专利名称：切割由易脆裂材料制成的平整工件的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在激光束和平整工件之间产生相对运动，并使激光束沿着一条预定的切割线运动，同时诱发热机械应力，从机械产生的起始裂纹开始，用激光束切割由易脆裂材料尤其是玻璃或陶瓷制成的平整工件的方法。优选的应用方面为切割平板玻璃。
本发明还涉及一种用激光束切割这样的平整工件的装置。
传统的切割平板玻璃的方法就是借助金刚石或者切割轮首先在玻璃上产生一条切割痕，然后通过一个外部的机械力沿着这样产生的薄弱位置将玻璃切断。这种方法的缺点是由于有切割痕就会从表面上掉下颗粒(碎碴)，它们可能会存留在玻璃上并在那里例如引起擦伤。同样也可能在切割棱边上产生所谓的贝壳状断口，它们使玻璃边缘不平整。此外割划时在切割棱边上产生的微裂纹会导致机械承载能力的降低，也就是说增加了破碎的危险。
无论是避免碎碴还是避免贝壳状断口和微裂纹的方法都包括基于通过热机械应力来割开玻璃的步骤。此处有一个指向玻璃的热源，它以固定的速度相对于玻璃运动，因而产生起如此高的热机械应力，从而使玻璃产生裂纹。红外辐射器、专门的气割枪、尤其是激光器都满足这种热源所必需的性能，就是能够局部地以一个优于1mm的精度，即相当于典型的切割精度，对热能进行定位的性能。激光器由于其良好的可聚焦性、良好的功率可控性以及可使光束变形并因而使光强度的分布可以改变，已被证实并使用在玻璃上了。
这种激光切割法，就是用聚焦的激光束产生局部的加热并结合来自外界的冷却以诱发热机械应力直至超过材料的破碎强度的方法，已由多种专利出版物公布了。例如DE 4305107 C2，DE 69304194 T2或者EP 0872303 A2。
这种方法与例如由EP 0062482 A1或US 5,120,926所公布的激光切割法在原则上是不同的，后二种专利的方法是形成一个切割缝使玻璃在其中发生熔化，同时用一种气体不断地吹该切割缝以保持干净。
第一种所列举的激光切割法根据很多方面的原因已经证明是更为有利的方法并已在实践中实施了。本发明也是由此方法出发的。
典型的方式是要求在所希望的切割线的开始处有一个所谓的开始裂纹或者起始裂纹，典型的方法是用一种割划工具在玻璃表面上或者在玻璃棱边上机械形成一个薄弱位置即形成一个割划。这种由激光束在切割线上产生的热机械应力然后导致玻璃破断，该破断是从薄弱位置开始的。这种起始裂纹的产生例如在US 4,044,936中作了描述。
在公知的技术中，在激光束和待切割的平坦工件之间的相对运动中断，即“停止”时，在一个完全独立的割划过程中用一个预定的机械力将割划工具压到玻璃表面上以产生起始裂纹。
该公知方法的缺点是由于在激光切割之前必须产生一个起始裂纹，因此这种切割方法的时间每次都要延长几秒钟。另外割划的时间相对较长，因而在产生碎碴时使玻璃有损伤的危险。
本发明的任务是使用开头所述类的方法或者设计开头所述类的装置，以减少切割过程所需的时间并使损伤易脆裂材料的危险变得很小。
该项任务的解决是通过一种激光束切割一种由易脆裂材料制成的平整工件的方法实现的，它在激光束和平整工件之间产生一个相对运动，使激光束沿着一条预定的切割线运动，同时诱发热机械应力，它起始于一个机械产生的起始裂纹，按本发明的方法，起始裂纹是与激光束的起始切割运动相关联产生的。
对于用激光束切割一种由易脆裂材料制成的平整工件的装置来说，其具有一个驱动装置，用来产生在聚焦的激光束和平整工件之间的相对运动，并使激光束沿着一条预定的切割线运动，同时诱发热机械应力，其还具有一个用于在切割线的开始处产生一个起始裂纹的割划工具，按照本发明解决该项任务的方法是设置一种用于使割划工具运动的机构，该机构按照下述控制方式与激光束的切割运动相关联，使得割划工具随着切割运动的开始或者在刚刚开始之后就能够在平整工件上产生短时的割划作用。
因而按照本发明的原理，起始裂纹可以“飞速”地产生，也就是说在由激光束产生切割所进行的同样的运动中产生，而并不停止相对运动。因而与一种完全独立的割划过程相比具备以下优点
-每次切割的过程时间都可以缩短几秒钟；-由于“飞快”割划的时间很短，因而玻璃损伤的情况就极少。因而避免了碎碴并提高了精度。
DE 4411037 A1描述了一种方法和一种装置，其借助于一种激光束结合一个机械产生的起始裂纹在一个旋转的中空玻璃的加工中切除其边缘部分。这里首先用激光束在旋转的中空玻璃里沿着切割线产生热机械应力，而且只有在与激光束脱离开之后才机械地产生一个起始裂纹。因而在已知的情况下起始裂纹可以与激光束的运动没有直接的关联，在所谓的“任何时候”单独地机械产生，例如通过时间控制，而且如本发明的情况那样在激光束切割之前并不与激光束的起始切割运动相关联。
上述技术状况从原理上说局限于对中空玻璃的切割，此处没有所谓的切割线的起始处，也没有终止处，而本发明则涉及平板玻璃的切割，这里一个棱边限定了切割线的起始处，另一个棱边则限定了切割线的终止处。只是对于在开头所述的技术状况中由激光束横向越过的平整工件来说才会出现所述的为了设置起始裂纹而必须中断激光移动的问题，这就导致了按本发明所述的“飞快割划”。
本发明的众设计方案的特征见从属权利要求，并在下面按照图中简明表示的按本发明的一种装置的实施例进行说明。
平坦的玻璃基片1将由一个激光扫描器3的激光束2沿着一个预定的切割线切割。
相应的装置例如通过开头所列举的专利文献已相应地被公知，因此不需再详细地叙述了。在激光束1和玻璃基片1之间沿着给定的切割线有一个相对运动，其中典型的是玻璃基片固定不动，激光束2移动。相反也可以使激光束2固定，玻璃基片1做进给移动。
电磁线圈5通过象征性表示的连接4以控制方式与扫描器3相连接。该电磁线圈有一个转换凸起6，它如箭头所示根据电磁线圈5的控制情况可以向上和向下运动。在转换凸起6的下面的、玻璃基片侧的端部设有一个割划工具7，例如一个硬质金属轮。转换凸起6在一个适合的位置上配有一个定位传感器8，其输出信号连接到电磁线圈5的控制输入口，如虚线所表示的那样。
按本发明的“飞速”割划按如下实现硬质金属轮7在开始的切割运动里对着玻璃基片1的边缘运动。当轮接触边缘时，轮有一个最大为1mm的小的提升运动。轮的这种相对位置的变化由传感器8测得，并因此通过控制装置借助于电磁线圈5使轮迅速抬起约5mm。
抬起在约0至2秒的时间范围内发生。
割划工具的抬升运动也可以由一个液压的或者气动的致动器来实现。但电磁线圈的优点在于其快速的反应时间。
通过这种按照本发明的“飞速”割划将使对玻璃的损伤保持如此的小，因而用肉眼是无法看到的。
本发明的本质在于“飞速”割划，也就是说在一个用激光束切割的一种运动中的割划。这种割划虽然如在所示的实例中描述的那样作用最为迅速，但其也可以以比较缓慢的顺序(但总还在切割运动中)实现，以及用另外的方式实现(例如割划工具没有转换凸起并且仅由一控制信号而运动的情况)。
权利要求
1.一种激光束切割由易脆裂材料制成的平整工件的方法，它通过在激光束和平整工件之间产生一个相对运动，并使激光束沿着一条预定的切割线运动，同时诱发热机械应力，它起始于一个机械产生的起始裂纹，用其特征在于，该起始裂纹是与激光束的起始切割运动相关联产生的。
2.用一个激光束(2)切割由易脆裂材料制成的平整工件(1)的装置，其具有一个驱动装置，用来产生在聚焦的激光束(2)和平整工件(1)之间的相对运动，并使激光束沿着一条预定的切割线运动，同时诱发热机械应力，其还具有一个用于在切割线的开始处产生一个起始裂纹的割划工具(7)，其特征在于，设有一个使割划工具(7)运动的机构(5，6，8)，该机构按照下述控制方式与激光束(2)的切割运动相关联，使得割划工具(7)就能够随着切割运动的开始或者在刚刚开始之后在平整工件(1)上产生瞬时的割划作用。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，该机构具有一个通过激光束切割运动的控制输入而起动、并具有一个转换凸起(6)的电磁线圈(5)，在转换凸起的一端设有割划工具(7)，转换凸起还具有一个定位传感器(8)，用以测定转换凸起(6)的位置，该传感器的输出信号转换到电磁线圈的控制入口上；而且电磁线圈(5)的控制使得割划工具(7)通过在开始的切割运动时转换凸起(6)的一个相应的运动而向着工件(1)的边缘移动，因而引起转换凸起(6)的位置变化，并通过传感器(8)的输出信号和电磁线圈的激励实现转换凸起的快速抬起，并因而实现割划工具的快速抬起。
4.按权利要求2所述的装置，其特征在于，该机构通过一个液压的或者气动的致动器构成。
全文摘要
这种类型的装置典型地具有一个驱动装置，用于在聚焦的激光束(2)和工件(1)之间产生相对运动，激光束沿着一条预定的切割线移动，同时诱发热机械应力，该装置还具有一个割划工具(7)用于在切割线的开始处产生一个起始裂纹。这种割划工具(7)目前在相对运动停止时对工件产生有效作用的时间相对较长。本发明采用了一种“飞速”割划，即设有一个使割划工具(7)运动的机构(5，6，8)，该机构按照控制与激光束(2)的切割运动相关联，从而割划工具(7)随着切割运动的开始就能够在工件(1)上产生瞬时的割划作用。因而就可以减少过程时间并减少对工件的损伤。
文档编号B28D1/28GK1391535SQ00815941
公开日2003年1月15日 申请日期2000年9月8日 优先权日1999年11月20日
发明者D·豪尔, H·-G·盖斯勒 申请人:肖特特殊玻璃股份有限公司