DE102020123147B4

DE102020123147B4 - Verfahren, Vorrichtung, Steuereinrichtung sowie Computerprogrammprodukt zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück

Info

Publication number: DE102020123147B4
Application number: DE102020123147.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Cericom GmbH
Current assignee: Cericom GmbH
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-09-05
Also published as: WO2021043970A1; EP4025377A1; DE102020123147A1; DE102020123146A1

Abstract

Verfahren zum Einbringen zumindest eines Schnitts (110) in ein Glaswerkstück (100) entlang zumindest einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d), wobei in das Glaswerkstück (100) auf einer Strahlungseintrittsseite (101) Laserstrahlung (L) eingestrahlt und im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite (101) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) derart in einem Fokusbereich (F) fokussiert wird, dass im Fokusbereich (F) Werkstückmaterial abgetragen wird, wobei der Fokusbereich (F) beim Einbringen des Schnitts (110) entlang der Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) jeweils in einem aktuellen Scanbereich eines Scanfelds (SF) einer Scanbewegung unterliegt, welche schneller als eine Vorschubbewegung des Scanfelds (SF) ist,wobei das Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) mittels einer mit dem Fokusbereich (F) so koordiniert mitbewegten Blas-Düse (30), dass sich die Blas-Düse (30) zumindest in dem jeweils aktuellen Scanbereich befindet, mit einem Fluidstrom (P), vorzugsweise einem Gasstrom (P), besonders bevorzugt einem Luftstrom (P), in Kontakt gebracht wird,so dass der Fluidstrom (P) zur Entfernung des abgetragenen Werkstückmaterials aus einem Schnittspalt des eingefügten Schnitts (110) im Schnittspalt selbst eine Strömung erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück entlang einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Schnittkontur, wobei in das Glaswerkstück auf einer Strahlungseintrittsseite Laserstrahlung eingestrahlt und im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Glaswerkstück derart in einem Fokusbereich fokussiert wird, dass im Fokusbereich Werkstückmaterial abgetragen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung für eine entsprechende Vorrichtung zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück eine derartige Vorrichtung zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück mit einer solchen Steuereinrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück.
Seit langem gibt es bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Schneiden von Metall und dergleichen mithilfe von Lasern. Zum Beispiel sind aus der JP H08 - 141 764 A , der CN 1 04 043 904 A und der JP S54 - 40 378 A Laserverfahren zum Schneiden von Metalllegierungen, Metall oder Keramik bekannt, bei welchen von der Strahlungseintrittsseite aus das Material vollständig durchgebrannt bzw. durchgeschmolzen wird.
Ebenfalls gibt es bereits Laservorrichtungen zur Bearbeitung von Oberflächenschichten auf Glaswerkstücken, wie beispielsweise in der EP 2 233 240 A1 oder in der EP 2 452 774 A1 beschrieben.
Darüber hinaus gibt es Filamentierverfahren zum Trennen von relativ dünnem, vorgespanntem bzw. verstärktem Glas, bei denen jeweils die Vorspannung im Glas genutzt wird, um das Glas entlang von zuvor mittels eines Lasers eingebrachten Mikroperforationen, z. B. mithilfe eines zusätzlichen CO₂-Lasers thermisch zu trennen, wie z. B. in der JP 2013 - 119 495 A , US 2014 / 0 083 983 A1 , WO 2017 / 204 386 A1 und der US 10 357 850 B2 beschrieben.
In letzter Zeit gibt es nun zudem das Bestreben auch Glas mittels eines Lasers zu schneiden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 100 29 110 B4 bekannt. In dieser Schrift wird erläutert, wie mit Hilfe des Verfahrens ein Glaswerkstück auf verschiedene Weise bearbeitet werden kann, indem der Laserfokus relativ zum Werkstück in koordinierter Weise in allen drei Raumrichtungen bewegt wird. Dabei erfolgt die Abtragung schichtweise, wobei zunächst der Laserfokus in einer senkrecht zur Strahlrichtung (der z-Richtung) liegenden x-/y-Ebene variiert wird und eine erste Schicht abgetragen wird. Danach wird die Fokuslage in z-Richtung, also entlang der Strahlrichtung, angepasst und eine neue Schicht abgetragen usw. Die Veränderung des Fokus in der z-Richtung erfolgt dabei mit einer ersten Verfahreinheit, mit der eine Fokussieroptik entlang der z-Achse senkrecht zur Werkstückoberfläche verfahren wird, aus der die Laserstrahlung beim Abstrahlen auf das Werkstück austritt. Die Verstellung der Fokusposition innerhalb der x-/y-Ebene erfolgt durch eine weitere Verfahreinheit, die dafür sorgt, dass die Fokussieroptik in einer entsprechenden parallelen Ebene oberhalb der Werkstückoberfläche verfahren wird. Als Beispiele für die Werkstückbearbeitung sind hier konkret die Einbringung eines Schlitzes, die Einbringung einer Bohrung und die Einbringung einer pyramidenförmigen Kavität in die Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks beschrieben, wobei immer die zuvor beschriebene Methode angewandt wird.
Der Fokus, beziehungsweise der für die Abtragung wirksame und den Fokus umgebende Wirkungsbereich, hat je nach Pulsenergie des Lasers nur einen kugel- oder ellipsoidförmigen Wirkungsbereich von typischerweise 2 bis 100 µm Durchmesser. Daher muss der Fokus zum Einbringen eines Schnitts entlang vieler nebeneinanderliegender Bahnen und in vielen übereinanderliegenden Schichten durch das Material geführt werden, und zwar derart, dass das abgetragene Material immer an der dem Laser abgewandten Seite austreten beziehungsweise abgeführt werden kann. Bei dem in der DE 100 29 110 B4 genannten Verfahren müssen dabei relativ große Massen, nämlich die gesamte Fokussieroptik, beschleunigt und wieder abgebremst werden. Dies kann zu entsprechenden Problemen wie Vibrationen und Ungenauigkeiten führen und geht mit einem relativ großen Energiebedarf für die ständigen Beschleunigungen und Abbremsungen einher.
Dies gilt zum einem bereits bei dem Einbringen von nur kleinen Schnittformaten mit scharfen Ecken, kleinen Radien oder Bohrungen von nur wenigen mm Durchmesser, wie sie in der DE 100 29 110 B4 beschrieben werden. Ein Problem tritt jedoch vor allem dann auf, wenn größere Werkstücke, beispielsweise Glasplatten mit Dicken im Zentimeterbereich oder mit Flächenausdehnung von mehreren Metern, bearbeitet werden, beispielsweise entlang einer vorgegebenen Schnittkontur ganz durchtrennt werden sollen. Durch die Vielzahl der Bahnen und Umkehrpunkte sowie die erforderlichen Abbremsungen und Beschleunigungen in den Umkehrpunkten zum Schneiden dieser längeren Bahnen kommt es dann zu extrem langen Prozesszeiten. Insbesondere um längere Bahnen oder dickeres Material von 3 mm Dicke und mehr zu schneiden oder größere Ausschnitte, insbesondere Löcher mit großem Durchmesser, einzubringen, bei denen üblicherweise entlang des Umfangs ein Schnitt gesetzt wird, sodass der Bohrkern entnommen werden kann, ist dieses Verfahren daher bisher nur sehr bedingt oder gar nicht geeignet.
Daher werden die oben beschriebenen Laserschneideverfahren für Glas bisher in der Praxis für relativ kleine Schnitte und Bohrungen im Bereich von 0,1 - 50 mm Durchmesser genutzt und nur bei relativ dünnen Werkstücken mit einer Dicke von unter 5 mm. Bei größeren Flachglasscheiben erfolgt das Durchtrennen immer noch mit dem klassischen Glasritzen mittels Hartmetallrädchen und einem anschließenden Brechen des Glases und einer dann häufig noch zusätzlichen anschließenden Kantenbearbeitung, um die Bruchkanten zu glätten und/oder anzufasen oder andersartig zu profilieren. Alternativ kann Glas inzwischen auch durch Wasserstrahltechnologien geschnitten werden, was aber andere Nachteile hat, wie zum Beispiel eine schlechtere Schnittqualität im Verhältnis zum Laserschneiden.
Aus der US 2015/0274574 A1 ist zudem ein Laser-betriebenes Schneideverfahren bekannt, bei dem zunächst in einer ersten Oberfläche (die Lasereintrittsseite) in einer ersten Kompressionszone des verstärkten Glases eine Rille abgetragen wird. Anschließend wird der Fokus des Lasers in die Nähe der gegenüberliegenden Oberfläche (also auf die Laseraustrittsseite) gerichtet, um dort eine Kerbe in einer zweiten Kompressionszone einzubringen, indem eine Materialschicht abgetragen wird. Dieses schichtweise Abtragen des Materials auf der Laseraustrittsseite wird dann solange wiederholt - indem der Laser stets auf die zuvor abgetragene Schicht fokussiert wird, um wiederum eine neue Schicht abzutragen - bis das gesamte Glas bis zur ersten Oberfläche im Bereich bzw. in der Breite der Kerbe abgetragen bzw. entfernt wurde. Mit diesem Verfahren können in ca. 0,7 mm dickem Glas räumlich begrenzte, kleine Bohrungen, Quadratausschnitte mit runden Ecken etc. mit geschlossener Schnittkontur erzeugt werden, wobei Beispiele mit einem Durchmesser von ca. 10 mm beschrieben werden.
Aus der US 2013/0122264 A1 ist ein Verfahren zum Schneiden von Glas entlang einer vorgegebenen geradlinigen Schnittlinie bekannt, bei dem das Schneiden von der Strahlungseintrittsseite aus erfolgt und dabei das anfallende Material mittels einer statischen seitlichen Düse von einer späteren Produktseite zu einer Abfallseite des Produkts geblasen und auf der Abfallseite versetzt zum Schnitt mittels einer Absaugeinrichtung abgesaugt wird. Bei diesem Verfahren wird die Glasplatte unter dem feststehenden Laser in einer Bewegungsrichtung durchgefahren. Damit lassen sich ausschließlich geradlinige Schnittlinien in einer Richtung einbringen, um beispielsweise von einem Werkstück entlang einer Kante ein Produkt von einem Abfallteil des Werkstücks abzuschneiden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück mittels Laserstrahlung sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung derart weiterzubilden, dass die oben genannten Probleme reduziert beziehungsweise vermieden werden und so das Laserstrahlschneideverfahren auch für Glas in einem größeren Anwendungsbereich effektiver nutzbar wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Steuereinrichtung für eine Vorrichtung zum Einbringen eines Schnitts in ein Glaswerkstück gemäß Patentanspruch 15 sowie durch eine entsprechende Vorrichtung gemäß Patentanspruch 16 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einbringen eines Schnitts, insbesondere einer Bohrung, in ein Glaswerkstück (im Folgenden als Werkstück abgekürzt) entlang einer vorgegebenen, beziehungsweise vorgebbaren, Schnittkontur wird in das Werkstück auf einer Strahlungseintrittsseite wie eingangs beschrieben Laserstrahlung eingestrahlt und im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Werksstücks die Laserstrahlung derart in einem Fokusbereich (insbesondere entlang einer Strahlrichtung der Laserstrahlung) fokussiert, dass im Fokusbereich Werkstückmaterial abgetragen wird.
Beim Einbringen des Schnitts entlang der Schnittkontur unterliegt dabei der Fokusbereich jeweils in einem aktuellen Scanbereich einer schnellen Scanbewegung, wie weiter unten noch genauer erläutert wird.
Die Schnittkontur erstreckt sich dabei im Wesentlichen entlang bzw. in zumindest einer Bezugsebene. Die Schnittkontur kann also beispielsweise durch ihre Projektion auf diese Bezugsebene definiert sein und zusätzlich gegebenenfalls durch einen Höhenverlauf senkrecht zu dieser Bezugsebene, insbesondere wenn sich zum Beispiel das Werkstück selber nicht flach in einer Ebene erstreckt (wie dies zum Beispiel üblicherweise bei Flachglas der Fall ist) sondern zum Beispiel eine gewellte Form aufweist oder wenn der Schnitt nur bis zu einer bestimmten, sich gegebenenfalls entlang der Schnittkontur ändernden, Nut-Tiefe in das Werkstück eingebracht werden soll.
Wie später noch erläutert wird, wird das Werkstück während der Bearbeitung üblicherweise mittels einer Halterung der Vorrichtung gehalten. Ein Beispiel hierfür ist eine Rollenbahn oder dergleichen. Daher könnte beispielsweise bevorzugt eine Anlagefläche der Halterung bzw. eine Kontaktfläche zwischen der Halterung und dem Werkstück zur Definition der Bezugsebene genutzt werden, d.h. die Bezugsebene könnte mit dieser Kontaktfläche übereinstimmen oder parallel zu dieser liegen. Bei einem plattenförmigen Werkstück, beispielsweise Flachglas oder dergleichen, könnte auch eine der Oberflächen des Werkstücks als Bezugsebene dienen, wobei diese dann in der Regel mit der Anlagefläche der Halterung übereinstimmt oder parallel zu dieser liegt.
Wie später noch erläutert wird, kann eine Schnittkontur eine beliebige Form aufweisen, also beispielsweise ein geradliniger Schnitt sein, gebogen sein etc. Insbesondere kann es sich hierbei auch um eine geschlossene Kontur handeln, d.h. dass mithilfe des Schnitts eine Kernbohrung durchgeführt wird. Ebenso kann durch einen geeigneten Verlauf eines Schnitts bzw. durch mehrere eng aneinander liegende Schnitte, wie später noch erläutert wird, eine Sackbohrung bzw. eine beliebige Kavität in das Werkstück eingebracht werden. Insofern umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbringen eines Schnitts in ein Werkstück auch das Einbringen einer beliebig geformten Bohrung in das Werkstück durch einen oder mehrere Schnitte oder das Ausschneiden von Teilen mit den gewünschten Konturen aus einem Werkstück.
Bei dem Material des Glaswerkstücks handelt es sich, wie auch bereits im Stand der Technik beschrieben, um ein Material, das für den nicht-fokussierten Laserstrahl nur eine geringe oder keine Absorption aufweist. Vorzugweise handelt es sich hierbei um ein Glas wie z. B. Floatglas oder Borosilikatglas. Prinzipiell kann es sich aber auch um andere geeignete Materialien handeln, die diese Bedingung erfüllen, wie beispielsweise Saphir, Aluminiumsilikat, Quarzglas, Glaskeramik - um nur einige zu nennen.
Die Laserstrahlung bzw. der Laserstrahl wird, wie nachfolgend erläutert, mit einem, vorzugsweise gepulsten, Laser erzeugt, wobei der Laser abhängig vom zu bearbeitenden Material gewählt werden kann. Bei der Laserstrahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung, in der Regel meist um Licht im weiteren Sinne (d. h. einschließlich des UV- (ultravioletten) Bereichs über den Bereich des sichtbaren Lichts bis einschließlich zu IR- (infraroten) Bereich). Die Wellenlänge des Lasers ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass der Laser wie gewünscht im nicht-fokussierten Zustand nur gering oder gar nicht von dem Material des zu bearbeitenden Werkstücks absorbiert wird, also das Werkstück dafür stark transmissiv ist, und erst im Fokusbereich des Lasers die Absorption hoch genug ist, um das Material abzutragen, wie dies auch im oben genannten Stand der Technik detaillierter beschrieben wird. D. h. im Fokusbereich wird dann eine bestimmte Schwellenintensität der Strahlung erreicht, in der die Strahlung vom Material in ausreichender Menge absorbiert wird, um das Material abzutragen. Bei Verwendung eines gepulsten Lasers ergibt sich die notwendige Schwellintensität aus dem Zusammenspiel von Pulsenergie, Pulsdauer, dem zeitlichen Pulsprofil, dem Fokusdurchmesser und der verwendeten Wellenlänge des Lasers. Im Folgenden wird als „Fokusbereich“ oder auch nur kurz „Fokus“ der „Wirkbereich“ angesehen, in dem Material vom Werkstück abgetragen wird. Der jeweilige Schwellenwert hängt unter anderem vom Material des Werkstücks ab. Inwieweit bzw. wo, in welchem Bereich, dieser Schwellenwert erreicht wird, hängt neben der Fokussierung auch von einer geeigneten Abstimmung der Laserleistung und bei einem gepulsten Laser vom Pulsverlauf ab. Die genauen Prozesse und Einstellungsbedingungen sowie geeignete Materialien und hierzu passende Lasertypen sind dem Fachmann aber im Prinzip bekannt und brauchen hier nicht im Detail erläutert zu werden. Insbesondere kann zu dem Prinzip des Abtragungsprozesses auch noch einmal auf die DE 100 29 110 B4 und die darin genannten Beschreibungen sowie den dort genannten Stand der Technik verwiesen werden.
Im Rahmen der Erfindung können, insbesondere für Floatglas, bevorzugt Festkörperlaser (z. B. Faserlaser), insbesondere Neodymium-Laser mit einer Grundwellenlänge im nahen IR Bereich (z.B. 1064 nm) oder auf der Basis frequenzverdoppelter Systeme mit einer Wellenlänge im grünen Bereich des Lichts (z. B. 532 nm), eingesetzt werden. Der Prozess kann bevorzugt mit Laserpulsen, vorzugsweise im Energiebereich von 0,1 - 5 mJ bei Pulslängen von vorzugsweise 0,5 - 25 ns durchgeführt werden. Solche Lasersysteme sind in der Regel für die meisten Einsatzfälle ausreichend gut genug und im Verhältnis zu Lasern mit noch kürzeren Pulslängen kostengünstiger. Die Repetitionsraten liegen vorzugsweise im Bereich von einigen kHz bis hin zu 1 MHz und die daraus sich ergebenden mittleren Leistungen der Strahlquellen liegen vorzugsweise im Bereich von wenigen Watt bis zu 500 Watt oder mehr.
Es können weiter bevorzugt auch Laser mit Pulslängen im pico- oder femto-Sekundenbereich eingesetzt werden, mit denen noch glattere Schnittkanten aufgrund der Möglichkeit, die Schwell-Pulsenergie unter 0,1 mJ zu reduzieren.
Prinzipiell kann das Werkstück eine beliebige Form aufweisen und z.B. auch aus einem Glasrohr bestehen. Besonders bevorzugt handelt es sich aber wie erwähnt um plattenförmiges Material mit einer ebenen (planen) Strahlungseintrittsseite und einer parallel verlaufenden, ebenen Strahlungsaustrittsseite. Die Oberfläche der Strahlungseintrittsseite des Werkstücks ist - unabhängig von dessen Form - vorzugsweise optisch glatt, vorzugsweise poliert, sodass der die Oberfläche durchdringende Laserstrahl nicht abgelenkt oder gestreut wird. Ebenso ist es auch möglich, die Oberfläche der Strahlungseintrittsseite für die Bearbeitung in geeigneter Weise zu beschichten, beispielsweise mit einem Wasserfilm oder einer Inversionsflüssigkeit, um ein ungestörtes Eindringen des Laserstrahls in das Werkstückmaterial zu erreichen.
Ein auf diese Weise durch materialabtragende Bearbeitung im Werkstück eingebrachter Schnitt bzw. Spalt kann ebenso im Prinzip eine beliebige Form aufweisen. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Durchschnitt komplett durch das gesamte Material von der Strahlungsaustrittsseite bis zur Strahlungseintrittsseite handeln, aber auch um einen Einschnitt, also beispielsweise eine Nut. Wie bereits erwähnt, kann der Schnitt entlang einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Schnittkontur verlaufen, wobei diese Schnittkontur mit Hilfe der Bezugsebene, üblicherweise bei plattenförmigem Material eine parallel zu einer Oberfläche des Werkstücks, beispielsweise der Oberfläche der Strahlungseintrittsseite und/oder der Strahlungsaustrittsseite, verlaufenden Ebene, definiert ist. Je nach Verlauf dieser Schnittkontur kann wie erwähnt das Werkstück insbesondere auch entlang einer geraden Linie komplett durchtrennt, also geschnitten, werden. Es ist aber auf diese Weise auch möglich, Bohrungen einzubringen, indem z. B. entlang des Umfangs der Bohrung ein Schnitt eingebracht wird und der Bohrkern herausgelöst wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, von der Strahlungsaustrittsseite aus Sackbohrungen oder andere Kavitäten einzubringen, indem schichtweise Material im Bereich der gewünschten Kavität komplett abgetragen wird. Es kann aber auch nur eine Mattierung der Oberfläche erzeugt werden bzw. eine minimale Vertiefung von z.B. 0,05 mm, um lediglich eine Kennzeichnung oder Beschriftung vorzunehmen. Die Bohrungen und/oder Vertiefungen können eine beliebige Kontur aufweisen, d.h. es können insbesondere auch beliebige Formen ausgeschnitten werden. Dabei kann das verbleibende Außenteil das „Nutzteil“ sein, welches produziert bzw. später weiterverwendet werden soll, aber ebenso kann - je nach Anwendung - auch das entlang der Schnittkontur ausgeschnittenen Teil das „Nutzteil“ sein oder beide Teile sind „Nutzteile“.
Wie im eingangs genannten Stand der Technik erfolgt auch hier innerhalb eines Schnitts eine Abtragung von Material. Dabei kann durch die Materialabtragung ein entlang der Schnittkontur verlaufender freier Bereich (in Form einer schmalen verbleibenden „Lücke“ bzw. „Ausnehmung“ als Schnitt) in das Material hineingeschnitten werden
Um effektiv beliebige Schnittkonturen abfahren zu können, wird dabei erfindungsgemäß ein (in oder an der Halterung befindliches) Werkstück beim Schneiden an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich, bevorzugt gezielt im Fokusbereich, mittels einer so koordiniert mit dem Fokusbereich mitbewegten Blas-Düse, dass sich die Blas-Düse (im Folgenden auch nur kurz „Düse“ genannt) in dem bereits erwähnten jeweils aktuellen Scanbereich befindet, mit einem Fluidstrom in Kontakt gebracht bzw. beaufschlagt, so dass der Fluidstrom zur effektiveren Entfernung des abgetragenen Werkstückmaterials aus einem Schnittspalt des eingefügten Schnitts im Schnittspalt selbst eine Strömung erzeugt. Bei diesem Fluidstrom handelt es sich vorzugsweise um einen Gasstrom oder einen Gas-Flüssigkeitsnebel oder besonders bevorzugt um einen einfachen Luftstrom. Der Fluidstrom kann durch die Düse relativ scharf gebündelt werden. Grundsätzlich könnten aber auch Flüssigkeiten, wie Wasser, als Fluid eingesetzt werden.
Die Verwendung von Luft bzw. einem anderen Gas hat jedoch den Vorteil, dass es sich hierbei um ein trockenes Verfahren handelt, was eine einfache technische Durchführung und deutliche Kostenvorteile hat, insbesondere die Verwendung von Pressluft.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass durch die Beaufschlagung mit einem Fluid u. U. auch eine Kühlwirkung im Fokusbereich erzielt werden kann. Die Kühlwirkung kann von der Art des Fluids und dessen eventueller Vorbehandlung (z. B. Kühlung) abhängig sein. So kann die Gefahr unerwünschter Temperatureinflüsse auf das Material, wie z.B. von Spannungsrissen, reduziert werden.
Das Anstrahlen der Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks kann unter einem Winkel oder direkt senkrecht auf die Strahlungsaustrittsseite erfolgen. Die Düse kann dabei jeweils vorteilhaft genau unter dem Schnittspalt und in Fokusnähe positioniert sein, damit innerhalb der Schnittfuge aufgrund der starken Durchströmung der Materialaustrag sichergestellt wird. So kann bei der Glasbearbeitung ein ausreichender Materialaustrag (i.d.R. feiner Glasstaub) aus der Schnittfuge gewährleistet werden, so dass die Gefahr reduziert ist, dass dieser Staub Laserstrahlung absorbiert und sich in Folge erhitzen und mit dem Werkstück verschmelzen und/oder aufgrund der starken Erhitzung dazu führen könnte, dass das zu bearbeitende Glas reißt.
Die Düse beziehungsweise der Fluidstrom wird also wie erwähnt erfindungsgemäß mit dem Fokusbereich koordiniert wie oben beschrieben mitbewegt. Wie dies nachfolgend erläutert wird, unterliegt der Fokusbereich dabei ferner erfindungsgemäß beim Einbringen eines Schnitts jeweils in einem aktuellen Scanbereich (z. B. einem Scanfeld oder einem kleineren Teilbereich davon) einer schnellen Scanbewegung, z. B. insbesondere einer Oszillation, welche Scanbewegung schneller als eine Vorschubbewegung des Scanfelds ist, wobei z. B. der Scanbereich wiederum relativ zum Werkstück, z. B. entlang der Schnittkontur, verfahren wird. Dabei bedeutet jedoch ein erfindungsgemäßes „koordiniertes Mitbewegen“ der Düse mit dem Fokusbereich nicht zwingend, dass die Düse die gleiche schnelle Bewegung bzw. Oszillation wie der Fokusbereich selber durchführen muss, sondern ist so zu verstehen, dass sich diese Düse bevorzugt zumindest im jeweils aktuellen Scanbereich befindet, in dem der Fokusbereich schnell bewegt wird bzw. oszilliert. Dabei kann die Düse ebenfalls im Scanbereich bewegt werden, z. B. oszillieren, jedoch gegebenenfalls mit einer geringeren Frequenz als der Fokusbereich im aktiven Bereich des Lasers, d. h. sie kann im Scanbereich, z. B. entlang der Schnittkontur, oszillierend vor- und zurückbewegt werden. Ebenso könnte die Düse aber auch einfach, z. B. umlaufend, entlang der entstehenden Schnittkontur bewegt werden, beziehungsweise mit der Vorschubgeschwindigkeit (mit der der Scanbereich verfahren wird) innerhalb des vom Laser gerade bearbeiteten Bereichs, d. h. im Scanbereich mitgeführt werden entweder zentral unter dem Fokus oder versetzt dazu aber immer unterhalb der Schnittkontur. D. h. die Düse ist bevorzugt auch unabhängig vom Fokus steuerbar.
Besonders bevorzugt kann die Abtragung des Materials aus dem Schnittbereich auch dadurch unterstützt werden, dass das Werkstück an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich, vorzugsweise gezielt im Fokusbereich, mittels einer, wie dies noch erläutert wird besonders bevorzugt mit dem Fokusbereich „mitbewegten“, Absaugeinrichtung abgesaugt wird. Weitere besonders vorteilhafte Weiterbildungen werden später noch beschrieben. Gleichzeitig verhindert bzw. reduziert die Absaugeinrichtung die Verschmutzung des bearbeiteten Materials und der Maschine.
Wie in der US 2015/0274574 A1 kann auch bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise innerhalb eines Schnitts eine Abtragung von Material schichtweise, d. h. Schicht für Schicht, erfolgen.
Besonders bevorzugt erfolgt hierbei die schichtweise Abtragung von Material, indem in einem Schnittsegment entlang eines Konturabschnitts der Schnittkontur der Fokusbereich mittels einer Fokusverstelleinheit bewegt wird, wobei diese Bewegung des Fokusbereichs mittels der Fokusverstelleinheit nur in einem begrenzten Scanfeld der Fokusverstelleinheit bewegbar ist. Diese bereits oben erwähnte Bewegung des Fokusbereichs mittels der Fokusverstelleinheit wird im Folgenden auch als „Scanbewegung“ bezeichnet. Hierzu umfasst die Fokusverstelleinheit zumindest eine Scaneinheit, mit der insbesondere eine (schnelle) Verstellung des Fokusbereichs in vektoriellen Richtungen parallel zu der Bezugsebene erfolgen kann, und besonders bevorzugt auch eine Fokussiereinrichtung, die so aufgebaut ist, dass z. B. durch Fokussierung an einer definierten Stelle entlang der Strahlrichtung der Fokusbereich auch in einer Richtung senkrecht zur Bezugsebene verstellbar ist. Die „Scanbewegung“ kann also insbesondere auch die durch die Fokusverstelleinheit verursachte Bewegung des Fokusbereichs senkrecht zur Bezugsebene umfassen.
Außerdem bzw. zusätzlich wird vorzugsweise bei Bedarf wie erwähnt die Fokusverstelleinheit zur Erweiterung des Schnitts oder zur Einbringung eines weiteren Schnitts unter Verschiebung des Scanfelds in einer Vorschubrichtung parallel zur Bezugsebene relativ zum Werkstück bewegt. Dabei verschiebt sich das Scanfeld in der Bezugsebene mit der Fokusverstelleinheit mit. Diese relative Bewegung der Fokusverstelleinheit zum Werkstück wird im Folgenden auch als „relative Vorschubbewegung“ oder nur kurz „Vorschubbewegung“ bzw. „Vorschub“ bezeichnet.
Die relative Vorschubbewegung der Fokusverstelleinheit zum Werkstück kann - wie noch genauer ausgeführt wird - durch eine Bewegung der Fokusverstelleinheit selbst erfolgen oder durch eine Bewegung des Werkstücks oder durch Bewegungen von Fokusverstelleinheit und Werkstück.
Die Vorschubbewegung zur Erweiterung des Schnitts kann, bevorzugt auch überlagert zu einer Scanbewegung, schrittweise (oder intervallartig) oder besonders bevorzugt kontinuierlich entlang der Schnittkontur erfolgen, wobei hierfür noch ganz besonders bevorzugte Verfahren genauer erläutert werden.
Durch die Erweiterung des Schnitts mithilfe der Verschiebung des Scanfelds mittels einer Vorschubbewegung lassen sich erheblich längere Schnitte entlang beliebiger Bahnen in das Werkstück einbringen.
Vorzugsweise können somit Schnittlängen von mindestens 100 mm, besonders bevorzugt mindestens 500 mm, weiter bevorzugt mindestens 1000 mm, und ganz besonders bevorzugt mindestens 1500 mm in einem flächigen Werkstück eingebracht werden. Nach oben sind die Grenzen im Prinzip nur durch die Werkstückmaße gegeben.
Die Vorschubbewegung kann je nach Variante des Verfahrens ohne aktive Laserstrahlung, d.h. die Strahlung wird unterbrochen, oder mit aktiver Laserstrahlung erfolgen, d.h. bei eingeschaltetem Laser, so dass die Vorschubbewegung also auch während eines Abtragens von Material erfolgen kann. Eine Vorschubbewegung mit aktiver Laserstrahlung kann insbesondere dann bevorzugt sein, wenn die Schnittkontur über das Scanfeld hinausgeht. Eine Deaktivierung der Laserstrahlung kann zum Beispiel durch Ausschalten des Lasers oder Unterbrechung des Strahls, beispielsweise durch Blockierung des Strahls im Strahlengang, erfolgen.
Insbesondere in solchen Fällen, bei denen die Vorschubbewegung während einer Abtragung von Material erfolgt, ist es besonders bevorzugt, wenn die Fokusverstelleinheit bzw. deren Komponenten sowie die noch später erläuterten Komponenten zur Realisierung des Vorschubs, von einer Steuereinrichtung so koordiniert angesteuert werden, dass in einem, beispielsweise wie oben definierten, Koordinatensystem „Scanbahnen“ oder „Fokusbahnen“ vorgegeben werden können, entlang derer sich der Fokusbereich mit einer vordefinierten Geschwindigkeit bewegen soll und dies durch eine geeignete Überlagerung von Scanbewegung und Vorschubbewegung realisiert wird. Dabei ist es auch möglich, dass eine Vorschubbewegung des Fokusbereichs durch eine entsprechend koordinierte Scanbewegung temporär und/oder partiell kompensiert wird, beispielsweise zeitweise in einer vektoriellen Richtung im Koordinatensystem wieder aufgehoben wird. So kann beispielsweise der Fokusbereich durch die Scanbewegung trotz einer überlagerten Vorschubbewegung zeitweise an einem Punkt gehalten werden oder auf einer senkrechten Linie zur Vorschubbewegung bewegt werden.
Sofern ein weiterer Schnitt in das Werkstück eingebracht wird, wird üblicherweise die Fokusverstelleinheit bei ausgeschaltetem Laser und inaktiven Komponenten in der Fokusverstelleinheit an eine neue Position bewegt, um dort ein Scanfeld zu positionieren, in dem dann mit dem neuen Schnitt, z. B. entlang einer anderen Schnittkontur, begonnen werden kann.
D. h. anders als im oben genannten Stand der Technik wird also nicht einfach nur die Fokussieroptik in drei Dimensionen mit Verfahreinrichtungen bewegt. Es wird zusätzlich eine Fokusverstelleinheit mit einer Scaneinheit verwendet, die in der Lage ist, den Fokusbereich innerhalb eines definierten Scanfelds zu bewegen. Mit fortschreitender Erweiterung des Schnitts mittels dieser Scaneinheit kann dann die Scaneinheit bewegt und das Scanfeld damit verschoben oder versetzt werden, um größere Schnittkonturen abzuarbeiten, oder das Scanfeld kann versetzt werden, um an anderer Stelle einen weiteren Schnitt einzubringen.
Die Scaneinheit (welche auch als „Strahlablenkungseinheit“ bezeichnet werden kann) der Fokusverstelleinheit ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie den Fokusbereich des Lasers mit einer relativ hohen Geschwindigkeit - im Folgenden auch als „Scangeschwindigkeit“ bezeichnet - verstellen kann. „Relativ hoch“ ist hier insbesondere bezogen auf die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der die relative Bewegung zwischen Scaneinheit bzw. Fokusverstelleinheit und Werkstück erfolgt. Z. B. kann die Scaneinheit so aufgebaut sein, dass sie den Fokusbereich des Lasers mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise mindestens 1.000 mm/s, besonders bevorzugt mindestens 2.000 mm/s, ganz besonders bevorzugt mindestens 5.000 mm/s, (z. B. in einer vektoriellen Richtung parallel zur Bezugsebene) verstellen kann. Diese Werte beziehen sich auf eine typischerweise zum Einsatz kommende Brennweite von 100 mm. Für größere oder kleinere Brennweiten können sich entsprechend größere oder kleinere Fokusbahngeschwindigkeiten ergeben.
Beispielweise oder sogar bevorzugt kann die Scaneinheit einen Galvanometer-Scanner umfassen bzw. als solcher aufgebaut sein, der beispielsweise mit einer Spiegeloptik arbeitet, um den Laserstrahl mit einer relativ hohen Geschwindigkeit abzulenken. Ebenso wären hier aber auch piezo- oder optoelektrische, akustooptische oder resonante Ablenksysteme verwendbar, also beispielsweise schnelle Ablenksysteme, die sinusförmig oder dergleichen schwingen. Je nach Anwendung können elektro- oder akustooptische Ablenksysteme und allgemein nicht mechanisch arbeitende Ablenksysteme zur x-y-z-Fokusverstellung gegenüber mechanischen Galvanometerscansystemen im Vorteil sein hinsichtlich der maximal erzielbaren Fokusbahngeschwindigkeiten und Beschleunigungswerten an Umkehr- und Eckpunkten, sind aber oft mit höheren Kosten oder auch kleineren Ablenkwinkeln verbunden. Es ist auch denkbar in der einen Achse einen Galvanometerscanner und in der dazu orthogonalen Achse einen elektrooptischen Scanner zu nutzen. Zur Bewegung des Fokus im Werkstück mit einer solchen Scaneinheit sind keine hohen Energien erforderlich, da ja nur Komponenten mit vergleichsweise kleinen Massen zu beschleunigen und wieder anzubremsen sind bzw. bei nichtmechanisch arbeitenden Systemen z. B. nur die an einem elektrooptischen Kristall zur Strahlablenkung anliegende Spannung zu verändern ist. Ähnliches gilt für z. B. akustooptische oder ähnlich arbeitende nicht-mechanische Ablenksysteme.
Durch die Scaneinheit kann der Fokusbereich zumindest in einer Scankopf-Bezugsebene, bezogen auf die Lage der Fokusverstelleinheit, verstellt werden, wobei diese Scankopf-Bezugsebene zum Beispiel parallel zu einem Austrittsfenster oder einer Austrittslinse der Fokusverstelleinheit liegen kann. In einer im Wesentlich senkrechten Richtung dazu (je nach x-/y-Auslenkung des Strahls kann die Fokussierrichtung leicht von der Senkrechten abweichen), kann die Verstellung des Fokusbereichs mittels einer geeignet verstellbaren Fokussiereinrichtung erfolgen. Hierzu kann vorzugsweise ein sogenannter „z-Shifter“ oder „Fokus-Shifter“ verwendet werden, der den Fokusbereich in einer Fokussierrichtung entlang des Strahls verstellt. Alternativ kann die Fokusbewegung senkrecht zur Scankopf-Bezugsebene aber auch durch eine z-Verstelleinheit bzw. z-Verfahreinrichtung (die z. B. Teil der Fokussiereinrichtung sein kann), z.B. in Form einer motorbetriebenen Achse oder dergleichen, die die Scaneinheit mitsamt dem erforderlichen Fokussiersystem bzw. den Fokussierelementen in der passenden Richtung bewegt, bewerkstelligt werden.
Vorzugsweise ist die Fokussiereinrichtung in der Fokusverstelleinheit integriert, d. h. die Fokussiereinrichtung und die Scaneinheit sind Teile einer gemeinsamen Baueinheit, der Fokusverstelleinheit. Mit einer solchen Fokusverstelleinheit (genauer mit den darin integrierten Komponenten) ist der Fokusbereich relativ schnell in allen drei Raumrichtungen definiert bewegbar. Daher wird eine solche Fokusverstelleinheit im Folgenden auch als „3D-Scankopf“ bezeichnet.
Die Bewegung des Fokusbereichs in der Fokussierrichtung kann mittels eines z-Shifters beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 2.000 mm oder mehr erfolgen, also ebenfalls relativ schnell bzw. in der Größenordnung der Scangeschwindigkeit, die im Bereich von vorzugsweise 2.000 - 8.000 mm/s liegen kann. Die effektive Prozessgeschwindigkeit kann sich im Übrigen aus der maximal erreichbaren bzw. vordefinierten Fokusbahn-Geschwindigkeit (die Geschwindigkeit des Fokusbereichs auf der Fokusbahn) und der maximal möglichen Beschleunigung bzw. Verzögerung ergeben, die der Fokusbereich durch die Fokusverstelleinheit bzw. deren Komponenten in den jeweiligen Raumrichtungen erfahren kann.
Wie erwähnt sorgt die Scaneinheit vornehmlich für eine Verstellung des Fokusbereichs in vektoriellen Richtungen parallel zu einer definierten Bezugsebene und die Fokussiereinrichtung erlaubt die Veränderung des Fokusbereichs in einer senkrechten oder davon leicht abweichenden Richtung dazu. Je nach Aufbau der Komponenten in der Fokusverstelleinheit und/oder der Definition der Bezugsebene können gegebenenfalls die Bewegungen des Fokusbereichs durch die Scaneinheit einerseits und die Fokussiereinrichtung andererseits nicht klar einer bestimmten Raumrichtung des anhand der Bezugsebene definierten Koordinatensystems zugeordnet werden. Daher erfolgt bevorzugt eine geeignete koordinierte Ansteuerung der Scaneinheit und der Fokussiereinrichtung, um beispielsweise den Fokusbereich entlang einer der definierten Koordinatenachsen desjenigen Koordinatensystems zu verfahren, welches durch die Bezugsebene und die Senkrechte dazu aufgespannt wird. Dabei kann es zeitweise auch vorkommen, dass eine (vektorielle) Bewegung des Fokusbereichs durch die Scaneinheit in einer Raumrichtung, beispielsweise senkrecht zur Bezugsebene, durch eine entsprechende Aktion der Fokussiereinrichtung wieder kompensiert wird oder umgekehrt. Durch das koordinierte Zusammenspiel bzw. die entsprechend koordinierte Ansteuerung der Komponenten ist es möglich, beispielsweise den Fokusbereich in einer Ebene parallel zur Bezugsebene oder genau senkrecht dazu zu bewegen.
Die Fokusverstelleinheit kann, insbesondere hierzu, wie später noch genauer erläutert wird, auch eine eigene Scankopfsteuerung aufweisen, so dass dieser nur noch die aktuellen Raumkoordinaten in drei Richtungen x, y, z übergeben werden müssen und es werden automatisch die Scaneinheit und die Fokussiereinrichtung passend koordiniert zueinander angesteuert, damit der Fokusbereich an der gewünschten Stelle liegt.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Fokusverstelleinheit zwar bevorzugt und in den meisten Fällen so zum Werkstück angeordnet ist, dass die Scankopf-Bezugsebene mit der oben genannten Bezugsebene übereinstimmt, bezüglich der die Schnittkontur im Werkstück definiert ist. Dies muss aber nicht zwingend so sein. Beispielsweise könnte die Fokusverstelleinheit, wie dies später noch anhand von Beispielen erläutert wird, unter einem Winkel zur Werkstückoberfläche stehen. In diesem Fall muss zwischen den durch die Bezugsebenen jeweils definierten Koordinatensystemen umgerechnet werden.
Für die weiteren Erläuterungen wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass eine Festlegung der Koordinaten des Fokusbereichs in einem Koordinatensystem erfolgt, dessen x-/y-Ebene der Bezugsebene entspricht, bezüglich der die Schnittkontur definiert ist, also in der Regel eine Ebene parallel zu einer Anlageebene der Halterung für das Werkstück bzw. parallel zu einer Werkstückoberfläche, und die z-Richtung senkrecht auf dieser Ebene steht. Sollten die Raumrichtungen des Koordinatensystems der Fokusverstelleinheit nicht mit den Raumrichtungen des so definierten Bezugskoordinatensystems (x-/y-/z-Koordinatensystems) übereinstimmen, kann eine entsprechende Umrechnung erfolgen. Der Vollständigkeit halber ist aber darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich auch das Koordinatensystem im Bezug zur Fokusverstelleinheit festgelegt werden könnte oder ein beliebiges Bezugskoordinatensystem, sofern dies gewünscht ist.
Durch eine geeignete Fokussieroptik, welche auch Teil der Fokusverstelleinheit sein kann, beispielsweise durch eine telezentrische F-Theta-Linse, kann im Übrigen auch erreicht werden, dass der Fokusbereich selbst bei einem Verschwenken des Laserstrahls in einem Galvanometer-Scanner oder dergleichen, immer wenigstens in einer Achse senkrecht zur Scankopf-Bezugsebene und somit zur oben definierten Bezugsebene abgelenkt wird. Wie oben erläutert kann in den meisten Fällen die Bezugsebene parallel zur Werkstückoberfläche liegen. Es kann also mit einer telezentrischen F-Theta-Linse dafür gesorgt werden, dass der Laserstrahl bei einer planparallelen Glasplatte immer zumindest bezüglich einer Ablenkachse (in x- oder y-Richtung), bevorzugt bezüglich beider Ablenkachsen, senkrecht in das Werkstück eintritt und beim Eintritt nicht gebrochen wird. Sollte die Scaneinheit sogar aus nur einem einzigen kardanisch bewegten Spiegel bestehen, der sowohl die x- als auch y-Ablenkung vornimmt, so lässt sich der Strahl sogar bei Verwendung einer telezentrischen f-theta Linse in beiden Ablenkachsen bzw. einer beliebigen Kombination beider Achsen jederzeit senkrecht zur Werkstückoberfläche bewegen.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel, und wenn keine telezentrische Fokussierlinse verwendet wird bzw. kein senkrechtes Auftreffen der Laserstrahlung auf die Werkstückoberfläche gewährleistet werden kann, kann die Brechung des Laserstrahls beim Eintritt in das Werkstück jeweils vorab berechnet und bereits in der Fokusverstelleinheit bzw. Scaneinheit, insbesondere in den Geometriedaten für die Ansteuerung dieser Komponenten, berücksichtigt und somit die Position des Fokusbereich in allen drei Raumachsen „vorab korrigiert“ werden, um dann im Werkstück oder an dessen Unterseite immer die gewollte Position zu erreichen.
Aufgrund des Aufbaus hat wie erwähnt die Scaneinheit der Fokusverstelleinheit eine relativ beschränkte Scanfeldgröße. Sie liegt in der Praxis, je nach Aufbau der Scaneinheit, typischerweise im Bereich von maximal 50 bis 200 Millimeter. Diese Scanfeldgröße bzw. der Arbeitsbereich der Fokusverstelleinheit insgesamt kann i.d.R. auch von der jeweils gewählten Fokussieroptik abhängig sein, z. B. von der Brennweite der F-Theta-Linse (falls eine solche eingesetzt wird) oder dem Durchmesser einer telezentrischen Fokussieroptik.
Durch die Vorschubbewegung lässt sich jedoch der Schnitt auch über die Scanfeldgröße hinaus erweitern oder weitere Schnitte in das Werkstück einfügen, wobei sich die Schnitte in einem größeren Abstand zueinander befinden können. D.h. es wird mit dem Verfahren auch ermöglicht, ein größeres Werkstück, beispielsweise eine komplette Glastür oder dergleichen, nicht nur aus einem Rohteil auszuschneiden oder von diesem abzuschneiden, sondern auch an mehreren Stellen zu bearbeiten, insbesondere Ausschnitte einzubringen.
Die relative Vorschubbewegung erfolgt im Allgemeinen mit einer erheblich geringeren Geschwindigkeit (im Folgenden auch als „Vorschubgeschwindigkeit“ bezeichnet) als die o. g. „Scangeschwindigkeit“. Beispielsweise kann die Vorschubgeschwindigkeit bei dem noch später erläuterten besonders bevorzugten „kontinuierlichen“ Schneidverfahren derzeit bei einem Durchschneiden eines 5 mm dicken Glases typischerweise 250 bis 1.000 mm/min betragen. Bei dünneren oder dickeren Werkstücken kann sich die Vorschubgeschwindigkeit z. B. umgekehrt proportional zur Dicke des Werkstücks verändern.
Das bevorzugte Verfahren, bei dem also der Fokusbereich mit einer relativ hohen Scangeschwindigkeit innerhalb eines definierten Scanbereichs bewegt werden und der Scanbereich selbst mit einer dazu relativ langsameren Vorschubgeschwindigkeit verschoben werden kann, erlaubt also nun insbesondere auch das Einbringen beliebiger Schnittkonturen in dielektrische Materialien wie Glas, insbesondere auch von Bohrungen, Oberflächenstrukturen oder auch Markierungen bzw. Kennzeichnungen, mit hoher Prozessgeschwindigkeit, und hoher Qualität und in völlig anderen Größenordnungen als bisher, bis hin zu Schnitten von einigen m Länge. Kernbohrungen mit Durchmessern von einerseits nur wenigen Bruchteilen eines mm und andererseits bis hin zu 200 mm Durchmesser können in solche Werkstücke, z. B. mit Schnittflächenleistungen von bis zu 80 mm²/s oder auch mehr (abhängig von der Glasdicke), eingebracht werden. Eine mit Hilfe des bevorzugten Verfahrens erzeugte Schnittfläche bzw. Schnittkante (unter Schnittfläche ist die durch den Schnitt erzeugte Oberfläche des Werkstücks zu verstehen und unter Schnittkante jeweils der Rand, an der diese Schnittfläche an eine andere Fläche angrenzt) kann also innen beispielsweise am Rand einer Bohrung oder außen am fertigen Werkstück (also nach der Bearbeitung) liegen. Die Schnittflächen und Schnittkanten zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Verhältnis zu dem bisherigen Schneideverfahren (z.B. per Hartmetallrädchen) erheblich glatter sind und beispielsweise allenfalls nur nachpoliert werden müssen - jeden falls kein Schleifprozess mehr notwendig ist. Wie später noch erwähnt wird, ist es insbesondere auch möglich, die Schnittflächen bzw. Schnittkanten zu profilieren, beispielsweise gleich mit Fasen oder dergleichen zu versehen. Bemerkenswert ist, dass die mittels des hier beschriebenen Verfahrens erzeugten Schnittkanten und Bohrungen in Floatglas keinerlei Nachbearbeitung bedürfen, um das bearbeitete Glas zu einem Einscheibensicherheitsglas (ESG) weiterverarbeitet zu werden d.h. thermisch vorzuspannen. Bei mechanische Bohrverfahren oder dem Wasserstrahlschneiden müssen in der Regel immer noch Fasen an die Kanten geschliffen werden, damit diese dann zu ESG weiterverarbeitet werden können.
Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Einbringen eines Schnitts in ein Werkstück entlang einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren Schnittkontur (im Folgenden kurz als „Bearbeitungsvorrichtung“ bezeichnet) weist zumindest eine Halterung für das Werkstück auf. Im einfachsten Fall kann es sich hierbei um eine Auflage oder Anlage handeln, wie ein Rollentisch o. Ä., auf dem das Werkstück, beispielsweise eine Flachglasplatte oder dergleichen, aufgelegt wird und auf dem dann vorzugsweise das Werkstück auch verschiebbar ist und positioniert werden kann. Eine solche Halterung kann zudem auch eine automatische Positioniervorrichtung aufweisen, um das Werkstück automatisch bzw. motorisch zu bewegen, um vorzugsweise das Werkstück in die gewünschte Position zu verbringen und/oder von dort wieder abzutransportieren. Weiterhin kann die Halterung Fixiermittel aufweisen, um das Werkstück an einer gewünschten Position vorübergehend, insbesondere während der Bearbeitung, zu fixieren. Um das Werkstück präzise zu bewegen und zu positionieren, kann es z. B. mit Vakuumsaugern oder einer Klammerung im Randbereich fixiert werden und dann schlupffrei bewegt werden.
Weiterhin weist die Schneidevorrichtung wenigstens einen Laser zur Erzeugung von Laserstrahlung auf. Bevorzugte Lasertypen bzw. Wellenlängen wurden oben bereits genannt.
Zudem weist die Bearbeitungsvorrichtung eine Fokussiereinrichtung auf, um die in das Werkstück auf einer Strahlungseintrittsseite eingestrahlte Laserstrahlung im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks derart in einem Fokusbereich zu fokussieren, dass im Fokusbereich Werkstückmaterial abgetragen wird. Die Fokussierung durch die Fokussiereinrichtung in der z-Richtung kann insbesondere in Strahlrichtung des Laserstrahls erfolgen. Eine solche Fokussiereinrichtung kann, wie ebenfalls bereits erwähnt, hierzu eine handelsübliche F-Theta-Linse bzw. ein telezentrisches F-Theta-Objektiv oder ein anderes Fokussiersystem bzw. Fokussierelement (wie z. B. eine einfache Sammellinse) aufweisen und/oder einen z-Shifter. So kann z. B ein z-Shifter vom Laser aus gesehen vor der Scaneinheit eingesetzt werden und eine F-Theta-Linse bzw. ein telezentrisches F-Theta-Objektiv hinter der Scaneinheit. Auch kann eine Fokussierung anstelle durch eine F-Theta-Linse bzw. ein telezentrisches F-Theta-Objektiv mittels einer Sammellinse oder eines fokussierenden Objektivs vor der Scaneinheit vorgenommen werden und zweckmäßigerweise mit einem davor befindlichen z-shifter der Fokussiereinrichtung kombiniert werden. Anstelle des z-Shifters (oder zusätzlich) könnte die Fokussiereinrichtung wie erwähnt auch eine z-Verstelleinheit bzw. z-Höhenverfahreinrichtung (im Folgenden auch nur kurz Höhenverfahreinrichtung) aufweisen, welche das Verfahren des Fokusbereichs in z-Richtung vollständig übernimmt. Dies sind nur einige Ausführungsbespiele. Verschiedene Fokussiereinrichtungen sind dem Fachmann bekannt und können im Übrigen auch handelsüblich erworben werden. Diese Ausführung gilt für einen einzelnen Laserstrahl oder auch mehrere Laserstrahlen, sofern mehrere Laserstrahlen genutzt werden sollen, um z. B. wie später noch erläutert mit mehreren Fokusbereichen parallel zu arbeiten. Ein Fokusshifter oder eine z-Höhenverfahreinrichtung übernimmt dann die notwendige z-Steuerung für den Fokus bzw. die Fokusse.
Außerdem umfasst die Bearbeitungsvorrichtung wie mehrfach erwähnt eine Fokusverstelleinheit mit bevorzugt zumindest einer Scaneinheit, um eine „Scanbewegung“ des Fokusbereichs durchzuführen, d. h. die in der Lage ist, den Fokusbereich des Lasers, vorzugsweise in einem (in der Regel durch den konkreten Aufbau der Fokusverstelleineinheit) begrenzten Scanfeld, relativ schnell zu bewegen, vorzugsweise entlang eines Konturabschnitts der Schnittkontur. Solche Scaneinheiten, beispielsweise Galvanometerscanner oder dergleichen, können ebenso handelsüblich erworben werden.
Wie bereits erwähnt ist vorzugsweise auch die Fokussiereinrichtung, mit dem z-Shifter oder ggf. der Höhenverfahreinrichtung, ein Teil der Fokusverstelleinheit, d.h. die Scaneinheit und die Fokussiereinrichtung bilden bevorzugt eine gemeinsame Baueinheit, den „3D-Scankopf“. Dementsprechend kann auch die Scanbewegung des Fokusbereichs in allen drei Raumrichtungen erfolgen. Durch eine geeignete Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung (gegebenenfalls auch einen speziell hierfür vorgesehenen separaten Teil Steuerung, welcher bevorzugt ebenfalls in die Fokusverstelleinheit integriert sein kann), kann dafür gesorgt werden, dass die Scaneinheit und die Fokussiereinrichtung koordiniert so angesteuert werden, dass der Fokusbereich entlang einer beliebigen Kurve bzw. an einen beliebigen Punkt im Raum bewegt werden kann.
Weiterhin umfasst die Bearbeitungsvorrichtung bevorzugt eine Vorschubeinrichtung, um die Scaneinheit, vorzugsweise eine Fokusverstelleinheit (d. h. die bereits genannte integrierte Baueinheit, welche die Fokussiereinrichtung und die Scaneinheit umfasst) entlang der Schnittkontur in zumindest einer Richtung quer zur Strahlrichtung, also beispielsweise wiederum in zumindest eine Richtung in der bereits oben erwähnten x-/y-Ebene, relativ zum Werkstück automatisch zu bewegen.
Da dies wie erwähnt nur mit einer Vorschubgeschwindigkeit erforderlich ist, die erheblich langsamer als die oben erwähnte Scangeschwindigkeit ist, kann eine solche Vorschubeinrichtung beispielweise relativ einfach so realisiert werden, dass die Scaneinheit an einer geeigneten Traverse (bzw. Brücke) in einem ausreichenden Abstand oberhalb der Strahlungseintrittsseite des Werkstücks gelagert ist und entlang einer Längsrichtung an der Traverse automatisch bewegt werden kann. Die Traverse kann wiederum selbst senkrecht zu Ihrer Längsrichtung beweglich gelagert sein, z.B. an ihren Enden jeweils auf Schienen oder dergleichen gelagert und automatisch verfahrbar sein. So können insgesamt die Scaneinheit bzw. die Fokusverstelleinheit in zwei Richtungen senkrecht zueinander in einem Abstand oberhalb der Strahlungseintrittsseite eines an der Halterung angeordneten Werkstücks bewegt werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass insbesondere in Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung der Fokussiereinrichtung, in der Regel auch der Scanbereich senkrecht zur Bezugsebene begrenzt ist. D. h. die Fokusverstelleinheit bzw. der 3D-Scankopf weisen nicht nur ein begrenztes Scanfeld (welches parallel zur gewählten Bezugsebene definiert sein kann), sondern ein begrenztes „Scanvolumen“ auf.
Daher kann bevorzugt zusätzlich, die Fokusverstelleinheit auch in der z-Richtung, z. B. an dieser Traverse, relativ zum Werkstück bewegt werden, z. B. mit einer (ggf. weiteren) Höhenverfahreinrichtung (wobei unter „Höhe“ hier der Abstand zu einer Anlageebene der Halterung bzw. zur Werkstückoberfläche zu verstehen ist). So kann der Bewegungsbereich des Fokusbereichs in z-Richtung über den normalen Bewegungsbereich der Fokussiereinrichtung, z. B. des z-Shifters, (also über das normale Scanvolumen der Fokusverstelleinheit) hinaus erweitert werden.
Der konkrete Aufbau der Halterung kann insbesondere von der Art der Werkstücke abhängen. Ein Rollentisch bietet sich z. B. für eine Bearbeitung von plattenförmigen Werkstücken, beispielsweise Flachglas oder dergleichen, an. Dabei kann diese Halterung auch so aufgebaut sein, dass die Bearbeitungsvorrichtung als sogenannte „Vertikalbohrmaschine“ aufgebaut ist, d. h. dass das plattenförmige Werkstück unter einem leichten Winkel zur Vertikalen an einen Rollentisch angelehnt ist und sich beispielsweise die Traverse mit der Scaneinheit bzw. Fokusverstelleinheit unter einem entsprechenden Winkel zur Vertikalen in einem Abstand von dieser Rollenbahn erstreckt. Eine solche vertikale Bohranlage ist aufgrund der geringen Stellfläche deutlich platzsparender als eine horizontale Tischanlage.
Um dafür zu sorgen, dass die Bohrkerne oder größere Ausschnitte aufgrund der mehr oder weniger vertikalen Ausrichtung des Werkstücks nicht von selbst herausfallen, können, insbesondere bei einer solchen Vertikalbohrmaschine, aber auch bei horizontalen Bearbeitungsmaschinen, die Bohrkerne bzw. Ausschnitte von der Rückseite mit einem oder mehreren Vakuumsaugern oder ähnlichen Haltevorrichtungen gehalten werden, bevor sie vollständig vom Werkstück abgetrennt sind. Nach dem Bohr- bzw. Schneideprozess können sie dann kontrolliert aus der Bohrung bzw. der Ausschnittöffnung entnommen werden. Dadurch kann verhindert werden, dass ein unkontrolliert herabfallender Bohrkern oder Ausschnitt das Werkstück oder die Vorrichtung beschädigt. Die Vakuumsauger oder ähnlich wirkenden Haltevorrichtungen können dabei mit Vorrichtungen zur Bewegung der noch später erwähnten Düsen oder der Absaugeinrichtungen bzw. der Saugeingänge kombiniert werden und beispielsweise zumindest dasselbe Antriebssystem nutzen.
An dieser Traverse kann beispielsweise auch der Laser montiert sein. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, den Laser an einer anderen Stelle ortsfest zu montieren und über Lichtleiter oder dergleichen das Laserlicht zur Fokussiereinheit und/oder Scaneinheit (bzw. Fokusverstelleinheit) zu leiten. Dies hat den Vorteil, dass mit Hilfe der Vorschubeinrichtung kleinere Massen bewegt werden müssen, als wenn daran auch der gesamte Laser montiert ist.
Zusätzlich oder alternativ ist auch möglich, dass die Vorschubeinrichtung oder zumindest ein Teil der Vorschubeinrichtung an der Halterung angeordnet bzw. ein Teil dieser ist, beispielsweise indem die erwähnte Positioniervorrichtung zur Positionierung des Werkstücks an der Halterung in geeigneter Weise angesteuert wird und so als Vorschubeinrichtung dient.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die relative Vorschubbewegung in einer Raumrichtung in der x-/y-Ebene mittels eines Teils der Vorschubeinrichtung an der Halterung zu realisieren (z. B. die erwähnte Positioniervorrichtung) und die Bewegung in einer quer, insbesondere senkrecht, dazu verlaufenden Richtung in der x-/y-Ebene durch die Bewegung entlang der genannten Traverse zu realisieren.
Grundsätzlich kann die Vorschubeinrichtung aber auch durch einen geeigneten Roboterarm oder dergleichen realisiert werden. Beispielsweise kann die Fokusverstelleinheit am freien Ende des Roboterarms angeordnet sein, und vorzugsweise auch um verschiedene Achsen drehbar sein. Weiterhin wäre es möglich, eine Kombination aus einem Roboterarm und einer Traverse zu wählen.
Unabhängig von der genauen Aufbauweise der Vorschubeinrichtung ist diese bevorzugt so aufgebaut, dass sie eine möglichst große „Spannweite“ aufweist. Dabei wird unter der Spannweite die Ausdehnung des Arbeitsbereichs der Vorschubeinrichtung verstanden, innerhalb dessen die Fokusverstelleinheit bewegt werden kann. Vorzugsweise wird die Spannweite dabei als der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Scanfelder der Fokusverstelleinheit definiert, wenn sich die Fokusverstelleinheit in der Richtung, entlang derer die Spannweite gemessen wird, an den maximal gegenüberliegenden Endpunkten befindet. Vorzugsweise beträgt die Spannweite der Vorschubeinrichtung in zumindest einer Richtung, vorzugsweise zwei diagonal zueinander stehende Richtungen, wenigstens 1 m, bevorzugt wenigstens 2 m, ganz besonders bevorzugt wenigstens 3 m. Mit einer derart großen Spannweite kann auch bei relativ großen Werkstücken dafür gesorgt werden, dass möglichst jeder Punkt des Werkstücks mit dem Fokusbereich angefahren werden kann. Somit können beispielsweise auch große Werkstücke komplett durchgeschnitten werden.
Ferner umfasst die Bearbeitungsvorrichtung erfindungsgemäß eine (so koordiniert mit dem Fokusbereich mitbewegbare) Blas-Düse bzw. Düse, dass sich die Blas-Düse zumindest in dem jeweils aktuellen Scanbereich befindet, um ein in oder an der Halterung befindliches Werkstück an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich mit einem Fluidstrom, vorzugsweise einem Gasstrom, besonders bevorzugt einem Luftstrom, in Kontakt zu bringen, so dass der Fluidstrom zur effektiveren Entfernung des abgetragenen Werkstückmaterials aus einem Schnittspalt des eingefügten Schnitts im Schnittspalt selbst eine Strömung erzeugt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bearbeitungsvorrichtung eine (vorzugsweise auch koordiniert mit dem Fokusbereich mitbewegbare) Absaugeinrichtung umfassen, um das Werkstück an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich oder um den Fokusbereich herum, z. B. im gesamten aktuellen Scanbereich bzw. Scanfeld, abzusaugen.
Schließlich benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine entsprechende Steuereinrichtung, die die für den jeweiligen Vorgang erforderlichen Komponenten, wie gegebenenfalls die Halterung, den Laser, die Fokussiereinrichtung, die Scaneinheit, die Vorschubeinrichtung, die Düse und/oder die Absaugeinrichtung (je nachdem, welche Komponenten realisiert wurden) so anzusteuern, dass das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Diese Steuereinrichtung ist hierzu in geeigneter Weise mit den jeweiligen Komponenten gekoppelt, um mit diesen zu kommunizieren, d. h. Steuerbefehle zu übersenden und/oder Kontrollwerte etc. zu empfangen. Diese Steuereinrichtung kann auch aus mehreren Teilsteuerungen bestehen, die in geeigneter Weise zusammenarbeiten.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bzw. Steuereinrichtung kann ganz oder teilweise beispielsweise in Form einer Rechnereinheit mit geeigneten Schnittstellen zur kommunikativen Verbindung mit den anderen Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung und mit geeigneter Software realisiert sein. Insbesondere können auch einzelne Teilsteuerungen oder Teile davon jeweils durch Software auf geeigneten Rechnereinheiten realisiert sein. Dies gilt insbesondere für eine Bahnberechnungseinheit, die wie später noch erläutert anhand von Steuerdaten (z. B. CAD-Daten) die erforderlichen Scanbahnen berechnet, entlang derer der Fokusbereich optimal geführt werden kann, und die z. B. in Form von geeigneten Softwareprogrammteilen in der Rechnereinheit einer Steuereinrichtung realisiert sein kann. Die Rechnereinheit kann z. B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen, Speicher etc. aufweisen. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass eine solche Steuereinrichtung auf einfache Weise durch ein Software- bzw. Firmware-Update nachgerüstet und aktualisiert werden kann.
Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z. B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen. Zum Transport zur Rechnereinheit bzw. Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Rechnereinheit bzw. Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit bzw. Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Bevorzugt werden für solche Datenverbindungen heute Industrie-taugliche Netzwerkverbindungen wie z.B. Ethernet oder WLAN oder ähnlich verwendet.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung hierzu, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen bzw. Beschreibungsteilen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können. Insbesondere sind die Bearbeitungsvorrichtung und bevorzugt die Steuereinrichtung jeweils so ausgebildet, dass im Betrieb die Weiterbildungen des Verfahrens, insbesondere gemäß den beschriebenen bevorzugten Verfahrensmodi, besonders bevorzugt gemäß den abhängigen Verfahrensansprüchen, realisiert werden.
Zur schichtweisen Abtragung von Material in einem Schnittsegment entlang eines Konturabschnitts der Schnittkontur kann der Fokusbereich mittels der Fokusverstelleinheit in zumindest einer (vektoriellen) Richtung parallel zur Bezugsebene bewegt werden und dabei wird der Fokusbereich relativ zum Werkstück kontinuierlich oder schrittweise in einer Richtung senkrecht zur Bezugsebene bewegt. Sofern dabei eine Erweiterung des Schnitts erfolgen soll, wird hierzu vorzugsweise die Fokusverstelleinheit kontinuierlich oder schrittweise entlang der Schnittkontur in zumindest einer Richtung (der Vorschubrichtung) parallel zur Bezugsebene relativ zum Werkstück bewegt. Dies erfolgt vorzugsweise während aktiver Laserstrahlung, d.h. die Strahlung wird nicht unterbrochen.
Zur Abtragung von Material in dem Konturabschnitt der Schnittkontur in der gewünschten Schnittbreite kann der Fokusbereich mittels der Fokusverstelleinheit bevorzugt in zumindest einer weiteren Richtung parallel zur Bezugsebene bewegt werden. D.h. der Fokusbereich ist mittels der Fokusverstelleinheit wie erwähnt bevorzugt in zwei vektoriellen Richtungen (x-Richtung und y-Richtung) parallel zur x-/y-Ebene frei bewegbar.
Alternativ oder zusätzlich kann der Fokusbereich mittels einer bereits erwähnten Fokussiereinrichtung, vorzugsweise einem darin enthaltenen z-Shifter, in der oben erwähnten Weise in einer senkrechten Richtung dazu bewegt werden (wobei die Fokussiereinrichtung wie erwähnt bevorzugt auch ein Teil der Fokusverstelleinheit bildet).
Dabei kann wie erwähnt ganz besonders bevorzugt also der Fokusbereich mittels der Fokusverstelleinheit (vektoriell) in drei Raumrichtungen relativ schnell innerhalb des durch die Fokusverstelleinheit definierten, begrenzten Scanvolumens bewegt werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Bewegung mit Hilfe einer solchen in sich verstellbaren Fokussiereinrichtung könnte auch die Fokussiereinrichtung insgesamt (bzw. die gesamte Fokusverstelleinheit) in z-Richtung relativ zum Werkstück von diesem weg oder zu diesem hinbewegt werden. Die hierzu nötigen Komponenten könnten aber ebenso auch als Teil der Fokusverstelleinheit gesehen werden.
Besonders bevorzugt wird der Fokusbereich mittels der Scaneinheit der Fokusverstelleinheit in zumindest einer Richtung oszillierend hin und her bewegt. Dies kann von einer weiteren oszillierenden oder nicht-oszillierenden Bewegung in einer weiteren Richtung zum Beispiel durch den z-Shifter oder dergleichen überlagert sein. Damit kann dafür gesorgt werden, dass der Fokusbereich unter schneller Oszillation während des Abtragens von Material von der Strahlungsaustrittsseite aus entsprechend schnell in das Werkstück eindringt und z. B. die später noch anhand der Abbildungen zu den konkreten Ausführungsbeispielen (zum Beispiel in den 8 bis 13) dargestellten Abtragsflächen (im Folgenden auch „Schichten“ genannt) überstreicht bzw. abscannt.
Die Geschwindigkeit, mit der der Fokusbereich jeweils in die verschiedenen Richtungen bewegt wird, ist dabei so gewählt, dass eine ausreichend starke Leistungsdichte an dem jeweiligen Ort im Material erreicht wird, um das Material entsprechend abzutragen.
Die relative Vorschubbewegung der Fokusverstelleinheit, kann wie erwähnt schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Dabei kann das Schnittsegment bzw. der aktuelle Konturabschnitt je nach Variante des Verfahrens verschoben oder quasikontinuierlich oder kontinuierlich erweitert werden.
Bei einer ersten Variante wird nach einem schichtweisen Abtragen von Material in einem ersten Schnittsegment die Fokusverstelleinheit entlang eines ersten Konturabschnitts relativ zum Werkstück schrittweise versetzt bzw. umpositioniert. Dann wird schichtweise Material in einem weiteren Schnittsegment abgetragen. Ein solches Schnittsegment kann also als ein begrenzter freizuschneidender „Block“ angesehen werden, sodass dieser Modus auch als „Block-Modus“ oder „Schachtel-Modus“ bezeichnet wird. Vorzugweise liegen dabei die abgetragenen Schichten im Wesentlichen parallel zu einer Werkstückoberfläche, also beispielsweise zur Oberfläche der Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks.
Das zweite Schnittsegment ist vorzugsweise direkt benachbart zum ersten Schnittsegment, grenzt also an dieses erste Schnittsegment an, so dass der Schnitt blockweise erweitert wird. Mit diesem Verfahren kann also, vorzugsweise Block an Block, der Schnittbereich nach und nach freigeschnitten werden, um so den Schnitt in der gewünschten Länge und Tiefe und Form in das Werkstück einzubringen. Da die Vorschubbewegung der Fokusverstelleinheit nur jeweils kurzzeitig nach dem erfolgreichen Freischneiden eines Schnittsegments zum Verschieben in den nächsten Konturabschnitt erfolgt und innerhalb eines Schnittsegments keine Bewegung von schwereren Komponenten erforderlich ist, ist dieses Verfahren erheblich schneller als das eingangs genannte Verfahren, bei dem permanent eine Relativbewegung zwischen Optik und Werkstück mit vergleichsweise großen Massen ausgeführt werden müsste. Somit sind trotz begrenztem Scanfeld Schnitte mit nahezu beliebigen Längen und Schnittverläufen unter Ausnutzung der hohen Dynamik der Fokusverstelleinheit bzw. deren Scaneinheit erreichbar.
Das Versetzen der Fokusverstelleinheit kann ohne aktive Laserstrahlung erfolgen, es sind aber auch Varianten möglich, bei denen der Laserstrahl aktiv bleibt, z. B. dass der Fokusbereich während des Vorschubs in einem Grenzbereich zweier aneinandergrenzender Blöcke Material abträgt.
Bei einer speziellen Weiterbildung dieses Block-Modus kann dafür gesorgt werden, dass eine Grenze (oder Grenzfläche) bzw. Stöße zwischen zwei benachbarten Schnittsegmenten, also zwei benachbarten Blöcken, schräg zu den jeweiligen Schichten verläuft, also vorzugsweise auch schräg zur Oberfläche des Werkstücks an der Strahlungsaustrittsseite und/oder zur Oberfläche des Werkstücks an der Strahlungseintrittsseite (beispielsweise bei einem vollständigen Durchschnitt des Werkstücks). Hierzu können beispielsweise die in z-Richtung übereinanderliegenden Schichten des Schnittsegments etwas gegeneinander versetzt werden, sodass insgesamt ein parallelogrammartiger Block herausgeschnitten wird. Diese schrägen Stöße zwischen benachbarten Schnittsegmenten haben den Vorteil, dass ein ungewollter eventueller Versatz quer zur Schnittrichtung, der durch die von Schnittsegment zu Schnittsegment erfolgende Vorschubbewegung der Fokusverstelleinheit erfolgen könnte, optisch und haptisch weniger auffällt. Grundsätzlich kann schon ein Versatz von wenigen Mikrometern als störend empfunden werden. Zwar sind durch entsprechend hochpräzisen Aufbau der Vorrichtung, insbesondere der Vorschubeinrichtung, selbst kleine Versätze an den Stößen weitgehend vermeidbar, jedoch führt eine hochpräzise Ausführung, um die Fokusverstelleinheit präzise zu bewegen, auch immer zu höheren Kosten. Dies gilt gerade dann, wenn es um große Werkstücke geht, wie zum Beispiel Flachglas für den Architektur- und Inneneinrichtungsbereich.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird dafür gesorgt, dass die abgetragenen beziehungsweise abzutragenden Schichten des Materials auf einer Rampe schräg von der Strahlungsaustrittsseite in Richtung auf die Strahlungseintrittsseite verlaufen. D. h. der Materialabtrag verläuft hier auf der „Rampe“ oder einer „Schräge“ von unten nach oben zur Strahlungseintrittsseite hin. Dabei wird vorzugsweise das Schnittsegment durch die kontinuierliche oder schrittweise Bewegung der kompletten Fokusverstelleinheit entlang der Schnittkontur in der Vorschubrichtung schichtweise, d. h. Schicht für Schicht, erweitert.
Eine schrittweise Vorschubbewegung der Fokusverstelleinheit könnte dabei jeweils nach Abtragen einer einzelnen Schicht erfolgen (quasikontinuierlicher Modus). Ganz besonders bevorzugt wird aber die Fokusverstelleinheit tatsächlich kontinuierlich verfahren, da wie oben bereits erläutert die Bewegung dieser Einheit in der Vorschubrichtung durch geeignete Steuerung der Scanbewegung so ausgeglichen werden kann, dass dennoch jeweils in einer schrägen Ebene verlaufende Schichten genau parallel zueinander abgetragen werden. Zum Abtragen einer solchen Schicht wird mittels der Fokusverstelleinheit und der (insbesondere in die Fokusverstelleinheit integrierten) Fokussiereinrichtung dafür gesorgt, dass der Fokusbereich entsprechend koordiniert in drei Raumrichtungen (x, y, z) in der gewünschten abzutragenden Schichtebene bewegt wird. Diese kontinuierliche Bewegung der Fokusverstelleinheit hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, die relativ großen Massen ständig zu beschleunigen und wieder abzubremsen. Nur die kleinen Komponenten innerhalb der Fokusverstelleinheit, insbesondere der Scaneinheit und der Fokussiereinrichtung, also beispielsweise die Galvanometerspiegel und der z-Shifter, welche die schnellen Scanbewegungen des Fokusbereichs ermöglichen, werden diskontinuierlich bewegt, wobei es sich hierbei aber nicht um schwere Massen handelt, oder man arbeitet, wie oben beschrieben, mit noch dynamischeren nicht-mechanischen Verstelleinheiten. Die hier beschriebene Variante wird daher im Folgenden auch als „kontinuierlicher Modus“ bezeichnet.
Eine bereits erwähnte übergeordnete Steuerung kann hierbei sicherstellen, dass der Schneidprozess selbst immer innerhalb des Scanfeldes stattfindet, also die Scaneinheit oder Fokusverstelleinheit immer mit einer derart geregelten Vorschubgeschwindigkeit entlang des Schnittes fortbewegt wird, dass der Schneidprozess nicht „überholt“ wird oder die Grenzen des Scanfelds nach vorne in Schnittrichtung erreicht. Insbesondere um Unterbrechungen des Schneidprozesses zu verhindern, kann vorzugsweise die Vorschubgeschwindigkeit der Fokusverstelleinheit ständig mit der eigentlichen Prozessgeschwindigkeit des Laserabtrags abgeglichen bzw. geregelt werden.
Vorzugsweise laufen die Schichten im kontinuierlichen Modus von unten in Vorschubrichtung vorne nach oben in Vorschubrichtung hinten. D. h. die Schichten sind von unten nach oben durch das Werkstück entgegen der Vorschubrichtung geneigt, sodass das abgetragene Material einfach von der Strahlungsaustrittsseite nach hinten, in Strahlrichtung des Laserstrahls, weggetragen werden kann. Dadurch wird vorteilhafterweise auch dafür gesorgt, dass der Laserstrahl selbst ungestört durch noch nicht entferntes Material bis zum Wirkort vordringen kann - also durch den eingebrachten Schnitt selbst nicht gestört wird. Der Winkel der Schichten zur Oberfläche des Werkstücks beziehungsweise zur Vorschubrichtung, d. h. die Ausrichtung der Schräge oder Rampe, ist vorzugsweise so gewählt, dass die Schichten wenn möglich vollständig von unten nach oben das Werkstück durchlaufen, sofern ein kompletter Durchschnitt des Werkstücks gewünscht ist. Dies hat den Vorteil, dass der Laser bzw. Fokusbereich besonders bevorzugt mit einer schnellen Oszillationsbewegung von oben nach unten durch das Werkstück durchgescannt werden kann, wobei die Umkehrpunkte, an denen der Fokusbereich wieder zurückbewegt werden kann, bevorzugt oben und unten außerhalb des Werkstücks liegen können. Dies hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, die Laserstrahlung in diesen Umkehrpunkten auszuschalten. Grundsätzlich können aber auch andere Scanbewegungsabläufe verwendet werden, d. h. andere „Scanbahnen“ oder „Fokusbahnen“ abgefahren werden, wobei einige Bewegungsmuster später noch anhand der Figuren erläutert werden.
Mit einem solchem kontinuierlichen Verfahren kann genau wie bei dem zuvor erläuterten Block-Modus dank der relativ hohen Dynamik der Fokusverstelleinheit bzw. deren Komponenten selbst um Ecken und enge Radien ohne nennenswerten Zeitverlust geschnitten werden. Beim kontinuierlichen Verfahren wird ein stufenartiger Versatz zwischen Blöcken prinzipiell vermieden, so dass zudem der Aufbau der Vorrichtung kostengünstiger erfolgen kann.
Besonders bevorzugt wird zur Einbringung von tieferen Nuten oder zum kompletten Durchschneiden von Werkstücken mit relativ großen Dicken (Stärken) zunächst in einem ersten Arbeitsgang in das Werkstück ein erster Teilschnitt in Form einer Nut bis zu einer definierten Tiefe entlang zumindest eines Konturabschnitts der Schnittkontur eingebracht. Dann kann von einem Nutgrund dieser Nut (also des ersten Teilschnitts) aus in Richtung der Strahlungseintrittsseite entlang des zumindest einen Konturabschnitts der Schnittkontur ein weiterer Teilschnitt in das Werkstück eingebracht werden. Sofern dies möglich ist, erfolgt dieser weitere Teilabschnitt dann bis zur gewünschten Tiefe der Gesamtnut bzw. bis zum gewünschten Durchschneiden des Werkstücks. Anderenfalls ist es möglich, einen weiteren Teilschnitt vorzusehen, der sich dann an den Nutgrund des zweiten Teilschnitts anschließt und so weiter. Die besagten Teilschnitte sind also in der Höhe von der Strahlungsaustrittsseite aus zur Strahlungseintrittsseite hin gestaffelt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung ohne auf die Unterteilung in mehrere Teilschnitte zurückgreifen zu müssen, bereits Schnitttiefen von vorzugsweise mindestens 5 mm, besonders bevorzugt mindestens 20 mm und ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mm Materialdicke geschnitten werden können, d. h. ein kompletter Durchschnitt des Materials oder auch ein Teilschnitt kann bereits diese Schnitttiefe aufweisen. Durch das schichtweise Abtragen in Teilschnitten sind noch beliebig tiefere Schnitte möglich bzw. können erheblich dickere Materialien komplett durchgeschnitten werden. Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch bei beliebig kleinen Schnitttiefen genutzt werden.
Zwischen den Teilschnitten kann die Fokussiereinrichtung (z. B. der z-Shifter), insbesondere die komplette Fokusverstelleinheit, wenn wie bevorzugt die Fokussiereinrichtung Teil der Fokusverstelleinheit ist, mit einer (ggf. zusätzlichen) Höhenverfahreinrichtung in Strahlrichtung (z-Richtung) relativ zum Werkstück bewegt werden. Durch diese Höhenverfahreinrichtung kann also insbesondere das „Scanvolumen“ auch in einer Richtung senkrecht zur wie oben gewählten Bezugsebene erweitert werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch in dieser Richtung prinzipiell ein kontinuierliches Verfahren mittels der Höhenverfahreinrichtung (ein kontinuierlicher „Höhenvorschub“) möglich wäre und dennoch ein Abtragen von Material auch auf ebenen Schichten erfolgen kann, in dem jeweils in geeigneter Weise zu den geeigneten Zeiten teilweise eine Kompensation des Höhenvorschubs durch Komponenten der Fokusverstelleinheit bzw. der Fokussiereinrichtung erfolgt, wenn diese in geeigneter Weise koordiniert angesteuert werden.
Vorzugsweise wird der erste Teilschnitt entlang der vollständigen Schnittkontur eingebracht, also beispielsweise entlang des kompletten Schnitts, und erst dann erfolgt der weitere Teilschnitt ebenfalls entlang der vollständigen Schnittkontur. Dieses Verfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Verfahren durchgeführt wird, bei dem die Schichten schräg verlaufen, also insbesondere in dem genannten kontinuierlichen Modus. Reicht also beispielsweise der Scanbereich der Scaneinheit nicht aus, um in der gewünschten Schräglage komplett durch das Werkstück durchzuschneiden oder die gewünschte Nuttiefe zu erreichen, ist dies eine besonders bevorzugte Weiterbildung.
Bevorzugt bei einer Schnittkontur, welche nicht in sich geschlossen ist, kann zwischen zwei nacheinander erfolgenden Teilschnitten in den verschiedenen Höhen die Vorschubrichtung jeweils umgekehrt werden, um den Weg der Fokusverstelleinheit relativ zum Werkstück so gering wie möglich zu halten. Wird mit schräg verlaufenden Schichten gearbeitet, also beispielsweise im kontinuierlichen Modus, wird dann besonders bevorzugt auch entsprechend die Richtung der Schrägen zwischen den verschiedenen Teilschnitten umgekehrt, sodass die Schichten wie oben beschrieben vorzugsweise von unten in Vorschubrichtung vorne nach oben in Vorschubrichtung hinten verlaufen.
Insbesondere wenn ein Start eines Schnitts in einem mittleren Bereich des Werkstücks beginnen soll, also nicht beispielsweise an einer Kante des Werkstücks, wird vorzugsweise zunächst von der Strahlungsaustrittsseite aus zunächst ein kerbenartiges erstes Schnittsegment (nachfolgend auch Start-Schnittsegment) in das Werkstück eingebracht. Ein solches Start-Schnittsegment ist entsprechend wie eine Kerbe so geformt, dass es eine spitz zulaufende Vertiefung, also einen dreieckförmigen „Einschnitt“, bildet. Mit diesem Start-Schnittsegment wird von der Strahlungsaustrittsseite aus in das Werkstück „eingestochen“. Dieses kerbenartige Schnittsegment weist bevorzugt eine von der Strahlungsaustrittsseite aus in Richtung der Strahlungseintrittsseite schräg, entgegen der Richtung der relativen Vorschubrichtung der Scaneinheit, insbesondere Fokusverstelleinheit, geneigte Grenzfläche auf.
An eine solche schräge Grenzfläche könnte sich dann ein weiteres Schnittsegment in Form eines Blocks mit einer geneigten Grenzfläche bzw. Grenze anschließen.
Besonders bevorzugt kann aber der Schnitt von dieser geneigten Grenzfläche aus wieder mit schrägen Schichten, vorzugsweise im kontinuierlichen Modus, erweitert werden, wobei sich die Schichten direkt an die Grenzfläche anschließen können, d. h. die Neigung der Grenzfläche kann der Neigung der Schichten entsprechen. Auch in diesem Fall kann das kerbenartige Start-Schnittsegment mit im Wesentlichen parallel zur Strahlungsaustrittsseite liegenden Schichten eingebracht werden. Die Schichten können aber auch bereits schon die gleiche Ausrichtung aufweisen, wie die weiteren Schichten im anschließenden Schnitt. Um die Keilform zu erreichen, wird dann beim Einstich mit ganz kurzen Schichten begonnen, und die Schichten werden sukzessive immer länger bis das Start-Schnittsegment erzeugt wurde, d.h. die Dreiecksform ist zu Beginn minimal und wird nach und nach vergrößert.
Bei der zuvor erwähnten Höhenstaffelung zur Einbringung von tieferen Schnitten kann das kerbenartige Start-Schnittsegment auch so ausgebildet sein, dass es durch alle übereinander gestaffelten einzubringenden Teilschnitte „einsticht“. Ebenso könnte das kerbenartige Start-Schnittsegment aber auch für jeden Schnitt bzw. Teilschnitt erneut eingebracht werden.
Um sich eventuell ergebende Ungleichmäßigkeiten im Schnittbild durch den Einstich zu vermeiden, kann dieser gegebenenfalls auch außerhalb des eigentlichen Schnittes erfolgen und dann durch eine sogenannte Einlauffahne in den eigentlichen Schnitt münden. Dies setzt natürlich voraus, dass das neben dem eigentlich durchzuführenden Schnitt liegende Material nicht mehr benötigt wird - also z.B. der Einstich in dem Kern einer Bohrung erfolgt, wenn der Kern selbst nach dem Prozess Abfall ist oder umgekehrt, falls der Bohrkern benötigt wird, außerhalb des Bohrkerns eingestochen wird.
Zur weiteren Vergrößerung der Schneidgeschwindigkeit gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Eine Möglichkeit besteht in einer Erhöhung der mittleren Laserleistung, beispielsweise bei einem gepulsten Laser durch eine höhere Repetitionsrate und/oder durch eine höhere Pulsenergie. Heute am Markt verfügbare Kurzpulslaser bieten aber bereits Repetitionsraten von 300 Kilohertz und mehr.
Mit den bereits genannten Scaneinheiten und Fokussiereinrichtungen, wie Galvanometerscanner und z-Shifter bzw. Höhenverfahreinrichtung, können derzeit Scangeschwindigkeiten (im Folgenden auch Fokusbahngeschwindigkeiten genannt) von typischerweise 5 bis 8 m/s erreicht werden. Für diese reichen die bisher verfügbaren Repetitionsraten aus. Soll die Fokusbahngeschwindigkeiten noch weiter erhöht werden, könnten auch geeignete piezo- oder optoelektrische, akustooptische und/oder resonante Ablenksysteme genutzt werden. Diese haben gegenüber den genannten Galvanometerscannern allerdings meist einen kleineren Scanbereich. Zudem sind Galvanometerscanner meist kostengünstiger.
Um die Schnittgeschwindigkeit noch weiter zu erhöhen, können aber vorzugsweise beim Abtragen von Material des Werkstücks, beispielsweise zumindest in einem Schnittsegment entlang eines Konturabschnitts der Schnittkontur, zumindest zeitweise zumindest zwei Laserstrahlen mit zueinander räumlich versetzten Fokusbereichen parallel genutzt werden. Diese zwei Laserstrahlen können beispielsweise durch Aufspalten eines ausreichenden pulsstarken Lasers oder durch eine Verwendung mehrerer Laserquellen erzeugt werden. Die Laserstrahlen könnten dann unter leicht verschiedenen Winkeln so in die Fokusverstelleinheit bzw. deren Scaneinheit eingestrahlt werden, dass nebeneinanderliegend mehrere kleine Fokusbereiche entstehen, die einen geeigneten Abstand zueinander aufweisen. Durch den Abstand zweier benachbarter Fokusbereiche kann sichergestellt werden, dass die einzelnen Fokusbereiche über einen ausreichenden Überlapp verfügen, um den Materialabtrag lückenlos zu gewährleisten. Weist beispielsweise ein einzelner Fokusbereich einen Durchmesser von 100 µm auf, so könnte bevorzugt ein benachbarter Fokusbereich ca. in einem Abstand von 100 µm oder etwas weniger, z.B. 70 µm positioniert werden. Sollte das Volumen des Fokusbereichs nicht kugelförmig sein, können die Abstände in verschiedenen Raumrichtungen auch ggf. unterschiedlich eingestellt werden. Ein großer Überlapp führt zu glatteren Schnittflächen - kostet allerdings Prozessgeschwindigkeit.
Die Schnittlinien können so mit zwei Fokusbereichen bzw. zwei fokussierten Laserstrahlen doppelt so schnell, bei drei Fokusbereichen bzw. fokussierten Laserstrahlen dreimal so schnell, usw. abgearbeitet werden. Dabei kann sogar von einem etwas größeren als nur proportionalen Prozesszeitgewinn ausgegangen werden, da ja die Scaneinheit und Fokussiereinrichtung, also beispielsweise die darin enthaltenen Galvanometerspiegel und der z-Shifter, weniger Bewegungen und somit weniger Beschleunigungen und Verzögerungen ausführen müssen.
Bevorzugt wird dabei sichergestellt, dass die Mittelpunkte der zueinander versetzten Fokusbereiche (Brennpunkte) auf einer Geraden liegen, die im Wesentlichen orthogonal zur Schnittkontur ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass durch geeigneten optischen Aufbau bevorzugt sichergestellt wird, dass die die Brennpunkte verbindende Gerade allgemein für beliebige Schnittkonturen auf einer senkrecht im Bezug zu der an der Schnittkontur anliegenden jeweiligen Tangente gedachten Geraden liegt. Dies könnte z. B. durch eine sich koordiniert bzw. synchron zur Schnittrichtung drehende optische Vorrichtung, wie beispielsweise ein dafür geeignetes Prisma (insbesondere ein sogenanntes Umkehrprisma oder Dove-Prisma), erfolgen, durch die die Teilstrahlen geleitet werden, z. B. bevor sie in die Scaneinheit eintreten. Bei dem Schneiden eines Kreises wird also z. B. dafür gesorgt, dass die die Brennpunkte verbindende Gerade immer auch durch den Mittelpunkt des Kreises führt.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Erzielung höherer Schnittgeschwindigkeiten auch mit mehreren gleichzeitig arbeitenden Fokusverstelleinheiten bzw. Scaneinheiten und jeweils zugeordneten Laserstrahlquellen (oder aufgespalteten Laserstrahlen) gearbeitet werden.
Da die Schneidgeschwindigkeit auch von der Breite des Schnittspalts abhängt, da ja ein doppelt so breiter Schnittspalt auch doppelten Materialabtrag bedeutet, ist es für eine Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit auch vorteilhaft, den Schnittspalt so schmal wie möglich zu halten.
Beispielsweise sollte die Schnittbreite maximal 500 µm, besonders bevorzugt maximal 200 µm, ganz besonders bevorzugt maximal 100 µm betragen. Jedoch muss, wie bereits oben mehrfach erwähnt die Schnittbreite groß genug sein, um das Material aus dem Schnittspalt entfernen zu können. Daher sollte die Schnittbreite andererseits mindestens 20 µm, besonders bevorzugt mindestens 50 µm, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 µm betragen. Die optimalen Werte bzw. erreichbaren Werte können dabei auch von der Schnitttiefe abhängen.
Eine möglichst enge Schnittbreite lässt sich, wie bereits oben erwähnt, vorteilhaft durch Maßnahmen erreichen, die das abgetragene Material effektiver aus dem jeweiligen Schnittspalt herausführen. Dies wird umso wichtiger, je tiefer der Schnittspalt ist, also beispielsweise bei einem Durchschneiden, je stärker das zu durchschneidende Werkstück ist.
Zur effektiveren Entfernung des abgetragenen Materials aus dem Schnittspalt wird ja im Rahmen der Erfindung ein in oder an der Halterung befindliches Werkstück beim Schneiden an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich, vorzugsweise gezielt im Fokusbereich, mittels einer Düse mit einem Fluidstrom, bevorzugt einem Luftstrom, in Kontakt gebracht bzw. beaufschlagt.
Das Anstrahlen der Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks kann dabei wie erwähnt unter einem Winkel oder direkt senkrecht auf die Strahlungsaustrittsseite erfolgen, so dass innerhalb der Schnittfuge aufgrund der Durchströmung der Materialaustrag sichergestellt wird. Die Düse beziehungsweise der Fluidstrom wird dabei wie ebenfalls oben erwähnt erfindungsgemäß mit dem Fokusbereich koordiniert mitbewegt.
Bei ersten Tests zum Durchschneiden von 8 Millimeter dickem Floatglas konnte mit Hilfe einer mitbewegten gesteuerten Düse mit Pressluft bereits eine Halbierung der Schnittspaltbreite und somit eine Halbierung der Prozesszeit erreicht werden. Bei 19 Millimeter starkem Floatglas ist eine Verkürzung der Prozesszeit auf 20 % im Vergleich zu einem Schnitt ohne Düse erzielt worden. Wird der Luftdruck an der Düse noch höher als 8 bar und z.B. auf 30 bar eingestellt, kann die Schnittspaltbreite noch weiter verringert werden und die Schnittgeschwindigkeit noch weiter erhöht werden.
Zusätzlich kann die Abtragung des Materials aus dem Schnittbereich auch durch die oben bereits erwähnte Absaugeinrichtung unterstützt werden. Vorzugsweise kann die Absaugeinrichtung mit dem Fokusbereich „koordiniert mitbewegt“ werden, wobei „koordiniert mitbewegen“ nicht heißt, dass die Absaugeinrichtung beziehungsweise ein Saugeingang der Absaugeinrichtung genauso schnell oszilliert, sondern dass sich der Saugeingang dieser Absaugeinrichtung bevorzugt im Scanbereich befindet, in welchem der Fokusbereich schnell bewegt wird und z. B. mit diesem Scanbereich mitgeführt wird. Diese Saugvorrichtung dient in erster Linie zum Einfangen des erzeugten Staubes, was zweckmäßigerweise möglichst nahe am Prozess, d. h. vorzugsweise zentral unterhalb des Schnitts, erfolgt. Es reicht also z. B. aus, dass die Absaugeinrichtung mit dem Fokusbereich insoweit mitbewegt wird, dass der vom Laserfokus getroffene Bereich, in welchem Material abgetragen wird, vom Saugbereich der Absaugeinrichtung abgedeckt ist und auch Material abgesaugt wird, also dass z. B. immer der Scanbereich bzw. das aktuelle Scanfeld abgedeckt ist und insoweit eine Mitbewegung erfolgt.
Es soll hier betont werden, dass die Materialentfernung aus dem Schnitt auch bei Verwendung einer zusätzlichen Saugvorrichtung vornehmlich bzw. am besten durch einen gerichteten und in den Schnittspalt zielenden Fluidstrom unterstützt wird. So kann eine Saugvorrichtung beispielsweise maximal mit einem Druckunterschied von 1 bar arbeiten (in der Praxis sogar eher nur halb so viel), so dass dem Fluid bzw. der Luft in dem durch die Saugvorrichtung erzeugten kugelförmigen Strömungsfeld kein großer Impuls gegeben werden kann. Eine ausblasende Düse (Blas-Düse) kann im Gegensatz dazu bevorzugt mit einem Druckunterschied von typischerweise 8 bar (Industriepressluft) oder auch höher arbeiten. Außerdem kann dem Fluid ein starker Impuls nicht nur durch den höheren Arbeitsdruck, sondern auch durch die Fokussierung des Fluidstroms mitgegeben werden, der im Schnittspalt selbst eine starke Strömung erzeugt und tief eindringt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen eines Schnitts in ein Werkstück ist dementsprechend wie oben bereits erwähnt erfindungsgemäß mit zumindest einer entsprechenden Blas-Düse bzw. Düse und besonders bevorzugt zusätzlich mit einer Saugeinrichtung bzw. Absaugeinrichtung ausgestattet und die Steuereinrichtung ist dementsprechend bevorzugt so ausgebildet, dass sie die Düse und oder die Saugeinrichtung, insbesondere einen Saugeingang der Saugeinrichtung, so ansteuert, dass der zuvor genannte Zweck erreicht wird. D.h. besonders bevorzugt erfolgt also sowohl die Beaufschlagung des Werkstücks im Fokusbereich mit einem Fluidstrom als auch das Absaugen des Materials aus dem aktuellen Fokusbereich.
Bei einer besonders bevorzugten Variante befindet sich der Saugeingang der Saugeinrichtung vorzugsweise an der Düse. Besonders bevorzugt kann sich der Saugeingang teilringförmig oder komplett ringförmig um die Düse erstrecken. Die Düse kann z. B als eine Art kombinierte „Saug-Blas-Düse“ ausgestaltet sein.
Da wie beschrieben durch die Beaufschlagung des Werkstücks im Fokusbereich mit einem Fluidstrom und/oder das Absaugen des Materials aus dem aktuellen Fokusbereich bzw. durch die Verwendung einer entsprechenden Düse und/oder einer Absaugeinrichtung eine erheblich größere Schnittgeschwindigkeit erreichbar ist, können diese auch als eigenständige Ideen gesehen werden, die auch dann vorteilhaft sind, wenn nicht wie eingangs genannt eine schnelle Bewegung des Fokusbereichs mittels einer Scaneinheit erfolgt und zusätzlich die Scaneinheit kontinuierlich oder schrittweise entlang der Schnittkontur relativ zum Werkstück bewegt wird, um z. B. den Schnitt zu erweitern. Selbstverständlich wird aber durch die Kombination beider Ideen ein besonderer synergistischer Effekt mit einer besonders hohen Prozessgeschwindigkeit erreicht.
Grundsätzlich kann im Übrigen die Erzeugung des Fluidstroms auch mit einer Schlitzdüse erfolgen, die über die gesamte Breite des Scanfeldes oder sogar über die gesamte Breite des Werkstücks arbeitet und somit nur in einer Achse nachgeführt bzw. mit dem Fokusbereich koordiniert mitgeführt werden muss. Es ist auch denkbar, mit einer Art Matrixanordnung aus vielen Einzeldüsen unterhalb des Scanfeldes zu arbeiten, um so das gesamte Scanfeld mit einem Fluidstrom abzudecken. Diese Lösungen sind zwar von der Ansteuerung her einfacher, da sie ja in einer oder sogar zwei Achsen nicht genau unterhalb der aktuellen Fokusposition positioniert werden müssen. Allerdings wird dann im Vergleich zu der hier beschriebenen bevorzugten einzelnen Düse, die in zwei Achsen gesteuert, deutlich mehr Energie für die Erzeugung des Fluidstroms benötigt, da ja der Großteil des Fluidstroms gar nicht im aktiven Bereich wirksam ist. Außerdem entstehen dann durch die vergleichsweise großen Strömungsfelder erheblich Kräfte auf das zu bearbeitende Werkstück. Eine präzise dem Prozess folgende Düse ist daher sowohl technisch als auch wirtschaftlich die bevorzugte Lösung.
Bevorzugt wird der Fokusbereich beim Abtragen von Material in einem Schnittsegment entlang zumindest eines Konturabschnitts der Schnittkontur, vorzugsweise entlang des gesamten Schnitts, so bewegt, dass das Werkstück an zumindest einer Seite entlang des eingebrachten Schnitts eine Schnittfläche bzw. deren Schnittkante mit einem definierten Profil aufweist. D. h. der Schnitt wird so eingebracht, dass gleichzeitig eine Kantenprofilierung der jeweiligen Schnittfläche bzw. Schnittkante erreicht wird. Zum Beispiel kann die Kante gerundet werden, es kann eine längslaufende Kerbe oder eine Nut in die Schnittfläche eingebracht werden oder es werden oben und/oder unten an der Schnittfläche Fasen angearbeitet. Hierzu können einfach z. B. durch die Steuereinrichtung, beispielsweise auf Basis der Steuerdaten, die der Steuereinrichtung zugeführt werden, entsprechende Scanbahnen für den Fokusbereich vorgegeben werden. Vorzugsweise können auch beide gegenüberliegende Schnittflächen bzw. deren Schnittkanten entlang des Schnitts entsprechend als Profilkanten ausgebildet werden. Beispiele hierfür werden später noch gegeben.
Eine solche „integrierte Profilierung“ ist von besonderem Vorteil gegenüber den herkömmlichen Technologien zum Schneiden von Glas durch z. B. Glasritzen und Brechen, da dort immer eine separate Profilierung und Glättung der Kanten durch einen nachfolgenden Schleifprozess erfolgen muss.
Besonders bevorzugt wird der Fokusbereich beim Abtragen von Material in einem Schnitt zumindest entlang eines Konturabschnitts einer Schnittkontur so bewegt, dass er durch das Werkstück von der Strahlungseintrittsseite zur Strahlungsaustrittsseite schräg verläuft. Dabei ist die Richtung der Schräge so, dass bezüglich eines von der Schnittkontur zumindest teilweise, vorzugsweise um mehr als 180°, umschlossenen Werkstückausschnitts der Verlauf der Schnittkontur an der Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks gegenüber dem Verlauf der Schnittkontur an der Strahlungseintrittsseite des Werkstücks nach außen, also von dem herauszuschneidenden Werkstückausschnitt weg, versetzt ist. Mit anderen Worten, der Schnitt verläuft von oben nach unten, bezogen auf den Werkstückausschnitt schräg nach außen. Durch eine solche Anschrägung der Schnittflächen kann der Werkstückausschnitt, beispielsweise ein Bohrkern, nicht verkanten und er lässt sich leicht und ohne Kraftaufwand und Beschädigung der Kanten herauslösen. Ein derartig schräg nach außen verlaufender Schnitt um den Werkstückausschnitt ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Schnittkontur den Werkstückausschnitt vollständig umschließt. Vorteilhaft kann dies aber auch genutzt werden, wenn der Werkstückausschnitt sich an einer bereits vorhandenen Kante des Werkstücks befindet, aber zu mehr als 180° von der Schnittkontur umschlossen ist, also von der Kante aus gesehen eine Art Hinterschnitt entsteht.
Durch einen schrägen Schnitt kann aber andererseits auch ein Herausfallen eines Werkstückausschnitts gezielt verhindert werden, indem die schräge Schnittfläche entgegen der Schwerkraft aufgeweitet wird. D. h. es wird dafür gesorgt, dass der Verlauf der Schnittkontur an der Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks gegenüber dem Verlauf der Schnittkontur an der Strahlungseintrittsseite des Werkstücks nach innen, also zum herauszuschneidenden Werkstückausschnitt hin, versetzt ist und somit der Schnitt von oben nach unten, bezogen auf den Werkstückausschnitt, schräg nach innen verläuft. Wird dann ein Ausschnitt vom Werkstück abgetrennt, würde dieser dann minimal in das Werkstück absacken und später entnommen werden können, ohne zu verklemmen, da er ja konisch ist.
Vorzugsweise kann der Fokusbereich auch beim Abtragen von Material in einem Schnitt zumindest entlang eines Konturabschnitts einer Schnittkontur so bewegt werden, dass der Schnitt an zumindest einer entlang des Konturabschnitts verlaufenden Schnittfläche sich zur Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks hin, z. B. keilförmig, erweitert. Mit anderen Worten, der Schnitt verläuft also von der Strahlungsaustrittsseite aus gesehen zumindest einseitig schräg und sich z. B. zur Strahlungseintrittsseite hin keilförmig verjüngend. Auch hierdurch kann dafür gesorgt werden, dass sich ein von der Schnittkontur (zumindest teilweise) umschlossener Werkstückausschnitt leichter aus dem restlichen Werkstücksteil herausbewegen lässt und nicht verkantet. Zudem kann der Materialabtrag dadurch erleichtert werden, da der Materialabtrag leichter aus dem Schnitt herausgeführt werden kann.
Indem der keilförmige Schnittquerschnitt so ausgebildet wird, dass er nur einseitig schräg ist, also eine der beiden Schnittflächen senkrecht in Bezug zur Werkstückoberfläche verläuft, kann eine eventuell störende nicht-senkrechte Schnittfläche am Nutzteil vermieden werden. Z. B. könnte eine Bohrung oder ein Ausschnitt im Nutzteil dann immer noch eine senkrecht zur Oberfläche stehende Schnittfläche aufweisen, während nur das nicht weiter genutzte „Abfallteil“ eine schräge Schnittfläche aufweist.
Grundsätzlich sind auch beide oben genannten Verfahren an einem Werkstück durchführbar, beispielsweise könnte der Schnitt so geführt werden, dass er abschnittsweise schräg und abschnittsweise keilförmig verläuft.
Insbesondere wenn in das Werkstück ein Schnitt an einer bereits existierenden Kante beziehungsweise an einem Rand eingebracht werden soll, der bereits profiliert ist, beispielsweise eine Fase oder mehrere Fasen, eine Rundung oder eine Gehrung aufweist, kann das Einstrahlen des Lasers problematisch sein, da es durch die Schrägstellung der Oberfläche in diesem Bereich zu unbeabsichtigten Ablenkungen durch Reflektionen und Brechung des Laserstrahls beim Auftreffen auf das Werkstück oder unter bestimmten Umständen auch innerhalb des Werkstücks kommen kann.
Vorzugsweise wird daher zumindest beim Einbringen eines Schnitts in einem Schnittsegment, welches sich insbesondere an einer Kante des Werkstücks befindet, die Fokusverstelleinheit um eine Schwenkachse quer zur z-Richtung verschwenkt. Diese Verschwenkung kann selektiv nur an dem betreffenden Konturabschnitt erfolgen, an dem die Oberfläche gegenüber der restlichen Oberfläche des Werkstücks unter einem zu großen Winkel angeordnet ist.
Die Verschwenkung erfolgt dabei vorzugsweise um einen Winkel, der in Abhängigkeit von der Orientierung der Oberfläche vor Ort, beispielsweise die Ausrichtung einer Fase des Werkstücks, im Bereich des jeweiligen Schnittsegments gewählt wird. So kann dafür gesorgt werden, dass die Strahlrichtung wieder in einem passenden Winkel, z. B senkrecht, auf der Oberfläche steht. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass auch an bereits vorhandenen profilierten Kanten des Werkstücks keine Totalreflektion oder dergleichen auftritt.
Um die Fokusverstelleinheit in der gewünschten Weise zu verschwenken, kann die Bearbeitungsvorrichtung eine geeignete Schwenkeinrichtung aufweisen, welche mittels der Steuereinrichtung in geeigneter Weise angesteuert werden kann, die dementsprechend ausgebildet ist. Diese Schwenkeinrichtung kann beispielsweise an der bereits erwähnten Traverse befestigt sein, an der die Scaneinheit, insbesondere Fokusverstelleinheit, beweglich gehalten wird. Dabei kann die Verschwenkeinrichtung so ausgebildet sein, dass die Scaneinheit, insbesondere Fokusverstelleinheit, um eine Achse quer zur Strahlrichtung verschwenkt wird. Grundsätzlich könnte die Verschwenkeinrichtung aber auch so aufgebaut werden, dass die Scaneinheit, insbesondere Fokusverstelleinheit, in einer Art teilkreisförmigen Bewegung um die Kante des Werkstücks herumgeschwenkt wird. Beispielsweise kann die Traverse endseitig entsprechend geformt sein.
Mit zwei zu einander orthogonal angeordneten motorischen Schwenkachsen kann dadurch jeder beliebige Winkel der Fokusverstelleinheit in Bezug zum Werkstück eingestellt werden. Gleiches kann natürlich wie erwähnt auch mit einem Roboter bzw. Roboterarm erzielt werden oder einem Roboterarm, der an der Verfahrvorrichtung befestigt ist und der die Fokusverstelleinheit entsprechend schwenkt und positioniert.
Es konnte unabhängig von der technischen Ausführung der Schwenkeinrichtung beobachtet werden, dass nur ein Teil der Kante sich in mehr oder weniger orthogonaler Ausrichtung des Laserstrahls zur Werkstückoberfläche durchschneiden lässt, während durch das seitliche Einstrahlen Bereiche bearbeitet werden können, die sich zunächst durch Lichtbrechung und -reflexion und daraus ergebender Abschattung nicht in der orthogonalen Richtung haben bearbeiten lassen. Durch das Einstrahlen unter verschiedenen Winkeln kann ein bereits zuvor eingebrachter Schnitt dann erweitert und vollständig bis zur Oberfläche der Kante fortgeführt werden, so dass das Werkstück dann vollständig durchtrennt ist. Der Materialabtrag kann hierbei gegebenenfalls auch teilweise auf der dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche erfolgen - also praktisch als Abtrag ins Material hinein oder seitlich zur Strahlrichtung, ohne dass der Laser das Material zuvor durchstrahlt hat.
Alternativ und/oder zusätzlich kann auch die Laserstrahlung, welche beispielsweise von der Fokusverstelleinheit aus abgestrahlt wird, mittels einer Strahlumlenkanordnung umgelenkt werden. Eine solche Strahlumlenkanordnung kann beispielsweise eine geeignete Spiegelanordnung aufweisen, die entlang der Werkstückkanten, welche bearbeitet werden sollen bzw. von der aus ein Schnitt eingebracht werden soll, angeordnet sind. Z. B. kann eine solche Strahlumlenkanordnung an der Halterung für das Werkstück angebracht sein. Vorzugsweise ist diese Strahlumlenkanordnung durch die Steuereinrichtung ansteuerbar und die Steuereinrichtung ist entsprechend ausgebildet, um die Strahlumlenkanordnung koordiniert mit den anderen Komponenten anzusteuern.
Besonders bevorzugt kann, z. B. durch geeignete Steuerung mit der Steuereinrichtung, die mittlere Leistung der Laserstrahlung, vorzugsweise durch eine Reduzierung der Pulsenergie und/oder der Pulswiederholrate, gegenüber einer im übrigen Bereich des Werkstücks genutzten mittleren Laserleistung vorübergehend reduziert werden, wenn sich der Fokusbereich an oder in der Nähe einer späteren Schnittkante des fertig geschnittenen Werkstücks befindet. Dadurch kann dafür gesorgt werden, dass beim Einstechen des Strahls an der Strahlungsaustrittsseite und beim Austreten des Strahls nach dem Durchschneiden auf der zum Laser bzw. zur Fokusverstelleinheit weisenden Strahlungseintrittsseite die eingebrachte mittlere Leistung so reduziert wird, um an den Schnittkanten ein Ausbrechen bzw. „Ausmuschelungen“ des Werkstücks (sogenanntes Chipping) aufgrund der Pulsenergie oder auch durch die Erhitzung des Materials (thermisches Chipping) zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren.
Wird nämlich in diesem Bereich mit einer hohen Laserleistung gearbeitet, so können solche Ausbrüche typischerweise bis zu ca. 40 bis 100 µm groß oder noch größer auf der Strahlungseintritts- und -austrittsseite des Werkstücks auftreten. Dies kann einerseits durch eine Erhitzung des Materials aufgrund der z. T. absorbierten Laserstrahlung aber andererseits auch durch eine zu große Pulsenergie des einzelnen Laserpulses verursacht sein.
Wird nun wie bevorzugt selektiv in diesen Bereichen die Laserleistung reduziert, jedoch die weiter im Inneren des Materials liegende Bearbeitung mit höheren Laserleistung durchgeführt, kann insgesamt mit einer höheren Prozessgeschwindigkeit gearbeitet werden. Trotzdem kann das Chipping stark reduziert oder gegebenenfalls sogar ganz vermieden werden, was insbesondere bei der Herstellung von technischen Gläsern von Vorteil ist, da für diese oft eine extrem saubere Kante gefordert wird. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren bei sehr kleinen Bohrungen von z. B. nur wenigen Millimetern Durchmesser oder Bruchteilen von Millimetern. Dort kann der Bohrprozess aufgrund des räumlich konzentrierteren Energieeintrags eine stärkere Erhitzung des Werkstücks im Vergleich zu langgestreckten Schnitten bzw. Bohrungen mit großem Durchmesser und in Folge der starken Erhitzung ein „thermisches Chipping“ erzeugen, was durch das beschriebene Verfahren reduziert oder ganz vermieden werden kann.
So gilt ja insbesondere für kleinere Bohrungen oder kleinere Schnittkonturen, dass sich der Fokusbereich nur in einem begrenzten Bereich aufhält, beispielsweise bei einer kleinen Bohrung nur auf einem Kreis mit einem entsprechend engen Radius rotiert, wobei nur die Fokusverstelleinheit (insbesondere 3D-Scankopf) aktiv ist.
An dieser Stelle kann der Vollständigkeit darauf hingewiesen werden, dass bei Werkstückausschnitten, insbesondere Bohrung, oder anderen kleineren Schnittkonturen, welche sich vollständig innerhalb des begrenzten Scanfelds bzw. Scanvolumens der Fokusverstelleinheit erstrecken, keine Verschiebung des Fokusbereichs durch eine Vorschubbewegung erfolgen muss, sondern derartige Bereiche auch nur mithilfe der Fokusverstelleinheit bzw. dem 3D-Scankopf vollständig bearbeitet werden können, ohne diese zu verschieben.
Um das Risiko von thermisch induzierten Spannungen, Ausmuschelungen und Rissen durch die Bearbeitung zu reduzieren, ist es weiterhin auch denkbar, das Werkstück vor oder bei der Bearbeitung vorzuwärmen, und/oder nach dem Prozess in einem Ofen zu entspannen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind im Allgemeinen nicht maßstäblich und die Bearbeitungsvorrichtung ist meist stark vereinfacht schematisch dargestellt. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte,
2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung bei einem Ausschneiden eines Werkstückausschnitts aus einer Glasplatte gemäß einer ersten Verfahrensvariante,
3 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung wie in 2, jedoch bei einem Ausschneiden des Werkstückausschnitts aus einer Glasplatte gemäß einer zweiten Verfahrensvariante,
4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung wie in 2, jedoch bei einem Ausschneiden des Werkstückausschnitts aus einer Glasplatte gemäß einer dritten Verfahrensvariante,
5 eine vereinfachte Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Bearbeitungsvorrichtung gemäß 1 in einer ersten Position (links in der Figur) und im Vergleich dazu in einer zweiten Position (rechts in der Figur) der Fokusverstelleinheit relativ zum Werkstück bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte mit einem Verfahren gemäß der dritten Verfahrensvariante,
6 bis 8 perspektivische Darstellungen von möglichen Fokusbahnen in einem Scanbereich in einer schräg zu einer Vorschubrichtung verlaufenden (Abtragungs-) Schicht bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte mit einem Verfahren gemäß der dritten Verfahrensvariante,
9 bis 11 perspektivische Darstellungen von möglichen Fokusbahnen in einem Scanbereich in einer schräg zu einer Vorschubrichtung verlaufenden (Abtragungs-) Schicht ähnlich wie in den 6 bis 8, jedoch nun bei gleichzeitiger Profilierung der Schnittflächen bzw. deren Schnittkanten entlang des Schnitts,
12 und 13 perspektivische Darstellungen von möglichen Fokusbahnen in einem Scanbereich in einer schräg zu einer Vorschubrichtung verlaufenden (Abtragungs-) Schicht ähnlich wie in den 9 und 10, jedoch nun mit zwei parallellaufenden Fokusbereichen,
14a eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte mit einem Verfahren gemäß der dritten Verfahrensvariante zur Verdeutlichung der Einbringung eines Start-Schnittsegments in einem mittleren Bereich der Glasplatte,
14b eine Seitenansicht wie in 14a jedoch hier zur Darstellung einer alternative zur Einbringung eines Start-Schnittsegments in einem mittleren Bereich der Glasplatte.
15 bis 17 Schnittansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung in verschiedenen Bearbeitungsphasen bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte mit einem Verfahren gemäß der dritten Verfahrensvariante in mehreren übereinanderliegenden Teilschnitten (Schnittebenen),
18 einen Querschnitt durch eine Glasplatte mit einem herauszuschneidenden Bohrkern mit einem schräg verlaufenden Schnitt,
19 einen Querschnitt durch eine Glasplatte mit einem herauszuschneidenden Bohrkern mit einem keilförmigen Schnitt,
20 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte an einer mit einer oberen und unteren Fase versehenen Schnittkante,
21 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung bei einem Einbringen eines Schnitts in eine Glasplatte an einer mit einer Fase versehenen Schnittkante,
22 einen Querschnitt durch eine perspektivische Darstellung einer kreisförmigen Schnittkontur bei der Erzeugung einer Kernbohrung mit profilierten Schnittkanten (Fasen unten und oben) sowie eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts zur Verdeutlichung möglicher Fokusbahnen entlang der Schnittkontur,
23 und 24 perspektivische Darstellungen von gradlinigen Durchschnitten durch ein Werkstück zur Verdeutlichung von weiteren möglichen Profilierung von Schnittkanten bzw. Schnittflächen,
25 eine Draufsicht auf ein Werkstück mit einer Schnittkontur zum Ausschneiden eines Werkstückausschnitts sowie einer Skizzierung von möglichen Einlauffahnen in den Schnitt,
26 eine Draufsicht auf ein Werkstück mit einer Schnittkontur zum Ausschneiden eines Werkstückausschnitts zum späteren Einsetzen einer Dreifachsteckdose in das Werkstück,
27 eine perspektivische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung, hier in Form einer „Vertikalbohrmaschine“,
28 eine Draufsicht auf ein Werkstück mit verschiedenen Schnittkonturen an unterschiedlichen Positionen.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf eine Bearbeitungsvorrichtung 1 zum Schneiden von Flachglas 100 mit Hilfe von Laserstrahlung beschrieben, wie sie grob schematisch in 1 dargestellt ist. Es wird aber explizit noch einmal darauf hingewiesen, dass - auch wenn eine Ausgestaltung als Glasbearbeitungsvorrichtung 1 bevorzugt ist - die Erfindung nicht auf Bearbeitungsvorrichtungen zur Bearbeitung von Glas, insbesondere Flachglas, beispielsweise Floatglas, beschränkt ist, sondern auch dazu dienen kann, andere, insbesondere dielektrische Materialien, zu bearbeiten, bei denen es möglich ist, einen elektromagnetischen Strahl durch das Material hindurch zu strahlen und „rückseitig“ von der Strahlungsquelle aus gesehen auf der Strahlungsaustrittsseite Material abzutragen, indem dort der Strahl fokussiert wird.
Die in 1 dargestellte Glasbearbeitungsvorrichtung 1 weist zum einen eine Halterung 11 für das zu bearbeitende Werkstück 100, hier wie gesagt Flachglas 100, auf. Die Halterung 11 umfasst hier eine Rollenbahn 11 mit mehreren Rollen 12, auf der das Flachglas 100 herantransportiert und in einer geeigneten Stellung positioniert werden kann. Zusätzlich weist diese Halterung 11 (nicht dargestellte) Fixiermittel auf, um das Flachglas 100 in der gewünschten Position vorübergehen zu positionieren, wie z. B. automatisch verstellbare Klemmen, Anschläge, Schieber, Vakuumsauger oder dergleichen.
Auf der von der Halterung 11 abliegenden Seite des Flachglases 100 befindet sich in einem Abstand von der Oberfläche des Flachglases 100 eine Fokusverstelleinheit 15, von der aus Laserstrahlung L auf das Flachglas 100 abgestrahlt wird. Diese Laserstrahlung L tritt dann auf der zur Fokusverstelleinheit 15 weisenden Strahlungseintrittsseite 101 des Flachglases 100 in das Flachglas 100 ein und wird mit Hilfe einer Fokussiereinrichtung 16 der Fokusverstelleinheit 15 an der der Strahlungseintrittsseite 101 gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsseite 102 des Flachglases 100 so in einem Fokusbereich F fokussiert (im Folgenden auch manchmal nur kurz als „Fokus“ F bezeichnet), dass dort Material abgetragen wird. Mit dieser Strahlungsaustrittsseite 102 liegt das Flachglas 100 an den Rollen 12 der Halterung 11 an.
Die Fokusverstelleinheit 15 umfasst weiter eine Scaneinheit 17, mit der der Fokusbereich F innerhalb eines (durch die Fokusverstelleinheit 15 begrenzten) Scanfelds SF in der Flachglasplatte 100 verstellt werden kann. Die Fokusverstelleinheit 15 wird daher nachfolgend auch einfach kurz als „3D-Scankopf“ 15 bezeichnet. Diese Scaneinheit 17 ist beispielsweise ein Galvanometerscanner mit Galvanometerspiegeln, welche einen von einem Laser 60, hier über einen Lichtleiter 61, zugeführten Laserstrahl L relativ schnell verschwenkt, um die gewünschte Positionsänderung des Fokusbereiches F im Scanfeld SF zu erreichen. Prinzipiell kann der Laserstrahl L aber auch vom Laser über ein Spiegelsystem zur Fokusverstelleinheit 15 geführt werden.
Die Fokussiereinrichtung 16 weist bei diesem Ausführungsbeispiel u. a. eine sogenannte F-Theta-Linse 16b auf, sodass dafür gesorgt wird, dass trotz der Verschwenkung des Laserstrahls L mittels der Scaneinheit 17, der Laserstrahl L hier immer senkrecht von oben auf die Strahlungseintrittsseite 101 der Flachglasplatte 100 auftrifft.
Außerdem umfasst die Fokussiereinrichtung 16 hier einen sogenannten z-Shifter 16a. Mit dem z-Shifter 16a kann der Fokusbereich F in der Höhe, d. h. hier entlang der Strahlrichtung des Laserstrahls L, welche wie bereits oben erwähnt der optischen Achse der Fokussiereinrichtung 16 entspricht, verstellt werden. Die Strahlrichtung verläuft hier direkt von der Fokusverstelleinheit 15 senkrecht auf die Strahlungseintrittsseite 101 der Flachglasplatte 100.
In 1 ist ein Bezugskoordinatensystem mit den Richtungen x, y, z eingezeichnet. Dabei erstreckt sich die x-/y-Ebene parallel zu der Auflagefläche der Rollenbahn 11 bzw. Halterung 11 der Bearbeitungsvorrichtung 1 und somit in dem dargestellten Fall auch parallel zur Oberfläche des Werkstücks 100. Senkrecht darauf steht die dritte Achse, die z-Richtung.
Der 3D-Scankopf kann wie erwähnt ein eigenes Bezugskoordinatensystem aufweisen, wobei die x-/y-Ebene dieses Koordinatensystems dann bevorzugt parallel zu einer Austrittsfläche des Laserstrahls (z.B. einem Austrittsfenster oder der F-Theta-Linse) aus dem 3D-Scankopf liegt und die z-Achse wieder senkrecht dazu steht und parallel zur optischen Achse der Fokussiereinrichtung, wenn die Scaneinrichtung sich in einer Nullstellung befindet, d.h. der Laserstrahl nicht abgelenkt wird. Im bevorzugten, vorliegenden Fall liegen die beiden Bezugskoordinatensysteme in gleicher Ausrichtung zueinander. Wäre dies nicht der Fall, könnte auf einfache Weise zwischen diesen Koordinatensystemen umgerechnet werden, wenn die Orientierung des 3D-Scankopfs zur Bezugsebene der Halterung bzw. des Werkstücks bekannt ist, was aber in der Regel der Fall ist, da die Lage des 3D-Scankopfs ja motorisch gesteuert bzw. vorgegeben wird.
Parallel zu der x-/y-Ebene kann wie erwähnt der Fokusbereich F der Laserstrahlung L mit Hilfe der Scaneinheit 17 in einem begrenzten Scanfeld SF schnell bewegt werden. In z-Richtung erfolgt die Bewegung des Fokusbereichs in erster Linie mithilfe des z-Shifters, was entsprechend schnell erfolgen kann, jedoch in der Regel nur in einem begrenzten Scanvolumen, wie dies oben bereits erläutert wurde.
Insgesamt kann so also der Fokusbereich F im Werkstück 100 in allen drei Raumrichtungen x, y, z durch den 3D-Scankopf 15 verstellt werden. Die Verstellbarkeit des Fokusbereichs F durch den 3D-Scankopf 15 innerhalb des Scanfelds SF ist in 1 dadurch symbolisiert, dass der Laserstrahl L bzw. der Fokusbereich F hier nebeneinander in zwei verschiedenen Positionen gezeigt ist, die nacheinander angefahren werden können. Wie bereits oben erwähnt kann es sein, dass sich die vektoriellen Bewegungsrichtungen des Fokusbereichs in dem dargestellten Bezugskoordinatensystem durch die einzelnen Komponenten, je nach Aufbau dieser Komponenten, nicht voneinander trennen lassen. Dennoch ist eine gezielte Bewegung in jeder Raumrichtung separat möglich, in dem die Fokussiereinrichtung 16 und die Scaneinheit 17 so koordiniert angesteuert werden, dass teilweise eine Bewegung des Fokusbereichs durch die eine Komponente wieder durch die andere Komponente im gewünschten Maße kompensiert wird.
Die Fokusverstelleinheit 15 weist hier eine eigene Scankopfsteuerung 13 auf. Dieser müssen nur noch die aktuellen Raumkoordinaten in drei Richtungen x, y, z übergeben werden und es werden automatisch die Scaneinheit 17 und die Fokussierungseinrichtung 16 passend koordiniert zueinander angesteuert, damit der Fokusbereich F an der gewünschten Stelle liegt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der z-Shifter 16a oberhalb der Scaneinheit 17 und die F-Theta-Linse 16b der Fokussiereinrichtung 16 unterhalb der Scaneinheit 17. Es sei lediglich der Vollständigkeit halber noch einmal erwähnt, dass eine Fokussiereinrichtung auch mit anderen Komponenten realisierbar wäre, z. B. einer einfachen Fokussierlinse nach dem z-Shifter vor der Fokussiereinrichtung oder nur einer F-Theta-Linse hinter der Fokussiereinrichtung in Kombination mit einer schnellen mechanischen z-Verstellung mittels einer Höhenverfahreinrichtung.
Wie bereits erwähnt, kann zum Beispiel auch die Brechung des Laserstrahls beim Eintritt in das Werkstück jeweils vorab berechnet und bereits in der Scaneinheit 17 berücksichtigt werden, so dass die Position des Fokusbereichs F „vorab korrigiert“ wird. Genauso kann auch eine f-theta Korrektur vorgenommen werden, falls ohne eine F-Theta-Linse gearbeitet wird. Diese Korrektur könnte beispielsweise dann von einer entsprechend ausgestalteten Scankopfsteuerung durchgeführt werden.
Zusätzlich kann die Fokusverstelleinheit auch noch eine (hier nicht dargestellte) Drehvorrichtung aufweisen, beispielsweise ein Umkehrprisma (Dove-Prisma) oder dergleichen, um mehrere nebeneinander, beispielsweise unter einem sehr kleinen Winkel zueinander, in die Fokussiereinrichtung eingeleitete Laserstrahlen koordiniert zu einem Scanbahnverlauf gemeinsam um eine optische Achse zu verdrehen, um so - wie dies später noch anhand der 12 und 13 erläutert wird - bei einem Verfahren mit mehreren parallelen Fokusbereichen diese Fokusbereiche immer in einer passenden Ausrichtung zur Schnittkontur zu halten.
Wird der Fokusbereich F parallel zur x-/y-Ebene koordiniert bewegt und wird dabei, kontinuierlich oder schrittweise, der Fokusbereich F durch den z-Shifter in der z-Richtung nach oben bewegt, wird nach und nach Material von der Strahlungsaustrittsseite 102 abgetragen und der Fokusbereich F dringt immer weiter in das Material ein und erzeugt dort einen Einschnitt, der letztendlich bis auf die Strahlungseintrittsseite 101 durchgeführt werden kann, um so in das Flachglas 100 auch einen durchgehenden Schnitt einzubringen. Verschiedene Techniken hierzu werden später noch genauer erläutert.
Um den durch das Scanfeld SF an sich begrenzten Arbeitsbereich des 3D-Scankopfs 15 zu erweitern (genauer zu verschieben) und längere Schnitte im Flachglas 100 einbringen zu können, ist der 3D-Scankopf 15 mittels einer Vorschubeinrichtung 40, 41 relativ zum Flachglas 100 in einer (beliebigen) Vorschubrichtung VR, welche ebenfalls parallel zur x-/y-Ebene liegt, bewegbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorschubeinrichtung 40, 41 mehrteilig und ermöglicht sowohl eine absolute Bewegung des 3D-Scankopfs 15 in zwei (vektoriellen) Richtungen parallel zur x-/y-Ebene, als auch eine absolute Bewegung des Werkstücks in zumindest einer Richtung parallel zur x-/y-Ebene.
Hierzu ist der 3D-Scankopf 15 zum einen an einer brückenartigen Traverse 18 bzw. Brücke 18 in Längsrichtung der Traverse 18 beweglich gelagert, die sich hier quer über die Halterung 11 bzw. Rollenbahn 11 erstreckt. Vorzugsweise wird die Traverse aber, wie später noch erläutert, parallel zu den Rollen ausgerichtet, um eine Querbewegung zur Bewegung des Werkstücks zu ermöglichen. Mittels einer (motorischen) Vorschubeinrichtung 40 kann der 3D-Scankopf 15 in dieser Längsrichtung der Traverse 18 verstellt werden.
Außerdem umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 1 eine Vorschubeinrichtung 41 (genauer einen „halterungsseitigen“ Teil der Vorschubeinrichtung 40, 41), die hier durch eine Antriebseinheit zur Bewegung der Rollen 12 der Rollenbahn 11 repräsentiert wird, wodurch das Werkstück 100 bzw. Flachglas 100 auf der Halterung 11 senkrecht zur Längserstreckung der Rollen 12 bewegt werden kann.
Somit ist, durch eine Bewegung des 3D-Scankopfs 15 simultan mit einer ggf. unter dem Werkstück befindlichen Düse 30 (die später noch genauer beschrieben wird) in x-Richtung und ein abhängig vom Bearbeitungsverfahren intervallartiges oder kontinuierlichen Verfahren des Werkstücks in y-Richtung, jede Position auf dem Werkstück 10 zur Bearbeitung erreichbar.
Eine Bewegung des 3D-Scankopfs 15 senkrecht zur Längsachse dieser Traverse 18 ist auch möglich, indem diese Traverse 18 wiederum endseitig, z. B. an Schienen, gelagert ist und insgesamt senkrecht zu seiner Längserstreckung motorisch bzw. automatisch bewegt werden kann. Dies ist in 1 nicht dargestellt, sondern die Vorschubeinrichtung 40 an der Traverse soll hier die gesamte Vorschubeinrichtung 40 (genauer den „scankopfseitigen“ Teil der Vorschubeinrichtung 40, 41) zur Verstellung des 3D-Scankopfs 15 in x- und y-Richtung symbolisieren.
Dabei würde dann vorteilhafterweise sichergestellt, dass der Laserstrahl nicht auf die Rollen 12 trifft und die ggf. vorhandene Düsenvorrichtung (umfassend die Düse und gegebenenfalls einen Absaugeingang einer Absaugeinrichtung, wie dies ebenfalls später noch beschrieben wird) gemeinsam mit der Traverse in y-Richtung verfahren wird. Hierzu könnte das ganze Rollenbett verschiebbar gelagert sein, so dass die größere Lücke zwischen den Rollen, die Platz für die Düsenvorrichtung und das darüber befindliche Scanfeld gewährt, simultan zur Vorschubbewegung des 3D-Scankopfs in y-Richtung mitbewegt wird. Dies kann durch ein umlaufendes Rollenbett oder Gurtmaterial oder durch sich verändernde Rollenabstände realisiert werden.
Um bei einem Aufbau der Bearbeitungsvorrichtung in der Weise, dass auch die Vorschubbewegung in y-Richtung durch eine absolute Bewegung des 3D-Scankopf realisiert ist, sicherzustellen, dass der Fokusbereich nicht direkt auf einen Teil der Halterung trifft bzw. in diesem Bereich jeweils ein Freiraum für eine Düsenvorrichtung verbleibt, ist auch eine Werkstückauflage bzw. Halterung vorstellbar, die aus einem Rollenbett oder dergleichen besteht, welches sich zusammenschieben und auseinanderziehen lässt - also sich unter dem Werkstück samt Düsenvorrichtung z. B. in der y-Achse hin- und herbewegen kann (z. B. mittels einer Scherenmechanik oder dergleichen). Das Werkstück könnte dann während eines Schneideprozesses komplett unbewegt bleiben.
In 1 ist zwar wegen der besseren Darstellung die Traverse 18 senkrecht zu den Rollen 12 gezeigt. Bevorzugt ist es jedoch eher so, dass sich die Traverse 18 parallel zu den Rollen 12 erstreckt und eine Bewegung des 3D-Scankopfs 15 entlang dieser Traverse 18 entsprechend parallel zu den Rollen 12 verläuft. Durch eine solche Konstruktion kann sehr einfach dafür gesorgt werden, dass sich das Scanfeld SF des 3D-Scankopfs 15 (in der Projektion vom 3D-Scankopf 15 aus betrachtet) immer in einer Position (einem Freiraum) zwischen zwei etwas weiter voneinander beabstandeten Rollen 12 der Rollenbahn 11 befindet, d. h. dass das Werkstück 100 in diesem Bereich auf der Strahlungsaustrittsseite 102 frei zugänglich ist und nicht auf einer Rolle 12 aufliegt. Dies ist beispielsweise auch in den perspektivischen Darstellungen der 2 bis 4 gezeigt. In der senkrechten Richtung dazu, in der x-/y-Ebene, kann die Relativbewegung zwischen 3D-Scankopf 15 und Flachglas 100 durch eine Bewegung des Flachglases 100 entlang bzw. auf der Rollenbahn erfolgen. Insbesondere aber, wenn die Bearbeitungsvorrichtung 1 so realisierbar ist, dass ein ausreichend großer Freiraum auf der Strahlungsaustrittsseite 102 der Glasplatte 100 besteht bzw. wenn die Schnittkontur des einzubringenden Schnitts nicht über diesen Freiraum hinausgeht, könnte die Vorschubbewegung auch in beiden Richtungen x und y nur durch einen „scankopfseitigen“ Teil der Vorschubeinrichtung 40 erfolgen
Es ist also vorteilhaft, zwischen zwei Rollen 12 der Rollenbahn 11 einen so großen Abstand zu lassen, dass im Scanfeld SF selbst gearbeitet werden kann, ohne dass eine Rolle 12 durch den Laserstrahl L getroffen wird und - falls wie dargestellt mit einer Düse 30 unterhalb des Werkstücks 100 gearbeitet wird - auch die Düsenvorrichtung 30, 34 so viel Platz hat, dass die Düse 30 dicht an die Werkstückoberfläche der Strahlungsaustrittsseite 102 herangeführt werden kann und sich gleichzeitig in der x-/y-Ebene frei zwischen den Rollen 12 bewegen kann und zusätzlich noch simultan mit der Vorschubeinrichtung 40 parallel zur Traverse 18 bewegen kann.
Um eine Bewegung des Fokusbereichs F auch in z-Richtung über den Bewegungsbereich der Fokussiereinrichtung 16, z. B. des z-Shifters, hinaus zu erweitern, ist der 3D-Scankopf 15 hier mittels einer Höhenverfahreinrichtung 42 auch in Strahlrichtung (z-Richtung) an der Traverse 18 verfahrbar.
Bei dem Laser 60 handelt es sich hier um einen Festkörperlaser (z. B. Faserlaser), besonders bevorzugt einen Neodymium-Laser. Prinzipiell können aber, wie oben bereits erläutert, auch andere Lasertypen eingesetzt werden, je nachdem, welches Material bearbeitet werden soll. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel steht nur eine Bestrahlungsressource, d. h. ein Laser 60, zur Verfügung. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, mehrere Bestrahlungsressourcen zu nutzen, um mit mehreren Strahlen arbeiten zu können und damit z. B. die Prozessgeschwindigkeit zu erhöhen, wie dies später noch erläutert wird. Ebenso könnten mehrere Scanköpfe eingesetzt werden.
Unterhalb der Halterung 11 bzw. Rollenbahn 11 befindet sich wie bereits erwähnt eine Düse 30, von der aus gezielt auf die Strahlungsaustrittsseite 102 des Flachglases 100 in den Bereich des Scanfelds SF, in dem der Fokusbereich F aktuell bewegt wird, ein Fluidstrom P, vorzugsweise ein Gasstrom P in Form eines Pressluftstrahls P, abgestrahlt wird. Die Pressluft wird durch einen Düsenkanal 31 der Düse 30 zugeführt. Die Fluidbestrahlung unterstützt eine Entfernung des abgetragenen Materials aus dem eingefügten Schnitt.
Zusätzlich befindet sich hier auch die ebenfalls bereits erwähnte Absaugeinrichtung 33, welche als Saugeingang 34 hier konkret einen Ringschlitz 34 aufweist, der sich rings um die Düse 30 erstreckt. Über diesen Saugeingang 34 kann von der Absaugeinrichtung 33 das gelöste Material abgesaugt werden. Die Saugeinrichtung dient hier dem Einfangen des beim Prozess entstehenden Staubes und hat im Vergleich zu dem gezielt mit hohem Druck einstrahlenden Fluidstroms P auf das Austragen innerhalb des Schnittspaltes oder der Bohrung eher geringeren Einfluss.
Beide Maßnahmen (insbesondere die Bestrahlung und gegebenenfalls auch das Absaugen) können wie bereits erwähnt dazu beitragen, dass die Schnittbreite geringer gehalten und somit die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden kann.
Die Düse 30 bzw. hier die komplette Düsenvorrichtung 30, 34 wird wie bereits erwähnt mit Hilfe einer geeigneten Halterung (hier nicht dargestellt) mit der Fokusverstelleinheit mehr oder weniger synchron mitbewegt. Dies kann an einer unter dem Werkstück befindlichen parallel zur Traverse 18 ausgerichteten weiteren Traverse erfolgen, an welcher die Düse 30 bzw. die Düsenvorrichtung 30, 34 mittels einer (motorischen) Vorschubeinrichtung oder dergleichen verfahren werden kann. Ebenso könnte ggf. - je nach konkreter Ausgestaltung - diese Traverse quer zu ihrer Längsrichtung bewegt werden, um eine Vorschubbewegung der Düse 30 bzw. die Düsenvorrichtung 30, 34 in zwei Richtungen (x- und y-Richtung) zu erlauben. Zusätzlich kann die Halterung für die Düse 30 bzw. die Düsenvorrichtung 30, 34 dann ggf. so aufgebaut bzw. angesteuert werden, dass die Düse 30 bzw. die Düsenvorrichtung 30, 34 eine oszillierende Bewegung entlang des gerade aktiven Schneidevorgangs innerhalb des Scanfeldes SF vollführen kann.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Halterung für das Werkstück prinzipiell auch anders ausgestaltet werden kann. Insbesondere wenn keine Düse unter dem Werkstück eingesetzt werden soll, ergeben sich diesbezüglich weitere konstruktive Möglichkeiten. Zum Beispiel kann das Werkstück, wenn es während des Schneideprozesses selber nicht bewegt werden muss, weil die Vorschubbewegung in beide Richtungen komplett vom 3D-Scankopf übernommen werden kann, auch auf Stützpunkte (Stifte) oder einer Art Schablone aufliegen, die wiederum optional mit Strömungskanälen unterhalb des Werkstücks ausgestattet sein kann, um den Materialabtrag durch einen Fluidstrom vorzugsweise Luftstrom zu entfernen.
Sämtliche Komponenten der Glasbearbeitungsvorrichtung 1, insbesondere der Laser 60, der 3D-Scankopf 15 bzw. die darin befindliche Scaneinheit 17 und die Fokussiereinrichtung 16, die Vorschubeinrichtung 40, 41 und die Höhenverfahreinrichtung 42 können ebenso wie die Düse 30 mit der Absaugeinrichtung 34 durch eine Steuereinrichtung 20 koordiniert angesteuert werden. Die Steuereinrichtung 20 weist hierzu eine Steuerschnittstelle 22 auf, an die die verschiedenen Komponenten 15, 40, 41, 42, 30, 34, 60 angeschlossen sind, wobei hier die Kommunikation mit dem 3D-Scankopf 15 über dessen interne Scankopfsteuerung 13 erfolgt, die wiederum die anderen Komponenten 16a, 16b, 17 ansteuert.
Die Steuereinrichtung weist hier zudem eine Schnittstelle 23 auf, über die die Bearbeitungsvorrichtung 1, hier z. B. über einen Bus 24 oder eine andere Datenverbindung, mit einem Terminal 25 mit einer Benutzerschnittstelle, z. B. einem Display, oder dergleichen gekoppelt sein kann. Über dieses Terminal 25 kann ein Bediener die Steuereinrichtung 20 und somit die gesamte Bearbeitungsvorrichtung 1 steuern. Grundsätzlich kann dieses Terminal 25 auch in die Steuereinrichtung 20 integriert sein oder umgekehrt. Ein solches Terminal kann auch beispielsweise ein mit geeigneter Software ausgestatteter Computer sein.
Beispielsweise über das Terminal 25 oder über andere an der Schnittstelle 23 angeschlossene Einheiten, können der Steuereinrichtung 20 Steuerdaten SD zugeführt werden, die vorgeben, in welcher Form das Werkstück, hier die Flachglasplatte 100, zu bearbeiten ist. In solchen Steuerdaten SD können z. B. die Schnitte und/oder Bohrungen etc. definiert sein und beispielsweise in Form von CAD-Daten des fertigen Werkstücks vorliegen.
Die Steuerdaten SD können beispielsweise innerhalb einer Recheneinheit 21 (Bahnberechnungseinheit 21) in geeignete Bestrahlungssteuerdaten BS umgewandelt werden, welche in Abhängigkeit von den Steuerdaten SD gemäß einer vorgegebenen Steuerstrategie u. a. genau die Scanbahnen festlegt, d. h. wie der Fokusbereich 11 der Laserstrahlung L im Werkstück 100 entlang geführt werden muss, um die durch die Steuerdaten SD vorgegebenen Schnitte, insbesondere Bohrungen, einzubringen. Die Bestrahlungssteuerdaten BS enthalten hierzu sämtliche Steuerdaten für den Laser 60, die Scaneinheit 17, die Fokussiereinrichtung 16, die Vorschubeinrichtung 40, 41 (also insbesondere die Geometriedaten, welche den Ort im gewählten Bezugs-Koordinatensystem definieren) etc. Hierzu können Informationen über die ortsabhängig einzubringende Strahlungsleistung, Repetitionsraten, Verweildauern etc. gehören.
Grundsätzlich könnten die Bestrahlungssteuerdaten BS auch direkt schon in einem anderen Rechner, beispielsweise in dem Terminal 25, erzeugt worden sein, d. h. es werden dort schon Steuerdaten, beispielsweise vom CAD-Format, in geeignete Bestrahlungssteuerdaten BS umgesetzt und dann der Steuereinrichtung 20 übergeben. Ein für die Bestrahlungssteuerdaten BS besonders geeignetes Datenformat ist z.B. g-code, welches sämtliche Bahndaten, Geschwindigkeiten, Laserparameter (Pulsenergie, Repetitionsrate, Laser-Ein-Aus-Schaltbefehle) usw. enthält. Der in 1 dargestellte Aufbau hat den Vorteil, dass die Steuereinrichtung 20 einfach nur mit Steuerdaten in Form von herkömmlichen CAD-Daten oder dergleichen beliefert werden muss, und die Steuereinrichtung 20 ist dann in der Lage, geeignete Bestrahlungssteuerdaten BS nach einer vorgegebenen Bestrahlungsstrategie zu erzeugen. Parameter für die jeweils gewünschte Bestrahlungsstrategie können dabei beispielsweise mit Hilfe des Terminals 25 gesetzt werden.
Es soll hier noch einmal darauf hingewiesen werden, dass die Bearbeitungseinrichtung 1 auch noch eine Vielzahl weiterer Komponenten umfassen kann, beispielsweise verschiedene Sensoren oder Messeinrichtungen, die Messwerte an die Steuereinrichtung 20 liefern, sodass diese den gesamten Prozess in geeigneter Weise kontrollieren und gegebenenfalls auch auf Fehler reagieren kann. Beispiele für solche Sensoren bzw. Messeinrichtungen wären Sensoren zur Überwachung der Laserleistung, Sensoren zur Überwachung von Pressluftdruck bzw. Unterdruck für die Düsenvorrichtung, Sensoren zur Überwachung einer Filtereinheit für die Absaugung etc.
Außerdem sei auch noch einmal darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine horizontale Flachglasbearbeitungseinrichtung in der dargestellten Art beschränkt ist. Insbesondere ist es möglich und vorteilhaft, dass die gesamte Bearbeitungsvorrichtung 1' als vertikale Flachglasbearbeitungseinrichtung 1' (oder sogenannte „Vertikal-Bohrmaschine“ 1') aufgebaut ist, wie sie beispielhaft in 27 gezeigt ist.
Bei dieser „Vertikal-Bohrmaschine“ 1' ist die Halterung 11', hier ein Rollenbett 11' mit vielen kleinen einzelnen Rollen, so angeordnet, dass das Werkstück 100 nahezu vertikal (hochkant), beispielsweise unter einem kleinen Winkel von 80°, entlang der Halterung 11' bzw. dem Rollenbett 11' geführt wird. Das Rollenbett 11' ist hierzu in geeigneter Weise an einer Seite eines im Querschnitt trapezförmig nach oben konisch zulaufenden Gestell 2 angeordnet. Das Rollenbett weißt eine Länge a_M von ca. 3 bis 8 m und eine Höhe h_M von ca. 2 bis 4 m auf, um entsprechende Flachglasplatten 100 bearbeiten zu können. Auf dieser Maschine 1' kann das Werkstück 100 horizontal, d. h. hier in y-Richtung (da hier willkürlich das Bezugskoordinatensystem wieder so gewählt wurde, dass die x-/y-Ebene parallel zur Oberfläche des Rollenbetts 11' liegt und die möglicher Vorschubrichtung des Werkstücks in y-Richtung liegt), verfahren werden. In x-Richtung erstreckt sich hier im mittleren Bereich brückenartig über die gesamte Höhe h_M des Rollenbetts 11' eine Traverse, an welcher wieder der 3D-Scankopf in x-Richtung der Fahrbahn angeordnet ist. Die Traverse mit dem 3D-Scankopf ist hier aber durch ein Gehäuse 19 abgedeckt. Wird wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Düse, gegebenenfalls mit einer Absaugeinrichtung, integriert, so kann diese Traverse, beispielsweise an der in der 27 dargestellten Position, bezüglich der y-Richtung fest angeordnet sein und im Rollenbett 11 befindet sich dann bevorzugt ein vertikaler, ausreichend breiter Spalt, in dem die Düse, gegebenenfalls mit der Absaugeinrichtung, bewegt werden kann. Grundsätzlich könnte aber auch die gesamte Traverse an oben und unten entlang des Rollenbetts 11' verlaufenden horizontalen Schienen befestigt sein, um auch eine Bewegung des 3D-Scankopfs in y-Richtung zu erreichen. Die Steuereinrichtung dieser Vertikalbohrmaschine 1' kann sich hier beispielsweise innerhalb des Gestells 2 befinden und ist somit nicht dargestellt.
Eine solche Vertikalbohrmaschine 1' erleichtert insbesondere bei Flachglas den Transport der Werkstücke zu und von der Glasbearbeitungsvorrichtung, da üblicherweise Flachglas ohnehin in einer nahezu vertikalen Stellung gelagert wird. Auf aufwendige Umlagerungsvorrichtungen, um das Flachglas erst in eine liegende Position zu bringen, kann dann verzichtet werden, was zum einen eine Kostenersparnis bedeutet und zum anderen auch den Platzbedarf reduziert. Bei einer vertikalen Ausrichtung des Werkstücks kann ein Herunterfallen von Abschnitten oder Ausschnitten bzw. Bohrkernen effektiv durch Greifer (z.B. Vakuumsauger) verhindert werden, zumindest, wenn diese eine kritische Größe überschreiten, um Schäden an der Maschine und am Werkstück bzw. Abschnitt selbst zu vermeiden.
Anhand der nachfolgenden Figuren werden nun verschiedene Bestrahlungsstrategien zur Einbringung eines Schnitts in das Werkstück 100, insbesondere das Flachglas 100, näher erläutert.
Die 2 bis 4 zeigen hierbei jeweils einen perspektivischen Ausschnitt auf dieselbe Bearbeitungsvorrichtung 1, wobei diese jedoch in unterschiedlichen Modi, also mit unterschiedlichen Bestrahlungsstrategien betrieben wird. Hierzu ist jeweils die Steuereinrichtung 20 (in den 2 bis 4 nicht dargestellt) unterschiedlich ausgebildet bzw. programmiert. In den Figuren sind wieder nur schematisch einige wesentliche Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung gezeigt, um die Methodik zu verdeutlichen.
Die Haltevorrichtung 11 weist auch hier jeweils eine Rollenbahn 11 mit mehreren Rollen 12 auf, auf der das Flachglas 100 zur und von der Bearbeitungsvorrichtung 1 transportiert werden kann und mit der das Flachglas 100 auch in einer (vektoriellen) Vorschubrichtung y_V relativ zum 3D-Scankopf 15 bewegt werden kann. In einer senkrecht dazu verlaufenden (vektoriellen) Vorschubrichtung xv wird der 3D-Scankopf 15 selber an einer parallel zu den Rollen 12 verlaufenden Traverse (in den 2 bis 4 nicht gezeigt) mittels einer Vorschubeinrichtung (siehe die Vorschubeinrichtung 40 in 1) motorisch verschoben. Damit ist der 3D-Scankopf 15 relativ zum Flachglas 100 parallel zu einer x-/y-Ebene (parallel zur Oberfläche des Rollentisches 11) verfahrbar, wobei sich jedoch der 3D-Scankopf 15 immer im Bereich einer Lücke zwischen zwei Rollen 12 befindet.
Unterhalb dieser Lücke befindet sich auch hier, wie dies schon im Zusammenhang mit 1 dargestellt wurde, eine Düse 30 mit einem darum herum befindlichen Ringschlitz als Saugeingang 33 einer Absaugeinrichtung. Diese Düse 30 mit dem Saugeingang 33 kann ebenfalls in zwei Raumrichtungen (vektorielle Düsenbewegungsrichtungen x_D, y_D) parallel zur Oberfläche des Rollentisches 11 bewegt werden. Im vorliegenden Fall kann die Bewegung in der vektoriellen Vorschubrichtung y_V, in der das Flachglas 100 auf der Rollenbahn 11 bewegt wird, auf einen Bewegungsspielraum innerhalb des Freiraums zwischen den besagten zwei Rollen 12 beschränkt sein. In der anderen Raumrichtung x_D ist die Düse 30 mit dem Saugeingang 33 vorzugsweise so weit bewegbar, wie auch der 3D-Scankopf 15 oberhalb der Rollenbahn 11 parallel zu den Rollen 12 bewegt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Düse 30 mit dem Saugeingang 33 immer gegenüberliegend zum 3D-Scankopf 15 mitzuführen.
Bei der in den 2 bis 4 dargestellten Bearbeitungsvorrichtung 1 sind, wie sofort zu erkennen ist, die vektorielle Scanrichtungen xs, ys , die vektorielle Vorschubrichtungen xv, yv und die vektoriellen Düsenbewegungsrichtungen x_D, y_D alle entsprechend den Raumrichtungen x, y, z des gemeinsamen Bezugskoordinatensystems angeordnet, wie dies im Zusammenhang mit 1 schon erläutert wurde. D.h. insbesondere der 3D-Scankopf 15 ist so angeordnet bzw. ausgerichtet, dass die Richtungen seines Scannerkoordinatensystems mit den Richtungen des durch die Anlagefläche der Rollenbahn 11 vorgegebenen Koordinatensystems übereinstimmen.
Die verschiedenen Bestrahlungsstrategien werden in allen 2 bis 4 anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem aus dem Flachglas 100 ein rechteckiger Werkstückkern mit abgerundeten Ecken herausgeschnitten werden soll. Die Schnittkontur 111 entspricht also den Umrissen dieses Werkstückausschnitts. Wie jeweils in der vergrößerten Darstellung (im Kreis) gezeigt, ist es aber jeweils auch genauso möglich, Ausschnitte mit Ecken mit scharfen Kanten auszuschneiden. Die vergrößerte Darstellung zeigt jeweils eine Ecke eines solchen Ausschnitts mit den einzelnen Schichten in derselben Perspektive (durch das Glas hindurch).
Obwohl in allen drei Figuren der Schnitt 110 noch nicht vollendet wurde, sondern bisher nur zu ca. ¾ der Schnittkontur 111 folgt, ist der Werkstückausschnitt hier der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt, sondern bereits entfernt. Anhand der Schraffuren entlang der Schnittfläche 121 der Schnittkontur 111 ist aber erkennbar, in welchen Bereichen bzw. Konturabschnitten 112 der Schnittkontur 111 das Flachglas 100 bereits durchschnitten wurde und in welchen noch kein Schnitt erfolgte (diese Konturabschnitte 112 sind nicht schraffiert).
Der Schnitt 110 beginnt jeweils an einem Startpunkt ST, und von dort aus wird der 3D-Scankopf 15 parallel zur x-/y-Ebene relativ zum Flachglas 100 entlang einer der Schnittkontur 111 folgenden Vorschubrichtung VR bewegt, wobei diese Vorschubrichtung VR sich vektoriell aus der Vorschubrichtung yv, in der das Flachglas 100 bewegt wird, und der Vorschubrichtung xv, in der der 3D-Scankopf 15 an der (nicht dargestellten) Traverse bewegt wird, zusammensetzt.
Diese Bewegung in Vorschubrichtung VR erfolgt bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 jeweils intervallweise.
Neben der Vorschubbewegung erfolgt eine schnelle Scanbewegung des Fokusbereichs F des Laserstrahls L in zwei vektoriellen Scanrichtungen xs, ys parallel zur x-/y-Ebene, die durch den 3D-Scankopf 15 (bzw. die darin befindliche Scaneinheit 17 mit einem Galvanometerscanner) verläuft, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist. Die vektoriellen Scanrichtungen xs, ys können mit den vektoriellen Vorschubrichtungen xv, yv übereinstimmen. Zudem wird der Fokusbereich F durch den 3D-Scankopf 15 (bzw. die darin befindliche Fokussiereinrichtung 16 mit einem z-Shifter) schrittweise in der z-Richtung, d. h. senkrecht zur Oberfläche des Flachglases 100, nach und nach in das Flachglas 100 von unten hinein verschoben. Alle Bewegungen des Fokusbereichs F, welche durch den 3D-Scankopf 15 erzeugt werden, sind im Verhältnis zur Vorschubbewegung sehr schnell. Insbesondere erfolgen diese Bewegungen des Fokusbereichs F durch den 3D-Scankopf 15 bei den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 intermittierend mit der Bewegung des 3D-Scankopfs 15 in Vorschubrichtung VR, d. h. es wird gescannt, dann der 3D-Scankopf bewegt, dann wieder gescannt usw. Ein solcher „Block-Modus“ wurde oben bereits erläutert.
Bei dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung dabei so, dass jeweils in einem Schnittsegment 120 entlang eines definierten Konturabschnitts 112, welcher hier nicht größer als das Scanfeld SF des 3D-Scankopfs 15 ist, nach und nach jeweils dünne Schichten S abgetragen werden, wie dies auch besonders gut in der Vergrößerung in 2 erkennbar ist. In jeder Schicht S wird der Fokus F der Schnittkontur 111 in dem jeweiligen Konturabschnitt 112 folgend so bewegt, dass auch die gewünschte Schnittbreite erreicht wird. Ist eine Schicht S entfernt, so wird der Fokusbereich F durch den z-Shifter eine Schichthöhe nach oben versetzt und die nächste Schicht S abgetragen. Sobald dieses Schnittsegment 120 (wie eine Art Material-Block) entlang des definierten Konturabschnitts 112 komplett freigeschnitten ist, wird der 3D-Scankopf 15 relativ zum Flachglas 100 in bzw. über einen weiteren benachbarten Konturabschnitt 112 der Schnittkontur bewegt, um dann das benachbarte Schnittsegment 120 (den nächsten Block) in der gleichen Weise freizuschneiden. Auf diese Weise kann also Block für Block freigeschnitten werden und so relativ schnell ein sehr langer beliebiger Schnitt 110 in das Flachglas 100 eingebracht werden.
In ganz ähnlicher Weise verläuft die Strategie bei dem in 3 gezeigten Modus. Der Unterschied besteht hier lediglich darin, dass die Grenzen G anders als bei der Vorgehensweise nach 2 nun nicht mehr senkrecht zur Oberfläche des Flachglases 100 verlaufen, sondern schräg zu dieser. D. H. die „Blöcke“ sind bei einem geraden verlaufenden Konturabschnitt nicht quaderförmig wie in 2, sondern weisen parallel zur Längserstreckung des Schnittsegments 120 verlaufende, parallelogrammförmige Seitenflächen auf. Hierzu wird bei der Variante nach 3 bereits beim ersten Schnittsegment 120, d. h. im ersten Konturabschnitt 112, dafür gesorgt, dass die Schichten S nach oben hin in Vorschubrichtung VR immer kürzer werden, sodass die Grenze G wie dargestellt schräg verläuft. Wie bei der Variante gemäß 2 wird aber, nachdem das erste Schnittsegment 120 komplett freigeschnitten ist, der 3D-Scankopf 15 relativ zum Flachglas 100 um einen Konturabschnitt 112 der Schnittkontur 111 versetzt, um dann ein weiteres Schnittsegment 120 freizuschneiden, wobei hier dann die einzelnen Schichten in Richtung Vorschubrichtung, d. h. in Richtung der Schnittkontur 111 wieder gleich lang sind, sodass auch die nächste Grenze G wieder schräg verläuft. Diese schrägen Grenzen haben den Vorteil, dass ein möglicherweise entstehender leichter Versatz zwischen zwei Schnittsegmenten 120 nicht mehr oder zumindest weniger auffällt.
Um einen solchen Versatz an einer Grenze G zwischen benachbarten Schnittsegmenten komplett zu vermeiden, kann besonders bevorzugt auch eine Schnittstrategie verfolgt werden, wie sie anhand von 4 zunächst erläutert wird. Diese Schnittstrategie wird bevorzugt auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen gemäß den 4 bis 21 genutzt und zum Teil dort noch genauer beschrieben.
Bei diesem Verfahren werden, wie dies an den Schraffuren in der 4 entlang der Schnittfläche 121 zu sehen ist, die Schichten S jeweils schräg zur Oberfläche des Flachglases 100 eingebracht und nicht, wie dies bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der 2 und 3 der Fall ist, parallel zur Strahlungsaustrittsseite 102 des Flachglases 100. Dadurch wird es möglich, einen kontinuierlichen Abtragprozess entlang der Schnittkontur 111 durchzuführen. Hierzu erfolgt bei jeder Fokusbewegung in zumindest einer der vektoriellen Scanrichtungen xs, ys gleichzeitig eine entsprechende schnelle Bewegung des Fokusbereichs in z-Richtung, d. h. in das Werkstück 100 beziehungsweise Flachglas 100 hinein.
Zumindest in den Fällen, in denen ein Werkstückausschnitt aus einem mittleren Bereich des Werkstücks 100 herausgeschnitten werden soll, folglich also ein Schnitt in einem mittleren Bereich des Werkstücks 100 und nicht an einer Kante des Werkstücks 100 beginnen muss, wird zunächst ein erster Start-Konturabschnitt 113 an entsprechender Stelle in das Werkstück 100 bzw. Flachglas 100 eingebracht.
Dieser Start-Konturabschnitt 113 ist hier kerbenfömig bzw. dreieckförmig, d. h. es folgt zunächst ein dreieckförmiger Einstich, wobei die Schichten S hier horizontal liegen, d. h. parallel zur Strahlungsaustrittsseite 102 des Flachglases 100. Dies ist in 4 zu erkennen und wird zusätzlich noch einmal genauer in einem Schnitt in 14a gezeigt. Durch diese keilförmige Ausbildung des ersten Start-Konturabschnitts 113 wird eine rückwärtig zur Vorschubrichtung VR geneigte Grenzfläche GF erzeugt, die sich vorzugsweise komplett von oben nach unten durch das Flachglas 100 erstreckt (sofern die Spitze des Start-Konturabschnitts 113 die Strahlungseintrittsseite 101 erreicht).
Eine Alternative zu einen kerbenfömigen bzw. dreieckförmigen Einstich mit horizontalen Schichten S wie in 14a gezeigt, wäre es, auch in diesem Einstichbereich bzw. Start-Konturabschnitt die Schichten bereits schräg zu stellen, vorzugsweise mit einer Orientierung der Schichten, wie sie auch im späteren Verlauf entlang des Schnitts orientiert sind. Ein Beispiel hierfür ist in 14b gezeigt. Hier wird mit ganz kurzen Schichten an einer (in 14b linken) unteren Ecke des kerbenfömigen bzw. dreieckförmigen Einstichs begonnen (also vor dem eigentlichen Startpunkt ST, an dem der Schnitt durch das Werkstück mit der gewünschten Tiefe beginnt, beispielsweise der vollständige Schnitt durch das Werkstück). Die Schichten S werden dann bei jeder in Vorschubrichtung VR nachfolgenden Schicht immer länger, bis schließlich die erste Schicht so lang ist, dass die gewünschte Tiefe des Schnitts gereicht ist, hier in 14b die Schicht einmal durch das komplette Werkstück verläuft. Ab hier (in 14b als Startpunkt ST markiert) kann dann mit dem oben beschriebenen kontinuierlichen Verfahren weitergemacht werden.
Sofern nur der verbleibende äußere Teil des Werkstücks 100 oder nur der Werkstückausschnitt als Nutzteil verwendet werden soll, kann der Einstich vorteilhaft auch außerhalb des Nutzteils erfolgen und dann der, insbesondere kontinuierliche, Schnitt in den eigentlich notwendigen Schnitt wie dargestellt münden. Somit kann eine womöglich durch den Einstich innerhalb des notwendigen Schnittes erzeugt Ungleichmäßigkeit vermieden oder deutlich reduziert werden. Ein Beispiel hierfür ist in 25 dargestellt. Hier ist in einer Draufsicht eine Schnittkontur 111 gezeigt, entlang derer ein Werkstückausschnitt 103 aus dem Werkstück 100 ausgeschnitten werden soll. Wird beispielsweise später nur der Außenbereich genutzt und der Werkstückausschnitt 103 ist ohnehin ein Abfallteil, so kann wie dargestellt ein Start-Abschnitt 115 innerhalb des Werkstückausschnitts 103 gesetzt werden und über eine sogenannte „Einlauffahne“ 114 geht der Schnitt dann nach und nach in die Schnittkontur 111 über, wobei die letzte Annäherung der Einlauffahne 114 an die Schnittkontur 111 möglichst tangential erfolgt. Ist dagegen der Werkstückausschnitt 103 das Nutzteil, so kann ein Start-Abschnitt 115' außerhalb des Werkstückausschnitts 103 gesetzt werden und der Schnitt geht von dort entsprechend über eine Einlauffahne 114' in die Schnittkontur 111 über. Diese Möglichkeit des Einstechens außerhalb der eigentlichen Schnittkontur gilt im Übrigen unabhängig von der genauen Vorgehensweise beim Einstich, d. h. insbesondere auch für beide Ausführungsvarianten gemäß den 14a und 14b.
Anschließend wird dann mit Hilfe der Komponenten des 3D-Scankopfs 15 der Fokusbereich F in allen drei Raumrichtungen, in der z-Richtung und in den vektoriellen Scanrichtungen x_S, y_S,, auf dieser entstandenen Grenzfläche GF so koordiniert bewegt, dass eine schräge, parallel zur Grenzfläche GF liegende erste Schicht S abgetragen wird. Nachdem diese Schicht S abgetragen wurde, wird dann die nächste Schicht S abgetragen usw.
Dabei kann der 3D-Scankopf 15 von einer Schicht S zur nächsten Schicht S jeweils schrittweise ein winziges Stück verfahren werden, was als eine Art „quasi-kontinuierlicher Modus“ bezeichnet werden könnte. Vorzugsweise erfolgt das Verfahren des 3D-Scankopfs 15 in der Vorschubrichtung VR aber tatsächlich kontinuierlich, und zwar so langsam, dass die Vorschubbewegung VR durch die Steuerung der Komponenten des 3D-Scankopfs 15 jeweils insoweit ausgeglichen wird, dass der Fokusbereich F immer in genau einer Schicht S verläuft, bis die komplette Schicht S abgetragen ist und dabei diese Schicht S auch eine definierte ebene Rampe bildet, welche schräg zu den Oberflächen des Flachglases 100 und rückwärts schräg gerichtet zur Vorschubrichtung VR bzw. zur gewünschten Schnittkontur 111 steht.
Diese gleichmäßige langsame Relativbewegung des 3D-Scankopfs 15 zum Flachglas 100 in diesem „kontinuierlichen Modus“ hat den Vorteil, dass nur an wenigen Stellen größere Massen (wie das Flachglas 100 selber oder der 3D-Scankopf 15 mit den zugehörigen Komponenten) abgebremst oder wieder beschleunigt werden müssen, nämlich im Grunde genommen nur zu Beginn und zum Ende des Schneideprozesses sowie jeweils bei Richtungsänderungen an den Ecken, Kanten und Rundungen im Verlauf der Schnittkontur 111. Während eines geraden Schnitts ist überhaupt keine Beschleunigung oder Abbremsung solcher schweren Massen erforderlich. Insbesondere aber entlang von geraden Schnitten würde ein Versatz senkrecht zur Schnittkontur am ehesten auffallen, was durch den kontinuierlichen Modus vermieden werden kann.
Durch die Ausbildung des Start-Konturabschnitts 113 in Form einer Kerbe, hier eines Dreiecks (d. h. einer im Schnitt dreieckigen Kerbe), der auch an der Seite, an der letztlich der Schnitt wieder enden soll (bei den Ausführungsbeispielen in den 14a und 14b auf der linken Seite), eine schräge Grenzfläche GFE aufweist, kann im Übrigen vorteilhaft eine mögliche Abschattung durch diese Kante beim Beenden des Schnitts vermieden werden.
Eine solche Schneidestrategie mit schräg verlaufenden Schichten S (im quasi-kontinuierlichen oder kontinuierlichen Modus) wird insbesondere auch noch einmal anhand der 5 deutlich. Hier ist dargestellt, wie zunächst eine erste Schicht S entfernt wird (siehe linke Seite der Figur) und wie (siehe rechte Seite der Figur) der 3D-Scankopf 15 relativ gegenüber dem Flachglas 100 in der Vorschubrichtung VR kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich bewegt wird, um das Scanfeld SF, in dem der 3D-Scankopf 15 arbeiten kann, entlang der Schnittkontur 111 zu verschieben und weitere Schichten S abzutragen. Die Schräge, d. h. der Winkel der Schicht S zu den Oberflächen des Flachglases 100, ist bevorzugt so gewählt, dass der 3D-Scankopf 15 unter Ausnutzung des gesamten Scanfelds SF den Fokusbereich F zumindest einmal ganz von unten nach oben und umgekehrt durch das Flachglas 100 hindurchführen kann. Somit kann mit jeder Schicht S ein weiteres Stück des Flachglases 100 komplett durchschnitten werden. D. h. anders als bei den Verfahren nach den 2 und 3 wird nicht dafür gesorgt, dass mehrere Schnittsegmente 120 aneinandergesetzt werden, sondern der Schnitt 110 bzw. das aktuelle Schnittsegment 120 wird kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich Schicht S für Schicht S erweitert, sodass letztlich der gesamte Schnitt 110, gegebenenfalls abgesehen von einem ersten Start-Konturabschnitt 113, nur einen einzigen langen, sukzessiv erweiterten Konturabschnitt 112 bzw. ein entsprechend langes Schnittsegment 120 aufweist.
Bei der in 5 gezeigten Situation erfolgt übrigens die relative Vorschubbewegung zwischen 3D-Scankopf 15 und Flachglas 100 durch die Bewegung des Flachglases 100 auf der Rollenbahn 11. Dadurch befindet sich der 3D-Scankopf 15 hier immer oberhalb eines Freiraums zwischen zwei Rollen 12 der Rollenbahn 11, in der die Düse 30 mit dem Saugeingang 34 der Absaugeinrichtung 33 nah am Flachglas 100 bewegt werden kann, sodass gezielt die Pressluft in den beim Schneiden erzeugten Schlitz auf die jeweils bearbeitete Schicht S gerichtet werden kann, um so das abzutragende Material besser aus dem Schlitz heraus zu befördern und mit der Absaugeinrichtung 33 abzusaugen. Dadurch kann, wie bereits oben beschrieben, der Schnitt schmaler ausgeführt werden, als ohne eine solche Düse 30 und Absaugeinrichtung 33, was insgesamt den Bearbeitungsprozess beschleunigt. Ein nicht orthogonal zu den Rollen verlaufender Schnitt ist durch eine simultane Bewegung des Werkstücks 100 einerseits und 3D-Scankopf 15 sowie Düse 30 anderseits möglich. Bei einem parallel zu den Rollen verlaufenden Schnitt bewegt sich demgemäß nur der 3D-Scankopf 15 bzw. die Düse 30 parallel zu den Rollen.
Dennoch sollte die Breite des Schnitts 110 breiter als der Fokusbereich F des Laserstrahls L sein, d. h. es ist erforderlich, dass der Fokusbereich F nicht nur in Richtung der Schnittkontur 111 bewegt wird, sondern (mittels des dynamischen 3D-Scankopfs) auch senkrecht zu dieser, d. h, dass in beiden Raumrichtungen in der x-/y-Ebene eine Bewegung des Fokusbereichs F erfolgt, und zwar koordiniert mit der Bewegung in z-Richtung, sodass der Fokusbereich F auf einer bestimmten vordefinierten Scanbahn auf der Schräge bzw. in der abzutragenden Schicht S verläuft. Dabei sind nahezu beliebige Strategien für die Ausgestaltung der Scanbahnen möglich.
Einige dieser möglichen Scanbahnen sind in den 6 bis 8 skizziert. Auf diesen Scanbahnen wird jeweils in der Regel durch das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten im 3D-Scankopf nicht nur in x-y-Ebene, sondern auch senkrecht dazu, d. h. frei im x-y-z-Raum „gescannt“.
Die Figuren zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Flachglasplatte 100, in welche jeweils mit dem bevorzugten quasi-kontinuierlichen oder kontinuierlichen Modus von einem Rand der Flachglasplatte 100 aus ein gerader Schnitt 110 eingebracht wird. Auch hier ist die Schräglage der abzutragenden Schicht S in der Flachglasplatte 100, d. h. der Winkel, unter dem die Schicht S zur Strahlungsaustrittsseite 102 Flachglasplatte steht, so gewählt, dass das Scanfeld SF so weit wie möglich ausgenutzt wird, wenn der Fokusbereich F einmal von unten nach oben durch das Flachglas 100 geführt wird.
Bei einer ersten Variante gemäß 6 wird der Fokusbereich F auf einer Scanbahn SB1 in der jeweils abzutragenden Schicht S so geführt, dass er jeweils mäanderförmig quer zur Schnittrichtung, d. h. zur Richtung der Schnittkontur und somit zur Vorschubrichtung VR, verläuft. Der Fokusbereich F oszilliert dabei also quer zur Längserstreckung der Schicht S schnell hin und her, und in den Umkehrpunkten rechts und links von der Schicht wird eine kurze Verstellung des Fokusbereichs F senkrecht zur Oszillationsrichtung durchgeführt. Da hierbei der Fokusbereich F auf der Scanbahn SB1 jeweils permanent rechts und links an die spätere Schnittfläche 121 des einzubringenden Schnitts 110 verläuft, muss jeweils, sobald die Scanbahn SB1 diese spätere Schnittfläche 121 überschreitet, der Laser ausgestellt werden (d. h. der Laser muss immer passend „gegated“ werden). Dies ist in 7 mit den gestrichelten Wendepunkten rechts und links neben dem Schnitt 110 symbolisiert.
Um dies zu vermeiden, kann bei einer in 7 gezeigten Strategie die Scanbahn SB2 so gelegt werden, dass der Fokusbereich F immer in Längsrichtung der Schicht S jeweils ganz von unten nach oben durch das Flachglas 100 hindurchgeführt wird. Der Fokusbereich F oszilliert hier also in Längserstreckung der Schicht S schnell hin und her, und in den Umkehrpunkten oben und unten wird eine kurze Verstellung des Fokusbereichs F senkrecht zur Oszillationsrichtung durchgeführt. Bei dieser Variante können die Umkehrpunkte somit oben außerhalb des Flachglases 100 und unten außerhalb des Flachglases 100 liegen, wie dies in 7 zu erkennen ist. Daher ist hier ein „Gaten“ des Lasers nicht erforderlich, er kann einfach während des Umkehrpunktes weiter im Betrieb sein. Es hat sich herausgestellt, dass mit derartigen Scanbahnen SB2 auch glattere Schnittflächen 121 erzeugbar sind, sodass diese Vorgehensweise in vielen Fällen bevorzugt ist. Der Scanbahnverlauf SB2 gemäß 7 kann auch deswegen von Vorteil sein, weil dort die längeren durchgehenden Bahnbewegungen die Anzahl der beschleunigungsintensiveren Richtungsumkehrpunkte sowohl für die Scaneinheit, also beispielsweise die Galvanometerspiegel, als auch für den z-Shifter reduzieren.
In 8 ist noch eine weitere Variante beschrieben, bei der die Scanbahn SB3 einfach durch eine geeignete Wobbel-Bewegung, beispielsweise der Spiegel in der Scaneinheit, erzeugt wird. Hierbei verläuft die Scanbahn SB3 so, dass sie nur bis an die Grenzen des Schnitts 110, d. h. direkt bis an die zu erzeugenden Schnittflächen 121, geführt wird.
Viele weitere Formen von Scanbahnen sind ebenfalls möglich, werden aber hier nicht alle dargestellt. Es wird aber noch einmal darauf hingewiesen, dass die dargestellten Scanbahnen SB1, SB2, SB3 bevorzugt immer nur innerhalb des jeweiligen Scanfelds SF liegen sollten, da die Scanbahnen SB1, SB2, SB3 ja durch die schnelle Bewegung des Fokusbereichs F mit Hilfe der Mechanismen im 3D-Scankopf 15 erreicht werden sollen.
Anhand der 9 bis 11 werden nun Beispiele gezeigt, wie dafür gesorgt werden kann, dass während des Einbringens des Schnitts 110 die Schnittfläche entlang des Schnitts bzw. deren Schnittkanten auch gleich profiliert werden können.
In den 9 und 10 ist schematisch dargestellt, wie zur Erzeugung von Profilkanten 121F während des Schneidens jeweils oben und unten am Schnitt 110 beidseitig automatisch Fasen 122 angeformt werden.
9 zeigt hierzu eine Strategie, bei der wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 die Scanbahn SB2' so verläuft, dass der Fokusbereich F immer von unten nach oben komplett durch das Flachglas 100 geführt wird und sich die Umkehrpunkte der Scanbahn SB2' jeweils oberhalb und unterhalb des Flachglases 110 außerhalb desselben befinden, um ein Gaten des Lasers zu vermeiden. Um die Fasen 122 zu erzeugen, muss gegebenenfalls die Scanbahn SB2' nur oben und unten ein wenig so verändert werden, dass sich die Schicht S nach außen hin etwas verbreitert. Gegebenenfalls können hierzu im mittleren Bereich, wie dies hier dargestellt ist, zusätzliche Scanbahnabschnitte eingefügt werden, sodass auch in diesen erweiterten Bereichen, d. h. im Bereich der Fasen 122, die komplette Schicht S vollständig abgetragen wird.
Bei dem Beispiel gemäß 10 wird wieder eine Scanbahn SB1' gewählt, die ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 mäanderförmig von oben nach unten verläuft, sodass die Scanbahn SB1' immer rechts und links über den Schnitt 110 hinwegläuft und der Laser in den Umkehrbereichen jeweils gegated wird. Hier muss einfach dafür gesorgt werden, dass im Bereich der Fasen 122 ein Gaten des Lasers jeweils etwas später erfolgt, sodass hier die Schnittbreite entsprechend der Form der Fasen 122 etwas erweitert wird.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem entlang des Schnitts auf beiden Seiten sogenannte C-Kanten 121R, d. h. abgerundete Profilkanten 121R, erzeugt werden. Dies ist hier an einem Beispiel einer Scanbahn SB4 gezeigt, welche in einer Art „Webmuster“ oder „Kreuzmuster“ über die Schicht verläuft. Dabei verläuft die Scanbahn SB4 schräg zur Längsrichtung und zur Querrichtung der Ebene der Schicht S, und zwar bei einem Herunterlaufen in der einen Richtung und beim Herauflaufen in der anderen Richtung, sodass sich die Scanbahn SB4 immer wieder selbst kreuzt. Auch hier wird durch ein geeignetes Gaten des Lasers beim Erreichen der Profilkanten 121R dafür gesorgt, dass das gewünschte Profil, hier die Rundung, erzeugt wird.
In 24 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, um zu zeigen, dass die Schnittkanten bzw. gegenüberliegenden Schnittflächen entlang des Schnitts prinzipiell auch asymmetrisch (bezüglich einer durch den Schnitt verlaufenden gedachten Symmetrieebene) profiliert sein können. Hier wurde beispielhaft ein gerader Schnitt durch ein Werkstück 100 erzeugt, wobei die beiden Schnittflächen 121R, 121K unterschiedlich profiliert wurden. An einer Seite entlang des Schnitts 110 wurde während des Schneidprozesses gleich eine C-Kante 121R angearbeitet und an der gegenüberliegenden Seite eine profilierte Schnittfläche 121K bzw. Profilkante 121K, welche sich durch eine in Längsrichtung verlaufende keilförmige Nut auszeichnet.
Der Vollständigkeit halber wird darauf verwiesen, dass der Verlauf der Scanbahn nicht von der Form des Profils abhängen muss, sondern grundsätzlich jedes Profil mit verschiedenen Scanbahnen und verschiedenen Strategien, insbesondere also auch mit dem bereits oben erläuterten Block-Modus, erzeugbar ist.
Hierzu kann insbesondere noch einmal auf 22 verwiesen werden, die einen perspektivischen Querschnitt durch eine kreisförmige Schnittkontur 111 bei der Erzeugung einer Kernbohrung mit profilierten Schnittkanten (Fasen 122 unten und oben an jeder Seite des Schnitts 110) zeigt. Zusätzlich ist in dieser Figur eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts zur Verdeutlichung möglicher Fokusbahnen entlang der Schnittkontur 111 gezeigt. Wie hier dargestellt ist, verlaufen die Fokusbahnen bzw. Scanbahnen hier jeweils kreisförmig entlang des Schnitts. Sofern der Radius der Kernbohrung so klein ist, dass die gesamte Kernbohrung in das begrenzte Scanfeld SF des 3D-Scankopf passt, kann ohne eine Aktivierung des Vorschubs gearbeitet werden. D. h. der Scankopf kann beispielsweise den Fokusbereich F entlang der in 22 im Schnitt 110 dargestellten Linien immer zirkular rotieren lassen, wobei natürlich der Radius der Scanbahn passend verstellt werden muss und auch die Höhe (senkrecht zur Werkstückoberfläche 101) jeweils verändert werden muss, um nach und nach das gesamte Material im Schnitt 110, vorzugsweise schichtweise von unten, abzutragen. Dies kann beispielsweise unter Nutzung einer passend synchronisierten sin- bzw. cos-förmigen Ansteuerung der Scaneinheit in x- und y-Richtung erfolgen. Ist der Radius größer, so dass das Scanfeld SF verschoben werden muss, kann beispielsweise der oben erwähnte Block-Modus oder der kontinuierliche Modus genutzt werden.
Ein weiteres Beispiel für einen Werkstückausschnitt 103 der relativ gut im Block-Modus ausgeschnitten werden könnte, ist in 26 von oben dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen Ausschnitt 103 mit einer Schnittkontur 111, um später darin eine Dreifachsteckdose einsetzen zu können. Er umfasst drei nebeneinander angeordnete und über Zwischenabschnitte miteinander verbundene im Wesentlichen kreisförmige Bohrungen, welche jeweils bei den typischen Normmaßen für solche Steckdosen einen Durchmesser d von ca. 53 mm aufweisen. Die Länge I des gesamten Ausschnitts 103 beträgt hier 159 mm. Wie dargestellt kann dieser Ausschnitt 103 in drei Bereiche unterteilt werden, die jeweils in ein Scanfeld SF passen. Der 3D-Scankopf kann hierzu mittels der Vorschubeinrichtung mittig über die erste fast kreisförmige Bohrung (zum Beispiel ganz rechts) verfahren werden, so dass sich das Scanfeld SF in der in 26 rechts dargestellten Lage befindet. Dann wird ohne weitere Vorschubbewegung der gesamte Schnitt entlang der Kontur 111 in dieser Lage des Scanfelds eingebracht, d.h. es wird das gesamte erste Schnittsegment 120 auf der rechten Seite freigeschnitten. Anschließend kann im Rahmen des Block-Modus durch die Vorschubeinrichtung der 3D-Scankopf in die mittlere Position gefahren werden (bei deaktivierter Laserstrahlung) und es werden in dieser Position die beiden Schnittsegmente 120 oben und unten in der Mitte freigeschnitten. Danach erfolgt eine weitere Umpositionierung des 3D-Scankopf über den ganz linken Teil des Ausschnitts 103, um das letzte Schnittsegment 120 freizuschneiden. Um ein Ausheben des Ausschnitts 103 zu erleichtern, kann dieser optional auch entlang den gestrichelt dargestellten Scanfeldgrenzen durchtrennt werden, so dass jeweils nur kleinere Bohrkerne entnommen werden müssen, die sich nicht so schnell verklemmen wie ein einziger großer Ausschnitt.
Es sei aber auch hier noch einmal festgehalten, dass ein solcher Schnitt auch in einem beliebigen anderen Modus, insbesondere im kontinuierlichen Modus, durchgeführt werden kann.
Wie bereits oben erläutert, kann durch eine Verwendung von parallel verlaufenden Fokusbereichen F die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden, da ja dann Material in einer doppelten Fokusbereichsbreite abgetragen werden kann. Dies ist in den 12 und 13 dargestellt. 12 zeigt dabei eine Variante mit Scanbahnen SB2 entsprechend der Variante in 9, d. h. hier laufen die beiden Fokusbereiche F jeweils benachbart parallel von unten nach oben durch den gesamten Schnitt bzw. das gesamte Flachglas 110 hindurch und die Umkehrpunkte befinden sich jeweils oben und unten außerhalb des Flachglases 110. 13 zeigt wiederum eine Variante mit Scanbahnen SB1, die wieder mäanderförmig entlang der Schicht S herauf- und herunterlaufen (wie in 10), wobei die Scanbahnen SB1 jeweils senkrecht zu den Schnittflächen verlaufen und daher der Laser jeweils beim Übertritt an der Schnittfläche in das Material, welches noch verbleiben soll, gegated werden muss.
Aus den 12 und 13 ist ersichtlich, dass sinnvollerweise dafür gesorgt wird, dass die beiden Fokusbereiche F jeweils parallel entlang der Scanbahnen SB1, SB2 nebeneinander verlaufen, wie dies oben bereits beschrieben ist. D. h. eine gerade Verbindungslinie durch die Mittelpunkte der Fokusbereiche F steht vorzugsweise in jedem Moment senkrecht zur aktuellen Richtung der Scanbahn SB1, SB2. In gleicher Weise könnte auch mit mehr als zwei Fokusbereichen F gearbeitet werden. Hierzu kann beispielsweise die bereits oben im Zusammenhang mit dem 3D-Scankopf erläuterte Drehvorrichtung, beispielsweise das Umkehrprisma, genutzt werden, die koordiniert zur jeweiligen Position auf der Scanbahn SB1, SB2 passend angesteuert wird.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde jeweils das Flachglas 100 bezüglich der Höhe komplett in einem Gang durchgeschnitten, da die Länge der Abmessung des Scanfelds SF des 3D-Scankopfs 15 und der z-Verfahrbereich für den Fokus ausreicht, um eine komplett durch die Dicke des Flachglases 100 verlaufende Schicht S abfahren zu können. Mit den derzeit vorhandenen 3D-Scanköpfen ist damit beispielsweise ein Schnitt sehr gut in Flachglas mit einer Dicke bis zu 19 mm einbringbar.
Um dickere Werkstücke 100, beispielsweise dickeres Flachglas 100, durchschneiden zu können oder tiefere Nuten in das Werkstück 100 einbringen zu können, kann ein höhengestaffeltes Verfahren eingesetzt werden, wie es nun anhand der 15 bis 17 erläutert wird.
Dabei wird zunächst bis zu einer Tiefe T ein erster Teilschnitt E1 in die Strahlungsaustrittsseite 102 des Werkstücks 100 eingebracht. Dies kann vorzugweise mit dem zuvor beschriebenen kontinuierlichen Verfahren erfolgen. Prinzipiell wäre dieses Vorgehen aber auch beispielsweise mit den anhand der 2 und 3 beschriebenen Verfahren möglich. Ein solcher erster Teilschnitt E1 ist in 15 schematisch dargestellt.
Ist der erste Teilschnitt E1 erfolgt, erfolgt dann ein weiterer Teilschnitt E2, und zwar ausgehend vom Nutgrund N des ersten Teilschnitts E1. Dieser Prozess ist in 16 dargestellt. Sofern ein Verfahren mit den schrägen Schichten S, wie es z. B. anhand der 4 und 5 dargestellt wurde, genutzt wird, wird hier dafür gesorgt, dass die Vorschubrichtung VR dann umgekehrt verläuft und entsprechend auch die Richtung der einzelnen Schichten S in diesem zweiten Teilschnitt E2 umgekehrt zur Richtung der Schichten im ersten Teilschnitt E1 ist. D. h. die Schichten verlaufen auch in dieser Ebene wieder rückwärts geneigt zur Vorschubrichtung VR. Eine Umkehrung der Vorschubrichtung VR ist dann nicht erforderlich, wenn der Schnitt entlang einer geschlossenen Schnittkontur oder an einer nahezu geschlossenen Schnittkontur VR zum Beispiel am Rand eines Werkstücks erfolgt, sodass der Schnitt schneller in derselben Vorschubrichtung erfolgen kann, als bei einer Umkehrung. Handelt es sich allerdings um einen geraden Schnitt oder einen Schnitt im Wesentlichen in einer Längsrichtung, so ist eine Umkehrung der Vorschubrichtung deswegen vorteilhaft, weil dann ein Zurückfahren an den Startpunkt nicht erforderlich ist.
Sofern das Werkstück 100 so dick ist, dass zum gewünschten Durchschneiden des Werkstücks auch dieser zweite Teilschnitt E2 nicht ausreicht, kann ausgehend von dessen Nutgrund N ein dritter Teilschnitt E3 in einer nächsthöheren Ebene erfolgen, wie dies in 17 gezeigt ist. Auch hier wird dann gegebenenfalls wieder die Vorschubrichtung VR und entsprechend die Neigungsrichtung der einzelnen Schichten S umgedreht, sofern ein solches Verfahren mit schrägverlaufenden Schichten genutzt wird und nicht der Block-Modus, wie er in den 2 und 3 dargestellt ist
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 15 bis 17 ist mit dem Einbringen des dritten Teilschnitts E3 schließlich das Flachglas 100 in der gesamten Dicke durchgeschnitten. Anderenfalls könnten weitere Teilschnitte gesetzt werden.
Da in der Regel der z-Shifter nur ausreicht, um den Fokusbereich F innerhalb der Höhe eines Teilschnitts E1, E2, E3 zu bewegen, kann von einem Teilschnitt E1, E2 zum nächsten Teilschnitt E2, E3 eine Bewegung des kompletten 3D-Scankopfs 15 relativ zum Werkstück 100 erfolgen, indem der 3D-Scankopf 15 an der Traverse 18 mittels einer Höhenverfahreinrichtung 42 (hier als eine Art Teleskopvorrichtung symbolisiert) nach oben verfahren wird.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass beim Einbringen von tiefen Nuten bzw. Schnitten oder beim Schneiden von dicken Werkstücken mit dem zuvor beschriebenen höhengestaffelten Verfahren auch zunächst ein kerbenartiges erstes Start-Schnittsegment (ähnlich wie in 14 gezeigt) in das Werkstück eingebracht werden kann. Ein solches Start-Schnittsegment kann dabei einen dreieckförmigen „Einschnitt“ bilden, der sich quer durch alle späteren Teilschnitte E1, E2, E3 hindurch erstreckt.
Sofern mittels des Schneidprozesses ein Werkstückausschnitt 103 aus dem Werkstück 100 herausgeschnitten werden soll, also beispielsweise eine Kernbohrung in ein Flachglas 100 eingebracht werden soll, gibt es verschiedene Strategien, um dafür zu sorgen, dass dieser Werkstückausschnitt 103 nach dem Freischneiden leicht entfernt werden kann und sich nicht im restlichen Werkstück 100 verkantet.
Eine Variante ist in 18 dargestellt. Hier wird dafür gesorgt, dass der Schnitt 110 schräg nach außen verläuft, d. h. die Schnittkontur 111 ist auf der Strahlungseintrittsseite 101 beziehungsweise Oberseite des Werkstücks 100 enger als die Schnittkontur 111 auf der Strahlungsaustrittsseite 102 bzw. Unterseite, sodass letztlich das herauszuschneidende Werkstückausschnitt 103 eine leicht konische Form aufweist und so leichter nach hinten zur Strahlungsaustrittsseite 102 hin aus dem restlichen Werkstück herausgeschnitten werden kann. Alternativ kann, wie oben erläutert, der Schnitt auch genau umgekehrt schräg erfolgen, d. h. dass er konisch nach unten zuläuft, damit der Werkstückausschnitt 103 nicht von selber nach unten herausfallen kann, sondern nach oben hin entnommen werden muss.
Eine andere Variante wird in 20 gezeigt. Dort wird dafür gesorgt, dass der Schnitt 100 sich zur Strahlungsaustrittsseite 102 des Werkstücks 100 hin keilförmig erweitert, beispielsweise unter einem Winkel γ. Auch dies sorgt für ein leichteres Herauslösen des Werkstückausschnitts 103.
Wie weiter oben bereits erwähnt, ermöglicht die keilförmige Ausführung des Schnittes es auch - falls dies gewünscht ist - dass das Nutzteil über eine senkrechte Schnittfläche in Bezug zur Strahleintrittsseite verfügt, indem der Schnitt so geführt wird, dass eine der beiden Schnittflächen senkrecht zur Oberfläche bleibt.
Eine schräge Schnittführung ähnlich wie in 18 kann übrigens auch genutzt werden, um bei einem längslaufenden Durchschnitt durch ein Werkstück 100 einen Gehrungsschnitt zu erzeugen. Ein Beispiel hierfür ist in 23 gezeigt. Hier weisen beide späteren Teile des Werkstücks 100 entlang des Schnitts 110 jeweils eine schräge Schnittfläche 121 bzw. Kante auf.
Die geschilderten Varianten des keilförmigen oder schrägen Schnitts können sowohl im Blockverfahren als auch beim kontinuierlichen Verfahren oder auch einer innerhalb des Scanfeldes erfolgenden Ausschnitts angewendet werden.
Wie bereits erwähnt, kann es problematisch sein, wenn der Laserstrahl L unter einem zu schrägen Winkel auf die Oberfläche O des Werkstücks 100 trifft, sodass ein zu großer Anteil des Laserstrahls reflektiert oder gestreut wird. Ein solches Problem kann insbesondere an den Randkanten eines Werkstücks 100, beispielsweise eines Flachglases 100, auftreten, insbesondere, wenn es sich hierbei um eine bereits profilierte Kante wie bei einer Kante mit Fasen handelt oder eine C-Kante
Eine solche Situation ist in 20 dargestellt. Um in den schraffiert gezeigten Bereich, welcher aufgrund der Lichtbrechung an der Fase und der sich daraus ergebenden Abschattung nur unter verschiedenen Winkeln abgetragen werden kann, einen Schnitt einbringen zu können, muss dieser entsprechend unter verschiedenen Winkeln bestrahlt werden. Hierzu wird beispielsweise der 3D-Scankopf 15, unter einem Winkel α in Bezug zur Senkrechten zur Werkstückoberfläche von zumindest zwischen -20 und 100 Grad variiert, vorzugsweise zwischen -60 und 130 Grad. In der Figur ist beispielhaft eine mögliche Variation zwischen -40 und 120 Grad eingezeichnet.
Dies ist beispielsweise möglich, indem der 3D-Scankopf 15 um eine Schwenkachse verschwenkbar, beispielsweise entsprechend schwenkbar an der Traverse montiert ist oder indem die Traverse so ausgebildet ist, dass der 3D-Scankopf 15 um den Rand des Werkstücks 100 beziehungsweise Flachglases 100 herumgeschwenkt werden kann, wie dies in 20 angedeutet ist. Die Traverse könnte hierzu entsprechend gebogene Endstücke oder dergleichen aufweisen (nicht dargestellt).
Um Werkstücke mit beliebig ausgerichteten Kanten zu bearbeiten, sind wie weiter oben beschrieben zwei orthogonal zueinander stehende Schwenkachsen sinnvoll, was z. B. durch einen Einsatz eines geeigneten Roboters, an dessen Arm der 3D-Scankopf angeordnet ist, erreicht werden kann. Um z.B. Kantenausschnitte in ein kreisförmiges Werkstück einzubringen, kann die dargestellte Schwenkvorrichtung ihrerseits noch einmal um eine Achse, die senkrecht zur Werkstückoberseite steht um 360 Grad drehbar sein.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine zusätzliche Strahlumlenkanordnung 50, beispielsweise eine vorzugsweise um zumindest eine Achse A verschwenkbare Spiegelanordnung 50 zu Hilfe zu nehmen, wie dies in 21 dargestellt ist. Die Strahlumlenkanordnung 50 kann beispielsweise an der Halterung für das Werkstück 100, z. B. der Halterung 11, montiert sein. Mit dieser Strahlumlenkanordnung 50 kann der vom 3D-Scankopf 15 kommende Laserstrahlung L im richtigen Winkel auf die Kante des Werkstücks 100 umgelenkt werden, um die Abtragung in diesem Bereich zu erreichen. Auch eine solche Strahlumlenkanordnung 50 wird dann in geeigneter Weise von der Steuereinrichtung koordiniert zu den anderen Komponenten angesteuert.
D. h. es wird auf beide Weise jeweils dafür gesorgt, dass der Laserstrahl L auch an der Kante des Werkstücks 100 immer unter einem geeigneten Winkel auf die Oberfläche O des Werkstücks 100 auftrifft. Da bei den in den 20 und 21 gezeigten Ausführungsbeispielen der Laserstrahl L jeweils nicht senkrecht auf die Oberfläche O des Werkstücks trifft, wird hier vorzugsweise auch die Brechung des Laserstrahls L beim Eintritt in das Werkstück 100 jeweils vorab berechnet und wie oben erwähnt „vorab korrigiert“. Gleiches Verfahren wird bei einer c-Kante oder andersartig profilierten Kante angewendet, um das Problem der Reflexion und Abschattung damit zu lösen.
Anhand der 28 wird abschließend ein Beispiel für eine effektive Bearbeitung eines größeren Werkstücks erläutert. Dargestellt ist hier eine Draufsicht auf ein Glas-Türblatt als Werkstück 100, mit einer Höhe h_T von ca. 2,2 m und einer Breite a_T von ca. 1 m, an welches an einer Längskante Ausschnitte zur Befestigung der Scharniere und an der gegenüberliegenden Längsseite in etwa in einer mittleren Höhe Löcher zur Befestigung eines Türschlosses eingebracht werden müssen. D. h. es müssen im Bearbeitungsprozess Werkstückausschnitte entlang von vier Schnittkonturen 111a, 111b, 111 c, 111d ausgeschnitten werden. Zwei dieser Schnittkonturen 111a, 111b, nämlich die „Micky-Maus“-ähnlichen Schnittkonturen 111a, 111b zur Befestigung der Scharniere, befinden sich oben und unten direkt an einer Außenkantenlinie K, d. h. hier werden die Werkstückausschnitte direkt an der Kante ausgeschnitten. Der Konturabstand (d.h. der Abstand der beiden Mittelpunkte der Werkstückausschnitte zueinander entlang der Längskante) KA beträgt ca. 1,5 m. Diese Schnittkonturen 111a, 111b sind jeweils so groß, dass sie gerade innerhalb des Scanfelds SF des 3D-Scankopf der Bearbeitungsvorrichtung passen. Daher wird zum Ausschneiden eines ersten der beiden Werkstückausschnitte der 3D-Scankopf relativ zum Türblatt so positioniert, dass die betreffende Schnittkontur 111a vollständig innerhalb des Scanfelds SF liegt.
Während des Ausschneidens entlang der Schnittkontur 111a muss dann der Vorschub nicht verwendet werden, sondern die Bewegung des Fokusbereichs kann hier ausschließlich mithilfe des 3D-Scankopfs erfolgen. Anschließend wird die Laserstrahlung deaktiviert und der 3D-Scankopf relativ zum Türblatt so durch die Vorschubbewegung verfahren, dass dann die Schnittkontur 111b des anderen Scharnier-Werkstückausschnitts vollständig innerhalb des Scanfelds SF liegt. In dieser Position wird dann der zweite Scharnier-Werkstückausschnitt alleine durch die Aktivität des 3D-Scankopfs ausgeschnitten. Danach wird der 3D-Scankopf (bei deaktivierter Laserstrahlung) in die Position an der gegenüberliegenden Längskante verfahren, an der die Ausschnitte für die Befestigung der Klinke und des Schlosses einzubringen sind. Im vorliegenden Fall handelt sich hierbei um zwei nah nebeneinander einzubringende Kernbohrungen mit entsprechend zwei kreisrunden Schnittkonturen 111 c, 111d. Die Größe und der Abstand dieser Schnittkonturen 111c, 111d ist so, dass sie beide gemeinsam in ein Scanfeld SF passen. Daher wird vorteilhafterweise das Scanfeld SF auch so positioniert, dass es beide Schnittkonturen 111c, 111d abdeckt. Dadurch können dann beide Kernbohrungen ohne weitere Vorschubbewegung einfach durch den 3D-Scankopf eingebracht werden.
Optional erfolgt das Ausschneiden der Werkstückausschnitte derart, dass die Kanten entlang der Schnittkonturen 111a, 111b, 111c, 111d gleich passend profiliert sind.
Bei den heute noch durchgeführten mechanischen Bearbeitungen mit Hohlbohrern oder Wasserstrahlschneidgeräten muss die Kante in i. d. R. in einem nachfolgenden separaten Arbeitsgang angefast werden, damit das bearbeitete Werkstück (z. B. aus Glas oder Aluminiumsilikat) direkt für einen thermischen Vorspannprozess (z. B. beim Härten eines Glaswerkstücks in einem Ofen in einem nachfolgenden Schritt) und/oder für eine chemische Härtung verwendbar ist. Bei den genannten mechanischen Bohr- und Schneidverfahren entstehen nämlich an den Schnittkanten und -flächen Mikrorisse und Ausmuschelungen, die durch eine Nachbearbeitung und das Anbringen von Fasen vor dem Vorspannprozess zu entfernen sind. Das hier beschrieben Laserschneidverfahren erzeugt auch ohne Fasen und irgendeine Nachbearbeitung eine direkt vorspannbare Schnittqualität.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Authentifikationssystemen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können die verschiedenen Modi (insbesondere verschiedene Block-Modi, quasikontinuierlicher Modus und kontinuierlicher Modus) auch kombiniert werden, z. B. abschnittweise entlang eines Schnitts genutzt werden. Mit dem vorbeschriebenen Verfahren kann z. B. auch graviert, mattiert oder strukturiert werden und, falls gewünscht, mit einem der drei Prozesse auch gekennzeichnet werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1, 1': Bearbeitungsvorrichtung / Glasbearbeitungsvorrichtung
2: Gestell
11: Halterung / Rollenbahn
11': Halterung / Rollentisch
12: Rollen
13: Scankopfsteuerung
15: Fokusverstelleinheit / 3D-Scankopf
16: Fokussiereinrichtung /
16b: F-Theta-Linse
16a: z-Shifter
17: Scaneinheit / Galvanometerscanner
18: Traverse
19: Gehäuse
20: Steuereinrichtung
21: Recheneinheit / Bahnberechnungseinheit
22: Steuerschnittstelle
23: Schnittstelle
24: Bus
25: Terminal
30: Blas-Düse
31: Düsenkanal
33: Absaugeinrichtung
34: Saugeingang / Ringschlitz
40: Vorschubeinrichtung (scankopfseitiger Teil)
41: Vorschubeinrichtung (halterungsseitiger Teil)
42: Höhenverfahreinrichtung
50: Strahlumlenkanordnung / Spiegelanordnung
60: Laser
61: Lichtleiter
100: Glaswerkstück
101: Strahlungseintrittsseite
102: Strahlungsaustrittsseite
103: Werkstückausschnitt
110: Schnitt
111, 111a, 111b, 111c, 111d: Schnittkontur
112: Konturabschnitt
113: Start-Konturabschnitt
114, 114': Einlauffahne
115, 115': Start-Abschnitt
120: Schnittsegment
121: Schnittfläche
121F, 121R, 121K: Profilkante
122: Fase
A: Achse
aT: Türbreite
aM: Maschinenbreite
BS: Bestrahlungssteuerdaten
D: Durchmesser
E1, E2, E3: Teilschnitt
F: Fokusbereich / Fokus
G: Grenze
GF: Grenzfläche
GFE: Grenzfläche
hT: Türhöhe
hM: Maschinenhöhe
K: Außenkantenlinie
KA: Konturabstand
L: Laserstrahlung
N: Nutgrund
O: Oberfläche
P: Fluidstrom / Gasstrom / Pressluftstrahl
S: Schicht
SB1, SB2, SB3, SB4: Scanbahn
SB1', SB2': Scanbahn
SD: Steuerdaten
SF: Scanfeld
ST: Startpunkt
T: Tiefe
VR: Vorschubrichtung
x, y, z: Raumrichtungen des Bezugskoordinatensystems
xD, yD: vektorielle Düsenbewegungsrichtungen
xS, yS: vektorielle Scanrichtungen
xV, yV: vektorielle Vorschubrichtung
α: Winkel
γ: Winkel

Claims

Verfahren zum Einbringen zumindest eines Schnitts (110) in ein Glaswerkstück (100) entlang zumindest einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d), wobei in das Glaswerkstück (100) auf einer Strahlungseintrittsseite (101) Laserstrahlung (L) eingestrahlt und im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite (101) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) derart in einem Fokusbereich (F) fokussiert wird, dass im Fokusbereich (F) Werkstückmaterial abgetragen wird, wobei der Fokusbereich (F) beim Einbringen des Schnitts (110) entlang der Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) jeweils in einem aktuellen Scanbereich eines Scanfelds (SF) einer Scanbewegung unterliegt, welche schneller als eine Vorschubbewegung des Scanfelds (SF) ist, wobei das Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) mittels einer mit dem Fokusbereich (F) so koordiniert mitbewegten Blas-Düse (30), dass sich die Blas-Düse (30) zumindest in dem jeweils aktuellen Scanbereich befindet, mit einem Fluidstrom (P), vorzugsweise einem Gasstrom (P), besonders bevorzugt einem Luftstrom (P), in Kontakt gebracht wird, so dass der Fluidstrom (P) zur Entfernung des abgetragenen Werkstückmaterials aus einem Schnittspalt des eingefügten Schnitts (110) im Schnittspalt selbst eine Strömung erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) mittels einer, besonders bevorzugt mit dem Fokusbereich (F) koordiniert mitbewegten, Absaugeinrichtung (33) abgesaugt wird, wobei sich ein Saugeingang (34) der Absaugeinrichtung (33) vorzugsweise an der Blas-Düse (30) befindet, besonders bevorzugt teilringförmig oder ringförmig um die Blas-Düse (30) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fokusbereich (F) zur schichtweisen Abtragung von Material in einem Schnittsegment (120) des Schnitts (110) mittels einer Fokusverstelleinheit (15) bewegt wird, wobei der Fokusbereich (F) mittels der Fokusverstelleinheit (15) in dem begrenzten Scanfeld (SF) der Fokusverstelleinheit (15) bewegbar ist, und wobei die Fokusverstelleinheit (15) zur Erweiterung des Schnitts (110) oder zur Einbringung eines weiteren Schnitts (110) unter Verschiebung des Scanfelds (SF) in einer Vorschubrichtung (VR) parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Glaswerkstück (100) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur schichtweisen Abtragung von Material in einem Schnittsegment (120) entlang eines Konturabschnitts (112) der Schnittkontur (111) der Fokusbereich (F) in zumindest einer Richtung mittels einer Scaneinheit (17) der Fokusverstelleinheit (15) parallel zur Bezugsebene (x, y) bewegt wird und der Fokusbereich (F) relativ zum Glaswerkstück (100) kontinuierlich oder schrittweise in einer Richtung (z) senkrecht zur Bezugsebene (x, y) bewegt wird und wobei vorzugsweise die Fokusverstelleinheit (15) zur Erweiterung des Schnitts (110) kontinuierlich oder schrittweise entlang der Schnittkontur (111) in zumindest einer Richtung (VR) parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Glaswerkstück (100) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Fokusbereich (F) mittels der Scaneinheit (17) in zumindest einer weiteren Richtung parallel zur Bezugsebene (x, y) bewegt wird und/oder wobei der Fokusbereich (F) mittels der Scaneinheit (17) in zumindest einer Richtung oszillierend hin- und her bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5, wobei nach einem schichtweisen Abtragen von Material in einem ersten Schnittsegment (120) die Fokusverstelleinheit (15) versetzt wird und Material schichtweise in einem weiteren, vorzugsweise direkt benachbarten, Schnittsegment (120) abgetragen wird, wobei vorzugsweise die Schichten (S) im Wesentlichen parallel zu einer Werkstückoberfläche verlaufen und/oder wobei bevorzugt eine Grenze (G) zwischen zwei benachbarten Schnittsegmenten (120) schräg zu den Schichten (S) verläuft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei die Schichten (S) auf einer Rampe schräg von der Strahlungsaustrittsseite (102) in Richtung auf die Strahlungseintrittsseite (101) verlaufen und dabei vorzugsweise das Schnittsegment (120) durch die kontinuierliche oder schrittweise Bewegung der Fokusverstelleinheit (15) entlang der Schnittkontur (111) schichtweise erweitert wird, wobei die Schichten (S) vorzugsweise von der Strahlungsaustrittsseite (102) bis zur Strahlungseintrittsseite (101) verlaufen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Arbeitsgang ein erster Teilschnitt (E1) in Form einer Nut entlang zumindest eines Konturabschnitts (112) der Schnittkontur (111) in das Glaswerkstück (100) eingebracht wird und dann von einem Nutgrund (N) des ersten Teilschnitts (E1) aus in Richtung der Strahlungseintrittsseite (101) entlang des zumindest einen Konturabschnitts (112) der Schnittkontur (111) ein weiterer Teilschnitt (E2) in das Glaswerkstück (100) eingebracht wird, wobei vorzugsweise der erste Teilschnitt (E1) erst entlang der vollständigen Schnittkontur (111) eingebracht wird und dann der weitere Teilschnitt (E2) entlang der vollständigen Schnittkontur (111) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zu Beginn eines Schnitts (110), vorzugsweise schichtweise, ein kerbenartiges Schnittsegment als Start-Konturabschnitt (113) in das Glaswerkstück (100) eingebracht wird, wobei dieses Schnittsegment bevorzugt eine entgegen der Richtung der Schnittkontur (111) von der Strahlungsaustrittsseite (102) aus in Richtung der Strahlungseintrittsseite (101) geneigte Grenzfläche (GF) aufweist, von der aus das Schnittsegment besonders bevorzugt erweitert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beim Abtragen von Material des Glaswerkstücks (100) zumindest zeitweise zumindest zwei Laserstrahlen mit zueinander räumlich versetzten Fokusbereichen (F) genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fokusbereich (F) beim Abtragen von Material in zumindest einem Schnittsegment (120) so bewegt wird, dass das Glaswerkstück (100) an zumindest einer Seite entlang des eingebrachten Schnitts (110) eine Schnittkante (121F, 121R, 121K) mit einem definierten Profil aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fokusbereich (F) beim Abtragen von Material in zumindest einem Schnittsegment (120) eines Schnitts (110) entlang einer, vorzugsweise geschlossenen, Schnittkontur (111) so bewegt wird, dass der Schnitt (110) in dem Schnittsegment (120) von der Strahlungseintrittsseite (101) zur Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) schräg verläuft, insbesondere dass bezüglich eines von der Schnittkontur (111) zumindest teilweise umschlossenen Werkstückausschnitts (103) der Verlauf der Schnittkontur (111) an der Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) gegenüber dem Verlauf der Schnittkontur (111) an der Strahlungseintrittsseite (101) des Glaswerkstücks (100) nach außen oder innen versetzt ist, und/oder wobei der Fokusbereich (F) beim Abtragen von Material in zumindest einem Schnittsegment (120) eines Schnitts (110) entlang einer, vorzugsweise geschlossenen, Schnittkontur (111) so bewegt wird, dass der Schnitt (110) zumindest an einer entlang des Schnittsegments (120) verlaufenden Schnittfläche (121) sich zur Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) hin konisch erweitert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest beim Einbringen eines Schnitts (110) in einem Schnittsegment (120), welches sich vorzugsweise an einer Kante des Glaswerkstücks (100) befindet, eine Fokusverstelleinheit (15) um eine Schwenkrichtung quer zur Strahlrichtung (z) verschwenkt wird, vorzugsweise um einen Winkel (α), welcher in Abhängigkeit von einer Orientierung einer Oberfläche (O) des Glaswerkstücks (100) im Bereich des Schnittsegments (120) gewählt wird, und/oder wobei die Laserstrahlung (L) mittels einer Strahlumlenkanordnung (50) umgelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn sich der Fokusbereich (F) an oder in der Nähe einer späteren Schnittkante des Glaswerkstücks (100) befindet, die mittlere Leistung der Laserstrahlung (L), vorzugsweise durch eine Reduzierung der Pulsenergie und/oder der Pulswiederholrate, gegenüber einer im übrigen Bereich des Glaswerkstücks (100) genutzten mittleren Laserleistung vorübergehend reduziert wird.
Steuereinrichtung (20) für eine Vorrichtung (1, 1') zum Einbringen eines Schnitts (110) in ein Glaswerkstück (100) entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d), wobei die Vorrichtung (1, 1') zum Einbringen des Schnitts (110) in das Glaswerkstück (100) zumindest folgende Komponenten aufweist: - eine Halterung (11, 11') für das Glaswerkstück (100), - einen Laser (60) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L), - eine Fokussiereinrichtung (16), um in das Glaswerkstück (100) auf einer Strahlungseintrittsseite (101) eingestrahlte Laserstrahlung (L) im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite (101) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) derart in einem Fokusbereich (F) zu fokussieren, dass im Fokusbereich (F) Werkstückmaterial abgetragen wird, - eine Fokusverstelleinheit (15) mit zumindest einer Scaneinheit (17), um den Fokusbereich (F) in einem begrenzten Scanfeld (SF) zu bewegen, und bevorzugt eine Vorschubeinrichtung (40, 41), um die Fokusverstelleinheit (15) in zumindest einer Richtung parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Glaswerkstück (100) zu bewegen, - eine Blas-Düse (30) um ein in oder an der Halterung (11) befindliches Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) mit einem Fluidstrom (P) vorzugsweise einem Gasstrom (P) besonders bevorzugt einem Luftstrom (P), in Kontakt zu bringen, und bevorzugt eine Absaugeinrichtung (33), um das Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) abzusaugen, wobei die Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, um die Vorrichtung (1) zum Einbringen zumindest eines Schnitts (110) in das Glaswerkstück (100) derart zu steuern, - dass der Fokusbereich (F) zur schichtweisen Abtragung von Material in einem Schnittsegment (120) des Schnitts (110) mittels der Fokusverstelleinheit (15) im Bereich des Scanfelds (SF) der Fokusverstelleinheit (15) bewegt wird, wobei der Fokusbereich (F) beim Einbringen des Schnitts (110) entlang der Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) jeweils in einem aktuellen Scanbereich des Scanfelds (SF) einer Scanbewegung unterliegt, welche schneller als eine Vorschubbewegung zur Verschiebung des Scanfelds (SF) ist, und dabei vorzugsweise die Fokusverstelleinheit (15) zur Erweiterung des Schnitts (110) oder zur Einbringung eines weiteren Schnitts (110) unter Verschiebung des Scanfelds (SF) in einer Vorschubrichtung (VR) parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Glaswerkstück (100) bewegt wird, - und dass die Blas-Düse (30) so koordiniert mit dem Fokusbereich (F) mitbewegt wird, dass sich die Blas-Düse (30) zumindest in dem jeweils aktuellen Scanbereich befindet, und so dass der Fluidstrom (P) zur Entfernung des abgetragenen Werkstückmaterials aus einem Schnittspalt des eingefügten Schnitts (110) im Schnittspalt selbst eine Strömung erzeugt.
Vorrichtung (1, 1') zum Einbringen eines Schnitts (110) in ein Glaswerkstück (100) entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d), mitzumindest - einer Halterung (11, 11') für das Glaswerkstück (100), - einem Laser (60) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L), - einer Fokussiereinrichtung (16), um in das Glaswerkstück (100) auf einer Strahlungseintrittsseite (101) eingestrahlte Laserstrahlung (L) im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite (101) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (102) des Glaswerkstücks (100) derart in einem Fokusbereich (F) zu fokussieren, dass im Fokusbereich (F) Werkstückmaterial abgetragen wird, - einer Fokusverstelleinheit (15) mit zumindest einer Scaneinheit (17), um den Fokusbereich (F) zu bewegen, und bevorzugt einer Vorschubeinrichtung (40, 41), um die Fokusverstelleinheit (15) in zumindest einer Richtung parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Glaswerkstück (100) zu bewegen, - einer Blas-Düse (30) um ein in oder an der Halterung (11) befindliches Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) mit einem Fluidstrom (P) vorzugsweise einem Gasstrom (P) besonders bevorzugt einem Luftstrom (P) in Kontakt zu bringen, und bevorzugt einer Absaugeinrichtung (33), um das Glaswerkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) abzusaugen, - einer Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 15.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung (20) einer Vorrichtung (1, 1') zum Einbringen eines Schnitts (110) in ein Glaswerkstück (100) gemäß Anspruch 16 ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung (20) ausgeführt wird.