ES2247002T3 - Procedimiento para cortar componentes hechos de cristal, de ceramica,de vitroceramica o de un material analogo por realizacion de una fisura termica en el componente a lo largo de una zona de corte. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para cortar componentes (4, 13, 20, 22) hechos de cristal, cerámica, vitrocerámica o similares generando una fisura de tensión térmica en el componente a lo largo de una zona de corte (34, 36, 38), - en el que un rayo láser (10) es dirigido a la zona de corte, - en el que la longitud de ondas de radiación láser es elegida de manera que la radiación láser sea transmitida parcialmente por el componente (4, 13, 20, 22) con una absorción parcial y - en el que el rayo láser (10) es dirigido sobre el componente (4, 13, 20, 22), de modo que el rayo láser (10) sea transmitido parcialmente por lo menos dos veces por el componente (4, 13, 20, 22) simultánea o sucesivamente a lo largo de la zona de corte (34, 36, 38) fundamentalmente en el mismo punto o en puntos poco separados entre sí, - utilizándose medios reflectores que presentan por lo menos un primer reflector (12, 32) dispuesto en el lado del componente (4, 13, 20, 22) opuesto al láser, que refleja la radiación láser transmitidapor el componente (4, 13, 20, 22) a la zona de corte (34, 36, 38).

Description

Procedimiento para cortar componentes hechos de cristal, de cerámica, de vitrocerámica o de un material análogo por realización de una fisura térmica en el componente a lo largo de una zona de corte.

La invención está relacionada con un procedimiento del tipo señalado en el preámbulo de la reivindicación 1 para cortar componentes de cristal, cerámica, vitrocerámica o similares mediante la realización de una fisura térmica en una zona de corte del componente.

Los procedimientos para cortar componentes de cristal se conocen, por ejemplo, gracias a las Patentes DE 197 15 537 A1, DE 196 16 327 A1, WO 98/00266 A1, DE 44 05 203 A1 y WO 93/20015 A1.

Por la Patente DE 43 05 106 A1 se conoce un procedimiento en el que un láser dirige un rayo láser a una zona lineal de corte de un componente. En el procedimiento conocido, el componente se calienta por medio del rayo láser a lo largo de la zona de corte, por el hecho de que el cristal absorbe los rayos láser en su superficie. Como consecuencia se produce a lo largo de la zona de corte, una fisura térmica que da lugar a que el componente quede cortado en la forma deseada a lo largo de la zona de corte.

Uno de los inconvenientes del procedimiento conocido consiste en que sólo se utilizan las fuentes de radiación, cuyos rayos son absorbidos fundamentalmente por el cristal.

Por el "Patent Abstracts of Japan", número de publicación 10 244 386 A, se conoce un procedimiento del tipo en cuestión para el corte de componentes mediante producción de una fisura térmica en una zona de corte del componente en el que un rayo láser es dirigido a la zona de corte, eligiendo la longitud de ondas de radiación láser de manera que la radiación láser sea transmitida y absorbida parcialmente por el componente. En el procedimiento conocido, el rayo láser es dirigido sobre el componente de tal modo que el rayo láser es transmitido parcialmente por lo menos dos veces por el componente, simultánea o sucesivamente, a lo largo de la zona de corte y fundamentalmente en el mismo punto o en puntos situados a poca distancia el uno del otro.

Por la publicación Shepelov G V y otras "Cutting Sheet Glass with the Beam of a Solid-State Laser", Welding International, Welding Institute, Abington, Gran Bretaña, tomo 14, núm. 12, diciembre 2000 (2000-12), págs. 988-991, XP000998828 ISSN: 0950-7116, se conoce un procedimiento para el corte de cristal con utilización de un láser de estado sólido en el que el rayo láser es absorbido parcialmente en el material. Para generar una distribución óptima de la temperatura en el cristal, se utilizan dos rayos láser de la misma intensidad, cuyos puntos de incidencia se disponen a una distancia tal que en el material se obtenga una distribución óptima de la temperatura para la generación de la tensión mecánica necesaria.

La invención está basada en el objetivo de proporcionar un procedimiento del tipo señalado en el preámbulo de la reivindicación 1, que se pueda llevar a la práctica de una manera más económica.

Este objetivo se alcanza gracias a la teoría descrita en la reivindicación 1.

La invención soluciona la tarea que constituye la base de un modo sorprendentemente sencillo, dado que al mismo tiempo se someten al tratamiento, por lo menos, dos componentes dispuestos uno detrás del otro en el sentido de radiación. De este modo, el procedimiento según la invención resulta mucho más racional y, por consiguiente, mucho más económico. Si se tratan, por ejemplo, componentes iguales, se reducen los ciclos en la realización del procedimiento según la invención en un factor correspondiente al número de componentes procesados al mismo tiempo.

El procedimiento según la invención no sólo está indicado para el tratamiento simultáneo de varios componentes iguales, sino también para el tratamiento de componentes compuestos por varias piezas individuales, por ejemplo, para el corte de lunas de cristal compuesto formadas por dos cristales individuales pegados entre sí entre los que se encuentra una lámina de material sintético.

La zona de corte puede presentar cualquier geometría apropiada, siendo, por ejemplo, posible que se configure a modo de una línea de corte recta, poligonal o arqueada en cualquier forma deseada.

En el corte de componentes mediante rayos láser por producción de una fisura térmica en un componente, es necesario que en primer lugar se cree en una zona de partida una fisura inicial, a partir de la cual se va formando a lo largo de la operación de corte, la zona de corte. La fisura inicial se puede crear, por ejemplo, en el tratamiento de distintos componentes, deteriorando la superficie del componente mecánicamente en la zona de inicio, por ejemplo, practicando una muesca con ayuda de una herramienta de corte. Por regla general, este procedimiento no se puede aplicar en un procedimiento según la reivindicación 1, dado que para la producción de la fisura inicial es necesario el acceso a las superficies de todos los componentes a cortar. Teniendo en cuenta que en el procedimiento según la invención se procesan simultáneamente por lo menos dos componentes dispuestos uno detrás de otro en el sentido de radiación, sólo se suele tener acceso a la superficie del primer componente visto en dirección de la radiación en el procedimiento según la invención.

Por la Patente WO 01/32571 A1 se conoce un procedimiento del tipo señalado en el preámbulo de la reivindicación 2, para el corte de componentes de cristal mediante la creación de una fisura térmica en una zona de corte del componente, en el que al comienzo de la operación de corte se crea por medio de radiación láser, en la zona de partida de la fisura inicial, una fisura de partida en el componente desde la que parte la zona de corte en el transcurso posterior de la operación de corte.

En el procedimiento conocido, la fisura inicial se crea quitando, por medio de la radiación láser, material de la superficie del componente para formar así una ranura, de manera que la fisura inicial se forme del modo deseado.

Este procedimiento conocido también requiere un acceso a las superficies de cada uno de los componentes en los que se desee generar una fisura inicial. Por consiguiente, el procedimiento conocido no se puede aplicar en el caso del procedimiento según la reivindicación 1.

Eso significa que la invención está basada además en la tarea de presentar un procedimiento del tipo señalado en el preámbulo de la reivindicación 2, que permita la creación de una fisura inicial incluso en los componentes cuya superficie no resulta accesible, tal como es el caso en un procedimiento según la reivindicación 1 para los componentes posteriores vistos en dirección de la radiación.

Esta tarea se resuelve gracias al procedimiento indicado en la reivindicación 2. En este caso, la intensidad y/o el perfil de radiación y/o la focalización del rayo láser es o son controlados de manera que la fisura de partida es formada fundamentalmente sin quitar material en, por lo menos, dos componentes. El procedimiento conforme a la reivindicación 2 permite crear fisuras de partida incluso en los componentes cuya superficie no resulta libremente accesible. Dado que la fisura de partida es controlada exclusivamente mediante el correspondiente control de la intensidad y/o del perfil de radiación y/o de la focalización del rayo láser, no hace falta enfriar los componentes durante la producción de la fisura de partida.

Un perfeccionamiento de la idea básica del procedimiento descrito en la reivindicación 2 prevé que el rayo láser sea enfocado durante la creación de la fisura de partida a una zona por debajo de la superficie del componente. Esto permite de manera fiable la creación de una fisura de partida sin quitar material de la superficie de un componente.

En principio, la fisura de partida se puede crear en uno de los bordes del componente. Es conveniente crear la fisura de partida en un punto separado de los bordes del componente, especialmente cuando se trata de cortar del componente, una parte con un contorno cerrado.

Para obtener en la zona de la fisura partida un canto de corte lo más uniforme posible, es conveniente crear una fisura de partida que, en la dirección del rayo láser, se extienda sensiblemente por todos los componentes.

Otro perfeccionamiento de la teoría de la reivindicación 2 prevé que, para la continuación de la fisura de tensión térmica que parte de la zona de partida, el rayo láser es dirigido a la zona de partida y es desplazado después, durante la prosecución de la operación de corte, a lo largo de la zona de corte. En esta variante de realización, el láser va llevando la fisura térmica que parte de la fisura partida directamente, dirigiendo el punto del rayo láser a la punta de la fisura de tensión térmica que se va formando.

Como alternativa, el rayo láser para la continuación de la fisura de tensión térmica que parte de la zona de partida también puede ser dirigido hacia una zona separada de la zona de partida y es controlado de manera que la fisura de tensión térmica se forme, durante la prosecución de la operación de corte, a lo largo de la zona de corte. En esta variante de realización, el rayo láser sirve para calentar los componentes a distancia de la fisura de partida, de manera que en los componentes se genere un campo de temperatura definido que dé lugar a que la fisura de tensión térmica sea formada a lo largo de una zona de corte deseada, por ejemplo, una línea de corte.

De acuerdo con las respectivas exigencias, los componentes pueden estar separados entre sí durante el proceso de corte, pero también se pueden disponer unos contra otros o unidos entre sí, especialmente unidos fijamente entre sí. En el caso mencionado en primer lugar, se puede prever, por ejemplo, un soporte que mantenga los componentes separados durante el proceso de corte. No obstante, los componentes también pueden acoplarse los unos a los otros durante el proceso de corte, en especial cuando los componentes tienen una forma plana.

Los componentes a cortar por medio del procedimiento según la invención se pueden elegir dentro de unos límites muy amplios. Un perfeccionamiento especialmente ventajoso de la teoría que la invención prevé que los componentes formen un componente compuesto, especialmente una luna de cristal compuesto. Se ha podido comprobar que el procedimiento según la invención está especialmente indicado para el corte de lunas de cristal compuesto formadas por dos cristales pegados entre los cuales se encuentra una lámina de material sintético. De conformidad con la invención, de este modo se entiende, entre varios componentes a procesar al mismo tiempo, un único componente consistente en varios componentes individuales dispuestos uno detrás de otro en dirección de la radiación y unidos firmemente entre sí, tal como ocurre, por ejemplo, en el caso de una luna de cristal compuesto. El procedimiento según la invención permite, por ejemplo, también el corte de las pantallas indicadoras de LCD que, por regla general, están formadas por dos lunas superpuestas entre las que se dispone un cristal líquido.

Otra variante perfeccionada del procedimiento según la invención prevé que uno de los componentes a cortar, sea el recubrimiento del otro componente a cortar. En esta variante de realización se pueden cortar, por ejemplo, cristales planos con un recubrimiento especial, en particular, cristales planos en forma de lunas de espejo. Estas lunas de espejo se componen, por regla general, de una luna de cristal plano, un recubrimiento de plata o de aluminio aplicado por metalización al vacío, así como una capa de soporte para proteger el recubrimiento. El procedimiento según la invención permite en este caso tanto el corte de la luna, como el de la capa de soporte. Con esta variante de realización del procedimiento según la invención se pueden cortar, por ejemplo, también los espejos retrovisores de los automóviles.

Otras variantes de realización convenientes del procedimiento según la invención prevén que los componentes consistan en lunas, en especial, lunas de cristal plano o en componentes de cristal con simetría de rotación y/o que los componentes sean de cristal al borosilicato o de cristal a base de cal, y de bicarbonato de sodio.

La teoría según la invención prevé que se utilicen reflectores que presentan por lo menos un primer reflector dispuesto en el lado opuesto al láser, que refleja a la zona de corte la radiación láser transmitida por el componente. En esta variante de realización, la radiación es transmitida, en primer lugar, por el componente y reflejada por lo menos una vez por el primer reflector después de su transmisión por el componente, de manera que atraviesa el componente por lo menos dos veces fundamentalmente en el mismo punto a lo largo de la zona de corte, siendo absorbida por el componente por lo menos dos veces y transmitida parcialmente.

En principio resulta suficiente que los medios de reflexión presenten en la variante de realización antes citada, un solo reflector que refleje la radiación después de la transmisión a través de la zona de corte a la zona de corte, de modo que la radiación sea reflejada únicamente una sola vez. Una variante ventajosa de realización de la teoría según la invención prevé que los reflectores presenten, al menos, un segundo reflector dispuesto en el lado del componente vuelto hacia el láser, siendo reflejada por el primer reflector sobre el segundo reflector la radiación láser a través de la zona de corte, mientras que el segundo reflector refleja la radiación reflejada por el primer reflector a la zona de corte. En esta variante de realización, la radiación generada por el láser se refleja varias veces, de manera que los componentes la absorben parcialmente varias veces a lo largo de la zona de corte. De esta manera, se consigue un calentamiento rápido e intenso del componente en el punto de la zona de corte expuesto respectivamente a la radiación.

Un perfeccionamiento de la variante de realización antes descrita prevé que el segundo reflector vuelva a reenviar la radiación láser al primer reflector. En esta variante de realización, la radiación se refleja a modo de ida y vuelta entre el primer reflector y el segundo reflector, de manera que con un dispositivo sencillo y económico se consigue una reflexión múltiple de la radiación láser por los componentes y, por consiguiente, que la radiación atraviese varias veces los componentes, logrando un intenso calentamiento de los mismos.

En principio resulta suficiente que el rayo láser incidente y el rayo láser reflejado por el primer reflector, incidan en los componentes en puntos separados entre sí a lo largo de la zona de corte o que el rayo láser reflejado por el primer reflector al segundo reflector y el rayo láser reenviado por el segundo reflector al primer reflector, incidan en los componentes en puntos separados de la zona de corte, siempre que a lo largo de la zona de corte se obtenga de forma continua un calentamiento suficiente para la creación de la fisura de tensión térmica. Un perfeccionamiento especialmente ventajoso prevé, sin embargo, que el rayo láser incidente y el rayo láser reflejado por el primer reflector y/o el rayo láser reflejado por el primer reflector al segundo reflector, así como el rayo láser reenviado por el segundo reflector al primer reflector, sean dirigidos a lo largo de la zona de corte sensiblemente hacia el mismo lugar de los componentes. De este modo se consigue en el punto en el que el rayo incidente y el rayo reflejado inciden conjuntamente en los componentes, un calentamiento especialmente rápido e intenso de los componentes.

El primer reflector y, en su caso, el segundo reflector está o están dispuestos convenientemente a distancia de los componentes en el sentido de radiación. Así se evita que a través del reflector o de los reflectores se quite calor a los componentes de un modo no deseado.

En el caso del láser se trata convenientemente de un láser Nd:YAG o de un láser de diodos. Este tipo de láser resulta especialmente económico. A pesar de que la luz de este láser es transmitida fundamentalmente por el cristal y absorbida sólo en una medida reducida, es posible utilizarla para el corte de componentes de cristal o de otros materiales quebradizos, gracias a la teoría según la invención.

La longitud de onda de la radiación láser está comprendida convenientemente entre los 500 y 5.000 nm, aproximadamente. Ciertamente, la radiación láser de esta longitud de onda es transmitida fundamentalmente por el cristal, pero permite, sin embargo, un calentamiento suficiente del material del componente como consecuencia del procedimiento según la invención.

Para crear, por ejemplo, zonas de corte lineales en los componentes se prevé, de conformidad con otra variante perfeccionada, que los componentes y el láser se desplacen unos con respecto al otro durante el proceso de tratamiento.

En la variante de realización antes citada es conveniente que los componentes y el láser sean desplazados unos con respecto al otro en dos dimensiones, desplazándose los componentes en una primera dirección (dirección x) y el láser en una segunda dirección (dirección y) sensiblemente perpendicular a la primera dirección (dirección x). De este modo son posibles movimientos relativos bidimensionales del láser y de los componentes con un dispositivo sencillo y económico.

De acuerdo con otra variante de realización perfeccionada, en la que el rayo láser es reflejado del primer reflector al segundo reflector y del segundo al primero, se prevé que como segundo reflector se utilice un reflector que transmita o que refleje la radiación láser en función de su polarización, que la radiación láser sea emitida por el láser a partir del lado opuesto al primer reflector, eligiéndose la polarización de la radiación láser de tal modo que el segundo reflector transmite el rayo incidente mientras que el primer reflector influye en la polarización de la radiación láser de manera que el segundo reflector refleje el rayo láser en el momento de una incidencia subsiguiente. Con esta variante de realización se consigue, mediante una estructura sencilla, la reflexión repetida del rayo láser al mismo punto del componente.

De acuerdo con otra variante de realización perfeccionada del procedimiento según la invención, está previsto que el perfil de radiación del rayo láser sea formado con ayuda de medios de formación de rayo. De este modo es posible adaptar, dentro de unos límites amplios, el perfil del rayo láser y, por consiguiente, la del punto de incidencia del rayo en los componentes, teniendo en cuenta las respectivas exigencias.

Otras variantes perfeccionadas del procedimiento según la invención prevén que la zona de corte limite un contorno cerrado y/o que se separe parte del componente. En estas variantes de realización resulta, por ejemplo, posible cortar algunas partes del componente.

De acuerdo con otra variante perfeccionada del procedimiento según la invención, se prevé que el rayo láser se dirija oblícuamente sobre los componentes, de manera que en la zona de corte se forme un canto biselado en los componentes. En esta variante de realización, los cantos de corte del componente se biselan, de modo que en una dilatación térmica del cristal provocada térmicamente, los cantos de corte pueden deslizarse el uno sobre el otro, con lo que al extraer la pieza cortada de los componentes, ya no se ejerce ninguna presión sobre los componentes. Como consecuencia de ello se evita con toda fiabilidad el deterioro de los cantos de corte.

Otra variante de realización del procedimiento según la invención prevé que durante la operación de corte, los componentes son sometidos a tensiones mecánicas, de manera que se provoque la formación de la fisura de tensión. De esta forma es posible guiar la fisura específicamente a lo largo de la zona de corte, por ejemplo, para juntar un extremo de la fisura con la fisura inicial, si la zona de corte limita un contorno cerrado. Las tensiones mecánicas pueden consistir especialmente en tensiones producidas por flexión que se introducen en los componentes, por ejemplo, por el hecho de que al extraer una parte de los componentes, ésta se apoye en una base, mientras que las zonas adyacentes a la zona de corte de los componentes no tienen ningún apoyo. Como consecuencia, se producen tensiones por flexión que dan lugar a que, a distancia de la zona de corte, los componentes se van doblando lentamente hacia abajo, mientras que la zona a separar sigue fija en la base. La aplicación de tensiones mecánicas se puede llevar a cabo de manera pasiva, por ejemplo, por el hecho de que una parte a separar de los componentes se apoye en una base, tal como se ha explicado en lo que antecede. Sin embargo, las tensiones también se pueden aplicar de forma activa, utilizando, por ejemplo, rodillos mecánicos o dispositivos de doblar o unidades neumáticas con ventosas, así como unidades de tracción y de compresión. El procedimiento según la reivindicación 26 tiene una aplicación especialmente buena en relación con el procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2. En cualquier caso, también está indicado en cualquier otro procedimiento para el corte de componentes de cristal, cerámica, vitrocerámica o similar, mediante la producción de una fisura de tensión térmica en los componentes en una zona de corte, por ejemplo, en el caso de procedimientos según el estado de la técnica en los que se trata respectivamente un solo componente en un proceso de corte.

Por regla general no es necesario enfriar los componentes al poner en práctica el procedimiento según la invención. Especialmente es posible formar la fisura inicial sin refrigeración. En el supuesto de que por las respectivas exigencias fuera necesario, los componentes se pueden refrigerar durante y/o una vez finalizada la operación de corte, tal como lo prevé una de las variantes de realización. Una refrigeración de este tipo se conoce por el estado de la técnica y no sirve en la realización del procedimiento según la invención, al contrario que en el estado de la técnica, para provocar o fomentar la formación de la fisura de tensión térmica, sino más bien para refrigerar los componentes y reducir una dilatación térmica del componente. Así se evitan con seguridad los daños causados en los componentes por una dilatación térmica excesiva. Por otra parte, de este modo también se facilita la separación de la pieza cortada de los componen-
tes.

De conformidad con las respectivas exigencias, se puede utilizar un rayo láser con un perfil de radiación simétrico o asimétrico, aplicándose para la creación del perfil de radiación del rayo especialmente ópticas difractivas, holográficas o refractivas o un escáner de rayos láser. De esta manera es posible crear prácticamente cualquier perfil de rayo deseado de un modo sencillo.

En principio, el perfil de radiación del rayo láser se puede mantener sin variaciones a lo largo de la operación de corte. Si por las respectivas exigencias fuera necesario, sería posible variar el perfil de radiación del rayo láser en el tiempo y/o en el espacio durante el proceso de corte, tal como lo prevé una variante perfeccionada.

Una variante perfeccionada del procedimiento según la invención, extraordinariamente ventajosa, prevé medios para la regulación de la potencia y/o del perfil de radiación y/o de la focalización del rayo láser y/o de la posición del punto de incidencia del rayo láser sobre el componente durante el proceso de corte. De este modo se crea una regulación online del proceso de corte, por lo que se puede influir específicamente en dicho proceso de corte.

De acuerdo con otra variante de realización perfeccionada con medios de regulación se prevén sensores que detectan las tensiones mecánicas en los componentes, en especial una repartición de las tensiones mecánicas dentro de los componentes. La detección de las tensiones mecánicas se puede dar, por ejemplo, en el cristal, utilizando un dispositivo para la detección de la doble refracción, basado en una medición de la polarización. En el procedimiento por transmisión se toman, mediante dos polarizadores cruzados, unas imágenes que se evalúan con ayuda de una unidad de evaluación. En dependencia del resultado de la evaluación se pueden regular, por ejemplo, la potencia del láser, así como otros parámetros del proceso, por ejemplo, el perfil de la radiación, la distribución de la intensidad y la situación del punto de incidencia en el componente.

Otra variante perfeccionada con medios de regulación prevé sensores que miden la temperatura en los componentes, en especial una distribución de la temperatura dentro de los componentes. De este modo se puede determinar la distribución de la temperatura en los componentes y regularla de conformidad con las respectivas exigencias para crear una fisura de tensión térmica a lo largo de la zona de corte en la forma deseada.

En la variante de realización antes citada, los sensores presentan convenientemente una cámara térmica o un pirómetro. Estos dispositivos permiten una medición sencilla y precisa de la temperatura.

Otra variante perfeccionada del procedimiento según la invención prevé que las zonas de corte en componentes que se suceden unos a otros en el sentido de la radiación estén separadas entre sí en la dirección de las superficies de los componentes. De este modo se pueden cortar, por ejemplo, de manera escalonada, varios componentes dispuestos sucesivamente en el sentido de la radiación.

A continuación, la invención se explica con mayor detalle a la vista de los dibujos adjuntos en los que se representan ejemplos de realización de dispositivos para la realización del procedimiento según la invención.

En las figuras se muestra:

Fig.1 en una representación altamente esquematizada, un primer ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención;

Fig. 2 en la misma representación que la de la Fig. 1, el ejemplo de realización según la Fig. 1 para mostrar la reflexión de los rayos;

Fig. 3 en la misma representación que la de la Fig. 1, un segundo ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención;

Fig. 4 en una perspectiva altamente esquematizada, un tercer ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención;

Fig. 5 en la misma representación que la de la Fig. 4, un cuarto ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención;

Fig. 6 en la misma representación que la de la Fig. 4, un quinto ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención;

Fig. 7 en la misma representación que la de la Fig. 4, un sexto ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención;

Fig. 8 en la misma representación que la de la Fig. 4, pero a una escala más reducida, el ejemplo de realización conforme a la Fig. 4;

Fig. 9 diferentes perfiles posibles del rayo láser, y

Fig. 10 en una representación similar a la de la Fig. 4, el ejemplo de realización de la Fig. 4 para mostrar un procedimiento según la invención para crear una fisura de tensión térmica.

En las figuras de los dibujos, los elementos de construcción iguales o correspondientes llevan las mismas referencias.

En la Fig. 1 se representa un primer ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención previsto para el corte de un componente 4 de cristal por creación de una fisura de tensión térmica en el componente a lo largo de una línea de corte, consistiendo el componente, en este ejemplo de realización, en una luna de cristal plano al borosilicato. El dispositivo 2 posee un láser no representado en el dibujo, por ejemplo un láser Nd:YAG, que introduce una luz de láser en una fibra guiaondas 6 fijada en un cabezal de trabajo 8. El cabezal de trabajo 8 dirige un rayo láser enfocado 10, que sale de la fibra guiaondas 6 con un punto luminoso fundamentalmente puntiforme, sobre una zona de corte en forma de línea de corte de la luna de cristal plano 4, a lo largo de la cual la luna de cristal plano 4 se calienta y se corta mediante la creación de una fisura de tensión térmica.

En este ejemplo de realización el cabezal de trabajo 8 se dispone de manera que la radiación láser 10 incida en ángulo recto en la superficie de la luna de cristal plano 4.

De conformidad con la invención, el dispositivo 2 presenta dos medio de reflexión que, en el caso de esta variante de realización, poseen un primer reflector 12 formado por un espejo cuya superficie de reflexión se proyecta de manera esencialmente paralela a la superficie de la luna de cristal plano 4.

El primer reflector 12 refleja la radiación transmitida a través de la luna de cristal plano 4 sobre la línea de corte, tal como se representa en la Fig. 2 por medio de la flecha 14. Dado que la radiación láser incide en ángulo recto en la superficie de la luna de cristal plano 4, y por consiguiente, en la superficie de reflexión del primer reflector 12, se orientan el rayo láser incidente (véase la Fig. 1) y el rayo láser reflejado (véase la Fig. 2) de manera esencialmente coincidente y fundamentalmente al mismo punto de la línea de corte.

Durante el funcionamiento del dispositivo 2 la radiación láser 10 incide en la luna de cristal plano 4 que lo absorbe parcialmente y transmite en parte e incide después en el primer reflector 12. El primer reflector 12 refleja la radiación láser sobre la línea de corte, como se puede ver en la Fig. 2, de manera que la radiación láser vuelve a atravesar la luna de cristal plano, lo que hace concretamente en el mismo punto a lo largo de la línea de corte, atravesada por el rayo incidente. A pesar de que la luna de cristal plano 4 transmite fundamentalmente la radiación láser absorbiéndola sólo en parte, se obtiene, gracias a la reflexión de la radiación láser en el primer reflector 12, un calentamiento de la luna de cristal plano 4 suficiente para la generación de una fisura de tensión térmica gracias a que la radiación láser atraviesa el componente 4 dos veces y a que en este proceso el cristal sólo absorbe respectivamente una parte de la misma.

Para calentar la luna de cristal plano 4 de forma lineal a lo largo de la línea de corte se prevén medios no representados en el dibujo que desplazan el cabezal de trabajo 8 durante el proceso de tratamiento, de conformidad con el desarrollo de la línea de corte, con respecto a la luna de cristal plano 4. Se pueden desplazar a la vez el primer reflector 12 y el cabezal de trabajo 8. Sin embargo, si el primer reflector 12 presenta una superficie de reflexión suficientemente grande como para poder reflejar la radiación láser a lo largo de la línea de corte con respecto a la luna de cristal plano 4 durante todo el movimiento del cabezal de trabajo 8, es posible montar el primer reflector 12 de manera fija.

Al enfriarse la luna de cristal plano 4 se forma a lo largo de la línea de corte una fisura de tensión térmica de modo que la luna de cristal plano 4 quede cortada en la forma deseada a lo largo de la línea de corte. En dirección de la radiación, detrás de la luna de cristal plano 4, se dispone otra luna de cristal plano 13 tratada a la vez que la luna de cristal plano 4, formándose como consecuencia también en la luna de cristal plano 13 una fisura de tensión térmica en la misma manera que la descrita anteriormente en relación con la luna de cristal plano 4. Por consiguiente, las lunas de cristal plano 4, 13 se cortan al mismo tiempo por lo que el proceso de corte de las lunas de cristal plano 4, 13 resulta especialmente racional. Si las lunas de cristal plano 4, 13 se cortan simultáneamente, los ciclos de trabajo se reducen a la mitad gracias al procedimiento según la invención, frente a los procedimientos en los que las lunas de cristal plano 4, 13 se procesan una detrás de otra.

Para dirigir la radiación sobre las lunas de cristal plano 4, 13 a lo largo de la línea de corte, las lunas de cristal plano 4, 13 se pueden disponer de forma fija mientras que el cabezal de trabajo 8 se desplaza. No obstante, también se puede montar de forma fija el cabezal de trabajo 8 mientras que se desplazan las lunas de cristal plano 4, 13. También cabe la posibilidad de desplazar tanto el cabezal de trabajo como las lunas de cristal plano 4, 13 durante el proceso de corte.

En la Fig. 3 se representa un segundo ejemplo de realización de un dispositivo 2 apropiado para la realización del procedimiento según la invención, que se diferencia del ejemplo de realización según la Fig. 1 sobre todo porque presentan los medios de reflexión un segundo reflector 16 dispuesto en el lado de la luna de cristal plano 4 orientado hacia el cabezal de trabajo 8, reflejando el primer reflector 12 la radiación láser emitida por el láser después de la transmisión a través de la luna de cristal plano 4 al segundo reflector 16, después de lo cual el segundo reflector 16 vuelve a reflejar los rayos reflejados por el primer reflector 12 a la línea de corte, como se puede ver en la Fig. 3, de manera que la radiación láser se refleja una y otra vez entre los reflectores 12, 16. A estos efectos se ha practicado en el segundo reflector 16 un orificio 18 por medio del cual el cabezal de trabajo 8 dirige la radiación láser a la luna de vidrio plano 4 en un ángulo de incidencia agudo \alpha inferior a 90º.

Además de la luna de cristal plano 4, se procesan en el ejemplo de realización según la Fig. 3, al mismo tiempo, otras lunas de cristal plano de las que sólo se representan otras dos lunas de cristal plano en la Fig. 3 que llevan las referencias 20, 22.

Como consecuencia de que la radiación láser no incide en el primer reflector 12 en un ángulo recto, los rayos reflejados por el primer reflector 12 inciden en las lunas de cristal plano 4, 20, 22 en un punto que presenta a lo largo de la línea de corte, una distancia reducida de un punto en el que la radiación 10 emitida por el láser incide en la línea de corte. De forma correspondiente, los rayos reflejados repetidas veces entre el primer reflector 12 y el segundo reflector 16, inciden sucesivamente en puntos ligeramente distanciados entre sí a lo largo de la línea de corte en las lunas de cristal plano 4, 20, 22. La distancia se elige en este caso de manera que las lunas de cristal plano 4, 20, 22 se calienten a lo largo de la línea de corte de forma suficiente para que durante un enfriamiento posterior se genere en la forma deseada una fisura de tensión térmica a lo largo de la línea de corte.

En la Fig. 4 se representa un tercer ejemplo de realización de un dispositivo 2 apropiado para la realización del procedimiento según la invención que se diferencia del ejemplo de realización según la Fig. 1 porque el segundo reflector 16 está formado por un espejo que transmite o refleja los rayos láser en dependencia de la polarización de dichos rayos. El primer reflector 12 se ha configurado de modo que varíe la dirección de polarización de la radiación láser durante la reflexión. La polarización de la radiación láser emitida por el láser se elige de manera que esta radiación láser sea transmitida en primer lugar por el segundo reflector 16. En la posterior reflexión en el primer reflector 12 se influye en la polarización de la luz del láser de forma que la luz del láser se refleje en el momento posterior de incidencia al segundo reflector 16. Acto seguido, la luz del láser se refleja repetidas veces entre el primer reflector 12 y el segundo reflector 16. Esto permite un calentamiento rápido e intenso de las lunas de cristal plano 4, 20, 22 en el punto sometido a la radiación a pesar de que las lunas transmitan fundamentalmente la radiación láser.

En la Fig. 5 se representa un cuarto ejemplo de realización de un dispositivo apropiado para la realización del procedimiento según la invención que se diferencia del ejemplo de realización según la Fig. 4 porque como primer reflector se utiliza un reflector 32 que refleja los rayos láser incidentes 10 a los componentes 4, 20, 22 de manera que las zonas de corte lineales 34, 36, 38 que se forman en los componentes 4, 20, 22 están separadas entre sí en dirección de las superficies de los componentes 4, 20, 22, de modo que los componentes superpuestos 4, 20, 22 se corten de forma escalonada como lo muestra la Fig. 5. De este modo es posible cortar elementos de construcción iguales 4, 20, 22 en un único proceso de corte y de manera distinta.

En la Fig. 6 se representa un quinto ejemplo de realización de un dispositivo 2 apropiado para la realización del procedimiento según la invención que se diferencia del ejemplo de realización conforme a la Fig. 4 por el hecho de que la radiación láser 10 se dirige oblicuamente sobre la superficie de los componentes 20, 4, 22, concretamente, en relación con la normal, en un ángulo a sobre la superficie de los componentes 20, 4, 22. El primer reflector 12 se inclina además en un ángulo a con respecto a un plano paralelo a la superficie de los componentes 20, 4, 22, por lo que la radiación 10 emitida por el láser y el rayo láser reflejado por el primer reflector 12 atraviesan los componentes 4, 20, 22 esencialmente en el mismo punto. De esta forma se produce en las zonas de corte 34, 36, 38 de los componentes 20, 4, 22, como consecuencia de la fisura de tensión térmica, sendos biseles que se pueden ver en la Fig. 6. Gracias al bisel se evita un deterioro no deseado de los componentes 4, 20, 22 debido a la dilatación térmica, puesto que los cantos de corte biselados situados a ambos lados de la respectiva zona de corte 34, 36, 38 pueden deslizarse uno sobre el otro en caso de una dilatación por el efecto del calor.

En la Fig. 7 se representa un sexto ejemplo de realización de un dispositivo 2 apropiado para la realización del procedimiento según la invención en el que los componentes 4, 20, 22 se apoyan a distancia del primer reflector 12 en un colchón neumático 40. En este ejemplo de realización las zonas de corte 34, 36, 38 se han configurado de forma lineal y limitan un contorno cerrado que, en este ejemplo de realización, es fundamentalmente rectangular por lo que, una vez finalizado el proceso de corte, se separan de los componentes 20, 4, 22 sendas piezas 42, 44, 46, tal como se muestra en la parte inferior de la Fig. 7. Con el fin de fomentar la formación de una fisura de tensión térmica en las zonas de corte 34 ó 36 ó 38 de los componentes 20, 4, 22 y para guiar específicamente la fisura de tensión térmica se introducen en este ejemplo de realización, de manera definida, tensiones mecánicas en los componentes 20, 4, 22. Para ello los componentes 20, 4, 22 se apoyan en una base no representada cuyo contorno corresponde al contorno de las zonas de corte 34, 36, 38. De esta manera, los componentes 20, 4, 22 se apoyan en la zona de las piezas a separar 42, 44, 46 mientras que sus extremos libres se doblan hacia abajo a causa de su peso. Durante el proceso de corte los componentes 20, 4, 22 van bajando lentamente mientras que las piezas a separar 42, 44, 46 se apoyan en la base.

Las Figs. 8 y 9 sirven para mostrar los posibles perfiles del rayo láser 10.

En la primera fila de la Fig. 9 se representa, a la izquierda del todo, un primer perfil de rayo posible que se genera en el componente 20 con ayuda de medios de formación de rayos no representados. En el centro de la primera fila de la Fig. 9 se muestra un perfil de rayo que se genera al mismo tiempo en el componente 4, mientras que en la Fig. 9 se representa en la primera fila, a la derecha, un perfil de rayo que se genera simultáneamente en el componente 22. De una comparación de los perfiles de rayo representados en la primera fila resulta que, gracias a unos medios de formación de rayos adecuados, se pueden generar en los componentes 4, 20, 22, al mismo tiempo, diferentes perfiles del rayo láser 10.

La Fig. 9 muestra, en la segunda fila, otro ejemplo de un perfil de rayo, generándose en este ejemplo de realización igualmente perfiles de rayos distintos en los componentes 4, 20, 22.

En la tercera fila de la Fig. 9 se representa otro ejemplo de un perfil de rayo, generándose en los componentes 20, 4, 22, el mismo perfil de rayo.

Finalmente, se representa en la cuarta fila de la Fig. 9, un ejemplo de un perfil de rayo fundamentalmente circular, teniendo el perfil de rayo circular en los componentes 20, 22 el mismo diámetro, mientras que el del componente 4 tiene un diámetro menor.

Tal como resulta de la Fig. 9, los perfiles de rayo representados en las dos filas superiores, así como en la fila inferior de la Fig. 9, son axialmente simétricos, mientras que en el caso del perfil de rayo representado en la tercera fila se trata de un perfil de rayo asimétrico.

Mediante la elección adecuada del perfil de rayo, en especial de un perfil de rayo asimétrico, se puede conseguir en los componentes a tratar, cualquier distribución de temperatura apropiada, por ejemplo, una distribución de temperatura asimétrica que, en caso de la correspondiente elección de la distribución de temperatura, conduce a cualquier distribución adecuada de las tensiones en los componentes, por ejemplo, a una distribución simétrica de las tensiones.

Los perfiles de rayo representados en la Fig. 9 se pueden generar utilizando un láser con una sección de rayo homogénea a lo largo del tiempo. No obstante, los perfiles de rayo también se pueden generar utilizando un escáner de láser, cuyo punto de incidencia es menor que el perfil de rayo generado. El perfil de rayo se genera con la utilización de un escáner de láser de este tipo por el hecho de que el escáner de láser explora el componente de manera rápida sucesiva en una superficie correspondiente al perfil del rayo.

La Fig. 10 sirve para mostrar un procedimiento según la invención, en el que al comienzo del proceso de corte se produce por medio de rayos láser, en una zona de inicio 42, una fisura inicial o de partida 44 de la que parte la zona de corte en el transcurso posterior del proceso de corte.

De acuerdo con la invención, la intensidad y/o el perfil del rayo y/o el foco del rayo láser 10 se controlan de manera que la fisura inicial 44 se produce esencialmente sin quitar material en los componentes 20, 4. Para ello, el rayo láser 10 se enfoca durante la creación de la fisura inicial 44, por ejemplo, a una zona por debajo de la superficie de los componentes 20, 4. Dado que la fisura inicial se crea fundamentalmente sin quitar material de los elementos de construcción 20, 4, es posible producir la fisura inicial al mismo tiempo en los elementos de construcción 20, 4 dispuestos uno detrás de otro en dirección del rayo. En la generación de la fisura inicial, los elementos de construcción 20, 4 no se refrigeran. La fisura inicial se genera, más bien, exclusivamente mediante el control de la intensidad y/o del perfil del rayo y/o del foco del rayo láser 10.

Claims (35)

1. Procedimiento para cortar componentes (4, 13, 20, 22) hechos de cristal, cerámica, vitrocerámica o similares generando una fisura de tensión térmica en el componente a lo largo de una zona de corte (34, 36, 38),

-

en el que un rayo láser (10) es dirigido a la zona de corte,

-

en el que la longitud de ondas de radiación láser es elegida de manera que la radiación láser sea transmitida parcialmente por el componente (4, 13, 20, 22) con una absorción parcial y

-

en el que el rayo láser (10) es dirigido sobre el componente (4, 13, 20, 22), de modo que el rayo láser (10) sea transmitido parcialmente por lo menos dos veces por el componente (4, 13, 20, 22) simultánea o sucesivamente a lo largo de la zona de corte (34, 36, 38) fundamentalmente en el mismo punto o en puntos poco separados entre sí,

-

utilizándose medios reflectores que presentan por lo menos un primer reflector (12, 32) dispuesto en el lado del componente (4, 13, 20, 22) opuesto al láser, que refleja la radiación láser transmitida por el componente (4, 13, 20, 22) a la zona de corte (34, 36, 38),

caracterizado porque

por lo menos dos componentes (4, 13, 20, 22), dispuestos uno detrás del otro en el sentido de radiación, son procesados simultáneamente

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que, al comienzo de la operación de corte, se genera una fisura de partida (44) en por lo menos dos componentes (4, 13, 20, 22) por medio de radiación láser en una zona de partida (42) de la fisura de tensión, de donde parte la zona de corte durante la prosecución de la operación de corte (34, 36, 38),

caracterizado porque la intensidad y/o el perfil de radiación y/o la focalización del rayo láser (10) es o son controlados de manera que la fisura de partida (44) es formada fundamentalmente sin quitar material en los componentes (4, 13, 20, 22).

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque, en el momento de la formación de la fisura de partida (44), el rayo láser (10) es focalizado a una zona por debajo de la superficie de los componentes (4, 13, 20, 22).

4. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque la fisura de partida (44) está formada en un punto separado de los bordes de los componentes (4, 13, 20, 22).

5. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque se forma una fisura de partida (44) que se extiende sensiblemente a través de todos los componentes (4, 13, 20, 22) en la dirección del rayo láser.

6. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque para la continuación de la fisura de tensión térmica que parte de la zona de partida (42), el rayo láser (10) es dirigido hacia la zona de partida (42) y es desplazado a lo largo de la zona de corte (34, 36, 38) durante la prosecución de la operación de corte.

7. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque para la continuación de la fisura de tensión térmica que parte de la zona de partida (42), el rayo láser (10) es dirigido hacia una zona separada de la zona de partida (42) y es controlado de manera que la fisura de tensión térmica se forma a lo largo de la zona de corte (34, 36, 38) durante la prosecución de la operación de corte.

8. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque, durante la operación de corte, los componentes (4, 13, 20, 22) están separados entre sí o están dispuestos unos contra otros o están unidos entre sí, en particular unidos fijamente entre sí.

9. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes (4, 13, 20, 22) forman un componente compuesto, especialmente una luna de cristal compuesto.

10. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de los componentes a cortar (4, 13, 20, 22) es un revestimiento de otro de los componentes a cortar (4, 13, 20, 22).

11. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes (4, 13, 20, 22) son lunas de cristal, en particular lunas de cristal plano o componentes (4, 13, 20, 22) de cristal con simetría de rotación.

12. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes (4, 13, 20, 22) son de cristal al borosilicato o de cristal a base de cal, y de bicarbonato de sodio.

13. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza por lo menos un segundo reflector (16) que está dispuesto en el lado de los componentes (4, 13, 20, 22) vuelto hacia el láser, siendo reflejada por el primer reflector (12, 32) sobre el segundo reflector (16) la radiación láser a través de la zona de corte (34, 36, 38) y reflejando el segundo reflector (16) la radiación reflejada por el primer reflector (12, 32) a la zona de corte (34, 36, 38).

14. Procedimiento, según la reivindicación 13, caracterizado porque la radiación láser es reenviada por el segundo reflector (16) al primer reflector (12, 32).

15. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 13, caracterizado porque el rayo láser (10) incidente y el rayo láser reflejado por el primer reflector (12, 32) y/o el rayo láser reflejado por el primer reflector (12, 32) al segundo reflector (16) y rayo láser reenviado por el segundo reflector (16) al primer reflector (12, 32) son dirigidos a lo largo de la zona de corte (34, 36, 38) sensiblemente hacia el mismo lugar o hacia lugares de los componentes (4, 13, 20, 22) poco separados entre sí.

16. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 13, caracterizado porque el primer reflector (12, 32) y, en su caso, el segundo reflector (16) está o están dispuestos en el sentido de radiación a distancia de los componentes (4, 13, 20, 22).

17. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza como láser un láser Nd:YAG o un láser de diodos.

18. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza una radiación láser que tiene una longitud de onda comprendida entre alrededor de 500 nm y alrededor de 5.300 nm.

19. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente (4, 13, 20, 22) y el láser son desplazados uno con respecto al otro durante el proceso de tratamiento.

20. Procedimiento, según la reivindicación 19, caracterizado porque el componente (4, 13, 20, 22) y el láser son desplazados uno con respecto al otro de manera bidimensional, siendo desplazado el componente (4, 13, 20, 22) en una primera dirección (dirección x) y el láser en una segunda dirección (dirección y) sensiblemente perpendicular a la primera dirección (dirección x).

21. Procedimiento, según la reivindicación 13, caracterizado porque como segundo reflector (16) se utiliza un reflector que transmite o que refleja la radiación láser en función de su polarización, porque la radiación láser es emitida por el láser a partir del lado opuesto al primer reflector, siendo elegida la polarización de la radiación láser de tal modo que el segundo reflector (16) transmite el rayo incidente (10), y porque la polarización de la radiación láser procedente del primer reflector (12, 32) es influenciada de tal manera que el rayo láser es reflejado por el segundo reflector (16) en el momento de una incidencia subsiguiente.

22. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el perfil de radiación del rayo láser es formado por medios de formación de rayo.

23. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona de corte (34, 36, 38) limita un contorno cerrado.

24. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque una parte está separada del componente (4, 13, 20, 22).

25. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el rayo láser (10) está dirigido en oblícuo sobre el componente (4, 13, 20, 22), de manera que se forma un bisel en el componente (4, 13, 20, 22) al nivel de la zona de corte.

26. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque, durante la operación de corte, el componente (4, 13, 20, 22) es sometido a tensiones mecánicas de manera que se provoque la formación de la fisura de tensión.

27. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente es refrigerado durante y/o después de finalizada la operación de corte.

28. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza un rayo láser (10) con un perfil de radiación simétrico o asimétrico.

29. Procedimiento, según la reivindicación 28, caracterizado porque se utilizan ópticas difractivas, holográficas o refractivas o un escáner de láser para generar el perfil de radiación.

30. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se hace variar el perfil de radiación del rayo láser (10) en el tiempo y/o en el espacio durante la operación de corte.

31. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por medios de regulación para la regulación de la potencia y/o del perfil de radiación y/o de la focalización del rayo láser (10) y/o de la posición en el espacio del rastro del rayo sobre el componente (4, 13, 20, 22) durante la operación de corte.

32. Procedimiento, según la reivindicación 31, caracterizado porque los medios de regulación presentan sensores que detectan las tensiones mecánicas en los componentes (4, 13, 20, 22), especialmente una repartición espacial de las tensiones mecánicas en los componentes (4, 13, 20, 22).

33. Procedimiento, según la reivindicación 31, caracterizado porque los medios de regulación presentan sensores que miden la temperatura en los componentes (4, 13, 20, 22), especialmente una repartición espacial de la temperatura en los componentes (4, 13, 20, 22).

34. Procedimiento, según la reivindicación 33, caracterizado porque los sensores presentan una cámara térmica o un pirómetro.

35. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las zonas de corte en componentes (4, 13, 20, 22) sucesivos en el sentido de la radiación, están separadas entre sí en la dirección de las superficies de los componentes