WO2000002700A1 - Verfahren und vorrichtung zum schneiden eines werkstückes aus sprödbrüchigem werkstoff - Google Patents

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WO2000002700A1 PCT/EP1999/004069 EP9904069W WO0002700A1 WO 2000002700 A1 WO2000002700 A1 WO 2000002700A1 EP 9904069 W EP9904069 W EP 9904069W WO 0002700 A1 WO0002700 A1 WO 0002700A1
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focal spot
workpiece
circular
laser
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PCT/EP1999/004069
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Bernd Hoetzel
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Schott Spezialglas Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for cutting a workpiece made of brittle material, in particular glass or ceramic, with a laser beam.
  • a preferred application is the cutting of flat glass.
  • the invention further relates to a device for cutting such a workpiece by means of a laser beam.
  • Conventional separation methods for flat glass are based on first generating a scratch mark in the glass using a diamond or a cutting wheel, in order to then break the glass along the weak point generated by an external mechanical force.
  • a disadvantage of this method is that the scratch mark removes particles (splinters) from the surface that can deposit on the glass and can lead to scratches there, for example. So-called mussels on the cut edge can also occur, which lead to an uneven glass edge. Furthermore, the microcracks in the cutting edge that occur during scribing lead to reduced mechanical strength, i. H. to an increased risk of breakage.
  • One approach to avoid splinters as well as shells and microcracks is to cut glass on the basis of thermally generated stress. This involves using a heat source that is directed towards the glass fixed speed moved relative to the glass and so generated such a high thermal stress that the glass cracks.
  • the necessary property of the heat source to be able to position the thermal energy locally, ie with an accuracy better than a millimeter, which corresponds to the typical cutting accuracy, is satisfied by infrared radiators, special gas burners and in particular lasers. Lasers have proven themselves and become established due to their good focusability, good controllability of the power and the possibility of beam shaping and thus the intensity distribution on glass.
  • This laser beam cutting process which induces a thermomechanical stress up to the breaking strength of the material due to local heating by the focused laser beam in combination with cooling from the outside, has become known from several documents listed below and differs fundamentally from that, for example known from EP 0 062 484 AI, JP 10-166170A or US Pat. No. 5,237, 150, the laser beam cutting method, in which the glass is melted to form a kerf, a gas being supplied via an annular nozzle, through which the kerf is constant blown clean and the laser optics is cooled.
  • the first-mentioned laser beam cutting method has proven to be the superior method for a variety of reasons and has become established in practice.
  • the invention also emanates from him.
  • the cutting ability that can be achieved by the aforementioned method and the usability of the method are determined in particular by the intensity distribution in the laser beam and the type of cooling, which will be explained below using known methods.
  • the cutting method known from WO 93/20015 uses a laser beam with an elliptical shape with a trailing cooling spot. This method shows good results in straight-line scribing of non-metallic plate material, but cannot ensure high-quality and high-precision scribing along a curved contour. In addition, the method mentioned has a low stability of the cutting process with a high radiation density and high cutting speeds.
  • heating is carried out in accordance with WO 96/20062 by means of a heat beam, in the cross section of which runs through the center of the beam, the density of the radiation power decreases from the periphery to the center.
  • An elliptical beam is used, which causes a temperature distribution in the form of an elliptical ring.
  • a disadvantage of this method is that in the front area of the elliptical radiation beam, when viewed in the cutting direction, there is already unnecessary heating in the area of the dividing line.
  • the two legs of the V- or U-shaped curve are equally spaced adjacent to the dividing line, so that with such a shape of the heat radiation spot, the workpiece surface is initially heated to a large width, which can be up to a few millimeters, by the two spaced intensity maxima , with a local temperature minimum between the two intensity maxima. Due to the convergence of the legs of the V- or U-shaped curve at the rear end of the heat radiation spot, the local temperature minimum is increasingly reduced, i.e. the temperature in the region of the dividing line increases towards the end of the heat radiation spot and reaches a local temperature maximum there, especially at the Workpiece surface, which is still below the melting temperature of the workpiece.
  • Such a heat radiation spot has the effect that, in the area of the distance between the intensity maxima, a homogeneous heating of the workpiece over a large width and also in depth to a temperature below the melting temperature is achieved, which is the case with a beam with a maximum intensity in the center, especially at the beginning of the heat radiation spot , is not the case.
  • the heating trace generated in this way is followed by direct cooling by means of a liquid, a gas or a supercooled mechanical probe, which has the greatest intensity on the dividing line. This cooling causes a contraction of the material.
  • a laser beam cutting method for cutting hollow glasses has become known from DE 44 11 037 C 2, which works with a fixed, fixed laser beam bundled into a spot, which generates a thermal stress zone around the rotating hollow glass. Thereafter, cooling is carried out along the introduced stress zone over the entire circumference of the hollow glass with a spray water mist blown out of a nozzle, and in this way a separation of the hollow glass rim is achieved in connection with a mechanically or thermally generated starting tear.
  • this known method is practically only suitable for separating the edge of hollow glasses due to the sequential heating and cooling.
  • a laser beam cutting method is known in which the laser beam is shaped so that its beam cross-section has an elongated shape on the surface of the workpiece, in which the ratio of length and width of the beam cross-section incident by means of a Aperture in the laser beam path is adjustable.
  • This method is also very limited in its usability. With free-form cuts, the elongated focal spot, as already explained in connection with DE 197 15 537 A1, can be adapted in its curvature to the respective contour.
  • the known method is also practically only suitable for cutting off the press rim of hollow glasses, where the hollow glass rotates in the fixed laser beam, initially extensively the edge is heated by the laser beam and then cooled by inflating the gas.
  • the invention has for its object to carry out the above-described method or to design the associated device so that with simple measures, any free-form cuts with high accuracy and with rounding of the sharp-edged edges are possible without micro-cracks and mussels.
  • Generating a laser beam and guiding the laser beam focused on the workpiece to be cut without melting the material generating a relative movement between the laser beam and the workpiece while moving the laser beam along a predetermined cutting line with induction of thermomechanical tension, shaping the laser beam in such a way that that on the Surface of the workpiece to be cut acts as a focal spot cross section takes a circular shape, and Inflation of a fluid cooling medium concentrically to the circular focal spot on its outer edge while increasing the thermomechanical tension up to the breaking strength of the material.
  • the object is achieved according to the invention by a device with:
  • a laser beam source for generating a high-energy laser beam, and optical means for guiding the laser beam focused on the cutting line without melting the material, a drive arrangement for generating a relative movement between the focused laser beam and the workpiece while moving the laser beam along the predetermined cutting line without kerf inducing one thermomechanical tension,
  • the measures according to the invention make it possible with great advantage to cut out workpiece parts with any geometry from the brittle material, in particular glass, by simply following them along the cutting contour. Because of the strong local temperature maximum on the cutting line and the immediately adjacent concentric cooling, the cut follows each free form very precisely. Thus, for example, with thin glass (approx. 50 ⁇ m), but also with thick glass (several millimeters), any geometries can be cut.
  • Another advantage of the invention is that mechanical breaking after the heat and cooling treatment is not necessary, so that clean separating edges are obtained which contain neither microcracks nor shells.
  • the gas which is preferably inflated concentrically to the circular focal spot by an annular nozzle, serves to generate thermomechanical stress as a prerequisite for breaking the glass along the cutting line.
  • the laser beam does not melt the brittle material.
  • the laser beam is therefore shaped in such a way that the beam cross section in the focal spot forms a closed but widened circular area, the intensity of which is significantly below that of the highly focused laser spot.
  • Another possibility of reducing the point intensity is to shape the laser beam in accordance with another development such that the beam cross section forms a circular ring in the focal spot.
  • These beam cross sections are preferably generated by a scanner device. It is also possible to use lasers with a corresponding TEM 00 * or TEM 01 * mode, in which the beam is not formed with downstream optical means, but already in the laser by means of a corresponding resonator structure.
  • the laser is preferably a Co 2 laser, the wavelength of which corresponds to the spectral absorption maximum of the material to be cut.
  • This CO 2 laser emits light in the far infrared range at a wavelength of 10.6 ⁇ m. This heat radiation shows considerable peculiarities in the effect on matter. It is strongly absorbed by most materials that are transparent in visible light.
  • the CO 2 laser like any other laser that is sufficiently absorbed by the material, is suitable for the final fusion and rounding of the sharp-edged broken edge.
  • a laser that can be tuned in wavelength is preferably used.
  • the wavelength at which this shows the strongest absorption can be set for each material, so that the energy losses are minimized.
  • the absorption edge in the glass is very much dependent on the wavelength of the laser, since the radiation used lies on the shoulder of a vibration band of the oxidic bond.
  • CO 2 lasers that use an interference grating to emit the emitted wavelength from 9.4 to Can change 11.8 ⁇ m.
  • the absorption spectrum also depends very sensitively on the chemical composition of the glass. Depending on the thermal and mechanical properties of the glass mixture, a higher or lower absorption edge will lead to different results when blasting off. That is why the wavelength is optimized for the type of glass.
  • annular nozzle In order to inflate the fluid cooling medium concentrically to the circular focal spot, an annular nozzle with a tapering flow from top to bottom is preferably used according to one embodiment of the invention. This makes it possible in a simple manner to adjust the flow of the fluid cooling medium exactly concentrically adjacent to the focal spot via the distance - nozzle to workpiece - in order to generate a high thermomechanical voltage.
  • a fluid cooling medium should be understood to mean both liquids and gases or mixtures of the two.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for generating a circular laser beam focal spot with an adjacent concentric cooling zone
  • Fig. 2 in two representations A and B two possibilities for
  • Blowing the cooling spot. 1 shows a device for cutting a workpiece made of brittle material, here in the form of a glass plate 1 moved in the direction of the arrow, which is to be cut along the cutting line 2.
  • the cutting or cutting takes place by means of a laser beam spot 3, the beam cross section of which generally has a circular shape, as will be explained later with reference to FIG. 2 using two examples.
  • a laser 4 is provided as the laser beam source, in particular a CO 2 laser, which emits a laser beam 5.
  • This laser beam 5 strikes a first mirror 6 oscillating about a vertical axis, which moves the beam 5 back and forth in a plane parallel to the surface of the glass pane 1.
  • This oscillating laser beam strikes a second mirror 7 oscillating about a horizontal axis, which moves the reflected laser beam back and forth in the X direction.
  • the arrangement of the mirrors 6 and 7 can also be interchanged. Due to the superposition of the two oscillating movements, the laser beam generates the desired circular focal spot 3 on the workpiece surface. In order to coordinate the oscillations of the two mirrors 6 and 7 with one another, i.e.
  • a common control and regulating device 8 is provided, which is connected to the drives of the two mirrors 6, 7, not shown, via the control lines 8 a, 8 b.
  • the oscillation frequency of the two mirrors is preferably 500 to 2000 Hz, so that a cutting speed of 50 mm / sec to 1000 nm / sec can be achieved, which depends on the radiation intensity used.
  • the optical device has a mirror wheel, the surface of which is curved in such a way that a laser beam reflected thereon during a rotation of the Mirror wheel describes at least one circular curve on the surface of the workpiece 1 to be cut.
  • Such a scanner device for generating a (but differently shaped) laser beam focal spot is known per se from DE 197 15 537 A1 cited at the beginning.
  • the generation of the circular focal spot 3 by means of a scanner 6 to 8 is an advantageous embodiment, but a laser beam source operating in the corresponding TEM mode can also be used if the scanner is omitted, as will be explained with reference to FIG. 2. In this case, a stationary, rather than a moving, laser beam is used.
  • the laser beam 5 is focused by means of an optical focusing device (not shown), however, by scanning the circle 3, the intensity in the focal spot remains significantly below that of a highly focused laser spot in order to prevent the glass from melting. It is chosen so that a thermomechanical stress is induced in the glass along the cutting line 2.
  • annular nozzle 9 is provided with a central bore 9 a for the laser beam 5, which has an annular space 9 b concentric with the bore, which is fluidly connected to a (not shown) source of a fluid cooling medium is.
  • the annular space is preferably conical toward the workpiece surface.
  • the fluid cooling medium becomes concentric with the circular focal spot on its outer edge while increasing the Inflated thermomechanical stress beyond the breaking strength of the glass. Due to the conical guidance of the cooling flow, there is advantageously the possibility of setting the cooling flow exactly around the laser spot 3 via the distance nozzle 9 - glass plate 1.
  • This inventive design of a circular focal spot 3 with an annular cooling zone concentric with it makes it possible for the first time by simply traversing the cutting line 2 without complex control measures to achieve free-form cuts of any type with rounded edges without microcracks or mussels.
  • the fluid cooling medium can be cool compressed air or, more advantageously, an air-water mixture, because it increases the temperature gradient.
  • Other cooling media are also conceivable.
  • the laser beam focal spot 3 as shown in FIG. 2A, can have the shape of a closed circular area with the associated Gaussian intensity distribution, the zone with low intensity being shown in dotted lines for simplicity in the focal spot.
  • This focal spot 3 can be formed by the scanner 6, 7, 8 described or by a laser 5, which generates a laser beam 5 with TEM 00 * mode through a special resonator structure.
  • the laser beam spot 3 as shown in FIG. 2B can have the shape of a circular ring zone with a reduction in intensity in the center.
  • This focal spot can also be formed by means of the scanner 6, 7, 8 or by a laser 5, which generates a laser beam with TEM 01 * mode through a special resonator structure. Since such lasers with a special TEM mode are relatively expensive and are also not available for all required performance classes, the circular focal spots are preferably generated by means of the scanner 6, 7, 8.
  • the diameter of the focal spot diameter is between 0.5 mm and several millimeters. It depends on the required laser power, cooling, material type, material thickness and the desired feed rate.
  • hollow glass can also be cut.
  • FIG. 3 in three longitudinal sectional views A, B, C and in three cross-sectional views D, E and F different basic options for forming the ring nozzle 9 are shown.
  • a tube 9 c with the central bore 9 a is surrounded by a coaxial annular space 9 b with a straight tube wall 9 d, which leads to a cross section corresponding to FIG. 3 D.
  • the arrangement can also be made according to the representation in Fig. 3 B so that the inner tube 9 c is surrounded by a cone-shaped jacket 9 d with a conically tapering annular space 9 b.
  • the outlet opening in Annulus can be designed so that it is continuously open, as shown in illustration D, or that it has circular or angular passage openings in a closing edge in accordance with versions E and F.
  • the method described can be used for all brittle materials that can be broken by thermal stress (e.g. ceramics, stones, crystals).
  • the wavelength of the radiation source must be adapted to the absorption properties of the materials.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff, insbesondere Glas oder Keramik, mit einem Laserstrahl (5). Durch die erfindungsgemäße Formung eines kreisrunden Laserstrahlfleckes (3) mit einer diesen unmittelbar konzentrisch umgebenden Kühlzone sind mit einfachen Maßnahmen auch beliebige Freiformschnitte mit hoher Genauigkeit und mit Verrundung der scharfkantig gebrochenen Ränder ohne Mikrorisse und Ausmuschelungen möglich.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbruchigem Werkstoff
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbruchigem Werkstoff, insbesondere Glas oder Keramik, mit einem Laserstrahl. Eine bevorzugte Anwendung ist dabei das Schneiden von Flachglas.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Schneiden eines derartigen Werkstückes mittels eines Laserstrahles.
Konventionelle Trennverfahren für Flachglas basieren darauf, mittels eines Diamanten oder eines Schneidrädchens zunächst eine Ritzspur im Glas zu generieren, um das Glas anschließend durch eine äußere mechanische Kraft entlang der so erzeugten Schwachstelle zu brechen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß durch die Ritzspur Partikel (Splitter) aus der Oberfläche gelöst werden, die sich auf dem Glas ablagern können und dort beispielsweise zu Kratzern führen können. Ebenfalls können sogenannte Ausmuschelungen an der Schnittkante entstehen, die zu einem unebenen Glasrand führen. Weiterhin führen die beim Ritzen entstehenden Mikrorisse in der Schnittkante zu einer verringerten mechanischen Beanspruchbarkeit, d. h. zu einer erhöhten Bruchgefahr.
Ein Ansatz, sowohl Splitter als auch Ausmuschelungen und Mikrorisse zu vermeiden, besteht im Trennen von Glas auf der Basis thermisch generierter Spannung. Hierbei wird eine Wärmequelle, die auf das Glas gerichtet ist, mit fester Geschwindigkeit relativ zu dem Glas bewegt und so eine derart hohe thermische Spannung erzeugt, daß das Glas Risse bildet. Der notwendigen Eigenschaft der Wärmequelle, die thermische Energie lokal, d. h. mit einer Genauigkeit besser einen Millimeter, was den typischen Schnittgenauigkeiten entspricht, positionieren zu können, genügen Infrarotstrahler, spezielle Gasbrenner und insbesondere Laser. Laser haben sich wegen ihrer guten Fokussierbarkeit, guten Steuerbarkeit der Leistung sowie der Möglichkeit der Strahlformung und damit der Intensitätsverteilung auf Glas bewährt und durchgesetzt.
Dieses Laserstrahl-Schneidverfahren, das durch eine lokale Erwärmung durch den fokussierten Laserstrahl in Verbindung mit einer Kühlung von außen eine thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes induziert, ist durch mehrere, weiter unten angeführte Schriften bekannt geworden und unterscheidet sich grundsätzlich von dem ebenso beispielsweise aus der EP 0 062 484 AI, der JP 10-166170A oder der US 5,237, 150 bekannten Laserstrahl-Schneidverfahren, bei dem ein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Schnittfuge stattfindet, wobei über eine Ringdüse ein Gas zugeführt wird, durch das die Schnittfuge ständig sauber geblasen und die Laseroptik gekühlt wird.
Das erstgenannte Laserstrahl-Schneidverfahren hat sich aus den verschiedensten Gründen als das überlegenere Verfahren erwiesen und in der Praxis durchgesetzt. Von ihm geht auch die Erfindung aus. Die durch das vorgenannte Verfahren erzielbare Schneidfähigkeit und die Einsatzfähigkeit des Verfahrens werden dabei insbesondere durch die Intensitätsverteilung im Laserstrahl und die Art der Kühlung bedingt, was nachfolgend anhand bekannter Verfahren erläutert werden soll.
Das aus der WO 93/20015 bekannte Schneidverfahren nutzt einen Laserstrahl mit elliptischer Form, mit einem nachlaufenden Kühlspot. Dieses Verfahren zeigt gute Ergebnisse beim gradlinigen Ritzen von nichtmetallischem Plattenmaterial, kann jedoch kein hochwertiges und hochpräzises Ritzen entlang einer gekrümmten Kontur sichern. Zudem weist das genannte Verfahren eine geringe Stabilität des Schneidablaufs bei einer hohen Strahlungsdichte und hohen Schnittgeschwindigkeiten auf.
Dies hängt damit zusammen, daß die Erhitzung mit einem Laserbündel mit elliptischem Querschnitt und der Gaußschen Verteilung der Strahlungsdichte in einem sehr engen Bereich erfolgt, wobei sich die Temperatur von der Peripherie zum Zentrum gravierend erhöht. Es ist extrem kompliziert, ein stabiles Thermospalten bei hoher Geschwindigkeit, hoher Ritztiefe und dennoch auch eine stabile Leistungsdichte zu erzielen, wenn die Erhitzung des Werkstoffes häufig mit dessen Überhitzung im zentralen Bereich des Bestrahlungsbereiches einhergeht, d. h. die Aufweichtemperatur des Materials überschritten wird, obwohl dies bei hochwertigem Schneiden unzulässig ist.
Um die Erhitzungsbedingungen des Materials entlang der Schnittlinie zu optimieren, erfolgt das Erhitzen gemäß der WO 96/20062 mittels eines Wärmestrahlbündels, in dessen Querschnitt, der durch das Zentrum des Bündels verläuft, sich die Dichte der Strahlungsleistung abnehmend von der Peripherie zum Zentrum hin verteilt. Es wird ein elliptisches Strahlenbündel verwendet, das eine Temperaturverteilung in Form eines elliptischen Ringes bewirkt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß im vorderen Bereich des elliptischen Strahlungsbündels in Schneidrichtung gesehen im Bereich der Trennlinie bereits eine unnötige Aufheizung stattfindet. Hierdurch findet in der Mitte des Strahlungsbündels, d.h. auf der Trennlinie eine unnötig große Aufheizung statt, so daß am Ende des Strahlungsbündels, wo die Strahlungsintensität wiederum im Bereich der Trennlinie sehr groß wird, das Glas unter Umständen schon aufschmelzen kann. Mit diesem Verfahren können ferner nur Gläser mit einer Stärke bis typischerweise 0,2 Millimeter durchtrennt werden, weil bei höheren notwendigen Strahlleistungen ansonsten ein Aufschmilzen stattfindet und der Riß unterbricht. Bei größeren Glasdicken findet nur ein Ritzen des Glases statt.
Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens werden durch das Verfahren nach der DE 197 15 537 A 1 vermieden, das einen Brennfleck mit einer U- bzw. V- förmigen Kontur vorsieht, die sich in Schneidrichtung öffnet.
Die beiden Schenkel der V- bzw. U-förmigen Kurve liegen gleich beabstandet benachbart der Trennlinie, so daß bei einer derartigen Gestalt des Wärmestrahlungsflecks die Werkstückoberfläche durch die beiden beabstandeten Intensitätsmaxima zunächst auf einer großen Breite, die bis zu einigen Millimetern betragen kann, aufgeheizt wird, wobei zwischen beiden Intensitätsmaxima zunächst ein lokales Temperamrminimum besteht. Durch das Zusammenlaufen der Schenkel der V- bzw. U-förmigen Kurve am hinteren Ende des Wärmestrahlungsflecks wird das lokale Temperamrminimum zunehmend verringert, d.h. die Temperatur im Bereich der Trennlinie nimmt zum Ende des Wärmestrahlungsflecks hin zu und erreicht dort ein lokales Temperamrmaximum, insbesondere an der Werkstückoberfläche, das aber noch unterhalb der Schmelztemperatur des Werkstücks liegt. Ein derartiger Wärmestrahlungsfleck bewirkt, daß im Bereich des Abstandes der Intensitätsmaxima eine homogene Aufheizung des Werkstückes auf großer Breite und auch in der Tiefe auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur erreicht wird, was bei einem Strahl mit einer maximalen Intensität im Zentrum, insbesondere am Anfang des Wärmestrahlungsflecks, nicht der Fall ist. Der so erzeugten Aufheizspur folgt eine unmittelbare Kühlung mittels einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines unterkühlten mechanischen Tastkopfes, die auf der Trennlinie die größte Intensität hat. Diese Kühlung bewirkt eine Kontraktion des Materials. Durch die Aufheizung auf großer Breite mit einem Temperaturmaximum auf der Trennlinie wird in Kombination mit der Kühlung, die ebenfalls auf der Trennlinie ihre größte Wirkung zeigt, eine vergleichsweise hohe mechanische Spannung mit einem starken lokalen Maximum auf der Trennlinie erzeugt. Dadurch ist es möglich, auch große Werkstückdicken sauber zu durchtrennen.
Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bei der Ausführung von geraden Schnitten gut bewährt. Bei der Ausführung von Freiformschnitten, d.h. von Schnitten mit beliebiger, auch gekrümmter Kontur, muß eine der Kontur der Schneidlinie angepaßte, gekrümmte U- bzw. V-förmige Intensitätsverteilung erzeugt und der Kontur samt der nachfolgenden Kühlung nachgefahren werden. Dies erfordert insbesondere eine Kopplung der den Brennfleck erzeugenden Scannereinrichtung mit einer Bahnsteuerung, was einen nicht unerheblichen Steuerungs- und Justageaufwand mit sich bringt.
Durch die DE 44 11 037 C 2 ist ein Laserstrahl-Schneidverfahren zum Schneiden von Hohlgläsern bekannt geworden, das mit einem scharf zu einem Spot gebündelten, ortsfesten Laserstrahl arbeitet, der rund um das sich drehende Hohlglas eine thermische Spannungszone erzeugt. Danach wird entlang der eingebrachten Spannungszone über den gesamten Umfang des Hohlglases mit einem aus einer Düse ausgeblasenen Sprühwassernebel gekühlt und so in Verbindung mit einem mechanisch oder thermisch erzeugten Startriß ein Abtrennen des Hohlglasrandes erzielt. Dieses bekannte Verfahren eignet sich jedoch praktisch durch das zeitliche Nacheinander von Erwärmen und Kühlen nur für das Abtrennen des Randes von Hohlgläsern.
Durch die DE 43 05 107 A 1 ist ein Laserstrahl-Schneidverfahren bekannt geworden, bei dem der Laserstrahl so geformt ist, daß sein Strahlquerschnitt auf der Oberfläche des Werkstückes eine längliche Form aufweist, bei dem das Verhältnis von Länge und Breite des auftreffenden Strahlquerschnittes mittels einer Blende im Laser strahlengang einstellbar ist. Auch dieses Verfahren ist in seiner Einsatzfähigkeit stark eingeschränkt. Bei Freiformschnitten müßte der längliche Brennfleck, wie im Zusammenhang mit der DE 197 15 537 A 1 bereits erläutert, in seiner Krümmung der jeweiligen Kontur angepaßt werden. Da die Kühlung erst nach dem vollständigen Erwärmen der Schnittlinie, z.B. durch Anblasen mittels kalter Druckluft, aufgebracht werden soll, eignet sich das bekannte Verfahren praktisch ebenfalls nur für das Abschneiden des Preßrandes von Hohlgläsern, wo sich das Hohlglas im ortsfesten Laserstrahl dreht, wobei zunächst umfänglich der Rand durch den Laserstrahl erwärmt und anschließend durch Aufblasen des Gases gekühlt wird.
In dieser Schrift wird auch darauf verwiesen, daß mit einem runden Strahlquerschnitt nicht die Forderungen zufriedenstellend gelöst werden könnten, auf der einen Seite einen energiereichen Brennfleck zu haben, der auf der anderen Seite jedoch kein Aufschmelzen bewirken darf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bzeichnete Verfahren so zu führen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß mit einfachen Maßnahmen auch beliebige Freiformschnitte mit hoher Genauigkeit und mit Verrundung der scharfkantig gebrochenen Ränder ohne Mikrorisse und Ausmuschelungen möglich sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung für das Verfahren mit den Schritten:
Erzeugen eines Laserstrahles und Führen des Laserstrahles fokussiert auf das zu schneidende Werkstück ohne Aufschmelzen des Werkstoffes, Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück unter Bewegen des Laserstrahles entlang einer vorgegebenen Schneidlinie mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung, Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstückes als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form einnimmt, und Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.
Hinsichtlich der Vorrichmng gelingt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, mit:
einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines hochenergetischen Laserstrahles, und optischen Mitteln zum Führen des Laserstrahles fokussiert auf die Schneidlinie ohne Aufschmelzen des Werkstoffes, einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem fokussierten Laserstrahl und dem Werkstück unter Bewegen des Laserstrahles entlang der vorgegebenen Schneidlinie ohne Schnittfuge unter Induzierung einer thermomechanischen Spannung,
Mitteln zum Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des Werkstückes schnittfugenlos als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form annimmt, und Mitteln zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Querschnitt des Brennfleckes an dessen Außenrand unter schnittfugenloser Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es mit großem Vorteil möglich, Werkstückteile mit jeder beliebigen Geometrie aus dem sprödbrüchigen Material, insbesondere Glas, durch ein einfaches Nachfahren entlang der Schneidkontur herauszuschneiden. Wegen des starken lokalen Temperaturmaximus auf der Schneidlinie und der unmittelbar benachbarten konzentrischen Kühlung folgt dabei der Schnitt sehr präzise jeder Freiform. Somit können beispielsweise bei Dünnglas (ca. 50 μm), aber auch bei dickem Glas (mehrere Millimeter) beliebige Geometrien durchtrennt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein mechanisches Brechen nach der Wärme- und Kühlbehandlung nicht notwendig ist, so daß saubere Trennkanten erzielt werden, die weder Mikrorisse noch Ausmuschelungen enthalten.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen konnte auch das oben angeführte Vorurteil hinsichtlich der Nichtpraktikabilität von runden Strahlquerschnitten beseitigt werden.
Im Fall der Erfindung ist auch keine Schnittfuge vorhanden, die ständig durch ein Gas sauber zu blasen wäre, sondern das vorzugsweise durch eine Ringdüse konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck aufgeblasene Gas dient der Erzeugung einer thermomechanischen Spannung als Voraussetzung für ein Brechen des Glases entlang der Schnittlinie.
Bei den benötigten hohen Laserleistungen ist zu beachten, daß der Laserstrahl das sprödbrüchige Material nicht zum Aufschmelzen bringt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird daher der Laserstrahl so geformt, daß der Strahlquerschnitt im Brennfleck eine geschlossene, aber erweiterte Kreisfläche bildet, dessen Intensität deutlich unterhalb derjenigen des stark fokussierten Laserspots liegt.
Eine weitere Möglichkeit, die punktuelle Intensität zu verringern, besteht darin, den Laserstrahl gemäß einer anderen Weiterbildung so zu formen, daß der Strahlquerschnitt im Brennfleck einen Kreisring bildet. Diese Strahlquerschnitte werden vorzugsweise durch eine Scannereinrichtung erzeugt. Auch ist der Einsatz von Lasern mit einem entsprechendem TEM 00* - oder TEM 01*-Mode möglich, bei denen der Strahl nicht mit nachgeschalteten optischen Mitteln, sondern bereits im Laser durch einen entsprechenden Resonatoraufbau geformt wird.
Vorzugsweise ist der Laser ein Co2-Laser, dessen Wellenlänge dem spektraken Absoφtionsmaximum des zu schneidenden Werkstoffes entspricht. Dieser CO2- Laser emittiert Licht im fernen infraroten Bereich bei einer Wellenlänge von 10,6 μm. Diese Wärmestrahlung zeigt erhebliche Besonderheiten bei der Wirkung auf Materie. So wird sie von den meisten, im sichtbaren Licht transparenten Materialien stark absorbiert.
Der Umstand der starken Absoφtion in Glas wird verwendet, um Glas zu schneiden. Bei einem Absoφtionskoeffizienten von 1Ö3 cm"1 wird 95 % der Leistung in einer 30 μm dicken Schicht absorbiert.
Darüber hinaus eignet sich der CO2-Laser, wie auch jeder andere Laser, der vom Material genügend stark absorbiert wird, zum abschließenden Verschmelzen und Verrunden der scharfkantig gebrochenen Kante.
Aufgrund der unterschiedlichen Absoφtionsbanden der einzelnen Materialien wird vorzugsweise ein in der Wellenlänge abstimmbarer Laser eingesetzt. So kann für jedes Material die Wellenlänge eingestellt werden, bei der dieses die stärkste Absoφtion zeigt, so daß die Energieverluste minimiert werden.
Z.B. ist die Absoφtionskante im Glas sehr stark von der Wellenlänge des Lasers abhängig, da die verwendete Strahlung an der Schulter einer Vibrationsbande der oxidischen Bindung liegt. Es gibt spezielle CO2-Laser, die mit Hilfe eines Interferenzgitters die emittierte Wellenlänge von 9,4 bis 11,8 μm verändern können. Das Absoφtionsspektrum hängt auch sehr empfindlich von der chemischen Zusammensetzung des Glases ab. Eine höhere oder niedrigere Absoφtionskante wird abhängig von den thermischen und mechanischen Eigenschaften der Glasmischung zu unterschiedlichen Ergebnissen beim Absprengen führen. Deshalb wird die Wellenlänge auf die Glassorte optimiert.
Für das Aufblasen des fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck wird vorzugsweise gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Ringdüse mit von oben nach unten konisch zulaufender Anströmung verwendet. Dadurch besteht auf einfache Weise die Möglichkeit, über den Abstand - Düse zu Werkstück - die Strömung des fluiden Kühlmediums exakt konzentrisch benachbart zum Brennfleck einzustellen, um eine hohe thermomechanische Spannung zu erzeugen. Unter einem fluiden Kühlmedium sollen sowohl Flüssigkeiten als auch Gase bzw. Gemische von beiden verstanden werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. ergeben sich auch anhand der Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines kreisrunden Laserstrahl-Brennfleckes mit benachbarter konzentrischer Kühlzone, Fig. 2 in zwei Darstellungen A und B zwei Möglichkeiten für die
Ausbildung eines kreisrunden Laserstrahl-Brennfleckes, und Fig. 3 in fünf verschiedenen Darstellungen A bis F verschiedene
Möglichkeiten zur Ausbildung der Ringdüse zum konzentrischen
Anblasen des Kühlfleckes. In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbruchigem Material, hier in Form einer in Pfeilrichtung bewegten Glasplatte 1 dargestellt, die längs der Schneidlinie 2 durchtrennt werden soll. Das Durchtrennen oder Schneiden erfolgt mittels eines Laserstrahlfleckes 3, dessen Strahlquerschnitt generell eine kreisrunde Form besitzt, wie später noch anhand der Fig. 2 an zwei Beispielen erläutert werden wird.
Als Laserstrahlquelle ist ein Laser 4 vorgesehen, insbesondere ein CO2-Laser, der einen Laserstrahl 5 aussendet.
Dieser Laserstrahl 5 trifft auf einen ersten um eine vertikale Achse oszillierenden Spiegel 6, der den Strahl 5 in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 hin und her bewegt. Dieser oszillierende Laserstrahl trifft auf einen zweiten um eine horizontale Achse oszillierenden Spiegel 7, der den reflektierten Laserstrahl in X-Richmng hin und her bewegt. Die Anordnung der Spiegel 6 und 7 kann auch vertauscht sein. Aufgrund der Überlagerung der beiden oszillierenden Bewegungen erzeugt der Laserstrahl auf der Werkstückoberfläche den gewünschten kreisförmigen Brennfleck 3. Um die Oszillationen der der beiden Spiegel 6 und 7 so aufeinander abzustimmen, d.h. zu synchronisieren, daß diese kreisrunde Kontur 3 erzielt wird, ist eine gemeinsame Steuer- und Regeleinrichtung 8 vorgesehen, die an die nicht dargestellten Antriebe der beiden Spiegel 6, 7, über die Steuerleitungen 8 a, 8 b angeschlossen ist. Vorzugsweise liegt die Oszillationsfrequenz der beiden Spiegel bei 500 bis 2000 Hz, so daß eine Schneidgeschwindigkeit von 50 mm/sec bis 1000 rnm/sec erreicht werden kann, was von der eingesetzten Strahlungsintensität abhängt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform einer Scannereinrichmng weist die optische Einrichtung ein Spiegelrad auf, dessen Oberfläche derart gekrümmt ist, daß ein darauf reflektierter Laserstrahl während einer Rotation des Spiegelrades mindestens eine kreisförmige Kurve auf der Oberfläche des zu durchtrennenden Werkstückes 1 beschreibt.
Eine derartige Scannereinrichmng zum Erzeugen eines (jedoch anders geformten) Laserstrahl-Brennfleckes ist an sich durch die eingangs zitierte DE 197 15 537 A 1 bekannt geworden.
Die Erzeugung des kreisrunden Brennfleckes 3 mittels eines Scanners 6 bis 8 ist zwar eine vorteilhafte Ausführungsform, jedoch kann unter Wegfall des Scanners auch eine im entsprechenden TEM-Mode arbeitende Laserstrahlquelle benutzt werden, wie anhand der Fig. 2 noch erläutert werden wird. In diesem Fall wird nicht mit einem bewegten, sondern einem ruhenden Laserstrahl gearbeitet.
Der Laserstrahl 5 wird vor dem Auftreffen auf die Glasoberfläche mittels einer nicht dargestellten optischen Fokussiereinrichmng fokussiert, wobei jedoch durch das Scannen des Kreises 3 die Intensität im Brennfleck deutlich unterhalb derjenigen eines stark fokussierten Laserspots bleibt, um ein Aufschmelzen des Glases zu vermeiden. Sie ist so gewählt, daß eine thermomechanische Spannung im Glas entlang der Schneidlinie 2 induziert wird.
Unmittelbar bevor der Laserstrahl 5 auf der Glasoberfläche auftrifft, ist eine Ringdüse 9 mit einer zentrischen Bohrung 9 a für den Laserstrahl 5 vorgesehen, die einen zu der Bohrung konzentrischen Ringraum 9 b aufweist, der mit einer (nicht dargestellten) Quelle eines fluiden Kühlmediums strömungsmäßig verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei, wie dargestellt, der Ringraum konisch zur Werkstückoberfläche hin ausgebildet.
Durch den Ringraum wird das fluide Kühlmedium konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Glases hinaus aufgeblasen. Durch die konische Führung des Kühlstromes besteht dabei mit Vorteil die Möglichkeit, über den Abstand Düse 9 - Glasplatte 1 den Kühlstrom exakt um den Laserfleck 3 einzustellen.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung eines kreisrunden Brennfleckes 3 mit einer dazu konzentrischen ringförmigen Kühlzone ist es erstmals durch einfaches Nachfahren der Schneidlinie 2 ohne aufwendige Steuermaßnahmen möglich, Freiformschnitte beliebiger Art mit verrundeten Rändern ohne Mikrorisse oder Ausmuschelungen zu erzielen.
Das fluide Kühlmedium kann kühle Druckluft oder vorteilhafter ein Luft- Wasser-Gemisch sein, weil damit der Temperaturgradient verstärkt wird. Auch andere Kühlmedien sind denkbar.
Im einfachsten Fall kann der Laserstrahl-Brennfleck 3, wie in Fig. 2 A dargestellt, die Form einer geschlossenen Kreisfläche mit der zugehörigen Gauss' sehen Intensitätsverteilung haben, wobei im Brennfleck die Zone mit niedriger Intensität der Einfachheit halber punktiert dargestellt ist. Dieser Brennfleck 3 kann durch den beschriebenen Scanner 6, 7, 8 oder durch einen Laser 5 gebildet werden, der durch einen speziellen Resonatoraufbau einen Laserstrahl 5 mit TEM 00*-Mode erzeugt.
Bei einer anderen vorteilhafteren, weil thermisch günstigeren, Ausführungsform kann der Laserstrahlfleck 3, wie in Fig. 2 B dargestellt, die Form einer Kreisringzone haben, mit einer Intensitätsabsenkung im Zentrum. Auch dieser Brennfleck kann mittels des Scanners 6, 7, 8 oder durch einen Laser 5 gebildet werden, der durch einen speziellen Resonatoraufbau einen Laserstrahl mit TEM 01*-Mode erzeugt. Da derartige Laser mit einem speziellen TEM-Mode relativ teuer sind und auch nicht für alle benötiten Leistungsklassen zur Verfügung stehen, werden die kreisrunden Brennflecke vorzugsweise mittels des Scanners 6, 7, 8 erzeugt.
Der Durchmesser des Brennfleckdurchmessers liegt zwischen 0,5 mm und mehreren Millimetern. Er ist abhängig von der benötigten Laser leistung, Kühlung, Materialart, Materialdicke und gewünschter Vörschubgeschwindigkeit .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der zugehörigen Vorrichtung lassen sich jedoch nicht nur flache Werkstücke aus sprödbruchigem Material in der X-Y-Ebene schneiden, sondern es können auch Werkstücke dreidimensional bearbeitet werden. Während im Fall der X-Y-Schnitte vorzugsweise das flache Werkstück relativ zum Laserstrahlfleck 3 bewegt wird, wird vorzugsweise im Fall einer dreidimensionalen Bearbeitung der Laserstrahlfleck 3 unter entsprechender Bewegung des Scanners der Schneidlinie nachgefahren.
Neben Flachglas läßt sich auch Hohlglas schneiden.
In der Fig. 3 sind in drei Längsrißdarstellungen A, B, C und in drei Querschnittsdarstellungen D, E und F verschiedene prinzipielle Möglichkeiten zur Ausbildung der Ringdüse 9 dargestellt.
Im einfachsten Fall ist ein Rohr 9 c mit der zentrischen Bohrung 9 a von einem koaxialen Ringraum 9 b mit gerader Rohrwand 9 d umgeben, was zu einem Querschnitt entsprechend der Fig. 3 D führt.
Die Anordnung kann aber auch entsprechend der Darstellung in Fig. 3 B so getroffen werden, daß das innere Rohr 9 c von einem Kegelsmmpf-Mantel 9 d mit konisch zulaufendem Ringraum 9 b umgeben ist. Die Austrittsöffnung im Ringraum kann dabei so gestaltet werden, daß sie, wie in der Darstellung D gezeigt, durchgehend offen oder daß sie entsprechend den Ausführungen E und F kreisförmige oder eckige Durchtrittsöffnungen in einem Abschlußrand aufweist.
Schließlich besteht, wie in Fig. 3 C dargestellt, die Möglichkeit, an dem zentrischen Rohr 9 c eine konisch zulaufende Verdickung 9 e anzuformen, die in Verbindung mit einem kegelstumpfförmigen Mantel 9 d gleicher Neigung einen schräg zulaufenden Ringraum 9 b schafft. Vorzugsweise sind dabei in der Verdickung Längsnuten 9 f ausgeformt, (siehe Darstellung F) die eine Vielzahl von Luftkanälen mit zugehörigen Durchtrittsöffnungen am Düsenausgang vorgeben, was für eine besonders intensive Anblasung der Zone um den Brennfleck und damit für eine hohe indzuzierte thermomechanische Spannung sorgt. Es können aber auch kreisförmige Durchtrittsöffnungen nach Darstellung E (bzw. abgewandelt auch eckige Durchtrittsöffhungen) oder eine offene Durchtrittsfläche gemäß der Darstellung D vorgesehen sein.
Das beschriebene Verfahren läßt sich für alle spröden Materialien verwenden, die sich durch thermische Spannung brechen lassen (z.B. Keramik, Steine, Kristalle). Die Strahlungsquelle muß dabei in der Wellenlänge den Absoφtionseigenschaften der Materialien angepaßt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbruchigem Werkstoff mit einem Laserstrahl, mit den Schritten:
Erzeugen eines Laserstrahles und Führen des Laserstrahles fokussiert auf das zu schneidende Werkstück ohne Aufschmelzen des Werkstoffes,
Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück unter Bewegen des Laserstrahles entlang einer vorgebenen Schneidlinie mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung,
Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstückes als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form einnimmt, und Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlquerschnitt im Brennfleck eine geschlossene Kreisfläche bildet, dessen Intensität deutlich unterhalb derjenigen des stark fokussierten Laser spots liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlquerschnitt im Brennfleck einen Kreisring bildet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl der Strahl eines CO2-Lasers ist, dessen Wellenlänge dem spektralen Absoφtionsmaximum des zu schneidenden Werkstoffes entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Kühlmedium konisch von oben nach unten auf das Werkstück aufgeblasen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufblasen eines Kühlgases, vorzugsweise von kalter Luft, gekühlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufblasen eines Luft- Wasser-Gemisches gekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlformung zu einem kreisförmigen Brennfleck auf der Werkstückoberfläche mittels der Laserstrahlquelle nachgeschaltete optische Elemente erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleck durch Scannen des Laserstrahles erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zu einem kreisförmigen Brennfleck geformte Laserstrahl durch eine Laserstrahlquelle mit einem entsprechechenden TEM-Mode vorgegeben wird.
11. Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes (1) aus sprödbruchigem Werkstoff mit einem Laserstrahl, entlang einer vorgegebenen Schneidlinie (2), mit: einer Laserstrahlquelle (4) zur Erzeugung eines hochenergetischen Laserstrahles (5), optischen Mitteln (6, 7) zum Führen des Laserstrahles fokussiert auf die Schneidlinie (2), einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem fokussierten Laserstrahl (5) und dem Werkstück
(1) unter Bewegen des Laserstrahles entlang der vorgegebenen
Schneidlinie (2) mit Induzierung einer thermomechanischen
Spannung,
Mitteln (6, 7, 8) zum Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des Werkstückes als Brennfleck (3) einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form annimmt, und
Mitteln (9) zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Querschnitt an dessen Außenrand unter schnittfugenloser Erhöhung der thermomechanischen
Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.
12. Vorrichmng nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel (6, 7, 8) zum Formen des Laserstrahles so ausgebildet sind, daß der Strahlquerschnitt im Brennfleck (3) eine geschlossene Kreisfläche bildet, dessen Intensität deutlich unterhalb derjenigen des stark fokussierten Laserspots liegt.
13. Vorrichmng nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (6, 7, 8) zum Formen des Laserstrahles so ausgebildet sind, daß der Strahlquerschnitt im Brennfleck (3) einen Kreisring bildet.
14. Vorrichmng nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Strahlformung durch eine Scannereinrichtung ( ) mit zwei senkrecht zueinander schwingenden Spiegeln (6, 7) gebildet sind.
15. Vorrichmng nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Strahlformung durch einen speziellen Resonatoraufbau der Laserstrahlquelle (4) gebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall eines kreisflächigen Brennfleckes (3) eine Laserstrahlquelle (4) mit einem TEM 00*-Mode vorgesehen ist.
17. Vorrichmng nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall eines kreisringförmigen Brennfleckes (3) eine Laserstrahlquelle (4) mit einem TEM 01*-Mode vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Laserstrahl (5) im Bereich der Werkstückoberfläche eine Ringdüse (9) mit einer zentrischen Bohrung (9 a) für den Laserstrahl vorgesehen ist, deren Ringraum (9 b) mit einer Quelle eines fluiden Kühlmediums strömungsmäßig verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (9 b) konisch zur Werkstückoberfläche hin zulaufend ausgebildet ist.
20. Vorrichmng nach Anspruch 11 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle (4) ein CO oder CO2-Laser ist, dessen Wellenlänge dem spektralen Absoφtionsmaximum des zu strukturierenden Werkstoffes entspricht.
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