前進。
下面將參照附圖根據幾個實施方案對本發明進行更詳細說明。在這些附圖中圖1示意性地顯示出在玻璃板上沿著所期望的分割線產生出雷射劃線；圖2顯示出沿著圖1的II-II線剖開的玻璃板的放大橫截面區域，其中顯示出沿著所期望的分割線在玻璃中的拉伸狀況；圖3顯示出沿著圖1的III-III線剖開的玻璃板的放大橫截面區域，其中顯示出在塗覆作用之後在玻璃厚度上的拉伸狀況；圖4示意性地顯示出用於進行根據本發明的方法的裝置的原理布置；圖5為一示意圖，顯示出與掃描速度相關的在雷射器功率和雷射束斑點直徑之間的關係；圖6為一曲線圖，顯示出對於各種劃線速度在劃線深度與玻璃厚度之間的關係；圖7示意性地顯示出切割長方形板的過程；
圖8示意性地顯示出切割在一個端部處具有半圓形形式的長方形基本形式的鏡子的過程；圖9顯示出切割平玻璃面板的相鄰玻璃板；並且圖10顯示出從玻璃板中分割出邊條。
具體實施例方式
圖1在透視圖中示意性地顯示出一玻璃板，其上通過根據本發明的方法沿著所期望的分割線形成有一划線。所期望的分割線由點線所示，表示出起始劃線(在起始劃線位置處開始機械損壞)的位置，通過虛線表示出已經由雷射束反覆掃描的加熱拉伸部分，表示出設置在加熱拉伸部分後面的冷卻噴嘴，並且用陰影線顯示出已經形成在玻璃中(在已經由冷卻噴嘴經過的拉伸區域中)的起始裂紋。
圖2和3顯示出在由冷卻噴嘴(圖3)冷卻的區域中在加熱拉伸(圖2)處在所期望的分割線區域中在玻璃橫截面中的張力狀況。在玻璃厚度上表示出壓縮張力和拉伸應力的位置和程度。在玻璃厚度上看，在每個情況中都存在三部分拉伸區域，具體地說在受熱區域的面積中存在壓縮-拉伸-壓縮應力，並且在冷卻區域中在表面處以及在相對表面區域處存在拉伸-壓縮-拉伸應力。通過這些拉伸應力產生出表面裂痕。在起始斷裂區域中，幾乎消除了這些應力。
作為沿著所期望分割線的起始劃線的正確結果的切割精度基本上由所施加的熱場確定，但是它也會受到冷卻的影響。對於切割精度而言，已經發現與所期望的分割線垂直並且還與表面區域垂直的熱分布通常是有利的，其中方便的是在正好位於所期望的分割線上的中央應該存在最大熱量。
在彎曲線分割的期間，尤其在較窄的彎曲線的情況中，已經發現除了所述要求之外如果熱曲線相對於與所要分割的玻璃表面區域垂直的直線旋轉對稱，則有利於獲得良好的切割精度。
如上所述，如果輪廓分明的最大熱分布正好設在所期望的分割線上，則獲得特別良好的切割精度。代替相應的輻射源的光強度分布，這可以在技術上很容易並且更有效地利用掃描器按照各種方式來實現。實現它的措施在原理上已經針對掃描線束進行了說明。在單根掃描線的情況下，例如通過施加具有正在位於所期望分割線上的更小光束斑點直徑(並且適當的話更小的能量)的附加熱線來實現。這樣，提供了引導線特徵。這種引導線必須沿著重複長度施加至少一次，並且這在時間上最好緊在已經製造出重複長度之前進行。這裡，向引導線施加雷射也必須後向地進行，從而該引導線的所有局部拉伸連續地連接。為了在技術上實現，線的焦點位置必須可以快速移動並且將掃描器適當地編程。在這方面，特別優選的是以變化的雷射器功率沿著引導線操作。例如應該通過將空氣/水混合物噴射到玻璃表面上來儘可能有效地進行冷卻；冷卻也應該相對於分割線儘可能均勻對稱。弱冷卻導致可實現的劃線深度減小，其中在更廣泛的情況中，不會出現任何劃線，而過度冷卻會導致切割線不精確，因此導致與所期望的分割線出現不規則偏差。
本領域普通技術人員完全無法預計的根據本發明方法的效果對於各種形式的切割非常重要。這涉及劃線的或多或者或少的相交。
從對在玻璃中的裂紋行程的檢查中可知，或多或少垂直碰到已經存在的裂痕的裂痕在這位置處停止。在損壞分析中利用該知識來將初始裂紋與二次裂紋區分開以便推想出裂紋出現以及斷裂原因。更令人驚訝的是發現在無需向相對裂紋邊緣施加附加機械損壞的情況下通過雷射引導出的劃線可以與已經出現在玻璃表面上的裂紋相交。隨後對裂痕區域的顯微鏡觀察沒有顯示出任何附加損壞。這可以用來無損壞地切割具有矩形角部區域的格式。
圖4示意性地顯示出切割平玻璃板的布置的原理。所要分割的玻璃板設置在配備有x-y橋(未示出)的切割臺(未示出)上。其上安裝有劃線金剛石和冷卻裝置的x-y橋在位於玻璃板上方並且與之平行的平面(x-y)中運動。通過CNC控制，它可以沿著針對劃線金剛石和冷卻裝置預先確定的任意曲線運動。X-y橋的行進速度大約為60m/分鐘。在切割臺上方，雷射器和掃描器如此布置，從而雷射束可以在玻璃板上掃描其表面積大約1×1m2的區域。藉助透鏡或者藉助電子校正，可以獲得無扭曲圖像的電子校正。可以通過電磁可動的聚焦透鏡來使衝擊玻璃表面的雷射束直徑即在這裡所稱的雷射束斑點直徑減小或擴大，並且這可以在1mm至20mm的非常短的直線中完成。
至於在該方法中基本上通過表面加熱進行操作的雷射器，優選採用其光波長高於玻璃的吸收限即大於2.8μm的雷射器。由於價格合理和技術成熟，我們採用了CO2雷射器；所用的雷射器具有200瓦和630瓦(波長為10.6μm)。這些是所謂的Cw雷射器，即連續工作並且沒有處於調製脈衝模式中的雷射器。對於玻璃的處理而言，這是特別優選的，因為這樣在脈衝操作期間可以避免很容易由脈衝峰值產生出的Schrenn裂痕。
對於更大(更長)玻璃板的切割，可以在CNC控制下沿著x方向使它們在切割臺上運動。
如果必須切割其針對形成Schrenn裂紋的危險的極限值Sg不是已知的玻璃或玻璃類型，則要在準備試驗中確定出那些危險。在這種測試期間，將具有不同雷射器功率和不同雷射束斑點直徑的熱導向裝置施加到在不同速度下檢查的玻璃表面上。在每種情況中，只增大一個參數例如雷射器功率直到形成Schrenn裂痕。最後，對於三種不同的掃描速度獲得在圖5中示意性所示的結果。在高於相應極限值的參數值的情況下，形成直線Schrenn裂痕。認識到，例如在雷射束斑點直徑恆定的情況下，可以在高掃描速度下以比在更低掃描速度下更大的雷射功率輸出施加能量，且不會出現Schrenn裂痕。從直線的斜率中，藉助以下方程式可以確定出形成Schrenn裂痕的極限值Sg(單位面積的能量)Sq=P1d1Vs---(1)]]>其中P1＝雷射器功率，d＝雷射束斑點直徑，Vs＝雷射束的掃描速度。
要考慮的是，這樣確定的極限值Sq不僅取決於玻璃類型，還取決於在雷射束內的能量分布。對於在中央具有最大能量的對稱雷射束(具有高斯分布)而言，對於浮法玻璃，可以確定極限值Sg＝0.0016瓦·s/min2。
正好避免形成Schrenn裂痕的該極限值Sg適用於具有相應參數P1d1Vs的將雷射束單獨施加在玻璃表面上的情況。由於附加熱應力過大，在這些參數下將雷射束立即反覆施加在加熱拉伸部分1上導致形成Schrenn裂痕。
可以通過以減小的極限值Sg改變參數來降低熱應力，或者通過引入間歇tp，這是通常的解決方案。該界間歇持續時間tp可以很容易在試驗上通過在用不同的延遲時間反覆掃描期間觀察Schrenn裂痕形成來確定。對於浮法玻璃而言，如果玻璃表面暴露於根據等式(1)的最大可能條件但是仍然無損，則所需的間歇持續時間tp確定為50毫秒。
要指出的是，反覆檢查已經表明，在加大對加熱拉伸的加熱的情況下，即在增加雷射掃描的重複次數的情況下，間歇的所需持續時間也變得更小。這可以用來進一步增加雷射器處理程序的效率。
上面，已經描述了可以避免形成Schrenn裂痕的條件。但是，這樣在玻璃表面曝露於單個雷射並且由此產生出的溫度和拉伸場的情況下這樣獲得的能量輸入通常不足以按照所期望的高切割速度生產出起始裂痕。因此，所謂的長度為l的加熱拉伸部分相應地受到N次雷射束。由於加熱拉伸部分l基本上以切割速度v通過，所以滿足以下等式L/v＝N·tp2)或者以間歇時間tp＝0.053、浮法玻璃的情況中，L＝0.05N·v(2a)加熱拉伸長度l，重複次數N和切割速度v通過等式(2a)彼此相關。
對於更長的拉伸長度的分割，在每次施加雷射束之後，使加熱拉伸部分沿著所期望的切割線前進一前進增量Δx，其中Δx＝1/N(3)或者，對於浮法玻璃而言Δx＝0.05v(3a)為了形成起始裂痕，對於不同玻璃類型而言，必須考慮與材料特定相關的因素，這可以通過試驗確定。下面將根據切割實施例對這進行闡述。
從尺寸為80×80cm2的不同厚度(2、4、8和12mm)的浮法玻璃板中，分割出5cm寬的玻璃條，其中以不同的切割速度v產生出第一表面裂痕，然後通過彎曲使這些玻璃條斷開掉。通過630瓦CO2雷射束在下面參數下產生出表面起始裂痕100％功率輸出、大約為4.2mm的雷射束光斑直徑、加熱拉伸的長度l＝360mm，雷射束的掃描速度vs＝12m/秒，冷卻速度v為4.8m/分鐘、6m/分鐘和7.2m/分鐘。加熱拉伸的相應增量Δx為4mm、5mm、6mm，而施加雷射的重複次數N從90減少至72，然後減少至60。(如此設計能量條件，從而僅僅在低於Schrenn裂痕形成的極限值進行操作)。在斷裂區域中，測量出相應的起始裂痕速度，並且以作為玻璃厚度的函數的普通形式繪製在圖6中。要指出的是，在12mm厚度的玻璃板的情況下並且在7.2m/分鐘的冷卻速度下，在給定能量條件下不會產生出任何起始裂痕。通常隨著玻璃厚度增加，產生的相對起始裂痕深度變小。在甚至更大的玻璃厚度或者相應地高冷卻速度的情況下，在所選的能量和所得到的應力條件下，不會產生出任何起始裂痕。為了仍然能夠獲得更深的起始裂痕並且因此能夠有效切割厚度更大的玻璃，已經發現以下技術措施是成功的。
1.採用功率輸出P1更高的雷射器。在該情況中，必須考慮等式(1)，並且因此必須增大雷射束斑點直徑d(該措施也能夠用來增大切割速度)。
2.採用更高的功率輸入，其中在恆定的加熱拉伸l的情況下增大重複次數N，這需要減小增量長度Δx。這當然也導致切割速度的相應降低。
3.施加附加的預加熱。
由於措施1的效果明顯，所以根據實施例只對措施2和3的作用進行說明。
尤其在12mm厚的玻璃的情況下，如在下表中所示一樣，措施2即通過使重複率從90增加至180，能量輸入的增加導致起始劃線的深度明顯增大。
表格
但是，對於由增加重複次數N導致的這個更大起始劃線深度，在其它相同雷射器操作條件下，必須將4.8m/分鐘切割速度減小至2.4m/秒，同時必須將增量Δx的長度從4mm減小至2mm。
但是，對於由增加重複次數N導致的這個更大劃線深度，在其它相同雷射器操作條件下，必須將4.8m/分鐘切割速度減小至2.4m/秒，同時必須將增量Δx的長度從4mm減小至2mm。
措施3即附加預加熱已經發現在更厚的玻璃板的情況下尤其在加大起始劃線深度以及增大切割速度方面非常有效。對於不同厚度的玻璃板，在雷射器功率輸出減小至80％、雷射束光斑直徑增大至大約4.0mm並且掃描長度增加至480mm的情況下以不同的重複次數加熱筆直的所期望切割線。隨後用再次減小的雷射束光斑直徑進行實際起始裂痕的產生以便形成引導線。在厚度更大(8和12mm)的玻璃板中，發現重複140次加熱很有效，從而對於隨後施加引導線而言，只是進行32次重複就足以實現0.1或0.06(基於玻璃厚度)的相對起始裂痕深度，並且以之前不能達到的15m/分鐘的切割速度實現。在更薄的玻璃板(2和4mm)中，進行明顯更少的加熱重複次數N＝40，80就足以實現15m/分鐘的切割速度。
其它措施即在加熱之後採用額外的等待時間尤其在更厚的玻璃(厚度＝大於8mm)方面能夠形成更深的起始裂痕。在18.5mm厚的玻璃板上，採用630瓦雷射器功率輸出、360mm掃描長度l、Δx＝1mm、12mm/秒的掃描速度、4mm的雷射束光斑直徑、360次重複次數以及1.2m/分鐘的冷卻速度，可以獲得以下結果
等待時間0秒 20秒劃線深度幾乎沒有深度2.2mm在更厚的玻璃板中，等待時間最小，否則會導致劃線彎曲，由此使斷裂區域質量變差。如果保持與厚度相關的等待時間，其中以毫米為單位的玻璃板厚度與以秒為單位的相關等待時間對應，則獲得非常好並且高品質的起始裂痕深度。
但是，等待時間明顯延長導致劃線深度降低，因此對生產不利。該措施不適用於薄玻璃板(厚度小於4mm)，採用等待時間無效。
下面，提供了用於應用根據本發明的分割方法的幾個實施例a)從12mm厚的浮法玻璃板中切割出100cm×100cm的矩形玻璃板。圖7顯示出順序、方向、起始劃線點(每個都用「X」標出)；為了清楚起見，起始劃線點離分割線的實際開始位置的距離放大顯示出(通常幾個毫米就足夠了)。尤其在小格式的情況中，切割順序非常重要，以便減小正在施加的熱線在已經施加的熱線上的影響。因此，如由該實施例所示一樣，要施加在每個情況中都儘可能遠離的熱線，以便利用已經施加的熱線的覆蓋(coating)。
採用了以下切割參數劃線速度6m/分鐘雷射器功率輸出580瓦掃描速度9.6m/秒雷射束光斑直徑大約4.0mm掃描長度480mm前進增量6mm重複次數80b)從3.8mm厚平玻璃板中切割出具有半圓形端部的90cm×60cm的鏡子(圖8)。起始劃線點由X表示。將切割順序編號。切割線的端點如圖8所示一樣每個都在切割區域的實際邊緣上方幾個毫米處。
所採用的切割參數如下劃線速度10m/分鐘雷射器功率輸出600瓦雷射束光斑直徑大約4.0mm掃描長度500前進增量8.3mm重複次數60c)圖9顯示出以相同的切割線和不同的大面積切割幾塊玻璃板的實施例。圖9顯示出用於切割三決玻璃板A、B和C的順序、方向、過程、初始劃線點(X)和切割端部。在該分割任務中的特別之處在於要求切割線No.4必須不延伸超過切割線No.2，即不會延伸進入玻璃板A。但是根據切割線No.4的劃線必須幾乎正好延伸至切割線No.2以便在那裡提供無缺陷斷裂邊緣。如果確定在切割線No.4的端部處建立了與相諧狀態(在根據切割線No.4的起始劃線期間)中相當的能量條件，則可以根據本發明的方法來實現這個。
在該情況中，採用由三條平行緊密間隔開的單獨直線構成的掃描線束。為了達到所期望的輪廓精度，正好施加在所期望的分割線上的中間線另外形成引導線。這是通過以下事實來實現的，其中通過觀察以下掃描順序1，2，1，3，1，2，1，3，1，2...知道中間線No.1的重複次數為兩條邊線(No.2和No.3)的重複次數的兩倍。
對於這種三線束所採用的切割參數為起始劃線速度6m/分鐘雷射器功率輸出580瓦掃描速度9.6m/s雷射束光斑直徑大約4.0mm掃描長度160mm前進增量6mm每個線束重複次數80d)在圖10中顯示出從厚(8和12mm)以及特別厚(18.5)的玻璃板中分割出邊條。這裡，該特別任務在於，產生出特別深的起始劃線以便於隨後的敷設(backing)過程並且即使在難以分割寬度僅為5cm或10cm的窄邊條的情況也能實現良好分割面積質量。圖10顯示出這些80×60m2的大型玻璃板中分割線的路線和方向以及起始劃線點的位置。
對於在8和12m厚的平玻璃板中分割出5cm寬玻璃條而言，採用下面的切割參數起始劃線速度2.4m/分鐘雷射器功率輸出600瓦掃描速度12m/s雷射束光斑直徑大約4.2mm掃描長度360mm前進增量62mm重複次數180等待時間(在加熱/冷卻之間的時間距離)5s。
這樣實現的劃線深度對於8mm厚玻璃板而言為1.4mm，並且對於12mm厚玻璃板而言為1.6mm。
對於從18.5mm厚玻璃板中分割出10cm寬的玻璃條的切割參數為起始劃線速度1.2m/分鐘雷射器功率輸出600瓦掃描速度12m/s雷射束光斑直徑大約4.2mm掃描長度360mm前進增量2mm重複次數180等待時間(在加熱/冷卻之間的時間距離)20s。
這樣實現的劃線深度在18.5mm厚玻璃板的情況下為2.2mm。
e)下面的實施例涉及分割層壓安全玻璃。該層壓安全玻璃具有高度非對稱結構，其中通過PVB箔將薄玻璃板層壓到厚玻璃板上。在這裡給出的實施例中，薄玻璃板具有2mm的厚度，厚玻璃板具有10mm的厚度，並且PVB箔具有0.7mm的厚度。將該層壓安全玻璃劃線分兩個步驟進行，首先在薄玻璃板上然後在厚玻璃板上，其中根據圖10來引導在每個情況中的分割線。
因此首先採用以下切割參數將薄玻璃板劃線劃線速度15m/分鐘雷射器功率輸出500瓦掃描速度12m/s雷射束光斑直徑大約3.7mm掃描長度480前進增量2mm重複次數32然後將層壓安全玻璃板翻轉並且準確調節至切割線，然後採用以下切割參考將厚玻璃板劃線劃線速度8m/分鐘雷射器功率輸出600瓦掃描速度12m/s雷射束光斑直徑大約4.0mm掃描長度480前進增量2mm重複次數60f)最後的實施例涉及裁切圓形玻璃板。這裡，施加附加引導線的技術程序導致所期望的輪廓精度。
從1.8mm厚15×15cm2方形基底玻璃板中在第一步驟中採用以下切割參數以15.0m/分鐘的劃線速度切割出直徑為12cm的圓形玻璃板雷射器功率輸出400瓦掃描速度8m/s雷射束光斑直徑4.7mm掃描長度＝圓周長重複次數30
隨後，在第二步中，採用以下參數施加附加引導線雷射器功率輸出600瓦掃描速度12m/s雷射束光斑直徑大約3.7mm掃描長度＝圓周長重複次數8隨後進行冷卻。
g)施加附加引導線以切割出圓形玻璃板的技術特徵導致±0.05mm的所期望的輪廓精度。
權利要求
1.通過採用以光束斑點形式在玻璃表面上以所選的前進速度沿著所期望的分割線運動的雷射束進行熱劃線來分割平玻璃板的方法，其中通過隨動的冷卻噴嘴來冷卻以這種方式受到雷射加熱的玻璃表面的劃線區域，其中在所期望的分割線的起始區域之前或緊在它之前，以按照機械方式或其它方式產生出的起始劃線點的形式向玻璃表面施加初始破壞，並且其中在機械劃線之後使玻璃斷開，其特徵在於，雷射束沿著所期望的分割線的引導以迅速掃描雷射束沿著所期望的分割線反覆多次經過的形式進行。
2.如權利要求1所述的方法，其中。由雷射束每單位時間施加在玻璃表面的單位面積上的熱能量根據以下公式選擇為低於與材料特定相關的極限值SgSg=P1d1Vs[WSmm2]]]>其中P1為雷射器功率輸出，d為雷射束在玻璃表面上的雷射束斑點直徑，並且Vs為雷射束在玻璃表面上的掃描速度(雷射束斑點運動速度)。
3.如權利要求2所述的方法，其中假設用於分割浮法玻璃的極限值Sg最大為0.016Ws/mm2。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其中雷射束沿著所期望的分割線在玻璃表面上的重複以緊密相鄰的單獨直線的小線束形式進行。
5.如權利要求4所述的方法，其中單獨直線相對於所期望的分割線能量對稱地設置。
6.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其中沿著所期望的分割線的一定加熱拉伸距離每次由雷射束通過，並且該加熱拉伸距離隨著由雷射束反覆通過中的每一次而沿著所期望的分割線在切割方向上運動一前進增量Δx。
7.如權利要求6所述的方法，其中前進增量Δx的長度根據加熱拉伸長度和所選擇的雷射束重複多次掃描的次數的商來選擇。
8.如權利要求1至7中任一項所述的方法，其中在由雷射束對玻璃表面重複掃描之間，存在一短暫間歇。
9.如權利要求8所述的方法，其中用於浮法玻璃分割的間歇持續時間最大為0.005秒。
10.如權利要求1至9中任一項所述的方法，其中用相對於所期望的分割線基本上對稱的直線型所期望分割線並且用圍繞著玻璃表面的法線基本上旋轉對稱的彎曲的所期望分割線來進行通過雷射束向玻璃表面的熱輸入。
11.如權利要求10所述的方法，其中按照這樣一種方式進行對稱的熱輸入，以使得熱分布在中央並且正好在所期望的分割線上具有最大值。
12.如權利要求11所述的方法，其中通過以用作起始劃線引導線的以其雷射束光斑直徑減小的雷射束掃描形式的附加掃描進的加熱線，來產生處於中心的加熱最大值。
13.如權利要求12所述的方法，其中通過聚焦透鏡系統的移動進行雷射束斑點直徑的縮小。
14.如權利要求1至13中任一項所述的方法，其中冷卻噴嘴以離由雷射束掃描產生出的加熱拉伸部分的中心位置的隨時間不變的距離被引導並且沿著切割方向運動。
15.如權利要求14所述的方法，其中冷卻噴嘴離加熱拉伸中心位置的基於時間的距離與平玻璃板的厚度成正比。
16.如權利要求1至15中任一項所述的方法，其中將冷卻能力被控制為與切割速度(冷卻噴嘴的相對前進速度)和玻璃厚度成比例。
17.如權利要求1至16中任一項所述的方法，其中通過選擇較大的雷射掃描重複次數，從而產生出較大的掃描深度。
18.如權利要求6至17中任一項所述的方法，其中在所期望的分割線的開始和結束處，產生出與在所期望的分割線的開始和結束之間的重複雷射束掃描的建立狀態中的那些相當的能量狀態。
19.如權利要求1至18中任一項所述的方法，其中對于格式切割，在所期望的分割線的角部和相交部分處，用交叉劃線進行切割。
全文摘要
本發明涉及通過採用雷射束進行熱劃線隨後冷卻所產生出的加熱線來分割平玻璃，由此通過用雷射束多次反覆經過玻璃表面來實現用於熱劃線的熱導入。
文檔編號B23K26/40GK101018746SQ200580009300
公開日2007年8月15日 申請日期2005年3月18日 優先權日2004年3月22日
發明者沃爾特·朵爾, 雷納·科勒弗, 霍斯特·柯蒂茨, 雷納·柯布勒, 格爾德·司畢斯, 沃夫岡·弗瑞德爾 申請人:弗勞恩霍夫應用研究促進協會, 格倫策巴赫機械製造有限公司