EP1138516A2 - Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Download PDF

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EP1138516A2
EP1138516A2 EP01107685A EP01107685A EP1138516A2 EP 1138516 A2 EP1138516 A2 EP 1138516A2 EP 01107685 A EP01107685 A EP 01107685A EP 01107685 A EP01107685 A EP 01107685A EP 1138516 A2 EP1138516 A2 EP 1138516A2
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flat body
engraving
flat
internal
measuring device
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Definitions

  • the invention relates at least to a method for introducing an interior engraving in a flat body in particular made of transparent material, preferably in one Flat glass that has a mechanical prestress or which subsequently receives a mechanical preload.
  • the invention also relates to an insertion device at least one inside engraving in a flat body, in particular made of transparent material, preferably in a flat glass that has a mechanical prestress or who subsequently receives a mechanical prestress, comprising at least one radiation source for generating the Beam high power density, a focusing optics for Focus the beam and a holding device for the flat body, especially for performing the aforementioned Procedure.
  • Flat bodies preferably flat glasses, are used for certain Purpose mechanically pre-stressed.
  • Preloading increases mechanical strength.
  • the preloading also causes the setting a specific crumbly breaking behavior, a risk of injury if the flat body breaks to prevent.
  • Pre-stressing creates sections in a flat body of opposite mechanical stresses.
  • Methods of the type mentioned are for the technical marking or for the decoration of three-dimensional bodies known.
  • compact glass bodies such as glass cubes due to internal engravings or glass balls, decorated or labeled.
  • the invention has for its object with a method of the genus mentioned at the beginning flat bodies or flat ones intended for prestressing Body in particular made of transparent material to be engraved on the inside. A device is also intended be demonstrated for performing the method.
  • this object is achieved according to the invention solved that for the introduction of the inner engraving at least a high power density beam is used is in an effective volume immediately below the Flat body surface is focused.
  • the interior engraving uses a beam of high power density.
  • This beam preferably a laser beam
  • This beam is in an effective volume immediately below the Focused flat body surface. From the effective volume an inner engraving point is formed. Because of the focus just below the surface of the flat body is the inside engraving point likewise immediately below the surface of the flat Body arranged.
  • the inside engraving is preferred from several inner engraving points, each separate from each other formed with each inner engraving point is formed by an effective volume.
  • Power density immediately below the surface of the flat body are the or, are the internal engraving points arranged in the section of the flat body that under Compressive stress is present. This avoids internal engraving points in the core area of the flat body, for example a flat glass pane, to be arranged under Tension is there.
  • the method according to the invention is also for a flat one Apply body after inserting internal engraving points is mechanically preloaded.
  • This one too Body is to be carried out according to the method of the invention, are the inner engraving points immediately below to arrange its surface.
  • the interior engraving points are such according to the inventive method immediately below the surface of the flat body arranged that the inner engraving points within one Layer whose thickness is about 25% of the total thickness of the body.
  • the beam of high power density is thus focused in such a way that the effective volumes trained in the upper quarter of the body to be treated the surface of the body is not injured becomes.
  • Each inner engraving point is preferably of a diameter trained, which is approximately equal to the distance from each other adjacent engraving points. Too closely arranging each other neighboring inner engraving points would become one Weakening of the engraved material, in particular with a pretension to break the material could lead. Then there would be local destruction if tensile stress occurs, the tear continues Body will be destroyed.
  • the diameter of an internal engraving point is, for example, 100 to 300 microns.
  • At least three internal engraving points be arranged three-dimensionally to each other. It is possible in addition to two-dimensional and three-dimensional Form internal engravings in a flat body. It is important to ensure that everyone Internal engraving points of a three-dimensional marking are located within the section under compressive stresses stands.
  • Each interior engraving point is a two-dimensional one or with a three-dimensional interior engraving below arranged on the surface of the flat body.
  • two-dimensional Internal engravings are preferably provided, that each interior engraving point is equidistant from the surface formed below the surface of the flat body becomes. By setting this equal distance is advantageously avoided that internal engraving points formed within the core area of the flat body become.
  • the task according to the invention is thereby solved that a device of the aforementioned Genus a measuring device for measuring the distance between the focusing optics and the surface of the flat Body.
  • This adjustment can be done by changing the distance between the body surface and focusing optics or by changing the focal length of the focusing optics respectively.
  • the measuring device is, for example, the focusing optics assigned. It can be a non-contact measurement Be a measuring device, preferably a laser measuring device. In addition to flat glasses, flat ones can also be used Plastic discs are treated.
  • Embodiments of the invention from which there are further inventive features are shown in the drawing shown.
  • the two figures of the drawing show devices for inserting at least one internal engraving in a flat body.
  • a flat body 1 With each device, a flat body 1, the approximately is plate-shaped, with one or more Internal engravings 2 provided.
  • Each inner engraving 2 consists of several separate internal engraving points, which in the exemplary embodiments shown approximately along a line is formed inside the flat body 1 become.
  • Each beam 3 is a laser beam and is in a schematically illustrated laser beam source 4 generated and one or, if necessary several deflecting mirrors 5 in the direction of the flat body 1 directed.
  • An actuating device is located in the light path of the beam 3 6 to change the focal length of the beam 3 arranged.
  • the focusing optics 8 is for example as a flat field lens (f-theta optics) or designed as telecentric optics.
  • Each of the devices also has a measuring device 10 assigned to the respective focusing optics 8 is. With this measuring device 10 is the distance z between the focusing optics 8 and the one facing them Surface 9 of the flat body 1 continuously measurable.
  • the measuring device 10 preferably works without contact.
  • the flat body 1 is no further on one shown table arranged. With the arrows x and y is shown that the body 1 with the table in one horizontal plane is freely movable.
  • the focusing optics 8 with respect to the surface 9 of the flat Body 1 in the direction of the arrow marked z be variably arranged.
  • the Focusing optics 8 can be parallel to the plane of the table Plane freely movable according to arrows x and y his.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper insbesondere aus transparentem Material, vorzugsweise in ein Flachglas, der eine mechanische Vorspannung aufweist bzw. der nachfolgend eine mechanische Vorspannung erhält, ist vorgesehen, daß für das Einbringen zumindestens ein Strahl hoher Leistungsdichte verwendet wird, der in einem Wirkvolumen unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers fokussiert wird.
Eine Vorrichtung, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens, umfassend wenigstens eine Strahlenquelle zum Erzeugen des Strahls hoher Leistungsdichte, eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Strahls und eine Haltevorrichtung für den flachen Körper, zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Meßeinrichtung zum Messen des Abstandes zwischen der Fokussieroptik und der Oberfläche des flachen Körpers aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper insbesondere aus transparentem Material, vorzugsweise in ein Flachglas, der eine mechanische Vorspannung aufweist bzw. der nachfolgend eine mechanische Vorspannung erhält.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper, insbesondere aus transparentem Material, vorzugsweise in ein Flachglas, der eine mechanische Vorspannung aufweist bzw, der nachfolgend eine mechanische Vorspannung erhält, umfassend wenigstens eine Strahlenquelle zum Erzeugen des Strahls hoher Leistungsdichte, eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Strahls und eine Haltevorrichtung für den flachen Körper, insbesondere zur Durchführung des vorbezeichneten Verfahrens.
Flache Körper, vorzugsweise Flachgläser, werden für bestimmte Einsatzzwecke mechanisch vorgespannt. Durch das Vorspannen wird eine höhere mechanische Festigkeit erzielt. Das Vorspannen bewirkt zudem die Einstellung eines spezifischen krümeligen Bruchverhaltens, um eine Verletzungsgefahr bei Bruch des flachen Körpers zu verhindern.
Durch das Vorspannen werden in einem flachen Körper Abschnitte gegensätzlicher mechanischer Spannungen erzeugt. In der Regel stehen die Oberfläche bzw, die Oberflächen des flachen Körpers und die unmittelbar darunter liegenden Abschnitte unter Druckspannungen, während der Kernbereich des flachen Körpers unter Zugspannung steht.
Verfahren der eingangs genannten Gattung sind für die technische Kennzeichnung oder für die Dekoration von dreidimensionalen Körpern bekannt. Beispielsweise werden durch Innengravuren kompakte Glaskörper, wie Glaswürfel oder Glaskugeln, dekoriert oder gekennzeichnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren der eingangs genannten Gattung auch vorgespannte flache Körper bzw, für eine Vorspannung vorgesehene flache Körper insbesondere aus transparentem Material mit einer Innengravur zu versehen. Weiterhin soll eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens aufgezeigt werden.
Diese Aufgabe ist verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für das Einbringen der Innengravur zumindestens ein Strahl mit hoher Leistungsdichte verwendet wird, der in einem Wirkvolumen unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers fokussiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für das Einbringen der Innengravur ein Strahl hoher Leistungsdichte verwendet. Dieser Strahl, vorzugsweise ein Laserstrahl, wird in einem Wirkvolumen unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers fokussiert. Aus dem Wirkvolumen wird ein Innengravurpunkt ausgebildet. Aufgrund der Fokussierung unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers ist der hergestellte Innengravurpunkt gleichfalls unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers angeordnet. Die Innengravur wird dabei vorzugsweise aus mehreren, voneinander jeweils separaten Innengravurpunkten ausgebildet, wobei jeder Innengravurpunkt durch ein Wirkvolumen ausgebildet wird.
Durch das erfindungsgemäße Fokussieren des Strahls hoher Leistungsdichte unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers sind der bzw, sind die Innengravurpunkte in dem Abschnitt des flachen Körpers angeordnet, der unter Druckspannung steht. Es wird somit vermieden, Innengravurpunkte im Kernbereich des flachen Körpers, beispielsweise einer Flachglasscheibe, anzuordnen, der unter Zugspannung steht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei einem flachen Körper anzuwenden, der nach einem Einbringen von Innengravurpunkten mechanisch vorgespannt wird. Auch bei diesem Körper ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugehen, sind also die Innengravurpunkte unmittelbar unterhalb seiner Oberfläche anzuordnen. Die Innengravurpunkte werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren derart unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers angeordnet, daß sich die Innengravurpunkte innerhalb einer Schicht befinden, deren Dicke etwa 25 % der Gesamtdicke des Körpers beträgt. Der Strahl hoher Leistungsdichte wird somit derart fokussiert, daß die Wirkvolumina im oberen Viertel des zu behandelnden Körpers ausgebildet werden, wobei die Oberfläche des Körpers nicht verletzt wird.
Jeder Innengravurpunkt wird vorzugsweise mit einem Durchmesser ausgebildet, der etwa gleich dem Abstand einander benachbarter Gravurpunkte ist. Ein zu enges Anordnen einander benachbarter Innengravurpunkte würde zu einer Schwächung des gravierten Materials führen, die insbesondere bei einer Vorspannung zum Zerbrechen des Materials führen könnte. Dann würde nämlich eine lokale Zerstörung bei Auftreten von Zugspannungen weiter reißen und der Körper zerstört werden. Der Durchmesser eines Innengravurpunktes beträgt beispielsweise 100 bis 300 µm.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nach einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens drei Innengravurpunkte dreidimensional zueinander angeordnet werden. Es ist somit möglich, neben zweidimensionalen auch dreidimensionale Innengravuren in einem flachen Körper auszubilden. Dabei ist darauf zu achten, daß sich sämtliche Innengravurpunkte einer dreidimensionalen Kennzeichnung innerhalb des Abschnittes befinden, der unter Druckspannungen steht.
Jeder Innengravurpunkt ist bei einer zweidimensionalen oder bei einer dreidimensionalen Innengravur unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers angeordnet. Bei zweidimensionalen Innengravuren ist vorzugsweise vorgesehen, daß jeder Innengravurpunkt in gleichem Abstand zur Oberfläche unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers ausgebildet wird. Durch die Einstellung dieses gleichen Abstandes wird vorteilhaft vermieden, daß Innengravurpunkte innerhalb des Kernbereiches des flachen Körpers ausgebildet werden.
Vorrichtungsseitig ist die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung eine Meßeinrichtung zum Messen des Abstandes zwischen der Fokussieroptik und der Oberfläche des flachen Körpers aufweist.
Bei dem Einbringen einer Innengravur in einen flachen Körper ist es erforderlich, daß die Wirkvolumina, aus denen die Innengravurpunkte gebildet werden, in den Abschnitt der Druckspannung eingebracht werden. Dieser Abschnitt weist bei flachen Körpern, beispielsweise bei Flachglas, eine geringe Höhe von ca, ein Viertel der Dikke auf. Dadurch ist es erforderlich, den in diesem Abschnitt fokussierten Strahl hoher Leistungsdichte auch dann exakt in diesem Abschnitt zu halten, wenn die Oberfläche des flachen Körpers nicht plan ist. Um dieses Halten zu gewährleisten, ist die Meßeinrichtung zum Messen des Abstandes zwischen der Fokussieroptik und der Oberfläche des flachen Körpers vorgesehen. Mit dieser kann der Abstand zwischen der Fokussieroptik und der Oberfläche exakt gemessen werden und es kann bei Bedarf eine Korrektur des Abstandes erfolgen.
Korrekturen sind insbesondere dann notwendig, wenn die Oberfläche des flachen Körpers wesentlich von einer planen Oberfläche abweicht. Aufgrund einer Ausstattung von insbesondere Flachgläsern mit häufig großen Abmessungen und in Relation dazu kleiner Dicken treten Wölbungen und Biegungen des flachen Körpers insgesamt auf, die sich auf den Abstand zwischen der Oberfläche dieses flachen Körpers und der Fokussieroptik auswirken. Dieses Auswirken ist insbesondere dann zu beachten, wenn mehrere Innengravurpunkte ausgebildet werden und dabei der Strahl zu dem behandelnden flachen Körper relativ bewegt wird. Dieses Bewegen kann durch ein Bewegen der Fokussieroptik oder durch ein Bewegen des zu behandelnden flachen Körpers mit der Haltevorrichtung, z. B. mit einem Haltetisch, oder durch Bewegungen beider Baueinheiten zueinander erfolgen. Während des Einbringens der Innengravurpunkte wird der Abstand zwischen der Oberfläche des flachen Körpers und der Fokussieroptik fortlaufend gemessen und es wird bei auftretenden Abweichungen z. B. aufgrund von Wölbungen und Biegungen der vorbestimmte Abstand sofort wieder eingestellt.
Dieses Einstellen kann durch eine Veränderung des Abstandes zwischen Körperoberfläche und Fokussieroptik erfolgen oder auch durch eine Veränderung der Brennweite der Fokussieroptik erfolgen.
Die Meßeinrichtung ist beispielsweise der Fokussieroptik zugeordnet. Sie kann dabei eine berührungslos messende Meßeinrichtung sein, vorzugsweise eine Laser-Meßeinrichtung. Neben Flachgläsern können auch flache Scheiben aus Kunststoffen behandelt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Die beiden Figuren der Zeichnung zeigen Vorrichtungen zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper.
Mit jeder Vorrichtung wird ein flacher Körper 1, der etwa plattenförmig ausgebildet ist, mit einer bzw. mehreren Innengravuren 2 versehen. Jede Innengravur 2 besteht aus mehreren jeweils voneinander separaten Innengravurpunkten, die in den gezeigten Ausführungsbeispielen etwa entlang einer Linie innerhalb des flachen Körpers 1 ausgebildet werden.
Zum Einbringen der Innengravur 2 in den flachen Körper 1 dient ein Strahl 3 hoher Energiedichte (Fig. 1) bzw. ein über Galvanometerspiegel abgelenkter Strahl 3 hoher Energiedichte (Fig. 2). Jeder Strahl 3 ist ein Laserstrahl und wird in einer schematisch dargestellten Laserstrahlquelle 4 erzeugt und über einen oder gegebenenfalls mehrere Umlenkspiegel 5 in Richtung des flachen Körpers 1 gelenkt. Im Lichtgang des Strahls 3 ist eine Stelleinrichtung 6 zur Veränderung der Brennweite des Strahls 3 angeordnet.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ist die Galvanospiegel-Anordnung 7 nachfolgend zur Stelleinrichtung 6 zur Veränderung der Brennweite angeordnet.
Vor Auftreffen des Strahls 3 auf den flachen Körper 1 wird der Strahl 3 durch eine Fokussieroptik 8 geführt. Mit dieser erfolgt ein Fokussieren des Strahls 3 derart, daß er in einem Bereich unmittelbar unterhalb der Oberfläche 9 des flachen Körpers fokussiert ist. Die Fokussieroptik 8 ist beispielsweise als Planfeldobjektiv (f-theta-Optik) oder als telezentrische Optik ausgebildet.
Jede der Vorrichtungen weist darüber hinaus eine Meßeinrichtung 10 auf, die der jeweiligen Fokussieroptik 8 zugeordnet ist. Mit dieser Meßeinrichtung 10 ist der Abstand z zwischen der Fokussieroptik 8 und der dieser zugekehrten Oberfläche 9 des flachen Körpers 1 fortlaufend meßbar. Die Meßeinrichtung 10 arbeitet vorzugsweise berührungslos.
Der flache Körper 1 ist jeweils auf einem nicht weiter dargestellten Tisch angeordnet. Mit den Pfeilen x und y ist dargestellt, daß der Körper 1 mit dem Tisch in einer horizontalen Ebene frei bewegbar ist. Zudem kann die Fokussieroptik 8 bezüglich der Oberfläche 9 des flachen Körpers 1 in Richtung des mit z gekennzeichneten Pfeils veränderlich angeordnet sein. Auch die Fokussieroptik 8 kann in einer zur Ebene des Tisches parallelen Ebene entsprechend den Pfeilen x und y frei bewegbar sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper insbesondere aus transparentem Material, vorzugsweise in ein Flachglas, der eine mechanische Vorspannung aufweist bzw. der nachfolgend eine mechanische Vorspannung erhält,
    dadurch gekennzeichnet, daß für das Einbringen zumindestens ein Strahl (3) hoher Leistungsdichte verwendet wird, der in einem Wirkvolumen unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers (1) fokussiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl (3) hoher Leistungsdichte in einer Schicht unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers (1) fokussiert wird, wobei die Dicke dieser Schicht etwa 25 % der Gesamtdicke des Körpers (1) beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innengravur (2) aus mehreren, voneinander jeweils separaten Innengravurpunkten gebildet wird, wobei jeder Innengravurpunkt aus einem Wirkvolumen ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Innengravurpunkt mit einem Durchmesser ausgebildet wird, der etwa gleich dem Abstand einander benachbarter Gravurpunkte ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Innengravurpunkte dreidimensional zueinander angeordnet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Innengravurpunkt unterhalb der Oberfläche (9) des flachen Körpers (1) in gleichem Abstand zu dieser Oberfläche (9) ausgebildet wird.
  7. Vorrichtung zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper insbesondere aus transparentem Material, vorzugsweise in ein Flachglas, der eine mechanische Vorspannung aufweist bzw, der nachfolgend eine mechanische Vorspannung erhält, umfassend wenigstens eine Strahlenquelle zum Erzeugen des Strahls hoher Leistungsdichte, eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Strahls und eine Haltevorrichtung für den flachen Körper, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Meßeinrichtung (10) zum Messen des Abstandes zwischen der Fokussieroptik (8) und der Oberfläche (9) des flachen Körpers (1) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10) der Fokussieroptik (8) zugeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10) eine berührungslos messende Meßeinrichtung (10), vorzugsweise eine Laser-Meßeinrichtung (10), ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle eine Laserstrahlquelle (4) ist.
EP01107685A 2000-03-29 2001-03-28 Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Expired - Lifetime EP1138516B1 (de)

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