本发明涉及用于构建基底的激光划切系统(10),所述系统的特征在于,平面电枢(56)和激光装置(60)的质量本质上小于桌台(20)和基底(30)的质量,从而增加了加工速度,并且配置在桌台(20)上的基底仍处于加工过程中,或者沿着方向以恒定速度V
1.一种用于构建基底的激光划切系统(10),包括其上放置至少一个基底(30)的至少一个平台(20)、至少一个支撑体(40),该支撑体包括至少一个平面定子(46),该平面定子以与所述至少一个平台(20)间隔开的关系安装,其中,所述至少一个支撑体(40)与至少一个可运动单元(50)关联,所述可运动单元包括至少一个平面电枢(56),其能够在第一方向x和与第一方向相反的方向-x的两个方向上进行运动,也能在垂直于第一方向x的第二方向y上和与第二方向相反的方向-y上进行运动,其中,具有至少一个激光束(65)的一个或者多个激光装置(60)被安装到所述平面电枢(56)上,所述至少一个激光束(65)由至少一个固定的激光光源(67)生成,所述至少一个激光束(65)生成由来自下方的激光所产生的、在所述基底(30)上沿着第一方向x和与第一方向相反的方向-x上的划切轨迹(70),其特征在于,所述支撑体(40)相对于所述平台(20)以下列方式安装:与之相关联的可运动单元(50)在所述支撑架(40)上、沿着第一方向x和与第一方向相反的方向-x进行线性运动,并且,以平面电枢(56)作为代表的所述可运动单元(50),与所述激光装置(60)的共同质量至少小于平台(20)与所述基底(70)的共同质量的20%,由此获得加工速率的增加、振动的减少以及由此增加了划切轨迹的精度。
2.根据权利要求1所述的激光划切系统(10),其特征在于,每个平面电枢(56)包括至少一个第一可编程元件,所述第一可编程元件可连接到第一控制装置并且可由第一控制装置控制,从而控制所述平面电枢(56)沿着划切线方向+/-x的运动。
3.根据权利要求2所述的激光划切系统(10),其特征在于,每个平面电枢(56)包括至少一个第二可编程元件,所述第二可编程元件被连接到所述第一控制装置并由所述第一控制装置控制,从而控制所述平面电枢(56)沿着第二方向y和与第二方向相反的方向-y的运动。
4.根据权利要求3所述的激光划切系统(10),其特征在于,所述平面定子(46)被安装在所述平台(20)的下方。
5.根据权利要求3所述的激光划切系统(10),其特征在于,所述平面定子(46)被安装在所述平台(20)的上方。
6.根据权利要求4或者5中的任一个所述的激光划切系统(10),其特征在于,至少一个激光装置(60)包括至少一个安装装置(62)、至少一个光纤(61)、至少一个光学校准装置(63)、至少一对偏转镜(64)、至少一个光学聚焦装置(66)和至少一个激光光源(67),所述激光通过所述光纤(61)从所述固定的激光光源(67)被引导到所述平面电枢,从而减少了光束(65)的出射长度,并且,减少了对于光学机械部件的调整困难,因而使得该系统更加稳固;所述至少一个激光装置(60)可手动或者自动地调整,以设置不同的轨迹宽度。
7.根据权利要求4或者5中的任一个所述的激光划切系统(10),其特征在于,至少一个激光装置(60)包括至少一个完全一体的固态激光器,其可手动或者自动地、可机械调整地安装到所述平面电枢(56)上,从而可调整所述轨迹间隔。
8.根据权利要求4或者5中的任一个所述的激光划切系统(10),其特征在于,至少一个激光装置(60)包括至少一个光学校准装置(63)、至少一对偏转镜(64)、至少一个光学聚焦装置(66)和至少一个激光光源(67),所述激光通过定向的出射光束从固定的激光光源被引导到所述平面电枢;所述至少一个激光装置(60)可手动或者自动地调整,以设置各种轨迹宽度。
9.根据权利要求4或者5所述的激光划切系统(10),其特征在于,所述平面定子(46)是带形,并且包括多个平面定子。
10.根据权利要求1-5中的任一个所述的激光划切系统(10),其特征在于,其包括至少一个平面定子(46)和至少一个平面电枢(56),以及与所述平台(20)关联的至少一个第三可编程元件,并且所述第三可编程元件可连接到第一控制装置并且由第一控制装置控制,用于控制所述平面电枢(56)在第一方向x和与第一方向相反的方向-x、和/或在第二方向y和与第二方向相反的方向-y上的运动。
11.一种用于构建基底的方法,其中,使用激光划切系统(10),该激光划切系统包括至少一个平台(20),至少一个基底(30)被置于所述平台(20)上;至少一个支撑体(40),该支撑体包括至少一个平面定子(46),该平面定子以与所述至少一个平台(20)间隔开的关系安装,其中,所述至少一个支撑体(40)与至少一个可运动单元(50)关联,所述至少一个可运动单元(50)包括至少一个平面电枢(56),该平面电枢能够沿第一方向x和与第一方向相反的方向-x两者以及沿正交于第一方向x的第二方向y和与第二方向相反的方向-y进行移动,其中,具有至少一个激光束(65)的一个或多个激光装置(60)安装到所述平面电枢(56),所述至少一个激光束(65)由至少一个固定的激光光源(67)生成,所述至少一个激光束(65)在所述基底(30)上沿着第一方向x和与第一方向相反的方向-x产生划切轨迹(70),其中,所述平面电枢(56)以使得所述平面电枢(56)能够在与之相关联的平面定子(46)上进行直线运动的方式被安装到所述平面定子(46)上,其特征在于下列的步骤:-相反于所述平台(20)以下列方式配置所述平面定子(46):与之相关联的平面电枢(56)能够沿着第一方向x和与第一方向相反的方向-x在所述平面定子(46)上进行线性运动,-以下列方式设置或者选择所述平面电枢(56)和所述激光装置(60):两者的共同质量至少小于所述基底(70)和所述平台(20)的共同质量的20%,-使得所述平面电枢(56)以及安装到其上的所述激光装置(60)在所述平面定子(46)上、沿着第一方向x或者与第一方向相反的方向-x运动,以通过由所述激光装置(60)产生的所述至少一条激光束(65)、在所述基底(30)上产生至少一道第一划切轨迹(70)。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于下列步骤:-在每种情况下为平面电枢(56)提供至少一个第一可编程元件,其被连接到第一控制装置,并且通过所述第一控制装置控制所述平面电枢(56)在第一方向x或者在与第一方向相反的方向-x上的运动。
13.根据权利要求11-12中的任一项所述的方法,其特征在于下列步骤:-为平面电枢(56)提供至少一个第二可编程元件,通过第二可编程元件,所述平面电枢(56)能够在与第一方向x垂直的第二方向y以及在与第二方向相反的方向-y上进行运动,-在第一划切轨迹(70)的产生过程结束时关掉由所述激光装置(60)产生的激光束(65),并且使得所述平面电枢(56)在垂直于第一方向x的第二方向y上或者在与第二方向相反的方向-y上、从所述第一划切轨迹(70)的末端所在的第一位置运动到达与之相隔可选距离的、位于另一划切轨迹(70)开始处的第二位置,-在所述另一划切轨迹(70)的产生过程开始时打开由所述激光装置(60)产生的激光束(65),并且使得所述平面电枢(56)以及安装到其上的所述激光装置(60)在所述支撑体(40)上、在与所述第一划切轨迹(70)的产生方向相反的方向上运动,以通过由所述激光装置(60)产生的激光束(65)、在所述基底(30)上产生另一划切轨迹(70),该另一划切轨迹(70)与所述第一划切轨迹(70)间隔开,并且与其平行,并且-在需要时,为了在所述基底(30)上产生所需数量的划切轨迹(70),重复两个在前的加工步骤。
14.根据前述权利要求11-12中的任一个所述的方法,其特征在于下列步骤:-提供具有定位装置的平台(20),通过该定位装置,所述平台(20)能够相对于所述平面定子(46)、在垂直于第一方向x的第二方向y上以及与所述第二方向相反的方向-y上进行连续运动,并且-为所述平面电枢(56)提供至少一个第二可编程元件,通过该第二可编程元件,所述平面电枢(56)能够在垂直于第一方向x的第二方向y上以及在与第二方向相反的方向-y上进行运动,-使得所述平台(20)以及至少一个平面电枢(56)以第一恒定速率、在垂直于第一方向x的第二方向y上运动,并且同时使得所述平台(20)的运动和所述至少一个平面电枢(56)的运动同步,从而在产生的过程中,在所述基底(30)上产生非常直的第一划切轨迹(70),-在第一划切轨迹(70)结束处的第一位置关掉由所述激光装置(60)产生的激光束(65),并且同时停止所述至少一个平面电枢(56)在产生第一划切轨迹(70)的方向上的运动,-使得所述至少一个平面电枢(56)在垂直于第一方向x的第二方向y上或者在与第二方向相反的方向-y上、从第一划切轨迹(70)末端处的第一位置运动到达与之相隔可选距离的、位于另一划切轨迹(70)的开始处的第二位置,-在另一划切轨迹(70)开始处的第二位置打开由所述激光装置(60)产生的激光束(65),并且使得可运动单元(50)的至少一个平面电枢(56)以及安装到其上的激光装置(60)在第一划切轨迹(70)的产生方向的相反的方向上运动,以在基底(30)上产生与第一划切轨迹(70)有一定距离并且与其平行的另一划切轨迹(70),-在需要时,为了在所述基底(30)上产生所需数量的划切轨迹(70),重复两个上述加工步骤。
15.根据前述权利要求11-12中的任一项所述的方法,其特征在于下列步骤:-在每种情况下为所述平台(20)提供至少一个第三可编程元件,该第三可编程元件被连接到第一控制装置,-通过所述第一控制装置,控制平台(20)在第二方向y和与第二方向相反的方向-y上的运动。
16.根据权利要求11所述的方法,其特征在于下列步骤:-在所述平台(20)下方安装所述平面定子(46)。
17.根据权利要求11所述的方法,其特征在于下列步骤:-在所述平台(20)上方安装所述平面定子(46)。
18.根据权利要求16或者17所述的方法,其特征在于下列步骤:-使得所述平面定子(46)被设计为或者选定为板状或者带形的平面定子(46)。
19.根据前述权利要求16-17中的任一项所述的方法,其特征在于下列步骤:-将至少两个平面电枢(56)安装在位于与之相关联的平面定子(46)上的、在二维上互相间隔开的两个位置上,每个平面电枢的位置对应于新的划切轨迹的开始处,-第一平面电枢(56)以及安装到其上的第一激光装置(60)沿着所述平面定子(46)、以恒定速率、沿着第一方向x或者与第一方向相反的方向-x的运动,以通过由所述第一激光装置(60)产生的激光束(65)、在所述基底(30)上产生与所述第一平面电枢(56)关联的第一划切轨迹(70),并且,第二平面电枢(56)以及固定到其上的第二激光装置(60)、沿着所述平面定子(46)、以与所述第一平面电枢(56)的速率相同的速率、沿着产生与所述第一平面电枢(56)关联的第一划切轨迹(70)的方向相反的方向的同时运动,以通过由所述第二激光装置(60)产生的激光束(65)、在所述基底(30)上产生与所述第二平面电枢(56)关联的第一划切轨迹(70),在第一划切轨迹(70)的产生过程的结束和运动的结束时,同时关掉由所述第一和所述第二激光装置(60)产生的激光束(65),特别是,使得两个平面电枢(56)、垂直于第一划切轨迹在相同的方向上或者在相反的方向上、从与其每一个关联的第一划切轨迹(70)的端部的第一位置,同时运动到达相隔所需距离的、位于与平面电枢(56)相关联的各自的另一划切轨迹(70)的开始处的第二位置,-第一平面电枢(56)以及固定到其上的所述第一激光装置(60),沿着所述平面定子(46)、以恒定速率、沿着产生与所述第一平面电枢(56)关联的第一划切轨迹(70)的方向相反的方向运动,以通过由所述第一激光装置(60)产生的激光束(65)、在所述基底(30)上产生与所述第一平面电枢关联的另一划切轨迹(70),并且,第二平面电枢(56)以及固定到其上的所述第二激光装置(60)、沿着所述平面定子(46)、以与所述第一平面电枢(56)的速率相同的速率、沿着产生与所述第一平面电枢(56)关联的另一划切轨迹(70)的方向相反的方向同时运动,以通过由所述第二激光装置(60)产生的激光束(65)、在所述基底(30)上产生与所述第二平面电枢(56)关联的另一划切轨迹(70),-在需要时,为了在所述基底(30)上产生所需数量的划切轨迹(70),重复两个前序步骤。
20.根据权利要求16-17中的任一项所述的方法,其特征在于下列步骤:-将至少一个平面电枢(56)安装到与之相关联的平面定子(46)上,并且使得所述至少一个平面电枢(56)运动到对应于所述基底(30)上的加工位置的开始处的位置;-使得所述至少一个平面电枢(56)以及固定到其上的所述激光装置(60),沿着所述平面定子(46)、在选定的可自由编程的轨线上、以可自由编程的速率、在第一方向x或者-x上,以及以另一可自由编程的速率在第二方向y或者-y上随后运动,这样,通过由所述激光装置(60)产生的激光束(65),产生所需形式的加工,例如所需结构的划切轨迹(70)、切割、钻孔、局部加热或者刻雕;-在完成沿着第一方向在所述基底(30)上的加工之后,使得所述至少一个平面电枢(56)以及固定到其上的所述激光装置(60)沿着所述平面定子(46)运动到在基底(30)上的另一加工位置;-当需要时,重复两个前述加工步骤,以在所述基底(30)上获得所需数量的加工位置,并且进行加工,直到所述基底已经被加工到具有所需构造而完成。技术领域
本发明涉及用于构建基底的激光划切系统,典型地用于在薄层太阳能电池组件的生产过程中构建玻璃基底,也用于在生产TFT-监控器时构建玻璃基底,以及根据所附的权利要求1,用于为生产薄层太阳能电池组件和TFT-监控器而构建挠性基底和金属基底,这从例如WO2008/056116A1、US6,559,411B2、US2008/0263877A1或者GB2439962A等的各种文件中可获知。本发明还涉及用于通过这种激光划切系统来构建基底的方法。
背景技术
用于构建用于薄层太阳能电池组件的基底的激光划切系统是已知的。对于薄层太阳能电池组件的激光构建而言,通过涂覆加工、按照一层高于一层的顺序施加的至少三个导电层(标示为P1-层、P2-层和P3-层),在施加了各层之后,其中的每一层立即由激光被线性地并且以特定间隔地完全切穿,以产生各单元的串连电路。除了完全电绝缘之外,对于与笔直度、平行度、准确间隔和下列需求有关的所谓的划切线的几何形状有特别高的要求,上述需求为:顺序施加的轨迹P1-、P2-和P3必须构成为互相非常靠近,以保持所谓的“死区(Deadxa0Zone)”尽可能小。在约500mm到2600mm的各划切线的长度上,用于这些几何标准的公差约为+/-10μm。这种小公差与大加工长度的比率表明了为何对所用到的激光划切机的基本构造具有特别高的要求。对于今天已知的激光划切机,用到下面的三种运动学原理:1.扫描仪系统在这些机器中,通过扫描仪,激光源的光束被引导并运动到基底的表面上。已知下面的特定解决方式:单纯的扫描仪系统如US6,559,411B2中所述,扫描仪在基底的总长度上引导光束。这种解决方式的优势在于:为了产生划切线,需要基底或者平台不运动,从而运动的质量小。缺点在于:使得光学元件聚焦需要非常大深度的聚焦,以在玻璃基底的整个长度上以激光束的高变化方向获得材料的分离,或者需要,扫描仪必须在Z方向上可再调整,以保持处于光学件的聚焦范围内。但是,高深度的焦点使得光点的可获得的最小尺寸和光点的形状被影响到以下程度:以这种方式构成的系统不能被用于所有需要的基底长度以及随之的加工长度上。到今天已知的扫描仪被局限于约600mm的划切长度。扫描仪-分档器系统为了避免所述问题,在GBxa02xa0439xa0962xa0A中所述的扫描仪运动与平台运动匹配。在该例子中,执行下列的另一种解决方式:A单独的扫描仪的扫描仪运动这样适应平台运动:扫描仪仅分开较短的线段;此后,平台与基底被移动约所述分开的线段的长度,这样,通过交叠,各线段被拼接在一起,并且划切线在基底的整个长度上产生。除了由于重复的拼接而花费时间之外,各线段的过渡非常重要,因为后者必须没有位移地产生,以获得完全地电绝缘,甚至在过渡点上也是。B为了节约加工时间,使用多个扫描仪头部,因而他们互相匹配,使得由后者产生的部分线互相汇合。这样,如果使用足够数量的扫描仪头部,那么可产生完整的扫描线。除了用于各扫描仪的机械适应所需的调整之外,所需的装置费用非常高,因为扫描仪头部非常贵。此外,对于这种解决方式,还存在有再次位移的问题。由于上述原因,实际中至今扫描仪解决方式还不能获得公认。2.基底和/或激光器单元在x/y平台上的运动激光划切装置的现有传统设计是在x方向执行切割运动的可移动平台安装在花岗岩墩台上。通过激光器单元在y方向运动产生独立的轨迹。为此,激光器单元安装在y托架上,该托架依次可运动地配置在固定的台架系统上,或者沉入机床中。另外,可运动平台也可产生y运动,用于产生独立的轨迹(x/y平台),或者平台是固定的,台架系统与激光器单元一起也进行x运动。从WO2008/056116A1可知,已知的用于构建用于薄层太阳能电池组件的基底的激光划切系统具有这种典型的结构。用于薄层太阳能电池组件的涂覆基底被定位在可移动平台上,该平台能够在第一方向x和与所述第一方向相对的方向-x上进行线性运动。在该文中,存在至少一个光学单元,其使得激光束偏转到基底的表面,使其聚焦到基底的表面上,或者将其分割成多个激光束,然后使得后者聚焦到基底的表面。该光学单元被安装到可移动单元上,该可移动单元可移动地安装在入射口。可移动单元可在垂直于第一方向的第二方向y上以及与第二方向y相对的方向上进行线性运动。由于平台在第一方向x上运动,所以在基底上沿着第一方向x产生至少一条划切轨迹。在沿着基底的整个长度已经产生至少一条划切轨迹之后,可移动单元沿第二方向y运动,并且运动到一个新位置。随后,平台沿与第一方向相对的-x方向运动。这产生了平行于之前产生的至少一条划切轨迹的至少另一条划切轨迹。这样,整个基底上都可设置有划切轨迹。一种类似的激光划切系统也是德国的JENOPTIKxa0Automatisierungstechnikxa0GmbH,Konrad-Zuse-Strassexa06,07745xa0Jena公司的JENOPTIK-VOTAN^TM激光划切系统。JENOPTIK-VOTAN^TMxa0G激光划切系统设计成用于具有到达1,1m的宽度和到达1,4m的长度的外部尺寸的基底。在该例子中可移动平台安装到花岗岩墩台上,并且能够在第一方向x和与第一方向相对的-x方向上进行运动。激光装置在该例中被安装到可运动单元上,该可运动单元包括载架,其是可运动地安装到入射口。载架可沿着入射口在垂直于第一方向的第二方向y上和与第二方向相对的-y方向上进行线性运动。这里,可在第一方向x和与第一方向相对的-x方向上在基底上产生划切线。这些上述的原理是简单且有用的,但是具有下列缺陷:A非常高的质量来回运动。为了产生长的切割路径,平台以及夹持在其上的玻璃基底沿着玻璃基底的轴x以逆行方式来回运动,或者具有激光器头部/光学单元的入射口以逆行方式在整个切割路径上运动;沿着主切割方向,运动的质量因此非常大,甚至可能超过100kg。B影像准确性和产量:由于大质量运动,所以在激光划切系统中由较高的启动和制动力产生振动。因为激光划切系统中的振动反过来影响由存在的激光装置产生的激光束的引导的一致性,并且进而影响产生的划切轨迹的准确性和质量,所以现有的激光划切系统的平台或者入射口必须经常被较慢地驱动(通常现在是1-2m/s),但是这对于产量是不利的。C较高的生产和传输成本:这些机器被设计成非常重,以减少机器振动。通常,例如花岗岩石由于沉重而被利用。因为引导单元安装在这些石头上,所以后者此外必须非常精确地形成。用于这种大且制造精确的花岗岩石的生产成本因而非常高。向消费者的后来的传输也由于沉重而进一步增加了传输成本。D机器非常大,因为平台以及夹持到其上的基底运动,所以需要约加工路径长度的两倍的长度。E损害的可能:因为要构建的基底通常都是玻璃基底,由于在较大的玻璃基底的构建过程中,玻璃易碎,所以,如果为了增加产量而采用较高的加工速率,由于平台的持续运动而导致损坏基底的风险增加很多。当使用这些现有的传统的原理时,如果将来必须加工渐增的较大的格式(例如,Genxa08.5:宽度2.200mm;长度2.600mm)所述问题将增加。在本文中,要运动的质量以及由此造成的振动的可能性将增加很多。当使用现在的传统的激光划切系统时,所需的外部尺寸将增加很多;具有质量达到15.000kg和长度约为8米的用于Genxa08.5-格式的第一机器在商业上是已知的。尽管存在上述缺陷,但是具有这种结构的机器今天仍占主流,因为至今没有具有同样用处的其它的解决方式。3.飞行光学系统(Flying-Optics-System)类似于在US2008/0263877A1中所述,在这种机器结构中,一个或者多个激光束通过多个可运动光学元件(镜,透镜)在切割方向上沿着基底的纵向侧被引导到基底的表面上。激光光源以固定方式配置。这种解决方式也没有在工业实践中被证明是成功的,因为光学元件需要互相相对非常精确地被调整,以使得在微米公差范围内长度例如为1000至2000mm的出射光束被引导到玻璃基底的表面上。此外,进行的调整必须有规律地且以较短的间隔重复,因为例如由于振动和温度改变而在操作过程中发生的小的机械改变对于光束的位置由此有很大的影响。另一个缺点是:出射光束必须保持没有污染,例如没有灰尘,以不会对光束的质量产生不利影响。飞行光学系统现在在实验室机器上占主流。在真实的生产环境中,实际上在再调整机械光学配置时存在问题。本发明的目的本发明的一个目的是这样设计激光划切系统,该激光划切系统具有权利要求1的的特征,避免了至今存在的系统原理的已知缺陷。本发明特别涉及用于使得激光装置运动的驱动原理的根据本发明的选择,以及根据本发明由此产生的激光划切系统的新颖的结构。在选择驱动原理时本质的辅助条件是:为了激光划切,存在沿着划切线延伸的确定的优选运动方向。远大于90%,对于大基底而言甚至大于99%的在激光划切过程中所需的操作运动,落入该优选方向中。为此,为了在较高运动速率时获得增加很多的产量,在该优选方向上运动的质量明显减少是理想的。此外,在基底上将获得随其产生的划切轨迹的精度和品质的提高。进一步地,为了排除例如在短的时间间隔内再次发生的延长调整操作,整个结构应该是牢固的。通过避免基底的重复启动和制动运动,目的是获得基底的最小化的损害和破坏的可能。此外,生产成本尽可能大地被降低。总之,本发明可获得下列目的:-被移动的质量,特别是沿优选方向被移动的质量,被有效减少;从而获得了非常高的加工速率。-基底在激光划切的过程中是固定的,或者以恒定速率沿着一个方向运动,从而大大地降低了振动,划切线的品质由此提高,并且在加工过程中损害基底的风险由此减少。-使用了具有高的可重复的准确性的高动态驱动装置,从而通过具有最高准确性的活动控制产生了划切线。-激光到加工位置的传输以使得出射光束长度最小的方式发生。这样,用于微调机械光学部件的调整时间有效降低,从而使得激光划切系统更稳固。-即使在大基底长度的情况下,在一个加工步骤就产生了划切线,因此,与拼接各线段相比,避免了位移问题,并且即使在长线上也能获得完全的电绝缘。通过根据权利要求1的激光划切系统能够获得这些目的。本发明的有利的其它改进形成了从属权利要求的主题。用于构建基底和薄层太阳能电池组件的相应的步骤,包括通过本发明的激光划切系统构建的至少一个基底,其中的每一个形成了从属权利要求的主题。
发明内容
基本设计根据本发明的用于构建基底的激光划切系统包括用于容纳至少一个基底的平台、与平台以间隔开的关系安装的至少一个平面定子、沿方向x和y可自由运动的至少一个平面电枢、以及安装在所述平面电枢上用于在基底上沿着第一方向x和与第一方向相对的第二方向-x产生划切轨迹的至少一个激光装置。平面驱动装置具有下列技术特征等:·高动态(达到25m/s²)·高运动速率(可能达到4m/s),而现有的传统激光划切系统操作的最大运动速率仅为2-3m/s。·较高的可重复精度(+/-2μm)确保了准确的划切轨迹。·电枢最大仅为10kg的低质量,从而大大降低了驱动单元的运动质量。·在x和y轴之间没有机械联接元件,例如接合器、支架等等,因为他们被容纳在由线性电机构成的平面电枢内。这使得整个运动更加准确,因为消除了机械公差和摩擦。·无磨损空气安装,以及由此带来的滑动-粘附效应的消失确保了运动的非常高的均匀性。·可以在一个定子上使用多个电枢,以通过多个加工头获得更高的产量,不需要机械结构的重大改变。平面电枢在一个单元中可以进行沿着激光划切方向x的主运动和用于沿着方向y产生独立轨迹的供给运动。这确保了只有非常小的质量在两个运动方向上运动。用于激光划切的平面驱动装置的另一个优势在于一体的平面定子实现了双功能:即,一方面,产生了一个或者多个平面电枢在驱动部件上的运动。因为,平面定子本身具有特定的质量,这也为仍然残留的剩余振动带来了减震作用。不需要仅为了加重的目的而安装重且精确制作的花岗岩石。用于激光划切的平面驱动装置的另一个优势是:该机器是明显的平面设计,需要很小的空间,因为平台不需要运动。基于这些特征,平面驱动装置非常适于进行激光装置的用于激光划切所需的运动。具有平面驱动装置的激光划切系统的结构的说明(实施方式1)在下面的说明中,从平面驱动装置用于与光纤激光器结合使用的事实开始进行。此外,假定在加工过程中基底保持静止。另外,本发明的有利的改进在本文中单独说明。这种结构在图1和2中示意性示出,但是图3和4示出了一种典型结构。这样设计的激光划切系统的基本结构如下:1.平面定子46对应于要加工的基底30的尺寸。平面定子被插入到设计为机器框架的支撑体40中,并通过调整被水平配置。2.一个或者多个平面电枢56置于平面定子上。3.安装在每个平面电枢56上的一个或者多个激光装置60,包括用于产生一个或者多个激光光点的光学元件。这些光学元件具体是:a.用于一个或者多个光纤61的机械安装装置62b.每个光纤所具有的的一个光学校准装置63c.每个光纤所具有的的一对偏转镜64,其用于将光以所需的间隔开的关系引导到达加工点。d.每个光纤所具有的的一个光学聚焦装置664.用于产生激光的激光源67被刚性地安装到机器支架或者机器框架90上。5.一个或者多个光纤61从激光源67通到平面电枢56。这些光纤可具有几米(到达5米)的长度,使得激光能够非常紧密地被引导到实际的加工点,并且出射光束(openxa0beam)的长度被限制到激光装置60内部的路径。6.要加工的基底30通过机械固定装置被保持在固定加工位置,并且不运动。根据本发明的激光划切系统的特征是组合了下列特性:·驱动装置的运动质量大大减少,此外,在加工过程中基底还保持静止。·这获得了非常高的加工率,同时,由于振动减少,产生的划切轨迹的准确性增加。·为了进一步增加产量,可通过使用多个平面电枢以更为经济的方式整合其它的加工头,不需要机械的重大改变。·通过光纤,激光被尽可能紧密地引导到加工点,使得出射光束长度减少,并且减少了调整,使得该系统在工业生产环境中更加稳固。可运动平面电枢可在平面定子上沿着第一方向x和与第一方向相对地方向-x进行运动;平面电枢和与其共同运动的激光装置一起的质量,基本小于基底和可运动平台共同的质量。在产生过程中,尤其是在划切轨迹方向上,运动的质量由此非常小。这是有利的,因为激光装置必须快速地并且沿着用于产生划切轨迹的交替的方向运动。使用的这种平面电枢,与安装在其上的激光装置一起,具有特别约15kg的质量。这意味着在产生过程中沿着划切轨迹方向上运动的质量总量小于具有夹持在其上的基底的平台或者运动出射口的1/5,而后两者均可重达100kg或者更多。因此,在根据本发明的激光划切系统中,在产生划切轨迹的过程中实际上没有产生振动。这样,产生了高质量的划切轨迹,在每种情况下,该轨迹沿着预定的路径(例如,直线)都行进地非常精确。由于在划切轨迹产生的过程中非常小的质量沿着划切轨迹的方向运动,并且由于实际上没有产生由启动和制动力所引起的振动,所以根据本发明的激光划切系统不需要额外地配重,这样因此也节约了用于部件和传输装置的成本。由于在小质量运动的过程中实际上没有产生振动,所以由使用的激光装置产生的激光束可匀速且高速地运动。这使得在基底上以最短可能的时间节约成本地产生许多划切轨迹,在每种情况下,其都沿着预定路径(例如,直线)运行地非常精确。在根据本发明的激光划切系统中,平面定子可以简单的方式且通过已知的方法节约成本地设置。在根据本发明的激光划切系统中,至少一个平面电枢同样可以简单的方式且通过已知的方法节约成本地设置。此外,无需机械精度部件,因为通过在平面电枢上的控制程序获得所需的准确性,从而,用于这种激光划切系统的生产成本总体上大大降低。平面定子被安装在基底的下方。因此,通过安装在平面电枢上的激光装置产生的至少一个激光束可从下方作用到基底上,使得在基底的最下层上的粒子被激光束蒸发。由于在该过程中形成的蒸汽的压力,在基底靠在其上的层上,临近的粒子被吹走。因而通过上述方式以比采用辐射基底的方式更快速且具有更少能量消耗地产生划切轨迹,在后者情况下,要从激光束排除的粒子需要一层接一层地蒸汽沉积。特别是,平面电枢包括至少一个第一可编程元件,其被连接到第一控制装置并且由第一控制装置可控制。因此,平面电枢沿着主运动方向的运动可被预先确定,并且可由第一控制装置控制,允许在基底上产生划切轨迹,在每种情况下沿着预定路径都具有非常精确的定向。在根据本发明的激光划切系统中,平面电枢包括至少一个第二可编程元件,其可连接到第一控制装置,并且由第一控制装置控制。这样,平面电枢在第二方向y和与第二方向相对的方向-y上(即,横向于划切轨迹的方向)的运动可由第一控制装置控制,并且由此可非常精确地被预先确定。由于平面电枢的运动的这种自由可编程性,因此在划切轨迹的方向上以及横向于其的方向上的两个方向上,能够通过编程调节和参数化快速地产生所需路径。例如,若需要通过如校准的方式来改写设定条件或者已被修改的机械特性,那么这种属性是有利的。划切轨迹的精度在这种情况下不需要通过引导系统的机械精度来产生。总之,由自动路径校准,通过简单的方式并且低成本地补偿,由于例如机械结构的不精确或者改变的环境状况而引起的路径的不精确。其它优选实施例实施例2:基底通过机械的连续运动,参见附图11在本发明的另一个优选实施例中,第一基底不固定,而是通过激光划切系统以连续的速度V_基底沿着方向y运动。这一方面防止了基底由加速作用而被拉紧,另一方面,这种方式允许通过与第一基底相同的第二基底沿着方向y以V_基底运动来形成连续轨迹。这样,用于加载和卸载的时间被大大地最小化,由此允许进一步增加产量。在这种方式下,平面电枢进行总运动,该总运动包括以所需划切速度V_长度方向沿着主运动方向的运动和横向运动V_横向,其中,使得V_横向=V_基底。这样,平面电枢相对于定子可稍微倾斜地运动,但是在基底上,再次产生所需的直的划切线。在第一基底的加工结束之后,平面电枢运动到起始位置,并且开始加工第二基底,该第二基底同时已经到达该加工位置。平面电枢在划切轨迹方向以及横向于其的方向的两个方向上的运动的自由可编程性使得根据本发明的激光划切系统产生精确的划切轨迹成为可能,因为,平面电枢的横向运动与基底的运动可精确地同步。实施例3:在平面定子上使用多个平面电枢(参见附图5)在根据本发明地激光划切系统中,平面电枢的数量可相对容易地增加,而不影响激光划切系统上的基本机械变型。根据平面电枢的数量,使用的激光装置的数量也增加,因此,根据本发明的激光划切系统的产量也增加。这里建议激光划切系统在平面定子上包括达到9个或者更多的平面电枢。平面电枢在划切轨迹方向以及横向于其的方向的两个方向上的运动的自由可编程性,使得可应用到根据本发明的激光划切系统上的至少两个平面电枢在相对方向上同步运动成为可能,因此在平面定子上形成了均衡的负载,并且从而使得振动进一步最小化。实施例4:使用多个平面定子,每个定子包括一个平面电枢,没有附图根据本发明的激光划切系统可包括板状或者带形的平面定子。在板状的平面定子上,多个平面电枢可应用到平面定子板上,以用简单的方式增加根据本发明的激光划切系统的产量。另外,多个较窄的、带形的平面定子(每个具有平面电枢)同样可以应用到根据本发明的激光划切系统上,用来以简单的方式、同时以用于各平面定子的较低成本来增加系统产量。实施例5:具有飞行光学配件的平面电枢(参见附图9)在具有平面驱动装置的激光划切系统的优选实施例中,平面电枢以这样的方式使用:它承载着已知的飞行光学配件的部件(镜,透镜);激光源67是固定的,并且发出出射光束,该光束被引导到平面系统的光学元件上;后者使得光束被引导到玻璃基底的表面上。通过平面电枢沿着方向x的运动产生划切线。机械结构的其他部分保持未改变。与已知的飞行光学系统相比,该解决方式的优势在于:在平面定子的平面内的平面电枢在方向x和y可自由编程,并且由此能够通过对出射光束方向的修改而作出的参数调整以及编程而被补偿,不需要像现在的飞行光学系统一样进行机械调整。实施例6:具有完全一体的固态激光器的平面电枢(参见附图8)在具有平面驱动装置的激光划切系统的优选实施例中,平面电枢以下列方式被使用:其承载一个或者多个完全一体的固态激光器,他们可从商业上获得(例如来自于Newport公司的Explorer型),并且可互相以间隔开的关系手动或者自动调整。其优势在于,这种激光器同时非常小型(长度约165mm;宽度约55mm;高度约100mm),并且重量轻(约1kg),因而不需要通过光纤供给激光。机械结构的其它部分保持不变。实施例7:在基底上方安装平面驱动装置,参见附图6在本发明的另一个优选实施例中,平面驱动装置被安装在基底上方。在激光不能从下方刺穿基底的情况下,这种结构是有利的和/或必需的。这种情况是:在必须施加反射材料层时,施加到这些反射材料上的所有其它层无法从下方被烧蚀。因为平面电枢包括用于产生推进力的永久磁体,所以所述永久磁体的力抵抗重力作用使得平面电枢固定到平面定子上。可以以简单的方式使用该原理,以也使得平面驱动装置安装到基底上方。机械结构的其它部分保持不变。
附图说明
图1是穿过根据本发明的激光划切系统10在划切轨迹方向上的示意性截面图。图2是根据本发明的激光划切系统10的示意性平面视图。图3是激光划切系统10的透视图形式的典型结构,没有示出平台20和基底30。图4是如图3所示的激光划切系统10的透视图形式的典型结构,其示出了平台20和基底30。图5是穿过根据本发明的激光划切系统10横向于划切轨迹方向上的示意性截面图。图6是激光划切系统10的优选实施例的示意图,包括安装在基底上方的平面驱动装置。图7是用于激光装置60的第一优选实施例的示意图,其包括光纤激光器。图8是用于激光装置60的第二优选实施例的示意图,其包括光小型固态激光器。图9是用于激光装置60的第三优选实施例的示意图,其包括飞行光学配件。图10是位于固定基底30上的平面电枢56的划切运动的示意图。图11是以恒定速率与基底30一同运动的平面电枢56的划切运动的示意图。附图标记列表10xa0激光划切系统20xa0平台30xa0基底40xa0支撑体46xa0平面定子50xa0可运动单元56xa0平面电枢60xa0激光装置61xa0光纤62xa0安装装置63xa0光学校准装置64xa0偏转镜65xa0激光束66xa0光学聚焦装置67xa0激光源70xa0划切轨迹71xa0划切轨迹:方向+x72xa0划切轨迹:方向-x73xa0侧冲程方向+y/-y90xa0机器框架
具体实施方式
根据第一实施方式,图1示出了穿过根据本发明的激光划切系统10在划切轨迹70方向上的示意性截面图,所述激光划切系统包括平台20,在其上坐落有基底30。支撑体40设置在平台的下方,其包括面板形状的平面定子46,并且被联接到平台20上。可运动装置50设置在平面定子46上,其包括至少一个平面电枢56,能够沿着第一方向x和与第一方向相对的方向-x,以及沿着垂直于第一方向x的第二方向y和与第二方向相对的方向-y进行运动。具有至少一个激光束65的激光装置60被安装到平面电枢56上,通过激光从下方沿着第一方向x和与第一方向相对的方向-x在基底30上产生划切轨迹70。图2示出了根据图1的实施例的、根据本发明的激光划切系统10的示意性平面视图,其中,可看到加载有基底30的平台20。在基底上,沿着第一方向x和分别沿着与第一方向相对的方向-x,以均匀间隔开的关系沿着垂直于第一方向的第二方向y产生三条划切轨迹70。图3示出了根据图1的实施例的、以激光划切系统10的透视图形式的典型结构,没有平台20和基底30。该附图示出了支撑体40,其构成为机器框架;平面定子46沉入到机器框架中。此外,可运动单元50显示为设置在平面定子上,并且用作平面电枢56,其包括安装在其上的激光装置60和射出的光束65。该附图示出了用于示出方向的说明性的坐标系。图4以透视图示出了图3中所示的典型结构,但是包括了根据图1的实施例的激光划切系统10的平台20、基底30和机器框架90。平台20示出为处于负载位置。基底30示出为处于加工位置,并且在加工过程中通过机械锁定装置固定而处于静止。在此之前,基底30由平台机构运动进入加工位置。机器框架90用于安装辅助系统,例如相机。在图4中不可见的平面电枢56在平面定子46上沿着方向x在基底下方运动,由此产生了一条或者多条划切轨迹。其它划切轨迹这样产生:平面电枢在冲程结束时沿着图10所示的y方向、以轨迹间隔的倍数为长度进行运动。图5示出了根据图1的第一实施例横向于划切轨迹70的方向穿过根据本发明的激光划切系统的示意性截面图,其中,可看到两个平面电枢56,每个包括两个激光束65。两个平面电枢56能够以相同的速度沿相反的方向同步运动。图6示出了根据第二实施例的根据本发明的激光划切系统10的示意性透视图,其包括平台20,基底30置于平台20上。在平台上方,设置支撑体40,其包括面板形状的平面定子46,并且被联接到平台20上(未示出)。可运动单元50位于平面定子46下方,其包括至少一个平面电枢56,能够在第一方向x和与第一方向相对的方向-x上、以及在垂直于第一方向x的第二方向y和与第二方向相对的方向-y上进行运动。激光装置60(未示出)安装到平面电枢56上,其发出至少一激光束65。在基底30上由来自上方的激光沿着第一方向x和与第一方向相对的方向-x产生划切轨迹70。图7示出了第一实施例的激光装置60的示意图,包括安装到安装装置62上的光纤61、光学校准装置63、一对偏转镜64和光学聚焦装置66。整个激光装置被置于平面电枢56上。手动或者自动可互相相对调整的多个激光装置可置于平面电枢上。该实施例的激光装置被用于根据图1和图6的、根据本发明的第一和第二实施例的激光划切系统10。图8示出了第二实施例的激光装置60的示意图,包括完全一体的固态激光器。手动或者自动可互相相对调整的多个固态激光器可置于平面电枢上。该实施例可用作根据图7的实施例的另一种,并且可用于图1和6所示的根据本发明的第一和第二实施例的激光划切系统10。图9示出了第三实施例的激光装置60的示意图。平面电枢56被用作飞行光学配件,并且其承载了(如图7所示)光学校准装置63、一对偏转镜64和光学聚焦装置66。与图7不同的是,激光不是由光纤引导;而是从静止的激光源67作为出射光束发射,并被引导到平面电枢上。此处,其通过前述的光学部件被引导到基底表面上。手动或者自动可互相相对调整的多个激光装置60可置于平面电枢上。该实施例的激光装置被用在如同1和6所示的根据本发明的第一和第二实施例的激光划切系统10。图10示出了平面电枢56的划切运动的示意图,包括激光装置60、静止的基底。该平面电枢进行第一冲程,并且沿方向+x产生至少一条划切轨迹71。当冲程结束,该平面电枢制动,并且进行横向运动73,所述冲程对应于预期轨迹间隔的所有倍数。此后,平面电枢进行第二冲程,沿方向-x产生至少一条划切轨迹。图11示出了示意性平面图,示出了在纵向运动上叠置的平面电枢的横向运动。为了以速度V_长度方向沿着划切方向(方向+x/-x)运动,平面电枢的横向运动由速度V_长度方向叠置,如果基底并不静止,而是穿过激光划切系统靠本身以恒定速率V_基底运动,那么使得V_横向=V_基底。在冲程结束后,结果是在基底上再次产生直的划切线。