FI90653B

FI90653B - Method for bending a sheet of glass

Info

Publication number: FI90653B
Application number: FI920588A
Authority: FI
Inventors: Erkki Yli-Vakkuri; Jori Montonen
Original assignee: Tamglass Eng Oy
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1993-11-30
Also published as: FI90653C; FI920588A0; FI920588A

Description

1 906531 90653

Menetelmä lasilevyn taivuttamiseksi. - Förfarande för böjning av en glasskiva.Method for bending a glass sheet. - Förfarande fö böjning av en glasskiva.

, Keksinnön kohteena on menetelmä lasilevyn taivuttamiseksi.The invention relates to a method for bending a glass sheet.

Lasin taivuttaminen reunamuottimenetelmäl1ä vaatii tarkasti hallitun lämpötila jakauman. Taivutettavan lasi 1 evyaihion eri pisteiden lämpötilojen tulee olle oikean lämpöisiä sekä suhteellisesti lasin muihin osiin verrattuna että absoluuttisesti. Lämpötilat vaihtelevat lasin pinnalla varsinaisen taivutuksen aikana 550 - 620°C välillä.Bending of the glass by the edge molding method requires a precisely controlled temperature distribution. The temperatures of the various points of the glass sheet 1 to be bent must be at the correct temperature, both in relation to the other parts of the glass and in absolute terms. Temperatures on the glass surface during the actual bending vary between 550 and 620 ° C.

Reunamuottimenetelmässä hallitaan koko taivutustapahtuma pelkästään lämpötilaerojen ja painovoiman avulla. Siksi lämpötila-jakauman tarkka hallinta mahdollistaa myös vaikeiden lasimuo-tojen taivuttamisen reunamuottimenetelmäl1ä. On tunnettua käyttää sähkövastuskenttää, jossa 1ämpöti1 ajakaumaa säädetään kytkemällä yksittäisiä vastuksia päälle ja pois. Tällä menetelmällä ei kuitenkaan päästä niin tarkkaan lämpötila jakauman hallintaan, että se mahdollistaisi myös vaikeiden lasimuotojen taivuttamisen reunamuottimenetelmällä.In the edge mold method, the entire bending event is controlled by temperature differences and gravity alone. Therefore, precise control of the temperature distribution also makes it possible to bend difficult glass shapes by the edge mold method. It is known to use an electric resistance field in which the 1temperature1 timing is adjusted by switching individual resistors on and off. However, this method does not allow the temperature distribution to be controlled so precisely that it would also allow difficult glass shapes to be bent by the edge mold method.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudentyyppinen menetelmä, jolla 1asi1evyaihion kuumentaminen taivutusta varten voidaan suorittaa siten, että lasilevyaihion lämpötila jakauma voidaan tarkasti hallita.The object of the invention is to provide a new type of method by which the heating of a glass sheet blank for bending can be carried out in such a way that the temperature distribution of the glass sheet blank can be precisely controlled.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä oheisissa patenttivaatimuksissa esitettyjen tunnusmerkkien perusteella.This object is achieved by the invention on the basis of the features set out in the appended claims.

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaavioi 1isesti keksinnön mukaisen menetelmän suorittamista ja 2 90653 kuvio 2 esittää päältä nähtynä 1asi1evyaihiota, jota kuumennetaan keksinnön mukaisella menetelmällä.In the following, the invention will be illustrated with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 schematically shows the execution of the method according to the invention and Fig. 90653 Fig. 2 shows a top view of a sheet blank heated by the method according to the invention.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen käytettävän laitteen yhtä suoritusesimerkkiä.Figure 3 shows one embodiment of an apparatus used to perform the method according to the invention.

Keksintö perustuu siihen tietoon, että tietyn aallonpituuden omaava lasersäteily absorboituu käytännöllisesti katsoen kokonaan lasiin, jolloin 1asersätei 1 yä voidaan käyttää lasin kuumentamiseen. Täsmälleen oikea 1ämpöti1 a jakauma lasiaihion pinnalle saadaan skannaamalla aihion pintaa esim. puissimoduloi-dulla infrapunalasersäteellä.The invention is based on the knowledge that laser radiation of a certain wavelength is practically completely absorbed into the glass, whereby the laser beam can be used to heat the glass. Exactly the correct distribution of the temperature on the surface of the glass blank is obtained by scanning the surface of the blank with, for example, a wood-modulated infrared laser beam.

Kuvion 1 kaaviossa laserilta 2 lähetetään lasersäde 5 fokusom-tilinssin 3 ja peilin 4 kautta lasin G pintaan. Peiliä 4 edestakaisin kääntelemällä saadaan aikaan lasersäteen 5 pyyhkäisy tai skannaaminen yhteen suuntaan, ja kääntämällä peiliä 4 ensimmäisen kääntöakselin suhteen poikittaisen kääntöakselin ympäri, saadaan pyyhkäisy tai skannaus toiseen suuntaan. Kuviossa 2 esitetty piste 5p, jossa lasersäde 5 kohtaa lasilevyn G, saadaan tällöin liikkumaan pitkin skannausrataa, jolla on esim. kuviossa 2 esitetyn radan 5s muoto.In the diagram of Figure 1, the laser beam 5 is transmitted from the laser 2 through the focal lens 3 and the mirror 4 to the surface of the glass G. Rotating the mirror 4 back and forth provides for scanning or scanning of the laser beam 5 in one direction, and rotating the mirror 4 about an axis of rotation transverse to the first axis of rotation results in scanning or scanning in the other direction. The point 5p shown in Fig. 2, where the laser beam 5 meets the glass plate G, is then made to move along a scanning path having, for example, the shape of the path 5s shown in Fig. 2.

Jos tarvitaan suurehkoja pyyhkäisynopeuksia, voidaan skanneri toteuttaa edullisesti kahdella pyörivällä monitahoisella peilillä, kuten on esitetty kuviossa 3. Toinen nopeammin pyörivä peili 4a skannaa toista suuntaa ja toinen, hitaammin pyörivä peili 4b skannaa tätä vastaan kohtisuoraa suuntaa. Ohjausyksikkö 7 säätää peilien 4a ja 4b pyörimisnopeuksia joko manuaalisesti säädettävien asetusarvojen perusteella tai tietokoneen ohjaamana. Peilien 4a, 4b avulla lasersäde 5 saatetaan siis liikkumaan television juova- ja kuvapoikkeutusten tapaan.If higher scanning speeds are required, the scanner can preferably be implemented with two rotating complex mirrors, as shown in Fig. 3. One faster rotating mirror 4a scans the other direction and the second, slower rotating mirror 4b scans the direction perpendicular thereto. The control unit 7 adjusts the rotational speeds of the mirrors 4a and 4b either on the basis of manually adjustable setpoints or under the control of a computer. By means of the mirrors 4a, 4b, the laser beam 5 is thus made to move in the same way as the line and image deflections of the television.

Lämpöti1 a jakaumaa voidaan hallita suurella tarkkuudella käyttämällä yhtä tai useampaa seuraavista menettelytavoista: sää- 3 90653 detään fokusointi 1inssisysteemi11ä 3 lasersäteen 5 halkaisijaa tai kiilakulmaa; säädetään lasersäteen pyyhkäisynopeutta esim. ohjaamalla peilien 4a ja 4b pyörimisnopeuksia; säädetään laserin 2 tehoa, jolla lasersäde 5 lähetetään. Yksi tai useampi näistä säädöistä voidaan tehdä tietokoneen 6 ohjauksella. Tietokoneelle 6 voidaan antaa ennalta määrätty taivutusmuoto, jonka perusteella tietokoneen ohjelma säätää oikeat arvot yhdelle tai usemmalle edellä mainituista säätösuureista. Tietokoneohjelmaa tehtäessä tarvittavat säädöt voidaan hakea kokeellisesti ja ohjelma voidaan opettaa ohjaamaan erilaisille taivutusmuodoille tarvittavat lämpötila jakaumat. Esim. pisteen 5p halkaisija voi vaihdella muutamasta millimetristä muutamaan senttimetriin. Pyyhkäisynopeudet voivat suurestikin vaihdella. Myös laserin 2 tehon ohjauksella saadaan nopea ja tehokas säätö, jolla yksinäänkin voidaan toteuttaa 1ämpöti1 a jakauman tarkka hallinta.The thermal distribution can be controlled with high precision by using one or more of the following procedures: adjusting the focusing lens 3 to 3 the diameter or wedge angle of the laser beam; adjusting the scanning speed of the laser beam, e.g. by controlling the rotational speeds of the mirrors 4a and 4b; adjusting the power of the laser 2 at which the laser beam 5 is transmitted. One or more of these adjustments can be made under the control of a computer 6. The computer 6 can be given a predetermined bending shape, on the basis of which the computer program adjusts the correct values for one or more of the above-mentioned control variables. When making a computer program, the necessary adjustments can be retrieved experimentally and the program can be taught to control the temperature distributions required for different bending modes. For example, the diameter of point 5p can vary from a few millimeters to a few centimeters. Sweep speeds can vary widely. The power control of the laser 2 also provides fast and efficient control, which alone can be used to precisely control the distribution of the temperature.

Jo nykyisin käytössä olevista lasereista sopiva laser on C02- eli hiilidioksidilaser, jonka tehoalue riittää nykyisin jopa 45 kW:iin. Sen aallonpituus on noin 10,6 pm. Hiilidioksidilaserin säteily absorboituu käytännöllisesti katsoen kokonaan lasiin, joten tehoa ei mene hukkaan. Hiilidioksidilaser on tällä hetkellä myös tehoonsa nähden halvin lasertyyppi. Toisaalta se on myös käytännössä pitkäaaltoisin ja pitkäaaltoinen säteily absorboituu parhaiten lasiin.Of the lasers already in use today, a suitable laser is a CO2 or carbon dioxide laser with a power range of up to 45 kW. Its wavelength is about 10.6 pm. The radiation from the carbon dioxide laser is virtually completely absorbed into the glass, so power is not wasted. The carbon dioxide laser is currently also the cheapest type of laser in terms of power. On the other hand, it is also practically the longest wave and long wave radiation is best absorbed into the glass.

Lasersätei1yn hyvä absorboitumiskyky johtaa siihen, että laserin linsseinä 3 voidaan käyttää vain harvoja materiaaleja. Hiilidioksidilaserin tapauksessa linsseinä käytetään sinkki-seleeni (ZnSe) tai gal 1ium-arsenidi (GaAr) linssejä. Myös NaCl ja KaCl linssit ovat mahdollisia, mutta hygroskooppisina ne pilaantuvat huoneilman kosteuden vaikutuksesta ja ovat siis kertakäyttöisiä.The good absorption capacity of the laser beam means that only a few materials can be used as the laser lens 3. In the case of a carbon dioxide laser, zinc-selenium (ZnSe) or galium arsenide (GaAr) lenses are used as lenses. NaCl and KaCl lenses are also possible, but when hygroscopic they are polluted by the humidity of the room air and are therefore disposable.

Muista mahdollisista lasertyypeistä voidaan mainita CO- eli 4 90653 hii1imonoksidi1aser, jonka aallonpituus on noin 5 um. CO-laserit ovat vasta tutkimusvaiheessa ja niiden tehoalue on toistaiseksi melko rajoitettu.Other possible types of lasers include CO, i.e., 90,903 carbon monoxide laser having a wavelength of about 5 μm. CO lasers are still in the research phase and their power range is so far quite limited.

Sopivasti esikuumennetun 1asi1evyaihion taivutukseen tarvittavan lämpötila jakauman aikaansaamiseksi riittää noin 30 sekunnin kuumennus noin 10 kW:n konepajalaseri11 a (C02-laser).For about a second, a heating of about 10 kW in a workshop laser (CO 2 laser) is sufficient to achieve the temperature distribution required for bending a suitably preheated glass blank.

Lämpötila jakauman aikaansaamiseksi tarvittavaan lasertehoon vaikuttavat: - lasin massa - lasin ominaislämpökapasiteetti - lämmitysaika - haluttu jakauma.The temperature required to achieve the temperature distribution is influenced by: - the mass of the glass - the specific heat capacity of the glass - the heating time - the desired distribution.

Lasin ominaislämpökapasiteetti muuttuu jonkin verran lämpötilan muuttuessa. Käytännön tarpeisiin melko hyvänä approksimaationa voidaan lasin taivutus 1ämpöti1assa pitää arvoa 1,27 kJ/kg.The specific heat capacity of glass changes somewhat as the temperature changes. As a fairly good approximation to practical needs, the value of 1.27 kJ / kg can be maintained in the bending of glass.

Lämpötila jakauma otetaan huomioon 1ämpökenttäkapasiteeti11 a. Se määritellään kunkin pisteen lämpötilaeron ja sen massan tulona: siis dm · dT. Koko lämpötila jakauma tulee huomioonotetuksi summaamalla kumulatiivisesti yhteen eli integroimalla lämpötilaeron ja massan tulo koko massan yli. Koska lasi on tasapaksua, voidaan em. integraali muuttaa integraaliksi lasin pinnan yli pinta-alkion ja lämpötilaeron kesken ja kertomalla tulos lasin tiheydellä ja sen paksuudella.The temperature distribution is taken into account 1the heat field capacity11 a. It is defined as the product of the temperature difference at each point and its mass: i.e. dm · dT. The whole temperature distribution is taken into account by cumulatively summing together, ie by integrating the temperature difference and the product of the mass over the whole mass. Since the glass is of uniform thickness, the above integral can be converted to integral over the surface of the glass between the surface element and the temperature difference and by multiplying the result by the density of the glass and its thickness.

Lämpötilakapasiteetti on siis s · roo · integraali dA · dT.The temperature capacity is thus s · Roo · integral dA · dT.

Tarvittava laserteho saadaan siis jakamalla 1ämpökenttäkapa-siteetti kuumennusaja 11 a. Vastaavasti kuumennusaika saadaan jakamalla laserin teho 1ämpökenttäkapasiteet111 a.The required laser power is thus obtained by dividing the heat field capacity by the heating time 11a. Correspondingly, the heating time is obtained by dividing the laser power by the heat field capacities 111a.

Suurehko konepajalaser on säteen kuumennusteholtaan noin 5 90653 10 kW:n tehoinen. Tällaisen kuumennusajaksi tyypillisellä 1ämpöti1 ajakaumal1 a ja 10 kg:n lasilla tulisi noin \ minuuttia.The larger workshop laser has a beam heating power of about 5,905,53 10 kW. The heating time for such a typical temperature and 10 kg glass would be about \ minutes.

1270 J/kgK · 0,3 · m kg · 70 K jossa m on lasin massa n. 10 kg => jakauman energia 600°C:ssa = 270 kJ 270 kJ/10 kW = n. 30 sekuntia1270 J / kgK · 0.3 · m kg · 70 K where m is the mass of the glass approx. 10 kg => distribution energy at 600 ° C = 270 kJ 270 kJ / 10 kW = approx. 30 seconds

Kuumennusaika on melko lyhyt, joten samaa laseria voidaan haluttaessa käyttää muuhun työhön esim. jakamalla säde peileillä toiseen linjaan.The heating time is quite short, so the same laser can be used for other work if desired, for example by dividing the beam with mirrors into another line.

Taipuvan lasin lämpötilaa voidaan mitata yhdellä tai useammalla pyrometrilla ja tämä 1ämpöti1amittaus voidaan kytkeä ohjaamaan laserilla tuotavaa kuumennustehoa. Lasin lämpötilan mittaus sätei1ylämpömittari1 la voidaan myös takaisinkytkeä lämmitystehon ohjaukseen saman pei1ijärjestelmän kautta, jolla lasersädettä 5 ohjataan. Tällöin mittaus voidaan tehdä lasersäteen 5 ollessa hetkeksi pois kytkettynä.The temperature of the flexible glass can be measured with one or more pyrometers, and this temperature measurement can be connected to control the heating power introduced by the laser. The measurement of the temperature of the glass by the radiant thermometer 1a can also be feedback to control the heating power via the same mirror system with which the laser beam 5 is controlled. In this case, the measurement can be made with the laser beam 5 switched off for a moment.

Lämmitystehon takaisinkytkentäohjaus voi perustua mainitun 1ämpöti lamittauksen ohella tai sen lisäksi myös lasin etäisyyden eli taipumisasteen mittaukseen. Peilin 4 tai 4a ja/tai 4b tietyssä kulma-asennossa säteellä 5 on tietty suunta ja pisteellä 5p tietty sijainti. Kun pistettä 5p tarkastellaan suunnasta, joka muodostaa ennalta määrätyn kulman säteen 5 kanssa, osuu piste 5p tarkastelulinjal1 e vain silloin, kun lasilla on tietty taipumisaste pisteen 5p kohdalla. Tähän perustuen voidaan lasin taipumisasteen mittaus järjestää tutkimalla pisteestä 5p saatavaa sirontavaloa tai heijastussädettä ennalta määrätyssä tarkastelukulmassa peilin 4 tai 4a ja/tai 4b tietyllä kulma-asennolla. Tämä mittaustulos voidaan järjestää ohjaamaan lasin kuumennusta ja katkaisemaan se kun ennalta määrätty taipumisaste saavutetaan eli piste 5p havaitaan ennalta määrätyssä kohdassa ennalta määrätyllä korkeudella.The feedback control of the heating power can be based not only on the above-mentioned temperature lamination but also on the measurement of the distance of the glass, i.e. the degree of bending. In a certain angular position of the mirror 4 or 4a and / or 4b, the radius 5 has a certain direction and the point 5p a certain position. When the point 5p is viewed from a direction which forms a predetermined angle with the radius 5, the point 5p hits the viewing line1e only when the glass has a certain degree of deflection at the point 5p. Based on this, the measurement of the degree of deflection of the glass can be arranged by examining the scattering light or the reflection beam obtained from the point 5p at a predetermined viewing angle at a certain angular position of the mirror 4 or 4a and / or 4b. This measurement result can be arranged to control the heating of the glass and to cut it off when a predetermined degree of bending is reached, i.e. a point 5p is detected at a predetermined point at a predetermined height.

Claims

A method for bending glass sheets, in which the glass sheet supported by the mold (1) is heated throughout to a bending temperature, characterized in that the thermal energy required for bending is introduced into the glass by a laser (5). , which controls the power or deflection of the laser beam based on a predetermined bending mode assigned to the computer program.

A method according to claim 1, characterized in that the glass to be bent or bent, possibly preheated close to the bending temperature, is wiped with a laser beam of sufficient power to raise the temperature of the glass sheet at least locally during the bending of the glass sheet.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the heating effect of the laser beam (5) is applied in different ways to the bending glass sheet at different points.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the heating effect of the laser beam is adjusted by one or more of the following methods: adjusting the diameter or the wedge angle of the laser beam (5); adjusting the scanning speed of the laser beam (5); adjust the power of the laser beam (5).

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the laser beam is deflected by means of one or more mirrors (4).

Method according to Claim 4, characterized in that the laser beam is deflected by means of at least one rotating mirror (4a, 4b). 7 90653

6 90653 Patent 11 claims

Method according to claim 6, characterized in that the laser beam is deflected by means of two rotating mirrors (4a, 4b), one mirror (4a) rotating faster and deflecting the laser beam (5) in the first deflection direction, and the second mirror (4b) rotating substantially slower and deflects the laser beam (5) in the second deflection direction.

Method according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the wavelength of the laser used is in the range from 5 to 15 μm.

Method according to Claim 8, characterized in that a carbon dioxide laser is used as the laser.

Method according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the temperature of the glass is measured by a radiant thermometer 11a / pyrometer 11a and the measurement result is used to control the heating power of the glass.

Method according to Claim 10, characterized in that the radiant temperature measurement of the glass temperature is carried out via the same mirror system (4; 4a, 4b) as with which the laser beam (5) is deflected.

Method according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the degree of bending of the glass is measured "by examining the point of intersection (5p) between the laser beam (5) and the glass (G) at a viewing angle with a predetermined angular deviation of the laser beam at said point (5p). (5) with respect to direction β 90653 Patentkray