CN104364209B - 用于在平玻璃的棱边上产生倒棱的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在切开玻璃、尤其借助激光在由玻璃制成的裁切件(5)中进行辐射而切开玻璃之后，将激光射线(1)对准到所形成的裁切件(5)的侧面(15)的至少一个棱边(16)上，以便从该棱边(16)上切除玻璃从而在该侧面(15)上形成倒棱(17)。为了形成倒棱(17)，至少一个激光源(6)和配设给该激光源的反射器(19)沿着侧面(15)这样移动，使得与裁切件(5)的平面呈锐角的激光射线(1)对于形成倒棱(17)是有效的。侧面(15)由液体(20)包围式冲洗，该液体的折射率与玻璃的折射率至少是接近的。

Description

用于在平玻璃的棱边上产生倒棱的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于在由玻璃材料制成的产品的侧面的棱边上产生倒棱的方法和一种用于实施所述方法的系统。
背景技术
由AT 501 000 A1已知用于借助激光辐射切开玻璃、尤其是平玻璃的方法和系统。在该已知的方法中，成束的激光射线对准到要切开的平玻璃上并且在设置在该平玻璃下方的反射面上被反射。被反射的激光射线借助设置在激光头上的并且具有用于该成束的激光射线的通孔的反射器(在该反射器中设有两个凹腔状的长形镜面)以两束激光射线的形式再次反射到该平玻璃上。通过该成束的激光射线在平玻璃中形成微裂缝而不加热该平玻璃。通过由反射器上的各反射面反射的激光射线束而在微裂缝的两侧形成加热区域。在由此导致的热应力的作用下，微裂缝在平玻璃的整个厚度上被断开并且该平玻璃被切开。
由EA 004167 B1已知另一种用于通过使用激光射线切开平玻璃的方法。在该已知的方法中使用激光射线、尤其是CO2激光，其中，至少一个聚焦的激光射线并且然后一个未聚焦的激光射线被使用。借助聚焦的激光射线在所规定的分离线中产生超过软化温度的温度。通过使未聚焦的激光射线作用到温度处于软化温度之上的玻璃上而额外形成膨胀应力，从而断开所规定的分离线。
由汉诺威激光中心EV(http//www.lzh.de)的公开信息已知一种用于借助激光切割玻璃材料的方法。这种已知的方法基于对于玻璃材料绝大部分透射的Nd:YAG激光的多次反射(多重激光射线吸收(MLBA))。这种方法使用Nd:YAG激光，该Nd:YAG激光的辐射按照玻璃强度以最高达85％被透射。通过射线多次反射穿过要切开的玻璃而提高总吸收量并且导致在整个玻璃厚度上的热应力。在此使用具有激光头、在激光头上安装的上反射器和在玻璃下方(也就是在玻璃的与激光头对置的一侧上)设置的下反射器的系统。
借助这种方法，多个上下相叠布置的玻璃板与复合安全玻璃(VSG)一样也应该可以在一个工作步骤中被切开。
这些已知方法的实际应用迄今由于它们的低效率和在玻璃中的不确定的断裂路线而失败。
由WO 2008/080182 A1已知另外的用于借助激光辐射而在玻璃板中制造分割间隙的方法和装置。在这种用于利用激光辐射切开玻璃板的方法中，玻璃板被激光辐射在单次或多次地从玻璃板的第一表面射到玻璃板的对置的并且与第一表面隔开距离的第二表面时局部加热并且在玻璃板中通过由此产生的分割间隙的热应力而断开。激光辐射在第一表面上基本上无反射地并且无折射地被引导到玻璃板中。
具体而言，在WO 2008/080182 A中应该这样加工，使得激光辐射穿过光组件(也就是棱镜)直至其射线射出面并且然后基本上无折射地并且无反射地被引导到直接与射线射出面接触的液体中并且从玻璃板的该直接与液体接触的第一表面引导到玻璃板中。在此液体应该具有与玻璃板的折射率至少接近的折射率。在此如下设置，激光辐射以相对于在该射线束的射入点处的垂直线倾斜的入射角被引导穿过玻璃面的第一表面，其中，第一表面的激光辐射的入射角这样选择，使得由玻璃板的第二表面实现激光辐射的全反射。
由A.Ostendorf等的“光代替切割轮——借助激光辐射切割玻璃材料”(未来玻璃——从传统到高科技产品，第5次学术研讨会；2004年6月17日至18日，第31至40页)已知在切开玻璃时的“激光刻刮”和“激光破碎”。该文献也提到激光切割的玻璃材料的后续加工，在该后续加工中应该在棱边上借助CO2激光破碎玻璃渣，以便产生无裂缝的倒棱。然而，由该已知的文献粗略知悉的方法应该只能在激光切割玻璃构件时使用，因为其它被切割的玻璃部件在借助激光辐射加热时可能被立即破坏。
发明内容
本发明目的在于，给出开头所述类型的方法和系统，借助其，在借助激光射线切开玻璃板(切割玻璃板)时在玻璃板的由此形成的侧面上也产生至少一个倒棱，从而省去后续的磨光、也就是后续的利用打磨工具进行的加工。
借助按照本发明的方法和按照本发明的系统避免在装配玻璃板时在被激光切割的玻璃板中由于在侧面上非常尖锐的棱边而出现碎片。当玻璃板面状地位于侧边上时也会这样，尽管在棱边区域中形成拉应力。这种碎片是不利的，因为它们成为玻璃板中的微裂缝的起点，这些起点随后可能导致玻璃板的断裂。
对于本发明极为重要的是，为了产生至少一个倒棱而设有另外的第二激光头，该第二激光头在产生切割面(该切割面将玻璃板分开)的第一激光头之后作用并且产生一个或多个倒棱。
在根据本发明的方法中有利的是，在产生倒棱时不需要专门刻刮玻璃板。
借助按照本发明的措施或者按照本发明的系统，通过尤其是利用至少一个另外的激光头产生至少一个倒棱的方式消除尖锐的棱边。
在本发明中，倒棱以有利的方式通过激光射线的作用而产生。
在实施按照本发明的方法时优选采取措施避免或者至少最小化在激光射线射入玻璃材料的玻璃中时激光射线的反射。
对此，在按照本发明的方法的一种实施方式中设有介质，该介质在激光射线的区域中设置成覆盖玻璃材料(平玻璃)的表面，并且该介质具有与玻璃板材料的玻璃的折射率至少相似的折射率(如果不(大致)相同的话)。该类似于“光学胶”起作用的介质可以是流体、尤其是液体，该介质包围在其上产生倒棱的棱边。在本发明的范围内，例如水或甘油适宜于作为介质。
一种备选的用于避免或最小化上述反射的可能方案在于，将激光射线以布鲁斯特角对准到玻璃材料的玻璃上。这种措施也可以与作为“光学胶”起作用的介质的使用一同应用。
当所述介质、例如液体流动并且在此包围式冲洗玻璃材料(平玻璃)的棱边时，同时导致冷却，该冷却在玻璃中引起对于在产生倒棱时破碎玻璃部件有利的应力。
在实施按照本发明的方法时优选的是，激光源至少以激光射线从激光源射出的区域位于介质内部。此外，用于激光射线的反射器优选至少以激光射线进入反射器中的区域以及被反射的激光射线再次从反射器射出的区域设置在介质内部。
在本发明的范围内所使用的反射器例如是(简单的)反光镜、如金属反光镜。在本发明的范围内考虑到的反射器也可以是复杂的构件，该构件本身集成有必需的光学功能、必要时的冷却和其它的二级功能。在任何情况下，反射器都具有入射界面和出射界面，其中，至少入射界面和出射界面设置在作为“光学胶”起作用的介质内部，而不必整个反射器都设置在介质内部。
在本发明的范围内考虑使用极化的激光辐射。在这种情况下已经证实有利的是，将激光射线以所谓的“布鲁斯特角”对准到玻璃材料上，因为此后省去每次反射(前提是平行于玻璃材料的表面的平面被极化或者在玻璃材料上设置的介质被极化)并且激光射线完全穿过所述表面射入玻璃材料中，并且不再使用介质或者可以抑制在介质的折射率和玻璃材料的折射率不完全一致时产生的反射。
当所述激光射线以上述的布鲁斯特角对准到玻璃材料上时，覆盖玻璃材料表面的并且因其折射率(该折射率与玻璃材料的折射率相同或者至少近似相近)而作为“光学胶”起作用的介质不是一定必需的，因为在激光射线以布鲁斯特角入射时不产生反射。
在本发明的范围内也考虑，为了产生倒棱而使用具有不同特性的(两个)激光射线。为了形成裂缝例如可以使用具有0.5μm量级的波长的激光射线。为了断开裂缝、也就是说为了切割玻璃部件从而形成希望的倒棱，可以使用具有10.6μm量级的波长的激光射线(例如CO2激光)。
在本发明中也考虑在反射时会聚激光射线，其中，焦点优选位于玻璃材料内部。该会聚可以借助凹形弯曲式反射器实现。按照本发明的方法的这种实施方式此外允许产生具有凸形弯曲式表面的倒棱。
在按照本发明的方法中可以在作为玻璃材料的平玻璃的侧面上、在该侧面的一个棱边上产生倒棱，或者可以(尤其同时)在平玻璃的该侧面的两个棱边上产生倒棱。
尽管不强制，按照本发明的方法和按照本发明的系统也尤其对于在玻璃材料(平玻璃)上产生倒棱是适宜的，这些倒棱通过激光切开而产生。
在按照本发明的方法的这种优选的应用方式中，为了产生至少一个倒棱而设有另外的第二激光头，该第二激光头在产生切割面的第一激光头之后作用并且产生一个或多个倒棱。
借助按照本发明的方法和按照本发明的系统避免在装配玻璃板时在被激光切割的玻璃板中由于在侧面上非常尖锐的棱边而出现碎片。当玻璃板面状地位于侧边上时也会这样，尽管在棱边区域中形成拉应力。这种碎片是不利的，因为它们成为玻璃板中的微裂缝的起点，这些起点随后可能导致玻璃板的断裂。
借助按照本发明的措施或者按照本发明的系统，通过利用至少一个另外的激光头在(尤其是被激光切割的)玻璃部件的侧面上产生至少一个倒棱的方式消除尖锐的棱边。
附图说明
接下来结合附图进一步阐述在本发明中使用的方法和可以实施按照本发明的方法的系统。其中：
图1示出利用激光切割玻璃的原理，
图2示出图1的原理的变型方案，
图3a和图3b示出进行激光辐射的实施方式，
图4示意性地示出在利用激光辐射切割玻璃时所形成的热区域，
图5示出利用激光辐射切割玻璃的另一种实施方式，
图6示出利用激光辐射切割玻璃的又一种实施方式，
图7示意性地示出按照本发明产生两个倒棱，
图8示意性地示出按照本发明产生仅一个倒棱，
图9示出用于实施按照本发明的方法的系统的一种实施方式，
图10示出一种变化的实施方式，和
图11示出一种实施方式，在该实施方式中一个侧面的两个棱边都设有倒棱。
具体实施方式
在图1中示出的借助激光辐射在利用激光射线在第二玻璃面上的全反射效应的情况下切割玻璃时，激光射线1射到棱镜4上，其中，该角度接近90°。在要切开的玻璃5的正交面与激光射线1的光轴之间的角度α大于或等于在玻璃5中全内反射的角度。为了将激光射线1从棱镜4引导到要切开的玻璃5中，重要的是，棱镜和要切开的玻璃保持光学接触。这在图1中由以下方式实现，即，在棱镜4和要切开的玻璃5之间的区域2中引起光学接触，该光学接触例如通过专门的液体(水或甘油)或(柔性的)透明(薄膜状)材料3引起。
在本发明的范围内可以如下设置，棱镜4的各个面具有复杂的几何形状，由此这些面产生具有特定形状(参看图4)的热区。
在棱镜4和玻璃5之间的光学接触也可以通过精确地对齐位于玻璃5和棱镜4之间的接触面来实现，其中，在区域2中最大允许的间隙应该小于所述辐射的波长。
在图1中示意性地示出的方法的优点在于，不再需要具有反射面的切割台并且由于全反射而产生高产率且伴随小的损失。
在图2中示出，激光射线1从激光源6射入棱镜4中并且从该棱镜射入要切开的玻璃5中。射线1在玻璃5中在距离L上多次全反射地行进并且通过第二棱镜7射出玻璃5并且在(反射聚焦系统的)反光镜8处被反射，从而被反射的激光射线形成具有希望的所需形状的射线。
在图3a和3b中示出该方案对于薄玻璃的实际应用。
图4示意性地并且以俯视图的形式示出：在玻璃5上形成按照图4所示模型的热区是有利的。主激光射线1在图4中形成热区9，而被反射的激光射线10在图4中形成热区11，从而玻璃5沿着分离线12被切开。
在特殊情况下，反射构件8的功能可以(如在图5中所示)通过在图5中示出的棱镜13的特殊成形的表面4实现，其构造成合适的形状并且设有反射涂层。
也可能的是，通过使用柔性的透明材料，将激光射线1对准到玻璃5中以实现全内反射效应，所述材料增强位于区域2中的光学接触，在该区域中所述材料与要切割的玻璃5保持接触。在一种特殊情况下(参看图6)，这可以通过如下方式实现，即，将由透明材料制成的球14(例如由透明聚合物制成的球14)(柔性地)压到玻璃5上并且引导激光射线1穿过该球。
如在图7中所示，在按照本发明的方法中，为了在被切开的玻璃5的侧面15上产生倒棱7，使用另外的激光源6，其中，在所述被切开的玻璃中在先前制成的切割面的区域中构造有间隙18。
尽管在图7和图8中未示出，但是在这些实施方式中也考虑到在玻璃表面上存在介质。该介质(例如水或甘油)具有与该平玻璃板的玻璃的折射率至少相似的折射率(如果不相同的话)。当所述介质如优选的那样是液体时，该介质可以包围式冲洗玻璃板的其棱边要被加工而形成倒棱的侧面。
具体而言，按照图7如下设置，对于要在侧面15上制成的每一个倒棱17都设有一个激光源6。每个激光源6都配设有反射器19。各激光源6和配设的反射器19被驱动器(未示出)沿着侧面15在间隙18的区域中移动，并且按照之前提到的原理在因切开玻璃5而形成的玻璃部件(玻璃裁切件)的侧面15上产生倒棱17。
不言而喻，被切开的玻璃5的两个侧面15不必同时被加工而产生倒棱17。这也可以相继地进行。
同样很少强制在玻璃5的一个侧面15上制造两个倒棱17，尽管这是有利的。经常的是，仅一个倒棱17就足够了(参看图8)，或者各个倒棱17被相继地制造，这意味着较小的仪器耗费。
在图8中很大程度地简化示出：如在通过切开玻璃5而形成的玻璃裁切件的侧面15上，在该裁切件的侧面15的棱边16的区域中借助激光射线1产生倒棱17。在此，光路可以在反射器19的影响下按照如在图1至图7中所示的原理行进。
在实施按照本发明的方法时，可以例如如在图9、10或11中所示的那样加工。
在图9的实施方式中，玻璃5尤其在要产生倒棱17的棱边16的区域中被介质20覆盖，该介质具有与玻璃的折射率(1.4至1.6)相同或者至少接近的折射率。由此阻止或者至少最小化从激光源6射出的射线1在传入玻璃5时和在从该玻璃射出时的反射。该介质20(其在一定程度上作为“光学胶”起作用)例如可以是液体、尤其是水或甘油。
该介质20(其存在于棱边16的区域中并且覆盖该区域)也可以流动(箭头21)、也就是包围式冲洗棱边16，这有以下优点：同时冷却在形成倒棱17时要被破碎的、位于激光射线1之外的区域(也就是玻璃棱边16的区域)，从而产生引起断裂的、也就是促进倒棱17的制成的应力。
在按照本发明的用于制造倒棱17的方法的图9所示的变型方案中，激光源6也至少以激光射线1离开激光源6的射出部位的区域设置在介质20中。这同样适用于反射器19，该反射器同样至少以其对于反射有效的区域设置在介质20中。反射器19可以是可枢转的(箭头22)。
在图9所示的系统中，激光源6和反射器19都是可调节的，其中，尤其沿着激光射线1的方向的调节是可能的。
图10示出一种变型方案，在该变型方案中反射器19构造成具有凹形弯曲式反射面，从而激光射线1被会聚，这实现有效的改善。此外，图10的变型方案允许产生具有非平面状的而是凸拱形的(圆的或多边形的)外表面的倒棱17。通过调节激光源6(箭头23)和/或反射器19(箭头24)可以这样调节激光射线1的焦点25，使得倒棱17的制造得以优化。
在按照本发明的方法中(如在图11中所示)可以实现，在玻璃5的一个侧面15上在一个工作过程中产生两个倒棱17。有利的是，第二反射器19也至少以其对于反射有效的区域设置在介质20内部，该介质能够实现激光射线1进入玻璃5和从玻璃5出来的尽可能无反射的过渡。
在本发明的范围内考虑，在产生倒棱时利用具有不同波长的激光射线进行加工。在此可以这样为其中一个激光射线选择(第一)波长，使得该波长对于形成裂缝是尤其有利的并且有效的，而为第二激光射线这样选择(第二)波长，使得该波长对于断开裂缝是尤其有益的并且有效的。例如负责形成裂缝的激光射线具有(在绿光范围内的)0.5μm的(第一)波长，而对于第二激光射线(例如用于断开裂缝的CO2激光)优选具有10.6μm波长的(第二)波长。
总的来说可以如下说明本发明的实施例。
在尤其借助激光在由玻璃5制成的裁切件中进行辐射而切开玻璃之后，激光射线1对准到所形成的裁切件的侧面15的至少一个棱边16上，以便切除玻璃从而形成位于侧面15上的倒棱17。为了形成倒棱17，至少一个激光源6和配设给该激光源的反射器19沿着侧面15这样移动，使得与裁切件的平面呈锐角的激光射线1对于形成倒棱17是有效的。侧面15由液体20包围式冲洗，该液体的折射率与玻璃的折射率至少是接近的。

Claims (17)

1.一种用于在由玻璃材料制成的玻璃产品的侧面的棱边(16)上产生倒棱(17)的方法，其中，所述倒棱通过激光射线(1)产生，该方法包括：
使激光射线与玻璃产品的表面的平面呈锐角；
在激光射线(1)射入玻璃产品的区域中以及在激光射线(1)从玻璃产品射出的区域中设置折射率为1.4至1.6的介质(20)，从而所述介质(20)覆盖棱边(16)的要产生所述倒棱(17)的区域、激光射线(1)射入玻璃产品的区域以及激光射线(1)从玻璃产品射出的区域，并且从而避免或者最小化在激光射线射入玻璃产品时以及在激光射线从玻璃产品射出时激光射线的反射；以及
将反射该激光射线(1)的反射器(19)以该反射器的反射区域设置在所述介质(20)内部。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质(20)是液体。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液体是水或甘油。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用于射出激光射线(1)的激光源相对于玻璃产品的要产生所述倒棱的侧面的位置是能调节的。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射器相对于玻璃产品的要产生所述倒棱的侧面的位置是能调节的。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射器使激光射线在从所述棱边射出之后朝着另一棱边转向；并且从另一棱边射出的激光射线被另一反射器朝向所述反射器反射。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射器具有平面状反射面或者具有凹形弯曲式反射面。
8.按照权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：利用具有第一波长的第一激光射线在所述倒棱处形成裂缝，利用具有不同于第一波长的第二波长的第二激光射线断开裂缝以便形成所述倒棱。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一波长在绿光范围内，并且所述第二波长为10.6μm。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质包围式冲洗要在其上产生所述倒棱的棱边。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射器是凹形弯曲式的，并且所述激光源和反射器这样定位，使得激光射线的焦点处于玻璃产品中。
12.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液体无气泡地被使用。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了借助激光在由玻璃制成的裁切件中进行辐射而切开玻璃，在该玻璃中成束的激光射线对准到要切开的玻璃上并且玻璃以处于切割面区域中的侧面被切开从而形成至少两个裁切件，其中，在切开玻璃之后，激光射线对准到所形成的裁切件的侧面的至少一个棱边上，以便通过使用所述方法从侧面上切除玻璃从而形成位于侧面上的倒棱。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，通过至少一个与将玻璃切成裁切件的激光射线无关的激光射线的作用来产生倒棱。
15.按照权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在裁切件的一个侧面上，在该侧面的两个棱边的区域中产生倒棱。
16.一种用于实施按照权利要求13所述的方法的系统，该系统具有用于将玻璃(5)切成至少两个裁切件的第一激光装置，其特征在于，设有至少一个另外的激光装置，该另外的激光装置的作用面相对于第一激光装置的作用面成锐角，并且该另外的激光装置的激光射线(1)对准到裁切件的侧面(15)上的棱边(16)内部的区域上；为了产生倒棱(17)而为所述另外的激光装置配设反射器(19)，各反射器通过与所述另外的激光装置同步地被驱动而能沿着裁切件的侧面(15)被调节。
17.按照权利要求16所述的系统，其特征在于，为了切开玻璃(5)，设有作为第一激光装置的激光源(6)、由能使光透过的材料制成的与要切开的玻璃的第一表面相接触的棱镜、以及反射系统，以便反射在多次全内反射之后在射出部位处通过另一棱镜从玻璃中射出的激光射线并且将该激光射线再次引导至玻璃中。
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