DE102004009950A1

DE102004009950A1 - Vorrichtung mit Bearbeitungskopf, zugehöriges Verfahren und Sensor

Info

Publication number: DE102004009950A1
Application number: DE102004009950A
Authority: DE
Inventors: Richard GRUNDMÜLLER
Original assignee: Corning Laser Technologies GmbH
Current assignee: Corning Laser Technologies GmbH
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Werkstücks (15), insbesondere mit einem Laserstrahl, wobei die Vorrichtung einen Bearbeitungskopf (1) zum Bearbeiten der Oberfläche des Werkstücks (15) und eine Druckgaserzeugungseinrichtung (21) hat, die ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster (16) zwischen dem Bearbeitungskopf (1) und der Oberfläche des Werkstücks (15) derart erzeugt, dass der Bearbeitungskopf (1) auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster mit einem festen Abstand (a) zur Oberfläche des Werkstücks (15) gelagert ist, ein zugehöriges Verfahren und einen zugehörigen Lagesensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Bearbeitungskopf zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines plattenförmigen Werkstücks, ein zugehöriges Verfahren und einen Sensor, der in der Vorrichtung oder dem Verfahren der Erfindung verwendet werde kann.

Beim Bearbeiten von großflächigen Werkstückplatten, z.B. beim Ritzen oder Materialabtragen, mittels Laserstrahlung tritt das Problem auf, dass die Platten sich mehr oder wenig durchbiegen, wellig sind oder Wölbungen, Erhebungen usw. haben, wodurch die Fokussierung des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche derart verschlechtert werden kann, dass die Bearbeitung nur noch fehlerhaft durchgeführt werden kann. Eine fehlerhafte Bearbeitung der Werkstückoberfläche kann sich bei den besagten Formstörungen des Werkstücks z.B. auch ergeben, wenn das Werkstück mit einem Schneidrad getrennt werden soll und der Andruck des Schneidrads aufgrund der Formstörungen unregelmäßig wird, wodurch sich wiederum unregelmäßige Bruchstellen ergeben können.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine fehlerhafte Bearbeitung aufgrund dieser Formstörungen des Werkstücks zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, das Verfahren gemäß Anspruch 15 bzw. den Sensor gemäß Anspruch 24 gelöst. Demnach hat die Vorrichtung der Erfindung zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere einer Oberfläche des Werkstücks, einen Bearbeitungskopf bzw. eine Bearbeitungseinrichtung zum Bearbeiten des Werkstücks und eine Druckgaserzeugungseinrichtung, die ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster zwischen dem Bearbeitungskopf und der Oberfläche des Werkstücks derart erzeugt, dass der Bearbeitungskopf bzw. die Bearbeitungseinrichtung auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster mit einem festen Abstand zur Oberfläche des Werkstücks gelagert ist.

Durch die Gas- bzw. Druckluftlagerung des Bearbeitungskopfs auf dem Werkstück hat die Erfindung den erheblichen Vorteil, dass der Bearbeitungskopf ständig den gleichen Abstand zur Oberfläche oder Oberseite, die zu bearbeiten ist, einhalten kann, da er Vertiefungen oder Erhebungen bzw. konvexen oder konkaven Wölbungen des zu bearbeitenden Werkstücks zwangsläufig aufgrund seines Gewichts oder eines Anpressdrucks folgt. Wodurch eine schnelle und genaue Nachführung des Kopfes zu der Oberfläche des Werkstücks erreicht wird. Zudem hat die Gaspolsterlagerung des Bearbeitungskopfes den Vorteil, dass ein Bewegen des Kopfes über der Werkstückoberseite ohne Berührung zwischen Bearbeitungskopf und Werkstück sichergestellt wird.

Als Bearbeitungen des Werkstücks durch den Bearbeitungskopf kommen z.B. das Schneiden einer Glasplatte, das Ritzen von Platten, das Abtragen von Material von der Plattenoberfläche, das Trimmen von elektrischen Leiterbahnen, Widerständen und weiteren elektrischen Bauelementen, das Unterbrechen von Leiterbahnen, das Ausbilden von Vertiefungen, Gräben und z.B. Rillen, das Ausbilden von Gitterstrukturen usw. insbesondere mittels Laser bzw. Laserstrahlung in Frage.

Bevorzugt ist der Bearbeitungskopf in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks hin- und her frei beweglich angeordnet und geführt, um eine schnelle Nachführbewegung oder senkrechte Hin-und-Herbewegung des Bearbeitungskopfes ermöglichen zu können.

Die Vorrichtung der Erfindung kann eine Lagesignalerzeugungseinrichtung haben, die mit dem Bearbeitungskopf gekoppelt ist und ein Lagesignal erzeugt, das ein Maß für die Bewegung des Bear beitungskopfes in Richtung senkrecht zu der dem Bearbeitungskopf zugewandten Oberfläche bzw. Oberseite des Werkstücks ist. Aufgrund des erzeugten Lagesignals können Vertiefungen bzw. Erhebungen der Oberfläche des Werkstücks, Wölbungen, Durchbiegungen oder Biegungen des Werkstücks, die insbesondere bei plattenförmigen Werkstücken auftreten können, detektiert werden und elektronisch erfasst und ausgewertet werden, um gegebenenfalls entsprechende Gegenmaßnahmen z.B. durch Einstellen der Werkstücklagerung durchführen zu können.

Bevorzugt wird eine Vorspanneinrichtung oder Andruckeinrichtung, z.B. eine Schraubenfeder oder eine pneumatische Feder, verwendet, die den Bearbeitungskopf gegen die Oberfläche des Werkstücks in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks vorspannt bzw. andrückt, wodurch ein sicherer Aufbau des Gaspolsters zwischen Bearbeitungskopf und Werkstückoberfläche erreicht wird, ein Überschwingen des Bearbeitungskopfes zumindest gedämpft oder vermieden und das Einschwingverhalten des Bearbeitungskopfes verbessert werden kann.

Eine ebene Unterseite bzw. Unterseitenfläche des Bearbeitungskopfs oder Sensors, die der Oberfläche oder Oberseite des Werkstücks zugewandt ist, ist bevorzugt ringförmig und umgibt eine Mittenöffnung an der Unterseite des Bearbeitungskopfs somit auch ringförmig. Diese symmetrischen Verhältnisse ermöglichen einen einfachen Aufbau und eine gleichmäßige und einfache Aufrechterhaltung des Gaspolsters oder Luftpolsters zwischen der Unterseite des Bearbeitungskopfs und der zugewandten Oberseite oder Oberfläche des Werkstücks, insbesondere bei einem plattenförmigen Werkstück wie einem Glasssubstrat, aufgrund der sich einstellenden symmetrischen Strömungsverhältnisse. Die besagte Unterseite des Bearbeitungskopfs bzw. Sensors kann jedoch auch eine andere Form oder einen anderen Umriss haben. Sie kann z.B. oval, rechteckig oder kreisförmig sein.

Bevorzugt ist eine Einstelleinrichtung, die mit der Fokussiereinrichtung gekoppelt ist, zum Einstellen des Abstands zwischen der Fokussiereinrichtung und der Oberfläche oder Oberseite des Werkstücks vorgesehen, wodurch eine grundlegende Fokussierung des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche bei vorgegebenem Abstand zwischen Bearbeitungskopf und Werkstückoberfläche ermöglicht wird. Als Einstelleinrichtung für die Fokussiereinrichtung kann hier z.B. ein elektromotorischer Antrieb oder ein piezoelektrisches Stellglied verwendet werden.

Der Bearbeitungskopf kann eine durchgehende Mittenöffnung oder Mittenbohrung haben, deren geometrische Mittenachse auf der Oberfläche des Werkstücks senkrecht steht, wobei der Laserstrahl entlang der Mittenachse verläuft und der Brennpunkt des Laserstrahls auf der Mittenachse liegt. Der Laserstrahl kann dann entlang der Mittenachse in der Öffnung über die Fokussiereinrichtung auf die Werkstückoberseite mit automatischer Selbsteinstellung oder Nachführung geworfen bzw. fokussieret werden.

Bevorzugt hat die Vorrichtung der Erfindung einen weiteren, zweiten Bearbeitungskopf zum Bearbeiten einer Unterseite des Werkstücks mit einem Laserstrahl. Der zusätzliche Bearbeitungskopf hat eine Fokussiereinrichtung, die den Laserstrahl auf die Unterseite oder eine andere Ebene des Werkstücks fokussiert, und eine Abstandeinstelleinrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen dem weiteren, zweiten Bearbeitungskopf und der Unterseite des Werkstücks und/oder des Abstands zwischen der Fokussiereinrichtung und der Unterseite des Werkstücks in Abhängigkeit von dem Lagesignal, das von dem ersten Bearbeitungskopf an der Oberseite des Werkstücks, insbesondere eines plattenförmigen Werkstücks, stammt. Hierdurch wird eine Bearbeitung der Unterseite des Werkstücks ermöglicht, die gleichzeitig zur Laserbearbeitung der Oberseite des Werkstücks stattfinden kann. Da das Lagesignal vom ersten Bearbeitungskopf eine Abweichung der tatsächlichen Oberflächenlage bzw. Istlage der Oberseite des Werkstücks von deren Normallage angibt, kann mit dem Lagesignal auch der Abstand des zweiten Bearbeitungskopfs gegenüber der Unterseite des Werkstücks eingestellt werden und folglich der zweite Bearbeitungskopf nachgeführt werden. Als Abstandeinstelleinrichtung des zweiten Bearbeitungskopfs kann z.B. ein elektromotorisches Stellglied oder ein piezoelektrisches Stellglied verwendet werden, das den Abstand zwischen dem zweiten Bearbeitungskopf und der Unterseite des Werkstücks oder den Abstand zwischen der Fokussiereinrichtung des zweiten Bearbeitungskopfs und der Unterseite des Werkstücks in Abhängigkeit von dem Lagesignal einstellt, oder es können mehrere Stellglieder verwendet werden, um in Abhängigkeit von dem Lagesignal den Abstand zwischen der Fokussiereinrichtung des zweiten Bearbeitungskopfs und der Werkstückunterseite und auch den Abstand zwischen dem zweiten Bearbeitungskopf und der Werkstückunterseite getrennt voneinander oder kombiniert einstellen zu können.

Bevorzugt fallen die Mittenachse des Bearbeitungskopfs zum Bearbeiten der Oberseite des Werkstücks und die Mittenachse des weiteren, zweiten Bearbeitungskopfs zum Bearbeiten der Unterseite des Werkstücks zusammen, wodurch eine genaue Abstandsnachführung beider Bearbeitungsköpfe ermöglicht wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere einer Oberfläche des Werkstücks, insbesondere ein Bearbeitungsverfahren mittels Laserstrahl, wobei das Werkstück von einem Bearbeitungskopf bearbeitet wird und ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster zwischen dem Bearbeitungskopf und der Oberfläche des Werkstücks derart von einer Druckgaspolster- oder Druckluftpolstererzeugungseinrichtung erzeugt wird, dass der Bearbeitungskopf auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster mit einem festen Abstand zur Oberfläche des Werkstücks lagert bzw. schwebt.

Bevorzugt wird ein weiterer, zweiter Bearbeitungskopf verwendet, der beim Bearbeiten der Unterseite des Werkstücks von der Abstandeinstelleinrichtung zu der Unterseite des plattenförmigen Werkstücks hin bewegt wird, wenn eine Wölbung oder Störung wie ein Durchbiegung oder Welligkeit des Werkstücks von dem weiteren Bearbeitungskopf weg gerichtet ist und das Lagesignal entsprechend einen Pluswert annimmt, und der von der Abstandeinstelleinrichtung von der Unterseite des plattenförmigen Werkstücks weg bewegt wird, wenn eine Wölbung oder Störung des Werkstücks zu dem zweiten, weiteren Bearbeitungskopf hin gerichtet ist und das Lagesignal entsprechend einen Minuswert annimmt.

Der Bearbeitungskopf an der Oberseite des Werkstücks kann ohne aktiven Laserstrahl, also ohne Oberseitenbearbeitung, synchron gekoppelt mit dem weiteren Bearbeitungskopf an der Unterseite parallel zur Oberseite des Werkstücks verfahren werden, wenn nur die Unterseite des Werkstücks bearbeitet werden soll, um das Lagesignal zum Steuern des Abstands zwischen dem weiteren Bearbeitungskopf bzw. der Fokussiereinrichtung des weiteren Bearbeitungskopfs und der Unterseite des Werkstücks erzeugen zu können. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht damit, eine genaue Bearbeitung der Unterseite, insbesondere bei einem plattenförmigen Werkstück, unabhängig von einer Bearbeitung der Plattenoberseite.

Mit dem Verfahren der Erfindung kann insbesondere ein plattenförmiges Werkstück, z.B. eine Glasscheibe, ein Glassubstrat, ein Blech, eine Halbleiterscheibe oder ein Wafer oder eine Keramikscheibe bearbeitet werden. Das Verfahren der Erfindung wird bevorzugt bei der Bearbeitung von relativ großflächigen Werkstückplatten z.B. mit einer Fläche 1m × 1m = 1m² verwendet.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Sensor zum Erfassen der Lage eines Werkstücks und zum Erzeugen eines Lagesignals, das die Lage einer Oberfläche oder einer Oberseite des Werkstücks angibt, wobei der Sensor ein Schwebeteil und eine Druckgaserzeugungseinrichtung, die ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster zwischen dem Schwebeteil und der Oberfläche des Werkstücks derart erzeugt, dass das Schwebeteil auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster mit einem festen Abstand zur Oberfläche des Werkstücks gelagert ist, und eine Lagesignalerzeugungseinrichtung hat, die mit dem Schwebeteil derart gekoppelt ist, dass das erzeugte Lagesignal ein Maß für die Bewegung des Schwebeteils in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Schwebteils und somit auch für die Lage des Werkstücks ist. Da das Schwebeteil und damit auch der Sensor selbsttätig der Oberfläche des Werkstücks mit konstantem Abstand folgt, wenn der Sensor über dem Werkstück verfahren wird oder eine Relativbewegung des Sensors zur Oberfläche des Werkstücks vorliegt, kann der Sensor ständig ein genaues Lagesignal des Werkstücks oder der Werkstückoberfläche erzeugen, ohne dass er mit der Oberfläche des Werkstücks in Berührung kommt, wodurch vorteilhaft auch eine Beschädigung, Verunreinigung oder sonstige Beeinträchtigung des Werkstücks aufgrund des Sensors vermieden werden kann.

Das Schwebeteil des Sensors der Erfindung ist bevorzugt in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche oder Oberseite des Werkstücks hin- und her frei beweglich angeordnet bzw. geführt, wodurch ein schnelles Nachführen des Schwebeteils ermöglicht wird.

Bevorzugt ist der Sensor mit einem Bearbeitungskopf bzw. einer Bearbeitungseinrichtung einer Vorrichtung der Erfindung gekoppelt, wobei er z.B. starr mit dem Bearbeitungskopf verbunden sein kann und wobei der Sensor bzw. sein Schwebeteil wiederum mit Abstand bzw. entfernt von dem Bearbeitungskopf angeordnet sein kann, direkt am Bearbeitungskopf angebracht sein kann oder mittenachsengleich mit dem Bearbeitungskopf verbunden sein kann. Schließlich kann der Sensor, insbesondere sein Schwebeteil, einstückig mit dem Bearbeitungskopf ausgebildet sein. Bevorzugt trägt das Schwebeteil des Sensors den ganzen Bearbeitungskopf, während das Schwebeteil auf dem erzeugten Luftpolster oder Gaspolster zwischen einer Unterseite des Schwebeteils und der zugewandten Oberfläche des Werkstücks schwebt bzw. gelagert ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Weiterbildungen und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung der Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Luftpolster gelagerten Bearbeitungskopf an einer Oberseite eines plattenförmigen Werkstücks, einem weiteren Bearbeitungskopf für die Unterseite des Werkstücks und einem Sensor zum Detektieren der Lage der Oberseite des Werkstücks; und
2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung der Erfindung gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform, wobei hier im wesentlichen nur der erste Bearbeitungskopf und der zweite Bearbeitungskopf mit einem dazwischen angeordneten, plattenförmigen Werkstück gezeigt sind.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht der Vorrichtung der Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wobei die Vorrichtung einen ersten Bearbeitungskopf 1 als Bearbeitungseinrichtung, der über einer Oberseite 17 bzw. Oberfläche eines plattenförmigen, großflächigen Werkstücks 15, z.B. einem Glassubstrat, angeordnet ist, einen Sensor 2, 9 zum Erzeugen eines Lagesignals LS, das ein Maß für die Lage des Werkstücks 15 bzw. die Oberseite 17 oder eine Unterseite 18 des Werkstücks 15 ist, eine Andruckeinrichtung 5, die den ersten Bearbeitungskopf 1 zu der Oberseite des 17 des Werkstücks 15 hin drückt bzw. vorspannt, eine Trägereinrichtung 6, an der der erste Bearbeitungskopf 1 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 15 frei beweglich geführt ist, einen weiteren, zweiten Bearbeitungskopf 12 zur Bearbeitung der Unterseite 18 des Werkstücks 15, der mit einem Abstand zur Unterseite 18 des Werkstücks 15 angeordnet ist, und eine nicht gezeigte Verfahreinrichtung hat, die entweder das Werkstück 17 relativ zu dem ersten Bearbeitungskopf 1 und dem zweiten Bearbeitungskopf 12 bewegt, den ersten Bearbeitungskopf 1 und den zweiten Bearbeitungskopf 12 relativ zum Werkstück bei dessen Bearbeitung bewegt oder sowohl das Werkstück als auch die beiden Bearbeitungsköpfe 1 und 12 bei der Bearbeitung des Werkstücks 15 bewegt, wobei die Verfahrbewegung in einer Parallelebene zum plattenförmigen Werkstück z.B. durch einen elektromotorischen Antrieb ausgeführt wird.
Der erste Bearbeitungskopf 1 hat einen rohrförmigen Hauptkörper 1.1, in dessen durchgehenden Hohlraum 8 eine optische Linse als Fokussiereinrichtung 3 für einen Laserstrahl 4 untergebracht ist, die höhenverstellbar ausgelegt ist. Der Hauptkörper 1.1 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer geometrischen Mittenachse M aufgebaut, die senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 15 ist und entlang der der Laserstrahl 4, der von einer nicht gezeigten Lasereinrichtung erzeugt wird, durch die Linse der Fokussiereinrichtung 3 auf die Oberseite 17 des Werkstücks 15 zur Bearbeitung des Werkstücks 15 geworfen oder fokussiert wird. Der Hauptkörper 1.1 ist auf einem Schwebeteil 2 bzw.
Schwebeabschnitt angeordnet und wird von diesem getragen. Der Hauptkörper 1.1 und das Schwebeteil 2 können auch einstückig ausgebildet sein.
Das Schwebeteil 2 hat herausgelöst betrachtet die Form eines Kegelstumpfs mit planparallelen Ober- und Unterseiten, wobei die Unterseite 19 des Schwebeteils 2 der Oberseite 17 des plattenförmigen Werkstücks 15 zugewandt ist. Das Schwebeteil 2 ist wiederum im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Mittenachse M und hat eine von seiner Oberseite zur Unterseite 19 durchgehende Öffnung 20, die den Hohlraum 8 des Hauptkörpers 1.1 fortsetzt. Die ebene Unterseite 19 des Schwebeteils 2 ist somit ringförmig und umschließt auch die Öffnung 20 ringförmig. An den seitlichen Flanken des Schwebeteils 2 sind mehrere Einlässe 2.1 für Druckluft bzw. Pressluft ausgebildet, die über fortsetzende Kanäle 2.2 in der Wand des Schwebeteils 2 mit entsprechenden Auslässen 2.3 an der Unterseite 19 verbunden sind, um Druckluft dem Raum zwischen der Unterseite 19 des Schwebeteils 2 bzw. des Bearbeitungskopfs 1 zuzuführen, wodurch ein tragendes Luftpolster 16 zwischen der Unterseite 19 des Schwebeteils 2 und der Oberseite 17 erzeugt werden kann. Die Auslässe 2.3 sind symmetrisch zur Mittenachse M an der Unterseite 19 des Schwebeteils 2 bzw. des Schwebeabschnitts verteilt, damit ein möglichst symmetrisches und gleichmäßiges Luftpolster 16 erzeugt werden kann.
Die Druckluft wird von einer Drucklufterzeugungseinrichtung 21, z.B. einem Kompressor, erzeugt und über einen Druckeinsteller 24 und flexible Schläuche 25 den Einlässen 2.1 des Schwebeteils 2 zugeführt. Der Druckeinsteller 24 hat z.B. ein Druckeinstellventil. Mittels dem Druckeinsteller 24 kann der Luftdruck im Druckpolster 16 und damit auch ein Abstand a zwischen der Unterseite 19 des Schwebeteils 2 und der Oberseite 17 des Werkstücks 15 eingestellt und vorgegeben werden. Die Druckluft kann einen Druck zwischen ca. 0,5 bar bis ca. 5 bar haben.
Der Hauptkörper 1.1 des ersten Bearbeitungskopfes 1 ist mittels eines Wagens 22 an der Trägereinrichtung 6 geführt, die als Führungsschiene ausgebildet ist. Die Andruckeinrichtung 5 kann als pneumatische Feder oder z.B. als Schraubenfeder ausgebildet sein und setzt am Wagen 22 an.
An dem ersten Bearbeitungskopf 1 oder dem Schwebeteil 2 ist ein Schleifkontakt 23 für ein elektrisches Potentiometer 26 befestigt, das als Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 verwendet wird und das elektrische Lagesignal LS erzeugt. Als Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 kann jedoch z.B. auch ein kapazitiver Aufnehmer, ein induktiver Aufnehmer oder ein magnetischer Aufnehmer verwendet werden. Das Schwebeteil 2 bzw. der Bearbeitungskopf 1 mit dem Schwebeteil 2 und die Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 bilden somit den Sensor 2, 9 der Erfindung zum Detektieren der Lage oder Lageänderung des Werkstücks 15 und zum Erzeugen eines entsprechenden Lagesignals LS aus.
Das Lagesignal LS wird über die elektrische Leitung 10 bzw. ein Signalkabel einer Abstandeinstelleinrichtung 11 auf der anderen Seite des Werkstücks 15 zugeführt, die mit dem zweiten Bearbeitungskopf 12 für die Unterseite 18 des Werkstücks 15 gekoppelt ist. Der zweite Bearbeitungskopf 12 hat auch eine Linse als Fokussiereinrichtung 13, die einen Laserstrahl 14 von einer Lasereinrichtung auf die Unterseite 18 des Werkstücks 15 fokussiert, der entlang der Mittenachse M verläuft, die dem ersten Bearbeitungskopf 1 und dem zweiten Bearbeitungskopf 12 gemeinsam ist. Die Abstandeinstelleinrichtung 11 verarbeitet das Lagesignal LS und führt den zweiten Bearbeitungskopf 12 und/oder die Linse der Fokussiereinrichtung 13 in Abhängigkeit von dem Lagesignal LS vom Sensor 2, 9 nach, damit ein konstanter Abstand bei der Bearbeitung des Werkstücks 15 zwischen dem zweiten Bearbeitungskopf 12 und/oder der Linse der Fokussiereinrichtung 13 und der Unter seite 18 des Werkstücks eingehalten werden kann. Die Abstandeinstelleinrichtung 11 hat für die Einstellung des Abstands zwischen dem zweiten Bearbeitungskopf 12 und dem Werkstück 15 bzw. für die Höheneinstellung der Linse einen elektromotorischen Antrieb.
Bei dem Verfahren der Erfindung folgt der auf dem Luftpolster gelagerte bzw. schwebende Bearbeitungskopf 1 während der Bearbeitung des Werkstücks 15 selbsttätig der Oberseite 17 bzw. Oberfläche des Werkstücks 15, wodurch ein gleichbleibender, vorgegebener Abstand a oder Spalt zwischen der Unterseite 19 des ersten Bearbeitungskopfs 1 und der Oberseite 17 des Werkstücks 15 aufrechterhalten wird. Ist nun das Werkstück 15 eben oder eben gelagert, wie es idealerweise der Fall ist, befindet sich das Werkstück 15 in seiner vorgesehenen Normallage oder Solllage und das von der Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 erzeugte Lagesignal LS ist gleich dem Nullsignal bzw. Normalsignal. Hat das Werkstück 15 jedoch z.B. eine konvexe Wölbung, die zu dem ersten Bearbeitungskopf 1 hin gewölbt ist, z.B. aufgrund einer unvollkommenen Lagerung des Werkstücks 15 selbst, wird der Schleifkontakt 23 mit dem ersten Bearbeitungskopf 1 mitbewegt und die Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 erzeugt ein Lagesignal LS, das einen Pluswert hat. Die Abstandeinstelleinrichtung 11 reagiert auf das Lagesignal LS mit dem Pluswert mit einem Nachführen des zweiten Bearbeitungskopfes 12 und/oder der Fokussiereinrichtung 13 in Richtung zu der Unterseite 18 des Werkstücks 15 hin, um den Abstand zwischen dem zweiten Bearbeitungskopf 12 und der Unterseite 18 des Werkstücks wieder auf den vorgesehenen, konstanten Wert einzustellen.
Hat das Werkstück 15 jedoch z.B. eine konkave Wölbung, die von dem ersten Bearbeitungskopf 1 weg gewölbt ist, wird der Schleifkontakt 23 mit dem ersten Bearbeitungskopf 1 mitbewegt und die Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 erzeugt ein Lagesignal LS, das nun jedoch einen Minuswert relativ zum Nullsignal hat. Die Abstandeinstelleinrichtung 11 reagiert auf das Lagesignal LS mit dem Minuswert mit einem Nachführen des zweiten Bearbeitungskopfes 12 und/oder der Fokussiereinrichtung 13 mit der Linse in Richtung von der Unterseite 18 des Werkstücks 15 weg, um den Abstand zwischen dem zweiten Bearbeitungskopf 12 und der Unterseite 18 des Werkstücks wieder auf den vorgesehenen, konstanten Wert einzustellen.
Die 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung, die wiederum einen ersten Bearbeitungskopf 31 und einen zweiten Bearbeitungskopf 12 hat, wobei zwischen diesen ein plattenförmiges Werkstück 15 angeordnet und gelagert ist. Einrichtungen mit Bezugszeichen, die denen in 1 gleich sind, haben auch den entsprechenden Aufbau und die entsprechende Funktion und es wird diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung der Ausführungsform von 1 verwiesen. Der Bearbeitungskopf 31 kann auch in dieser Ausführungsform mit einer Lagesignalerzeugungseinrichtung 9 gekoppelt sein, um ein Lagesignal LS wie bei der ersten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung von 1 erzeugen zu können.
Der ersten Bearbeitungskopf 31 hat wiederum ein Schwebeteil 32, das über einen Rohrstutzen 33 mit dem Wagen 22 verbunden ist und auf einer Oberseite 17 des Werkstücks 15 mit einem Gaspolster oder Luftpolster 16 während der Bearbeitung des Werkstücks 15 durch die Laserstrahlen 4 und/oder 14 gelagert ist bzw. auf dem Luftpolster 16 schwebt. Das Schwebeteil 32 hat eine geometrische Mittenachse M1, die im wesentlichen Unterschied zur Ausführungsform von 1 jedoch hier zu einer geometrischen Mittenachse bzw. Laserstrahlbearbeitungsachse M des ersten, oberen Bearbeitungskopfs 31 und des zweiten, unteren Bearbeitungskopfs 12 versetzt ist, wobei die Mittenachsen M und M1 parallel zueinander sind.

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks (15), wobei die Vorrichtung einen Bearbeitungskopf (1) zum Bearbeiten des Werkstücks (15) und eine Druckgaserzeugungseinrichtung (21) hat, die ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster (16) zwischen dem Bearbeitungskopf (1) und einer Oberfläche des Werkstücks (15) derart erzeugt, dass der Bearbeitungskopf (1) auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster mit einem festen Abstand (a) zur Oberfläche des Werkstücks (15) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks (15) hin- und her bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Lagesignalerzeugungseinrichtung (9), die mit dem Bearbeitungskopf (1) gekoppelt ist und ein Lagesignal (LS) erzeugt, das ein Maß für die Bewegung des Bearbeitungskopfes (1) senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks (15) ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Andruckeinrichtung (5), die den Bearbeitungskopf (1) gegen die Oberfläche des Werkstücks (15) in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks (15) vorspannt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer geometrischen Mittenachse (M) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) eine Fläche oder Unterseite (19) hat, die der Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15) zugewandt ist, und dass die Fläche oder Unterseite (19) des Bearbeitungskopfs (1) einen Auslass oder mehrere Auslässe (2.3) hat, aus dem bzw. denen Druckgas oder Druckluft von der Druckgas- oder Drucklufterzeugungseinrichtung (21) zum Erzeugen des Druckgas- oder Druckluftpolsters (16) zwischen der Fläche oder Unterseite (19) des Bearbeitungskopfs (1) und der Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15) ausströmt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (19) des Bearbeitungskopfs (1), die der Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15) zugewandt ist, ringförmig ist und eine Mittenöffnung (20) an der Unterseite (19) des Bearbeitungskopfs (1) ringförmig umgibt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) zum Bearbeiten der Oberfläche oder einer Oberseite (18) des Werkstücks (15) mit einem Laserstrahl (4) vorgesehen ist und eine Fokussiereinrichtung (3) hat, die den Laserstrahl (4) auf die zu bearbeitende Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15) fokussiert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung, die mit der Fokussiereinrichtung (3) gekoppelt ist, zum Einstellen des Abstands zwischen der Fokussiereinrichtung (3) und der Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15).
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) eine durchgehende Mittenöffnung (20) oder Mittenbohrung hat, deren geometrische Mittenachse (M) auf der Oberfläche des Werkstücks (15) senkrecht steht, dass der Laserstrahl (4) entlang der Mittenachse (M) verläuft und dass der Brennpunkt des Laserstrahls (4) auf der Mittenachse (M) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen weiteren Bearbeitungskopf (12) zum Bearbeiten einer Unterseite (18) des Werkstücks (15) mit einem Laserstrahl (14), der eine Fokussiereinrichtung (13) hat, die den Laserstrahl (14) auf die Unterseite (18) des Werkstücks (15) fokussiert, und durch eine Abstandeinstelleinrichtung (11) zum Einstellen des Abstands zwischen dem weiteren Bearbeitungskopf (12) und der Unterseite (18) des Werkstücks (15) und/oder des Abstands zwischen der Fokussiereinrichtung (13) und der Unterseite (18) des Werkstücks (15) in Abhängigkeit von dem Lagesignal (LS).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Bearbeitungskopf (12) zum Bearbeiten der Unterseite (18) des Werkstücks (15) eine geometrische Mittenachse hat, die auf der Unterseite (18) des Werkstücks (15) senkrecht steht, dass der Laserstrahl (14) des weiteren Bearbeitungskopfs (12) entlang der Mittenachse (M) verläuft und dass der Brennpunkt des Laserstrahls (14) auf der Mittenachse (M) des weiteren Bearbeitungskopfs (12) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenachse (M) des Bearbeitungskopfs (1) zum Bearbeiten der Oberseite (17) des Werkstücks (15) und die Mittenachse des weiteren Bearbeitungskopfs (12) zum Bearbeiten der Unterseite des Werkstücks zusammenfallen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwebeteil (32) des oberen Bearbeitungskopfs (31), das den Bearbeitungskopf (31) auf einem Luftpolster (16) trägt, eine geometrische Mittenachse M1 hat, die parallel versetzt zu einer geometrischen Mittenachse M ist, entlag der ein Laserstrahl (4) zur Bearbeitung der Oberfläche bzw. Oberseite (17) des Werkstücks (15) auf diese fokussiert wird.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (15), wobei das Werkstück (15) von einem Bearbeitungskopf (1) bearbeitet wird und ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster (16) zwischen dem Bearbeitungskopf (1) und einer Oberfläche des Werkstücks (15) von einer Druckgaspolster- oder Druckluftpolstererzeugungseinrichtung (21) derart erzeugt wird, dass der Bearbeitungskopf (1) auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster (16) mit einem vorgegebenen, festen Abstand (a) zur Oberfläche des Werkstücks (15) lagert.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagesignal (LS) von einer Lagesignalerzeugungseinrichtung (9), die mit dem Bearbeitungskopf (1) gekoppelt ist, erzeugt wird, wobei das Lagesignal (LS) ein Maß für eine Bewegung des Bearbeitungskopfes (1) senkrecht zu der Oberfläche oder einer Oberseite (17) des Werkstücks (15) und damit auch für die Lage des Werkstücks (15) ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder eine Oberseite (17) des Werkstücks (15) mit mindestens einem Laserstrahl (4) bearbeitet wird, der von einer Fokussiereinrichtung (3) des Bearbeitungskopfs (1) auf die zu bearbeitende Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15) fokussiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterseite (18) des Werkstücks (15) mit einem Laserstrahl (14) durch einen weiteren Bearbeitungskopf (12) bearbeitet wird, dass der Laserstrahl (14) mittels einer Fokussiereinrichtung (13) auf die Unterseite (18) des Werkstücks fokussiert wird und dass der Abstand zwischen dem weiteren Bearbeitungskopf (12) und der Unterseite (18) des Werkstücks (15) und/oder der Abstand zwischen der Fokussiereinrichtung (13) und der Unterseite (18) des Werkstücks (15) in Abhängigkeit von dem Lagesignal (LS) von einer Abstandeinstelleinrichtung (11) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Bearbeitungskopf (12) beim Bearbeiten der Unterseite (18) des Werkstücks (15) von der Abstandeinstelleinrichtung (11) zu der Unterseite (18) des plattenförmigen Werkstücks (15) bewegt wird, wenn eine Wölbung oder Störung des Werkstücks (15) von dem weiteren Bearbeitungskopf (12) weg gerichtet ist und das Lagesignal (LS) entsprechend einen Pluswert annimmt, und dass der weitere Bearbeitungskopf (12) von der Abstandeinstelleinrichtung (11) von der Unterseite (18) des plattenförmigen Werkstücks (17) weg bewegt wird, wenn eine Wölbung oder Störung des Werkstücks (15) zu dem weiteren Bearbeitungskopf (12) hin gerichtet ist und das Lagesignal (LS) entsprechend einen Minuswert annimmt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) an der Oberseite (17) des Werkstücks (15) ohne Laserstrahl betrieben und/oder verfahren wird, wenn nur der weitere Bearbeitungskopf (12) die Unterseite (18) des Werkstücks (15) bearbeitet, um das Lagesignal (LS) zum Steuern des Abstands zwischen dem weiteren Bearbeitungskopf (12) bzw. der Fokussiereinrichtung (13) des weiteren Bearbeitungskopfs (12) und der Unterseite (18) des Werkstücks (15) zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenförmiges Werkstück (15) bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Werkstück (15) eine Glasscheibe, ein Glassubstrat, ein Blech, eine Halbleiterscheibe oder ein Wafer oder eine Keramikscheibe ist.
Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe oder das Glassubstrat rechteckig oder quadratisch ist und eine Fläche von mindestens 1 m² haben kann.
Sensor zum Erfassen einer Lage eines Werkstücks (15) und zum Erzeugen eines Lagesignals (LS), das die Lage des Werkstücks (15) angibt, mit einem Schwebeteil (2), einer Druckgaserzeugungseinrichtung (21), die ein Druckgaspolster oder Druckluftpolster (16) zwischen dem Schwebeteil (2) und der Oberfläche des Werkstücks (15) derart erzeugt, dass das Schwebeteil (2) auf dem Druckgaspolster oder Druckluftpolster (16) mit einem festen Abstand (a) zur Oberfläche des Werkstücks (15) gelagert ist, und mit einer Lagesignalerzeugungseinrichtung (9), die mit dem Schwebeteil (2) derart gekoppelt ist, dass das erzeugte Lagesignal (LS) ein Maß für die Bewegung des Schwebeteils (2) senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks (15) und somit auch für die Lage des Werkstücks (15) ist.
Sensor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwebeteil (2) senkrecht zur Oberfläche oder Oberseite (17) des Werkstücks (15) hin- und her beweglich angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwebeteil (2) parallel zur Oberfläche oder Oberseite (17) eines plattenförmigen Werkstücks (15) verfahrbar ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Bearbeitungskopf (1) einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 gekoppelt ist.
Sensor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass er mit dem Bearbeitungskopf (1) verbunden ist und dass das Schwebeteil (2) den Bearbeitungskopf (1) trägt.