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Dokumentenidentifikation DE19963939B4 04.11.2004
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Durchtrennen von flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material
Anmelder Schott Spezialglas GmbH, 55122 Mainz, DE
Erfinder Hauer, Dirk, 55218 Ingelheim, DE;
Hoetzel, Berndt, 55286 Wörrstadt, DE
Vertreter Fuchs, Mehler, Weiß & Fritzsche, 65201 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 31.12.1999
DE-Aktenzeichen 19963939
Offenlegungstag 19.07.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.11.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.11.2004
IPC-Hauptklasse B23K 26/40

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchtrennen von flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, insbesondere Glas oder Keramik, durch einen Laserstrahl, der auf dem Werkstück einen Brennfleck bildet und in Verbindung mit einem nachlaufendem Kühlspot entlang einer Trennlinie mit vorgegebener Kontur bewegt wird. Eine bevorzugte Anwendung ist dabei das Schneiden von Flachglas.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Durchtrennen eines derartigen Werkstückes nach dem vorgenannten Verfahren.

Konventionelle Trennverfahren für Flachglas basieren darauf, mittels eines Diamanten oder eines Schneidrädchens zunächst eine Ritzspur im Glas zu generieren, um das Glas anschließend durch eine äußere mechanische Kraft entlang der so erzeugten Schwachstelle zu brechen (Ritz-Brech-Methode). Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß durch die Ritzspur Partikel (Splitter) aus der Oberfläche gelöst werden, die sich auf dem Glas ablagern können und dort beispielsweise zu Kratzern führen können. Ebenfalls können sogenannte Ausmuschelungen an der Schnittkante entstehen, die zu einem unebenen Glasrand führen. Weiterhin führen die beim Ritzen entstehenden Mikrorisse in der Schnittkante zu einer verringerten mechanischen Beanspruchbarkeit, d.h. zu einer erhöhten Bruchgefahr.

Ein Ansatz, sowohl Splitter als auch Ausmuschelungen und Mikrorisse zu vermeiden, besteht im Trennen von Glas auf der Basis thermisch generierter mechanischer Spannung. Hierbei wird eine Wärmequelle, die auf das Glas gerichtet ist, mit fester Geschwindigkeit relativ zu dem Glas bewegt und so eine derart hohe thermomechanische Spannung erzeugt, daß das Glas Risse bildet. Der notwendigen Eigenschaft der Wärmequelle, die thermische Energie lokal, d. h. mit einer Genauigkeit besser einen Millimeter, was den typischen Schnittgenauigkeiten entspricht, positionieren zu können, genügen Infrarotstrahler, spezielle Gasbrenner und insbesondere Laser. Laser haben sich wegen ihrer guten Fokussierbarkeit, guten Steuerbarkeit der Leistung sowie der Möglichkeit der Strahlformung und damit der Intensitätsverteilung auf Glas bewährt und durchgesetzt. Dabei ist es sowohl möglich, das Glas durch den Laserstrahl zunächst zu ritzen, um es anschließend mechanisch zu brechen, als auch das Glas direkt mit dem Strahl in Verbindung mit einem mechanisch aufgebrachten Startriß zu durchtrennen, d.h. zu schneiden. Sowohl das "Ritzen-Brechen" als auch das "Schneiden" soll von dem Begriff "Trennen" bzw. "Durchtrennen" umfaßt werden.

Dieses Laserstrahl Trennverfahren, das durch eine lokale Erwärmung durch den fokussierten Laserstrahl in Verbindung mit einer Kühlung von außen eine thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes induziert, ist durch mehrere Schriften bekannt geworden, beispielsweise durch die EP 0 872 303 A2, die DE 693 04 194 T2 und die DE 43 05 107 C2. Es unterscheidet sich dabei grundsätzlich von dem beispielsweise aus der US 5,120,926 bekannten Laserstrahl Trennverfahren, bei dem ein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Schnittfuge stattfindet, wobei durch ein Gas unter reaktiver Verstärkung der Trennung die Schnittfuge ständig sauber geblasen wird.

Das erstgenannte Laserstrahl-Trennverfahren hat sich aus den verschiedensten Gründen als das überlegenere Verfahren erwiesen und in der Praxis durchgesetzt. Von ihm geht auch die Erfindung aus.

Die vorgenannten Laserstrahl-Trennverfahren unterscheiden sich insbesondere durch die Konfiguration des Brennfleckes. So nutzt das Verfahren nach der DE 693 04 194 T2 einen Laserstrahl mit elliptischem Querschnitt mit nachlaufendem Kühlspot. Dieses bekannte Verfahren erlaubt jedoch kein hochwertiges, präzises Trennen entlang einer beliebig gekrümmten Kontur, sogenannte Freiformschnitte. Zudem weist das genannte Verfahren eine geringe Stabilität des Trennablaufs bei einer hohen Strahlungsdichte und hohen Schnittgeschwindigkeiten auf.

Ein Laserstrahl-Trennverfahren mit einem elliptischem Brennfleck zeigt auch die WO 96/20062 A1, das die gleichen prinzipiellen Nachteile aufweist. Diese Schrift zeigt eine Anordnung zur Erzeugung des Laser-Brennflecks, welche über eine die Kontur des Brennflecks vorgebende Profilsteuerung und die Lageachsen des Brennflecks in Bezug auf das Werkstück vorgebende Stellglieder derart mit einer Steuerung verbunden ist, daß der Profilsteuerung und den Stellgliedern während der Scanbewegung Bahndaten der Trennlinie zugeführt werden, wodurch der Brennfleck eine Krümmung entsprechend der Krümmung der Kontur der Trennlinie erfährt. Wie bereits dargestellt, bereitet jedoch das Schneiden von Freiformschnitten mit dem bekannten elliptischen Brennfleck und lachlaufendem Kühlspot erhebliche Probleme. Denn dieses bekannte Verfahren erlaubt insbesondere wegen der elliptischen Energieverteilung kein hochwertiges, präzises Trennen entlang einer beliebig gekrümmten Kontur.

Ferner ist der Steuerungsaufwand bei Freiformschnitten beachtlich, denn bei der Ausführung von Freiformschnitten muß eine der Kontur der Trennlinie angepaßte, gekrümmte elliptische Intensitätsverteilung erzeugt und der Kontur samt der nachfolgenden Kühlung nachgefahren werden. Dies erfordert insbesondere eine besondere, aufwändige Kopplung der den elliptischen Brennfleck erzeugenden Laserstrahl-Einrichtung und der Kühlspoteinrichtung mit einer Bahnsteuerung bei einem extrem hohen Datenfluß, der nur eine sehr geringe Schneidgeschwindigkeit erlaubt.

Die EP 0 872 303 A2 beschreibt ein Laserstrahl-Trennverfahren, das einen Brennfleck mit einer U- bzw. V-förmigen Kontur vorsieht, die sich in der Trennrichtung öffnet. Auch davon abgewandelte Konturen, wie X-förmige Brennflecke, werden beschrieben. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bei der Ausführung von geraden Schnitten gut bewährt. Bei der Ausführung von Freiformschnitten müsste eine der Kontur der Trennlinie angepasste, gekrümmte U- bzw. V-förmige Intensitätsverteilung erzeugt und der Kontur samt der nachfolgenden Kühlung nachgefahren werden. Dies würde insbesondere eine besondere Kopplung der den Brennfleck erzeugenden Scannereinrichtung und der Kühlspoteinrichtung mit einer Bahnsteuerung erfordern, die jedoch nicht beschrieben wird.

Durch die DE 43 05 107 C2 ist ein Laserstrahl-Tennverfahren bekannt geworden, bei dem der Laserstrahl statisch, d.h. mit feststehenden optischen Komponenten, so geformt ist, daß sein Strahlquerschnitt auf der Oberfläche des Werkstückes eine linienförmige Form aufweist, bei dem das Verhältnis von Länge und Breite des auftreffenden Strahlquerschnittes mittels einer Blende im Laserstrahlengang einstellbar ist. Auch dieses Verfahren ist in seiner Einsatzfähigkeit stark eingeschränkt. Wegen der statischen Erzeugung des linienförmigen Brennfleckes können keine Freiformschnitte durchgeführt werden, und, da die Kühlung erst nach dem vollständigen Erwärmen der Trennlinie, z.B. durch Anblasen mittels kalter Druckluft, aufgebracht werden soll, eignet sich das bekannte Verfahren praktisch nur für das beschriebene Abschneiden des Pressrandes von Hohlgläsern, bei dem sich das Hohlglas im ortsfesten Laserstrahl dreht, wobei zunächst umfänglich der Rand durch den Laserstrahl erwärmt und anschließend durch Aufblasen des Gases unterstützend gekühlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete, bekannte Verfahren so zu führen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß auf relativ einfache Weise mit akzeptablen Schnittgeschwindigkeiten Freiformschnitte mit dem Laserstrahl-Trennverfahren durchführbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Durchtrennen von flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, mittels eines Laserstrahls, der auf dem Werkstück einen Brennfleck bildet, der in Verbindung mit einem nachlaufenden Kühlfleck entlang einer Trennlinie mit vorgegebener Kontur bewegt wird, bei dem ein linienförmiger Brennfleck durch Scannen des Laserstrahles erzeugt wird, und während jeder Scanbewegung Bahndaten der Trennlinie bereitgestellt werden, derart, daß der linienförmige Brennfleck eine Krümmung entsprechend der Krümmung der Kontur der Trennlinie erfährt, und seine Länge ebenfalls abhängig von der Krümmung der Kontur der Trennlinie durch Einstellen der Scan-Amplitude eingestellt wird.

Durch diese Maßnahmen ist es auf einfache Weise möglich, Freiformschnitte mit beliebiger Kontur unter hoher Präzision zu erzeugen, da der linienförmige Brennfleck in seiner Krümmung leicht einstellbar ist, und zwar konform der Kontur der Trennlinie, so daß der Brennfleck auf dieser Trennlinie gehalten wird, unter Anpassung der Länge des linienförmigen Brennfleckes an die Krümmung der Kontur, damit bei kleinen Krümmungsradien die Brennflecklänge entsprechend kurz und bei großen Radien entsprechend lang ist, um den notwendigen Energieeintrag auf der Trennlinie zu gewährleisten.

Bei einem linienförmigen durch Scannen erzeugten Brennfleck ist ferner der Steuerungs-Aufwand beachtlich geringer und daher auch praktisch für akzeptable Schneidgeschwindigkeiten realisierbar. Während im Fall eines elliptischen oder V- bzw. U-förmigen Brennfleckes sozusagen ein zweidimensionaler Brennfleck gekrümmt werden muß, muß im Fall der Erfindung nur ein linearer, d.h. eindimensionaler Brennfleck gekrümmt werden, was geringere Datenmengen und damit auch einen geringeren Datenfluß erforderlich macht.

Um ein Erweichen des Materials des Werkstückes zu vermeiden, wird das Verfahren nach einer Ausgestaltung der Erfindung so geführt, daß die Laserleistung abhängig von der Länge des linienförmigen Brennfleckes eingestellt wird.

Das Aufbauen einer optimalen thermomechanischen Spannung im Werkstück lässt sich erzielen, wenn der Kühlfleck so dem linienförmigen Brennfleck nachgeführt wird, daß sein Abstand zum Anfangspunkt des Brennfleckes konstant ist.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt die Lösung der Aufgabe mit einer optischen Anordnung einschließlich einem Scanner zur Erzeugung eines linienförmigen Brennfleckes, die beide über eine die Kontur des Brennfleckes durch Achsen U und V vorgebende Profilsteuerung und Lageachsen X, Y, C des Bennfleckes in Bezug auf das Werkstück vorgebende Stellglieder derart mit einer numerischen Bahnsteuerung gekoppelt sind, daß während jeder Scanbewegung Bahndaten der Trennlinie der Profilsteuerung und den Stellgliedern zuführbar sind, derart, daß der linienförmige Brennfleck eine Krümmung entsprechend der Krümmung der Kontur der Trennlinie erfährt sowie auf dieser verfahrbar ist und seine Länge ebenfalls abhängig von der Kontur der Trennlinie einstellbar ist.

Ein optisches Trennen ist gewährleistet, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weitere mit der Bahnsteuerung gekoppelte Achsen zum Positionieren des Kühlfleckes in Bezug auf den linienförmigen Brennfleck und das Werkstück vorgesehen sind.

Die Vorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders zweckmäßig aufgebaut werden, wenn die optische Anordnung einen Scanner mit zwei senkrecht zueinander oszillierenden Schwingspiegeln aufweist. Zur Veränderung der Länge und der Krümmung des linienförmigen Brennfleckes braucht dann lediglich die Schwingung der beiden Schwingspiegel verändert zu werden, so daß auch die Profilsteuerung und die Bahnsteuerung relativ einfach gestaltet werden können. Es wird dabei nicht nur die Schwingweite geändert, sondern auch die Schwingungsform und die Lage der Schwingungen zueinander. So sind beispielsweise bei Bogen-Geraden-Übergängen die Schwingungen nicht harmonisch.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

1 in einer schematischen Blockschaltbild-Darstellung den prinzipiellen Aufbau der Kontur-Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

2 in einer schematischen, diagrammartigen Darstellung die Form des Brennfleckes und des Kühlfleckes sowie die zugehörigen Bewegungsachsen, die von der Kontursteuerung zu verarbeiten sind, und

3 in einer schematischen Darstellung die von der Krümmung der Kontur der Trennlinie abhängige unterschiedliche Länge des linienförmigen Brennfleckes bei einem speziellen Freiformschnitt.

In den 1 und 2 ist das erfindungsgemäße Prinzip der Durchtrennung eines flachen Werkstückes aus sprödbrüchigem Material, insbesondere von Flachglas, mittels des Laserstrahl Trennverfahrens dargestellt, wobei die 1 den prinzipiellen Aufbau der Steuerung der Bewegungsabläufe entlang einer vorgegebenen Kontur und die 2 die Brennfleckgeometrie des Laserstrahles mit dem nachlaufenden Kühlfleck und die Zuordnung der Bewegungsachsen zu der Kontursteuerung nach 1 zeigt.

Das erfindungsgemäße Trennprinzip beruht auf einem linienförmigen Brennfleck 1, der entsprechend der jeweiligen Kontur der Trennlinie 2 gekrümmt wird. Ist die Trennlinie 2 linear, kann die Brennlinie 1 relativ lang sein, wie in der 3 dargestellt ist. Je kleiner der Krümmungsradius der Kontur der Trennlinie 2 ist, umso kürzer ist die Linie 1, damit der notwendige Energieeintrag auf der Trennlinie gewährleistet ist. Die Linienlänge variiert hierbei zwischen 10 mm und 100 mm. Parallel zur Änderung der Linienlänge wird zweckmäßig die Laserleistung bei kurzen Linien heruntergeregelt und bei langen Linien heraufgeregelt.

Zur Erzeugung des linienförmigen Brennfleckes 1 wird vorzugsweise ein bekannter Laserstrahl-Scanner mit Schwingspiegeln und einem sie bewegenden Oszillatormotor, vorzugsweise in Form eines Galvanometerspiegels, z.B. entsprechend 5 der eingangs zitierten EP 0 872 303 A2, verwendet. Prinzipiell könnte auch nur ein Spiegel, der schwenkbar gelagert ist, vorgesehen sein.

Auch kann ein Scannen mittels Drehspiegel entsprechend 6 der vorgenannten EP-Schrift (Polygonrad) Anwendung finden.

Beim typischen Scannen mit Schwingspiegeln weisen diese eine Schwingfrequenz von 400 Hz und höher auf, wobei die Schwingweite des einen ersten Schwingspiegels die Linienlänge und des anderen, zweiten Spiegels die Abweichung der Linie von einer Geraden bestimmt. Die Steuerung des Scanners erfolgt durch eine Profilsteuerung 3 in 1. Diese Profilsteuerung empfängt von einer NC-Steuerung u.a. den Sollwert für die an der jeweiligen Stelle der Trennlinie 2 erforderliche Länge des Brennflecks 1. Die Profilsteuerung steuert dabei den Oszillatormotor des ersten Schwingspiegels so an, daß dieser für die geforderte Länge des Profils entsprechende Schwingungsamplitude ausführt. Die Profilsteuerung 3 erzeugt hierbei eine analoge Spannungsschwingung als Sollwert, der direkt von dem Oszillatormotor zu einer oszillierenden Bewegung umgesetzt wird. Der Sollwert, welcher von der NC-Steuerung 4 an die Profilsteuerung 3 gegeben wird, wird entweder in Form eines analogen konstanten Spannungssignals, z.B. 0 – 10 V übergeben, wobei die Länge proportional zur Höhe der Spannung ist, oder in Form eines digitalen Wertes mit einer Auflösung von mindestens 8 bit. Die dargestellte Istwertrückmeldung des Meßsystems des Oszillatormotors im Rahmen einer Regelung kann entfallen, wenn für den Oszillatormotor eine Kalibrierkurve in der Profilsteuerung 3 oder der NC-Steuerung 4 abgelegt ist. Zusätzlich zur Vorgabe der Schwingweite erhält der Scanner während jeder Schwingung der Spiegel von der NC-Steuerung 4 zu vorgegebenen Zeitpunkten, die in der 2 mit einem Kreuz gekennzeichnet sind, Daten für die Achsen U, V die den zweiten Schwingspiegel so steuern, daß während der jeweiligen Schwingung des ersten Spiegels die Brennlinie 1 entsprechend der Kontur der Trennlinie 2 gekrümmt wird. Je mehr Daten pro Schwingung bereitgestellt werden können, umso besser kann die Krümmung angenähert werden.

Damit die Brennlinie 1 auf der gewünschten Trennlinie 2 liegt, steuert die NC-Steuerung 4 die NC Achsen 8 (X, Y und C) und die Profillänge bzw. deren Krümmung über die Sollwertvorgabe der Achsen U und V an die Profilsteuerung 3 nach einem bekannten NC-Programm 5. Mit den Informationen über die Profillänge, deren Krümmung durch die Werte der Achsen U und V die Position bzw. die Geschwindigkeiten der Achsen X, Y und C und der durch ein NC-Programm 5 beschriebenen Form der Trennlinie 2, ist die NC-Steuerung in der Lage, die Brennlinie 1 so zu führen, daß sie mit einer maximalen Abweichung von typischerweise weniger als 0,2 mm die Trennlinie verfolgt. Die Verfolgung der Trennlinie ist umso genauer, je schneller die NC-Steuerung in der Lage ist, neue Sollwerte für die Achsen 8 und die Profilsteuerung 3 zu generieren und je schneller diese von den Achsen 8 und den Oszillatormotoren des Schwingspiegels umgesetzt werden können.

Die 3 zeigt ein Beispiel für einen Freiformschnitt mit einer trapezförmigen Kontur der Trennlinie 2 mit stark abgerundeten Ecken.

Im Startzeitpunkt t1 ist der Brennfleck 1 linear, da ein lineares Teilstück zu trennen ist. Zum Zeitpunkt t2 erweicht der Brennfleck ein stark gekrümmtes Teilstück der Trennlinie. Er wird dann durch die Daten der Bahnsteuerung entsprechend der Trennlinie gekrümmt und auch verkürzt.

Zum Zeitpunkt t3 befindet sich der Brennfleck 1 auf einem weniger gekrümmten Abschnitt der Trennlinie 2. Er ist dadurch entsprechend weniger gekrümmt und auch etwas länger als im Zeitpunkt t2. Zum Zeitpunkt t4 befindet sich der Brennfleck 1 wieder in einem linearen Abschnitt und hat die Abmessungen wie zum Zeitpunkt t1.

Die Breite der Brennlinie 1 wird durch den Durchmesser des fokussierten Laserstrahles auf der Werkstückoberfläche vorgegeben. Der Durchmesser auf der Werkstückoberfläche liegt typischerweise zwischen 0,3 mm und mehreren Millimetern. Zur Fokussierung des Laserstrahles werden optische Elemente verwendet. Bei der Auswahl der optischen Elemente und des Lasers ist es Ziel, die Intensitätsverteilung entlang der Linie gleichmäßig ohne lokale Intensitätspeaks zu gestalten. Auf diese Weise kann die meiste Laserenergie in das Werkstück eingekoppelt werden, ohne daß die Glaserweichungstemperatur überschritten wird. Zu diesem Zweck können langbrennweitige fokussierende Elemente ab ca. 300 mm, Top-Hat-Linsen, Axikons oder Laser mit einem Ringmode oder Multimode eingesetzt werden. Die Breite der Linie ist dabei abhängig von der benötigen Laserleistung, Kühlung, Materialart, Materialdicke und Vorschubgeschwindigkeit.

Mit der erfindungsgemäßen Methode kann dabei ein Linienprofil beliebiger Länge und Form bereitgestellt werden.

Zur Erhöhung der thermomechanischen Spannung wird in bekannter Weise eine Kühlung in Form eines Kühlflecks 6 in einem definierten Abstand auf der durchzutrennenden Kontur 2 hinter dem Laserprofil, d.h. der Brennlinie 1, nachgeführt. Dieser Kühlfleck 6 wird beispielsweise durch Aufblasen von kalter Luft oder Gas/Flüssigkeitsgemische durch eine Düse erzeugt.

Durch die hohe Temperatur im Werkstück, die durch den Laserstrahl erzeugt wird, wird eine hohe thermomechanische Spannung entlang der zu trennenden Kontur im Werkstück erzeugt. Bei nachfolgender Kühlung und vorheriger Schwächung des Glases am Startpunkt des Schnittes/Risses, reißt das Glas entlang der durch die Kühldüse und die "Strahllinie" beschriebene Kontur.

Wegen der gezielten Erwärmung des Werkstücks entlang der durchzutrennenden Kontur und der an der Kontur in einem definierenden Abstand zwischen ca. 2 mm und 15 mm nachgeführten Kühlung, folgt der Schnitt sehr präzise jeder beliebigen Freiform. Auf diese Weise können beispielsweise bei Dünnglas (ca. 50 &mgr;m), aber auch bei dickem Glas (mehrere Millimeter) jede beliebige Geometrie durchschnitten oder bis zu einer Tiefe von mehreren Zehntel Millimetern geritzt werden.

Der Vorteil des Schneidens besteht darin, daß kein anschließendes Brechen notwendig ist und somit ein Fertigungsschritt eingespart wird. Der Vorteil des Ritzens besteht darin, daß mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten (bis zu 1000 mm/s) der Werkstoff auch nach dem Brechen nahezu splitterfrei getrennt wurde und aufgrund von fehlenden Mikrorissen und Ausmuschelungen eine deutlich höhere Kantenfestigkeit erreicht wird.

Um dies zu erreichen, muß auch die Kühlung, d. h. der Kühlfleck 6, sehr präzise in seiner Position relativ zu der Brennlinie 1 eingestellt werden.

Die in 1 dargestellten Achsen 7 (A und B), welche für die Nachführung der Kühldüse auf der Trennlinie 2 verantwortlich sind, sind daher ebenfalls mit der NC-Steuerung 4 verbunden. Die Achsen A und B interpolieren ebenfalls mit den Achsen X, Y, C und der vom Oszillatormotor des ersten Schwingspiegels vorgegebenen Achse.

Die Aufgabe der Achsen A und B ist es, den Abstand des Kühlflecks 6 zum Anfangspunkt der Brennlinie 1 konstant zu halten. Die Profilsteuerung 3 kann hierbei so gestaltet werden, daß der niedrigste Spannungswert der Schwingspannung für den Oszillator des Schwingspiegels immer konstant bleibt. Auf diese Weise ist dieser Anfangspunkt ortsfest. Die Achsen 7A und B müssen somit nur kurze Hübe ausführen.

Zur Vereinfachung des Aufbaues der Anlage kann in einer Variante der Umsetzung der Achsen auf die Achse A verzichtet werden. Auf diese Weise ergibt sich beim Nachfahren der Kontur ein nicht konstanter Abstand der Kühlung zur Anfangsposition der Brennlinie. Dieser Umstand kann mit Verringerung der Schnittgeschwindigkeit durch die Anpassung der Prozeßparameter kompensiert werden.

Unter Achsen im Sinne der Erfindung sollen nicht nur die geometrischen Achsen, sondern auch die zugehörigen, die Achsen vorgebenden Bewegungselemente, wie Aktuatoren und Stellglieder, verstanden werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Durchtrennen von flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material mittels eines Laserstrahls, der auf dem Werkstück einen Brennfleck bildet, und in Verbindung mit einem nachlaufenden Kühlfleck entlang einer Trennlinie mit vorgegebener Kontur bewegt wird, bei dem ein linienförmiger Brennfleck (1) durch Scannen des Laserstrahles erzeugt wird, und während jeder Scanbewegung Bahndaten der Trennlinie (2) bereitgestellt worden, derart, daß der linienförmige Brennfleck (1) eine Krümmung entsprechend der Krümmung der Kontur der Trennlinie (2) erfährt, und seine Länge ebenfalls abhängig von der Krümmung der Kontur der Trennlinie durch Einstellen der Sean-Amplitude eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserleistung abhängig von der Länge des linienförmigen Brennfleckes eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfleck (6) so dem linienförmigen Brennfleck (1) nachgeführt wird, daß sein Abstand zum Anfangspunkt des Brennfleckes (1) konstant ist.
  4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer optischen Anordnung einschließlich einem Scanner zur Erzeugung eines linienförmigen Brennfleckes (1), die beide über eine die Kontur des Brennfleckes durch Achsen U und V vorgebende Profilsteuerung (3) und Lageachsen X, Y, C des Brennfleckes in Bezug auf das Werkstück vorgebende Stellglieder (8) derart mit einer numerischen Bahnsteuerung (4) gekoppelt sind, daß während jeder Scanbewegung Bahndaten der Trennlinie (2) der Profilsteuerung (3) und den Stellgliedern (8) zuführbar sind, derart, daß der linienförmige Brennfleck (1) eine Krümmung entsprechend der Krümmung der Kontur der Trennlinie (2) erfährt sowie auf dieser verfahrbar ist und seine Länge ebenfalls abhängig von der Kontur der Trennlinie (2) einstellbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weitere mit der Bahnsteuerung (4) gekoppelte Achsen (7) zum Positionieren des Kühlfleckes (6) in Bezug auf den linienförmigen Brennfleck (1) und das Werkstück vorgesehen sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anordnung einen Scanner mit zwei senkrecht zueinander oszillierenden Schwingspiegeln aufweist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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