TWI628149B

TWI628149B - Glass plate 3D curved surface non-contact processing system and method

Info

Publication number: TWI628149B
Application number: TW106135494A
Authority: TW
Inventors: 江朝宗; 康祿坤
Original assignee: 海納微加工股份有限公司
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2018-07-01
Also published as: TW201917103A

Abstract

一種玻璃板材3D曲面非接觸加工系統及方法，係包含至少一可移動之輻射熱源切割裝置、取料裝置、具調溫功能及頂部設有一固定部的固定治具、可移動與溫控之光熱源加工裝置，其中，藉由該輻射熱源切割裝置對一玻璃板材以輻射熱源進行切割加工，以形成一平面玻璃板材，並再由該取料裝置將該平面取玻璃板材放置於該固定治具之固定部，該光熱源加工裝置移動至該固定治具上方對於該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行非接觸及溫控加熱，使該平面玻璃板材之四個周邊部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂定型，再由該固定治具進行降溫定型形成一3D曲面玻璃，並由該光熱源加工裝置對該3D曲面玻璃進行非接觸式打孔、抛光處理。

Description

玻璃板材3D曲面非接觸加工系統及方法

本發明係有關一種玻璃板材3D曲面非接觸加工系統及方法，特別是一種以至少一非接觸熱源切割、加工裝置及固定治具對一平面玻璃板材加工以形成3D曲面玻璃之系統及方法。

按，立體曲面玻璃面板廣泛應用於如新一代的智慧型手機、平板電腦、電儀表面板、顯示器玻璃面板及汽車儀表面板產品中，提供智慧型手機、平板電腦、電儀表面板、顯示器玻璃面板及汽車儀表面板產品中之上、下、左及右四個方向的邊緣曲面顯示或觸控操作功能，然而，習知製作加工此立體曲面玻璃面板的方式，無論是先以模具熱壓彎曲玻璃板材成型再以CNC機具切割或先以CNC機具於2D平面切割玻璃板材再以模具熱壓彎曲玻璃板材成型，或以雷射於2D平面切割玻璃板材再以模具熱壓彎曲玻璃板材成型等製程方式，皆必需以如第一圖所示的石墨材料製成的一上模具A及一下模具B對該玻璃板材C熱壓成型，亦即必需是透過接觸式加工器具及模具的加工之方式進行。

然而，以上述習知立體曲面玻璃面板以接觸式加工器具及模具的加工技術及方式，在於進行平面之玻璃板材C的切割或導角加工過程中，如以CNC機具進行切割或導角磨抛的接觸式加工，均會造成該玻璃板材C工件的邊緣產生不規則形狀崩邊及微裂隙縫或不整齊的毛邊，除了讓該玻璃板材C工件加工時間增長、產能低(約2~5分鐘/每片)及品質參差不齊外，該玻璃板材C仍必需再以抛磨機具加以修邊抛磨，然而，即使透過機械抛磨方式讓該玻璃板材C邊緣及毛邊順利修整，也因各刀具磨耗程度不同，致使每一片經接觸式抛磨修邊平面之玻璃板材C的尺寸大小參差不齊，有著大小不一的尺寸誤差，嚴重影響其後續加工的精密度及品質。

再者，以上述習知第一圖所示的立體曲面玻璃面板以上模具A及下模具B加熱彎曲成型的接觸式加工製程，必需對整個玻璃板材C作高溫加熱操作，也就是作整體加熱及壓模的方式處理，而必需以石墨製的上模具A及下模具B在高溫加熱及操作的過程中，除了會受到上述平面的玻璃板材C切割後的抛磨加工所產生之尺寸誤差影響，而使該玻璃板材C熱彎加工後成品亦呈現尺寸大小誤差，因此模具A及B製作之間隙難以訂定，例如：模具A及B間隙太小，會使該玻璃板材C受熱膨脹，無處可容納，而會導致破裂，又該模具A及B間隙太大，易導致玻璃板材C位置偏移，導致後續在每一片玻璃板材C上打孔或鑽孔加工位置產生偏差，並會在該玻璃板材C表面殘留石墨材質的模具A及B的氧化脫落之碳粉及其他雜質，又因石墨模具A及B的碳粉脫落後將形成坑洞，更使玻璃板材C表面被壓印出更多的粗糙坑洞表面，在該玻璃板材C彎曲成型脫模後，後續必需再經過表面拋光除渣的清潔研磨拋光修整的大量額外修復步驟，上述各項問題，除了使該玻璃板材C彎曲成型加工後之成品良率大幅降低變差(良率最高約僅50%左右)，並且，使該玻璃板材C彎曲成型之製程成本偏高而不符產業利用之經濟效益。

此外，上述習知玻璃板材C以石墨製上模具A及下模具B加熱彎曲成型的製程，除了成品良率偏低及後續表面拋磨處理的成本高等問題與缺點外，更進一步地，該石墨製上模具A及下模具B模具組也有使用壽命限制，每一組上模具A及下模具B模具組約在使用1000~3000片的玻璃板材C加熱操作後，就必需停機更換新的一組上模具A及下模具B模具組，方能繼續操作該玻璃板材C的加熱彎曲製程，不但使整個玻璃板材C的彎曲加工製作成本更加提高，並且，該習知之玻璃板材C的加熱彎曲製程的流程與機構設備冗長複雜，使該玻璃板材C的每一片完成出料平均間隔時間也因此拉長，即每一片玻璃板材C完成彎曲加工的間隔時間約為50~60秒，以平均每一小時可完成的片數約為60片/小時，凸顯其整體之產能效率不彰，無法達到產業利用的要求，並且，在另一方面由於該石墨製上模具A及下模具B模具內部對該玻璃板材C全面遮蓋，無從量測該玻璃板材C被加熱後之溫度分佈，僅能就石墨模具A及B外側單點溫度量測推測，無從確認玻璃板材C上實際各點之加熱溫度分佈，當然也就無從精確監控該玻璃板材C上實際各點之加熱溫度，因此在該玻璃板材C實際熱彎製程中，易導致局部加熱溫度過高或太低的情況，使該玻璃板材C產生表面燒蝕斑點、破裂，或存在過大內應力而造成該玻璃板材C機械強度降低而易脆、易碎等問題及缺點。

另外，在先前的相關專利技術文獻方面，如中華民國專利公報第I460139號「玻璃製品的製作方法與製作系統及電子裝置」發明專利案，則揭示典型習知上、下模具組合加熱使玻璃板材彎曲加工的製程技術與裝置，同樣地，存在有如上述第一圖所示習知以石墨材料模具的接觸式加熱玻璃板材製程與技術的良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點。

此外，再如美國發明專利第8783066號「GLASS MOLDING SYSTEM AND RELATED APPARATUS AND METHOD(玻璃模造系統及相關設備與方法)」案及日本特許公報公告號第JP5934801號「成形装置」發明專利案，更進一步揭示如上述第一圖所示習知大規模及複雜冗長製程石墨材料模具的接觸式加熱彎曲玻璃板材製程與技術，同樣地，存在有上述第一圖所示習知以石墨材料模具的加熱彎曲玻璃板材製程與技術的良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點。

除此之外，又如PCT專利公開號第WO2013055861A1號「THERMO-MECHANICAL REFORMING METHOD AND SYSTEM AND MECHANICAL REFORMING TOOL(熱機械再成型方法及系統以及機械再成型工具)」案，則揭示利用可再成型區(102)與非可再成型區(104)至第一溫度，以及，該第一溫度對應於第一黏度，後續局部加熱該可再成型區(102)至第二溫度，該第二溫度對應於第二黏度，其中該第二黏度低於該第一黏度，在局部加熱該可再成型區(102)的過程中於該可再成型區(102)中形成彎曲，形成彎曲之步驟係藉由使第一推桿(402)接觸該非可再成型區(104)，並沿著直線路徑平移該第一推桿(402)，以對該非可再成型區(104)施加推力，而於該可再成型區(102)中形成該彎曲，或是使第二推桿(502)接觸該可再成型區(102a)之邊緣區域，並沿著圓形路徑旋轉該第二推桿(502)，以對該可再成型區(102a)之該邊緣區域施加推力，而於該可再成型區(102a)中形成接觸式彎曲的系統方法及技術，如該專利前案的圖式之圖4a~圖4d所示，明顯可見該專利前案必需經由兩次加工製程步驟，並且，必需透過該推桿(402)去接觸非可再成型區間(104)，並對該非可再成型區(104)施加推力才能使該可再成型區(102)中形成該彎曲，勢必使該玻璃片材(100)在完成彎曲後，在推桿(402)接觸的彎曲部位表面形成接觸磨損，而必需再針對該玻璃片材(100)表面被推桿(402)的表面進行拋磨修整的後續加工製程，並且，該玻璃片材(100)的彎曲完美與否也取決於該推桿(402)對該非可再成型區(104)施加推力的力量控制，如施力過當將造成彎曲過度而造成有使玻璃片材(100)脆化破裂之問題，而施加推力不足時，又可能造成玻璃片材(100)彎曲品質不佳，而導致該玻璃片材(100)彎曲力工的品質參差不齊無法被精準控制。

上述習知或各專利前案中之接觸式玻璃板材切割、導角、抛磨、彎曲加工製程及技術，均存在有良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜工時、加工過程，使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點。

緣此，本發明之一種玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，係包含：至少一可移動之輻射熱源切割裝置，供以產生輻射熱源，以對一玻璃板材進行非接觸之切割加工，以形成一平面玻璃板材，該輻射熱源切割裝置並再對該平面玻璃板材表面進行預熱加熱處理；至少一可移動之取料裝置，供抓取及移動經該輻射熱源切割裝置進行邊緣切割及導角切割加工與預熱加熱處理後之平面玻璃板材；至少一固定治具，該固定治具頂部及內部分別設有一固定部及一溫度調整機構，由該取料裝置將該經輻射熱源切割裝置進行切割加工後之平面玻璃板材置放於該固定治具之固定部上，該溫度調整機構可控制該固定治具之固定部表面及該平面玻璃板材之溫度；以及至少一可移動及溫控之光熱源加工裝置，該光熱源加工裝置設有一溫度分佈感測器，且該光熱源加工裝置移動至該固定治具上方對於該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行非接觸式光熱源加熱，並由該溫度分佈感測器感測該平面玻璃板材之預定加熱部位的溫度分佈，以控制該光熱源加工裝置輸出之光熱源能量，使該平面玻璃板材之四個周邊部位受熱軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂定型，並藉由該固定治具內部之溫度調整機構控制該固定部表面溫度及該已彎曲定型之玻璃板材溫度降溫，以讓該玻璃板材彎曲降溫定型形成一3D曲面玻璃。

進一步地，上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該輻射熱源切割裝置為一紅外線切割器所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該輻射熱源切割裝置為一雷射切割機所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該取料裝置下端設有至少一吸盤，以供抓取或放置該平面玻璃板材。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具為耐高溫之金屬材料所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具為耐高溫之非金屬材料所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具之固定部上、下、左及右四個周邊邊緣分別形成一定型弧面，可供該玻璃板材四個周邊加熱部位軟化彎曲下垂。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具內部之溫度調整機構包含至少一隱藏式電熱線、至少一管路式熱交換器及至少一溫度控制單元，該隱藏式電熱線、管路式熱交換器分別連結該溫度控制單元，以受該溫度控制單元控制而提供該固定治具表面溫度控制之功能。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具內部之溫度調整機構之管路式熱交換器內部係充填以流體，以供熱交換降溫之用。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具內部之溫度調整機構之管路式熱交換器內部係充填以氣體，以供熱交換降溫之用。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具下方設有一垂直震盪加速輔助器，以提供該固定治具向上垂直上昇加速運動，使該平面玻璃板材之四個周邊部位受熱軟化後加速彎曲下垂定型。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具下方之垂直震盪加速輔助器為一高頻震盪壓電振動機所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置為一紅外線加熱器所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置為一雷射加熱器所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置之溫度分佈感測器為一紅外線熱影像儀所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置對該已彎曲降溫定型之3D曲面玻璃進行打孔及拋光處理。

一種玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其步驟係包含：(a)平面玻璃板材非接觸切割處理，藉由一輻射熱源切割裝置對待加工之玻璃板材，以非接觸之輻射熱源進行切割處理，包括待加工之玻璃板材的邊緣及導角切割，以形成一平面玻璃板材；(b)平面玻璃板材預熱處理，將該步驟(a)切割處理後之平面玻璃板材以該輻射熱源切割裝置進行預熱處理，即使該平面玻璃板材表面均勻加熱到比該平面玻璃板材的玻璃轉移溫度(Glass Transition Temperature，簡稱Tg)略低30℃~80℃左右之溫度；(c)取出平面玻璃板材至固定治具放置，將經步驟(b)由該輻射熱源切割裝置進行預熱處理後之平面玻璃板材，藉由一可移動之取料裝置抓取及移動放置至一內部設有一溫度調整機構之固定治具頂端放置；(d)對該平面玻璃板材進行四個周邊的局部加熱，即由一可移動及溫度控制功能之光熱源加工裝置，移動至步驟(c)之固定治具上方，並對該置放於固定治具上方之平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位以非接觸之光熱源進行加熱，該平面玻璃板材需先逐步加熱到低於軟化點溫度(Glass Softening Point Temperature)約攝氏30~80℃左右，再將需彎折部分局部加熱到軟化點溫度攝氏600~900℃(可因該平面玻璃板材之材料不同而異)，使該平面玻璃板材之四個周邊部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂；(e)玻璃板材彎曲降溫定型，藉由該步驟(c)之固定治具內部之溫度調整機構控制固定治具表面及步驟(d)中置於該固定治具頂端已局部加熱彎曲之玻璃板材進行降溫，使該玻璃板材降溫彎曲定型形成一3D曲面玻璃；以及(f)3D曲面玻璃打孔及抛光處理，由步驟(c)之取料裝置將該步驟(e)已完成四個周邊部位彎曲降溫定型之3D曲面玻璃，自該固定治具頂端取出，並再由步驟(d)之光熱源加工裝置對該3D曲面玻璃進行非接觸式之打孔及抛光處理。

進一步，上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(a)之輻射熱源切割裝置為一紅外線切割器所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(a)之輻射熱源切割裝置為一雷射切割機所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(b)之取料裝置下端設有至少一吸盤，以供抓取或放置該平面玻璃板材。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(c)之固定治具之溫度調整機構包含至少一隱藏式電熱線、至少一管路式熱交換器及至少一溫度控制單元，該隱藏式電熱線、管路式熱交換器分別連結該溫度控制單元，以受該溫度控制單元控制而提供該固定治具表面溫度控制之功能。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(c)之固定治具下方設有一垂直震盪加速輔助器，以提供該固定治具垂直上昇、下降高速運動，使該平面玻璃板材之四個周邊部位受熱軟化後加速彎曲下垂定型。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(d)之光熱源加工裝置為一紅外線加熱器所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(d)之光熱源加工裝置為一雷射加熱器所構成。

上述本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其中，該步驟(d)之光熱源加工裝置設有一溫度分佈感測器，該溫度分佈感測器為一紅外線熱影像儀所構成。

本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統及方法功效，係在於藉由該輻射熱源之非接觸式的輻射熱源切割裝置予以對玻璃板材進行邊緣切割、導角切割加工，可使該平面玻璃板材切割、導角邊緣整齊無毛邊，並且，確保該平面玻璃板材加工後之尺寸精準，不會有習知或前案接觸式加工之尺寸大小不一誤差之問題，並且，該待加工之平面玻璃板材可經由內部設置有溫度調整機構之非凹凸壓合模具之固定治具放置，再透過該具有溫度分佈感測器的光熱源加工裝置，以非接觸方式之光熱源加熱與溫度分佈感測回饋(FEED BACK)的閉迴路(CLOSE LOOP)控制方式，對該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行可調控溫度分佈之加熱，使該平面玻璃板材之四個周邊部位均勻軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂定型，並藉由該固定治具內部之溫度調整機構控制該固定部表面溫度及該已彎曲定型之玻璃板材溫度降溫，以讓該玻璃板材彎曲降溫定型形成一3D曲面玻璃，製程簡捷、良率高及成本低，並且，不必更換模具，可完全消弭上述習知技術與專利前案所存在之良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點，並且，進一步地，本發明之固定治具下方並可設置一垂直震盪加速輔助器，以提供該固定治具以大於一個g(重力加速度9.8m/s²)的上、下高速震動，使該平面玻璃板材之四個周邊部位受熱軟化後加速彎曲下垂定型，以使本發明可以批次大量處理該平面玻璃板材彎曲成型為該3D曲面玻璃及後續打孔、抛光處理，以及縮短工時與提昇產品良率、產能效率，每片玻璃板材彎曲成品出料間隔可縮減至30秒以內，且可同時處理數個工件，產能可以提高到上述習知傳統石墨模具熱彎工法數倍以上，可大幅提昇本發明之產業利用價值及經濟效益，除此之外，本發明的玻璃板材無論於切割、導角、局部加熱彎曲成型為3D曲面玻璃及後續打孔、抛光處理的加工過程中，不需如專利前案所示之加工器具或推桿接觸施力壓合，可以避免該玻璃板材表面在彎曲加工過程中磨損或破裂，更可進一步提高本發明於3D曲面玻璃加工的可靠度及產品良率。

〔習知部份〕

A‧‧‧上模具

B‧‧‧下模具

C‧‧‧玻璃板材

〔本發明部份〕

100‧‧‧系統

10‧‧‧輻射熱源切割裝置

20‧‧‧取料裝置

21‧‧‧吸盤

30‧‧‧固定治具

31‧‧‧固定部

311‧‧‧定型弧面

32‧‧‧溫度調整機構

321‧‧‧隱藏式電熱線

322‧‧‧管路式熱交換器

323‧‧‧溫度控制單元

40‧‧‧光熱源加工裝置

41‧‧‧溫度分佈感測器

50‧‧‧垂直震盪加速輔助器

200‧‧‧玻璃板材

210‧‧‧導角

210’‧‧‧弧形導角

300‧‧‧平面玻璃板材

300’‧‧‧玻璃板材

310‧‧‧預定加熱部位

400‧‧‧3D曲面玻璃

410‧‧‧孔洞

420‧‧‧孔洞

430‧‧‧孔洞

500‧‧‧平面玻璃板材非接觸切割處理

510‧‧‧平面玻璃板材預熱處理

520‧‧‧取出平面玻璃板材至固定治具放置

530‧‧‧對該平面玻璃板材進行四個周邊的局部加熱

540‧‧‧玻璃板材彎曲降溫定型

550‧‧‧3D曲面玻璃打孔及抛光處理

220‧‧‧高度部位

第一圖為習知之玻璃板材以石墨模具加熱、加壓彎曲操作示意圖；第二圖為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統之輻射熱源切割裝置予以對玻璃板材進行切割處理的示意圖；第三圖為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統之輻射熱源切割裝置予以對玻璃板材進行導角切割處理的示意圖；第四圖為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統之輻射熱源切割裝置予以對玻璃板材進行導角切割處理的另一實施例圖；第五圖為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統之輻射熱源切割裝置予以對玻璃板材表面進行預熱處理的示意圖；第六圖為一側視圖，係顯示本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統的取料裝置將待加工平面玻璃板材取、放於固定治具頂端固定部之狀態；第七圖為一側視圖，係顯示本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統的光熱源加工裝置移動至固定治具頂端固定部之平面玻璃板材局部加熱彎曲操作之狀態；第八圖為一側視圖，係顯示本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統的平面玻璃板材局部加熱軟化、降溫彎曲定型為3D曲面玻璃之狀態；第九圖為類同於第八圖之側視圖，但顯示於該固定治具下方設置一垂直震盪加速輔助器，以加速平面玻璃板材局部加熱軟化彎曲定型為3D曲面玻璃之實施例；第十圖為第九圖中之固定治具下方之垂直震盪加速輔助器向上輔助昇起固定治具以加速平面玻璃板材局部加熱軟化彎曲定型為3D曲面玻璃之示意圖；第十一圖係顯示本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統的光熱源加工裝置對該3D曲面玻璃進行打孔及抛光之示意圖；第十二圖為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統之最終加工完成之3D曲面玻璃之立體外觀結構圖；第十三圖為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法的流程圖。

首先請參閱第二圖及第三圖所示，本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統100，係包含至少一可移動之輻射熱源切割裝置10，供以產生輻射熱源，以對一玻璃板材200進行非接觸式之邊緣切割(如第二圖所示)及導角210(如第三圖所示)切割加工，以形成一平面玻璃板材300，該輻射熱源切割裝置10之型式不限，可以是紅外線切割器或雷射切割機所構成，並且，該輻射熱源切割裝置10的移動平台不限，可以是CNC三軸加工平台或多軸加工平台所構成，上述導角210之切割加工處理模式，並不以第三圖所示為限。

請再配合第四圖所示，為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統100的輻射熱源切割裝置10對該玻璃板材200作導角切割加工處理的另一實施例，其中，顯示該輻射熱源切割裝置10對於該玻璃板材200的周邊高度部位220進行弧形導角210’切割加工處理，使該平面玻璃板材300的周邊可以作該弧形導角210’加工。

請再配合第五圖所示，上述經第二圖~第四圖完成邊緣切割及導角210、弧形導角210’切割處理之平面玻璃板材300，再經由該輻射熱源切割裝置10對該平面玻璃板材300表面進行預熱處理，使該平面玻璃板材300表面均勻加熱到比該平面玻璃板材300的玻璃轉移溫度略低30℃~80℃左右之溫度。

請再配合第六圖、第七圖及第八圖所示，至少一可移動之取料裝置20，下端設有至少一吸盤21，以供移動吸取或放置該已經上述第五圖所示經預熱處理之平面玻璃板材300或已彎曲定型之3D曲面玻璃400(如第六圖、第八圖所示)，該取料裝置20之型式不限，在本發明中係列舉以一移動式吸盤取料器構成為例。至少一固定治具30，其材質不限，可以是耐高溫金屬或耐高溫非金屬材料構成，例如：矽藻土或碳化鎢、碳化矽、氮化矽、氮化硼及陶瓷等系列材料，該固定治具30頂部及內部分別設有一固定部31及一溫度調整機構32，該平面玻璃板材300可透過該取料裝置20移動吸取而放置於該固定治具30頂端之固定部31上(如第六圖所示)，且該固定治具30之固定部31上、下、左及右四個周邊邊緣分別形成一定型弧面311，該溫度調整機構32可控制該固定治具30之固定部31表面及該平面玻璃板材300之溫度，該溫度調整機構32之型式不限，在本發明中係列舉包含至少一隱藏式電熱線321、至少一管路式熱交換器322及至少一溫度控制單元323，該隱藏式電熱線321、管路式熱交換器322分別連結該溫度控制單元323，且該管路式熱交換器322內部並填充以流體或氣體，提供熱交換降溫之用，該隱藏式電熱線321、管路式熱交換器322並受該溫度控制單元323控制，而提供該固定治具30表面溫度控制之功能。

至少一可移動及具溫度控制之光熱源加工裝置40，其型式不限，可為紅外線加熱器或雷射加熱器所構成，並且，該光熱源加工裝置40設有一溫度分佈感測器41，該溫度分佈感測器之型式不限，在本發明中係列舉一紅外線熱影像儀構成為例，該光熱源加工裝置40則移動至該固定治具30之固定部31上方對於該平面玻璃板材300之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位310進行非接觸式光熱源加熱(如第七圖所示)，該平面玻璃板材300需先逐步加熱到低於軟化點溫度約攝氏30℃~80℃左右，再將需彎折部分局部加熱到軟化點溫度600~900℃，此軟化點溫度並不以此600~900℃為限，可因該平面玻璃板材300之材料不同而異，並且，該溫度分佈感測器41用來感測該平面玻璃板材300之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位310的溫度分佈狀態，並以反饋及閉迴路控制該光熱源加工裝置40輸出光熱源能量及溫度，以使該平面玻璃板材300之四個周邊部位加熱軟化而沿該固定部31上、下、左及右四個周邊邊緣的定型弧面311彎曲下垂，並藉由該固定治具30內部之溫度調整機構32控制該固定部31表面溫度及該已彎曲定型之玻璃板材300’溫度降溫(如第八圖所示)，以讓該玻璃板材300’彎曲降溫冷卻而定型形成一3D曲面玻璃400，並再如第六圖及第八圖中虛線部份所示，由該取料裝置20移動至該固定治具30之固定部31上方，將該已降溫成型之3D曲面玻璃400自該固定部31取出，上述之光熱源加工裝置40的移動平台不限，可以是CNC三軸加工平台或多軸加工平台所構成。

請再配合第九圖及第十圖所示，為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統100的固定治具30下方設置一垂直震盪加速輔助器50之實施例，其中，該垂直震盪加速輔助器50之型式不限，在本發明中係列舉以一高頻震盪壓電振動機構成為例，當該光熱源加工裝置40移動至該固定治具30之固定部31上方對於該平面玻璃板材300之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位310進行非接觸式光熱源加熱，以使該平面玻璃板材300之四個周邊部位均勻加熱軟化而沿該固定部31上、下、左及右四個周邊邊緣的定型弧面311彎曲下垂時，藉由該垂直加速器50向上動作昇起該固定治具30及提供高頻高速震盪上、下之輔助昇力(如第十圖所示)，以加速該平面玻璃板材300之四個周邊部位軟化而沿該固定部31上、下、左及右四個周邊邊緣的定型弧面311彎曲下垂定型之時間，而可大幅縮短該平面玻璃板材300之四個周邊部位於該固定治具30之固定部31上之彎曲下垂成型為該玻璃板材300’的時間。

請再參閱第十一圖及第十二圖所示，為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統100的3D曲面玻璃400打孔及抛光處理，即藉由如第八圖所示取料裝置20將置於該固定治具30之固定部31上之已完成熱彎成型之3D曲面玻璃400取出脫離該固定治具30之固定部31，並再以該光熱源加工裝置40對該3D曲面玻璃400表面進行打孔及抛光之處理，即在該3D曲面玻璃400表面，以該光熱源加工裝置40在預設位置進行複數孔洞410、420及430光熱源鑿設處理及該3D曲面玻璃400表面之光熱源抛光操作(如第十一圖中虛線部份所示)，最終形成如第十二圖所示之3D曲面玻璃400成品，上述之孔洞410、420及430開設位置及形狀大小，並不以第十一圖及第十二圖所示為限，在本發明係列舉如智慧型手機面板玻璃面板的打孔模式及打孔位置為例，其他如平板電腦、電儀表面板、顯示器玻璃面板及汽車儀表面板產品亦可依上述方式予以進行打孔及抛光處理。

請參閱第十三圖所示，為本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工方法的流程圖，其步驟係包括步驟500~550，其中：(500)平面玻璃板材非接觸切割處理，藉由該輻射熱源切割裝置10對待加工之玻璃板材200，以非接觸之輻射熱源進行邊緣切割及導角210切割處理，以形成一平面玻璃板材300；(510)平面玻璃板材預熱處理，將該步驟(500)切割處理後之平面玻璃板材300以該輻射熱源切割裝置10進行預熱處理，即使該平面玻璃板材300表面均勻加熱到比該平面玻璃板材300的玻璃轉移溫度略低攝氏30~80℃左右之溫度；(520)取出平面玻璃板材至固定治具放置，將步驟(510)經該輻射熱源切割裝置10進行預熱處理後之平面玻璃板材300，藉由該可移動之取料裝置20抓取及移動放置至一內部設有一溫度調整機構32之固定治具30頂端放置；(530)對該平面玻璃板材進行四個周邊的局部加熱，即由一可移動及溫度控制功能之光熱源加工裝置40，移動至步驟(520)之固定治具30上方，並對該置放於固定治具30上方之平面玻璃板材300之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位310以非接觸之光熱源進行加熱，該平面玻璃板材300需先逐步加熱到低於軟化點溫度約攝氏30℃~80℃左右，再將需彎折部分局部加熱到軟化點溫度攝氏600~900℃，使該平面玻璃板材300之四個周邊部位軟化而沿該固定部30邊緣彎曲下垂；(540)玻璃板材彎曲降溫定型，藉由該步驟(520)之固定治具30內部之溫度調整機構32控制固定治具30表面及步驟(530)中置於固定治具30頂端固定部31已局部加熱彎曲之玻璃板材300’進行降溫，使該玻璃板材300’降溫彎曲定型形成一3D曲面玻璃400(如第十一圖所示)；以及(550)3D曲面玻璃打孔及抛光處理，由步驟(520)之取料裝置20將該步驟(540)已完成四個周邊部位彎曲降溫定型之3D曲面玻璃400，自該固定治具30頂端取出，並再由步驟(530)之光熱源加工裝置40對該3D曲面玻璃400進行非接觸式之打孔及抛光處理。

在以上第二圖~第十三圖所示本發明之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統及方法，其中所揭示的相關說明及圖式，係僅為便於闡明本發明的技術內容及技術手段，所揭示較佳實施例之一隅，並不而限制其範疇，並且，舉凡針對本發明之細部結構修飾或元件之等效替代修飾，皆不脫本發明之創作精神及範疇，其範圍將由以下的申請專利範圍來界定之。

Claims

一種玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，係包含：至少一可移動之輻射熱源切割裝置，供以產生輻射熱源，以對一玻璃板材進行非接觸之切割加工，以形成一平面玻璃板材，該輻射熱源切割裝置並再對該平面玻璃板材表面進行預熱加熱處理；至少一可移動之取料裝置，供抓取及移動經該輻射熱源切割裝置進行切割加工與預熱加熱處理後之平面玻璃板材；至少一固定治具，該固定治具頂部及內部分別設有一固定部及一溫度調整機構，由該取料裝置將該經輻射熱源切割裝置進行切割加工後之平面玻璃板材置放於該固定治具之固定部上，該溫度調整機構可控制該固定治具之固定部表面及該平面玻璃板材之溫度；以及至少一可移動及溫控之光熱源加工裝置，該光熱源加工裝置設有一溫度分佈感測器，且該光熱源加工裝置移動至該固定治具上方對於該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行非接觸式光熱源加熱，並由該溫度分佈感測器感測該平面玻璃板材之預定加熱部位的溫度分佈，以控制該光熱源加工裝置輸出之光熱源能量，使該平面玻璃板材之四個周邊部位受熱軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂定型，並藉由該固定治具內部之溫度調整機構控制該固定部表面溫度及該已彎曲定型之玻璃板材溫度降溫，以讓該玻璃板材彎曲降溫定型形成一3D曲面玻璃。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該輻射熱源切割裝置為一雷射切割機所構成。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具為耐高溫之非金屬材料所構成。
如申請專利範圍第3項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該耐高溫之非金屬材料為陶瓷系列材料所構成。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具內部之溫度調整機構包含至少一隱藏式電熱線、至少一管路式熱交換器及至少一溫度控制單元，該隱藏式電熱線、管路式熱交換器分別連結該溫度控制單元，以受該溫度控制單元控制而提供該固定治具表面溫度控制之功能。
如申請專利範圍第5項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具內部之溫度調整機構之管路式熱交換器內部係充填以流體，以供熱交換降溫之用。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具下方設有一垂直震盪加速輔助器，以提供該固定治具向上垂直上昇加速運動，使該平面玻璃板材之四個周邊部位受熱軟化後加速彎曲下垂定型。
如申請專利範圍第7項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該固定治具下方之垂直震盪加速輔助器為一高頻震盪壓電振動機所構成。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置為一紅外線加熱器所構成。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置為一雷射加熱器所構成。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置之溫度分佈感測器為一紅外線熱影像儀所構成。
如申請專利範圍第1項所述之玻璃板材3D曲面非接觸加工系統，其中，該光熱源加工裝置對該已彎曲降溫定型之3D曲面玻璃進行打孔及拋光處理。
一種玻璃板材3D曲面非接觸加工方法，其步驟係包含：(a)平面玻璃板材非接觸切割處理，藉由一輻射熱源切割裝置對待加工之玻璃板材，以非接觸之輻射熱源進行切割處理，包括待加工之玻璃板材的邊緣及導角切割，以形成一平面玻璃板材；(b)平面玻璃板材預熱處理，將該步驟(a)切割處理後之平面玻璃板材以該輻射熱源切割裝置進行預熱處理，使該平面玻璃板材表面均勻加熱到比該平面玻璃板材的玻璃轉移溫度(Glass Transition Temperature)略低30℃~80℃左右之溫度； (c)取出平面玻璃板材至固定治具放置，將經步驟(b)由該輻射熱源切割裝置進行預熱處理後之平面玻璃板材，藉由一可移動之取料裝置抓取及移動放置至一內部設有一溫度調整機構之固定治具頂端放置；(d)對該平面玻璃板材進行四個周邊的局部加熱，即由一可移動及溫度控制功能之光熱源加工裝置，移動至步驟(c)之固定治具上方，並對該置放於固定治具上方之平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位以非接觸之光熱源進行加熱，該平面玻璃板材需先逐步加熱到低於軟化點溫度(Glass Softening Point Temperature)約30℃~80℃左右，再將需彎折部分局部加熱到軟化點溫度攝氏600~900℃，使該平面玻璃板材之四個周邊部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂；(e)玻璃板材彎曲降溫定型，藉由該步驟(c)之固定治具內部之溫度調整機構控制固定治具表面及步驟(d)中置於該固定治具頂端已局部加熱彎曲之玻璃板材進行降溫，使該玻璃板材降溫彎曲定型形成一3D曲面玻璃；以及(f)3D曲面玻璃打孔及抛光處理，由步驟(c)之取料裝置將該步驟(e)已完成四個周邊部位彎曲降溫定型之3D曲面玻璃，自該固定治具頂端取出，並再由步驟(d)之光熱源加工裝置對該3D曲面玻璃進行非接觸式之打孔及抛光處理。