CN108698901B - 激光成丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在中空玻璃产品(12)的生产中分离多余玻璃(32)的方法和装置，其中所述方法包括：将所述中空玻璃产品(12)定中心于接收装置(10)中，所述接收装置(10)被设计成保持所述中空玻璃制品(12)并且按一定的方式绕旋转轴旋转，所述方式使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于旋转轴定中心；通过激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)，以在所述中空玻璃产品(12)绕旋转轴旋转期间产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝；以及沿所述分离线(24)引入能量，以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)。

Description

激光成丝
本发明涉及尤其是从饮用玻璃制品或其他中空玻璃产品中分离多余玻璃(吹气帽，puffer cap)的方法和装置。
在制造饮用玻璃制品或其他中空玻璃产品时，尤其是通过玻璃吹制技术，重要的加工步骤通常包括将吹气帽(多余玻璃)与在一端形成饮用边缘的玻璃制品区域中的实际饮用玻璃制品分离。在玻璃工业中已知有几种方法用于该加工步骤，其满足中空玻璃产品的制造和加工中的特殊要求。虽然在制造平板玻璃产品时也存在许多用于分离或切割玻璃的加工技术，但由于几何形状的不同，已知这些技术不适用于中空玻璃产品或不易应用。
在玻璃工业中已知有几种方法用于分离饮用玻璃制品中的吹气帽(多余玻璃)。这些方法将在下面简要列出。一种已知的方法是在热成形过程中通过火焰熔化掉吹气帽。在这种情况下，具有帽的饮用玻璃制品在口部边缘的高度处通过火炬加热超过软化温度，然后通过限定的运动拉离被去除的帽。但是，根据玻璃制品的位置，也可以通过帽的自身重量和重力来去除帽。在两种形式中，在将帽与饮用玻璃制品实际分离之前，产生收缩，即多余玻璃在饮用边缘处的脱离通常在一个位置开始并且沿边缘从所述位置在两个方向上传播。这种方法的缺点是口部边缘的低品质，因为它具有胀形结构，并且在“拉离”帽之后通常在口部边缘处产生增厚/隆起。
另一种方法是通过刻痕轮和火焰敲掉帽。在这种情况下，通过例如用金刚石砂轮或硬金属轮刻痕，在玻璃制品中在之后的分离表面上产生病损伤(指定的断裂部位)。通过点状火焰作用，然后可以将帽从饮用玻璃制品中敲掉。尽管用这种方法可以实现高品质的口部边缘，但在实际的熔合(fusing)过程之前，必须将破裂边缘湿磨，洗涤，然后再次干燥。然后，在单独的熔炼布局中完成口部边缘的熔合或火抛光。
吹气帽与饮用玻璃制品的分离也可以通过CO2激光器来完成。在这种情况下，通过激光束在饮用玻璃制品上的之后的口部边缘区域中产生分离部位(表面的损伤)。通过用金刚石砂轮或硬金属轮进行刻痕，可以生产高品质，但由于这种方法，口部边缘需要进行精加工抛光和洗涤。同样需要单独的熔炼布局来形成口部边缘。
然而，CO2激光器也用于热成形过程中，用于切除或熔化掉吹气帽。在这种情况下，将饮用玻璃制品在之后的分离部位加热至软化温度，然后通过提升运动将帽拉离。虽然在热范围内的应用对口部边缘提供了良好的品质，但在热应力和导致的玻璃破裂方面使得过程控制更加困难。
鉴于这种背景，本发明提出要解决的问题是创建饮用玻璃制品的吹气帽或多余玻璃的简化分离。该问题通过具有权利要求1所述特征的方法来解决。优选的实施方案是从属权利要求的主题。
特别地，本发明因此提供了在中空玻璃产品的生产中分离多余玻璃的方法。该方法包括将中空玻璃产品置于接收装置中央，该接收装置设计用于保持中空玻璃产品并且按一定的方式绕旋转轴旋转，所述方式使得多余玻璃与待生产的中空玻璃产品沿分离线分离，所述分离线相对于旋转轴定中心。特别地，分离线位于垂直于旋转轴的平面中。此外，该方法包括通过激光束沿分离线在多个位置处理中空玻璃产品，以在中空玻璃产品绕旋转轴旋转期间产生具有弱化(或改变/损坏)的玻璃结构的局部长丝。这种长丝特别地构成沿入射激光束方向纵向延伸的通道，其中借助于高激光强度发生材料改变。
为了获得高激光强度，优选使用聚焦激光，特别优选地使用脉冲激光。特别优选地，激光被发射成使得这些具有改变或损坏或弱化的玻璃材料结构的纵向通道由于自聚焦效应而延伸的长度比激光束的实际高斯聚焦长度更长。例如在WO 2012/006736A2中描述了这种激光处理，尤其是优选用于它们的激光器。然而，这些激光器仅被提出并且用于那里的平板玻璃。由于根据本发明的使用方式，特别是与根据本发明的被处理的玻璃制品的定中心和旋转相结合，首次认识到在中空玻璃产品中的应用是可能且非常有效的，尽管对成功形成长丝的精确聚焦有很高的要求。
在形成长丝之后，该方法还包括沿分离线引入能量，以沿弱化的玻璃结构分离多余玻璃。
本发明由此实现了多余玻璃的特别有效的分离，其中不再需要在分离线的区域中进一步处理污染玻璃制品边缘，因此也不再需要随后立即进行清洗。这减少了该方法的必要步骤，并且避免了例如在清洗之后仍然存在于玻璃制品上的清洗流体(例如，水)，这在随后的处理步骤中可能是麻烦的。
尽管迄今为止在平板玻璃工业中已经使用了特别是通过超短脉冲激光器的激光长丝切割的新方法，特别是对于硬化的显示器玻璃制品(例如，手机)(参见例如引用的文献WO 2012/006736 A2)，但到目前为止尚未公布该技术在中空玻璃制品工业中也可能具有巨大潜力，特别是如何成为可能。在中空玻璃产品(高脚器皿和玻璃制品)的情况下，当以本发明提出的方式使用时，该激光技术特别适用于分离饮用玻璃制品上的多余玻璃(帽)。
优选地，中空玻璃产品的定中心包括粗略定中心，特别地涉及将中空玻璃产品放置在支撑表面上，中空玻璃产品在支撑表面上或在接收装置之中或之上的移动以将中空玻璃产品相对于旋转轴定中心于分离线的高度处，随后通过接收装置拾取中空玻璃产品。或者，用于粗略定中心目的的移动也可以仅在通过接收装置拾取中空玻璃产品之后发生。在这种情况下，粗略定中心包括通过接收装置可移动地拾取中空玻璃产品，中空玻璃产品在接收装置之中或之上或相对于接收装置的移动用于使中空玻璃产品相对于旋转轴定中心于分离线的高度处，以及随后将中空玻璃产品固定或锁定在接收装置之中或之上。
粗略定中心优选地通过直接机械接触和通过定中心元件在分离线的区域中的玻璃制品上的压力来完成。因此，不需要预先进行单独测量。例如，可通过作为定中心元件的多个转动爪来完成移动，其可以相对于旋转轴对称地移动并且可以这种方式移动中空玻璃产品。或者，可相对于彼此移动并且也与旋转轴对称地移动的作为定中心元件的棱镜也可以在中空玻璃产品被接收装置拾取之前实现中空玻璃产品在支撑表面上的移动。特别优选地，爪或棱镜在分离线的区域中接触中空玻璃产品，即特别是在距离分离线的不大于约20mm的区域中，优选地在不大于约10mm的区域中，甚至更优选地在不大于约5mm的区域中。
以这种方式，可以按非常简单和可靠的方式来实现对分离线的相关区域的快速定中心，以在旋转玻璃制品期间保持激光处理在分离线上的位置变化尽可能地小。
然而，特别优选地，如果定中心元件(例如，爪和/或棱镜)接触分离线附近的玻璃(例如，在距离其上述距离的区域中)，但不超过分离线，即不在后面的玻璃的区域中，而是(相反地)在多余玻璃(即，吹气帽)的区域中。这防止定中心元件对后续玻璃造成任何损伤。
在一个优选实施方案中，中空玻璃产品的定中心包括由接收装置的保持装置保持的中空玻璃产品的精确定中心。精确定中心特别地包括通过定中心测量装置测定由接收装置保持的中空玻璃产品的偏心。特别优选地，在通过接收装置绕旋转轴旋转玻璃制品期间进行偏心的测定。此外，精确定中心优选地包括接收装置的保持装置相对于旋转轴的移动，以至少部分地补偿所测定的偏心。
与粗略定中心不同，精确定中心因此允许在玻璃制品的安装或锁定状态下偏心。特别是当通过接收装置拾取玻璃制品或者将玻璃制品锁定在接收装置中时，可能发生先前不可补偿的偏心，例如，如果在粗略定中心期间，接收装置优选地通过其拾取玻璃制品或玻璃制品通过其抵靠或锁定在保持装置上的玻璃制品底部不平行于支撑表面。在这种情况下，拾取时玻璃制品可能会进一步倾斜，使得分离线不再相对于旋转轴精确地定中心。优选地，在精确定中心期间，特别是与粗略定中心相比，不再直接接触和按压玻璃制品以用于移动目的。相反，优选地，通过推动来移动接收装置的保持装置。由于以这种方式不可能对玻璃制品造成损坏，因此与粗略定中心相比，在该推动期间可以使用稍大的力，使得可以在整个精确定中心期间保持玻璃制品锁定，以防止不需要的或者不受控制的滑移。以这种方式，在精确定中心期间实现了更高的精度和再现性。
在特别优选的实施方案中，所述方法包括粗略定中心和精确定中心，因为以这种方式，精确定中心可以限制为保持装置的相对轻微的移动，使得接收装置的简化且更精确的设计成为可能。
在另一个优选的实施方案中，通过激光束处理中空玻璃产品包括跟踪激光束的焦点，使得跟踪包括：沿分离线测定中空玻璃产品的椭圆度和/或剩余偏心率；以及在玻璃制品旋转期间光学单元在垂直于旋转轴的方向上的移动，以将激光束的焦点根据测定的椭圆度和/或剩余偏心率进行引导。因此，即使具有理想的玻璃制品定中心，在玻璃制品旋转期间在分离线的区域中也可能发生激光工作点的变化，这是由沿分离线的玻璃制品横截面与理想圆形(椭圆形)的偏差引起的。然而，为了实现激光在玻璃壁的区域中(尤其是在玻璃壁内)的最精确可能的聚焦，优选地针对每个玻璃制品单独地检测该椭圆度，并且相应地将焦点引导在垂直于旋转轴的平面中。这确保了分离线最终也位于与玻璃制品底部平行的平面中。
优选地，用于处理的激光束基本上垂直地撞击在玻璃制品表面上。特别是玻璃制品在分离线的区域中变窄或变宽的情况下，因此在不垂直于旋转轴的入射方向上发生用于在中空玻璃产品上处理中空玻璃产品的激光束的入射。但也在这种情况下，根据玻璃制品的椭圆度和/或剩余偏心率发生激光聚焦的引导，但优选地在垂直于旋转轴的平面中。但在处理具有较厚壁的玻璃的情况下，对此有利的是，不仅在玻璃制品旋转期间和相对于玻璃制品表面的聚焦深度处带来长丝形成，而且在具有不同的焦点深度的几个连续的激光处理步骤中也是如此，该方法优选地包括：
-第一激光处理过程，在此期间将玻璃制品绕旋转轴旋转360°，并且将激光设置在中空玻璃产品的玻璃壁上的第一焦点深度处；以及
-在第一激光处理过程之后的第二激光处理过程，在此期间将玻璃制品绕旋转轴旋转360°，并且将激光设置在中空玻璃产品的玻璃壁上的第二焦点深度处，所述中空玻璃产品相对于第一焦点深度在与光束入射方向平行的方向上移动。
因此，与用于补偿椭圆度和/或剩余偏心率的跟踪不同，用于连续激光处理过程以形成相同分离线的焦点深度的移动优选地不必发生在垂直于旋转轴的平面中，但优选地发生在平行于光束入射方向的方向上。已经发现，以这种方式，连续形成的长丝的更好的相互作用导致更容易分离多余玻璃和更清洁的分离边缘。
优选地，沿分离线引入能量以沿弱化的玻璃结构分离多余玻璃包括在中空玻璃产品绕旋转轴旋转期间局部引入热能。以这种方式产生的热应力，优选地没有进一步的机械作用，已经导致沿分离线的目标和精确的玻璃破裂。
在另一方面，本发明提供了用于在制造中空玻璃制品期间分离多余玻璃的相应装置。该装置包括：
-接收装置，其设计用于保持中空玻璃产品并且绕旋转轴旋转，
-定中心装置，其用于将中空玻璃产品定中心于接收装置中，使得多余玻璃与待生产的中空玻璃产品沿分离线分离，所述分离线相对于旋转轴定中心；
-激光处理装置，其特别地包括聚焦的脉冲激光器用于通过激光束沿分离线在多个位置处理中空玻璃产品，以在中空玻璃产品绕旋转轴旋转期间产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝；以及
-分离装置，其用于沿分离线引入能量，以沿弱化玻璃结构分离多余玻璃。
优选地，定中心装置包括粗略定中心装置，该定中心装置设计成使中空玻璃产品在支撑表面上移动，使得其相对于旋转轴定中心于分离线的高度处。因此，接收装置优选地设计成拾取由粗略定中心装置定中心的中空玻璃产品。
优选地，接收装置包括能够相对于旋转轴移动的保持装置，用于保持中空玻璃产品。优选地，定中心装置包括：
-定中心测量装置，其用于测定由接收装置保持的中空玻璃产品的偏心；以及
-精确定中心装置，用于使接收装置的保持装置相对于旋转轴移动，以至少部分地补偿所测定的偏心。
优选地，该装置包括椭圆度测量装置，其用于沿分离线测定中空玻璃产品的椭圆度和/或剩余偏心率；以及跟踪装置，其被设计成在垂直于旋转轴的方向上移动激光处理装置的光学单元，使得激光束的焦点在旋转中空玻璃产品期间根据测定的椭圆度和/或剩余偏心率进行引导或遵循测定的椭圆度和/或剩余偏心率。在一个实施方案中，椭圆度测量装置可以与定中心测量装置相同或由其形成。
优选地，激光处理装置被设计成将激光束在光束入射方向上引导至不垂直于旋转轴的中空玻璃产品上。光束入射方向由激光处理装置的光学单元的光轴限定或形成。当分离线位于具有加宽或变窄的玻璃区域(即，非圆柱形或倾斜的壁趋势)时，该倾斜的光束入射方向是特别有利的。以这种方式，激光仍然可以局部垂直地撞击在玻璃壁上，这减少了任何光学损失(例如，由于反射)。特别优选地，装置被设计成在第一激光处理过程中调节中空玻璃产品的玻璃壁中的激光束的第一焦点深度，在此期间玻璃制品绕旋转轴旋转360°，以及在第一激光处理过程之后，在第二激光处理过程中调节中空玻璃产品的玻璃壁中的激光束的第二焦点深度，在此期间玻璃制品绕旋转轴旋转360°，所述玻璃制品相对于第一焦点深度在与光束入射方向平行的方向上移动。以这种方式，可以沿分离线非常精确且可靠地处理较大的玻璃厚度。优选地，特别是对于玻璃的甚至更大的壁厚，具有连续改变的焦点深度的超过两次的转数(例如，三次、四次或五次)也是可能的。
优选地，分离装置包括热能源，尤其是气焊炬或CO2激光器，其被设计成在中空玻璃产品绕旋转轴旋转(一个或多个转数)期间沿分离线将热能局部地注入中空玻璃产品中。
优选地，所述装置包括多个处理站，每个处理站包括：
-接收装置，其被设计成保持中空玻璃产品并且绕旋转轴旋转；以及
-定中心装置，其用于将中空玻璃产品定中心于接收装置中，使得多余玻璃与待生产的中空玻璃产品沿分离线分离，所述分离线相对于旋转轴定中心；
-光学单元，其用于沿分离线将激光束聚焦在由相应的接收装置保持的中空玻璃产品上；以及
-激光束耦合元件(例如，转动的偏转镜)，其用于将激光束选择性地耦合至相应处理站的光学单元中。
优选地，多个处理站中的每个接收装置是根据本文描述的装置的优选实施方案之一设计的。对于相应的定中心装置也是如此，每个定中心装置可包括相应的粗略定中心装置和/或精确定中心装置。跟踪各个光学单元以补偿各个玻璃制品的椭圆度和/或剩余偏心率也可以在每个处理站中以所描述的优选方式具体地实现。
下面以实施例形式参考附图解释其他细节，特别是对于本发明的优选实施方案和实施方式。在附图中：
图1A示出了根据本发明的优选实施方案的具有抽吸装置的、用于接收玻璃制品进行处理的接收装置；
图1B示出了根据本发明的另一优选实施方案的具有夹持装置用于接收玻璃制品进行处理的接收装置；
图2A和图2B示出了根据本发明的优选实施方案的粗略定中心装置的功能；
图3A和图3B示出了根据本发明的另一优选实施方案的粗略定中心装置的功能；
图4A至图4D示出了根据本发明的优选实施方案的用于检测失圆度(偏心)的各种定中心测量装置；
图5A和图5B示出了根据本发明的优选实施方案的精确定中心装置的功能；
图6A和图6B示出了根据本发明的不同实施方案的激光处理装置的布置和功能；
图7示出了根据本发明的优选实施方案的、具有多个处理站的装置；以及
图8A和图8B示出了通过CO2激光器对饮用玻璃制品的口部边缘进行刻面(faceting)的过程。
精确且可靠地处理玻璃制品的起点(特别是通过超短脉冲激光器)是激光器的光学单元相对于正在处理的玻璃制品的非常精确的定位。在整个处理过程期间，需要尽可能精确地维持这种定位，尤其是光学器件与玻璃制品表面之间的间距。与平板玻璃的处理不同，其中光学器件与玻璃制品之间的间距可以相对容易地测定和维持，由于饮用玻璃制品的不同形状和几何形状以及通常精确形状或几何形状的再现性的更大容差或变化，这种要求对于饮用玻璃制品的处理提出了挑战。
对于通过机器处理饮用玻璃制品，有利的是将杯子至少在多余玻璃(吹气帽或帽)的机械分离期间倒置，使得待分离的帽可以下落并且因此不需要额外的装置。优选地，为此，在用于分离多余玻璃的处理之前，通过接收装置拾取每个玻璃制品。优选地，为此，首先将饮用玻璃制品通过其帽倒置在支撑表面(例如，支撑板)上。在此之后，可以通过接收装置拾取玻璃制品并通过提升运动(z方向)提升玻璃制品。此处的接收装置优选地设计成使得高脚器皿和饮用玻璃制品可以被拾取和保持。
图1A示出了根据本发明的一个优选实施方案的用于拾取和保持玻璃制品，尤其是饮用玻璃制品12的接收装置10。优选地，接收装置包括旋转单元14，旋转单元14特别地可绕垂直旋转轴转动，在该垂直旋转轴上安装保持装置用于保持玻璃制品12。特别优选地，保持装置通过适配器16连接至旋转单元14，并且其可以由不同的保持装置替代。在图1A所示的优选实施方案中，保持装置由抽吸装置18形成，所述抽吸装置18被设计成通过抽吸玻璃制品底部来保持玻璃制品12。在根据图1B的另一个优选实施方案中，保持装置由夹持装置20形成，所述夹持装置20被设计成通过多个夹持棘爪22(优选为至少三个)保持玻璃制品12。无论何种类型的保持装置，优选地被设计成保持玻璃制品12使得玻璃制品底部垂直于可旋转的旋转单元14的旋转轴。
优选地，玻璃制品12在被接收装置10拾取之前进行定中心，尤其是在后面的分离线或分离平面24的高度处。也就是说，玻璃制品12在被接收装置10拾取之前被定位在支撑表面上，使得其相对于旋转单元14的(垂直)旋转轴特别地定中心于后面的分离线的高度处。以这种方式，已经可以实现绕旋转轴的良好同心度(concentricity)。该初步定中心优选地通过粗略定中心装置26来完成，例如图2A中所示。在图2A的该实施方案中，粗略定中心装置26包括作为定中心元件的多个转动爪28，其优选地被设计和布置成大致在后面的分离线的高度处接触玻璃制品12，由此使其移动用于支撑表面上的初步定中心或粗略定中心(图2B)。在根据图3A的另一个优选实施方案中，粗略定中心装置26包括作为定中心元件的多个棱镜30，其优选地被设计和布置成大致在后面的分离线的高度处接触玻璃制品12，由此使其移动用于初步定中心或粗略定中心(图3B)。其他定中心元件也是可能的。
在玻璃制品12通过粗略定中心装置26进行初步定中心后，拾取玻璃制品12。在拾取步骤期间，粗略定中心装置26优选地位于工作位置或保持位置(特别是根据图2B或图3B)，使得饮用玻璃制品12不能改变其位置。一旦完成拾取饮用玻璃制品12的过程，就将定中心元件(例如，爪28或棱镜30)带回至它们的起始位置或初始位置(特别是根据图2A或图3A)。现在可以通过可移动的接收装置10尤其在垂直方向(z方向)上提升饮用玻璃制品12。
为了使饮用玻璃制品12加上帽或吹气帽32沿后面的分离线24分开以具有尽可能小的同心度偏差，尤其是沿后面的分离线24，玻璃制品12再次被精确地测量和定向，优选地在拾取后。为此，优选使用定中心测量装置34，其尤其是在后面的分离线24的高度处光学地和/或机械地检测同心度偏差，尤其是在玻璃制品12绕旋转单元14的旋转轴旋转期间。图4A至图4D示出了相机系统34a(图4A)、光带测微计34b(图4B)、白光传感器34c(图4C)或测量探针34d(图4D)的形式的定中心测量装置34的优选实施方案。测量特别地基本上发生在后面的口部边缘(即分离线24)的高度处，尤其是沿360°的整个圆周。通过集成在接收装置中的旋转驱动器产生绕纵轴倒挂的玻璃制品12的旋转。所使用的定中心测量装置34优选地安装在布局中，使得即使在不同的饮用玻璃制品的几何形状(不同的口部边缘直径/高度)下也可以始终在正确的位置进行测量。
在完成同心度测量之后，玻璃制品12优选地通过精确定中心装置36自动精确定中心或进一步定中心。例如，在图5A和图5B所示的精确定中心装置36的优选实施方案中，玻璃制品自动旋转至具有最大偏转的限定位置。在该限定位置，固定安装的按压销38然后从外部压靠接收装置10(例如，抵靠接收装置10的适配器16)，使得例如抽吸装置18或夹持装置20因此还有玻璃制品12任选地固定至其上的适配器16在按压销38的轴向方向上以线性方式移动。由于移动量达到限定量(最大偏转量的一半)，因此可以消除或至少减少玻璃制品12在旋转期间的同心度偏差。
为了便于适配器16的移动，优选地，在按压销38作用之前，使其与系统的其余部分(尤其是与旋转单元14)分离，以使相对(尤其是水平的)移动成为可能。在外部压销38已经使玻璃制品12与保持装置一起移动之后，适配器16优选地再次呈现刚性，使得玻璃制品的位置不再改变。现在，如果在测量同心度和随后的定向(精确定中心或进一步定中心)之后的玻璃制品12再次绕纵轴或旋转轴旋转，则径向跳动(同心度偏差)将在口部边缘的高度区域(分离线24)中减小到最小或完全消除。
实际的激光处理(尤其是在口部边缘24的高度处的穿孔)优选地特别在通过粗略定中心和/或精确定中心(或进一步定中心)改善同心度性质之后开始。为此，玻璃制品12通过接收装置10移动至下一站(激光室)。出于安全原因(例如激光防护等级4)，在激光步骤期间，该室应是封闭的并且是防辐射的。
为了特别精确且可靠地处理以分离多余玻璃32，尤其是当使用聚焦激光束时，在玻璃制品的旋转期间调节激光束的焦点，以跟随玻璃制品12与分离线24上的理想圆形(椭圆度)或不完美定中心的偏差。为此，优选地进行同心度的另一测量(椭圆度测量)(例如，剩余偏心或剩余偏心率和/或椭圆度)。例如，可以利用测量探针、光带测微计、光学传感器(白光传感器)和/或相机再次完成未来口部边缘24的高度处的重复测量(椭圆度测量)。这可以发生在激光室内部或者也可以在此之前发生。例如，相同的定中心测量装置34可以用于椭圆度测量，如用于精确定中心。
通过这种测量或椭圆度测量(凸轮盘)，所使用的激光器的光学单元因此可以在整个圆周上跟踪玻璃制品表面(甚至当饮用玻璃制品12的椭圆度较大时)。预定的偏移值限定了光学器件与玻璃制品之间的间距。为了使光学单元以线性方式移动，必须将其固定至行进滑动系统上。固定有光学器件的滑动系统优选是电动机操作的。图6A示出了用于处理玻璃制品12的激光的样本光学单元40。通过滑动系统42，光学单元40可以在旋转时跟踪玻璃制品12的椭圆度。优选地，滑动系统42被设计成引导光学单元40，使得激光的焦点在垂直于旋转单元14的旋转轴的平面中改变。这特别地确保了所产生的分离线24平行于玻璃制品底部。
为了在玻璃制品12中获得良好的长丝形成并因此在激光处理步骤期间沿分离线24获得优异的切割品质，激光束优选地基本上垂直于玻璃制品表面移动。在分离线24的区域中的圆柱形玻璃制品或玻璃制品部分的理想情况下，激光束可以水平移动，例如，以撞击在玻璃制品表面上，使得激光方向(光束)平行于滑动系统42的跟踪轴的方向行进。
在经历显著变宽或收缩的饮用玻璃制品几何形状朝向分离线24(例如，口部边缘)的情况下，光束方向从分离线24的平面偏离(倾斜)是有利的。在这种情况下，光学器件的迎角(滑动系统42的跟踪轴与光学单元40的光轴之间的角度)优选地对应于玻璃制品变窄或变宽的角度(例如，6B)。作为光学单元40的光轴或激光束方向相对于水平方向的倾斜的替代，激光在玻璃制品表面上的垂直入射也可以通过玻璃制品或(旋转单元14的)旋转轴相对于垂直方向的相应倾斜来实现。激光束方向和玻璃制品的倾斜的组合也是可能的。
特别希望对于整个圆周(即360°的直线行程)中的壁厚度仅用一个激光处理步骤来分离多余玻璃。如果要切断大于2mm的壁厚度，则为了实现良好的切割质量，若干激光处理步骤或360°的直线行程以及相对于玻璃制品的厚度方向的不同焦点设置可能是必需的或有利的。优选地，为此，在每个激光处理步骤之后，即在玻璃制品的每次完整旋转之后(即，360°)完成焦点的调节。跟踪运动(焦点调节)优选地通过其上安装光学单元40的电动机操作的轴向系统来发生。
在水平光学器件的情况下(即，光学单元40的光轴特别地垂直于旋转单元14的旋转轴，即，滑动系统42的跟踪轴移动方向和激光束相互平行运行)，可以非常容易地移动或调节焦点。在这种情况下，增加或减少存储在系统中的“工作距离”(偏移值)的值。然后，在激光处理步骤期间，使跟踪轴致动，使得所确定的凸轮盘跟随给定的偏移值。因为光学单元40平行于跟踪轴运行，因此激光处理也总是在同一平面内发生。然而，如果具有一个光学设置(光学单元与跟踪轴之间的倾斜角)的玻璃制品需要多个激光处理步骤，则优选使用平行于光学设置的附加行进轴，即平行于光学单元40的光轴，以根据玻璃制品的厚度跟踪连续激光步骤中的工作距离。
为了利用根据本发明的技术处理最大可能的件数量(循环速率高达60件或更多)，有利的是提供了具有多个接收装置10的处理站，其中可以在处理激光正在处理玻璃制品的同时保持和旋转多个玻璃制品。同时保持的玻璃制品的激光处理也可以连续发生，如果可以按这种方式在单个处理步骤中更好地集中可用的激光功率，则这是特别有利的。与从拾取至测量和定中心的玻璃制品的机械操作相比，由于实际的激光处理非常快速地发生(例如，在玻璃制品旋转360°或720°的时间内)，各个处理步骤可以通过平行保持、测量和定中心结合至少部分连续的激光处理来非常有效地相互协调。
图7示出了根据一个优选实施方案的处理站44，其具有多个(尤其是三个)接收装置和光学单元40，使得不是每一秒都需要是有节奏的(即，在接收设备中更换玻璃制品)。因此，循环速率可以减少三分之一，例如，通过将几个单独的站(接收设备和光学单元)组合成组(一个处理站44)。然后可以将循环之间的最长时间用于测量同心度和随后定向的玻璃制品或随后熔合的口部边缘。由于可以在测量三组(平行测序)的同心度之后完成径向跳动的补偿，因此玻璃制品可以在进一步循环后最终经历激光处理。目标是仅使用单个超短脉冲激光器连续激光处理多个玻璃制品。在顺序处理多个饮用玻璃制品的情况下，优选地，每个玻璃制品被给予其自身的光束路径，包括用于光束形成的集成光学单元40。从激光源出现的光束可以通过光束开关(例如，转动偏转镜46)来偏转，使得可以连续地激光处理排成一排的三个玻璃制品12。光束开关(偏转镜46)根据处理位置伸展或缩回。
在特别地沿玻璃制品12的整个圆周引入长丝(穿孔)之后，可以在下一个处理站中将帽32与饮用玻璃制品12分离。为了从玻璃制品上可靠地松开帽32，优选地在分离表面或分离线24(长丝线)特别地以热量的形式注入能量。例如，该热量可以通过火炬火焰和/或通过CO2激光器的激光束产生。为了使热量尽可能均匀地分布在分离线24的整个圆周上，优选以恒定的转速旋转玻璃制品。由于热量产生的应力差异(在分离部位引入的热量-“冷”玻璃制品(室温))，帽32与饮用玻璃制品12的其余部分分离。由于饮用玻璃制品12优选地倒挂在接收装置10，因此帽32也可以落入轴中并且被搬运走。因此，不需要用于帽32的额外移除单元。
由于在分离线24处的非常高品质的切割边缘可以通过使用超短脉冲激光进行长丝切割来产生，因此对于未来的口部边缘都不需要以抛光形式进行任何进一步处理。如果需要，口部边缘现在可以直接用CO2激光器进行刻面(在外边缘和内边缘处形成斜面)，例如图8A和图8B所示。在此，玻璃制品12优选设定为旋转。连接至CO2激光器48的2D扫描仪50将激光束偏转至外边缘(图8A)上进行例如一次旋转(360°)并且偏转至玻璃制品12的内边缘(图8B)上以进行另一次旋转，使得由于在口部边缘上的热作用，锐边被去除，因此形成了轻微的斜面。
如果需要，在去除帽之后，还可以在其他站熔合饮用玻璃制品的口部边缘。优选地，首先在玻璃制品表面上加热玻璃制品，然后例如用剧烈的火炬火焰处理。根据所需的熔合程度，将旋转玻璃制品暴露于火焰中，持续仅相当短的时间。由于热量，玻璃制品在分离边缘处部分熔化，使得在该位置形成圆角。
虽然上述说明书特别讨论了饮用玻璃制品的生产，但根据本发明的方法和根据本发明的相应装置也可以用于其他非平面玻璃产品或中空玻璃制品，其特别地通过玻璃吹制技术制造并且需要在分离线处将多余玻璃(吹气帽)与玻璃制品的其余部分分离。因此，例如，根据本发明可以生产玻璃花瓶、玻璃盘或玻璃水瓶，但只要玻璃制品厚度优选地为多达约4mm，特别优选地多达约3mm，甚至更优选地在多达约2mm。尽管没有从根本上排除较大的玻璃制品厚度，但对激光功率和激光的精确聚焦提出了相应的高要求，并且优选地使用几个激光通道(沿分离线的几个旋转)。
本发明提供了必要的基础，尤其是由于激光器的特别优选的多级定中心和引导，使得更厚的玻璃制品的范围也可以通过激光成丝切割方法获得。这是特别有利的，因为利用该技术，不再需要在分离线的区域中的污染玻璃制品边缘进行进一步处理，因此也不再需要随后立即进行清洗。这减少了该方法的必要步骤，并且避免了例如在清洗之后仍然存在于玻璃制品上的清洗流体(例如，水)，这在随后的处理步骤中可能是麻烦的。
标号列表
10 接收装置
12 玻璃制品，饮用玻璃制品
14 旋转单元
16 适配器
18 抽吸装置
20 夹持装置
22 夹持棘爪
24 分离线
26 粗略定中心装置
28 爪
30 棱镜
32 帽，吹气帽
34 定中心测量装置
36 精确定中心装置
38 按压销
40 光学单元
42 滑动系统
44 处理站
46 偏转镜
48 CO2激光器
50 2D扫描仪

Claims (24)

1.在中空玻璃产品(12)的生产中分离多余玻璃(32)的方法，包括：
-将所述中空玻璃产品(12)定中心于接收装置(10)中，所述接收装置(10)被设计成保持所述中空玻璃产品(12)并且按一定的方式绕旋转轴旋转，所述方式使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于所述旋转轴定中心；
-通过激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)，以在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝；以及
-沿所述分离线(24)引入能量，以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)，
其中所述中空玻璃产品(12)的定中心包括粗略定中心，其包括：
-将所述中空玻璃产品(12)放置在支撑表面上或通过所述接收装置(10)可移动地拾取所述中空玻璃产品(12)；
-将所述中空玻璃产品(12)在所述支撑表面上移动或相对于所述接收装置(10)移动，以使所述中空玻璃产品相对于所述旋转轴定中心于所述分离线(24)的高度处；以及然后
-通过所述接收装置(10)拾取所述中空玻璃产品(12)或者相对于所述接收装置锁定所述中空玻璃产品(12)；
其中所述中空玻璃产品(12)的定中心包括由所述接收装置(10)的保持装置(18；20)保持的所述中空玻璃产品的精确定中心，所述精确定中心包括：
-通过定中心测量装置(34)测定由所述接收装置(10)保持的所述中空玻璃产品(12)的偏心；以及
-使所述接收装置(10)的保持装置(18；20)相对于所述旋转轴移动，以便至少部分地补偿所述测定的偏心。
2.如权利要求1所述的方法，其中沿所述分离线(24)引入能量以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)包括在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间局部引入热能。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中通过所述激光束处理所述中空玻璃产品(12)包括跟踪所述激光束的焦点，所述跟踪包括：
-沿所述分离线(24)测定所述中空玻璃产品(12)的椭圆度和/或剩余偏心率；以及
-在所述中空玻璃产品旋转期间在垂直于所述旋转轴的方向上移动光学单元(40)，以将所述激光束的焦点根据所述测定的椭圆度和/或剩余偏心率进行引导。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中用于处理所述中空玻璃产品(12)的所述激光束在所述中空玻璃产品(12)上的入射发生在不垂直于所述旋转轴的入射方向上，其中所述中空玻璃产品(12)的处理包括：
-第一激光处理过程，在此期间将所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，并且将所述激光设置在所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁上的第一焦点深度处；以及
-在所述第一激光处理过程之后的第二激光处理过程，在此期间将所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，并且将所述激光设置在所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁中的第二焦点深度处，所述中空玻璃产品(12)相对于所述第一焦点深度在与光束入射方向平行的方向上移动。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中通过所述激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)以产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝包括用聚焦的脉冲激光束照射。
6.在中空玻璃产品(12)的生产中分离多余玻璃(32)的装置，包括：
-接收装置(10)，其被设计成保持所述中空玻璃产品(12)并且绕旋转轴旋转，
-定中心装置，其用于将所述中空玻璃产品(12)定中心于所述接收装置(10)中，使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于所述旋转轴定中心；
-激光处理装置，其用于通过激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)，以在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝；以及
-分离装置(48；50)，其用于沿所述分离线(24)引入能量，以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)；
其中所述定中心装置包括粗略定中心装置(26)，其被设计成使所述中空玻璃产品(12)在支撑表面上移动或相对于所述接收装置(10)移动，使得所述中空玻璃产品(12)相对于所述旋转轴被定中心于所述分离线(24)的高度处；并且其中所述接收装置(10)被设计成拾取或锁定由所述粗略定中心装置定中心的所述中空玻璃产品(12)；
其中所述接收装置(10)包括用于保持所述中空玻璃产品(12)的能够相对于所述旋转轴移动的保持装置(18；20)，并且其中所述定中心装置包括：
-定中心测量装置(34)，其用于测定由所述接收装置(10)保持的所述中空玻璃产品(12)的偏心；以及
-精确定中心装置(36)，其用于使所述接收装置(10)的保持装置(18；20)相对于所述旋转轴移动，以便至少部分地补偿所述测定的偏心。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述分离装置(48；50)包括热能源，其被设计成在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间沿所述分离线(24)将热能局部地注入所述中空玻璃产品中。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述热能源为气体火炬或CO2激光器。
9.如权利要求6或7所述的装置，包括：
-椭圆度测量装置(34)，其用于沿所述分离线(24)测定所述中空玻璃产品(12)的椭圆度和/或剩余偏心率；以及
-跟踪装置(42)，其被设计成在垂直于所述旋转轴的方向上移动所述激光处理装置的光学单元(40)，使得所述激光束的焦点在所述中空玻璃产品(12)的旋转期间根据所述测定的椭圆度和/或剩余偏心率进行引导。
10.如权利要求6或7所述的装置，其中所述激光处理装置被设计成将所述激光束以光束入射方向引导至不垂直于所述旋转轴的所述中空玻璃产品(12)上，并且其中所述装置被设计成在第一激光处理过程中调节所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁中的激光束的第一焦点深度，在此期间所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，以及在所述第一激光处理过程之后，在第二激光处理过程中调节所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁中的激光束的第二焦点深度，在此期间所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，所述中空玻璃产品相对于所述第一焦点深度在与所述光束入射方向平行的方向上移动。
11.如权利要求6或7所述的装置，其中所述激光处理装置包括聚焦的脉冲激光器。
12.如权利要求6或7所述的装置，包括多个处理站，其各自包括：
-接收装置(10)，其被设计成保持中空玻璃产品(12)并且绕旋转轴旋转；以及
-定中心装置，其用于使所述中空玻璃产品(12)定中心于所述接收装置(10)中，使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于所述旋转轴定中心；
-光学单元(40)，其用于沿所述分离线(24)使激光束聚焦在由相应的接收装置(10)保持的所述中空玻璃产品(12)上；以及
-激光束耦合元件(46)，其用于将激光束选择性地耦合到相应的处理站的所述光学单元(40)中。
13.在中空玻璃产品(12)的生产中分离多余玻璃(32)的方法，包括：
-将所述中空玻璃产品(12)定中心于接收装置(10)中，所述接收装置(10)被设计成保持所述中空玻璃产品(12)并且按一定的方式绕旋转轴旋转，所述方式使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于所述旋转轴定中心；
-通过激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)，以在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝；以及
-沿所述分离线(24)引入能量，以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)；
其中通过所述激光束处理所述中空玻璃产品(12)包括跟踪所述激光束的焦点，所述跟踪包括：
-沿所述分离线(24)测定所述中空玻璃产品(12)的椭圆度和/或剩余偏心率；以及
-在所述中空玻璃产品旋转期间在垂直于所述旋转轴的方向上移动光学单元(40)，以将所述激光束的焦点根据所述测定的椭圆度和/或剩余偏心率进行引导，
其中用于处理所述中空玻璃产品(12)的所述激光束在所述中空玻璃产品(12)上的入射发生在不垂直于所述旋转轴的入射方向上，其中所述中空玻璃产品(12)的处理包括：
-第一激光处理过程，在此期间将所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，并且将所述激光设置在所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁上的第一焦点深度处；以及
-在所述第一激光处理过程之后的第二激光处理过程，在此期间将所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，并且将所述激光设置在所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁中的第二焦点深度处，所述中空玻璃产品(12)相对于所述第一焦点深度在与光束入射方向平行的方向上移动。
14.如权利要求13所述的方法，其中沿所述分离线(24)引入能量以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)包括在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间局部引入热能。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述中空玻璃产品(12)的定中心包括粗略定中心，其包括：
-将所述中空玻璃产品(12)放置在支撑表面上或通过所述接收装置(10)可移动地拾取所述中空玻璃产品(12)；
-将所述中空玻璃产品(12)在所述支撑表面上移动或相对于所述接收装置(10)移动，以使所述中空玻璃产品相对于所述旋转轴定中心于所述分离线(24)的高度处；以及然后
-通过所述接收装置(10)拾取所述中空玻璃产品(12)或者相对于所述接收装置锁定所述中空玻璃产品(12)。
16.如权利要求13或14所述的方法，其中所述中空玻璃产品(12)的定中心包括由所述接收装置(10)的保持装置(18；20)保持的所述中空玻璃产品的精确定中心，所述精确定中心包括：
-通过定中心测量装置(34)测定由所述接收装置(10)保持的所述中空玻璃产品(12)的偏心；以及
-使所述接收装置(10)的保持装置(18；20)相对于所述旋转轴移动，以便至少部分地补偿所述测定的偏心。
17.如权利要求13或14所述的方法，其中通过所述激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)以产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝包括用聚焦的脉冲激光束照射。
18.在中空玻璃产品(12)的生产中分离多余玻璃(32)的装置，包括：
-接收装置(10)，其被设计成保持所述中空玻璃产品(12)并且绕旋转轴旋转，
-定中心装置，其用于将所述中空玻璃产品(12)定中心于所述接收装置(10)中，使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于所述旋转轴定中心；
-激光处理装置，其用于通过激光束沿所述分离线(24)在多个位置处理所述中空玻璃产品(12)，以在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间产生具有弱化的玻璃结构的局部长丝；以及
-分离装置(48；50)，其用于沿所述分离线(24)引入能量，以沿所述弱化的玻璃结构分离所述多余玻璃(32)；
-椭圆度测量装置(34)，其用于沿所述分离线(24)测定所述中空玻璃产品(12)的椭圆度和/或剩余偏心率；以及
-跟踪装置(42)，其被设计成在垂直于所述旋转轴的方向上移动所述激光处理装置的光学单元(40)，使得所述激光束的焦点在所述中空玻璃产品(12)的旋转期间根据所述测定的椭圆度和/或剩余偏心率进行引导；
其中所述激光处理装置被设计成将所述激光束以光束入射方向引导至不垂直于所述旋转轴的所述中空玻璃产品(12)上，并且其中所述装置被设计成在第一激光处理过程中调节所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁中的激光束的第一焦点深度，在此期间所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，以及在所述第一激光处理过程之后，在第二激光处理过程中调节所述中空玻璃产品(12)的玻璃壁中的激光束的第二焦点深度，在此期间所述中空玻璃产品绕所述旋转轴旋转360°，所述中空玻璃产品相对于所述第一焦点深度在与所述光束入射方向平行的方向上移动。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述分离装置(48；50)包括热能源，其被设计成在所述中空玻璃产品(12)绕所述旋转轴旋转期间沿所述分离线(24)将热能局部地注入所述中空玻璃产品中。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述热能源为气体火炬或CO2激光器。
21.如权利要求18或19所述的装置，其中所述定中心装置包括粗略定中心装置(26)，其被设计成使所述中空玻璃产品(12)在支撑表面上移动或相对于所述接收装置(10)移动，使得所述中空玻璃产品(12)相对于所述旋转轴被定中心于所述分离线(24)的高度处；并且其中所述接收装置(10)被设计成拾取或锁定由所述粗略定中心装置定中心的所述中空玻璃产品(12)。
22.如权利要求18或19所述的装置，其中所述接收装置(10)包括用于保持所述中空玻璃产品(12)的能够相对于所述旋转轴移动的保持装置(18；20)，并且其中所述定中心装置包括：
-定中心测量装置(34)，其用于测定由所述接收装置(10)保持的所述中空玻璃产品(12)的偏心；以及
-精确定中心装置(36)，其用于使所述接收装置(10)的保持装置(18；20)相对于所述旋转轴移动，以便至少部分地补偿所述测定的偏心。
23.如权利要求18或19所述的装置，其中所述激光处理装置包括聚焦的脉冲激光器。
24.如权利要求18或19所述的装置，包括多个处理站，其各自包括：
-接收装置(10)，其被设计成保持中空玻璃产品(12)并且绕旋转轴旋转；以及
-定中心装置，其用于使所述中空玻璃产品(12)定中心于所述接收装置(10)中，使得所述多余玻璃(32)与待生产的所述中空玻璃产品(12)沿分离线(24)分离，所述分离线(24)相对于所述旋转轴定中心；
-光学单元(40)，其用于沿所述分离线(24)使激光束聚焦在由相应的接收装置(10)保持的所述中空玻璃产品(12)上；以及
-激光束耦合元件(46)，其用于将激光束选择性地耦合到相应的处理站的所述光学单元(40)中。
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