DE102021105034A1

DE102021105034A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas

Info

Publication number: DE102021105034A1
Application number: DE102021105034.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wienkamp
Original assignee: Cericom GmbH
Current assignee: Cericom GmbH
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-08
Also published as: WO2022184554A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Bearbeiten eines Werkstücks (100) aus Glas mit einer Halteeinrichtung (11) für das Werkstück (100) und mit zumindest einer Lasereinrichtung (60) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L) zur Durchführung eines ersten Schneid- und/oder Trennverfahrens in einem ersten Betriebsmodus. Dabei ist die Lasereinrichtung (60) so ausgebildet, dass sie in einen zweiten Betriebsmodus zur Durchführung eines zweiten Schneid- und/oder Trennverfahrens umschaltbar ist, welches sich von dem ersten Schneid- und/oder Trennverfahren unterscheidet und/oder die Vorrichtung (1) weist zusätzlich eine der folgenden Einheiten zur Vor- und/oder Nachbehandlung des Werkstücks (100) auf: Eine Poliereinheit (80) zur Nachbearbeitung von Schnitt- und/oder Trennflächen (121); eine Reinigungseinheit (70, 90) umfassend eine Trockenreinigungseinheit (90) mit Mitteln zum Trockenreinigen und/oder eine Nassreinigungseinheit (70) mit Mitteln, vorzugsweise in Form einer Waschanlage (71), zum Nassreinigen und optional eine Trocknungseinheit (72) mit Mitteln zum Trocknen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas und eine Maschinenfarm (200) mit einer Mehrzahl parallel geschalteter solcher Vorrichtungen (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas mit einer Halteeinrichtung für das Werkstück und mit zumindest einer Lasereinrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung zur Durchführung eines ersten Schneid- und/oder Trennverfahrens.
Aus der US 10 399 184 B2 ist beispielsweise ein lasergestütztes Trennverfahren zur Einbringung von Schwächungen bzw. Filamenten entlang einer Trennlinie in ein Glasstück bekannt. Nach Einbringung der Schwächungen kann dann eine einfache Trennung der Teile entlang der Trennlinie durch Brechen oder dergleichen erfolgen. Auch dieses Verfahren eignet sich insbesondere für sehr dünne und relativ kleine Gläser, wie z. B. die Displaygläser von Mobiltelefonen etc.
Aus der US 2015/0274574 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Durchführung eines Laser-betriebenen Schneideverfahrens mit einem Laser bekannt. Dabei wird mit dem Laser zunächst in einer ersten Oberfläche (die Lasereintrittsseite) in einer ersten Kompressionszone des gehärteten Glases eine Rille abgetragen. 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. Auch hier geht es also nur um relativ dünne Gläser und kleine Strukturen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas sowie ein entsprechendes Verfahren derart weiterzubilden, dass diese universeller einsetzbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, erlaubt es die Erfindung, ein breites Spektrum von Glaswerkstücken auf Grundlage relativ dünner bis zu relativ dicker Flachgläser, wie beispielsweise Bauglas, in einer Vorrichtung zu bearbeiten, bzw. je nach konkreter Ausgestaltung ggf. nahezu komplett fertigzustellen. Insbesondere können Werkstücke entlang beliebig vorgebbarer Schnitt- bzw. Trennkonturen geteilt werden und beispielsweise Bohrungen oder Ausschnitte in ein Werkstück eingebracht werden etc.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas (im Folgenden auch als „Bearbeitungsvorrichtung“ bezeichnet) umfasst wie eingangs erwähnt eine Halteeinrichtung für das Werkstück. Mit dieser Halteeinrichtung wird das Werkstück, wie später noch erläutert wird, während der Bearbeitung durch die Vorrichtung gehalten. Ein Beispiel für eine solche Halteeinrichtung ist eine Rollenbahn, ein Rollentisch oder dergleichen. Die Halteeinrichtung für das Werkstück kann insbesondere wie in der DE 10 2020 123 146 aufgebaut sein.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass nicht nur die Halteeinrichtung, sondern auch andere später noch genannte Komponenten bevorzugt wie in der DE 10 2020 123 146 aufgebaut sein können und u. a. auch die dort genannten Steuerungsverfahren genutzt werden können. Insofern wird der Inhalt der DE 10 2020 123 146 voll inkorporiert. Insbesondere kann auch die gesamte Vorrichtung, wie sie in der DE 10 2020 123 146 beschrieben wird, ein Teil der vorliegenden Vorrichtung sein und muss nur entsprechend um zusätzliche Komponenten ergänzt werden, um erfindungsgemäß ausgestattet zu werden und arbeiten zu können.
Bei dem Material des Werkstücks handelt es sich um Glas, besonders bevorzugt Floatglas oder Borosilikatglas. Prinzipiell kann es sich aber auch um andere ähnliche Gläser bzw. Glasmaterialien, wie Glaskeramik (z. B. für Kochfelder und Kamintüren), Saphir, entsprechende andere spröd-brechende lasertransparente Materialien, etc. handeln.
Wie erwähnt umfasst die Vorrichtung mindestens eine Lasereinrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung zur Durchführung eines ersten Schneid- und/oder Trennverfahrens in einem ersten Betriebsmodus.
Unter einem reinen Schneidverfahren wird das Einbringen eines Schnitts in ein Werkstück bzw. das Glas verstanden, bei dem das Werkstück nicht notwendigerweise vollständig durchschnitten bzw. getrennt wird, d. h. beispielsweise nur eine Nut eingebracht wird.
Demgegenüber ist mit einem Trennverfahren ein Vorgang gemeint, bei dem zwei Werkstückteile eines Werkstücks vollständig voneinander getrennt bzw. geteilt werden. Zwischen den Werkstückteilen liegt anschließend zumindest an einer Trennstelle (bzw. entlang der Trennkontur entlang derer das Trennverfahren durchgeführt wurde) keine Verbindung mehr vor, d. h. die Werkstückteile berühren sich dort nicht mehr.
Folgerichtig wird unter einem Schneid- und Trennverfahren das Einbringen eines klassischen Schnitts mit einer tatsächlichen Schnittfuge verstanden, in der mittels der Lasereinrichtung Werkstückmaterial, z. B. schichtweise, abgetragen wird, um so ein Werkstückteil wie beispielsweise einen Bohrkern oder einen anderen Glasausschnitt auszuschneiden und damit vom übrigen Werkstückteil physisch bzw. vollständig zu trennen. Ein Beispiel für ein schichtweises Abtragen von Glasmaterial zur Erzeugung eines Schnitts entlang einer Schnittkontur (im Folgenden auch als „Laserablationsverfahren“ oder kurz „Ablationsverfahren“ bezeichnet) wird später noch detailliert erläutert. Dabei erfolgt vorzugsweise beim Laserablationsverfahren das Abtragen von einer von der Lasereinrichtung abgewandten Strahlungsaustrittsseite aus, d. h. der Laserstrahl verläuft von einer „Strahlungseintrittsseite“ zunächst durch das Glasmaterial hindurch und wird im Bereich der gegenüberliegenden „Strahlungsaustrittsseite“ so fokussiert, dass dort Material abgetragen wird.
Erfindungsgemäß ist die Lasereinrichtung bei einer Variante der Vorrichtung außerdem so ausgebildet, dass sie in einen zweiten Betriebsmodus zur Durchführung eines zweiten Schneid- und/oder Trennverfahrens umschaltbar ist, welches sich von dem ersten Schneid- und/oder Trennverfahren grundsätzlich unterscheidet.
Dass sich das erste und zweite Schneid- und/oder Trennverfahren grundsätzlich unterscheiden, ist so zu verstehen, dass es sich hierbei um Schneid- und/oder Trennverfahren handelt, die von einer anderen technischen Art sind, d. h. mit einem anderen Prinzip arbeiten.
Während das erste Schneid- und/oder Trennverfahren bevorzugt z .B. ein oben bereits kurz genanntes Ablationsverfahren sein könnte, bei dem mit dem Laser schichtweise Glasmaterial abgetragen wird, könnte es sich z. B. bei dem zweiten Schneid- und/oder Trennverfahren bevorzugt um ein Verfahren handeln, bei dem mit Laserstrahlung beispielsweise Perforationen bzw. Materialschwächungen, d. h. sogenannte „Filamente“ bzw. „Filamentlinien“, lokal entlang einer gewünschten Schnittlinie im Werkstückmaterial eingebracht (i. S. v. eingeschnitten) werden. Bei Bedarf wird dann der filamentierte bzw. geschwächte Bereich zur Trennung lokal erwärmt bzw. erhitzt oder anderweitig, z. B. mechanisch, belastet, so dass das Glas an den geschwächten Stellen wie gewünscht bricht. Alternativ oder zusätzlich kann das Glas auch chemisch oder thermisch vorgespannt sein, und trennt sich durch die Materialspannungen dann häufig an den „Filamentlinien“ sogar spontan von selbst und ohne, dass es weiterer Maßnahmen bedarf. Ein Trennverfahren durch Einbringen von Filamenten wird im Allgemeinen und im Folgenden auch als „Laser-Filament-Schneiden“ bezeichnet (da hier am Ende immer eine Trennung der Teile erfolgt auch wenn kein bleibender Schnitt im Sinne einer Nut bzw. einer Schnittfuge in das Werkstück eingebracht wird, sondern nur eine Schwächung in Form einer Mikroperforation entlang der Filamentlinien erfolgt). Ein solches Verfahren ist dem Fachmann vom Prinzip grundsätzlich bekannt, beispielsweise wird es wie bereits eingangs erwähnt in der US 10 399 184 B2 beschrieben.
Laser-Filament-Schneiden bietet sich speziell für dünne und/oder chemisch bzw. thermisch vorgespannte Glaswerkstücke an, da diese sich recht einfach filamentieren lassen. Bei dickeren Glaswerkstücken, insbesondere weder chemisch noch thermisch vorgespannten Glaswerkstücken bietet es sich jedoch meist eher an, das Werkstückmaterial schichtweise, beispielsweise in mehreren Teilschnitten (siehe ebenfalls DE 10 2020 123 146 ), mittels des zuvor erläuterten Laserablationsverfahrens abzutragen.
Die bekannten, z. B. eingangs genannten, Vorrichtungen weisen dagegen Lasereinrichtungen auf, die nur für ein grundsätzliches Schneid- und/oder Trennverfahren geeignet sind. Ein Umschalten zwischen zwei technisch grundsätzlich unterschiedlich wirkenden Schneid- und/oder Trennverfahren, wie „Laserablationsverfahren“ einerseits und „Laser-Filament-Schneiden“ andererseits ist bisher nicht möglich.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich zu der zwischen zumindest zwei Betriebsmodi umschaltbaren Lasereinrichtung zumindest eine der folgenden Einheiten zur Vor- und/oder Nachbehandlung des Werkstücks auf:

Zum einen kann sie eine Poliereinheit zur Nachbearbeitung von Schnitt- und/oder Trennflächen, insbesondere von Innen- und/oder Außenkanten, des Werkstücks aufweisen. Eine solche Poliereinheit kann beispielsweise einen Polierkopf mit im Wesentlichen weichen, d. h. nachgiebigen Polierscheiben, ein Ultraschallgerät zum Polieren oder einen Polierkopf mit einem gerichteten Wasserstrahl aufweisen, um nahezu beliebige Schnitt- und/oder Trennflächen des Werkstücks, welche in der Regel bei einem ersten als auch bei einem zweiten Schnittverfahren ohnehin bereits sehr glatt sein können, noch weiter zu glätten bzw. zu polieren. Da die Schnitt- und/oder Trennflächen nach der Durchführung zumindest eines ersten Schneid- und/oder Trennverfahrens bereits von sehr guter Qualität sein können, muss die Poliereinheit keine großen Mengen der Schnitt- und/oder Trennflächen mehr abtragen, so dass sie ohne harte Polierscheiben oder dergleichen, welche spezifisch bzw. individuell an die jeweiligen Schnitt- und/oder Trennflächen angepasst werden müssen, auskommt. Die Poliereinheit eignet sich damit für nahezu beliebige Schnitt- und/oder Trennflächen, wie z. B. Profilkanten mit 45°-Fase, mit keilförmiger Nut oder mit gerundeter bzw. sogenannter c-förmiger Kante.

Zum anderen kann sie alternativ oder zusätzlich eine Reinigungseinheit aufweisen. Die Reinigungseinheit kann eine Trockenreinigungseinheit mit Mitteln zum Trockenreinigen umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Reinigungseinheit eine Nassreinigungseinheit mit Mitteln zum Nassreinigen sowie optional eine Trocknungseinheit mit Mitteln zum Trocknen aufweisen.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung sowohl die Poliereinheit als auch die Reinigungseinheit umfassen, um ein Werkstück noch umfangreicher bearbeiten zu können, wie nachfolgend noch anhand des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bearbeitung des Werkstücks beschrieben wird.
Eine erfindungsgemäße Maschinenfarm umfasst eine Mehrzahl von parallel geschalteten Vorrichtungen. Diese können beispielsweise nebeneinander oder auch übereinander in mehreren „Etagen“ bzw. Höhen angeordnet sein.
Weiter umfasst die Maschinenfarm zumindest eine, vorzugsweise eine gemeinsame, Rohmaterialzufuhr. Dies kann beispielsweise jeweils ein Förderband zur jeweiligen Bearbeitungsvorrichtung der Maschinenfarm oder ein gemeinsames Förderband zur Maschinenfarm sein, welches die einzelnen Bearbeitungsvorrichtungen versorgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Rohmaterialzufuhr der Maschinenfarm jeweils einen oder einen gemeinsamen Roboter mit mindestens einem Greifarm umfassen, welcher das bereitgestellte Rohmaterial der Maschinenfarm zuführt, d. h. beispielsweise die einzelnen Vorrichtungen mit Rohmaterial für die Bearbeitung versorgt.
Ferner umfasst die Maschinenfarm zumindest eine, vorzugsweise wieder eine gemeinsame, Endproduktabfuhr, um die bearbeiteten Werkstücke, insbesondere die späteren Produkte wieder aus der Maschinenfarm bzw. den einzelnen Vorrichtungen der Maschinenfarm abzuführen bzw. abzutransportieren. Hierfür kann ebenfalls wieder ein Förderband und/oder ein Roboter mit zumindest einem Greifarm genutzt werden, vorzugsweise derselbe Roboter, oder auch Hubtische (bei Stapelung der Maschinen).
Sofern die Maschinenfarm über eine gemeinsame Rohmaterialzufuhr und eine entsprechende Endproduktabfuhr verfügt, kann es sich dabei um eine Transporttechnik, i. d. R. in Form einer Maschinenstraße mit räumlich getrenntem Eingang und Ausgang handeln.
Dabei kann den Vorrichtungen der Maschinenfarm vorzugsweise eine gemeinsame Reinigungseinheit zur Vor- und/oder Endreinigung vor- und/oder nachgeschaltet sein. Dies bietet sich insbesondere bei einer im Kreis geführten Maschinenfarm an, d. h. mit einer Maschinenstraße bei der ein Werkstück nach der Rohmaterialzufuhr zunächst die Reinigungseinheit, beispielsweise in einer unteren „Etage“, passiert. Anschließend durchläuft das Werkstück dann eine der Vorrichtungen zur Bearbeitung des Werkstücks, bevor das bearbeitete Werkstück abschließend wieder über die Maschinenstraße zurück (sozusagen im Kreis) ein weiteres Mal die Reinigungseinheit passiert, diesmal beispielsweise in einer oberen „Etage“. Die Reinigungseinheit kann aber auch nur über eine Etage verfügen, wobei dann die Maschinenfarm die Werkstücke entsprechend so durch die Reinigungseinheit führt, dass sie einander nicht stören bzw. berühren. Insbesondere hierfür könnte die Maschinenfarm ebenfalls mittels einer dazu geeigneten Steuereinrichtung gesteuert werden. Grundsätzlich könnte die Maschinenfarm dabei von nur einer Person oder auch einer geeigneten Software ggf. in Verbindung mit Kameras überwacht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas, wird das Werkstück mit einer Halteeinrichtung in der Vorrichtung gehalten. Es wird dann mittels von zumindest einer Lasereinrichtung erzeugter Laserstrahlung in zumindest einem ersten Betriebsmodus ein erstes Schneid- und/oder Trennverfahren an dem Werkstück durchgeführt, wie dies oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläutert wurde.
Dabei wird die Lasereinrichtung zur Bearbeitung des Werkstücks erfindungsgemäß zwischen dem ersten und einem zweiten Betriebsmodus zur Durchführung eines zweiten Schneid- und/oder Trennverfahrens umgeschaltet, welches sich von dem ersten Schneid- und/oder Trennverfahren unterscheidet, und/oder es erfolgt in der Vorrichtung eine Vor- und/oder Nachbehandlung des Werkstücks mittels einer Poliereinheit und/oder einer Reinigungseinheit der Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie oben bereits aufgeführt wurde.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Vorrichtung und durch das erfindungsgemäße Verfahren kann erreicht werden, dass sofern gewünscht sämtliche der zuvor beschriebenen Arbeitsschritte bzw. Aufgabestellungen in einer gemeinsamen Vorrichtung durchgeführt werden können. Damit wird nicht nur Platz geschaffen, indem mehrere einzelne Maschinen ersetzt werden, sondern es ist auch nicht mehr notwendig, für jeden einzelnen Bearbeitungsschritt eine einzelne Maschine anzuschaffen. Zudem spart die Erfindung damit Prozesszeit ein, da ein Werkstück zwischen den einzelnen Verfahrensschritten nicht mehr signifikant bewegt werden muss. Da die Werkstückkanten hier auch mit dem Laser geschnitten werden und auch Bohrungen und Ausschnitte in derselben Maschine eingebracht werden können, kann eine deutlich größere Präzision bzgl. der Abmessungen des Werkstücks als auch der Positionen von Bohrungen und Ausschnitten in Bezug zu den Werkstückkanten und auch untereinander erzielt.
Die Erfindung kann insbesondere, bei entsprechender Ausgestaltung, die Vorteile verschiedener Schneid- und/oder Trennverfahren, wie z. B. „Laserablationsverfahren“ und „Laser-Filament-Schneiden“, nutzen und vereinen und damit deren jeweilige Nachteile vermeiden, indem z. B. je nachdem das eine, das andere oder beide Verfahren hintereinander bzw. im Wechsel eingesetzt werden, in Abhängigkeit davon, welches Verfahren gerade besser bzw. effektiver ist. Mit zumindest zwei voneinander unterschiedlichen Betriebsmoden kann somit eine Maschinenproduktivität und Vielfältigkeit an Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung erheblich gesteigert werden, indem beispielsweise bei einem Werkstück, welches unterschiedliche Schneidverfahren zur Bearbeitung benötigt oder bei dem es aufgrund von Zeitersparnis vorteilhaft ist, unterschiedliche Verfahren für unterschiedliche Schnitte oder Schnittbereiche anzuwenden, einfach zwischen den Betriebsmoden hin und her geschaltet werden kann.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Vorrichtung eine geeignete Steuereinrichtung umfassen, um im Betrieb, die die für den jeweiligen Vorgang erforderlichen Komponenten der Vorrichtung, wie insbesondere die Halteeinrichtung und die Lasereinrichtung anzusteuern.
Die 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. Die Steuereinrichtung kann auch aus mehreren Teilsteuerungen bestehen, die in geeigneter Weise zusammenarbeiten.
Die Steuereinrichtung kann zudem ganz oder teilweise beispielsweise in Form einer Rechnereinheit mit geeigneten Schnittstellen zur kommunikativen Verbindung mit den anderen Komponenten der Vorrichtung und mit geeigneter Software realisiert sein. Insbesondere können auch einzelne Teilsteuerungen oder Teile davon jeweils durch Software auf geeigneten Rechnereinheiten realisiert sein. 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 nachfolgenden Beschreibung, 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 ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass im Betrieb die Weiterbildungen des Verfahrens, insbesondere gemäß den beschriebenen bevorzugten Verfahrensmodi, besonders bevorzugt gemäß den abhängigen Verfahrensansprüchen, realisiert werden.
Bei der von der Lasereinrichtung, bzw. dem oder den Laser(n) (im Folgenden auch als „Laserquelle(n)“ bezeichnet) der Lasereinrichtung erzeugten Laserstrahlung handelt es sich wie üblich 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 Wahl der Laserstrahlung kann vom Material des Werkstücks abhängen.
In der Regel benötigen die unterschiedlichen Schneid- und/oder Trennverfahren unterschiedliche Laserstrahlung, d. h. die Laserstrahlung muss unterschiedliche Parameter, wie Laserwellenlänge, Laserenergie, Pulsart (kontinuierlich oder im Pulsbetrieb und wenn ja, mit welcher Pulsfrequenz und Pulslänge) etc., aufweisen. So ist meist eine Laserstrahlung zum Einbringen von Filamenten zum Laser-Filament-Schneiden nicht geeignet, um insbesondere bei dickeren Werkstücken Material mit einem Laserablationsverfahren abzutragen.
Soll beispielsweise mittels der Lasereinrichtung im ersten Betriebsmodus ein Laserablationsverfahren durchgeführt werden, bei dem wie oben bereits erwähnt das Abtragen des Materials im Schnitt von einer vom Laser abgewandten Strahlungsaustrittsseite aus erfolgt (was bevorzugt ist), wird eine Laserstrahlung benötigt, so dass das zu bearbeitende Glasmaterial für den nicht-fokussierten Laserstrahl nur eine geringe oder keine Absorption aufweist. D. h. die Wellenlänge des Lasers ist 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.
Hierzu kann die Lasereinrichtung beispielsweise einen Laser bzw. eine Laserquelle zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweisen, wie er aus der DE 10 2020 123 146 bekannt ist. Auch insoweit wird deren Inhalt hiermit vollständig in diese Erfindung inkorporiert. Dies betrifft insbesondere die Informationen, woraus sich die notwendige Schwellenintensität ergibt, so dass Strahlung vom Material im Fokusbereich in ausreichender Menge absorbiert wird, dass der Fokus bzw. Wirkungsbereich der Lasereinrichtung je nach Pulsenergie vorzugsweise einen Durchmesser von typischerweise 2 bis 100 µm hat und dass bevorzugt der Fokus zum Einbringen eines Schnitts entlang vieler nebeneinanderliegender Bahnen und in vielen übereinanderliegenden Schichten durch das Material geführt werden kann, etc.
Bevorzugt kann die Laserstrahlung bzw. der Laserstrahl im ersten Betriebsmodus mit einem gepulsten Laser erzeugt werden.
Insbesondere bevorzugt kann die Lasereinrichtung für den ersten Betriebsmodus eine erste Laserquelle umfassen, die im ersten Betriebsmodus Laserstrahlung im Nano-Sekundenbereich abgibt, also beispielsweise Pulse mit Pulslängen im Bereich von Nanosekunden.
Ganz besonders bevorzugt kann die Lasereinrichtung für die Glasbearbeitung im ersten Betriebsmodus, insbesondere für Floatglas, bevorzugt zumindest einen 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), aufweisen. Der Schneide- bzw. Ablations-Prozess kann dann wie gesagt 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.
Vorzugsweise kann die Lasereinrichtung so eingerichtet sein, dass sie im zweiten Betriebsmodus zum Laser-Filament-Schneiden geeignet ist.
Hierzu kann sie bevorzugt zumindest eine zweite Laserquelle umfassen, die zumindest Laserstrahlung im Piko- oder Femto-Sekundenbereich abgibt, also beispielsweise Pulse mit Pulslängen im Bereich von Pikosekunden bzw. Femtosekunden, mit denen z. B. glattere Schnittkanten aufgrund der Möglichkeit, die Schwell-Pulsenergie unter 0,1 mJ zu reduzieren, realisierbar sind.
Von einem reinen Schneidverfahren im zweiten Betriebsmodus ist die Rede, wenn nach dem Einbringen der Schwächungen (i. d. R. im Wesentlichen entlang einer Linie unter Erzeugung eines Filaments) im Werkstückmaterial zunächst einmal nichts weiter passiert, d. h. also lediglich eine Art „Perforationslinie“ bzw. lokale Schwächungen im Werkstück gebildet wurden. Diese können, sofern gewünscht, zur leichteren Trennung genutzt werden, beispielsweise in Kombination mit einem Trennverfahren bzw. für ein darauffolgendes Trennverfahren, wie weiter unten noch erläutert wird.
Um ein reines Trennverfahren im zweiten Betriebsmodus handelt es sich demgegenüber beispielsweise dann, wenn mit der Lasereinrichtung chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas bearbeitet wird. Denn beim Einbringen der Schwächungen bzw. Filamente entlädt sich die darin vorherrschende Spannung derart, dass sich das Glas kontrolliert induziert entlang dieser Schwächungen unter Bildung einer relativ geraden Kante, ohne muschelartige Absplitterungen oder dergleichen, in zwei getrennte Werkstückteile trennt bzw. teilt. Dies lässt sich beispielsweise mittels eines Ultrakurzpulslasers (UKP-Laser) (z. B. als zweite Laserquelle) bei Werkstücken mit einer Dicke von bis zu 10 mm bewerkstelligen. Im direkten Vergleich zur Materialabtragung im ersten Betriebsmodus weist dieses Vorgehen eine deutlich schnellere Prozessgeschwindigkeit auf. Damit lassen sich derzeit zumindest Werkstücke mit einer Dicke von weniger als 13 mm sehr schnell schneiden und trennen.
Besonders bevorzugt kann die Lasereinrichtung für den zweiten Betriebsmodus aber zusätzlich zu einer zweiten Laserquelle, die Laserstrahlung im Piko- oder Femto-Sekundenbereich abgibt, noch eine weitere zweite (dritte) Laserquelle umfassen, die Laserstrahlung, z. B. im Infrarot-Bereich, abgibt, welche geeignet ist, um in einem Schneid- und Trennverfahren eine endgültige Trennung der Teile in den beim Laser-Filament-Schneiden erzeugten Schwächungsbereichen zu erreichen.
Ein solches zusätzliches Trennverfahren im Anschluss an ein Laser-Filament-Schneidverfahren kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn Glas beim Laser-Filament-Schneiden ohne chemische oder thermische Vorspannung bearbeitet wird. Dies gilt insbesondere für Bauglas, d. h. Glas mit einer Stärke bzw. Dicke von mehr als 3 mm, welches i. d. R. weder thermisch- noch chemisch vorgespannt ist. Bei einem derartigen Glas kann zur vollständigen Trennung entlang der im Glas eingebrachten Schwächungen, wenn sich das Glaswerkstück aufgrund der fehlenden inneren Spannung nicht von allein trennt, noch eine thermische Quelle verwendet werden, die für die nötige Energie zum Aufbrechen des Glases an den geschwächten Stellen sorgt. Dabei wird das Werkstück zur Trennung in einem weiteren Arbeitsschritt z. B. mittels einer Gasflamme, einer Plasmaflamme oder eines CO2-Lasers entlang der zuvor erzeugten Perforationen bzw. des sogenannten Filaments erwärmt bzw. geheizt, woraufhin sich das Werkstück dann entsprechend trennt bzw. teilt. Eine solche Erwärmung bzw. Hitzebehandlung zur Trennung bei einer Silikatschicht mit einem CO2-laser ist beispielsweise aus der US 2017/0260088 A1 bekannt.
Die Lasereinrichtung kann verschiedene Laser aufweisen, die jeweils für einen Betriebsmodus, z. B. das Laserablationsverfahren oder das Laser-Filament-Schneiden, besonders geeignet sind. Es kann dann zum Umschalten zwischen den Betriebsmodi zwischen den Lasern umgeschaltet werden, so dass jeweils der passende Laser betrieben wird und dessen Laserstrahl z. B. durch die Fokusverstelleinheit mit der Scaneinheit verläuft (wie später noch erläutert wird).
Lediglich der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass die Lasereinrichtung auch so konfiguriert, d. h. mit einem oder mehreren Lasern bestückt, bzw. betrieben werden kann, dass prinzipiell mit einem Laser, mit dem zur Filament-Laserbearbeitung, z. B. im zweiten Betriebsmodus, Laserpulse im Piko- bzw. Femto-Sekundenbereich abgegeben werden, auch solche Laserstrahlung abgegeben werden kann, mit der das Glasmaterial tatsächlich abgetragen werden kann, indem z. B. die einzelnen Laserpulse zum Ablatieren verlängert werden und/oder die Laserstrahlung anderweitig geeignet modifiziert wird. Auch eine solche geeignete Umschaltung der Steuerparameter einer Laserquelle kann eine Variante sein, die Lasereinrichtung zwischen den Betriebsmodi umzuschalten, sofern wie gesagt in den Betriebsmodi mit grundsätzlich technisch unterschiedlichen Schneid- und/oder Trennverfahren gearbeitet wird.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche - wie bereits oben ausführlich beschrieben - aufgebaut sein kann, wird die Vorrichtung so gesteuert, dass hintereinander zumindest zwei, vorzugsweise mindestens drei, der folgenden Arbeitsschritte a) bis k) an dem Werkstück durchgeführt werden:

In einem Schritt a) wird das Werkstück z. B. mittels der oben bereits beschriebenen Reinigungseinheit, insbesondere der Nassreinigungseinheit gewaschen. Dabei kann das Werkstück beispielsweise durch ein Wasserbad gefahren werden, z. B. mit rotierenden Bürsten, und zusätzlich oder alternativ kann das Werkstück mittels zumindest einer Düse mit mindestens einem gerichteten Wasserstrahl, vorzugsweise von einem Hochdruckreiniger, gereinigt bzw. abgespritzt werden, ähnlich wie dies beispielsweise in einer herkömmlichen Auto-Waschanlage der Fall ist.

In einem Schritt b), welcher bevorzugt nach Schritt a) durchgeführt werden kann - zumindest wenn das Werkstück anschließend in einem trockenen Zustand weiterbearbeitet oder aus der Vorrichtung abgeführt werden soll - wird das Werkstück, z. B. mittels der Trocknungseinheit der Reinigungseinheit mit geeigneten Mitteln zum Trocknen getrocknet.
In einem zu a) und b) alternativen Schritt könnte das Werkstück beispielsweise auch trockengereinigt werden, z. B. mittels der oben bereits erwähnten Trockenreinigungseinheit mit geeigneten Mitteln zum Trockenreinigen, wie rotierende Bürsten, Gebläse in Verbindung mit Düsen zum Abblasen der Oberfläche und/oder auch über das Glas geführten Textil- oder Mikrofaserbändern zum trockenen Abwischen.
In einem Schritt c) kann das Werkstück mittels ablativer Laserbearbeitung (ALB), z. B. mittels der ersten Lasereinrichtung geschnitten werden. Typischerweise wird das Glas dabei entlang einer Kontur geschnitten, wie dies beispielsweise in der DE 10 2020 123 146 beschrieben ist. Wie darin erwähnt wird, kann die Kontur bzw. Schnittkontur eine beliebige Form aufweisen, z. B. geradlinig, gebogen etc. Insbesondere kann es sich auch um eine geschlossene Kontur handeln, d. h., dass mithilfe des Schnitts eine Kernbohrung, Sackbohrung, Kavität oder dergleichen durchgeführt wird. Insofern umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks 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.
Optional kann im Schritt c) bereits auch eine Kantenformung der inneren und/oder äußeren Schnittkanten erfolgen, indem beispielsweise die Schnittkante direkt zu einer Profilkante geformt wird, d. h. z. B. zu einer Profilkante mit 45°-Fase, mit keilförmiger Nut oder mit einem abgerundeten C-Profil.
In einem Schritt d) kann das Werkstück, beispielsweise alternativ zu oder im Anschluss an Schritt c), mittels eines Laser-Filament-Schneideverfahrens unter Einbringung von Schwächungen bzw. Filamenten im Werkstück geschnitten werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 2 593 266 A2 bekannt.
In einem Schritt e), welcher beispielsweise nach Schritt d) nach einer Filament-Laserbearbeitung eines Werkstücks aus nicht-vorgespanntem Glas sinnvollerweise durchgeführt werden kann, werden zuvor mittels Filament-Laserbearbeitung eingearbeitete bzw. eingebrachte Filamente bzw. Perforationslinien im Werkstück mittels CO2-Laserbearbeitung erhitzt, so dass das Werkstück entlang dieser erhitzten Filamente getrennt wird. Alternativ könnte zur thermischen Trennung auch eine Gas- oder Plasmaflamme genutzt werden, mit welcher die Vorrichtung hierfür zusätzlich ausgestattet werden könnte.
In einem Schritt f) werden zuvor erzeugte oder bereits vorhandene Schnittflächen zu Profilkanten konturiert, z. B. mit 45°-Fase, mit keilförmiger Nut oder mit einem abgerundeten C-Profil, wie oben bereits in Schritt c) erwähnt, sofern diese nicht ohnehin bereits beim Schneiden in Schritt c) oder d) mit geformt worden sind.
In einem Schritt g) kann zumindest eine Schnitt- und/oder Trennfläche des Werkstücks poliert werden.
Dies kann z. B. mittels zumindest einer harten Polierscheibe erfolgen. Unter harten Polierscheiben sind solche Polierscheiben gemeint, welche an die zu polierende Schnitt- und/oder Trennfläche angepasst sind, da sie sich nicht selbst während des Polierens individuell an die Schnitt- und/oder Trennfläche anpassen. Angepasst kann dabei heißen, dass die Polierscheiben entsprechend geformt oder winklig zur Kante angeordnet sind. Mit solchen harten Polierscheiben lässt sich deshalb deutlich mehr Material abtragen als mit weichen, d. h. nachgiebigen Polierscheiben, welche dafür allerdings ohne ein bestimmtes Profil auskommen (wie nachfolgend noch einmal erläutert wird). Um unterschiedliche Profilkanten formen bzw. bedienen zu können, können mehrere harte Polierscheiben mit unterschiedlichen Profilen verwendet werden, z. B. Polierscheiben, die so vorgeformt sind, dass sie sich zur Ausbildung einer runden oder beispielsweise einer gefasten Profilkante eignen. Vorzugsweise kann das Werkstück auch in einem mehrstufigen Schritt f) in mehreren Arbeitsschritten poliert werden, d. h. beispielsweise zunächst mit besonders harten, groben Polierscheiben grob vorgeschliffen werden, anschließend mit feineren harten Polierscheiben feingeschliffen werden und abschließend mit sehr feinen Polierscheiben besonders glattpoliert bzw. geglättet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Polieren zumindest einer Schnitt- und/oder Trennfläche des Werkstücks auch mittels eines im Wesentlichen weichen, d. h. nachgiebigen, Polierkopfes und/oder mittels eines Polierkopfes mit einem gerichteten Wasserstrahl erfolgen, z. B. mit 100 bis 200 bar, bevorzugt mit Poliermittelzusatz, zumindest eine Schnitt- und/oder Trennfläche des Werkstücks poliert. Vorstellbar wären allerdings auch Wasserstrahldrücke von 1 bis 2 kbar.
In einem Schritt h) kann eine Werkstückoberfläche des Werkstücks mit einer Kennzeichnung versehen werden, d. h. beispielsweise mattiert oder indem im Glasvolumen mittels eines sogenannten „Laser-Frackings“ kleinste optische Störungen in der Werkstückoberfläche des Werkstücks erzeugt werden, die dann letztlich als Code sichtbar sind, um beispielsweise die Herkunft, die Art des Glases und den Verwendungszweck später nachvollziehen bzw. herausfinden zu können. In diesem Schritt können bei Bedarf zum Beispiel auch Gütesiegel oder QR-Codes auf der Werkstückoberfläche aufgebracht werden.
In einem Schritt i) kann eine Werkstückoberfläche des Werkstücks perforiert werden.
In einem Schritt j) kann zumindest eine sich ggf. auf dem Glas befindliche Beschichtung bzw. Oberflächenschicht des Werkstücks, z. B. eine low-E-Schicht oder eine Sonnenschutzschicht, „Schicht-strukturiert“ werden, d. h. so mit dem Laser strukturiert werden, dass die Schicht partiell z. B. flächig oder linienförmig abgetragen wird, um z. B. durchlässiger für Handystrahlung zu sein.
Bei dem soeben beschriebenen Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks handelt es sich weitergehend um ein relativ kaltes Verfahren bzw. einen kalten Prozess, da es oft - wie bevorzugt - ohne CO₂-Laser oder andere Wärmequelle auskommt, z. B. bei sämtlichen vorgespannten Gläsern.
Entsprechend kann die Steuereinrichtung vorzugsweise so ausgebildet sein, dass sie im Betrieb die für den jeweiligen Vorgang erforderlichen Komponenten der Vorrichtung derart ansteuert, dass hintereinander zumindest zwei der oben bereits beschriebenen Arbeitsschritte an dem Werkstück in der Vorrichtung durchgeführt werden.
Wie bereits in der DE 10 2020 123 146 beschrieben, kann das Werkstück prinzipiell eine beliebige Form aufweisen. Besonders bevorzugt handelt es sich aber wie darin 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, so dass 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.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Lasereinrichtung dazu ausgebildet sein, entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene erstreckenden, vorgegebenen bzw. vorgebbaren Schnittkontur zumindest einen Schnitt in ein Werkstück einzubringen.
Dabei könnte beispielsweise eine Anlagefläche der o. g. Halteeinrichtung bzw. eine Kontaktfläche zwischen der Halteeinrichtung 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 Halteeinrichtung übereinstimmt oder parallel zu dieser liegt.
Weiterhin kann die Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise eine Fokussiereinrichtung aufweisen, um die in das Werkstück auf einer Strahlungseintrittsseite eingestrahlte Laserstrahlung derart in einem Fokusbereich zu fokussieren, dass wie gewünscht im Fokusbereich Werkstückmaterial abgetragen wird. Sofern in einem Laserablationsverfahren wie bevorzugt ein Abtragen des Materials im Schnitt von einer vom Laser abgewandten Strahlungsaustrittsseite aus erfolgen soll, ist die Fokussiereinrichtung so ausgebildet und/oder wird so angesteuert, dass der Fokusbereich im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks liegt. Grundsätzlich wäre das Laserablationsverfahren auch von der Strahlungseintrittsseite her möglich, von der Strahlungsaustrittsseite her ist es aber bevorzugt.
Grundsätzlich könnte auch das in der US 10 399 184 B2 beschriebene Trennverfahren wie das hier bevorzugte Laserablationsverfahren von der Strahlungsaustrittsseite, d. h. in dem in die Strahlungseintrittsseite eingestrahlte Laserstrahlung auf der Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks im Fokusbereich fokussiert, durchgeführt werden.
Die Bearbeitungsvorrichtung kann vorzugsweise eine Fokusverstelleinheit mit zumindest einer Scaneinheit, wie z. B. einen handelsüblichen Galvanometerscanner, umfassen, um eine „Scanbewegung“ des Fokusbereichs durchzuführen, d. h. den Fokusbereich des Lasers in einem (in der Regel durch den konkreten Aufbau der Fokusverstelleinheit) begrenzten Scanfeld relativ schnell zu bewegen.
Diese Fokusverstelleinheit und die Scaneinheit können in geeigneter Weise mit der Lasereinrichtung gekoppelt oder Teil der Lasereinrichtung sein, so dass der Laserstrahl von der Laserquelle aus durch die Fokusverstelleinheit bzw. Scaneinheit in der gewünschten weise modifiziert, geformt und/oder bewegt bzw. abgelenkt wird.
Durch eine geeignete Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung (gegebenenfalls auch einen speziell hierfür vorgesehenen separaten Teil Steuerung, welcher bevorzugt 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.
Ferner kann die Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise eine Vorschubeinrichtung umfassen, um die Fokusverstelleinheit entlang der Schnittkontur in zumindest einer Richtung parallel zur Bezugsebene relativ zum Werkstück zu bewegen.
Mittels einer Steuereinrichtung kann die Bearbeitungsvorrichtung zum Einbringen zumindest eines Schnitts in das Werkstück derart gesteuert werden, dass der Fokusbereich zur schichtweisen Abtragung von Material in einem Schnittsegment der Schnittkontur mittels einer Fokusverstelleinheit im Bereich des Scanfelds der Fokusverstelleinheit bewegt wird. Bei dieser Steuereinrichtung kann es sich vorteilhafterweise um dieselbe Steuereinrichtung handeln, welche oben bereits zur Steuerung der anderen Komponenten erwähnt worden ist. Insbesondere kann die Steuereinrichtung auch wie schon in der DE 10 2020 123 146 beschrieben arbeiten.
Außerdem bzw. zusätzlich kann bei Bedarf besonders bevorzugt die Fokusverstelleinheit zur Erweiterung des Schnitts unter Verschiebung des Scanfelds in einer Vorschubrichtung parallel zur Bezugsebene relativ zum Werkstück bewegt werden. Zur weiteren Erläuterung sei hier noch einmal auf die DE 10 2020 123 146 verwiesen.
Vorzugsweise kann die Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere zusätzlich zu den bereits zuvor beschriebenen Komponenten, d. h. der Fokussiereinrichtung mit einer Scaneinheit, der Vorschubeinrichtung zur Bewegung der Fokusverstelleinheit, noch eine Düse und/oder eine Absaugeinrichtung aufweisen.
Dabei kann die Düse dazu dienen, ein in oder an der Halteeinrichtung befindliches Werkstück an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich mit einem Fluidstrom, besonders bevorzugt einem Gasstrom, ganz besonders bevorzugt einem Luftstrom, in Kontakt zu bringen. Damit kann abgetragenes Material leichter aus der Schnittfuge herausbefördert werden. Die Absaugeinrichtung kann hingegen dazu dienen, das Werkstück an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich abzusaugen, d. h. das abgetragene Material schnell weg zu befördern.
Düse und Absaugeinrichtung können auch zu einer Saug-Düse kombiniert sein, wie dies auch in der die DE 10 2020 123 146 ausgeführt wird.
Mit der Düse und/oder der Absaugeinrichtung lässt sich die Schnittgeschwindigkeit erhöhen, weil das abgetragene Material leichter aus der Schnittfuge entfernt wird und somit beim Schneiden eine geringere Schnittbreite und somit eine höhere Schnittgeschwindigkeit möglich wird.
Für die weitere Ausgestaltung der oben bereits erwähnten Poliereinheit gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Grundsätzlich könnte die Poliereinheit wie erwähnt ein dem Fachmann bekanntes Ultraschall-Poliersystem aufweisen, um die Schnitt- und/oder Trennflächen des Werkstücks zu polieren.
Vorzugsweise kann die Poliereinheit aber einen im Wesentlichen weichen Polierkopf zum Polieren von ggf. bereits profilierten Schnitt- und/oder Trennflächen, insbesondere inneren und/oder äußeren Schnitt- und/oder Trennflächen bzw. Schnitt- und/oder Trennkanten (unter Schnitt- bzw. Trennfläche ist die durch den Schnitt bzw. das Trennen erzeugte Oberfläche des Werkstücks zu verstehen und unter Schnitt- bzw. Trennkante jeweils der Rand, an der diese Schnitt- bzw. Trennfläche an eine andere Fläche angrenzt) des Werkstücks aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Poliereinheit einen Polierkopf mit einem gerichteten Wasserstrahl, z. B. einen Mitteldruckwasserstrahl mit ca. 100 bis 200bar, aufweisen, um die Schnitt- und/oder Trennflächen des Werkstücks zu polieren. Besonders bevorzugt kann dem Wasserstrahl dabei noch innerhalb des Polierkopfes Poliermittelzusatz, wie z. B. Cer beigeführt werden, um die Politur zu verbessern.
Mit einer solchen Poliereinheit mit einem im Wesentlichen weichen Polierkopf und/oder mit einem gerichteten Wasserstrahl können leichte Strukturen an den Schnitt- bzw. Trennflächen sowie Schnitt- bzw. Trennkanten mit nahezu beliebiger Form unproblematisch poliert werden, da sich die entsprechende Komponente, also der Polierkopf bzw. der Wasserstahl automatisch individuell der jeweiligen groben Form der Schnitt- bzw. Trennkante anpasst, und dabei zumindest die leichten Strukturen glättet bzw. wegpoliert.
Vorzugsweise kann die Poliereinheit hierzu geeignete Mittel zur Linearbewegung in drei orthogonale Raumrichtungen und Mittel zur Rotation des Polierkopfes in drei Dreh- bzw. Rotationsrichtungen um die drei Raumrichtungen relativ zum Werkstück aufweisen. Damit ist gemeint, dass der Polierkopf beliebig, d. h. auch schräg (anteilsweise in mehreren Raumrichtungen gleichzeitig) im Raum verfahrbar und drehbar ausgebildet ist, um das Werkstück an den Innen- und/oder Außenkanten polieren zu können.
Vorzugsweise kann die Poliereinheit durch einen Schieber in der Art eines Schotts vom Laserbearbeitungsbereich (bzw. der eigentlichen Trenn- und/oder Schneideeinrichtung) so abgetrennt sein, dass keine Wasserspritzer in den Laserbearbeitungsbereich gelangen. Das bedeutet auch, dass bei geöffnetem Schieber kein Poliervorgang stattfindet.
Auch für die weitere Ausgestaltung der oben bereits erwähnten Trockenreinigungseinheit gibt es verschiedene Möglichkeiten. Grundsätzlich könnte die Trockenreinigungseinheit beispielsweise mit einer lonisationsvorrichtung zur Ionisation der Luft, die das Werkstück umgibt, ausgebildet sein, um die Werkstückoberfläche des Werkstücks beim Durchlaufen der Trockenreinigungseinheit von anhaftenden Staubrückständen zu befreien.
Bevorzugt kann die Trockenreinigungseinheit mindestens jeweils zumindest eine der folgenden Komponenten zur Entfernung am Werkstück anhaftender Staubrückstände, wie z. B. Schneid- bzw. Trennrückstände aufweisen. Diese können beispielsweise von einem vorangegangenen Schneid- bzw. Trennverfahren am Werkstück stammen.
Sie kann beispielsweise eine in drei verschiedenen, insbesondere orthogonalen, Raumrichtungen rotierbare Bürste umfassen. Vorzugsweise kann sie sogar zwei oder mehr solcher Bürsten aufweisen, die besonders bevorzugt zusätzlich zur Selbstreinigung in einem gegenläufigen Selbstreinigungsmodus steuerbar sind, um in den Bürsten anhaftende Glasrückstände zumindest in gewissen Reinigungszyklen, d. h. beispielsweise nach jeder, jeder zweiten, jeder 10ten Reinigung, wieder aus den Bürsten bzw. Bürstenhaaren etc. zu entfernen.
Alternativ oder zusätzlich kann sie beispielsweise ein flächiges Reinigungsvlies aufweisen, vorzugsweise mit einer dafür ausgebildeten Klopfvorrichtung und/oder Abblasvorrichtung zur Selbstreinigung des Reinigungsvlieses.
Wieder alternativ oder zusätzlich kann die Trockenreinigungseinheit eine Düseneinrichtung umfassen, um ein in oder an der Halteeinrichtung befindliches Werkstück, insbesondere an der Strahlungsaustrittsseite zumindest im Fokusbereich, mit einem Fluidstrom, vorzugsweise einem Gasstrom, besonders bevorzugt einem Luftstrom, in Kontakt zu bringen. Optional kann die Düseneinrichtung zusätzlich über eine Hochdrucktechnik verfügen, d. h. beispielsweise als Punkt- oder Flächendüse mit Press- bzw. Druckluft von ca. 10bar oder als Gebläse mit ca. 1 bis 2bar zur flächenmäßigen Blasreinigung ausgeführt sein. Die Düseneinrichtung kann vorzugsweise wie eine später noch anhand eines Ausführungsbeispiels erläuterte Düsenvorrichtung ausgebildet sein. Insbesondere bei einer direkt in die Bearbeitungsvorrichtung integrierten Trockenreinigungseinheit können Düseneinrichtung und Düsenvorrichtung ein Bauteil sein, welches mehrere Funktionen erfüllt, wie z. B. ein Trockenreinigen des Werkstücks als auch ein Herausblasen von abgetragenen Werkstückmaterial aus der Schnittfuge, insbesondere bei der ablativen Laserbearbeitung des Werkstücks. Hierfür kann die Düseneinrichtung bzw. Düsenvorrichtung dann entsprechend steuerbar sein und mit der Steuereinrichtung gesteuert werden. Durch eine Absaugung der innerhalb des Gehäuses der Trockenreinigungseinrichtung befindlichen und staubbelasteten Luft wird sichergestellt, dass der Staub sich nicht wieder auf dem Werkstück absetzt.
Auch für das obige Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Glas gibt es weitere bevorzugte Varianten bzw. Weiterbildungen der Verfahrensschritte.
Nach einer bevorzugten Variante des Verfahrens kann das Werkstück erst in einem weiteren Arbeitsschritt nach der Bearbeitung in der Bearbeitungsvorrichtung in einer ausgelagerten Poliereinheit bedarfsweise, d. h. bei Bedarf, entlang der zuvor bearbeiteten Schnittkanten poliert werden. Damit wird in der eigentlichen, direkt davor befindlichen Bearbeitungsvorrichtung Platz zur Bearbeitung des nächsten Werkstücks geschaffen, so wie dies vom Prinzip beispielsweise von einer Autowaschanlage mit einer unmittelbar anschließenden, nachgeschalteten Trocknungsanlage bekannt ist. Diese Poliereinheit ist der Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise unmittelbar nachgeschaltet. Bei einer solchen externen Poliereinheit wäre es auch denkbar, dass die Bearbeitungsvorrichtung und die Poliereinheit in zwei benachbarten separaten Gehäusen untergebracht sind und durch eine kurze Transportstrecke für das Glas verbunden sind.
Vorzugsweise kann das Werkstück in einem weiteren Arbeitsschritt, nach der letztmaligen Bearbeitung in der Vorrichtung, besonders bevorzugt nach dem oben beschriebenen Polieren, in einer daran anschließenden ausgelagerten Reinigungseinheit gewaschen, d. h. im Sinne von nassgereinigt, und getrocknet werden. Dies bietet sich beispielsweise zur weiteren Verarbeitung oder für eine beabsichtigte Auslieferung an. Diese ausgelagerte Reinigungseinheit ist der Vorrichtung, insbesondere der Poliereinheit, dann allerdings bevorzugt unmittelbar nachgeschaltet.
Zum Schneiden und/oder zur Kantenformung, z. B. zumindest in Schritt c) des oben erläuterten Verfahrensablaufs, kann vorzugsweise der Fokusbereich mittels einer Scaneinheit in zumindest einer Richtung oszillierend hin- und her bewegt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Fokusbereich mittels einer Scaneinheit in zumindest einer weiteren Richtung quer zur Strahlrichtung und/oder mittels einer Fokussiereinrichtung in Strahlrichtung bewegt werden.
Insgesamt kann der Fokusbereich so beliebig zur Abtragung von Material in Bahnen bewegt werden, wie dies bereits ausführlich anhand von mehreren Ausführungsbeispielen in der DE 10 2020 123 146 beschrieben wurde. Sämtliche dort genannte Vorgehensweisen sind auch bei der vorliegenden Erfindung möglich und - je nach konkretem Anwendungsfall - bevorzugt.
Auf diese Weise kann wie erwähnt, insbesondere im ersten Betriebsmodus, in das Werkstück ein Schnitt entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene erstreckenden nahezu beliebigen Schnittkontur eingebracht werden.
Bevorzugt wird dabei Material nach einem schichtweisen Abtragen von Material in einem ersten Schnittsegment der Schnittkontur schichtweise in einem weiteren, vorzugsweise direkt benachbarten Schnittsegment der Schnittkontur abgetragen. Hierzu kann vorzugsweise die Scaneinheit (z. B. mittels der oben erwähnten Vorschubeinrichtung, welche die Fokusverstelleinheit mitsamt der Scaneinheit parallel zur Bezugsebene relativ zum Werkstück zu bewegen kann) entsprechend versetzt werden. Diese Vorgehensweise, bei der mit einem Laserablationsverfahren „blockweise“ ein Schnittsegment der Schnittkontur nach dem anderen schichtweise freigeschnitten wird, wird im Folgenden auch als „Blockmodus“ bezeichnet.
Bevorzugt kann dabei eine Grenzkante zwischen zwei benachbarten Schnittsegmenten bzw. „Blöcken“ schräg zu den Schichten verlaufen.
Die abgetragenen Schichten eines Blocks bzw. Schnittsegments können bei einer bevorzugten Ausführungsform parallel zu einer Werkstückoberfläche verlaufen.
Sofern das Abtragen des Materials im Schnitt von einer vom Laser abgewandten Strahlungsaustrittsseite aus erfolgen soll, können die Schichten aber besonders bevorzugt auch im Wesentlichen schräg von der Strahlungsaustrittsseite in Richtung auf die Strahlungseintrittsseite verlaufen. Dabei kann das Schnittsegment besonders bevorzugt durch die kontinuierliche oder schrittweise Bewegung der Scaneinheit, insbesondere der Fokusverstelleinheit mit der Scaneinheit, entlang der Schnittkontur schichtweise erweitert werden. Diese Vorgehensweise bei einem Laserablationsverfahren wird im Folgenden auch als „kontinuierlicher Modus“ bezeichnet. Ganz besonders bevorzugt können die Schichten dabei von der Strahlungsaustrittsseite bis zur Strahlungseintrittsseite durch das komplette Glas hindurch verlaufen.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der „Blockmodus“ und der „kontinuierliche Modus“ nur Untervarianten eines Laserablationsverfahren sind und es sich daher nicht um unterschiedliche Betriebsmodi zur Durchführung von grundsätzlich unterschiedlichen Schneid- und/oder Trennverfahren handelt (wie Laserablationsverfahren einerseits und Laser-Filament-Schneiden andererseits), die von einer anderen technischen Art sind, d. h. mit einem anderen Trenn- bzw. Schneidprinzip arbeiten, wie dies eingangs definiert wurde. Ein Umschalten zwischen einem „Blockmodus“ und einem „kontinuierlichen Modus“ ist also nicht als ein Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen.
Um - unabhängig von der Orientierung der Schichten bei den zuvor genannten Schnittstrategien, und unabhängig davon ob der „Blockmodus“ oder der „kontinuierliche Modus“ genutzt wird - in der Schnittkontur einfacher starten zu können, kann bevorzugt zu Beginn eines Schnitts, vorzugsweise schichtweise mit im Wesentlichen parallel zur Bearbeitungsseite liegenden Schichten, ein kerbenartiges (Start-)Schnittsegment in das Werkstück eingebracht werden.
Dabei kann dieses (Start-)Schnittsegment besonders bevorzugt eine entgegen der Richtung der Schnittkontur von der Bearbeitungsseite aus in Richtung der Strahlungseintrittsseite geneigte Grenzfläche aufweisen, von der aus das Schnittsegment ganz besonders bevorzugt erweitert wird.
Die zuvor beschriebenen Verfahren zu Laserablation (welche bevorzugt im ersten Betriebsmodus der Lasereinrichtung genutzt werden), bei denen der Fokusbereich mit einer relativ bzw. sehr hohen Scangeschwindigkeit innerhalb eines definierten Scanbereichs bewegt werden und der Scanbereich selbst mit einer dazu relativ langsameren Vorschubgeschwindigkeit verschoben werden kann, erlauben insbesondere das Einbringen beliebiger Schnittkonturen in Glas, insbesondere von Bohrungen, Oberflächenstrukturen oder auch Markierungen bzw. Kennzeichnungen, mit besonders 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, die in solche Werkstücke, z. B. mit Schnittflächenleistungen von bis zu 80 mm²/s oder auch mehr (abhängig von der Glasdicke), eingebracht werden können. Eine mit Hilfe eines solchen Verfahrens erzeugte Schnittfläche bzw. Schnittkante kann dabei 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 den bisherigen allgemein bekannteren bzw. genutzten Schneideverfahren (z. B. per Hartmetallrädchen) erheblich glatter sind und beispielsweise allenfalls nur bei Bedarf direkt gleich in derselben Vorrichtung noch nachpoliert werden können - jedenfalls nicht zwingend ein Schleifprozess notwendig ist. Wie erwähnt, 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) weiter zu verarbeiten, d. h. thermisch vorzuspannen. Bei mechanischen Bohrverfahren oder dem Wasserstrahlschneiden müssen in der Regel immer noch Fasen an die Kanten geschliffen werden, damit diese dann zu ESG weiterverarbeitet werden können.
Um ein oberflächig beschichtetes, d. h. mit mindestens einer Oberflächenbeschichtung versehenes, Werkstück bearbeiten bzw. zuschneiden zu können, kann in einem vorbereitenden Prozessschritt die Oberflächenbeschichtung zumindest abschnittsweise unter Freischneiden eines Prozessfensters von der Strahlungseintrittsseite aus bis zum dahinterliegenden Glasmaterial entfernt werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn die Oberflächenbeschichtung die zum Bearbeiten des darunterliegenden Glasmaterials des Werkstücks verwendete Laserstrahlung an der Strahlungseintrittsseite signifikant schwächen würde. Bei einer solchen Oberflächenbeschichtung kann es sich z. B. um eine Sonnenschutz-, low-E-, Folien-, Lack-, Pulver-, Metall- oder Spiegel-Beschichtung handeln.
Bei der beschriebenen Entfernung der Oberflächenbeschichtung wird im Übrigen die Oberfläche des Werkstücks weder sichtbar getrübt noch verletzt.
In einem an den vorbereitenden Prozessschritt anschließenden Prozessschritt zur schichtweisen Abtragung von Glasmaterial kann insbesondere damit in dem für die verwendete Laserstrahlung transparenten bzw. transmissiven Glasmaterial mit der Lasereinrichtung mittels Laserablation ein erstes Schneidverfahren im ersten Betriebsmodus durch das Prozessfenster hindurch von der Strahlungsaustrittsseite bis zur Strahlungseintrittsseite durchgeführt werden. Bezüglich der ablativen Laserbearbeitung sei hier wieder auf die DE 10 2020 123 146 verwiesen, in der eine bevorzugte schichtweise Abtragung genauestens beschrieben ist, d. h., dass nämlich auf einer Strahlungseintrittsseite eingestrahlte Laserstrahlung im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Werkstücks derart in einem Fokusbereich fokussiert wird, dass im Fokusbereich Werkstückmaterial schichtweise abgetragen wird.
Sofern es gewünscht bzw. bevorzugt ist, könnte durch das Prozessfenster hindurch auch, z. B. im zweiten Betriebsmodus, ein Laser-Filament-Schneiden bzw. Laserfilamentierung oder ein anderes zweites Schneid- und/oder Trennverfahren durchgeführt bzw. fortgesetzt werden.
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 (im sogenannten „Blockmodus“),
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 (im sogenannten „kontinuierlichen Modus“),
4 eine perspektivische Darstellung eines Werkstücks mit einer oberflächig beschichteten Glasplatte mit einer gestrichelt angedeuteten kreisförmig vorgeschnittenen Schnittkontur zur Erzeugung einer Kernbohrung in der Glasplatte,
5 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A durch die Kernbohrung aus 4 zur Darstellung der von der Strahlungsaustrittsseite nahezu bis zur Strahlungseintrittsseite kreisförmig vorgeschnittenen Schnittkontur der Kernbohrung sowie eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts zur Verdeutlichung eines Schnittverfahrens bei einer Glasplatte mit Oberflächenbeschichtung mittels Einbringung eines Prozessfensters in die Oberflächenbeschichtung,
6 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der Glasplatte aus 4 (mit bereits entferntem Bohrkern) zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines weichen Polierkopfes einer Poliereinheit beim Polieren einer inneren Schnittfläche der Kernbohrung,
7 eine perspektivische Darstellung des Polierkopfes aus 6 beim Polieren an einer äußeren, mit einer oberen und unteren Fase versehenen Schnittfläche der Glasplatte aus 4,
8 eine Darstellung der Glasplatte aus 4 wie in 6, jedoch nun mit einem Polierkopf zum Polieren mit einem gerichteten Wasserstrahl,
9 eine analoge Darstellung der Glasplatte aus 4 wie in 7, jedoch nun mit dem Ausführungsbeispiel des Polierkopfes aus 8,
10 eine schematisch dargestellte erste Variante einer Maschinenfarm mit mehreren parallel angeordneten Vorrichtungen nach 1, jeweils mit ausgelagerter, unmittelbar der Bearbeitungsvorrichtung nachgeschalteter Trockenreinigungseinheit,
11 eine schematisch dargestellte zweite Variante einer Maschinenfarm wie in 10, jedoch nun mit einer Poliereinheit und einer Nassreinigungseinheit anstatt der Trockenreinigungseinheit,
12 eine schematisch dargestellte dritte Variante einer Maschinenfarm wie in 11, diesmal mit einer separaten, gemeinsamen Reinigungseinheit für alle Vorrichtungen der Maschinenfarm,
13 eine Draufsicht auf ein Werkstück mit verschiedenen Schnittkonturen an unterschiedlichen Positionen.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf eine Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' einer Bearbeitungsvorrichtung 1 zum Schneiden von Flachglas 100 mit Hilfe von Laserstrahlung L beschrieben, wie sie grob schematisch in 1 dargestellt ist. Die 2 und 3 zeigen jeweils verschiedenen Vorgehensweisen wie mittels eines Laserablationsverfahren ein Teil aus einem Werkstück 100 ausgeschnitten werden kann. Wesentliche Teile der Vorrichtung gemäß 1 sowie die Vorgehensweisen gemäß den 2 und 3 wurden in sehr ähnlicher Form bereits ausführlich in der DE 10 2020 123 146 beschrieben, deren Inhalt hier insoweit inkorporiert wird. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsvorrichtung 1 zeigt wie zuvor erwähnt die eigentliche Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Bearbeitungsvorrichtung 1. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 kann zusätzlich zur Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' bevorzugt ausgangsseitig noch um weitere Einheiten, wie eine Poliereinheit 80 und/oder Reinigungseinheit 70, 90 ergänzt werden, wie anhand der 10 bis 12 weiter unten noch erläutert wird.
Die in 1 dargestellte Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Glasbearbeitungsvorrichtung 1 weist zum einen eine Halteeinrichtung 11 für das zu bearbeitende Werkstück 100, hier wie gesagt Flachglas 100, auf. Die Halteeinrichtung 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 Halteeinrichtung 11 (nicht dargestellte) Fixiermittel auf, um das Flachglas 100 in der gewünschten Position vorübergehend zu positionieren oder präzise und schlupffrei während eines Laserschneidvorgangs in Abstimmung mit der Bewegung einer Fokussiereinrichtung 16 (wie nachfolgend erläutert) und entsprechend einer programmierten Schnittkontur zu bewegen. Die Fixiermittel sind z. B. automatisch verstellbare Klemmen, Anschläge, Schieber, Vakuumsauger oder dergleichen, die einerseits der Positionierung und Ausrichtung des Werkstücks 100 dienen, im Sinne von Anschlägen, aber auch andererseits mit einem eigenen Antrieb versehen sein können, um das Glas präzise und ohne Schlupf vor und zurück zu bewegen, um z. B. einen Schneidvorgang durchzuführen oder Positionen zum Einbringen von Bohrungen anzufahren.
Auf der von der Halteeinrichtung 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 Halteeinrichtung 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 einer Lasereinrichtung 60 (deren genauer Aufbau weiterer unten noch erläutert wird und die hier mehrere Laser 60a, 60b, 60c bzw. Laserquellen 60a, 60b, 60c umfasst), 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 von der Lasereinrichtung 60 über ein Spiegelsystem zur Fokusverstelleinheit 15 geführt werden.
Insbesondere wenn der Laserstrahl L von einer Laserquelle 60b des Lasers 60 erzeugt wird, bei dem es sich hier um einen CO₂-Laser 60b handelt (wie weiter unten noch erläutert wird), kann der Laserstrahl L aufgrund der Wellenlänge der Laserstrahlung nicht mit herkömmlichen Glasfaser-Lichtwellenleitern geführt werden. Daher kann dessen Laserstrahlung L auch z. B. mittels eines zusätzlichen Spiegelsystems, z. B. wie traditionell üblich mit Metallspiegeln, der Optik zur Fokusverstelleinheit 15 geführt werden.
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.
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. Bei geeignet ausgestaltetem bzw. geeignet angesteuertem z-Shifter kann ggf. auf die F-Theta-Linse 16b verzichtet werden, da der z-Shifter immer passend die Brennweite so verstellen kann, dass der Fokus beim Scannen immer auf einer Ebene bleibt.
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. Halteeinrichtung 11 der Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Bearbeitungsvorrichtung 1 und somit in dem dargestellten Fall auch parallel zur Oberfläche der Strahlungseintrittsseite 101 und der Strahlungsaustrittsseite 102 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 Halteeinrichtung 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 F in erster Linie mithilfe des z-Shifters 16a, was entsprechend schnell erfolgen kann, jedoch in der Regel nur in einem begrenzten Höhenverstellbereich, was zu einem begrenzten Scanvolumen führt, welches durch die Grundfläche des Scanfelds SF und den maximalen Höhenverstellbereich definiert wird.
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 F 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 F 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 der Scaneinheit 17 gemeinsam mit der F-Theta-Linse 16b mittels einer Höhenverfahreinrichtung 42.
Wie bereits erwähnt, kann zum Beispiel auch die Brechung des Laserstrahls beim Eintritt in das Werkstück 100 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 13 durchgeführt werden.
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 110 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 110 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 bewegbar, welche ebenfalls parallel zur x-/y-Ebene liegt. 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 100 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 Halteeinrichtung 11 bzw. Rollenbahn 11 erstreckt. Vorzugsweise wird die Traverse 18 aber, wie später noch erläutert, parallel zu den Rollen 12 ausgerichtet, um eine Querbewegung zur Bewegung des Werkstücks 100 zu ermöglichen. Mittels einer (motorischen) Vorschubeinrichtung 40 kann der 3D-Scankopf 15 in dieser Längsrichtung der Traverse 18 verstellt werden.
Außerdem umfasst die Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der 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 Halteeinrichtung 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 100 befindlichen Düse 30 (die später noch genauer beschrieben wird) in x-Richtung und ein abhängig vom Bearbeitungsverfahren intervallartiges oder kontinuierliches 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 18 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 L nicht auf die Rollen 12 trifft und die ggf. vorhandene Düsenvorrichtung 30, 34 (umfassend die Düse 30 und gegebenenfalls einen Absaugeingang 34 einer Absaugeinrichtung 33, wie dies ebenfalls später noch beschrieben wird) gemeinsam mit der Traverse 18 in y-Richtung verfahren wird. Hierzu könnte ein ganzes Rollenbett der Rollenbahn 11 verschiebbar gelagert sein, so dass die größere Lücke zwischen den Rollen 12, welche Platz für die Düsenvorrichtung 30, 34 und das darüber befindliche Scanfeld SF gewährt, simultan zur Vorschubbewegung des 3D-Scankopfs 15 in y-Richtung mitbewegt wird. Dies kann durch ein umlaufendes Rollenbett oder Gurtmaterial oder durch sich verändernde Rollenabstände realisiert werden.
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 und 3 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 11 erfolgen. Insbesondere aber, wenn die Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Bearbeitungsvorrichtung 1 so realisierbar ist, dass ein ausreichend großer Freiraum auf der Strahlungsaustrittsseite 102 der Glasplatte 100 besteht bzw. wenn die Schnittkontur 111 des einzubringenden Schnitts 110 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 sich 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 16a, hinaus zu erweitern, ist der 3D-Scankopf 15 hier mittels einer Höhenverfahreinrichtung 42 auch in Strahlrichtung (z-Richtung) an der Traverse 18 verfahrbar.
Wie bereits erwähnt weist die Lasereinrichtung 60 hier mehrere Laser 60a, 60b, 60c bzw. Laserquellen 60a, 60b, 60c (siehe 1) auf.
Bei der Laserquelle 60a handelt es sich hier um einen Festkörperlaser (z. B. Faserlaser), besonders bevorzugt einen Neodymium-Laser, wie er bereits in der DE 10 2020 123 146 enthalten war. Dieser Aufbau wurde hier um zwei zusätzliche Laser 60b, 60c ergänzt.
Wie oben bereits erwähnt ist die Laserquelle 60b hier bevorzugt ein 500 - 1000W Kohlenstoffdioxidlaser bzw. CO₂-Laser aus der Gruppe der Gas-, Molekül und Infrarotlaser, welcher im mittleren Infrarotbereich Laserstrahlung L ausstrahlt. Der CO2-Laser dient hier der Aufheizung bzw. Aufwärmung eines mittels einer dritten Laserquelle 60c zuvor geschwächten bzw. im Sinne der Einbringung von Filamenten entlang einer Schnittkontur geschnittenen Bereichs des Werkstücks.
Bei der Laserquelle 60c handelt es sich hier um einen Ultrakurzpulslaser bzw. UKP-Laser, welcher gepulste Laserstrahlung L im Bereich von Pikosekunden oder Femtosekunden ausstrahlt bzw. aussendet. Die Laserquelle 60c kann demnach beispielsweise ein Pikosekundenlaser oder ein Femtosekundenlaser sein.
Prinzipiell können aber, wie oben bereits erläutert, auch andere Lasertypen eingesetzt werden, je nachdem, welches Material bearbeitet werden soll und welches Schneid- und/oder Trennverfahren genutzt werden soll.
Die Laser 60a, 60b, 60c der Lasereinrichtung 60 sind also für verschiedene Schneid- und/oder Trennverfahren ausgelegt, so dass ein erfindungsgemäßes Umschalten der Lasereinrichtung 60 von einem erstem Betriebsmodus, in welchem ein erstes Schneid- und/oder Trennverfahren genutzt wird, in einen zweiten Betriebsmodus, in welchem ein zweites, unterschiedliches Schneid- und/oder Trennverfahren genutzt wird, einfach möglich ist, indem die jeweils passenden Laser 60a, 60b, 60c, z. B. mittels der noch später erläuterten Steuereinrichtung 20, aktiviert oder deaktiviert werden.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel steht von jedem Lasertyp nur ein Laser 60a, 60b, 60c zur Verfügung, die bei verschiedenen Schneid- und/oder Trennverfahren zum Einsatz kommen sollen, wobei ein Laser 60a für das Laserablationsverfahren genutzt wird und zwei verschiedene Laser 60b, 60c für verschiedenen Prozessschritte beim Laser-Filament-Schneiden.
D. h. für jedes der Schneid- und/oder Trennverfahren steht für jeden Prozessschritt hier jeweils nur eine Bestrahlungsressource zur Verfügung. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, auch mehrere gleichartige Bestrahlungsressourcen für einen oder mehrere Prozessschritte bzw. Schneid- und/oder Trennverfahren zu nutzen, um mit mehreren parallel arbeitenden Strahlen arbeiten zu können und damit z. B. die Prozessgeschwindigkeit zu erhöhen, wie dies z. B. auch in der DE 10 2020 123 146 erläutert wird. Insbesondere könnten hierzu auch mehrere Lasereinrichtungen 60 mit jeweils verschiedenen Lasern 60a, 60b, 60c und/oder mehrere Scanköpfe eingesetzt werden.
Insgesamt wird an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass die beispielsweise zum Einsatz kommenden Festkörperlaser (NIR, grün) für das Laser-Filament-Schneiden und für das Laserablationsverfahren wie bereits erwähnt durch separate oder auch durch ein und dieselbe Fokusverstelleinheit geführt werden können - selbst wenn die Wellenlängen sich unterscheiden (z. B. 1064 nm und 532 nm). Sofern nur eine Fokussiereinheit für zwei verschiedene Wellenlängen benutzt wird, können wie ebenfalls bereits erwähnt die Spiegel und Linsen entsprechend für zwei Wellenlängen berechnet und beschichtet sein. Wie erwähnt wird allerdings der CO2-Laser sinnvollerweise über einen separaten optischen Weg geführt, da die Wellenlänge bei in etwa 10 µm liegt und somit z. B. eine Zinkselenid-Fokussierlinse als für die anderen Wellenlängen sinnvoll ist. Der CO2-Laser kann dabei auch einfach direkt mittels Fokussierlinse oder-spiegel (ohne durch die Scaneinheit geführt zu werden) auf das Material fokussiert werden und mittels Relativbewegung von Glas und Laserstrahl durch die Vorschubeinrichtungen entlang der Schnittkontur geführt werden, um die Schnittkontur zum Trennen bzw. zur Erzeugung eines Risses zu erhitzen.
Unterhalb der Halteeinrichtung 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 110.
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 Absaugeinrichtung 33 dient hier dem Einfangen des beim Prozess entstehenden Staubes und hat im Vergleich zu dem gezielt mit hohem Druck einstrahlenden Fluidstrom 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.
Sämtliche Komponenten der Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Glasbearbeitungsvorrichtung 1, insbesondere die Lasereinrichtung 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 insbesondere die Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 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 Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Bearbeitungsvorrichtung 1 (sowie ggf. ergänzte Einheiten 70, 80 90, wie weiter unten noch erläutert wird) steuern. Grundsätzlich kann dieses Terminal 25 auch in die Steuereinrichtung 20 integriert sein oder umgekehrt. Ein solches Terminal 25 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 F der Laserstrahlung L im Werkstück 100 entlanggeführt werden muss, um die durch die Steuerdaten SD vorgegebenen Schnitte, insbesondere Bohrungen, einzubringen. Die Bestrahlungssteuerdaten BS enthalten hierzu sämtliche Steuerdaten SD für die Laser 60a, 60b, 60c der Lasereinrichtung 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 SD, 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 SD 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 als vertikale Flachglasbearbeitungseinrichtung (oder sogenannte „Vertikal-Bohrmaschine“) aufgebaut ist, wie sie beispielhaft in 27 der DE 10 2020 123 146 gezeigt ist.
Anhand der nachfolgenden Figuren werden nun verschiedene bevorzugte Bestrahlungsstrategien zur Einbringung eines Schnitts 110 in das Werkstück 100, insbesondere das Flachglas 100, jeweils mithilfe eines Laserablationsverfahrens näher erläutert.
Die 2 und 3 zeigen hierbei jeweils einen perspektivischen Ausschnitt auf dieselbe Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1', wobei diese jedoch in unterschiedlichen Laserablations-Modi, also mit unterschiedlichen Bestrahlungsstrategien betrieben wird. Hierzu ist jeweils die Steuereinrichtung 20 (in den 2 und 3 nicht dargestellt) unterschiedlich ausgebildet bzw. programmiert. In den Figuren sind wieder nur schematisch einige wesentliche Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung gezeigt, um die Methodik zu verdeutlichen. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle darauf verwiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Bestrahlungsstrategien (siehe 2 und 3) den in der DE 10 2020 123 146 in den 3 und 4 dargestellten Bestrahlungsstrategien entsprechen. Eine vollständige und umfangreiche Figurenbeschreibung zu diesen Figuren findet sich daher dort, so dass darauf verwiesen wird.
Die Halteeinrichtung 11 weist auch hier jeweils eine Rollenbahn 11 mit mehreren Rollen 12 auf, auf der das Flachglas 100 zur und von der Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' transportiert werden kann und mit der das Flachglas 100 auch in einer (vektoriellen) Vorschubrichtung yv 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 und 3 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 34 als Saugeingang 34 einer Absaugeinrichtung 33. Diese Düse 30 mit dem Saugeingang 34 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 yv, 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 34 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 34 immer gegenüberliegend zum 3D-Scankopf 15 mitzuführen.
Bei der in den 2 und 3 dargestellten Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 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 beiden 2 und 3 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 beiden 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 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 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 x_S, y_S 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 16a) 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 dem Ausführungsbeispiel nach 2 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. Die Schichten S werden dabei so abgetragen, dass ein solcher Konturabschnitt 112 schräg zur Oberfläche des Flachglases 100 verlaufende Grenzen G aufweist, d. h. die „Blöcke“ sind bei einem geraden verlaufenden Konturabschnitt nicht quaderförmig (was grundsätzlich aber ebenso möglich wäre, hier jedoch nicht gezeigt ist), sondern weisen parallel zur Längserstreckung des Schnittsegments 120 verlaufende, parallelogrammförmige Seitenflächen auf. Hierzu wird 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, so dass die Grenze G wie dargestellt schräg verläuft. 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. Hier sind dann die einzelnen Schichten in Richtung Vorschubrichtung, d. h. in Richtung der Schnittkontur 111 wieder gleich lang, womit auch die nächste Grenze G wieder schräg verläuft. 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. Die 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 3 zunächst erläutert wird.
Bei diesem Verfahren werden, wie dies an den Schraffuren in der 3 entlang der Schnittfläche 121 zu sehen ist, die Schichten S jeweils schräg zur Oberfläche des Flachglases 100 eingebracht und nicht, wie dies bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der 2 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 F in z-Richtung, d. h. in das Werkstück 100 bzw. Flachglas 100 hinein (diese Vorgehensweise ist im Übrigen auch in 1 gezeigt).
Zumindest in den Fällen, in denen ein Werkstückausschnitt aus einem mittleren Bereich des Werkstücks 100 herausgeschnitten werden soll, wie dies beispielsweise in den später noch beschriebenen 4 und 5 sowie bei den beiden Schnittkonturen 111c, 111d in 13 der Fall ist, also ein Schnitt in einem mittleren Bereich des Werkstücks 100 und nicht an einer Kante des Werkstücks 100 (siehe die Schnittkonturen 111 a, 111b in 13) beginnen muss, kann bevorzugt zunächst ein erster Start-Konturabschnitt 113 (siehe 3) an entsprechender Stelle in das Werkstück 100 bzw. Flachglas 100 eingebracht werden.
Dieser Start-Konturabschnitt 113 ist hier in 3 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, wie am Startpunkt ST der Schnittkontur 111 in 3 zu erkennen ist. Durch diese dreieckförmige bzw. keilförmige Ausbildung des ersten Start-Konturabschnitts 113 wird eine rückwärtig zur Vorschubrichtung VR geneigte Grenzfläche 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).
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass ein auch hier nutzbares, alternatives Vorgehen zu einem kerbenfömigen bzw. dreieckförmigen Einstich mit horizontalen Schichten S (siehe 3) in der DE 10 2020 123 146 (dort im Zusammenhang mit der 14a) gezeigt und genauer erläutert ist.
Anschließend an das Einstechen zur Ausbildung des Start-Konturabschnitts 113 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 xs, ys, auf der entstandenen Grenzfläche so koordiniert bewegt, dass eine schräge, parallel zur Grenzfläche liegende erste Schicht S abgetragen wird. Nachdem diese Schicht S abgetragen wurde, wird dann die nächste schräg verlaufende 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. Unabhängig, ob das Verfahren des Scankopfs quasi-kontinuierlich oder tatsächlich kontinuierlich erfolgt, werden aber beide Vorgehensweisen, sofern nicht explizit anders erwähnt, hier auch zum Teil gemeinsam als „kontinuierlicher Modus“ bezeichnet.
Diese gleichmäßige langsame Relativbewegung des 3D-Scankopfs 15 zum Flachglas 100 in einem tatsächlichen „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 (siehe 3) in Form eines dreieckigen Teilschnitts, kann eine mögliche Abschattung durch die schräge Ausbildung der Dreieckskanten sowohl beim Beginn des kontinuierlichen Schneidvorgangs als auch bei dessen Ende vorteilhaft vermieden werden.
Eine genauere Erläuterung zu diesen Schneidestrategien mit schräg verlaufenden Schichten S (im Block-, im quasi-kontinuierlichen bzw. kontinuierlichen Modus) findet sich wie bereits erwähnt in der DE 10 2020 123 146 , auf deren Inhalt hiermit nochmal verwiesen wird.
Es sei hierbei erwähnt, dass die Breite des Schnitts 110 breiter als der Fokusbereich F des Laserstrahls L sein sollte, 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, also, 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. Aus der DE 10 2020 123 146 können hierzu nahezu beliebige Strategien für die Ausgestaltung der Scanbahnen herangezogen werden. Es ist aber auch denkbar, dass bei ausreichender Pulsenergie des Lasers bereits mit nur einer Fokusbahn eine ausreichende Schnittbreite erzielt wird, die eine parallele Anordnung mehrerer Fokusbahnen zur Verbreiterung des Schnittes unnötig macht.
In den 4 und 5 ist ein typisches oberflächenbeschichtetes Flachglas 100 mit einem noch nicht zur Gänze freigeschnittenen kreisförmigen Werkstückausschnitt 103 gezeigt. Wie aus dem Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A durch das Werkstück 100 sowie den Werkstückausschnitt 103 des Werkstücks 103 gemäß 5 bzw. aus einem vergrößerten Ausschnitt des Querschnitts im Bereich einer Schnittfuge hervorgeht, befindet sich auf einer strahlungseintrittsseitigen Oberfläche des Werkstücks 100 eine Oberflächenbeschichtung 100o, die das darunterliegende Glasmaterial 100t des Werkstücks 100 bedeckt. Bei dieser Oberflächenbeschichtung 100o handelt es sich üblicherweise z. B. um eine Sonnenschutz- oder low-E-Beschichtung etc., welche die Laserstrahlung L des Lasers 60, insbesondere die Laserstrahlen L der Laserquellen 60a, 60c blockiert bzw. zumindest signifikant abschwächt, wenn in das Werkstück 100 beispielsweise eine wie hier gezeigte Schnittkontur eingebracht werden soll. Im Bereich eines Prozessfensters PF (siehe die Vergrößerung in 5) ist diese Oberflächenbeschichtung 100o bereits vollständig entfernt worden. Zudem wurde das darunterliegende Glasmaterial 100t des Werkstücks 100 ebenfalls bereits weitestgehend (zum hier dargestellten Zeitpunkt zu etwa 80%) abgetragen.
Um dies zu bewerkstelligen, wird mit der Lasereinrichtung 60, welche ja zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus umschaltbar ist, hierzu in einem vorbereitenden Prozessschritt in einem Entschichtungsmodus mit der Laserquelle 60a, d. h. dem Laser, mit dem auch der Ablationsprozess durchgeführt wird, die Oberflächenbeschichtung 100o zumindest abschnittsweise unter Freischneiden eines kleinen ringförmigen Prozessfensters PF (entlang des ringförmigen Randbereichs des gewünschten Kreisausschnitts) in etwa in der Breite des Schnitts 110 entfernt. Der Laser wird dabei für den Entschichtungsvorgang in seiner Intensität und Fokuslage so eingestellt, dass das unter der Schicht liegende Glas nicht verletzt wird. Hierzu kann die Pulsenergie reduziert werden oder es wird mit großer Pulsenergie gearbeitet - wie z. B. für den Bohr- und Schneidprozess notwendig - aber es wird durch eine leichte Defokussierung des Laserstrahls und die sich daraus ergebende verringerte Intensität auf der Glasoberfläche eine Beschädigung des Werkstücks vermieden. Es können natürlich auch beide Maßnahmen kombiniert werden. Aufgrund des sich aus der leichten Defokussierung vergrößernden Strahlquerschnitts auf der Werkstückoberfläche kann ein Schichtabtrag schneller erfolgen, da pro Laserpuls mehr Fläche abgetragen und gleichzeitig eine Beschädigung der Werkstückoberfläche vermieden wird.
Anschließend wechselt die Lasereinrichtung 60, vorzugsweise automatisch, von einem Entschichtungsmodus in den normalen ersten Betriebsmodus zum ablativen Abtragen von Glasmaterial 100t (bzw. wird umgeschaltet), in welchem sie in einem Laserablationsverfahren mit der Laserquelle 60a auf einer Strahlungseintrittsseite 101 des Werkstücks 100 durch das zuvor in der Oberflächenbeschichtung 100o geschaffene Prozessfenster PF hindurch Laserstrahlung L in das Werkstück 100 derart einstrahlt, dass im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite 101 abgewandten Strahlungsaustrittsseite 102 des Werkstücks 100 in einem Fokusbereich F der Laserstrahl L derart fokussiert wird, dass im Fokusbereich F Werkstückmaterial abgetragen wird. Zur schichtweisen Abtragung von Werkstückmaterial in der Breite des Schnitts 110 entlang der hier kreisförmigen Schnittkontur 111 zum Freischneiden des Werkstückausschnitts 103 wird der Laserstrahl L dabei dann noch entsprechend den oben bereits beschriebenen Schneidstrategien durch das Werkstück 100 geführt.
Anstatt nach dem Entschichtungsvorgang die Lasereinstellungen der Lasereinrichtung 60 so einzustellen, dass mit demselben Laser 60a Glasmaterial 100t ablativ geschnitten werden kann, kann die Lasereinrichtung 60 auch in einen zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden, indem sie mit dem Laser 60b zum Laser-Filament-Schneiden mittels Filament-Laserbearbeitung Schwächungen im Glasmaterial 100t erzeugt. Diese Schwächungen werden dann mit der Laserquelle 60b, d. h. des CO2-Lasers erwärmt, um das Werkstück 100 entlang der Schwächungen zu trennen.
Um gegebenenfalls mittels des Schneidprozesses am Werkstückausschnitt 103 entstandene Schnittspuren, wie z. B. unregelmäßige, raue Schnittflächen 121 und/oder Trennflächen 121 zu entfernen oder Profilkanten 121F mit Fasen etc. zu glätten, kann das Werkstück 100 - beispielsweise nachdem eine solche Kernbohrung in das Werkstück 100, hier das oberflächenbeschichtete Flachglas 100 eingebracht wurde, wie anhand der 4 und 5 beschrieben - je nach Qualität der Schnittfläche 121 abhängig vom Schneidprozess bzw. Schneidverfahren bedarfsweise noch geglättet bzw. poliert werden. Hierzu dient eine Poliereinheit 80 der Vorrichtung 1.
Für die Poliereinheit 80 gibt es verschiedene mögliche Ausführungsbeispiele, um dafür zu sorgen, dass der Werkstückausschnitt 103 bzw. zumindest dessen Nutz-Werkstückteil nach dem Freischneiden entlang seiner Schnittflächen 121 ausreichend poliert bzw. geglättet ist, so dass die Schnittflächen bzw. -kanten danach verkaufs- bzw. vertriebsfertig sind.
Die 6 und 7 zeigen ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel eines Polierkopfes 81 der Poliereinheit 80. In den 8 und 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Polierkopfes 82 der Poliereinheit 80 dargestellt. Beide Ausführungsbeispiele eignen sich jeweils sowohl für innere Schnittflächen 121i einer Kernbohrung (siehe 6 bzw. 8), als auch für äußere Schnittflächen 121o eines Werkstücks 100 (siehe 7 bzw. 9).
Um unterschiedlich große Kernbohrungen bedienen zu können, kann die Poliereinheit 80 über unterschiedlich große Polierköpfe 81, 82 verfügen. Dabei wird stets angestrebt, dass ein Polierkopf 81, 82 dem Ausschnitt entsprechend klein genug ausgeführt ist, dass er sich in den betreffenden Ausschnitt bzw. die betreffende Kernbohrung hineinfahren lässt bzw. vom Durchmesser her zumindest hineinpasst. Dazu kann die Poliereinheit 80 vorzugsweise entweder derart gesteuert werden, dass anhand der Bestrahlungssteuerdaten BS, eine geeignete Polierkopfgröße ausgewählt wird oder die Poliereinheit 80 kann selbst eine eigene Recheneinheit aufweisen, die anhand der Bestrahlungssteuerdaten BS eine geeignete Polierkopfgröße berechnet, woraufhin dann ein passender Polierkopf 81, 82 für ein betreffendes Werkstück 100 verwendet wird. Hierfür können die Polierköpfe 81, 82 modular wechselbar ausgebildet sein bzw. in Form unterschiedlicher Aufsätze verfügbar sein.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Polierkopfes 81 der Poliereinheit 80 handelt es sich um ein Bauteil mit einem um eine Rotationswelle 81 r rotierbar gelagerten rotationsymmetrischen Polierwerkzeug 81w am Kopfende, hier in Form einer weichen Polierscheibe 81w, welche eine geeignete Oberfläche zum Polieren bzw. Glätten aufweist. Die Polierscheibe könnte auch zylinderförmig ausgebildet sein. Der Polierkopf 81 ist dabei so ausgebildet, dass er das Polierwerkzeig 81w im Betrieb ausreichend schnell um die eigene Achse rotiert, so dass mittels der weichen Polierscheibe 81w auf der Außenseite der Mantelfläche des Polierwerkzeugs 81w eine innere oder äußere Schnittfläche 121i, 1210, also beispielsweise eine gefaste Außenkante bzw. Schnittfläche 121 mit zwei Fasen 122 (siehe 7) poliert wird. Dabei passt sich die weiche Polierscheibe 81w der Form der Schnittfläche 121, beispielsweise den Fasen 122, unter leichtem Anpressdruck an, d. h. sie ist im Vergleich zu einer harten Polierscheibe nachgiebig. Zusätzlich zur Eigenrotation bzw. Polierrotation PR des Polierwerkzeugs 81w um die eigene Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Polierkopfs 81 ist der Polierkopf 81 noch relativ zum Werkstück 100 bzw. zum Werkstückausschnitt 103 des Werkstücks 100 positionierbar, beispielsweise ist er, wie hier in 6 gezeigt, entlang der Schnittkontur 111 auf einer Kreisbahn im Werkstückausschnitt 103 entlang der Schnittfläche 121 in einer Polierbewegung PL im Raum verfahrbar. Natürlich können auch nicht-kreisförmige Bohrungen und Ausschnitte poliert werden, insbesondere wenn die kleinsten Konturradien an den nach außen gewölbten Stellen der Kontur der Bohrung bzw. das Ausschnitts größer als der Radius des Polierkopfes sind und wenn mehr oder weniger gegenüberliegende Konturabschnitte einen Abstand zueinander haben, der größer als der Durchmesser des Polierkopfes ist.
Allgemein lässt sich der Polierkopf 81 in verschiedenen Raumrichtungen x, y, z sowie auch schräg, d. h. anteilig dazu verfahren. Zusätzlich weist der Rotor 81r (hier nicht dargestellte) Mittel zur Rotation des Rotors 81r in drei Drehrichtungen r_X, r_Y, r_Z um diese Raumrichtungen x, y, z auf. Mit anderen Worten ist er damit schwenkbar am Polierkopf 81 gelagert, so dass er sich unter anderem in den drei eingezeichneten Drehrichtungen r_X, r_Y, r_Z um die drei Raumrichtungen x, y, z relativ zum Werkstück 100 ausrichten lässt. Somit können unterschiedlichste Kantenformen und Orientierungen bedient werden. Er kann dabei vorzugsweise zu einer z. B. um 45 Grad geneigten Fase mit seiner Rotationsachse parallel zur Neigung der Fase eingestellt werden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Polierkopfes 82 der Poliereinheit 80 gemäß den 8 und 9 handelt es sich um einen Polierkopf 82 mit einem gerichteten Wasserstrahl W. Der Polierkopf 82 weist zur gezielten Erzeugung des Wasserstrahl W eine Düse 82d auf, so dass der Wasserstrahl W zur Politur konkret auf die Schnittflächen 121 des Werkstück 100 gerichtet werden kann. Auch dieser Polierkopf 82 lässt sich wieder relativ zum Werkstück 100 positionieren. Zudem lässt sich die Düse 82d (bzw. hier eher ein Düsenschlitz 82d) des Polierkopfes 82 relativ zum übrigen Polierkopf 82 drehen, um so beispielsweise, wenn der Polierkopf 82 im Zentrum einer herausgeschnittenen Kernbohrung positioniert ist, einmal rundherum entlang der Schnittkontur 111 mittels einer einfachen Rotation bzw. Polierrotation PR relativ zum übrigen Polierkopf 82 die kreisrunde innere Schnittfläche 121i mit dem Wasserstrahl W zu polieren. Zur Wasserversorgung weist der Polierkopf 82 auf einer düsenabgewandten Seite eine Wasserzuleitung 82z auf. Diese kann beispielsweise auch innenliegend im Polierkopf 82 verbaut sein. Bei der Düse 82d könnte es sich auch um eine Düse handeln die gleichzeitig rundherum einen gerichteten Wasserstrahl, in Form einer „Kreisscheibe“, abgibt. Ebenso sind auch andere Düsenformen möglich, wie sie dem Fachmann aus dem entsprechenden Gebiet bekannt sind.
Anhand der schematischen 10 bis 12 werden nun mehrere Varianten einer Maschinenfarm 200 grob im Aufbau beschrieben. Die hier gezeigten Maschinenfarmen 200 umfassen jeweils beispielhaft drei Bearbeitungsvorrichtungen 1, die jeweils eine der zuvor ausführlich beschriebenen Trenn- und/oder Schneideeinrichtungen 1' umfassen.
Die hier je drei Bearbeitungsvorrichtungen 1 sind in der jeweiligen Maschinenfarm 200 parallel zueinander angeordnet. Den unterschiedlichen Varianten an Maschinenfarmen 200 ist jeweils zumindest eine Rohmaterialzufuhr 201 und zumindest eine Endproduktabfuhr 202 gemeinsam. Die Rohmaterialzufuhr 201, hier schematisch mittels einfacher Pfeile dargestellt, steht am Prozessanfang der jeweiligen Maschinenfarmen 200 und sorgt für eine entsprechende Versorgung der Maschinenfarm 200 mit Rohmaterial bzw. Rohmaterialwerkstücken, typischerweise große Rohglasplatten 100R mit lediglich grob zugeschnittenen Außenkanten (in 13 nicht dargestellt). 13 zeigt nämlich einen Ausschnitt einer solchen Rohglasplatte 100R, aus welcher dort ein Glas-Türblatt als Werkstück 100 ausgeschnitten wird, wie weiter unten noch erläutert wird. Sie kann beispielsweise über ein einfaches Förderband und/oder zumindest einen Roboter mit mindestens einem Roboterarm verfügen, mit denen sie das Rohmaterial greift bzw. der Maschinenfarm 200 zuführt.
Am Prozessende der Maschinenfarmen 200 steht jeweils die Endproduktabfuhr 202. Sie führt die fertig bearbeiteten, also z. B. gewaschenen, getrockneten, geschnittenen, polierten und/oder gereinigten (usw.) Produkte bzw. Nutzwerkstückteile wiederum aus der Maschinenfarm 200 ab. So können sie beispielsweise weiterverarbeitet, vertrieben, verkauft etc. werden.
Die Maschinenfarm 200 gemäß 10 umfasst wie bereits erwähnt drei Bearbeitungsvorrichtungen 1, welche ausgangsseitig jeweils eine Trockenreinigungseinheit 90 aufweisen, um das durch eine Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' der Bearbeitungsvorrichtung 1 bearbeitete Werkstück 100 entsprechend trocken zu reinigen. Die Trenn- und/oder Schneideeinrichtungen 1' (bzw. der eigentliche Laserbearbeitungsbereich 1') der Bearbeitungsvorrichtungen 1 können jeweils z. B. so aufgebaut sein, wie dies im Zusammenhang mit den 1 bis 5 ausführlich oben erläutert wurde, und daher jeweils eine Lasereinrichtung 60 mit mehreren Lasern 60a, 60b, 60c bzw. Laserquellen 60a, 60b, 60c für verschiedenen Schneid- und/oder Trennverfahren aufweisen. Die hier ergänzte Trockenreinigungseinheit 90 gehört hierbei, wie in 10 gezeigt, zur Bearbeitungsvorrichtung 1 dazu, so dass das Werkstück 100 anschließend an die Bearbeitung unmittelbar trockengereinigt werden kann, ohne zwischendurch nennenswert weiterverfahren bzw. zu einer weiteren, separaten Maschine verfahren werden zu müssen.
Eine andere Variante einer Maschinenfarm 200 zeigt 11. Diese Maschinenfarm 200 umfasst Varianten von Bearbeitungsvorrichtungen 1 mit jeweils einer Poliereinheit 80 und einer ausgangsseitigen Nassreinigungseinheit 70, die als Teil der Bearbeitungsvorrichtungen 1 den Trenn- und/oder Schneideeinrichtungen 1' der Bearbeitungsvorrichtungen 1 prozesstechnisch nachgeschaltet sind, um ein Werkstück 100 z. B. nach dem Schneiden in der Trenn- und/oder Schneideeinrichtung 1' selbst im Anschluss zu polieren und zu reinigen. Die Nassreinigungseinheit 70 umfasst eine Waschanlage 71 mit Mitteln zum Nassreinigen sowie eine Trocknungseinheit 72 mit Mitteln zum Trocknen, um ein Werkstück 100 mit Wasser oder Reinigungsmitteln zu waschen und anschließend wieder zu trocknen, z. B. mit einem Gebläse und/oder einem Heizungsraum.
Eine weitere Variante einer Maschinenfarm 200 ist wie erwähnt in 12 dargestellt. Sie umfasst wieder je eine Bearbeitungsvorrichtung 1 mit Trenn- und/oder Schneideeinrichtungen 1' sowie mit ausgangsseitig integrierten Poliereinheiten 80.
Im Gegensatz zur soeben beschriebenen Variante der Maschinenfarm 200 umfasst sie allerdings zusätzlich eine räumlich separate, den drei Bearbeitungsvorrichtungen 1 vor- und nachgeschaltete Nassreinigungseinheit 70'. Dazu ist die Nassreinigungseinheit 70' der Maschinenfarm 200 auf einem Kreuzungspunkt nach der Rohmaterialzufuhr 201 und vor der Endproduktabfuhr 202 positioniert, so dass die Werkstücke 100 die Nassreinigungseinheit 70' zweimal durchlaufen. Sofern gewünscht, kann dies auf unterschiedlichen Ebenen passieren, d. h. die Nassreinigungseinheit 70' weist zwei Etagen bzw. Ebenen auf, so dass zwei Werkstücke, also ein noch unbearbeitetes und ein bereits bearbeitetes Werkstück die Nassreinigungseinheit 70' auch zur selben Zeit passieren können.
Alternativ oder zusätzlich, insbesondere aber anstelle der Nassreinigungseinheit 70', könnte auch eine Trockenreinigungseinheit in der Maschinenfarm 200 angeordnet und eingesetzt werden, sofern es gewünscht ist, die Werkstücke 100 trocken zu reinigen.
Anhand der 13 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_τ von ca. 2,2 m und einer Breite a_τ von ca. 1 m, das zunächst Teil einer größeren Rohglasplatte 100R mit noch unfertigen Außenkanten ist.
Bevor das Werkstück 100 von der Rohglasplatte 100R mittels Laser abgeschnitten wird, werden die Bohrungen bzw. Ausschnitte entlang der Schnittkonturen 111a, 111b, 111c, 111d eingebracht, also an einer Längskante Ausschnitte zur Befestigung der Scharniere und an der gegenüberliegenden Längsseite in etwa in einer mittleren Höhe Löcher zur Befestigung eines Türschlosses. Erst danach wird es von der Rohglasplatte 100R entlang der Schnittkontur 111e bzw. der Außenkantenlinie K mit dem Laser abgetrennt. Durch diese Reihenfolge ist sichergesellt, dass sich die Bohrungen exakt an ihrer Position befinden, da ja durch die Rohglasplatte 100R eine definierte Position vorgegeben ist, weil die Rohglasplatte 100R entsprechend mit Klemmen, Saugnäpfen oder dergleichen auf der Halteeinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung gehalten wird.
Insgesamt müssen im Bearbeitungsprozess Werkstückausschnitte entlang von fünf Schnittkonturen 111a, 111b, 111c, 111d, 111e ausgeschnitten werden. Dabei kann darauf geachtet werden, dass das Werkstück 100 insgesamt mit möglichst wenig Verschnitt aus der Rohglasplatte 100R herausgeschnitten wird, wobei dabei beispielsweise wie in 13 zu sehen ist, entlang der unteren sowie rechten Kante der Rohglasplatte 100R (da das Werkstück hier beispielhaft aus dieser Ecke bzw. diesem Eckbereich der Rohglasplatte 100R herausgeschnitten wurde) ein schmaler Streifen (Verschnitt) zur Entfernung der unsauberen Außenkantenlinie der Rohglasplatte 100R mit dem Laser weggeschnitten wurde. Dabei kann vorzugsweise auch dafür gesorgt werden, dass unter Minimierung des Verschnitts mehrere Nutzen aus einer Rohglasplatte 100R herausgeschnitten werden, wozu auch herkömmliche Nesting-Software eingesetzt werden kann.
Eine genauere Beschreibung zu den Formen und Maßen der Schnittkonturen 111a, 111b, 111c, 111d findet sich in der Beschreibung der oben bereits mehrfach genannten DE 10 2020 123 146 (im Zusammenhang mit der dortigen 28). Darin sind insbesondere die Außenkantenlinie K und der Konturabstand KA des Werkstücks genauer erklärt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich diese Schnittkonturen nun noch effektiver und schneller unter Verwendung der besagten Laserquellen 60a, 60b, 60c des Lasers 60 in einem ersten und/oder einem zweiten Betriebsmodus in nahezu beliebigen Glaswerkstücken, wie z. B. chemisch oder thermisch vorgespannten Gläsern, aber auch in nichtvorgespannten Baugläsern, insbesondere Baugläsern mit einer Dicke von bis zu 50 mm, in kurzer zeitlicher Abfolge nacheinander einbringen, ohne dass dafür unterschiedliche Maschinen verwendet werden müssen. Es kann automatisch die effektivste und schnellste Laserquelle 60a, 60b, 60c bzw. Schneid- und/oder Trennverfahren gewählt werden.
Optional erfolgt auch hier das Ausschneiden der Werkstückausschnitte derart, dass die Kanten entlang der Schnittkonturen 111a, 111b, 111c, 111d, 111e einschließlich der Außenkanten gleich passend profiliert sind.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Maschinenfarmen und Bearbeitungsvorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann auch ein Laserablationsverfahren von der Strahlungseintrittsseite aus als ein erster oder zweiter Betriebsmodus genutzt werden. Auch können die verschiedenen Modi (insbesondere verschiedene Block-Modi und der kontinuierliche Modus) 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: Bearbeitungsvorrichtung / Glasbearbeitungsvorrichtung
1': Trenn- und/oder Schneideeinrichtung / Laserbearbeitungsbereich
11: Halteeinrichtung / Rollenbahn / Rollentisch
12: Rollen
13: Scankopfsteuerung
15: Fokusverstelleinheit / 3D-Scankopf
16: Fokussiereinrichtung /
16b: F-Theta-Linse
16a: z-Shifter
17: Scaneinheit / Galvanometerscanner
18: Traverse
20: Steuereinrichtung
21: Recheneinheit / Bahnberechnungseinheit
22: Steuerschnittstelle
23: Schnittstelle
24: Bus
25: Terminal
30: Düse
31: Düsenkanal
33: Absaugeinrichtung
34: Saugeingang / Ringschlitz
40: Vorschubeinrichtung (scankopfseitiger Teil)
41: Vorschubeinrichtung (halterungsseitiger Teil)
42: Höhenverfahreinrichtung
60: Lasereinrichtung
60a, 60b, 60c: Laserquellen / Laser
61: Lichtleiter
70, 70': Nassreinigungseinheit
71: Waschanlage
72: Trocknungseinheit
80: Poliereinheit
81: Polierkopf mit Polierscheibe
81r: Rotationswelle
81w: Polierwerkzeug / Polierscheibe, weich
82: Polierkopf mit gerichtetem Wasserstrahl
82d: Düse des Polierkopfes
82z: Wasserzuleitung
90: Trockenreinigungseinheit
100: Werkstück / Flachglas
100R: Rohglasplatte
100o: Oberflächenbeschichtung
100t: Glasmaterial des Werkstücks
101: Strahlungseintrittsseite
102: Strahlungsaustrittsseite
103: Werkstückausschnitt
110: Schnitt
111, 111a, 111b, 111c, 111d: Schnittkontur
112: Konturabschnitt
113: Start-Konturabschnitt
120: Schnittsegment
121: Schnittfläche
121i: innere Schnittflächen / Schnittkanten
121o: äußere Schnittflächen / Schnittkanten
121F: Profilkante
122: Fase
200: Maschinenfarm
201: Rohmaterialzufuhr
202: Endproduktabfuhr
A-A: Schnittlinie
aτ: Türbreite
BS: Bestrahlungssteuerdaten
F: Fokusbereich / Fokus
G: Grenze
hτ: Türhöhe
K: Außenkantenlinie
KA: Konturabstand
L: Laserstrahlung / Laserstrahl
P: Fluidstrom / Gasstrom / Pressluftstrahl
PF: Prozessfenster
PL: Polierbewegung
PR: Polierrotation
rX, rY, rZ: Dreh- / Rotationsrichtungen
S: Schicht
SD: Steuerdaten
SF: Scanfeld
ST: Startpunkt
VR: Vorschubrichtung
W: Wasserstrahl
x, y, z: Raumrichtungen des Bezugskoordinatensystems
xD, yD: vektorielle Düsenbewegungsrichtungen
xS, yS: vektorielle Scanrichtungen
xV, yV: vektorielle Vorschubrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10399184 B2 [0002, 0016, 0071]
US 2015/0274574 A1 [0003]
DE 102020123146 [0007, 0008, 0017, 0039, 0054, 0067, 0076, 0077, 0080, 0099, 0111, 0114, 0139, 0145, 0157, 0159, 0173, 0178, 0179, 0202]
US 2017/0260088 A1 [0048]
EP 2593266 A2 [0056]

Claims

Vorrichtung (1) zum Bearbeiten eines Werkstücks (100) aus Glas mit einer Halteeinrichtung (11) für das Werkstück (100) und mit zumindest einer Lasereinrichtung (60) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L) zur Durchführung eines ersten Schneid- und/oder Trennverfahrens in einem ersten Betriebsmodus, wobei A) die Lasereinrichtung (60) so ausgebildet ist, dass sie in einen zweiten Betriebsmodus zur Durchführung eines zweiten Schneid- und/oder Trennverfahrens umschaltbar ist, welches sich von dem ersten Schneid- und/oder Trennverfahren unterscheidet, und/oder wobei B) die Vorrichtung (1) eine der folgenden Einheiten zur Vor- und/oder Nachbehandlung des Werkstücks (100) aufweist: - Poliereinheit (80) zur Nachbearbeitung von Schnitt- und/oder Trennflächen (121), insbesondere von Innen- und/oder Außenkanten (121i, 1210), - Reinigungseinheit (70, 90) umfassend eine Trockenreinigungseinheit (90) mit Mitteln zum Trockenreinigen und/oder eine Nassreinigungseinheit (70) mit Mitteln, vorzugsweise in Form einer Waschanlage (71), zum Nassreinigen und optional eine Trocknungseinheit (72) mit Mitteln zum Trocknen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Steuereinrichtung (20), welche im Betrieb die Komponenten der Vorrichtung (1) derart ansteuert, dass hintereinander zumindest zwei Arbeitsschritte aus der Gruppe der folgenden Arbeitsschritte an dem Werkstück (100) durchgeführt werden: a) Waschen des Werkstücks (100) b) Trocknen des Werkstücks (100), c) Schneiden mittels ablativer Laserbearbeitung und optional Kantenformung der inneren und/oder äußeren Schnittkanten (121i, 121o), d) Filament-Laserbearbeitung unter Einbringung von Filamenten im Werkstück (100), e) Erhitzen von zuvor mittels Filament-Laserbearbeitung eingebrachten Filamenten zur Trennung des Werkstücks (100) entlang der Filamente, f) Konturieren von Schnittflächen (121) zu Profilkanten (121F, 122), g) Polieren zumindest einer Schnitt- und/oder Trennfläche (121, 121F, 122), vorzugsweise mittels zumindest einer harten Polierscheibe und/oder zumindest eines im Wesentlichen weichen Polierkopfes (81) und/oder eines Polierkopfes (82) mit einem gerichteten Wasserstrahl (W), vorzugsweise mit Poliermittelzusatz, h) Kennzeichnen einer Werkstückoberfläche des Werkstücks (100), i) Perforieren einer Werkstückoberfläche des Werkstücks (100), j) Schicht-Strukturieren von Oberflächenschichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lasereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) zumindest einen Schnitt (110) in das Werkstück (100) einzubringen, vorzugsweise mit zumindest - einer Fokussiereinrichtung (16), um in das Werkstück (100) auf einer Strahlungseintrittsseite (101) eingestrahlte Laserstrahlung (L), vorzugsweise im Bereich einer von der Strahlungseintrittsseite (101) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (102) des Werkstücks (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) in einem begrenzten Scanfeld (SF) zu bewegen, - einer Vorschubeinrichtung (40, 41), um die Fokusverstelleinheit (15) mit dem Scanfeld (SF) in zumindest einer Richtung parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Werkstück (100) zu bewegen - und besonders bevorzugt mit einer Steuervorrichtung (20), welche derart ausgebildet ist, um die Vorrichtung (1) zum Einbringen zumindest eines Schnitts (110) in das Werkstück (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 eines Scanfelds (SF) der Fokusverstelleinheit (15) bewegt wird, - und die Fokusverstelleinheit (15) zur Erweiterung des Schnitts (110) unter Verschiebung des Scanfelds (SF) in einer Vorschubrichtung (VR) parallel zur Bezugsebene (x, y) relativ zum Werkstück (100) bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, vorzugsweise nach Anspruch 3, mit zumindest - einer Düse (30), um ein in oder an der Halteeinrichtung (11) befindliches Werkstück (100) an einer Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) mit einem Fluidstrom (P), vorzugsweise einem Gasstrom (P), besonders bevorzugt einem Luftstrom (P), in Kontakt zu bringen, und/oder - einer Absaugeinrichtung (33), um das Werkstück (100) an der Strahlungsaustrittsseite (102) zumindest im Fokusbereich (F) abzusaugen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Poliereinheit (80) einen im Wesentlichen weichen Polierkopf (81) und/oder einen Polierkopf (82) mit einem gerichteten Wasserstrahl (W), vorzugsweise mit Poliermittelzusatz, zum Polieren von Schnitt- und/oder Trennflächen (121, 121F, 122), insbesondere inneren und/oder äußeren Schnitt- und/oder Trennkanten (121i, 121o), des Werkstücks (100) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Poliereinheit (80) Mittel zur Linearbewegung (PL) in drei orthogonalen Raumrichtungen (x, y, z) und Mittel zur Rotation (PR) des Polierkopfes (81, 82) in drei Rotationsrichtungen (r_x, r_y, r_z) um die drei Raumrichtungen (x, y, z) relativ zum Werkstück (100) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trockenreinigungseinheit (90) mindestens jeweils zumindest eine der folgenden Komponenten zur Entfernung am Werkstück (100) anhaftender Staubrückstände aufweist: - zumindest eine, vorzugsweise in drei verschiedene Raumrichtungen (x, y, z), rotierbare Bürste, vorzugsweise zwei solcher Bürsten, die besonders bevorzugt zusätzlich zur Selbstreinigung in einem gegenläufigen Selbstreinigungsmodus steuerbar sind, - ein flächiges Reinigungsvlies, vorzugsweise mit einer Klopfvorrichtung und/oder Abblasvorrichtung zur Selbstreinigung, - eine Düseneinrichtung, um ein in oder an der Halteeinrichtung (11) befindliches Werkstück (100) mit einem Fluidstrom, vorzugsweise einem Gasstrom, besonders bevorzugt einem Luftstrom, in Kontakt zu bringen, optional mit zusätzlicher Hochdrucktechnik.
Maschinenfarm (200) mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Vorrichtungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und einer, vorzugsweise gemeinsamen, Rohmaterialzufuhr (201) und Endproduktabfuhr (202), wobei vorzugsweise den Vorrichtungen (1) eine gemeinsame Reinigungseinheit (70, 90) vor- und/oder nachgeschaltet ist.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (100) aus Glas, vorzugsweise in zumindest einer Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Werkstück (100) mit einer Halteeinrichtung (11) in der Vorrichtung (1) gehalten wird und wobei mittels von zumindest einer Lasereinrichtung (60) erzeugter Laserstrahlung (L) in zumindest einem ersten Betriebsmodus ein erstes Schneid- und/oder Trennverfahren an dem Werkstück (100) durchgeführt wird, wobei A) die Lasereinrichtung (60) zur Bearbeitung des Werkstücks (100) zwischen dem ersten und einem zweiten Betriebsmodus zur Durchführung eines zweiten Schneid- und/oder Trennverfahrens umgeschaltet wird, welches sich von dem ersten Schneid- und/oder Trennverfahren unterscheidet, und/oder wobei B) in der Vorrichtung (1) eine Vor- und/oder Nachbehandlung des Werkstücks (100) mittels einer Poliereinheit (80) und/oder einer Reinigungseinheit (70, 90) der Vorrichtung (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (1) so gesteuert wird, dass hintereinander zumindest zwei, vorzugsweise mindestens drei, Arbeitsschritte aus der Gruppe der folgenden Arbeitsschritte an dem Werkstück (100) durchgeführt werden: a) Waschen des Werkstücks (100), b) Trocknen des Werkstücks (100), c) Schneiden mittels ablativer Laserbearbeitung und optional Kantenformung der inneren und/oder äußeren Schnittkanten (121i, 121o) in einem ersten Betriebsmodus, d) Filament-Laserbearbeitung zur Einbringung von Filamenten im Werkstück (100) in einem zweiten Betriebsmodus, e) Erhitzen von zuvor mittels Filament-Laserbearbeitung eingebrachter Filamente zur Trennung des Werkstücks (100) entlang der Filamente im zweiten Betriebsmodus, f) Konturieren von Schnittflächen (121) zu Profilkanten (121F, 122), g) Polieren zumindest einer Schnitt- und/oder Trennfläche (121, 121F, 122) mittels zumindest einer harter Polierscheibe und/oder zumindest eines im Wesentlichen weichen Polierkopfes (81) und/oder eines Polierkopfes (82) mit einem gerichteten Wasserstrahl (W), vorzugsweise mit Poliermittelzusatz, h) Kennzeichnen einer Werkstückoberfläche des Werkstücks (100), i) Perforieren einer Werkstückoberfläche des Werkstücks (100), j) Schicht-Strukturieren von Oberflächenschichten.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei in zumindest einem der Betriebsmodi zum Schneiden und/oder zur Kantenformung ein Fokusbereich (F) der Laserstrahlung (L) mittels einer Scaneinheit (17) in zumindest einer Richtung oszillierend hin- und her bewegt wird und/oder wobei der Fokusbereich (F) der Laserstrahlung (L) mittels einer Scaneinheit (17) in zumindest einer weiteren Richtung quer zu einer Strahlrichtung der Laserstrahlung (L) und/oder mittels einer Fokussiereinrichtung (16) in Strahlrichtung der Laserstrahlung (L) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei zum Einbringen eines Schnitts (110) in das Werkstück (100) entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) nach einem schichtweisen Abtragen von Material in einem ersten Schnittsegment (120) der Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) eine Scaneinheit (17) versetzt wird und Material schichtweise in einem weiteren, vorzugsweise direkt benachbarten, Schnittsegment (120) der Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) abgetragen wird, wobei vorzugsweise die Schichten im Wesentlichen parallel zu einer Werkstückoberfläche verlaufen und/oder wobei bevorzugt eine Grenzkante zwischen zwei benachbarten Schnittsegmenten (120) schräg zu den Schichten (S) verläuft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei zum Einbringen eines Schnitts (110) in das Werkstück (100) entlang einer sich im Wesentlichen in einer Bezugsebene (x, y) erstreckenden Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) Laserstrahlung (100) an einer Strahlungseintrittsseite (101) in das Werkstück (100) eingestrahlt wird und an einer Strahlungsaustrittsseite (102) mittels der Laserstrahlung (L) schichtweise Material des Werkstücks (100) abgetragen wird, wobei die Schichten (S) im Wesentlichen 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 Scaneinheit (17) entlang der Schnittkontur (111, 111a, 111b, 111c, 111d) schichtweise erweitert wird, wobei die Schichten (S) vorzugsweise von der Strahlungsaustrittsseite (102) bis zur Strahlungseintrittsseite (101) verlaufen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 13, wobei bei einem Werkstück (100) mit mindestens einer Oberflächenbeschichtung (100o), die die zum Bearbeiten eines Glasmaterials (100t) des Werkstücks (100) verwendete Laserstrahlung (L) an der Strahlungseintrittsseite (101) signifikant schwächt, in einem vorbereitenden Prozessschritt die Oberflächenbeschichtung (100o) zumindest abschnittsweise unter Freischneiden eines Prozessfensters (PF) von der Strahlungseintrittsseite (101) aus bis zum dahinterliegenden Glasmaterial (100t) entfernt wird, um vorzugsweise in einem Prozessschritt zur schichtweisen Abtragung von Glasmaterial in dem Glasmaterial (100t) mit der Lasereinrichtung (60) mittels ablativer Laserbearbeitung ein erstes Schneidverfahren im ersten Betriebsmodus durch das Prozessfenster (PF) hindurch von der Strahlungsaustrittsseite (102) bis zur Strahlungseintrittsseite (101) durchzuführen.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung (20) einer Vorrichtung (1) zum Bearbeiten eines Werkstücks (100) aus Glas, vorzugsweise einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 14 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung (20) ausgeführt wird.