FI90653B - Menetelmä lasilevyn taivuttamiseksi - Google Patents

Description

1 90653

Menetelmä lasilevyn taivuttamiseksi. - Förfarande för böjning av en glasskiva.

, Keksinnön kohteena on menetelmä lasilevyn taivuttamiseksi.

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.

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.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudentyyppinen menetelmä, jolla 1asi1evyaihion kuumentaminen taivutusta varten voidaan suorittaa siten, että lasilevyaihion lämpötila jakauma voidaan tarkasti hallita.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä oheisissa patenttivaatimuksissa esitettyjen tunnusmerkkien perusteella.

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.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen käytettävän laitteen yhtä suoritusesimerkkiä.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Sopivasti esikuumennetun 1asi1evyaihion taivutukseen tarvittavan lämpötila jakauman aikaansaamiseksi riittää noin 30 sekunnin kuumennus noin 10 kW:n konepajalaseri11 a (C02-laser).

Lämpötila jakauman aikaansaamiseksi tarvittavaan lasertehoon vaikuttavat: - lasin massa - lasin ominaislämpökapasiteetti - lämmitysaika - haluttu jakauma.

Lasin ominaislämpökapasiteetti muuttuu jonkin verran lämpötilan muuttuessa. Käytännön tarpeisiin melko hyvänä approksimaationa voidaan lasin taivutus 1ämpöti1assa pitää arvoa 1,27 kJ/kg.

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.

Lämpötilakapasiteetti on siis s · roo · integraali dA · dT.

Tarvittava laserteho saadaan siis jakamalla 1ämpökenttäkapa-siteetti kuumennusaja 11 a. Vastaavasti kuumennusaika saadaan jakamalla laserin teho 1ämpökenttäkapasiteet111 a.

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.

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 sekuntia

Kuumennusaika on melko lyhyt, joten samaa laseria voidaan haluttaessa käyttää muuhun työhön esim. jakamalla säde peileillä toiseen linjaan.

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.

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.

Claims (12)

1. Menetelmä lasilevyjen taivuttamiseksi, jossa menetelmässä muotilla (1) kannatettu lasilevy lämmitetään kauttaaltaan ta:·· vutuslämpöti1 aan, tunnettu siitä, että taivutusta varten tarvittavaa lämpöenergiaa tuodaan lasiin laserilla (5), jonka lämmön kohdistusta taivutettavan lasilevyn eri alueisiin ohjataan tietokoneella (6), joka suorittaa lasersäteen tehon tai poikkeutuksen ohjausta tietokoneen ohjelmalle annetun ennalta määrätyn taivutusmuodon perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että taivutettavaa tai taipuvaa, mahdollisesti lähelle taipumis1ämpöti1 aa esikuumennettua lasia pyyhitään lasersäteellä, jonka teho on riittävä nostamaan lasilevyn lämpötilaa ainakin paikallisesti lasilevyn taipumisen aikana.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasersäteen (5) lämmitysvaikutus kohdistetaan eri tavoin eri kohtiin taipuvaa lasilevyä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menettely, tunnettu siitä, että lasersäteen lämmitysvaikutusta säädetään yhdellä tai useammalla seuraavista menettelytavoista: säädetään lasersäteen (5) halkaisijaa tai kiilakulmaa; säädetään lasersäteen (5) pyyhkäisynopeutta; säädetään lasersäteen (5) tehoa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, t u n -n e t. t u siitä, että lasersädettä poikkeutetaan yhden tai useamman peilin (4) avulla.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasersädettä poikkeutetaan ainakin yhden pyörivän peilin (4a, 4b) avulla. 7 90653

6 90653 Paten 11 ivaatimukset

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasersädettä poikkeutetaan kahden pyörivän peilin (4a, 4b) avulla, joista toinen peili (4a) pyörii nopeammin ja poikkeuttaa lasersädettä (5) ensimmäisessä poikkeutussuunnassa, ja toinen peili (4b) pyörii olennaisesti hitaammin ja poikkeuttaa lasersädettä (5) toisessa poikkeutussuunnassa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetyn laserin aallonpituus on alueella 5-15 pm.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laserina käytetään hiilidioksidilaseria.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasin lämpötilaa mitataan sätei1ylämpömittari 1la/pyrometri11 a ja mittaustulosta käytetään lasin lämmitystehon ohjaukseen.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasin lämpötilan sätei1yiämpömittaus suoritetaan saman pei 1 i jär jestelmän (4; 4a, 4b) kautta kuin millä laser-sädettä (5) poikkeutetaan.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasin taipumisastetta mitataan " tutkimalla lasersäteen (5) ja lasin (G) välistä kohtaamispis tettä (5p) tarkastelukulmassa, jolla on ennalta määrätty kulma-poikkeama kyseiseen pisteeseen (5p) osuvan lasersäteen (5) suuntaan nähden. β 90653 Patentkray