专利名称：用于分离加工脆性材料构件的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的上位概念中所称类型的装置， 通过在一个分离区内在构件上产生温差诱发的裂纹，以分离加工用诸 如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷之类脆性材料制成的构件。
背景技术：
根据诸如专利文献DE 197 15 537 Al， DE 196 16 327 A1，W0 98/00266， DE 44 05 203 Al， W0 93/20015， DE 43 05 106， EP 0 448 168 A, JP 2000 281373 A,日本专利文摘，出版物编号10244386 A, Shepelov等的论文"用固牵激光器波束切割平板玻璃"(Welding International, Welding Institute. Abbington, GB，巻14， No. 12， 2000年12月(2000-12) 988-991页，XP000998828'ISSN: 0950-07116): WO 2005/115678 Al以及WO 2005/107998 Al，已知有用来加工脆性
材料构件的装置。
根据WO 02/48059 Al己知有一种相关类型的装置，通过在一个 分离区内在构件上产生温差诱发的裂纹，以分离加工用诸如玻璃、陶 瓷、玻璃陶瓷或类似脆性材料制成的构件，其中，分离区有一个激光 器对准被加工的构件发射激光束，构件同时传输激光束，或者依次沿 着分离区基本上沿着同一个点或在相互间距很小的几个点上在部分 吸收后至少二次部分地传输激光束。为了支承构件，已知装置在加工 时有一个支承面。另外，根据文献已知的装置拥有向构件施加机械应 力的装置，以激励温差诱发的裂纹。
根据DE 102 06 920 Al已知有一种类似的装置，其中，对于被 分离加工的构件施加机械应力，以激励温差诱发的裂纹在文献中未作 说明。
根据DE 103 11 693 B3已知有一种沿着易破线分裂陶瓷印刷线
路板的折断装置。但是，根据文献已知的装置不适合于通过在构件上 产生温差诱发的裂纹对由脆性材料制成的构件进行分离加工。
发明内容
本发明的任务是，提供一种如权利要求1的上位概念中所称类 型的装置，这种类型的装置可提升加工速度和构件分离过程中所形成 的分离边缘的质量。
上述任务是通过在权利要求1中提出的方案解决的。 本发明的基本思路在于，支承面至少设有两个可以相互相对运 动的支承面分段。在支承面分段相互相对的第一位置上，构件支承在 支承面上，基本上没有机械应力。根据本发明，在这种情况下的机械 应力，应当理解为通过向构件施加机械应力的装置所产生的机械应 力，而不是其它的机械应力，例如由于构件的自重所引起的机械应力。
与上述情况相对地，在支承面分段相互相对的第二位置上，构件承受 由向构件-施加机械应力以激励温差诱发的裂纹的装置所产生的机械 应力。通过相应地控制或调整支承面分段相互相对的位置，可以用这 种模式高精度控制或调整构件在何种程度上被施加机械应力以激励 温差诱发的裂纹。根据本发明，还可以将利用激光辐射产生的温差诱 发的应力按规定与机械应力叠加。己经令人惊讶地证明，用这种模式 可以明显提升分离构件时的加工速度，同时明显改进构件分离过程中 所形成的分离边缘的质量。此外，还可以特别精确地控制或调整温差 诱发的裂纹的扩展，特别是其扩展的方向。所达到的结果是，根据本 发明的装置可以把机械应力以特别高的精度引入到构件中去。
产生温差诱发的裂纹的原理在于，脆性材料通过相应的加热(例 如通过激光辐射加热)和紧接着冷却后会产生裂纹。另外，专业人员 一般都了解温差诱发的裂纹的产生，因此，这里不再做进一步说明。
这方面的问题请参阅W0 02/48059 Al，它所披露的全部公开的内容
都已引入本专利申请以供参考。
本发明办法的另一个较佳的进一步构成预先规定，支承面分段 在其第一位置时基本上是处在一个共同的平面上，而在其第二位置时至少是部分地处在不同的平面上。这一实施例特别适合于加工基本上 为平板的构件，例如平板玻璃窗。
根据本发明，原则上可以在一个共同的支承面上构成支承面分 段，例如在一个由某种易弯曲的材料构成的支承面上。根据本发明， 尤其可以使用一个由易弯曲的材料制成的反射体，将构件置于该反射 体上。为了引入机械应力，例如可以这样给构件施加机械应力，即在 构件背向反射体的一面上安装一个加压元件。经过加压后，构件以及 易弯曲的反射体发生弯曲，处于弯曲线两侧的支承面分段于是移动到 第二位置，构件在该位置上被施加以机械应力。为了能够利用一种简 单的和价格低廉的架构特别精确地给构件施加机械应力，本发明办法 的另一个进一步构成预先规定，支承面分段各自分别在一个支承元件 上构成。
上述实施例的另一个进一步构成预先规定，在支承元件之间至 少形成一道缝隙，在加工时激光束对准该缝隙，给构件施加机械应力 的装置是这样设计的，即机械应力在缝隙的范围内作用在构件上。这 一实施例可以利用一种简单的和价格上相对低廉的架构特别精确地 给构件施加机械应力，其中，可以把一个反射体布置在缝隙中，由反 射体反射激光器发射的激光束。
根据本发明，原则上可以以任何适宜的模式给构件施加例如拉 伸应力，只要拉伸应力能激励加工过程，或更准确地说，能激励分离 过程。本发明办法的另一个特别有利的进一步构成预先规定，给构件 施加机械应力的装置被设计成给构件施加机械弯曲应力。在这一实施 例上，根据本发明的装置被设计得特别简单，因而价格上特别低廉。 给构件施加弯曲应力的另一个优点在于，在使构件上应力分布符合要 求的目标方面可以达到特别高的精度。
本发明的另一个有利的进一步构成预先规定，通过给构件施加 机械应力，在构件上达到的应力分布最大值在缝隙的范围内。这样， 机械应力的最大作用发生在分离区内，在本实施例上就是发生在缝隙 范围内。
根据本发明，给构件施加机械应力的装置可以以任意适宜的模
式进行设计。为了特别简单，因而在价格上特别低廉地设计本发明装 置的架构，本发明的另一个有利的进一步构成预先规定，至少有一个 支承元件可以垂直于构件的表面这样运动，即给构件施加机械应力的 装置至少部分地是由一个或数个这样的支承元件构成的。在这一实施 例上，支承元件不仅用于支承，而且也用于给构件施加机械应力。为 此，支承元件是可以相互相对运动的。
上述实施例的另一个进一步构成预先规定，至少有一个支承元 件是沿着线性调整轴线可调的，特别是在垂直方向是可调的。在这一 个实施例上，根据本发明装置具有特别简单的架构。
在实施例的另一个进一步构成中至少有一个支承元件是可运动 的，其中预先规定，至少有一个支承元件可以绕一根最好基本上是水 平的回转轴回转。由于至少有一个支承元件在支承状态可以回转，因 此可以特别均匀和特别精确地给构件施加机械应力，特别是弯曲应 力。 '
为了在上述实施例上更加均匀和更加精确地施加机械应力，该 实施例的另一个进一步构成预先规定，至少有两个支承元件可以绕最 好是基本上互相平行的回转轴相互反向旋转。
在上述实施例上，给构件施加机械应力的装置完全或部分地由 支承元件或一个支承元件构成。但是，根据本发明，为了给构件施加 机械应力，也可以预先设计一个单独的布置方案，让支承元件只起支 承构件的作用。为此，本发明办法的另一个进一步构成预先规定，给 构件施加机械应力的装置有一个加载元件，该加载元件在给构件加载 时可与构件发生接触。
在上述实施例上，原则上可以把加载元件布置在构件的一侧， 同时也布置在激光器的同一侧。这样便可以使用采用高效传输激光辐 射所用波长的那种材料制成的加载元件，并把该加载元件布置在激光 的光程中。这样，加载元件便直接在激光的作用范围内，即在分离区 内，给构件施加机械应力。为了在采用加载元件的实施例上把根据本 发明的装置设计得简单和价格上低廉，实施例的另一个进一步构成预 先规定，加载元件布置在构件背向激光器的一侧。
根据本发明，可以使用任意数量的加载元件。
采用加载元件的实施例的另一个进一步构成预先规定，加载元 件布置在缝隙中。
加载元件原则上可以用适合于给构件施加机械应力的任意的一 种模式设计。为了把加载元件设计得特别简单，本发明办法的另一个 有利的进一步构成预先规定，加载元件被设计成给构件施加压力的加 压元件。根据本发明，给构件施加压力可以特别用来在构件中产生弯 曲应力。
上述实施例的另一个进一步构成预先规定，加载元件被设计成 在构件上滚动的滚轮。在这一实施例上，给构件加载能够以简单的模 式进行，无需在加载元件与构件之间引起过分强烈的摩擦。
上述实施例的另一个进一步构成预先规定，滚轮在运动方向上 沿着分离区跟踪激光束滚动。在这一实施例上，机械应力产生在构件 材料被激光束辐射后冷却的范围内，因而在该范围内出现温差诱发的 裂纹。这样，温差诱发和机械应力作用在分离区的同二位置上。
图1所示为根据本发明装置的第一实施例，在构件未被施加机 械应力状态下的示意轴侧视图。
图2所示为图1之实施例在构件被施加机械应力后的一种状态 下与图1相同的视图。
图3所示为根据本发明装置的第二实施例与图2相同的视图。 图4所示为根据本发明装置的第三实施例与图2相同的视图。 图5所示为根据本发明装置的第四实施例与图2相同的视图。 图6所示为根据本发明装置的第五实施例与图2相同的视图。 图7所示为图6之装置的一个侧视图。
图8所示为根据本发明装置的第六实施例与图2相同的视图。 以上附图中相同的或相关的构件采用相同的附图标号。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明通过在分离区内在构件上产生温差 诱发的裂纹，对由诸如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或类似脆性材料制成的 构件进行分离加工所用装置2的第一实施例。在本实施例中，装置2
用来分离由一块平板玻璃构成的构件4。装置2有一个激光器6对准 被加工的构件发射激光束8，构件同时传输激光束，或者依次沿着形
成温差诱发的裂纹的分离区基本上在同一个点或在相互间距很小的
几个点上在部分吸收后至少二次部分地传输激光束。为此，装置2 有一个在背向激光器6 —侧布置的第一反射器10，和一个在朝向激 光器6—侧布置的第二反射器12。当装置2工作时，激光束8在反 射器10与12之间往返反射，以至构件在部分吸收的情况下多次传输 激光束8。关于多次传输激光束8的模式和方法，请参见W0 02/48059， 特别是其中的图3。
为了支承构件4，装置2有一个支承面14，根据本发明，该支 承面在本实施例中是在两个平面支承元件16、 18上构成的，其上各 有一个支承面分段13、 15，两者之间形成一道缝隙20，从图l中可 以看出，第一反射器10就布置在该缝隙中。在这一实施例上，激光 束8对准支承元件16、 18之间的缝隙20。
根据本发明设计的用来给构件4施加机械应力的装置，在本实 施例中是由支承元件16、 18构成的，下面根据图2作进一步的说明。
图2所示为处在一定状态下的图1的装置2，在该状态下的构件 4被施加以机械应力即弯曲应力，弯曲应力与由于激光束8的辐射而 在构件4中产生的温差诱发应力叠加。给构件4施加机械应力的装置 在本实施例中由支承元件16、 18构成，该支承元件16、 18可相互相 对和垂直于构件4的表面运动，即可以绕相互平行的回转轴22、 24 反向旋转。如图2中所示，在支承元件16、 18反向旋转时，构件4 弯曲，因此在位于缝隙20之上方的分离区内形成机械弯曲应力，该 机械弯曲应力与利用激光束8所产生的温差诱导应力相叠加。在图中 所示的实施例中，由于给构件4施加机械应力而在构件4中达到的应 力分布的最大值处在缝隙20的范围内。由于机械弯曲应力的作用激 励和明显加快了利用激光束8所产生的温差诱发的裂纹的扩展。
如果需要，在图1和图2所示的实施例中，在支承元件16、 18 中至少有一个支承元件18可以平行于构件4的表面移动，如图1中 箭头26、 28所指。用这种模式可以达到对支承元件18进行"浮动" 支承的目的。
在图3中示出了根据本发明的装置2的第二实施例，它与图1 所示实施例的区别在于，只有支承元件18可以绕回转轴24回转，而 支承元件16则布置在固定位置上。
在图4中示出了根据本发明的装置2的第三实施例，它与图1 所示实施例的区别在于，用来给构件4施加机械应力的装置不是由支 承元件16、 18构成的，而其实是被设计成一个单独的加载元件30， 其朝向构件4的一面构成了第一反射器10。加载元件30在给构件4 施加机械应力时可与构件发生接触，如图4中的箭头32所指。在给 构件4施加机械应力时，加载元件30与构件4发生接触，并向构件 4施加压力，结果在其中形成弯曲应力。
在图5中示出了根据本发明的装置2的第四实施例，它与图4 所示实施例的区别在于，加载元件30布置在构件4的同一侧，其上 也布置了激光器6。加载元件30在本实施例中采用能高效传输激光 辐射所用波长的材料制成，并被激光束8所透射，如图5所示。
在图6中示出了根据本发明的装置2的第五实施例，它与图5 所示实施例的区别在于，加载元件由一个在构件4上滚动的滚轮34 构成。
从图7中可以看出，滚轮34跟踪激光束8按其在图7中用箭头 36所指的运动方向沿着分离区运动。
在图8中示出了根据本发明的装置2的第六实施例，它与图1 至7所示诸实施例的区别在于，支承面14不是在两个支承元件上构 成的，而是在一个单一的支承元件38上构成的。支承元件38由一种 易弯曲的材料制成，例如用具有适宜弹性模数的弹性体制成。在支承 元件38朝向构件4的表面上携带着反射体10，该反射体10在本实 施例中被设计成薄膜状，并粘贴在支承元件38上。反射体10因而构 成支承面14。另外，在图8中示出的实施例有一个被设计成棒状的
加压元件40，通过该加压元件可向构件4施加压力。图8中所示实 施例的功能原理如下
为了把利用图8中没有示出的激光器所产生的温差诱发应力与 机械应力叠加，加压元件40把一个按箭头42的方向作用的压力施 加到构件4上，由于该压力的作用，构件4与支承元件38和反射体 IO—道弯曲。以这样的模式把机械应力引入构件4。这种情况下，由 加压元件40施加的压力应当这样选择，即它应以规定的模式激励温 差诱发的裂纹的形成。
权利要求
1.一种分离加工装置，通过在分离区在构件上产生温差诱发的裂纹对由诸如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷之类的脆性材料制成的构件进行分离加工，包括一个激光器对准被加工的构件这样发射激光束，即构件同时传输激光束，或者依次沿着分离区基本上在同一个点或在相互间距很小的几个点上在部分吸收后至少二次部分地传输激光束，包括一个支承面以在加工过程中支承构件，还包括给构件施加机械应力以激励温差诱发的裂纹的装置，其特征在于，支承面(14)至少有两个支承面分段(13、15)，可在第一位置与第二位置之间相互相对运动，其中，构件(4)支承在第一位置上基本上没有机械应力，在第二位置上被施加以机械应力以激励温差诱发的裂纹。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，支承面分段(13、 15)在第一位置时基本上是处在一个共同的平面上，而在第二位置时 至少部分地是处在不同的平面上。
3. 根据权利要求l或2所述的装置，其特征在于，支承面分段 (13、 15)分别是在一个支承元件(16、 18)上构成的。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在支承元件(16、 18)之间至少形成一道缝隙(20)，在加工过程中激光束(8)对准该缝 隙，用来给构件(4)施加机械应力的装置是这样设计的，即在缝隙(20) 的范围内机械应力作用在构件(4)上。
5. 根据上述诸项权利要求之一所述的装置，其特征在于，给构 件(4)施加机械应力的装置被设计成给构件(4)施加机械弯曲应力的 装置。
6. 根据上述诸项权利要求之一所述的装置，其特征在于，通过 给构件(4)施加机械应力所达到的在构件(4)中的应力分布的最大值， 在缝隙(20)的范围内。
7. 根据上述诸项权利要求之一所述的装置，其特征在于，支承元件(16、 18)中至少有一个支承元件可垂直于构件(4)的表面运动， 这样给构件(4)施加机械应力的装置至少部分地由支承元件(16、 18) 构成。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，支承元件(16、 18)中至少有一个支承元件可沿着一根线性轴线调整，特别是在可垂 直方向上调整。
9. 根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，支承元件(16、 18)中至少有一个支承元件可以绕一根最好基本上是水平的回转轴 (22、 24)回转。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，至少有两个支 承元件(16、 18)可以绕最好是基本上相互平行的回转轴(22、 24)反向 旋转。
11.根据上述诸项权利要求之一所述的装置，其特征在于，给 构件(4)施加机械应力的装置至少有一个加载元件(30)，该加载元件 (30)在给构件(4)加载时可与构件发生接触。
12. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，加载元件(30) 布置在构件(4)背向激光器(6)的一侧。
13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，加载元件(30) 布置在缝隙(20)中。
14. 根据权利要求11至13之一所述的装置，其特征在于，加 载元件(30)被设计成给构件(4)施加压力的加压元件。
15. 根据权利要求12至14之一所述的装置，其特征在于，加 载元件(30)被设计成在构件(4)上滚动的滚轮(34)。
16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，滚轮(34)跟踪 激光束(8)在沿着分离区的运动方向上运动。
全文摘要
一种用于分离加工脆性材料构件的装置，通过在分离区中在构件(4)上产生温差诱发的裂纹以分离加工用诸如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷等脆性材料制成的构件(4)，配有一个激光器(6)对准被加工的构件(4)发射激光束(8)，构件(4)同时传输激光束(8)，或者依次沿着分离区基本上在同一个点或在相互间距很小的几个点上在部分吸收后至少二次部分地传输激光束，并且有一个支承面(14)用来在加工过程中支承构件(4)。另外，装置(2)还有一个给构件(4)施加机械应力以激励温差诱发的裂纹的装置。根据本发明，支承面(14)至少有两个支承面分段(13、15)，可在第一位置与第二位置之间相互相对运动，其中，构件(4)支承在第一位置上基本上没有机械应力，在第二位置上被施加以机械应力以激励温差诱发的裂纹。
文档编号C03B33/00GK101341100SQ200680048061
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月29日
发明者迈克尔·哈泽 申请人:H2B光电技术有限公司