WO2021027985A1 - Vorrichtung mit einem werkzeughalter und einer werkzeugschneide zum drehen einer optisch funktionalen oberfläche eines werkstücks und verfahren für das drehen einer oberfläche eines werkstücks mit einem monokristallinen diamanten - Google Patents

Vorrichtung mit einem werkzeughalter und einer werkzeugschneide zum drehen einer optisch funktionalen oberfläche eines werkstücks und verfahren für das drehen einer oberfläche eines werkstücks mit einem monokristallinen diamanten Download PDF

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glass
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Christian Wenzel
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Innolite Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device with a tool holder and a tool cutting edge for rotating an optically functional surface of a workpiece made of glass or glass ceramic and with a device for generating, guiding and focusing a laser beam on a laser focus in the machining area of the workpiece, and a method for turning a surface of a workpiece made of glass or glass ceramic with a monocrystalline diamond, for producing an optically functional surface in which a processing area of the workpiece is heated with a laser beam.
  • the invention relates in particular to machining a workpiece made of glass or glass ceramic for the ultra-precise production of optically functional surfaces, such as those required for lenses or mirrors, by means of machining with a geometrically defined cutting edge.
  • CONFIRMATION COPY The dimensional stability can only be achieved through targeted process management (e.g. spherical polishing using synchrospeed kinematics) or iterative corrections using dwell time-based polishing.
  • process management e.g. spherical polishing using synchrospeed kinematics
  • iterative corrections using dwell time-based polishing The processes are time-consuming and costly, especially with more complex surface shapes (aspheres, free-form surfaces). Microstructures and facets can often not be machined at all with tools of geometrically undefined cutting edge.
  • a negative mold is made from a high temperature resistant material (e.g. tungsten carbide).
  • a glass blank is heated either outside of the forming machine or at the same time in the forming machine to a temperature above the lower cooling point of the workpiece or even above the forming temperature of the glass (T g ) in order to enable shaping.
  • the glass blank is brought into the desired shape using a sensitive forming cycle consisting of heating, cooling and holding times. The increased effort for the production of the molding tool as well as the running in of the replication process is amortized through the subsequent production of pieces through replication.
  • a newer method for reducing the surface roughness in glass optics is laser polishing.
  • edge zone remelting is the more common method.
  • a laser beam couples so much energy into the edge zone of the glass that it melts.
  • the surface tension of the melt which is characteristic of the material, results in smoothing mechanisms during the subsequent cooling of the melt.
  • roughness can be reduced in a particularly time-efficient manner
  • medium-frequency surface defects (colloquially known as organ skin) are characteristic of the process. These Errors are, among other things, geometry-dependent and therefore difficult to fix in a standardized manner.
  • Fields of application for laser polishing can be found in simple lighting optics, but not in higher-quality applications in the figure.
  • optical surfaces in non-ferrous metals or plastics can be produced from monocrystalline diamond by machining with a geometrically defined cutting edge.
  • the extreme sharpness of the diamond due to the rounding of the cutting edge up to ⁇ 50 nm enables the direct machining of surfaces with optical quality (Ra ⁇ 5 nm) without polishing post-processing.
  • the geometrically determined cutting edge of the diamond enables the most precise surface shape and minimal roughness to be combined in a unique way.
  • this method cannot be used for processing glass.
  • laser-assisted machining For the machining of high-strength materials such as high-alloy steels or ceramics (SiC), laser-assisted machining and, in particular, laser-assisted turning are known from the prior art.
  • the radiation energy of the laser is absorbed directly on the component surface, leads to heating and consequently to a softening of the material to be processed, so that machining with a geometrically defined cutting edge is possible and more economical.
  • Machines are known from the prior art which combine two processing heads, one that holds and guides the cutting tool, and a second with an optical structure that serves to guide the beam.
  • Large laser powers> 300 W up to a few kW are used in order to achieve sufficient material heating even with a spatial distance between the cutting tool and the laser focus. Essentially, such approaches aim at the metal removal rate and thus at the profitability.
  • Fiber-coupled lasers (Nd-Yag, diode, fiber laser) are usually used to enable simplified machine integration.
  • Exemplary test stand structures with CO2 lasers are also known from the prior art.
  • the US company pLAM presented the combination of diamond turning with laser support for the first time.
  • the specialty of the Nd-Yag laser used is the high transmission in the diamond material, which is used as the cutting material for the turning tool.
  • the presented processing head couples the fiber-guided Nd-Yag laser beam into the diamond and directs the radiant energy to the cut edge of the diamond.
  • a targeted intensity distribution is therefore not possible; an averaged intensity distribution that can only be influenced to a limited extent is expressed on the diamond cutting edge.
  • Directly in the cutting zone there is absorption on the surface of the material to be processed.
  • Typical materials to be processed are infrared crystals (germanium, zinc, selenite) and, initially, tungsten carbide. What these materials have in common is a high thermal conductivity, so that there is a quick and effective thermal equalization in the cutting zone and there are no material-damaging temperature gradients and thus induced stresses.
  • the material glass combines different characteristics, which make the young and not very widespread existing technical solutions from the hybrid laser-assisted machining of high-precision optical surfaces inapplicable.
  • the material-characteristic temperatures must be exceeded. Typically these are> 500 ° C up to> 1000 ° C.
  • the temperature level should only be exceeded in a minimal local area directly at the tool cutting edge or in the cutting zone in order to prevent temperature-related global component deformations and thus inaccuracies during the cutting that would otherwise occur.
  • the local heating laser absorption or focus diameter ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 0.5 mm
  • high temperature gradients towards the remaining bulk material result.
  • the characteristic values of the thermal conduction and thermal expansion are decisive.
  • the heat conduction (W / mK) describes how quickly an existing temperature gradient in the material is equalized. If it is too high, no high local temperatures can be built up. If it is too low, temperature peaks (hot spots) occur. Moderate heat conduction in the material favors laser-assisted machining with a geometrically defined cutting edge, because no excessively steep local temperature gradients can occur.
  • the present invention consequently describes a device and a method in order to be able to machine glasses and glass-ceramics with a geometrically defined cutting edge and additional use of laser radiation in optical surface quality.
  • the invention is achieved with a generic device in which the tool cutting edge has a monocrystalline diamond, the device has an inert gas supply to the tool cutting edge and a temperature control device to maintain a temperature in the machining area below the transition temperature of the material of the workpiece and above the lower cooling point of the material of the workpiece.
  • the object on which the invention is based is achieved with a generic method in which a protective gas is supplied in the machining area and a temperature below the transition temperature T g of the workpiece and above the lower cooling point of the workpiece is set in the machining area.
  • the workpiece is set in a temperature window above the lower cooling point of the material of the workpiece and below the transition temperature of the material of the workpiece.
  • the temperature control makes it possible to vary the power of the laser so that the temperature in the processing area is as constant as possible.
  • the temperature in the processing area can also be changed during processing.
  • the regulation based on temperature measurement and variation of the laser power is important, since constant laser power can also lead to different temperatures in the processing area.
  • the laser focus can be set so that the material in the processing area is first preheated, then processed and finally cooled.
  • the optimal temperatures for the process are set in order to avoid tension in the material and to facilitate processing through a precise temperature of the material.
  • the inert gas supply makes it possible to work at high temperatures without fear of damaging the diamond.
  • the device be designed as a precision device that can set the temperature to +/- 100 K and preferably +/- 50 K, the temperature always being at a special location in the processing area based.
  • the device has transmissive optics.
  • ZnSe zinc selenide lenses
  • the device has at least one optic with shaped surface portions. This makes it possible to heat the volume as specifically as possible with the lowest possible or defined temperature gradient.
  • deterministic intensity and thus temperature profiles can be set in the absorption zone, which lies on the surface of the workpiece to be processed, or in a material volume within the workpiece to be processed.
  • the focus of the laser can thus have, for example, an oval shape or the shape of an elongated hole in the processing area in order to preheat the workpiece in the longitudinal direction of the focus at one end with low intensity, in the middle area of the focus with the cutting edge edit and let cool at the opposite end of the focus with less intensity.
  • the device has rotary or translational kinematics in order to be able to track the laser focus continuously or discretely relative to the workpiece and in particular relative to the local workpiece normal during processing.
  • the device has at least one nozzle in order to blow chips that occur during processing out of the laser focus.
  • An inert gas can also be blown into the machining area via this nozzle, on the one hand to remove chips, on the other hand to create an inert gas atmosphere in the machining area and preferably also to cool the component surface in the machining area.
  • the temperature in the machining area is set with high precision to a temperature of +/- 100 K and preferably to a temperature of +/- 50 K.
  • the device have a sensor system for measuring the temperature currently present in the processing area.
  • the device has passive or active cooling. In this way, temperature expansions due to absorption of scattered radiation as well as heating due to scattered radiation and thermally induced displacements of the tool can be minimized.
  • the laser beam has a power of 10 to 100 watts and preferably 20 to 50 watts. It is advantageous if the laser beam has a wavelength> 6 pm.
  • At least one area of the workpiece and preferably the entire workpiece in one The room is preheated to a temperature that is kept with high precision to at least +/- 0.1 K during machining.
  • the surface of the workpiece already has a dimensional stability of less than 50 ⁇ m and a roughness of less than 100 nanometers RA before processing.
  • the temperature be measured in the machining area and that the laser power, the laser focus positioning and / or the laser focus be controlled on the basis of the determined temperature.
  • the temperature can be continuously measured online and the laser can be defocused for a slow temperature transition. This reduces the gradient, which avoids stress.
  • an intensity profile with a free-form area is set on the surface.
  • the intensity profile is used on the component surface or in an absorption volume to set a process-optimized volume temperature profile without material-damaging temperature gradients.
  • the supply of protective gas via a nozzle to the processing area is used to cool locally on the glass surface via convection, to prevent heat build-up in the material due to poor heat conduction, to protect the diamond as an inert gas or to avoid oxidation processes and chips that absorb laser radiation to blow out of focus area.
  • the method is particularly advantageous when the workpiece is made of quartz glass. This leads to transition temperatures of 1100 to 1080 ° C.
  • the temperature is preferably measured coaxially to the laser beam.
  • a correlation to the temperature of the processing area can also be measured touching the monocrystalline diamond and used to control the power of the laser.
  • the laser focus is positioned extremely precisely in the machining direction directly in front of or to the side of the tool cutting edge with a relative accuracy between the tool cutting edge and laser focus ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 500 mhi.
  • the precision device for high-precision local heating is used to set the focus diameter in the processing area to ⁇ 500 ⁇ m and preferably ⁇ 200 mih.
  • Figure 1 as a schematic perspective representation of a device with a tool holder and a tool cutting edge
  • Figure 2 shows the engagement of a tool cutting edge on a workpiece
  • Figure 3 shows the viscosity of glass versus temperature.
  • the device shown in FIG. 1 shows a tool holder 2 with a tool cutting edge 3.
  • a device 4 is arranged on the tool holder 2, which makes it possible to generate, guide and focus a laser beam.
  • the device 4 has a device 5 for coupling in a collimated laser beam, a device 6 for dense coupling for coaxial measurements and a device 7 as focusing optics for linear-based systems, which can also be designed as freeform optics.
  • the device 4 also has deflection devices 8, 9 for a lens-based system which, in the case of a mirror-based system, are designed as beam shaping optics.
  • the laser beam 10 is focused with this device 4 on a laser focus 11 in a processing area 12 of the workpiece 13.
  • the tool sheath 3 has a monocrystalline diamond 14 which is in engagement with the workpiece 13 in the machining area 12.
  • the device 1 has an inert gas supply 15 which contains a nozzle 16 for the supply of protective gas to the machining area 12 and to the tool cutting edge 3.
  • the device 1 also has a temperature control device 17, which is connected to a temperature measuring device 18 and / or the pyrometer temperature measuring device 19 on the one hand and to the device 4 for generating the laser beam 10 on the other hand.
  • the temperature measuring device 17 measures the temperature in the processing area 12 indirectly via a sensor on the monocrystalline diamond 14. This is possible because the monocrystalline diamond 14 has a particularly good thermal conductivity.
  • the temperature in the processing area 12 can, however, also take place by means of the device 19 directly via a pyrometer or an infrared camera.
  • the components shown schematically in FIG. 2 are arranged in the tool head 20 shown in FIG. 1, which has a protective gas duct 21 and enables the laser beam 10 to be coupled out in the area 22 near the tool.
  • the workpiece 13 consists of glass or glass ceramic and it has a surface 23 which is machined with the monocrystalline diamond in a turning process in order to produce an optically functional surface 24.
  • the processing area 12 of the workpiece 13 is heated with the laser beam 10.
  • a protective gas is supplied to the machining area 12 with the device 15 and a temperature 25 is measured, which is set so that it is below the transition temperature Tg 26 of the workpiece 13 and above the lower cooling point 27 of the workpiece 13.
  • the work area 28 for the laser-assisted turning of workpieces 13 made of glass or ceramic is thus between the upper cooling point Tg 26 and the lower cooling point 27.
  • the deflecting optics can have a deflecting and focusing mirror 8 and a transmissive optic 9, wherein the optics 7 can have freeform surface portions. These optics can have rotary or translational kinematics 34 in order to track the laser focus 11 continuously or discretely relative to the workpiece 13 during processing.
  • the devices 18 and 19 serve as sensors for measuring the currently present temperature 25 in the processing area 12.
  • Passive or active cooling 35 can be provided to reduce temperature expansions caused by absorption of scattered radiation.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) mit einem Werkzeughalter (2) und einer Werkzeugschneide (3) zum Drehen einer optisch funktionalen Oberfläche (24) eines Werkstücks (13) aus Glas oder Glaskeramik und mit einer Einrichtung (4) zur Erzeugung, Führung und Fokussierung eines Laserstrahls (10) auf einen Laserfokus (11) in einem Bearbeitungsbereich (12) des Werkstücks (13), und ein Verfahren für das Drehen einer Oberfläche (23) eines Werkstücks (13) aus Glas oder Glaskeramik mit einem monokristallinen Diamanten (14), zur Herstellung einer optisch funktionalen Oberfläche (24), bei dem mit einem Laserstrahl (10) ein Bearbeitungsbereich (12) des Werkstücks (13) erwärmt wird.

Description

Vorrichtung mit einem Werkzeughalter und einer Werkzeugschneide zum Drehen einer optisch funktionalen Oberfläche eines Werkstücks und Verfahren für das Drehen einer Oberfläche eines Werkstücks mit einem monokristallinen Diamanten
[01] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Werkzeughalter und einer Werkzeugschneide zum Drehen einer optisch funktionalen Oberfläche eines Werkstücks aus Glas oder Glaskeramik und mit einer Einrichtung zur Erzeugung, Führung und Fokussierung eines Laserstrahls auf einen Laserfokus im Bearbeitungsbereich des Werkstücks, und ein Verfahren für das Drehen einer Oberfläche eines Werkstücks aus Glas oder Glaskeramik mit einem monokristallinen Diamanten, zur Herstellung einer optisch funktionalen Oberfläche, bei dem mit einem Laserstrahl ein Bearbeitungsbereich des Werkstücks erwärmt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Bearbeitung eines Werkstücks aus Glas oder Glaskeramik zur ultrapräzisen Herstellung optisch funktionaler Oberflächen, wie sie für Linsen oder Spiegel benötigt werden, mittels Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide.
[02] Glasoptiken werden zur Lichtlenkung in zahlreichen Anwendungen genutzt. In der Regel sind Optiken für Beleuchtungsaufgaben, z.B. in einem Xenonschweinwerfer, von geringerer Präzision (Formhaltigkeit, Oberflächenrauheit). Dem entgegenstehen Optiken für Bildgebung, wie sie beispielsweise im Objektivbau für die Fotographie, die Mikroskopie oder die Lithographie verwendet werden. Die Formhaltigkeit oder max. zulässige Abweichung von der Sollform wird oftmals in Referenz zu der Prüfwellenlänge eines Interferometers beschrieben. Werte von l/10 (l=632 nm) sind durch iterative Korrekturschritte durchaus fertigungstechnisch erzielbar. Rauigkeiten < 1 nm Ra entsprechen ebenfalls dem Stand der Technik.
[03] Die klassische Herstellung derartiger optischer Oberflächen geschieht durch verschiedenartige Schleifprozesse (Vorschleifen zur Formgebung, Feinschleifen zur Oberflächenverbesserung) und nachgelagerte Polierprozesse (chemo-mechanisches Polieren, fluidbasiertes Polieren, Ionenstrahl Polieren). Weder das Schleifen noch das Polieren verwendet Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide. Das Einstellen der gefor-
BESTATIGUNGSKOPIE derten Formhaltigkeit kann nur durch eine gezielte Prozessfuhrung (z.B. Sphärenpolitur über Synchrospeed Kinematik) oder iterative Korrekturen mittels verweilzeitbasierter Politur erfolgen. Gerade bei komplexeren Oberflächenformen (Asphären, Freiformflä- chen) sind die Prozesse zeit- und kostenaufwändig. Mikrostrukturen und Facetten sind oftmals überhaupt nicht mit Werkzeugen geometrisch unbestimmter Schneide bearbeitbar.
[04] Daher hat sich gerade für asphärische Linsen mit einem kleineren bis mittleren Durchmesser (bis 30-40 mm) alternativ zur konventionellen Fertigungstechnik die Replikation etabliert. Hierbei wird ein Negativformwerkzeug aus einem hochtemperaturbeständigen Material hergestellt (z.B. Wolffamcarbid). Ein Glasrohling wird entweder außerhalb der Umformmaschine oder zeitgleich in der Umformmaschine auf eine Temperatur oberhalb des unteren Kühlpunktes des Werkstücks oder sogar oberhalb der Umformtemperatur des Glases (Tg) erhitzt, um eine Formgebung zu ermöglichen. Durch einen sensitiven Umformzyklus bestehend aus Aufheiz-, Abkühl- und Haltezeiten wird der Glasrohling in die gewünschte Form gebracht. Der erhöhte Aufwand für die Herstellung des Formwerkzeugs sowie das Einfahren des Replikationsprozesses amortisiert sich über die anschließende Stückzahlfertigung durch Replikation.
[05] Nach dem Stand der Technik sind für die konventionelle Optikfertigung das Schleifen und das Polieren mit geometrisch unbestimmter Schneide bzw. das Replizieren von Glas die einzigen existierenden Fertigungstechnologien.
[06] Ein neueres Verfahren zur Reduktion der Oberflächenrauheit bei Glasoptiken ist das Laserpolieren. Man unterscheidet zwei Prinzipien bei der Laserpolitur, das Subli- mieren von Rauheitsspitzen bzw. das Randzonenumschmelzen. Bei der Bearbeitung von Glas ist das Randzonenumschmelzen das gängigere Verfahren. Ein Laserstrahl koppelt so viel Energie in die Randzone des Glases ein, bis diese aufschmilzt. Durch die materialcharakteristische Oberflächenspannung der Schmelze kommt es zu Glättungsmechanismen bei der anschließenden Abkühlung der Schmelze. Während man Rauheiten insbesondere zeiteffizient reduzieren kann, sind insbesondere mittelfrequente Oberflächenfehler (umgangssprachlich Organgenhaut) charakteristisch für das Verfahren. Diese Fehler sind u.a. geometrieabhängig und somit schwer standardisiert zu beheben. Einsatzfelder für die Laserpolitur finden sich bei einfachen Beleuchtungsoptiken, jedoch nicht in höherwertigen Anwendungen in der Abbildung.
[07] Optische Oberflächen in Nichteisenmetallen bzw. Kunststoffen können alternativ zum Schleifen und Polieren über die Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide aus monokristallinem Diamant hergestellt werden. Die extreme Schärfe des Diamanten aufgrund von Schneidkantenverrundungen bis zu < 50 nm ermöglicht die direkte Zerspanung von Oberflächen mit optischer Qualität (Ra < 5 nm) ohne polierende Nachbearbeitung. Durch eine entsprechende Maschinengenauigkeit können somit durch die geometrisch bestimmte Schneide des Diamanten auf einzigartige Weise präziseste Oberflächenform und minimale Rauheit kombiniert werden. Aufgrund des schwer zerspanbaren, spröd-harten Materialverhaltens von Glas kann dieses Verfahren jedoch nicht zur Bearbeitung von Glas verwendet werden.
[08] Für die Zerspanung hochfester Materialien wie beispielsweise hochlegierter Stähle bzw. Keramiken (SiC) sind aus dem Stand der Technik das laserunterstützte Zerspanen und insbesondere das laserunterstützte Drehen bekannt. Die Strahlungsenergie des Lasers wird unmittelbar an der Bauteiloberfläche absorbiert, führt zu einer Erwärmung und folglich zu einer Entfestigung des zu bearbeitenden Materials, so dass eine Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide möglich bzw. wirtschaftlicher wird.
[09] Aus dem Stand der Technik sind Maschinen bekannt, die zwei Bearbeitungsköpfe vereinen, einer, der das Zerspanungswerkzeug hält und führt, ein zweiter mit optischem Aufbau, welcher der Strahlführung dient. Es wird mit großen Laserleistungen > 300 W bis hin zu einigen kW gearbeitet, um auch bei räumlicher Distanz zwischen Zerspanwerkzeug und Laserfokus ausreichende Materialerwärmung zu realisieren. Im Wesentlichen zielen derartige Ansätze auf das Zeitspanvolumen und somit auf die Wirtschaftlichkeit ab. Zur Verwendung kommen i.d.R. fasergekoppelte Laser (Nd-Yag, Diode, Faserlaser), um eine vereinfachte Maschinenintegration zu ermöglichen. Exemplarische Prüfstandsaufbauten mit CO2 Lasern sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. [10] Die Kombination aus Diamantdrehen mit Laserunterstützung hat das US- amerikanische Unternehmen pLAM erstmals vorgestellt. Die Besonderheit des verwendeten Nd-Yag Lasers ist die hohe Transmission in dem Werkstoff Diamant, der als Schneidstoff des Drehmeißels dient. Der vorgestellte Bearbeitungskopf koppelt den fasergeführten Nd-Yag Laserstrahl in den Diamanten ein und führt die Strahlungsenergie an die Schnittkante des Diamanten. Eine gezielte Intensitätsverteilung ist somit nicht möglich, es prägt sich eine gemittelte nur bedingt beeinflussbare Intensitätsverteilung an der Diamantschneide aus. Direkt in der Zerspanzone kommt es zur Absorption an der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials. Für die Prozessfuhrung gemäß pLAM muss allerdings eine Absorption der Nd-Yag Strahlung (l=1064 nm) im zu bearbeitenden Material gegeben sein. Typische zu bearbeitende Materialien sind Infrarotkristalle (Germanium, Zink, Selenit) sowie in ersten Ansätzen Wolframkarbid. Diesen Materialien gemein ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass es zu einem schnellen effektiven Wärmeausgleich in der Schneidzone und zu keinen materialbeschädigenden Temperaturgradienten und somit induzierten Spannungen kommt.
[11] Der Werkstoff Glas vereint verschiedenartige Charakteristika, welche die jungen und wenig verbreiteten bestehenden technischen Lösungen aus der hybriden lasergestützten Zerspanung hochpräziser optischer Oberflächen nicht anwendbar machen.
[12] Für glasfasergekoppelte Laser, die sich effizient in Werkzeugmaschinen zur Zerspanung mit Werkzeugen geometrisch bestimmter Schneide integrieren lassen (vgl. pLAM Kopf), (Nd-Yag, Faserlaser, Diodenlaser, etc.) besteht eine zu geringe Absorption der Strahlung im Glas, so dass es folglich nicht zu einer entfestigenden Erwärmung an der Oberfläche kommen würde. Gängige Gläser für Anwendungen im sichtbaren Bereich (400nm < l < 800nm) weisen eine effiziente Absorption erst ab Laserwellenlängen > 6-8 pm auf. Folglich ist eine derartige Laserstrahlung nicht glasfasergängig.
[13] Bei der Absorption von Laserstrahlung in Glas bzw. Glaskeramik mit Wellenlängen > 6 pm kommt es weiterhin nicht zur Absorption an der Oberfläche (Absorptionszone im Bereich < 100 nm) mit nachgelagerter Temperaturverteilung durch materialcharakteristische Wärmeleitung in tiefere Materialbereiche, sondern die Absorption findet in einer ausgeprägten Randzone von bis zu 10 mpi statt. Es wird somit anders als beispielsweise bei Wolframcarbid nicht nur die Oberfläche sondern ein Volumen gleichzeitig durch den in das Glas eindringenden Laser erwärmt. Die Einbringung von Temperatur durch Laserstrahlung in Glas ist daher grundsätzlich unterschiedlich zu nicht transparenten Materialien mit Oberflächenabsorption.
[14] Für die Entfestigung eines hochfesten Materials zur Zerspanung mit Werkzeugen geometrisch bestimmter Schneide muss man materialcharakteristische Temperaturen überschreiten. Typischerweise liegen diese > 500 °C bis hin zu > 1000 °C. Für Anwendungen mit hohen Präzisionsanforderungen (Formhaltigkeit < 5 pm) möchte man jedoch nur in einem minimalen lokalen Bereich unmittelbar an der Werkzeugschneide bzw. in der Zerspanzone das Temperaturaiveau überschreiten, um ansonsten auftretende temperaturbedingte globale Bauteilverformungen und somit hervorgerufene Ungenauigkeiten bei der Zerspanung zu verhindern. Bei der lokalen Erwärmung (Laserabsorption bzw. Fokusdurchmesser < 1 mm, vorzugsweise < 0,5 mm) von Material mittels Laserstrahlung ergeben sich folglich hohe Temperatur gradienten hin zum restlichen Bulkmaterial. Um durch hohe Temperaturgradienten keine Schädigung des Materials zu verursachen, sind die materialcharakteristischen Kennwerte der Wärmeleitung und der Wärmedehnung entscheidend.
[15] Die Wärmeleitung (W/mK) beschreibt, wie schnell sich ein bestehender Temperaturgradient im Material ausgleicht. Ist er zu hoch, können keine hohen lokalen Temperaturen aufgebaut werden. Ist er zu niedrig, entstehen Temperaturspitzen (hot spots). Eine moderate Wärmeleitung im Material begünstigt die lasergestützte Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide, weil keine übermäßig steilen lokalen Temperaturgradienten auftreten können.
[16] Die Wärmedehnung beschreibt die mechanische Dehnung des Materials unter Temperatureinfluss (pm/mK). Hohe Werte in Kombination mit steilen Temperaturgradienten führen zu mechanischen Spannungen und möglichem Bruch im Material. [ 17] Neben der Charakteristik, dass die Wellenlängen gängiger fasergekoppelter Laser von optischen Gläsern und Glaskeramiken nicht absorbiert werden, sind die signifikanten Unterschiede von Wolframkarbid, Germanium, Quarzglas und NBK7 insbesondere in der Wärmeleitung extrem herausfordernd, um eine erfolgreiche, schädigungsfreie hybride Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide von Glas zu ermöglichen und mit den aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen nicht realisierbar.
[18] Die vorliegende Erfindung beschreibt folglich eine Vorrichtung und ein Verfahren, um Gläser und Glaskeramiken mit geometrisch bestimmter Schneide und zusätzlicher Nutzung von Laserstrahlung in optischer Oberflächenqualität zerspanen zu können.
[19] Die Erfindung wird mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst, bei der die Werkzeugschneide einen monokristallinen Diamant aufweist, die Vorrichtung eine Inertgaszu fuhrung zur Werkzeugschneide und eine Temperaturregeleinrichtung aufweist, um im Bearbeitungsbereich eine Temperatur unterhalb der Übergangstemperatur des Materials des Werkstücks und oberhalb des unteren Kühlpunktes des Materials des Werkstücks einzustellen.
[20] Verfahrensmäßig wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst, bei dem im Bearbeitungsbereich ein Schutzgas zu- gefuhrt wird und im Bearbeitungsbereich eine Temperatur unterhalb der Übergangstemperatur Tg des Werkstücks und oberhalb des unteren Kühlpunktes des Werkstücks eingestellt wird.
[21] Entgegen den ursprünglichen Erwartungen hat sich überraschend herausgestellt, dass die Kombination von monokristallinem Diamant als Werkzeugschneide, Inertgaszuführung und Temperaturregeleinrichtung es ermöglicht, ein Werkstück aus Glas oder Glaskeramik mit höchster Präzision zu drehen. Die Inertgaszuführung zur Werkzeugschneide sorgt dafür, dass das auch bei sehr hohen Temperaturen der monokristalline Diamant nicht oxidiert oder zu Grafit zerfällt.
[22] Dies ermöglicht es, dass in einem Bearbeitungsbereich, der den Laserfokus, das Bauteil und die Werkzeugschneide umgrenzt, eine sehr hohe Temperatur eingestellt werden kann, die bis in die Nähe der Übergangstemperatur Tg des Werkstücks herangeführt werden kann.
[23] Bei Überschreiten der Glasübergangstemperatur geht ein festes Glas in einen gummiartigen bis zähflüssigen Zustand über. Bei anorganisch-nichtmetallischen Gläsern spricht man von der Transformationstemperatur. Bei Temperaturschwankungen in einem Bereich oberhalb der Übergangstemperatur entstehen bei Abkühlung von diesen Temperaturspitzen Spannungen im Glas, die typischerweise schnell zu Bruch fuhren. Wenn das Glas oberhalb oder nahe der Übergangstemperatur bearbeitet wird, muss durch besonders langsames Abkühlen das Entstehen von Spannungen minimiert werden. Daher wird vorgeschlagen, die Temperaturen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unterhalb der Übergangstemperatur zu halten. Um das Glas jedoch besonders einfach bearbeiten zu können, wird vorgeschlagen das Glas innerhalb des Transformationsbereiches, dessen untere Grenze durch die untere Kühltemperatur beschreiben wird, zu bearbeiten. Diese Temperatur stellt die theoretische Maximaltemperatur für den Einsatz einer bestimmten Glasart dar. In der Praxis liegt diese Temperatur etwa 50 bis 100 °C unterhalb der Übergangstemperatur.
[24] In der Praxis wird das Werkstück in einem Temperaturfenster oberhalb des unteren Kühlpunktes des Materials des Werkstücks und unterhalb der Übergangstemperatur des Materials des Werkstücks eingestellt.
[25] Die Temperaturregelung ermöglicht es die Leistung des Lasers so zu variieren, dass im Bearbeitungsbereich eine möglichst konstante Temperatur vorliegt. Die Temperatur im Bearbeitungsbereich kann aber auch während der Bearbeitung verändert werden. wichtig ist die Regelung aus Temperaturmessung und Variation der Laserleistung, da auch eine konstante Laserleistung zu unterschiedlichen Temperaturen im Bearbeitungsbereich führen kann.
[26] Erfreulicherweise hat sich jedoch herausgestellt, dass sogar die für optisch funktionale Oberflächen geforderte Präzision und Wirtschaftlichkeit erreicht werden konn- ten, ohne dass das bearbeitete Material bricht, wegschmilzt oder der Diamant zu schnell verschleißt.
[27] Der Laserfokus kann dabei so eingestellt werden, dass das Material im Bearbeitungsbereich zunächst vorgewärmt, dann bearbeitet und schließlich abgekühlt wird. Dabei werden mit der Formgebung und der Intensitätsverteilung im Fokus die für den Vorgang optimalen Temperaturen eingestellt, um Spannungen im Material zu vermeiden und die Bearbeitung durch eine präzise Temperatur des Materials zu erleichtern. Die Inertgaszuführung ermöglicht es bei hohen Temperaturen zu arbeiten, ohne eine Beschädigung des Diamanten befürchten zu müssen.
[28] Um dies zu erreichen wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung als Präzisionseinrichtung ausgebildet ist, die die Temperatur auf +/- 100 K und vorzugsweise auf +/- 50 K genau einstellen kann, dabei wird die Temperatur immer auf einen speziellen Ort des Bearbeitungsbereichs bezogen.
[29] Um den Laserstrahl optimal zu fokussieren, wird eine Strahlfuhrung vorgeschlagen, die als Optik Umlenk- und Fokussierspiegel für den Laserstrahl aufweist.
[30] Kumulativ oder alternativ ist vorgesehen, dass die Einrichtung eine transmissive Optik aufweist. Bei der Verwendung von C02-Laserstrahlung (l=10,6 pm) lassen sich vorzugsweise Zink-Selenidlinsen (ZnSe) verwenden.
[31] Vorteilhaft ist, wenn die Einrichtung mindestens eine Optik mit Formflächenanteilen aufweist. Dies ermöglicht es, das Volumen möglichst anwendungsspezifisch mit möglichst geringem oder definiertem Temperaturgradienten zu erwärmen. Somit können deterministische Intensitäts- und somit Temperaturprofile in der Absorptionszone, die auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks liegt oder in einem Materialvolumen innerhalb des zu bearbeitenden Werkstücks einzustellen. Der Fokus des Laser kann somit im Bearbeitungsbereich beispielsweise eine ovale Form oder die Form eines Langlochs aufweisen, um das Werkstück in Längsrichtung des Fokus an einem Ende mit geringer Intensität vorzuheizen, im mittleren Bereich des Fokus mit der Schneide zu bearbeiten und am gegenüberliegenden Ende des Fokus mit geringerer Intensität abkühlen zu lassen.
[32] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung eine rotatorische oder translatorische Kinematik aufweist, um den Laserfokus während der Bearbeitung kontinuierlich oder diskret relativ zum Werkstück und insbesondere relativ zur lokalen Werkstücknormalen nachführen zu können.
[33] Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Vorrichtung mindestens eine Düse auf weist, um während der Bearbeitung auftretende Späne aus dem Laserfokus zu blasen. Über diese Düse kann auch ein Inertgas in den Bearbeitungsbereich geblasen werden, um einerseits Späne zu entfernen, andererseits im Bearbeitungsbereich eine Inertgasatmosphäre zu schaffen und vorzugsweise darüber hinaus im Bearbeitungsbereich die Bauteiloberfläche zu kühlen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur im Bearbeitungsbereich hochpräzise auf eine Temperatur +/- 100 K und vorzugsweise auf eine Temperatur +/- 50 K genau eingestellt wird.
[34] Weiterbildend wird daher vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Sensorik zur Messung der aktuell vorliegenden Temperatur im Bearbeitungsbereich aufweist. Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine passive oder aktive Kühlung aufweist. Dadurch können gezielt Temperaturdehnungen bedingt durch eine Absorption von Streustrahlung sowie Erwärmungen durch Streustrahlung und thermisch bedingte Verlagerungen des Werkzeugs minimiert werden.
[35] Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn der Laserstrahl eine Leistung von 10 bis 100 Watt und vorzugsweise von 20 bis 50 Watt aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn der Laserstrahl eine Wellenlänge > 6 pm aufweist.
[36] Verfahrensmäßig ist darauf zu achten, dass im Bearbeitungsbereich unterhalb der Übergangstemperatur Tg gearbeitet wird.
[37] Um die Präzision der Bearbeitung zu optimieren, wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Bereich des Werkstücks und vorzugsweise das ganze Werkstück in einem Raum mit einer Temperatur vorgeheizt wird, die während der Bearbeitung hochpräzise auf zumindest +/- 0,1 K gehalten wird.
[38] Vorteilhaft ist es auch, wenn die Oberfläche des Werkstücks vor der Bearbeitung bereits eine Formhaltigkeit von weniger als 50 pm und einer Rauigkeit von weniger als 100 Nanometer RA aufweist.
[39] Um bestmögliche Zerspanungsergebnisse zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass im Bearbeitungsbereich die Temperatur gemessen wird und auf Basis der ermittelten Temperatur die Laserleistung, die Laserfokuspositionierung und/oder die Laserfo- kussierung geregelt werden. Dabei kann die Temperatur online kontinuierlich gemessen werden und der Laser kann für einen langsamen Temperaturübergang defokussiert werden. Dadurch wird der Gradient verringert, wodurch Spannungen vermieden werden.
[40] Dies ermöglicht es, mit einer geometrisch bestimmten Schneide, vorzugsweise mit Naturdiamant, unter Entfestigung des Glaswerkstoffs durch Laserstrahlung mit Wellenlängen > 6 pm die Oberfläche präzise zu zerspanen.
[41] Vorteilhaft ist es, wenn ein Intensitätsprofil mit einem Freiformflächenanteil auf der Oberfläche eingestellt wird. Das Intensitätsprofil wird auf der Bauteiloberfläche oder in einem Absorptionsvolumen genutzt, um ein prozessoptimiertes Volumentemperaturprofil ohne materialschädigende Temperaturgradienten einzustellen.
[42] Das Zuführen von Schutzgas über eine Düse zum Bearbeitungsbereich dient dazu, lokal auf der Glasoberfläche über Konvektion zu kühlen, Wärmestaus im Material aufgrund schlechter Wärmeleitung zu verhindern, als Inertgas den Diamanten zu schützen oder um Oxidationsvorgänge zu vermeiden und Späne, welche Laserstrahlung absorbieren, aus dem Fokusbereich zu blasen.
[43] Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn das Werkstück aus Quarzglas hergestellt ist. Dies führt zu Übergangstemperaturen von 1100 bis 1080°C.
[44] Im Bearbeitungsbereich wird die Temperatur vorzugsweise koaxial zum Laserstrahl gemessen. [45] Da ein Diamant ein besonders guter Wärmeleiter ist, kann eine Korrelation zur Temperatur des Bearbeitungsbereichs auch am monokristallinen Diamanten berührend gemessen und für die Leistungsregelung des Lasers genutzt werden.
[46] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Laserfokus ultrapräzise in Bearbeitungsrichtung unmittelbar vor oder seitlich der Werkzeugschneide mit einer relativen Genauigkeit zwischen Werkzeugschneide und Laserfokus < 1 mm, vorzugsweise < 500 mhi positioniert wird.
[47] Insbesondere hierbei wird vorgeschlagen, dass mit der Präzisionseinrichtung zur hochpräzisen lokalen Erwärmung der Fokusdurchmesser im Bearbeitungsbereich auf < 500 pm und vorzugsweise < 200 mih eingestellt wird.
[48] Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 als schematische perspektivische Darstellung eine Vorrichtung mit einem Werkzeughalter und einer Werkzeugschneide,
Figur 2 den Eingriff einer Werkzeugschneide an einem Werkstück und
Figur 3 die Viskosität von Glas über der Temperatur.
[49] Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung zeigt einen Werkzeughalter 2, mit einer Werkzeugschneide 3. An dem Werkzeughalter 2 ist eine Einrichtung 4 angeordnet, die es ermöglicht einen Laserstrahl zu erzeugen, zu fuhren und zu fokussieren. Hierfür hat die Einrichtung 4, eine Einrichtung 5 zum Einkoppeln eines kollimierten Laserstrahls, eine Einrichtung 6 zur dichtroiden Auskopplung für koaxiale Messungen und eine Einrichtung 7 als Fokussieroptik für linear basierte Systeme, die auch als Freiformoptik ausgebildet sein kann. Die Einrichtung 4 weist darüber hinaus Umlenkeinrichtungen 8, 9 für ein linsenbasiertes System auf, die bei einem spiegelbasierten System als Strahlformoptik ausgebildet sind. Der Laserstrahl 10 wird mit dieser Einrichtung 4 auf einen Laserfokus 11 in einem Bearbeitungsbereich 12 des Werkstücks 13 fokussiert. [50] Die Werkzeugscheide 3 weist einen monokristallinen Diamant 14 auf, der im Bearbeitungsbereich 12 mit dem Werkstück 13 in Eingriff steht.
[51] Darüber hinaus weist die Vorrichtung 1 eine Inertgaszuführung 15 auf, die eine Düse 16 für die Zufuhr von Schutzgas zum Bearbeitungsbereich 12 und zur Werkzeugschneide 3 enthält.
[52] Letztlich weist die Vorrichtung 1 auch eine Temperaturregeleinrichtung 17 auf, die mit einer Temperaturmesseinrichtung 18 und/oder der Pyrometertemperaturmesseinrichtung 19 einerseits und andererseits mit der Einrichtung 4 zur Erzeugung des Laserstahls 10 in Verbindung steht.
[53] Die Temperaturmesseinrichtung 17 misst die Temperatur im Bearbeitungsbereich 12 indirekt über einen Sensor auf dem monokristallinen Diamant 14. Dies ist möglich, da der monokristalline Diamant 14 eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
[54] Die Temperatur im Bearbeitungsbereich 12 kann jedoch auch mittels der Einrichtung 19 direkt über ein Pyrometer oder eine Infrarotkamera erfolgen.
[55] Die in der Figur 2 schematisch gezeigten Komponenten sind in dem in der Figur 1 gezeigten Werkzeugkopf 20 angeordnet, der eine Schutzgasführung 21 aufweist und es ermöglicht, den Laserstrahl 10 in Werkzeugnähe im Bereich 22 auszukoppeln.
[56] Das Werkstück 13 besteht aus Glas oder Glaskeramik und es weist eine Oberfläche 23 auf, die mit dem monokristallinen Diamant in einem Drehprozess bearbeitet wird, um eine optisch fünktionale Oberfläche 24 herzu stellen. Hierzu wird mit dem Laserstrahl 10 der Bearbeitungsbereich 12 des Werkstücks 13 erwärmt. Dabei werden im Bearbeitungsbereich 12 mit der Einrichtung 15 ein Schutzgas zugeführt und eine Temperatur 25 gemessen, die so eingestellt wird, dass sie unterhalb der Übergangstemperatur Tg 26 des Werkstücks 13 und oberhalb des unteren Kühlpunktes 27 des Werkstücks 13 liegt. Der Arbeitsbereich 28 für das laserunterstützte Drehen von Werkstücken 13 aus Glas oder Keramik liegt somit zwischen dem oberen Kühlpunkt Tg 26 und dem unteren Kühlpunkt 27.
[57] Diese in der Figur 3 exemplarisch für ein Glas dargestellten Werte müssen bei der Durchführung des Verfahrens auf den jeweiligen Werkstoff des Werkstücks 13 abgestimmt sein. Hierfür sind aus dem Stand der Technik Kurven bekannt, die für spezielle Werkstoffe die Viskosität in log h in cLPas über der Temperatur in °C zeigen. In derartigen Darstellungen wird gezeigt, wie ein Material bei Steigerung der Temperatur aus dem Bereich Kühlen 29 über die Bereiche Sintern 30, Blasen 31, Pressen 32 bis zum Schmelzen 33 erhitzt werden kann.
[58] Die Umlenkoptik kann ein Umlenk- und Fokussierspiegel 8 und eine transmissi- ve Optik 9 aufweisen, wobei die Optik 7 Freiformflächenanteile aufweisen kann. Diese Optik kann eine rotatorische oder translatorische Kinematik 34 aufweisen, um den Laserfokus 11 während der Bearbeitung kontinuierlich oder diskret relativ zum Werkstück 13 nachzuführen. Die Einrichtungen 18 und 19 dienen als Sensorik zur Messung der aktuell vorliegenden Temperatur 25 im Bearbeitungsbereich 12.
[59] Zur Reduktion von Temperaturdehnungen bedingt durch Absorption von Streustrahlung kann eine passive oder aktive Kühlung 35 vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) mit einem Werkzeughalter (2) und einer Werkzeugschneide (3) zum Drehen einer optisch funktionalen Oberfläche (24) eines Werkstücks (13) aus Glas oder Glaskeramik und mit einer Einrichtung (4) zur Erzeugung, Führung und Fokussierung eines Laserstrahls (10) auf einen Laserfokus (11) in einem Bearbeitungsbereich (12) des Werkstücks (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschneide (3) einen monokristallinen Diamant (14) aufweist, die Vorrichtung (1) eine Inertgaszufuhrung (15) zur Werkzeugschneide (3) und eine Temperaturregeleinrichtung (17) aufweist, um im Bearbeitungsbereich (12) eine Temperatur (25) unterhalb der Übergangstemperatur Tg (26) des Materials des Werkstücks (13) und oberhalb des unteren Kühlpunktes (27) des Materials des Werkstücks (13) einzustellen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) eine Regelung (17) aufweist, um die Temperatur auf +/- 100 K und vorzugsweise auf +/- 50 K genau einzustellen.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) Umlenk- und Fokussierspiegel (8) für den Laserstrahl (10) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) eine transmissive Optik (9) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) mindestens eine Optik (7) mit Freiformflächenanteilen aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine rotatorische oder translatorische Kinematik (34) aufweist, um den Laserfokus (11) während der Bearbeitung kontinuierlich oder diskret relativ zum Werkstück (13) nachfuhren zu können.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Düse (16) aufweist, um während der Bearbeitung auftretende Späne aus dem Laserfokus (11) zu blasen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sensorik (18, 19) zur Messung der aktuell vorliegenden Temperatur (25) im Bearbeitungsbereich (12) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine passive oder aktive Kühlung (35) aufweist, um Temperaturdehnungen bedingt durch Absorption von Streustrahlung zu reduzieren.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (10) eine Leistung von 10 bis 100 Watt und vorzugsweise von 20 bis 50 Watt aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (10) eine Wellenlänge > 6 pm aufweist.
12. Verfahren für das Drehen einer Oberfläche (23) eines Werkstücks (13) aus Glas oder Glaskeramik mit einem monokristallinen Diamanten (14), zur Herstellung einer optisch funktionalen Oberfläche (24), bei dem mit einem Laserstrahl (10) ein Bearbeitungsbereich (12) des Werkstücks (13) erwärmt wird, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bearbeitungsbereich (12) ein Schutzgas zugeführt wird und im Bearbeitungsbereich eine Temperatur (25) unterhalb der Übergangstemperatur Tg des Werkstücks (13) und oberhalb des unteren Kühlpunktes (27) des Werkstücks (13) eingestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich (12) des Werkstücks (13) und vorzugsweise das ganze Werkstück (13) in einem Raum mit einer Temperatur (25) vorgeheizt wird, die während der Bearbeitung hochpräzise auf zumindest +/- 0,1 K gehalten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (23) vor der Bearbeitung bereits eine Formhai tigkeit von weniger als 50 pm und eine Rauigkeit von weniger als 100 Nanometer RA aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bearbeitungsbereich (12) die Temperatur (25) gemessen wird und auf Basis der ermittelten Temperatur (25) die Laserleistung, die Laserfokuspositionierung und/oder die Laserfokussierung regelt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer geometrisch bestimmten Schneide (3), vorzugsweise mit Naturdiamant (12), unter Entfestigung des Glaswerkstoffs durch Laserstrahlung mit Wellenlängen > 6 gm die Oberfläche (23) ultrapräzise zerspant wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Freiformoptik (7) ein deterministisches Intensitätsprofil auf der Oberfläche (23) eingestellt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bearbeitungsbereich (12) über eine Düse (16) ein Schutzgas zugefuhrt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (13) aus Quarzglas hergestellt ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Bearbeitungsbereich (12) koaxial zum Laserstrahl (10) gemessen wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (25) des Bearbeitungsbereichs (12) am monokristallinen Diamanten (14) berührend gemessen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserfokus (11) ultrapräzise in Bearbeitungsrichtung unmittelbar vor oder seitlich der Werkzeugschneide mit einer relativen Genauigkeit zwischen Werkzeugschneide (3) und Laserfokus (11) < 1 mm vorzugsweise < 500 pm positioniert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Regelung (17) zur hochpräzisen lokalen Erwärmung der Fokusdurchmesser im Bearbeitungsbereich (12) auf < 500 pm vorzugsweise < 200 pm eingestellt wird.
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