用于将工件制造成产品的方法和设备 |
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| 申请号 | CN202080018767.0 | 申请日 | 2020-02-26 | 公开(公告)号 | CN113518685B | 公开(公告)日 | 2023-11-21 |
| 申请人 | 辛诺瓦有限公司; | 发明人 | J·勒克莱希; J·保施; B·里彻兹哈根; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于将 工件 (101)、尤其是金刚石原石制造成产品(102)、尤其是多面型钻石的方法和设备。该方法由提供耦合到加压的 流体 射流(104)中的 激光束 (103)的设备执行。该方法包括使用所述激光束(103)根据预定的切割序列对所述工件(101)执行多个切割以通过每个完成的切割去除工件(101)材料。该方法还包括根据预定的旋转序列(107)执行所述工件(101)围绕同一旋 转轴 线(106)的多个旋转。由此，在完成的切割后执行旋转，以及，为了执行切割，所述激光束(103)沿二维路径(108)移动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于将工件(101)制造成产品(102)的方法(100)，其中所述方法(100)由提供耦合到加压的流体射流(104)中并通过内反射在所述流体射流中被引导的激光束(103)的设备(300)执行，所述方法(100)包括： |
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| 说明书全文 | 用于将工件制造成产品的方法和设备技术领域[0001] 本发明涉及一种用于将工件、尤其是金刚石原石或其他超硬材料制造成产品、尤其是多面型钻石(brilliant)或其他刻面宝石的方法和设备。该方法使用该设备，并且该设备配置成提供耦合到加压的流体射流中的激光束。激光束用于多次切割工件以使产品成形。该产品可以由工件全自动制造。 背景技术[0002] 将由超硬材料(如由金刚石(天然的)和/或人造金刚石)制成的工件成形为具有所需复杂形状的产品是非常具有挑战性的。特别是需要高成形准确度时。例如，金刚石(原石)通常被制造成复杂的形状，包括“圆形”、“多面形”、“绿柱形(emerald)”、“梨形”或“公主形(princess)”。这些复杂的形状具有多个刻面，这些刻面必须以非常高的准确度进行切割。 [0003] 例如，将金刚石原石制造成多面型钻石(或任何其他刻面宝石)的传统方法包括切割(例如劈开、锯切和/或打磨)和抛光。尤其是切割和抛光往往是手工进行的。因此，通常最初产生第一组刻面，随后检查这些刻面并与初始规划进行比较。之后，可以修正该第一组刻面，并且可能必须执行重新规划。接下来，产生第二组刻面，其中同样检查并可选地修正所产生的刻面。很容易理解，这样一个完整的制造过程(例如使金刚石原石成形为具有其所有刻面的多面型钻石的过程)是非常耗时的。此外，必须经常检查刻面的质量。 [0004] 当然，也考虑通过使用传统的机器切割和抛光技术来支持上述过程。例如，已经提出了特殊的锯或激光工具用于例如使金刚石成形为刻面的。然而，即使使用这样的机器技术，也不可能在完全没有人工干预、且没有任何中间检查和可能的产品重新规划的情况下使金刚石成形为宝石。因此，即使采用这种机器技术，总的处理时间仍然太长。 [0005] 因此，本发明的实施方式旨在改进将工件、特别是如金刚石的超硬工件制造成产品、特别是如多面型钻石的刻面宝石的常规方法。一个目的特别是提供一种方法和设备，其能够由工件全自动地制造产品而无需任何人工交互。完成产品的总处理时间应当显著减少。此外，产品应当以非常高的精度制造。在成形过程期间应当不需要对产品进行中间检查和/或重新规划。 [0006] 对于所有种类的材料，特别是也对于新合金材料，以及对于硬性和/或脆性材料，都应当能够尤其实现上述目标。然而，本发明的实施方式的主要焦点是将金刚石自动成形为多面型钻石或其他刻面宝石。在这方面，目前还没有全自动过程的解决方案。 发明内容[0008] 特别地，本发明的实施方式总体上基于使用设备以用于实现方法，其中该设备提供通过内反射在流体射流中被引导的激光束。这种流体射流引导的激光束可以以非常高的精度有效地切割工件，甚至是如金刚石的超硬工件材料。该方法进一步基于使用激光束从工件连续切块的方案，即从工件上切下一定体积的材料，并旋转工件，以形成所需的复杂形3 3 状的产品。例如，工件的总体积可以为1mm至20000mm。 [0009] 根据本发明实施方式的这种方法、即使用提供流体射流引导的激光束的设备的方法的特别挑战是确保该设备在没有人工交互的情况下快速且全自动地工作。这需要执行非常精确的切割，此外还需要快速且准确地确定切割是否已完成以及何时完成。另一个挑战是找到一种例如用于多面型钻石的切割策略，以确定以何种顺序切割哪些刻面以及在哪个切割角度下切割，从而同时确保切割的高表面质量、有效的处理时间和持续且稳定的切割。特别是，还需要考虑流体射流的存在。 [0010] 本发明的第一方面提供了一种用于将工件制造成产品的方法，其中该方法由提供耦合到加压的流体射流中的激光束的设备执行，该方法包括：使用激光束根据预定的切割序列对工件执行多个切割以通过每个完成的切割去除工件材料，根据预定的旋转序列执行工件围绕同一旋转轴线的多个旋转，其中在完成的切割后执行旋转，以及其中为了执行切割，激光束沿二维路径移动。 [0011] 可以在传统的规划工具和/或软件中规划产品，并且可以提取与最终产品的形状相关的数据并将其转换成机器代码，该机器代码可由所述设备读取。这种预先规划可以分别得到预定的切割序列和预定的旋转序列，预定的切割序列和预定的旋转序列在第一方面的方法中用作输入，特别地被馈送到所述设备中。 [0012] 使用第一方面的方法，通过根据切割序列和旋转序列执行切割和旋转而无需人工交互，产品可以由工件完全成形。由于只有一条旋转轴线的事实，并且由于激光束仅沿着二维路径移动以执行每个切割，因此该方法可以非常快速且精确地执行。这意味着，产品可以以非常节省时间的方式进行高质量的成形。不需要人工交互，因为不需要进行中间质量检查，也不需要进行重新规划。 [0013] 值得注意的是，切割与切割序列中的指令有关，并通过沿二维路径移动激光束来确定要从工件上切下的材料块。当所述材料块被完全切下，即与工件的其余部分分离时，切割完成(“完成的切割”)。在切割完成之前，它可以被执行一次或多次(“执行的切割”)，即激光束沿着该切割的二维路径的移动可以重复。 [0014] 尤其是通过流体引导的激光束实现了高切割准确度，因此工件可以按规划或多或少完美地成形为产品。该方法还允许对去除的材料进行优化。例如，在多面型钻石(A宝石)由金刚石原石成形的情况下，去除的材料可用于形成附加产品，例如B宝石或C宝石。 [0015] 在该方法的一种实现形式中，制造的产品可以比所需产品更大，例如比所需产品大20μm–100μm。例如，这允许进一步抛光或修正产品。例如，激光束可以使一些工件材料石墨化，这些工件材料可以例如通过喷丸、砂磨、常规抛光等被去除。 [0016] 在该方法的一种实现形式中，在每个完成的切割后，执行按由预定的旋转序列确定的角度的一个旋转，并且激光束沿由预定的切割序列确定的二维路径移动一次，以执行切割。 [0017] 这样，该方法可以非常快速和精确地进行。即使以这种方式，流体射流引导的激光束也能实现有效切割。 [0018] 在该方法的一种实现形式中，二维形状包括直线和/或圆弧。 [0019] 即，流体射流引导的激光束在一维或二维中移动。流体射流引导的激光束的二维移动可以通过所述设备快速且精确地进行，例如通过计算机数控(CNC)进行。 [0021] 传感器的使用，特别是其确定完成的切割的能力，允许以全自动和快速的方式制造产品。例如，由此可以执行切割一次或多次，直到传感器发送切割完成的信号。传感器可以由处理电路(例如所述设备的控制单元)支持。例如，控制单元可以评估传感器的信号的图案，以确定切割完成或未完成。 [0022] 在一种实现形式中，该方法还包括：如果确定切割完成，则旋转工件、特别是将工件旋转180°，然后再次执行相同的切割，如果进一步确定在旋转工件后所执行的相同的切割也完成，则根据预定的切割序列执行下一个切割。 [0023] 该修正动作(在下文中称为“180°修正动作”，尽管除优选的180°之外的其它角度也是可能的)确保切割实际完成(如果传感器已经确定这一点的话)。这显著提高了该方法的可靠性和稳定性。 [0024] 例如，传感器可以是配置为测量来自工件表面的电磁辐射(发射)的传感器，该电磁辐射(发射)可以例如在切割工件时被诱导(二次发射)，或者可以是从工件反射的激光。基于该辐射中的发射图案，可以从传感器信号中确定、例如由传感器本身或由包括处理电路的控制单元确定切割是否确实完成。事实上，光学传感器和/或控制单元可以配置为确定以下状况中的每一者：执行的切割完成；执行的切割未完成；通过执行切割完全没有去除工件材料。由于有能力确定这些状况，因此产品可以自动且快速成形。 [0025] 如果工件是金刚石原石，则由于对完成的切割的错误检测可能会发生(由于夹杂物、孔隙、杂质等)切割过程停止的情况。因此，在切割金刚石原石时，实施180°修正动作作为检查机制尤其有用。 [0026] 在一种实现形式中，该方法还包括：如果确定切割完成，则将流体射流远离工件移动到材料应当已经通过完成切割而从工件去除的确定的位置；在所述确定的位置处打开激光束；以及使用光学传感器确定在所述确定的位置处是否存在工件材料。 [0027] 这为180°修正动作提供了一种替选检查机制，这也可用于检查使用/或光学传感器确定切割完成的正确性。流体射流特别地移动(优选地激光束关闭)到材料块应当已脱落的区域，然后打开激光束以使用光学传感器查看材料或空隙是否在该位置处。 [0028] 在一种实现形式中，该方法还包括：如果确定切割未完成，则在不旋转工件的情况下再次执行相同的切割一次或多次，直到确定切割完成。 [0029] 这样，切割可以快速重复多次(遵循相同的二维路径，不一定在同一方向)直到完成。 [0030] 在该方法的一种实现形式中，工件为金刚石原石，产品为包括多个刻面的多面型钻石，所述多个刻面中的每个特定刻面通过执行切割一次或多次直到切割完成而产生。 [0031] 术语“多面型钻石”包括如“圆形”、“绿柱形”、“梨形”或“公主形”的刻面宝石。在光学传感器的支持下，流体射流引导的激光束切割特别有利于以较短的处理时间自动制造金刚石的所有刻面。在下文中，提出了有利的切割策略，特别是设计用于使用流体射流引导的激光束将金刚石原石成形为多面型钻石的切割策略。 [0032] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面，激光束始终沿着该刻面的长度移动以执行切割。 [0033] 这在本文中称为“侧向”切割策略。“沿着刻面的长度”移动是指沿着刻面的长边移动。即，朝向和/或远离刻面的顶点、特别是在连接典型三角形刻面的顶点和底边的方向上移动。侧向切割策略允许进行上述180°修正动作。此外，使用这种切割策略，可以在切割刻面时回收金刚石材料的较大部分。这些较大部分可以潜在地用于从金刚石原石材料制造更多刻面宝石。这种切割策略还产生非常短的处理时间。 [0034] 在该方法的一种实现形式中，旋转轴线垂直于加压的流体射流和激光束。 [0035] 在该实现形式中，围绕旋转轴线旋转结合沿两个方向(例如，x‑y‑z坐标系中的x方向和y方向，其中z方向平行于流体射流)移动激光束足以形成多面型钻石的所有刻面。 [0036] 在该方法的一种实现形式中，金刚石原石利用其桌面附接到所述设备的可旋转部分，并且旋转轴线垂直于桌面。 [0037] 这样，金刚石原石可以精确地附接到所述设备，以实现精确切割的刻面。所述设备的可旋转部分可以是所谓的“Dop(钻石夹)”。可旋转部分(在直径/宽度上)可以比金刚石原石的桌面小至少10％，特别是小至少20％。这允许多面型钻石的风筝刻面和星形刻面具有最佳切割性能。 [0038] 可以在金刚石原石中预先切割桌面。在固定在设备上之前，该桌面优选被抛光。但是，该桌面可以仅切割成具有专用余量。桌面固定提高了多面型钻石的质量，因为切割金刚石时的角度错误会减少，而角度错误可能会导致偏离规划的多面型钻石。从旋转轴线到桌面表面的角度偏差不大于1°，优选不大于0.5°，更特别地不大于0.1°。 [0039] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面，激光束始终沿着该刻面的宽度移动以执行切割。 [0040] 这在本文中称为“端向”切割策略。“沿着刻面的宽度”移动是指沿刻面的短边移动。即，既不朝向也不远离刻面的顶点，而是跨多面型钻石的典型三角形刻面移动。 [0041] 金刚石可以取向为使得底尖面朝上，即底尖在所述设备提供流体射流耦合的激光束的方向上取向。在本文中，这被称为“底尖向上”切割策略，并且有利地与通过桌面将金刚石附接到所述设备兼容。金刚石还可以取向成使得其桌面面朝上，即桌面在所述设备提供流体射流耦合的激光束的方向上取向。在本文中，这被称为“桌面向上”切割策略，其优点是可以从刻面的较厚部分攻击刻面和/或可以用大于20°的切割角度攻击刻面。这导致更高的切割可靠性。 [0042] 在该方法的一种实现形式中，旋转轴线不垂直于加压的流体射流和激光束。 [0043] 即，金刚石可以被安装成使得旋转轴线分别相对于流体射流和激光束以特定角度布置。例如，旋转轴线和激光束方向之间的角度可以与旋转轴线和当前正在切割的刻面之间的角度相同。该角度然后通过多面型钻石的几何形状确定(通常亭部刻面为42.25°，冠部刻面为34.5°)。在这种情况下，围绕旋转轴线旋转并沿一个方向(例如，x‑y‑z坐标系中的x方向或y方向，其中z方向平行于流体射流)移动激光足以制造多面型钻石的所有刻面。 [0044] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面：激光束沿着二维路径来回移动，以便执行切割多次。 [0045] 在本文中，这称为“来回”切割策略。通过这种切割策略，可以减少切割时间。 [0046] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面：激光束沿着二维路径始终在同一方向上移动，以便执行切割多次。 [0047] 这在本文中通常称为“单向”切割策略。通过这种切割策略，上述180°旋转修正动作有利地成为可能。 [0048] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面：激光束始终朝着刻面的顶点移动以执行切割，或者激光束始终远离刻面的顶点移动以执行切割。 [0049] 这些是“单向”切割策略的规范，在本文中分别称为“下坡”切割策略和“上坡”切割策略。前一种切割策略提供了更有效的切割过程。此外，切割过程对流体射流的不稳定性更不敏感。后一种切割策略允许从刻面较厚的一侧攻击刻面，从而使切割更加可靠。 [0050] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面，激光束被定位在先前产生的刻面上以执行切割。 [0051] 这在本文中称为“分组新鲜”切割策略，因为确定的刻面组被一个接一个地切割。有利地，上述180°修正动作是可能的。此外，一个优点是每个新的切割始终在金刚石/多面型钻石的新鲜(先前)切割的表面/刻面上开始，这导致更高的质量，特别是与使用流体喷射引导的激光束相结合的情况下。 [0052] 在该方法的一种实现形式中，为了产生特定刻面：激光束被定位在金刚石原石的未切割表面上以执行切割。 [0053] 这在本文中称为“分组原石”切割策略，因为确定的刻面组被一个接一个地切割。有利地，上述180°修正动作是可能的。此外，一个优点是可以从要去除的切片的锐角内侧(即从要去除的切片的厚部分)攻击金刚石原石，以产生多面型钻石的典型的三角形刻面。 [0054] 在该方法的一种实现形式中，根据出现的顺序产生多个刻面。 [0055] 有利地，首先可以从金刚石原石上去除“最大”的多余部(nail)，以允许重新用于切割其他宝石。 [0056] 在该方法的一种实现形式中，亭部刻面在下腰棱刻面之前产生，优选地进一步产生腰棱刻面，然后是风筝刻面，然后是上腰棱刻面，然后是星形刻面。 [0057] 当使用本发明的设备时，该切割顺序优化了切割时间。当使用流体射流引导的激光束时，在风筝刻面之前产生亭部特别有益。 [0058] 在该方法的一种实现形式中，第一组不连续的腰棱刻面、特别是左下腰棱刻面或右下腰棱刻面分别在第二组不连续的下腰棱刻面、特别是右下腰棱刻面或左下腰棱刻面产生之前产生。 [0059] 这种分组适合于上述“分组新鲜”和“分组原石”切割策略。其有益地使金刚石原石取向成使得对于下腰棱刻面，为激光束提供最大的切割角度。因此，提高了切割可靠性。 [0060] 在该方法的一种实现形式中，在形成下腰棱刻面和/或上腰棱刻面之前，旋转金刚石原石，使得从提供更大切割角度的一侧执行切割。 [0061] 因此，避免了较小角度的切割。这在结合使用流体射流引导的激光束时特别有益。例如，在多面型钻石的底侧/下部(亭部)，有两种类型的刻面(亭部刻面和下腰棱刻面)。这两种类型的刻面彼此呈22.5°或11.25°放置。刻面处理被有益地排序为允许22.5°切割而不是11.25°切割。 [0062] 在该方法的一种实现形式中，多面型钻石具有0.1ct(克拉)至100ct的尺寸，特别是具有0.2ct至5ct的尺寸。 [0063] 在该方法的一种实现形式中，通过执行和完成切割而从金刚石原石去除材料的速度为0.8ct/h至2.5ct/h。 [0064] 这些是最佳尺寸和切割速度，一方面可以避免机器约束或固定约束，另一方面可以避免由于材料体积大而导致的质量控制过于困难。 [0065] 在该方法的一种实现形式中，通过使用设备的流体射流引导的激光束和光学传感器根据切割序列和旋转序列自动切割金刚石原石，形成多面型钻石的57个刻面。 [0066] 因此，借助光学传感器，宝石可以相当快速地并且以全自动方式成形。这通过有利地结合流体射流引导的激光束、光学传感器和/或控制单元以及切割策略的选择(如本发明中所述)而成为可能。 [0067] 有益地，尺寸为1ct至5ct的金刚石原石可以在8小时内、特别是5小时内被制造成多面型钻石。产品的成形过程甚至可以只有30分钟到4个小时(对于较小的尺寸)。使用第一方面的方法，可以在没有人工干预的情况下以精确的方式成形多达1000个刻面。 [0068] 值得注意的是，在执行第一方面的方法之后，可以以传统方式对产品、特别是多面型钻石进行进一步抛光、或精整、或平滑等。 [0069] 本发明的第二方面提供了一种用于将工件制造成产品的设备，该设备包括：加工单元，其配置成提供耦合到加压的流体射流中的激光束；控制单元，其配置成控制加工单元以：使用激光束根据预定的切割序列对工件执行多个切割以通过每个完成的切割去除工件材料，根据预定的旋转序列执行工件围绕同一旋转轴线的多个旋转，其中旋转在完成的切割后执行，以及其中为了执行切割而沿着二维路径移动激光束；以及光学传感器，其配置成至少确定以下状况中的每一者：执行的切割完成、执行的切割未完成。 [0070] 为了确定状况，光学传感器可以向控制单元提供信号，控制单元评估信号并相应地输出确定结果。然而，光学传感器可能已经提供了确定结果。光学传感器还可以配置成确定状况：通过执行切割完全没有去除工件材料。 [0071] 第二方面的设备有利地结合了流体射流引导的激光束、光学传感器和用于附接工件的旋转装置，从而能够全自动地制造产品。该设备特别设计用于由金刚石原石制造多面型钻石或其他刻面宝石。该设备可以基于预定的切割序列和旋转序列执行任何上述切割策略。 [0072] 根据第二方面的设备可以根据关于第一方面的方法描述的实现形式来实施。例如，该设备可以遵循各种切割策略，并且可以由金刚石成形完整的多面型钻石。因此，该设备具有上述第一方面的所有优点。 [0073] 本发明的第三方面提供了一种计算机程序(或计算机程序产品)，其包括程序代码，所述程序代码当在计算机上执行时用于执行根据第一方面的方法或其任何实现方式、和/或用于控制根据第二方面的设备。 [0075] 在以下关于附图的具体实施方式的描述中，解释限定根据本发明的一般实施方式的上述方面和实现形式，附图中： [0076] 图1示意性地示出了根据本发明实施方式的用于由工件制造产品的方法。 [0077] 图2示出了根据本发明实施方式的方法的流程图。 [0078] 图3示出了根据本发明实施方式的设备。 [0079] 图4示出了根据本发明实施方式的方法的流程图。 [0080] 图5示意性地示出了由根据本发明实施方式的设备的光学传感器检测到的状况。 [0081] 图6示出了光学传感器的信号的示例。 [0082] 图7示出了多面型钻石及其刻面的示例。 [0083] 图8示意性地示出了根据本发明实施方式的用于由金刚石原石制造多面型钻石的方法。 [0084] 图9示意性地示出了根据本发明实施方式的用于由金刚石原石制造多面型钻石的方法。 [0085] 图10示出了使用根据本发明实施方式的方法实施的“侧向”切割策略。 [0086] 图11在(a)和(b)中示出了使用根据本发明实施方式的方法实施的“单向”切割策略，在(c)中示出了“分组新鲜”切割策略，以及在(d)中示出了“分组原石”切割策略。 [0087] 图12在(a)和(b)中示出了使用根据本发明实施方式的方法实施的“端向”切割策略。 具体实施方式[0088] 图1示意性地示出了根据本发明实施方式的方法100。方法100的步骤在图2的流程图中示出。方法100适合于通过连续地从工件101切掉材料块来将工件101制造成产品102。工件101特别地可以是金刚石原石(参见例如图8)，并且产品102特别地可以是多面型钻石(参见例如图7)或另一刻面宝石。可以在执行方法100之前规划产品102，其中规划可以基于工件101的形状和体积。为了制造产品102，方法100连续地从工件101切掉材料块直到达到期望的产品102的复杂形状。为了执行切割，方法100利用提供耦合到加压的流体射流104中的激光束103的设备300(参见图3)。 [0089] 特别地，方法100包括步骤110：使用激光束103根据预定的切割序列105对工件101执行多个切割，以便通过每个完成的切割去除工件材料。预定的切割序列105可以用作方法100和/或设备300的输入。方法100还包括步骤120：根据预定的旋转序列107执行工件101围绕同一旋转轴线106的多个旋转。预定的旋转序列107可以用作方法100和/或设备300的输入。预定的切割序列105和预定的旋转序列107可以在基于工件101规划产品102时生成。 [0090] 特别地，在完成的切割之后执行120旋转。此外，为了执行110切割，激光束103沿着二维路径108(相对于工件101)移动。为了移动激光束103，可以移动设备300，或者可以移动工件101。当规划通过切割去除的切片实际上与工件101完全分离时，该切割完成。为了完成切割，该切割(即激光束103沿着与其相关联的二维路径108移动)可以执行一次或多次。例如，执行一次切割可能仅在工件101中形成浅的凹槽，该凹槽具有一定深度。再次执行切割可以加深凹槽，而再次(再三地)执行切割可以使凹槽完全延伸通过并穿过工件，从而使切片脱落。 [0091] 图3示出了根据本发明实施方式的设备300。设备300配置成将工件101制造成产品102，并且可以是方法100中使用的设备300。设备300至少包括加工单元302、控制单元303和光学传感器301。 [0092] 加工单元302配置成提供耦合到加压的流体射流104中的激光束103。控制单元303配置成控制加工单元302。特别地，控制单元303可以控制加工单元302以：使用激光束103根据预定的切割序列105对工件101执行多个切割，以便通过每个完成的切割去除工件材料，以及根据预定的旋转序列107执行工件101围绕同一旋转轴线106的多个旋转。从而在完成的切割之后执行旋转，并且为了执行切割，激光束103沿二维路径108移动。这些动作可以实施图1和图2中的方法100。光学传感器301配置成至少确定以下状况中的每一者：执行的切割完成；执行的切割未完成。可选地，光学传感器301还可以确定如下状况：通过执行切割完全没有去除工件材料。 [0093] 加工单元302可以将激光束103(例如从激光源305(该激光源305可以可选地是设备300的一部分)接收的激光束，或者例如从多个激光源接收的激光束)耦合到流体射流104中。该耦合优选地在加工单元302中完成。在产品102的制造期间，工件101可以定位在加工表面上，该加工表面可以是也可以不是设备300的一部分。在任一情况下，设备300都可以被布置成使得它能够加工设置在加工表面上的工件101。设备300由此可以控制加工表面在多达三个维度(例如在如图3所示的x‑y‑z中，其中z方向平行于流体射流104，并且x方向和y方向垂直于z方向且彼此垂直)上的移动。特别地，设备300能够通过在工件101上沿着切割路径移动流体射流引导的激光束103来切割工件101，该切割路径特别是二维路径108，如直线和/或圆弧。该移动由此可以是连续的或逐步的，并且可以选择/改变移动的速度。 [0094] 加工单元302可以特别地包括光学元件，例如至少一个透镜307，以用于将激光束103耦合到流体射流104中。激光束103优选地在加工单元302的外部产生，并且被注入到加工单元302中。在加工单元302中，反射镜或分束器308或另一光学元件可将激光束103朝向至少一个透镜307引导。分束器308还可用于将部分激光或来自工件101的电磁辐射耦合到光学传感器301。加工单元302还可以包括光学透明保护窗310，以便将光学装置(这里示例性地为分束器308)与流体回路和加工单元302的产生流体射流104的区域分开。 [0095] 为了产生流体射流104，加工单元302可以包括具有孔的流体射流产生喷嘴309。流体射流产生喷嘴优选地设置在加工单元302内以在受保护的环境中产生流体射流104。孔限定了流体射流104的宽度。孔可以具有例如10μm‑200μm的直径，并且流体射流104的直径例如可以为孔的直径的约0.6倍‑1倍。加压的流体射流104的压力优选通过外部流体供应部304提供，外部流体供应部304通常不是设备300的一部分(但也可以是设备300的一部分)。 优选地，压力为50bar(巴)‑800bar。为了从设备300输出流体射流104，加工单元302可以包括具有出口孔的出口喷嘴。优选地，出口孔比流体喷嘴的孔更宽。 [0096] 控制单元303还可以控制至少一个激光源305(例如可以命令激光源305的激光控制器)。即，控制单元303可以指示激光源305的激光控制器输出相应的激光发射。激光源305的激光控制器由此能够设置恒定或脉冲激光束，对于脉冲激光束，特别是根据控制单元的指令设置脉冲功率、脉冲宽度、脉冲饱满率、脉冲突发率、或脉冲之间的停顿。控制单元303还可以控制流体供应部304。 [0097] 工件101可以与设备300的可旋转部分306(例如由电机或CNC驱动的可旋转部分)联接或附连到设备300的可旋转部分306。例如，设备300的可旋转部分306可以是杆或所谓的“Dop”。可旋转部分306(在直径/宽度上)可以比工件101的直径小至少10％，特别是小至少20％。可旋转部分306围绕旋转轴线106旋转。可旋转部分306的旋转可由控制单元303控制，特别是基于来自光学传感器301的输入控制。 [0098] 光学传感器301可以被布置成接收激光诱导的电磁辐射，(在切割工件101时)该电磁辐射远离工件101通过流体射流104并通过至少一个透镜307、分束器308朝向传感器301传播。传感器301可以特别地被布置成接收通过流体射流104和通过至少一个透镜307的激光诱导的电磁辐射，该至少一个透镜307配置成将激光束103耦合到流体射流104中。激光诱导的电磁辐射可包括从用激光束103切割的工件101的一部分发射的二次辐射。例如，由于工件的切割表面区域被转化为等离子体，因此可诱发激光诱导的电磁辐射。该等离子体可以发射特征辐射，该特征辐射可以容易地在传感器301上隔离或被传感器301隔离。激光诱导的电磁辐射还可以包括从工件101反射的初级激光辐射。激光诱导的电磁辐射还可以包括由激光束103在流体射流104中的散射、优选拉曼散射产生的二次辐射。 [0099] 光学传感器301可以布置在加工单元302中。然而，光学传感器301也可以布置在激光源305中。在这种情况下，激光诱导的辐射可以从工件101反向传播，并且可以被引导通过加工单元302到达激光源305，在激光源305处该辐射被传感器301接收。加工单元302可以例如通过光纤与激光源305光学连接。 [0100] 此外，传感器301可以配置成将接收到的辐射转换为信号。控制单元303可以包括配置成基于该信号确定加工工件的状态的处理电路。加工工件101的状态可以是激光束103是否已穿透工件101。控制单元303特别地配置成确定执行的切割是否完成，执行的切割是否未完成，和/或是否通过执行切割完全没有去除工件材料。 [0101] 设备300、特别是控制单元303可以包括处理器或处理电路(未示出)，该处理器或处理电路配置成执行、进行或启动本申请中描述的设备300的各种操作，特别是执行方法100。处理电路可以包括硬件和/或处理电路可以由软件控制。硬件可以包括模拟电路或数字电路、或者模拟电路和数字电路两者。数字电路可以包括诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或多用途处理器的组件。 [0102] 设备300还可以包括存储器电路，其存储特别是在软件的控制下可以由处理器或处理电路执行的一个或多个指令。例如，存储器电路可以包括存储可执行软件代码或程序代码的非暂时性存储介质，所述可执行软件代码或程序代码在由处理器或处理电路执行时，使得执行本申请中描述的设备的各种操作，特别是使得执行方法100。 [0103] 图4示出了根据本发明实施方式的方法100的流程图，其建立在图1和图2所示的方法100之上，并且可以由设备300执行。附图中相同的元件用相同的附图标记来标记并且功能类似。 [0104] 在图4的方法100中，在第一步骤400中，从预定的切割序列105中选择要执行的下一个切割。然后执行110该切割一次。如果确定401该切割的执行110已经停止，则进行该切割的验证402。即，在执行切割之后，验证该切割是否完成。这通过光学传感器301和/或控制单元303来完成。 [0105] 验证可以确定切割成功完成，这在图5的(b)中示出，其中沿着二维路径108的切割已导致按规划切下工件材料。在这种情况下，工件101之后仍然可以旋转一定角度、特别是180°的角度，然后可以再次执行110相同的切割。如果进一步确定在旋转工件101之后执行 100的相同的切割也完成，则方法100可以继续。这就是上面提到的180°修正动作。 [0106] 替选地，如图5的(a)所示，流体射流104可以远离工件101移动到某个位置(例如，在由矩形框指示的确定的验证区域内)，在该位置处材料应当已经通过完成切割而从工件101去除(在5的(a)中它实际上被切掉了)。可以在该位置处打开激光束103，并且可以确定(例如通过沿着虚拟路径500执行切割)在确定的位置处是否仍然存在工件材料。 [0107] 验证还可以确定切割没有成功完成，如图5的(c)所示，其中沿路径108的切割还没有切掉工件材料。在这种情况下，方法100继续切割。即，如果确定切割未完成，则再次执行110相同的切割一次或多次，而这之间不旋转工件101。这可以继续进行直到确定切割完成。 [0108] 在该切割完成并且可选地被验证之后，方法100可以确定整个预定的切割序列105是否完成，即切割序列105中的所有切割是否都被执行并被确定为完成。如果是，则方法100结束。如果否，则方法100进行到切割序列105中的下一个切割。在下一个切割之前执行120根据预定的旋转序列107的旋转。 [0109] 图6示出了可由控制单元303分析的传感器信号的示例。控制单元303可以基于传感器信号识别执行的切割是否成功(完成)。例如，如果由激光切割诱导的来自工件101的电磁发射降低到低于确定的阈值，特别是达一定时间，则可以确定切割成功。高于确定的阈值，可以确定切割不成功。如果传感器信号保持低于确定的阈值，使得控制单元303确定“成功”，则可以执行180°修正动作或替选的验证区域切割。如果在这种情况下信号再次升高到高于确定的阈值(如图6中的虚线箭头所示)，则切割“成功”的初始确定是不正确的。然而，如果信号保持低于确定的阈值，则切割“成功”的初始确定被确认。 [0110] 如前所述，方法100和设备300特别地适合于制造多面型钻石的或其他刻面宝石。典型的多面型钻石700在图7中示出。多面型钻石700包括多个刻面701。多面型钻石700包括上部700a(冠部)和下部700b(亭部)。这两个部分由腰棱704分开/连接，腰棱704可以具有多个腰棱刻面。下部700b包括亭部刻面702和下腰棱刻面703。上部700a包括上腰棱刻面705、风筝刻面706和星形刻面707。多面型钻石700还具有桌面708。 [0111] 图8示意性地示出了根据本发明实施方式的方法100，其建立在图1所示的方法100之上。相同的元件用相同的附图标记来标记并且功能类似。在图8中，工件101是金刚石原石800，产品102是多面型钻石700。激光束103和流体射流104可以垂直于旋转轴线106取向。通过围绕旋转轴线106旋转并沿着二维路径108移动激光束103来切割多面型钻石700的刻面 701。如图1和图2的方法100所述地执行根据预定的切割序列105的切割110和根据预定的旋转序列107的旋转120。可以首先切割亭部刻面702，以去除较大的金刚石原石块，从而可以由这些块产生B宝石802和C宝石801。即，亭部刻面702可以优选地在下腰棱刻面703之前产生。进一步地，可以切割腰棱704，然后是风筝刻面706，然后是上腰棱刻面705，然后是星形刻面707。多面型钻石700的桌面708优选地预先产生，使得金刚石原石800可以利用桌面708附接到设备的旋转部分306。图8中所示的配置适合于“侧向”切割策略。 [0112] 图9示出了旋转轴线106也可以分别不垂直于激光束103和流体射流104，即它们可以相互倾斜地对齐。图9的(a)示出了在这种情况下，多面型钻石700的桌面708可以朝向设备300取向(激光束103来自上方，如箭头所示)，而图9的(b)示出了多面型钻石的底尖或尖端也可以朝向设备300取向。图9所示的配置适合于“端向”切割策略，特别适合于“底尖向上”或“桌面向上”切割策略。 [0113] 本文中提出的不同切割策略分别在图10、图11和图12中示出。图10示出了“侧向”切割策略。图12示出了“端向”切割策略，特别地在图12的(a)中示出了的“底尖向上”，在图12的(b)中示出了的“桌面向上”。图11的(a)和(b)示出了“单向”切割策略，特别是与“侧向”切割策略相结合的情况，即在图11的(a)中示出了“上坡”，在图11的(b)中示出了“下坡”。值得注意的是，“单向”切割策略也可以与“端向”切割策略相结合。图11的(c)和(d)分别示出了“分组新鲜”和“分组原石”切割策略，特别是与“侧向”切割策略相结合的情况。值得注意的是，“分组”切割策略也可以与“端向”切割策略相结合。 [0114] 用于由金刚石原石800切割成多面型钻石700的优选切割策略组合结合了“侧向”、“来回”和“分组新鲜”。 [0115] 特别地，可以在图10中看出“侧向”是指激光束103始终沿着要产生的刻面701的长度L移动，以便执行110切割。即，朝向和/或远离多面型钻石的刻面701的顶点1000移动。图10特别示出了“侧向”切割策略结合“来回”切割策略，根据该策略，激光束103沿着二维路径 108来回(即双向)移动，以便执行110切割多次。图10还通过示出多面型钻石的亭部700b的取向来说明，沿着长度是指从底尖到桌面708的方向，或从桌面708到底尖的方向。 [0116] 图11的(a)和(b)示出了“单向”切割策略，根据该策略，激光束103沿着二维路径108始终在同一方向上移动，以便执行110切割多次。在图11的(a)中，策略是“上坡”，即激光束103始终远离刻面701的顶点1000(朝向刻面701的底边)移动以执行110切割，而图11的(b)示出了“下坡”，即激光束103始终朝向刻面701的顶点1000(远离刻面701的底边)移动以执行110切割。 [0117] 图11的(c)和(d)示出了“分组”切割策略，其中第一组不连续的下腰棱刻面703、特别是左下腰棱刻面703或右下腰棱刻面703分别在第二组不连续的下腰棱刻面703、特别是右下腰棱刻面703或左下腰棱刻面703产生之前产生。图11的(c)示出了“分组新鲜”策略，根据该策略，激光束103被定位在先前产生的(新鲜)刻面1100上以执行110切割。图11的(d)示出了“分组原石”策略，根据该策略，激光束103被定位在金刚石原石800的未切割表面1101上以执行110切割。 [0118] 图12的(a)和(b)示出了“端向”策略，根据该策略，激光束103始终沿着刻面701的宽度W移动以执行110切割。宽度可以垂直于图10所示的长度L。图12的(a)示出了“底尖向上”策略，根据该策略，底尖面向设备300(朝向设备300取向)(参见图9的(b))。图12的(b)示出了“桌面向上”策略，根据该策略，桌面面向设备300(朝向设备300取向)(参见图9的(a))。图12还通过示出多面型钻石700的亭部700b的取向来说明，沿着宽度是指例如沿平行于腰棱704的方向。 |
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