DE4320341C2 - Verfahren zum Abtragen von Deckschichten auf Glasbauteilen mit Laserstrahlung, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und mit dem Verfahren hergestellte Glasbauteile - Google Patents
Verfahren zum Abtragen von Deckschichten auf Glasbauteilen mit Laserstrahlung, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und mit dem Verfahren hergestellte GlasbauteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Deckschichten auf Glasbauteilen
mit Laserstrahlung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
sowie mit dem Verfahren bearbeitete Glasbauteile.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Restau
rierung kulturhistorischer Glasmalereien wie z. B. Kirchenverglasungen.
Durch den Einfluß gasförmiger oder in Flüssigkeit gelöster chemischer Substan
zen wie beispielsweise SO₂ in der Umgebungsluft können Gläser chemisch um
gewandelt werden. Es bilden sich häufig Deckschichten sog. Korrosions- oder
Verwitterungsschichten an der Oberfläche die als Endprodukt des Zersetzungs
prozesses die optischen Eigenschaften des Glases verändern. Je nach Dicke
der Korrosionsschicht auf der Oberfläche ändern sich die Transmissionseigen
schaften des Glases für Licht in unterschiedlicher Weise; die Veränderungen rei
chen von einer Trübung des Glases bis hin zur vollständigen Absorption des
Lichtes in der Deckschicht.
Kirchenfenster sind wegen der langen Einwirkzeiten der Umwelteinflüsse beson
ders stark von der Korrosionsbildung betroffen.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung ist das gänzliche oder teilweise
Entfernen von Transport- oder Sichtschutzschichten aus Lacken, Kunststoffen
o.a. von neuen oder Schrottglasbauteilen zwecks Wiederverwendung oder
Weiterverarbeitung als gereinigtes Glasbauteil oder als Glasbauteil mit gezieltem
Abtrag der Deckschicht zur Erzielung gewünschter Eigenschaften.
Bei den allgemein bekannten Verfahren zum Abtragen von Verwitterungs
schichten von Glasbauteilen, insbesondere von Kirchenverglasungen werden
üblicherweise mechanische oder naßchemische Verfahren eingesetzt. Bei den
mechanischen Verfahren wird mit Hilfsmitteln wie Bürsten, Skalpell u. ä. die Kor
rosionskruste vom Glas entfernt. Angestrebt wird hierbei, die Verwitterungs
schicht nur teilweise zu entfernen, um das Glas nicht unnötig statisch zu schwä
chen. Durch den vollständigen Abtrag der Deckschicht würde außerdem das
Glas einem erhöhten Witterungseinfluß ausgesetzt. Das definierte Entfernen bis
zu einer gewissen Tiefe, z. B. bis zur halben Dicke der Verwitterungsschicht, ist
mit dieser Methode nur schwer möglich. Bei der Entfernung der Korrosions
schichten mittels chemischer Verfahren, z. B. durch Auflegen getränkter Kom
pressen, müssen lange Bearbeitungszeiten in Kauf genommen werden. Diese
Verfahren sind außerdem wegen der Gefahr der Schädigung des Glases durch
die Chemikalien in Fachkreisen sehr umstritten.
Die genannten Restaurierungsmethoden sind sehr zeit- und kostenintensiv, da
sie in Handarbeit durchgeführt werden. Darüberhinaus besteht die Gefahr der
mechanischen oder chemischen Beanspruchung der Gläser durch diese Verfah
ren. Je nach chemischer Zusammensetzung sind die Deckschichten sehr hart
und lassen sich mit mechanischen Hilfsmitteln kaum entfernen.
Zur Bearbeitung von Glasbauteilen mit Laserstrahlung sind im Stand der Technik
verschiedene Verfahren offenbart, bei denen jedoch das Glasbauteil selbst der
Bearbeitung unterworfen wird, in der Art, daß z. B. Teile des Glases abgetragen
werden.
Die Druckschrift DE-OS 31 21 138 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Dekorieren von Glaserzeugnissen. Diese Erfindung ist da
durch gekennzeichnet, daß man auf die Oberfläche des Glaserzeugnisses die
maximale Energiedichte eines gebündelten Laserstrahles auftreffen läßt. Wel
lenlänge, Intensität und Energie werden so eingestellt, daß bei der Absorption
der Laserstrahlung in der Oberflächenschicht des Glasbauteils das Glas verdampft
oder eine Änderung dessen optischer Eigenschaften hervorgerufen wird.
Dabei wird beispielsweise ein CO₂-Laser mit einer Leistung von 10-1000 W ein
gesetzt.
In der DE-OS 31 45 278 sind ein Verfahren zum berührungslosen Abtragen von
Material von der Oberfläche eines Glasgegenstandes und eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens offenbart. In dieser Erfindung wird ein Laser
strahl durch eine wenigstens teilweise absorbierende Matrix geführt und in eine
Vielzahl von Einzelstrahlen aufgeteilt. Hierdurch kann der Laserstrahl vorzugs
weise für Markierungszwecke geformt und beliebige Abtragmuster auf der
Oberfläche erzeugt werden. Das Verfahren beinhaltet die Formung einer für das
Abtragen von Glaswerkstoffen idealen Laserstrahlverteilung.
Während es bei diesem Stand der Technik das Ziel ist, die Glasbauteile selbst zu
bearbeiten und an ihnen bleibende Veränderungen, z. B. Markierungen, her
vorzurufen, sollen solche Veränderungen des Glases mit der vorliegenden Erfin
dung gerade vermieden werden können, um z. B. eine Beschädigung von histo
rischen Kirchenfenstern zu vermeiden.
Ferner ist im Stand der Technik (DE-OS 39 11 329) das Abtragen von Deck
schichten mit Laserstrahlung zum Entlacken von Faserverbundwerkstoffteilen
und von Aluminiumlegierungen offenbart. Bei diesem Verfahren wird die Lack
schicht mittels gepulster Laserstrahlung verdampft und die dabei auftretende
Lichtemission an der Bearbeitungsstelle einer spektroskopischen Analyse un
terworfen, damit die charakteristischen Spektrallinien der Lackschicht detektiert
werden können, um bei Abwesenheit dieser Linien auf die Beseitigung der
Lackschicht schließen zu können. Ein definierter teilweiser Abtrag bis zu einer
gewünschten Restschichtdicke, gegebenenfalls mit einer Variation der Rest
schichtdicke auf der Oberfläche ist mit diesem Verfahren jedoch nicht ohne
weiteres möglich.
In der gattungsbildenden US-PS 5.101.090 sind ein Verfahren und eine Vor
richtung offenbart, bei dem Lichtleitfasern miteinander gekoppelt werden. Da
bei ist es erforderlich, daß der Kern der Lichtleitfaser im Verbindungsbereich
teilweise freigelegt werden muß, wozu in diesem Bereich die den Kern umge
bende Hülle entfernt werden muß. Hierzu wird die Hülle mit gepulster Laser
strahlung beaufschlagt, wodurch das Hüllenmaterial abgetragen wird. Mit zu
nehmender Anzahl an Laserpulsen verbreitert sich die Öffnung, Laserstrahlung
dringt in den Faserkern ein und breitet sich zu den Faserenden aus. An we
nigstens einem Faserende ist ein optischer Detektor angebracht, mit dem die
einfallende Laserstrahlung detektiert und der Abtragvorgang optisch überwacht
wird. Das Signal am optischen Detektor steigt mit zunehmender Anzahl an La
serpulsen, da die Öffnung in der Hülle der Lichtleitfaser mit zunehmender An
zahl an Laserpulsen verbreitert wird. Aussagen über die Schichtdicke im Bear
beitungsbereich lassen sich daraus jedoch nicht gewinnen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Abtragen von Deckschichten beliebiger Zusammensetzung von Glasbauteilen
anzugeben, bei dem die Abtragtiefe und die Abtragrate während des Abtrag
vorgangs steuerbar sind, so daß gegebenenfalls eine Restschicht definierter
Schichtdicke auf dem Glasbauteil verbleiben und eine Beschädigung des Gla
ses ausgeschlossen werden kann. Ferner liegt der Erfindung das Problem zu
grunde, die Deckschicht eines Glasbauteils dahingehend gezielt und definiert
abzutragen, daß eine Restdeckschicht mit einer vorgebbaren Schichtdicken
verteilung auf dem Glasbauteil zurückbleibt, beispielsweise zur Anpassung
oder gezielten Veränderung der Lichtdurchlässigkeit in Abhängigkeit von unter
schiedlichen farblichen Bereichen oder Bereichen unterschiedlicher Stärke des
Glasbauteils oder auch zu Markierungszwecken.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen 2 bis 19 angegeben.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen zum einen in dem be
rührungslosen Abtragen von Deckschichten, was insbesondere bei der Re
staurierung wertvoller Glasbauteile wie Kirchenfenster von Nutzen ist und zum
anderen im Abtragen mit definierter und während des Abtragvorgangs steuer
barer Abtragrate und Abtragtiefe, wozu erfindungsgemäß die jeweilige Bearbei
tungsstelle mit einer das Glas nicht beschädigenden Meßstrahlung beauf
schlagt wird und mit der Meßstrahlung die Transmission der Deckschicht
und/oder die Streuung und/oder die Reflexion der Meßstrahlung gemessen
wird. Der Meßwert enthält Informationen über die Dicke der sich an der Meß
stelle auf dem Glasbauteil befindlichen Deckschicht und das Abtragen wird in
Abhängigkeit des Ergebnisses der optischen Messung gesteuert.
Unter Reflexion wird der entweder in einem eng begrenzten Winkel (gerichtet)
oder in einen großen Winkel (diffus) zurückgestrahlte Anteil der einfallenden
Meßstrahlung verstanden und unter Streuung die unter einem geänderten
Winkel auf der Unterseite des Glasbauteils austretende Meßstrahlung. Die
chemische Zusammensetzung sowie die Dicke der Deckschicht sind mitbe
stimmend für die Reflexion und Streuung des Glasbauteils. Von der Änderung
dieser beiden optischen Eigenschaften kann daher, beim Abtragen der Deck
schicht bezüglich einer Regelung des Abtragvorgangs anstelle oder zusätzlich
zur Transmissionsmessung Gebrauch gemacht werden.
Damit ist es ins
besondere möglich, Deckschichten mit ungleichmäßiger Schichtdicke, wie bei
spielsweise Verwitterungsschichten, bis auf eine vorgebbare Restschichtdicke
abzutragen, ohne daß zuvor die Topologie der ungleichmäßigen Deckschicht
ermittelt werden muß. Somit ist es möglich, auf der gesamten Fläche oder auch
nur in vorgegebenen Bereichen des Glasbauteils eine konstante Lichtdurchläs
sigkeit zu erzielen. Dies ist beispielsweise bei Kirchenräumen notwendig, da
eine zu starke Aufhellung des Glases zu einer unerwünschten Veränderung
des Charakters des Kirchenraums führen kann. Außerdem hat der auf dem
Glas verbleibende Teil der Deckschicht eine Schutzfunktion vor weiteren Um
welteinflüssen und verhindert somit eine weitere Verwitterung.
Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Unteran
sprüchen 9 ff hat zusätzlich den Vorteil, daß der Schichtabtrag nicht kontinuier
lich erfolgt, sondern pulsweise die Deckschicht mit einer im Mikrometerbereich
liegenden Genauigkeit pro Laserpuls abgetragen und die Transmissionsmes
sung zwischen aufeinanderfolgenden Laserpulsen erfolgen kann.
Die Verwendung von Laserstrahlung mit einer Wellenlänge, für die das Glas
bauteil eine hohe Transmission aufweist, gemäß dem Unteranspruch 16, hat
darüberhinaus den Vorteil, daß eine Beschädigung des Glasbauteils prinzipiell
ausgeschlossen ist, so daß ein versehentlicher Fehler in der Steuerung des
Abtragvorgangs keine negativen Folgen für das Glas hat.
Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
anzugeben, die es gestattet, das erfindungsgemäße Verfahren durch Kombi
nation einfacher und an sich bekannter technischer Einrichtungen mit verhält
nismäßig geringem Aufwand und somit kostengünstig durchführen zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen 21
bis 27 angegeben.
In den Patentansprüchen 28 bis 31 sind Glasbauteile angegeben,
die mit den Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1-19 bearbeitet
sind.
Es zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des er
findungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 Abtragtiefe in Abhängigkeit der an einer Bearbeitungsstelle einge
strahlten Laserpulse beim Abtragen einer Verwitterungsschicht von
einem Glasbauteil,
Fig. 3 Transmissionssignal (Photodiodenspannung) in Abhängigkeit von der
Anzahl der an einer Bearbeitungsstelle eingestrahlten Laserpulse,
Fig. 4 Regelkreis für das erfindungsgemäße Verfahren,
Fig. 5a mikroskopische Aufnahme eines Glasbauteils mit einem ungeregelt
bearbeiteten Bereich,
Fig. 5b mikroskopische Aufnahme eines Glasbauteils mit einem erfindungs
gemäß geregelt bearbeiteten Bereich.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
schematisch dargestellt, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren im fol
genden näher erläutert werden soll.
Die von einem Laser 1 ausgehende Laserstrahlung 2 wird mit einem Umlenk
spiegel 3 und einer Bearbeitungsoptik 4 auf die Bearbeitungsstelle 5 des mit der
Deckschicht 6 belegten Glasbauteils 7 geführt. Bei dem Laser 1 handelt es sich
im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen gepulsten Laser, für den ver
schiedene Lasertypen wie z. B. Argon-, Farbstoff-, CO₂-, oder vorzugsweise
Excimer- oder Festkörperlaser verwendet werden können.
Die Pulsdauer der Laserstrahlung liegt im Bereich von ps bis ms, wodurch die
Wärmeeinbringung in die Deckschicht minimiert wird. Eine thermische Beein
flussung des Glases und hierdurch induzierte Spannungen im Glas können so
vermieden werden. Die Laserstrahlung hat eine Spitzenleistung im kW- bis GW-
Bereich, um Anteile der Deckschicht spontan zu verdampfen. Je nach Wellen
länge der verwendeten Laserstrahlquelle kann eine optische Eindringtiefe für die
Laserstrahlung innerhalb der Deckschicht im Bereich von 0,1 bis zu einigen 10
Mikrometer realisiert werden. Die Pulsdauern sind so kurz, daß die thermische
Eindringtiefe der Laserstrahlung der optischen Eindringtiefe vergleichbar ist, so
daß sich insgesamt Abtragtiefen von etwa 1 bis 10 Mikrometer pro Laserpuls er
zielen lassen.
Zur Positionierung des Glasbauteils 7 und zur Beobachtung der Bearbeitungs
stelle 5 ist eine Sichtkontrolle bestehend aus einem Umlenkspiegel 13 und einer
Beobachtungsoptik 14 vorgesehen.
Von einem Sondenlaser 8 wird eine Meßstrahlung 9 durch die Umlenkspiegel
13, 3, die im Wellenlängenbereich der Meßstrahlung 9 durchlässig sind, eben
falls auf die Bearbeitungsstelle 5 geführt. Anstelle des Sondenlasers kann auch
jede andere monochromatische oder polychromatische Lichtquelle verwendet
werden. Das Glasbauteil 7 kann mit einer CNC-gesteuerten Handhabungsein
richtung 12 verfahren werden, um die Position der Bearbeitungsstelle 5 zu ver
ändern. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der Hand
habungseinrichtung die Bearbeitungs- und Meßoptik zu verfahren. Unter dem
Glasbauteil 7 befindet sich eine Detektorvorrichtung 10, die beispielsweise eine
Photodiode zur Messung der Intensität der Meßstrahlung 9 aufweist, mit der die
Transmission der Meßstrahlung 9 an der Bearbeitungsstelle 5 gemessen wird.
Dieser Meßwert, der den Informationswert über die Dicke der sich an dieser
Stelle auf dem Glasbauteil befindlichen Deckschicht enthält, wird an einen Pro
zeßrechner 11 weitergegeben, der den Laser 1 und die Handhabungseinrich
tung 12 wie im folgenden näher erläutert steuert.
Fig. 2 zeigt, wie sich die Abtragtiefe einer Verwitterungsschicht mit zuneh
mender Anzahl der auf die Bearbeitungsstelle 5 eingestrahlten Laserpulse än
dert. Es können drei Bereiche unterschieden werden: Im ersten Bereich
"Reinigen des Glases" nimmt die Abtragtiefe mit steigender Pulszahl stark zu. In
diesem Bereich steigt auch die Photodiodenspannung der Detektorvorrichtung
10 zunächst stark an, wie Fig. 3 zu entnehmen ist. Sobald die Verwitterungs
schicht vollständig abgetragen ist (Bereich zwei), stagniert der weitere Abtrag
prozeß, da die Glasoberfläche erreicht wird und die Laserstrahlung im Glas in
geringerem Maße absorbiert wird. In diesem Bereich verflacht sich auch der
Verlauf der Photodiodenspannung (Fig. 3). In Bereich drei kann es bei zu ho
hen Laserpulszahlen und Laserstrahlenergien zum Abtragen des Glases kom
men. Diese ungewollte "Schädigung des Glases" muß durch geeignete Wahl der
Laserstrahlparameter sicher vermieden werden.
Zur Steuerung des Lasers und der Handhabungseinrichtung und damit zur Re
gelung des Abtragvorgangs wird der Transmissionsgrad des Glasbauteils mit
der darauf befindlichen Deckschicht ausgewertet. Hierzu wird die Intensität der
an der Bearbeitungsstelle transmittierten Meßstrahlung des Sondenlasers, des
sen Wellenlänge im vorliegenden Ausführungsbeispiel im sichtbaren Spektralbe
reich liegt, nach jedem Laserpuls gemessen und der Meßwert an den Prozeß
rechner weitergegeben. Zur Auswertung der Meßwerte liegen dem Prozeßrech
ner einer der folgenden Algorithmen einzeln oder in Kombination zugrunde:
- - Absolutwert der Transmission: Als Kriterium für einen ausreichenden Ab trag der Deckschicht wird ein Schwellwert des Transmissionssignals defi niert, bei dessen Überschreitung der Abtragvorgang an dieser Bearbei tungsstelle beendet wird.
- - Änderung der Transmission: Ausgewertet wird hierbei, wie stark sich das Transmissionssignal zwischen aufeinanderfolgenden Laserpulsen ändert. Der relative Abtrag kann mit dieser Methode gemessen und die abneh mende Abtrageffizienz mit zunehmendem Schichtabtrag erkannt werden (vgl. hierzu Fig. 2, 3).
- - Relativwert der Transmission: Bei diesem Algorithmus wird der Transmis sionsgrad des Glases vor Beginn der Bearbeitung bei der Auswertung des Transmissionssignal während des Bearbeitungsprozesses mitberücksich tigt. Hierdurch kann die Lichtdurchlässigkeit relativ zur Anfangstransmis sion geregelt und eine gleichmäßige Aufhellung (z. B. 50%) des Glases er zielt werden.
- - Pulszahlvorgabe: Es wird eine minimal und/oder maximal einzustrahlende Anzahl von Laserpulsen/Stelle festgelegt.
Die mikroskopischen Aufnahmen in Fig. 5a, b zeigen das Abtragergebnis einer
ungeregelten (Fig. 5a) im Vergleich zur geregelten (Fig. 5b) Laserstrahlbe
arbeitung an der Bearbeitungsstelle des Lasers. Die örtliche Genauigkeit der
Regelung wird durch die Größe des Lasereinbrandes (hier: 0,6 × 0,6 mm²)
vorgegeben.
Die Abtragtiefe kann lokal den Gegebenheiten, z. B. der an dieser Stelle vorhan
denen Schichtdicke, angepaßt werden. Hierdurch können bei Deckschichten,
die an verschiedenen Stellen des Glases unterschiedliche Dicken aufweisen, die
Unterschiede ausgeglichen und auf der ganzen Glasfläche eine gleichmäßige
Restschichtdicke erzielt werden.
Das Laserstrahlverfahren wird bezüglich der Bearbeitungsparameter Pulsener
gie, Energiedichte, Intensität, Pulswiederholrate, Wellenlänge, Pulszahl/Stelle so
ausgelegt, daß selektiv die Deckschicht oder Teile der Deckschicht abgetragen
werden. Insbesondere können die Bearbeitungsparameter, beispielsweise die
Wellenlänge, so gewählt werden, daß bei vollständig abgetragener Deckschicht
die Laserstrahlung in dem sich darunter befindlichen Glas eine ausreichend
hohe Transmission besitzt, so daß ein versehentliches Abtragen des Glaswerk
stoffes ausgeschlossen werden kann.
Die Regelung kann auch durch die spektrale Auswertung des charakteristischen
Eigenleuchtens bei der Bearbeitung erfolgen. Mit der Plasma-Emissions-Spek
troskopie (PES) werden hierbei Elemente nachgewiesen, die entweder nur in der
Deckschicht und/oder nur im Glaswerkstoff vorhanden sind. Das Abnehmen ei
nes PES-Meßsignals, welches von einem Element der Deckschicht herrührt,
weist beispielsweise auf den Abtrag der Deckschicht hin. Hierbei sind jedoch
aufwendigere Maßnahmen, z. B. die Aufnahme von Eichkurven für die jeweilige
Glaswerkstoff/Deckschicht-Kombination, erforderlich als bei der Auswertung der
Transmissionsmessung.
Anstelle oder zusätzlich zur Transmissionsmessung kann auch die Streuung
oder die Reflexion der Meßstrahlung unterhalb oder oberhalb des Glasbauteils
gemessen und ausgewertet werden. Hierbei wird von der Änderung der opti
schen Eigenschaften der Deckschicht durch die Bearbeitung mit der Laser
strahlung Gebrauch gemacht.
Zur rationellen Durchführung kann das erfindungsgemäße Verfahren in ge
eigneter und bekannter Weise ganz oder teilweise automatisiert werden, was
ebenfalls zur Kostensenkung beiträgt.
Das erfin
dungsgemäße Verfahren kann außer zur Re
staurierung von kulturhistorischen Glasfenstern, auch zur Bearbeitung und zur
gezielten Umarbeitung beliebiger beschichteter Glasbauteile eingesetzt werden,
um diese zum Beispiel mit einer vorgebbaren Deckschichttopologie zu verse
hen, damit die auf diese Weise umgearbeiteten Glasbauteile bestimmte anwen
dungsspezifische Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel einen richtungsab
hängigen Transmissionsgradienten zur Erzielung spezieller Lichteffekte.
Bezugszeichenliste
1 Laser
2 Laserstrahlung
3 Umlenkspiegel
4 Bearbeitungsoptik
5 Bearbeitungsstelle
6 Deckschicht
7 Glasbauteil
8 Sondenlaser
9 Meßstrahlung
10 Detektorvorrichtung
11 Prozeßrechner
12 Handhabungseinrichtung
13 Umlenkspiegel
14 Beobachtungsoptik
2 Laserstrahlung
3 Umlenkspiegel
4 Bearbeitungsoptik
5 Bearbeitungsstelle
6 Deckschicht
7 Glasbauteil
8 Sondenlaser
9 Meßstrahlung
10 Detektorvorrichtung
11 Prozeßrechner
12 Handhabungseinrichtung
13 Umlenkspiegel
14 Beobachtungsoptik
Claims (31)
1. Verfahren zum zumindest teilweisen Abtragen von Deckschichten (6), ins
besondere Verwitterungsschichten, auf Glasbauteilen (7), bei dem Material
der Deckschicht (6) mit Laserstrahlung (2) entfernt und der Abtragvorgang
optisch überwacht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bearbeitungsstelle (5) mit einer das Glas (7) nicht beschädigenden
Meßstrahlung (9) beaufschlagt wird, mit der Meßstrahlung (9) die Trans
mission der Deckschicht (6) und/oder die Streuung und/oder die Reflexion
der Meßstrahlung (9) gemessen wird, wobei der Meßwert Informationen
über die Dicke der sich an der Meßstelle (5) auf dem Glausbauteil (7) be
findlichen Deckschicht (6) enthält, und das Abtragen in Abhängigkeit des
Ergebnisses der optischen Messung gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Meßstrahlung (9) elektromagnetische Strahlung einer polychro
matischen oder einer monochromatischen Lichtquelle verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als monochromatische Lichtquelle ein Laser (8) (Sondenlaser) ver
wendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Strahlung (9) im sichtbaren Spektralbereich
liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Messung während des Abtragvorgangs erfolgt und daß
das Abtragen an einer bestimmten Bearbeitungsstelle (5) bei Über
schreiten eines vorgebbaren Schwellwerts des Meßwerts abgebrochen
wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Messung während des Abtragvorgangs erfolgt und daß
das Abtragen in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung des Meßwertes an
der Bearbeitungsstelle (5) gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Messung während des Abtragens erfolgt und daß das
Abtragen in Abhängigkeit des Meßwertes vor Beginn des Abtragens an
einem oder mehreren Meßpunkten gesteuert wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Eindringtiefe und die optische Eindringtiefe der bear
beitenden Laserstrahlung (2) im Sub-Mikrometer- bis Mikrometerbereich
liegen.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bearbeitende (2) und/oder die messende (9) Laserstrahlung ge
pulst ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulsdauer im Bereich von Pikosekunden bis Millisekunden liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bearbeitende Laserstrahlung (2) eine hohe Spitzenintensität auf
weist, vorzugsweise im kW- bis GW-Bereich.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtragrate im Bereich von 0,1 Mikrometer bis 10 Mikrometer pro
Laserpuls liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtragrate zur Vermeidung von Beschädigungen des Glases der
art zu bemessen ist, daß mit dem ersten Laserpuls die Deckschicht (6)
nicht vollständig entfernt werden kann.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach jedem bearbeitenden Laserpuls (2) an der Bearbeitungsstelle
(5) gemessen wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine minimale und/oder maximale Anzahl von bearbeitenden Laser
pulsen (2) pro Bearbeitungsstelle (5) vorgegeben wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wellenlänge der bearbeitenden Laserstrahlung (2) in einem Be
reich hoher Transmission des Glases (7) liegt.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich das sich an der Bearbeitungsstelle (5) ausbildende Plasma
der Deckschicht (6) mittels Plasmaemissionsspektrokopie gemessen und
für die Steuerung des Abtragens herangezogen wird.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Unterstützung des Abtragvorgangs und/oder zur Beseitigung von
abgetragenem Material Gas zugeführt wird.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bearbeitende (2) und/oder messende (9) Laserstrahlung mit einer
oszillatorischen Bewegung verfahren wird.
20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Patentansprüche 1 bis 19, mit einem Bearbeitungslaser (1) und mit
mindestens einem Detektor (19) zur optischen Überwachung des Abtrag
vorgangs,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Quelle (8) zur Erzeugung von Meßstrahlung (9) vorgesehen ist,
daß ein Kopplungselement (3) die bearbeitende Laserstrahlung (2) und
die Meßstrahlung (9) zusammenführt, und daß ein Prozeßrechner (11)
vorgesehen ist, der die Detektorsignale auswertet und den Bearbeitungs
laser (1) steuert.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung der Meßstrahlung (9) ein zweiter Laser (8)
(Sondenlaser) vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kopplungselement (3) als Spiegel ausgebildet ist, der die bear
beitende Laserstrahlung (2) zur Bearbeitungsoptik umlenkt und im Wel
lenlängenbereich des Sondenlasers (8) eine hohe Transmission aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem Spiegel (3) um einen dielektrischen Spiegel handelt.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine verfahrbare, CNC-gesteuerte Handhabungseinrichtung (12) vor
gesehen ist, auf der das zu bearbeitende Glasbauteil (7) angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Detektor (10) zur Transmissionsmessung unterhalb
des Glasbauteils (7) angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Detektor zur Messung des gestreuten und/oder re
flektierten Anteils der Meßstrahlung (9) oberhalb der Deckschicht (6) an
geordnet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Beobachtung der Bearbeitungsstelle (5) eine Einrichtung zur
Sichtkontrolle vorgesehen ist, beispielsweise nach Art eines Mikroskops.
28. Mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19,
bearbeitetes, eine Deckschicht aufweisendes Glasbauteil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil eine Restdeckschicht aufweist, die über die Oberflä
che des Glasbauteils eine konstante Schichtdicke besitzt.
29. Mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19
bearbeitetes, eine Deckschicht aufweisendes Glasbauteil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil einen richtungsabhängigen Transmissionsgradienten
aufweist.
30. Mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19
bearbeitetes, eine Deckschicht aufweisendes Glasbauteil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil eine derart ausgebildete Restdeckschicht aufweist,
daß das Glasbauteil bezüglich des unbearbeiteten Zustandes eine gleich
mäßige Aufhellung aufweist.
31. Mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19
bearbeitetes, eine Deckschicht aufweisendes Glasbauteil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil eine Restdeckschicht aufweist, deren Schichtdicke in
vorgegebenen Bereichen des Glasbauteils derart variiert, daß ein sichtba
rer Kontrast zwischen den Bereichen hoher und niedriger Restschichtdic
ke erkennbar ist.
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