DE19830237C2 - Method and device for cutting a workpiece made of brittle material - Google Patents
Method and device for cutting a workpiece made of brittle materialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff mit einem Laserstrahl. Eine bevorzugte Anwendung ist dabei das Schneiden von Glas oder Keramik, insbesondere von Flachglas.The invention relates to a method for cutting a workpiece made of brittle material with a laser beam. A preferred one The application is the cutting of glass or ceramics, especially of Flat glass.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Schneiden eines derartigen Werkstückes mittels eines Laserstrahles.The invention further relates to a device for cutting a such workpiece by means of a laser beam.
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. Conventional separation processes for flat glass are based on this Diamonds or a cutting wheel first a scratch in the glass generate the glass subsequently by an external mechanical force break along the vulnerability thus created. The disadvantage of this Process that releases particles (splinters) from the surface through the scratch track that can deposit on the glass and there, for example Can cause scratches. So-called mussels on the Cut edges arise that lead to an uneven glass edge. Continue to lead the microcracks in the cutting edge that occur during scribing are reduced mechanical strength, d. H. to an increased risk of breakage.
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.One approach to splinters as well as shells and micro cracks avoid, consists in separating glass on the basis of thermally generated Tension. This involves using a heat source that is directed towards the glass fixed speed relative to the glass and so high Thermal stress creates cracks in the glass. The necessary Property of the heat source, the thermal energy locally, d. H. with a Accuracy better than a millimeter, which is the typical cutting accuracy corresponds to being able to position, infrared radiators are sufficient, special Gas burners and especially lasers. Lasers have become because of their good Focusability, good controllability of the performance as well as the possibility of Beam shaping and thus the intensity distribution on glass has proven itself and enforced.
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 Schriften bekannt geworden und unterscheidet sich grundsätzlich von dem ebenso beispielsweise aus der EP 0 062 484 A1 oder der US 5,237,150, oder JP 10-166 170 A der bekannten Laserstrahl- Schneidverfahren, bei dem ein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Schnittfuge stattfindet, wobei durch ein Gas die Schnittfuge ständig sauber geblasen wird. Bei der JP 10-166 170 A wird dabei Druckluft konzentrisch zum Laserstrahl durch eine Ringdüse aufgeblasen.This laser beam cutting process, which is caused by local heating by the focused laser beam combined with cooling from the outside thermomechanical stress up to the breaking strength of the material induced, has become known through several writings and differs basically of the same, for example from EP 0 062 484 A1 or the US 5,237,150, or JP 10-166 170 A of the known laser beam Cutting process in which the glass is melted to form a Kerf takes place, with a gas constantly cleans the kerf is blown. In JP 10-166 170 A, compressed air becomes concentric with the Laser beam inflated through a ring nozzle.
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.The first-mentioned laser beam cutting process has a wide variety Founded as the superior method and enforced in practice. The invention also emanates from him. The through the aforementioned process achievable cutting ability and the usability of the process are especially by the intensity distribution in the laser beam and the type of Cooling causes what is explained below using known methods should.
Das aus der WO 93/20015 bekannte Verfahren 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.The method known from WO 93/20015 also uses a laser beam elliptical shape, with a trailing cooling spot. This method shows good ones Results when straight-line scratching of non-metallic plate material can however, no high-quality and high-precision scratching along one Secure curved contour. In addition, the method mentioned has a low level Stability of the cutting process with a high radiation density and high Cutting speeds.
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.This is due to the fact that the heating with a laser beam elliptical cross section and the Gaussian distribution of the radiation density in takes place in a very narrow range, the temperature of which Periphery to the center increased significantly. It is extremely complicated stable thermal splitting at high speed, high scratch depth and to achieve a stable power density when heating the Often with its overheating in the central area of the material Irradiation area, d. H. the softening temperature of the material is exceeded, although this is not permitted with high-quality cutting.
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.To the heating conditions of the material along the cutting line too optimize, the heating is carried out according to WO 96/20062 by means of a Radiant heat beam, in its cross section, through the center of the Bundle, the density of the radiant power decreases from that Periphery distributed to the center. It becomes an elliptical bundle of rays uses a temperature distribution in the form of an elliptical ring causes. A disadvantage of this method is that in the front Area of the elliptical radiation beam seen in the cutting direction in In the area of the dividing line, unnecessary heating is already taking place. Hereby takes place in the middle of the radiation beam, i.e. H. on the dividing line an unnecessary large heating instead, so that at the end of the radiation beam where the Radiation intensity in turn becomes very high in the area of the dividing line Under certain circumstances, glass can already melt.
Mit diesem Verfahren können ferner nur Gläser mit einer Stärke bis typischerweise 0,2 Millimeter durchtrennt werden, weil bei höheren notwendigen Strahlleistungen ansonsten ein Aufschmelzen stattfindet und der Riß unterbricht. Bei größeren Glasdicken findet nur ein Ritzen des Glases statt.With this method only glasses with a thickness up to typically cut 0.2 millimeters because at higher necessary beam power otherwise melting takes place and the Crack breaks. With larger glass thicknesses, the glass is only scratched.
Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens werden durch das Verfahren nach der DE 197 15 537 A1 vermieden, das einen Brennfleck mit einer U- bzw. V- förmigen Kontur vorsieht, die sich in Schneidrichtung öffnet.The disadvantages of this known method are alleviated by the method DE 197 15 537 A1 avoided that a focal spot with a U or V provides shaped contour that opens in the cutting direction.
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 Temperaturminimum besteht. Durch das Zusammenlaufen der Schenkel der V- bzw. U-förmigen Kurve am hinteren Ende des Wärmestrahlungsflecks wird das lokale Temperaturminimum zunehmend verringert, d. h. die Temperatur im Bereich der Trennlinie nimmt zum Ende des Wärmestrahlungsflecks hin zu und erreicht dort ein lokales Temperaturmaximum, 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.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 spots the workpiece surface through the two spaced intensity maxima initially over a large width, up to a few millimeters, is heated, being between the two Intensity maxima initially there is a local temperature minimum. By the The legs of the V- or U-shaped curve converge at the rear The local temperature minimum becomes the end of the heat radiation spot increasingly diminished, d. H. the temperature in the area of the dividing line increases towards the end of the heat radiation spot and there reaches a local one Temperature maximum, especially on the workpiece surface, but still is below the melting temperature of the workpiece. Such one Heat radiation spot causes that in the range of the distance Intensity maxima a homogeneous heating of the workpiece on a large Latitude and also in depth to a temperature below the Melting temperature is reached, which 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 follows an immediate one 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. By heating up over a wide latitude with a maximum temperature on the dividing line Combination with cooling, which is also their largest on the dividing line Effect shows a comparatively high mechanical tension with a strong local maximum on the dividing line. This makes it possible also to cut through large workpiece thicknesses cleanly.
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.This method has been used in practice when performing straight Well-tried cuts. When making free-form cuts, i.e. H. of Cuts with any, even curved, contour must be one of the contours of the Curved U- or V-shaped intensity distribution adapted to the cutting line generated and the contour including the subsequent cooling can be traced. This requires, in particular, a coupling of those generating the focal spot Scanner device with a path control, which is not insignificant Control and adjustment effort entails.
Durch die DE 44 11 037 C2 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.DE 44 11 037 C2 describes a laser beam cutting method for Cutting hollow glasses has become known with a sharp to one Spot-bundled, fixed laser beam that works around itself rotating hollow glass creates a thermal stress zone. After that along the introduced tension zone over the entire circumference of the Cooled hollow glass with a spray water mist blown out of a nozzle and so in connection with a mechanically or thermally generated starting crack a separation of the edge of the hollow glass is achieved. This known method is suitable but practically through the sequential heating and Cooling only for separating the edge of hollow glasses.
Durch die DE 43 05 107 A1 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 Laserstrahlengang 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 A1 bereits erläutert, in seiner Krümmung der jeweiligen Kontur angepaßt werden. A laser beam cutting method is known from DE 43 05 107 A1 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 incident beam cross section by means of an aperture in the laser beam path is adjustable. This procedure is also in severely limited in its usability. With free-form cuts, the elongated focal spot, as in connection with DE 197 15 537 A1 already explained, can be adjusted in its curvature to the respective contour.
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.Since the cooling only after the heating of the cutting line, z. B. by blowing with cold compressed air, is suitable the known method practically only for cutting off the Press edge of hollow glasses, where the hollow glass is in the fixed laser beam rotates, the periphery first being heated by the laser beam and is then cooled by inflating the gas.
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.This document also refers to the fact that with a round Beam cross section does not solve the requirements satisfactorily might have an energetic focal spot on one side that the other side, however, must not cause melting.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete 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.The object of the invention is the method described at the outset to guide or train the associated device so that with simple measures also any free-form cuts with high accuracy and with rounding of the sharp edges without micro cracks and Shellfish are possible.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung für das Verfahren mit
den Schritten:
This problem is solved according to the invention for the method with the steps:
- - Erzeugen eines Laserstrahles und Führen des Laserstrahles fokussiert auf das zu schneidende Werkstück ohne Aufschmelzen des Werkstoffes,- Focused generation of a laser beam and guiding the laser beam on the workpiece to be cut without melting the material,
- - Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück unter Bewegen des Laserstrahles entlang einer vorgegebenen Schneidlinie mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung,- Generate a relative movement between the laser beam and the Workpiece moving the laser beam along a given one Cutting line with induction of thermomechanical tension,
- - Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstückes als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form einnimmt, und- Forming the laser beam so that the surface of the cutting workpiece acting as a focal spot beam cross-section takes a circular shape, and
- - Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.- Inflation of a fluid cooling medium concentric to the circular Focal spot on its outer edge while increasing the thermomechanical stress up to the breaking strength of the Material.
Hinsichtlich der Vorrichtung gelingt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß
durch eine Vorrichtung, mit:
With regard to the device, the object is achieved according to the invention by a device with:
- - einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines hochenergetischen Laserstrahles, und optischen Mitteln zum Führen des Laserstrahles fokussiert auf die Schneidlinie ohne Aufschmelzen des Werkstoffes,- A laser beam source for generating a high-energy Laser beam, and optical means for guiding the laser beam focuses on the cutting line without melting the material,
- - 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,- A drive arrangement for generating a relative movement between the focused laser beam and the workpiece while moving the Laser beams along the specified cutting line without a kerf while inducing a thermomechanical tension,
- - Mitteln zum Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des Werkstückes schnittfugenlos als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form annimmt, und- Means for shaping the laser beam so that the surface of the workpiece without gaps acting as a focal spot Beam cross section assumes a circular shape, and
- - Mitteln zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Querschnitt des Brennfleckes an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.- Means for inflating a fluid cooling medium concentrically circular cross section of the focal spot on its outer edge below Increase of the thermomechanical tension up to the breaking strength of the material.
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.With the measures according to the invention it is possible with great advantage Workpiece parts with any geometry from the brittle material especially glass, by simply moving along the cutting contour cut out.
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.Because of the strong local temperature maximum on the cutting line and the the cut follows very closely adjacent concentric cooling precise every free form. Thus, for example with thin glass (approx. 50 µm), but also with thick glass (several millimeters) any geometry be severed. Another advantage of the invention is that a mechanical breaking after the heat and cooling treatment is not necessary, so that clean separating edges are achieved which are neither micro-cracks nor Scallops included.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen konnte auch das oben angeführte Vorurteil hinsichtlich der Nichtpraktikabilität von runden Strahlquerschnitten beseitigt werden.With the measures according to the invention, the above could also be achieved Prejudice regarding the impracticality of round beam cross sections be eliminated.
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.With the high laser powers required, it should be noted that the laser beam brittle material does not melt. According to one Further development of the invention, the laser beam is therefore shaped so that the Beam cross-section in the focal spot a closed, but expanded circular area forms, whose intensity is clearly below that of the highly focused Laser spots.
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.Another way to reduce the point intensity is to to shape the laser beam according to another development so that the Beam cross-section forms a circular ring in the focal spot.
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.These beam cross sections are preferably made by a scanner device generated. Also the use of lasers with a corresponding one TEM 00 * or TEM 01 * mode possible, in which the beam is not included downstream optical means, but already in the laser by a corresponding resonator structure is formed.
Vorzugsweise wird als Laser ein Co2-Laser, dessen Wellenlänge dem spektraken Absorptionsmaximum des zu schneidenden Werkstoffes entspricht, eingesetzt. 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.A Co 2 laser whose wavelength corresponds to the spectral absorption maximum of the material to be cut is preferably used as the laser. This CO 2 laser emits light in the far infrared range at a wavelength of 10.6 µm. This heat radiation shows considerable peculiarities in the effect on matter. It is strongly absorbed by most materials that are transparent in visible light.
Der Umstand der starken Absorption in Glas wird verwendet, um Glas zu schneiden. Bei einem Absorptionskoeffizienten von 103 cm-1 wird 95% der Leistung in einer 30 µm dicken Schicht absorbiert.The circumstance of strong absorption in glass is used to cut glass. With an absorption coefficient of 10 3 cm -1 , 95% of the power is absorbed in a 30 µm thick layer.
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.In addition, 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.
Aufgrund der unterschiedlichen Absorptionsbanden 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 Absorption zeigt, so daß die Energieverluste minimiert werden.Due to the different absorption bands of the individual materials a wavelength-tunable laser is preferably used. So the wavelength can be set for each material at which this shows strongest absorption, so that the energy losses are minimized.
Z. B. ist die Absorptionskante 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 Absorptionsspektrum hängt auch sehr empfindlich von der chemischen Zusammensetzung des Glases ab. Eine höhere oder niedrigere Absorptionskante wird abhängig von den thermischen und mechanischen Eigenschaften der Glasmischung zu unterschiedlichen Ergebnissen beim Absprengen führen. Deshalb wird die Wellenlänge auf die Glassorte optimiert.For example, 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. There are special CO 2 lasers that can change the emitted wavelength from 9.4 to 11.8 µm using an interference grating. The absorption spectrum is also very sensitive to the chemical composition of the glass. A higher or lower absorption edge will lead to different results when blasting, depending on the thermal and mechanical properties of the glass mixture. That is why the wavelength is optimized for the type of glass.
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.For inflating the fluid cooling medium concentric to the circular one Focal spot is preferably a according to an embodiment of the invention Ring nozzle with tapered flow from top to bottom used. This makes it easy to use the Distance - nozzle to workpiece - the flow of the fluid cooling medium exactly concentrically adjacent to the focal spot to a high generate thermomechanical tension. Under a fluid cooling medium both liquids and gases or mixtures of both are to be understood become.
Bei den aus den eingangs zitierten Schriften EP 0 062 484, US 5,237,150 und JP 10-166 170 A bekannten Vorrichtungen ist zwar auch eine Ringdüse vorgesehen, durch die ein Gas konzentrisch zum Laserstrahl geblasen wird, jedoch dient dieses Gas im bekannten Fall der Kühlung der den Laserstrahl fokussierenden optischen Elemente sowie dazu, die durch den Laserstrahl im Werkstück erzeugte Schnittfuge ständig sauber zu blasen. Im Fall der Ausgestaltung der Erfindung ist keine Schnitt-Fuge im Werkstück vorhanden, die sauber zu blasen wäre, sondern das konzentrisch zum kreisförmigen Brennfleck aufgeblasene Gas dient zur Erzeugung einer thermomechanischen Spannung als Voraussetzung für ein Brechen des Werkstückes entlang der Schnittlinie.In the publications EP 0 062 484, US 5,237,150 and JP 10-166 170 A known devices is also an annular nozzle through which a gas is blown concentrically to the laser beam, however, in the known case, this gas serves to cool the laser beam focusing optical elements as well as the laser beam in the Always blow the workpiece-generated kerf clean. In the case of Embodiment of the invention, there is no kerf in the workpiece to blow clean, but concentric to the circular focal spot inflated gas is used to generate a thermomechanical stress Prerequisite for breaking the workpiece along the cutting line.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. ergeben sich auch anhand der Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.Further embodiments of the invention are in the subclaims marked or result from the description of in the Exemplary embodiments shown in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines kreisrunden Laserstrahl-Brennfleckes mit benachbarter konzentrischer Kühlzone, Fig. 1 shows a schematic representation of an apparatus for generating a circular laser beam focal spot with adjacent concentric cooling zone,
Fig. 2 in zwei Darstellungen A und B zwei Möglichkeiten für die Ausbildung eines kreisrunden Laserstrahl-Brennfleckes, und Fig. 2 in two representations A and B two options for the formation of a circular laser beam focal spot, and
Fig. 3 in fünf verschiedenen Darstellungen A bis F verschiedene Möglichkeiten zur Ausbildung der Ringdüse zum konzentrischen Anblasen des Kühlfleckes. Fig. 3 in five different representations A to F different ways of forming the ring nozzle for concentrically blowing the cooling spot.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem 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.In Fig. 1 is a device for cutting a workpiece made from brittle material, here shown in the form of a moving in the direction of arrow glass plate 1 to be longitudinally cut 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.
Als Laserstrahlquelle ist ein Laser 4 vorgesehen, insbesondere ein CO2-Laser, der einen Laserstrahl 5 aussendet. A laser 4 is provided as the laser beam source, in particular a CO 2 laser, which emits a laser beam 5 .
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-Richtung 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 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 8a, 8b angeschlossen ist. Vorzugsweise liegt die Oszillationsfrequenz der beiden Spiegel bei 500 bis 2000 Hz, so daß eine Schneidgeschwindigkeit von 50 mm/s bis 1000 mm/s erreicht werden kann, was von der eingesetzten Strahlungsintensität abhängt.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, ie to synchronize them so that this circular contour 3 is achieved, a common control and regulating device 8 is provided which is connected to the drives of the two mirrors 6 , 7 , not shown, via which Control lines 8 a, 8 b is connected. The oscillation frequency of the two mirrors is preferably 500 to 2000 Hz, so that a cutting speed of 50 mm / s to 1000 mm / s can be achieved, which depends on the radiation intensity used.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform einer Scannereinrichtung 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.According to an alternative embodiment of a scanner device, the optical device has a mirror wheel whose surface is curved in such a way that a laser beam reflected thereon describes at least one circular curve on the surface of the workpiece 1 to be cut during rotation of the mirror wheel.
Eine derartige Scannereinrichtung zum Erzeugen eines (jedoch anders geformten) Laserstrahl-Brennfleckes ist an sich durch die eingangs zitierte DE 197 15 537 A1 bekannt geworden.Such a scanner device for generating a (but different shaped) laser beam focal spot is in itself by the above quoted DE 197 15 537 A1 has become known.
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.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.
Der Laserstrahl 5 wird vor dem Auftreffen auf die Glasoberfläche mittels einer nicht dargestellten optischen Fokussiereinrichtung 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.Before striking the glass surface, 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 .
Unmittelbar bevor der Laserstrahl 5 auf der Glasoberfläche auftrifft, ist eine Ringdüse 9 mit einer zentrischen Bohrung 9a für den Laserstrahl 5 vorgesehen, die einen zu der Bohrung konzentrischen Ringraum 9b 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.Immediately before the laser beam 5 strikes the glass surface, an 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. As shown, the annular space is preferably conical toward the workpiece surface.
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.The fluid cooling medium is inflated concentrically to the circular focal spot on the outer edge of the annular space, increasing the 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 between nozzle 9 and glass plate 1 .
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. 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.
Das fluide Kühlmedium kann kühle Druckluft oder vorteilhafter ein Luft- Wasser-Gemisch sein, weil damit der Temperaturgradient verstärkt wird. Auch andere Kühlmedien sind denkbar.The fluid cooling medium can be cool compressed air or, more advantageously, an air Water mixture, because this increases the temperature gradient. Also other cooling media are conceivable.
Im einfachsten Fall kann der Laserstrahl-Brennfleck 3, wie in Fig. 2A dargestellt, die Form einer geschlossenen Kreisfläche mit der zugehörigen Gauss'schen 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.In the simplest case, 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 the sake of simplicity. 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.
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.In another more advantageous, because thermally more favorable, embodiment, 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.
Da derartige Laser mit einem speziellen TEM-Mode relativ teuer sind und auch nicht für alle benötigten Leistungsklassen zur Verfügung stehen, werden die kreisrunden Brennflecke vorzugsweise mittels des Scanners 6, 7, 8 erzeugt.Since such lasers with a special TEM mode are relatively expensive and are also not available for all the required power classes, the circular focal spots are preferably generated by means of the scanner 6 , 7 , 8 .
Der Durchmesser des Brennfleckdurchmessers liegt zwischen 0,5 mm und mehreren Millimetern. Er ist abhängig von der benötigten Laserleistung, Kühlung, Materialart, Materialdicke und gewünschter Vorschubgeschwindigkeit.The diameter of the focal spot diameter is between 0.5 mm and several millimeters. It depends on the laser power required, Cooling, material type, material thickness and desired Feed rate.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der zugehörigen Vorrichtung lassen sich jedoch nicht nur flache Werkstücke aus sprödbrüchigem 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.With the method according to the invention or the associated device, however, not only can flat workpieces made of brittle-brittle material be cut in the XY plane, but also workpieces can be machined three-dimensionally. While in the case of the XY cuts the flat workpiece is preferably moved relative to the laser beam spot 3 , in the case of three-dimensional machining the laser beam spot 3 is preferably traced with the corresponding movement of the scanner of the cutting line.
Neben Flachglas läßt sich auch Hohlglas schneiden.In addition to flat glass, hollow glass can also be cut.
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.In 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.
Im einfachsten Fall ist ein Rohr 9c mit der zentrischen Bohrung 9a von einem koaxialen Ringraum 9b mit gerader Rohrwand 9d umgeben, was zu einem Querschnitt entsprechend der Fig. 3 D führt.In the simplest case, 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.
Die Anordnung kann aber auch entsprechend der Darstellung in Fig. 3 B so getroffen werden, daß das innere Rohr 9c von einem Kegelstumpf-Mantel 9d mit konisch zulaufendem Ringraum 9b 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.The arrangement can also be made as shown in Fig. 3 B so that the inner tube 9 c is surrounded by a truncated cone jacket 9 d with a tapered annular space 9 b. The outlet opening in the annular space can be designed such that it is continuously open, as shown in the illustration D, or that it has circular or angular through openings in a closing edge in accordance with the designs E and F.
Schließlich besteht, wie in Fig. 3C dargestellt, die Möglichkeit, an dem zentrischen Rohr 9c eine konisch zulaufende Verdickung 9e anzuformen, die in Verbindung mit einem kegelstumpfförmigen Mantel 9d gleicher Neigung einen schräg zulaufenden Ringraum 9b schafft. Vorzugsweise sind dabei in der Verdickung Längsnuten 9f 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 Durchtrittsöffnungen) oder eine offene Durchtrittsfläche gemäß der Darstellung D vorgesehen sein.Finally, as shown in FIG. 3C, there is the possibility of forming a conical thickening 9 e on the central tube 9 c, which in conjunction with a truncated cone-shaped jacket 9 d of the same inclination creates an obliquely tapering annular space 9 b. Longitudinal grooves 9 f are preferably formed in the thickening (see illustration F), which predefine a multiplicity of air ducts with associated passage openings at the nozzle outlet, which ensures particularly intensive blowing of the zone around the focal spot and thus high induced thermomechanical stress. However, circular passage openings according to illustration E (or modified angular passage openings) or an open passage area according to illustration D can also be provided.
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 Absorptionseigenschaften der Materialien angepaßt werden.The process described can be used for all brittle materials, that can be broken by thermal stress (e.g. ceramics, stones, Crystals). The radiation source must be in the wavelength Absorption properties of the materials can be adjusted.
Claims (20)
- - 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.
- 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 a thermomechanical tension,
- - Forming the laser beam in such a way that the beam cross-section acting as a focal spot on the surface of the workpiece to be cut assumes a circular shape, and
- - Inflation of a fluid cooling medium concentric to the circular focal spot on its outer edge while increasing the thermomechanical stress to the breaking strength of the material.
- - einer Laserstrahlquelle (4) zur Erzeugung eines hochenergetischen Laserstrahles (5) und optischen Mitteln (6, 7) zum Führen des Laserstrahles fokussiert auf die Schneidlinie (2) ohne Aufschmelzen des Werkstoffes,
- - einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem fokussierten Laserstrahl (5) und dem Werkstück (1) unter Bewegen des Laserstrahles entlang der vorgegebenen Schneidlinie (2) ohne Schnittfuge unter Induzierung einer thermomechanischen Spannung,
- - Mitteln (6, 7, 8) zum Formen des Laserstrahles derart, daß der auf die Oberfläche des Werkstückes schnittfugenlos als Brennfleck (3) einwirkende Strahlquerschnitt eine kreisrunde Form annimmt, und
- - Mitteln (9) zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums konzentrisch zum kreisrunden Querschnitt des Brennfleckes an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.
- a laser beam source ( 4 ) for generating a high-energy laser beam ( 5 ) and optical means ( 6 , 7 ) for guiding the laser beam focused on the cutting line ( 2 ) without melting the material,
- a drive arrangement for generating a relative movement between the focused laser beam ( 5 ) and the workpiece ( 1 ) while moving the laser beam along the predetermined cutting line ( 2 ) without a kerf while inducing a thermomechanical tension,
- - Means ( 6 , 7 , 8 ) for shaping the laser beam in such a way that the beam cross section acting as a focal spot ( 3 ) on the surface of the workpiece without a cut assumes a circular shape, and
- - Means ( 9 ) for inflating a fluid cooling medium concentric to the circular cross-section of the focal spot on its outer edge while increasing the thermomechanical stress to the breaking strength of the material.
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