具有平行错位单元的激光材料加工设备制造技术

本发明专利技术涉及一种激光材料加工设备，其具有：射束偏转单元(16)，用于偏转激光束；平行错位单元(14)，其具有至少三个反射镜，其中，该至少三个反射镜中的一个反射镜可旋转用于激光束的平行错位；以及聚焦装置(18)，用于将激光束聚焦到待加工的工件(20)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有平行错位单元的激光材料加工设备
本专利技术涉及一种激光材料加工设备，特别是下述激光材料加工设备，其使得可以沿着任意轨迹引导激光焦点。
技术介绍
这样的激光材料加工设备可针对不同的目的被使用，例如用在工业的激光材料加工中。包括标记或书写、去除或结构加工，如切割或打孔、烧结(作为快速原型方法)以及焊接。针对激光材料加工的不同应用有利的是，不仅在任意轨迹上引导激光焦点的位置，而同时控制激光束轴在工件上的入射角。由此例如可将任意形状置入工件中，形状的边缘具有相对于工件表面的所期望的倾斜角。理想地，入射角应可根据轨迹引导调整。应可高精度和高速地执行对两个参数的独立调整，从而相应地在激光材料加工时实现高的加工速度。该情况对于精确实施打孔、例如微孔(Φ<500μm或Φ<200μm)是特别有益的。这样的孔通常通过下述方式产生，即，激光焦点在圆形或螺旋形轨迹上被引导(环钻打孔和螺旋打孔)。通过调整激光束轴的入射角可产生具有限定锥度的孔。文献DE102005047328B3示出用于利用激光束打孔的装置，其具有：旋转图像旋转器；在辐射方向上看被布置在图像旋转器之前的束操纵器，用于束相对于图像旋转器的旋转轴的角度和位置调整；以及在图像旋转器的出口侧的聚焦装置。该装置在对激光束轴在工件上的入射角的灵活调整的速度方面受限，且很大程度地受限于产生圆形的孔。此外，文献DE102010049460A1示出用于引导光束的装置，特别是环孔光学系统，具有两个平的平行板，其相互独立旋转地被驱动。同样地，该装置在对激光束轴在工件上的入射角的灵活调整的速度方面受限，且很大程度地受限于产生圆形的孔。文献EP1656234B1示出激光打孔和切割装置的部分的扫描头，其具有用于产生平行束移位的摆动单元。根据对该平行移动的调整，束以距光轴不同的距离入射到聚焦装置上，且因此以相应地角度从聚焦装置中离开。由此可通过调整平行移动而影响对激光束轴在工件上的入射角的调整。通过布置两个平的平行光学板，其可围绕相互成直角的轴旋转或翻转，在两个方向上实现束移位。借助于具有两个镜的扫描块，激光束可在所期望的轨迹上被引导。特别地，在平的平行板中，平行束移位与平的平行板的厚度和偏转角成正比，使得为了产生大的平行移动必须按比例使用厚的且由此惰性的板，和/或该板必须旋转大的角度。相应地，在调整激光束轴时可实现的速度以及与其关联的加工速度相应地受限。
技术实现思路
期望值使得，能够以更高的速度实施平行的束移位以及由此以更高的速度调整激光束轴的入射角，从而可相应地实现在激光材料加工中的高的加工速度。根据本专利技术，这通过根据权利要求1的激光材料加工设备实现，其具有：射束偏转单元；平行错位单元(或平行移动单元，下文中简称为平行错位单元)，其具有至少三个反射镜，其中，该至少三个反射镜中的一个反射镜可旋转用于激光束的平行错位(或平行移动)；以及聚焦装置。这样的激光材料加工设备使得通过平行错位单元的可旋转镜的仅小的转动激光束可相对于光轴平行错位(或平行移动)。由此相应地可以灵活且快速地调整激光束轴的入射角。由此可在激光材料加工时实现更快的加工速度且由此实现更短的过程时间。此外，激光束轴的入射角可与对激光束的轨迹引导分开地借助于射束偏转单元调整。这确保精确地调整入射角以及精确引导激光束的轨迹。在从属权利要求中可得到本专利技术的其他有利设计方案。可选地，射束偏转单元具有两个反射镜，这两个反射镜被布置使得激光束可沿着相互可选成直角的两个方向偏转。可选地，所述镜被实施成旋转镜或翻转镜，且此外可选地与诸如检流计驱动器或压电驱动器的高速调整件耦接。可选地，对于多个镜涉及下述布置，即，所述镜相互成直角地被布置。由此(例如已经聚焦或待聚焦的)激光束可在x方向和y方向上对准工件表面，由此可以同时二维地偏转激光束。此外，可通过检流计驱动器实现高的轨迹速度。此外可选地，射束偏转单元被布置在平行错位单元与聚焦装置之间。例如，射束偏转单元可在激光束的传播方向上被布置在平行错位单元直接之后和聚焦装置直接之前。直接之后或直接之前在此可表示，在两个部件之间不连接其他(光学)部件。替选地或补充地，激光材料加工设备可具有一个或多个其他部件，其被布置在射束偏转单元与聚焦装置之间。平行错位单元具有至少三个镜，其中，至少三个反射镜中的一个反射镜可旋转用于平行移动激光束，且两个镜被实施成固定的。为实现平行错位单元的紧凑设计方案，平行错位单元可选地被设计成使得激光束借助于镜组件被反射四次，其中，在平行错位单元中在可旋转的反射镜上实现进入反射和离开反射(换而言之，第一反射和最后反射)。平行错位单元的可旋转镜可选地被实施成旋转镜或翻转镜，此外可选地与诸如检流计驱动器的高度调整件耦接。由此可实现激光束的快速平行移动。可选地，平行错位单元的镜基本被布置成三角形的。通过改变平行错位单元的镜之间的距离，可调整针对可旋转镜的每个旋转角度的所期望的平行错位(或平行移动)。在镜之间的距离越大，则针对旋转镜的每个旋转角度的激光束可实现的平行错位越大。可选地，设置另一平行错位单元，用于平行错位(或平行移动)激光束，其中，平行错位单元这样地相互光学耦合，即，通过两个平行错位单元的激光束可沿着两个相互可选成直角的平行错位方向(或平行移动方向)平行错位。可选地，该另一平行错位单元被设计成如已经说明的平行错位单元，且可具有至少三个反射镜，其中，至少三个反射镜中的一个反射镜可旋转用于平行错位(或平行移动)激光束，且两个镜被实施成固定的。通过第一平行错位单元可产生在第一平行错位方向(或平行移动方向)上的平行错位(或平行移动)，且通过第二平行错位单元可产生在可选地与第一平行错位方向成直角的第二平行错位方向上的平行错位。借助于两个平行错位单元，激光束可在两个空间方向上平行错位，换而言之，受控地移动。由此，可在两个空间方向上调整激光束轴的入射角，且使得可以相应地进行灵活的激光材料加工，例如用于产生圆锥形孔。可选地，设置分光镜，其在激光束的传播方向上被设置在聚焦装置之前，可选地直接在聚焦装置之前。分光镜可被设置成，使得激光束和/或通过聚焦装置获取的电磁辐射(例如，光)从激光器的光路耦出。为了通过聚焦装置改进对电磁辐射(例如，光)的获取，可设置用于工件的照明部。可选地，分光镜被设置用于在工件表面上监测束和/或监测过程。可选地，设置监测装置，其与分光镜光学耦合且被设置成获取被耦出的激光束和/或被耦出的电磁辐射(例如，光)。可选地，激光材料加工设备具有控制装置，该控制装置被设计成控制或调节平行错位单元、射束偏转单元和/或聚焦单元。该控制装置可被设置成，使得执行射束偏转单元、平行错位单元、聚焦装置和/或激光源的同步控制。因此可同步地控制激光材料加工设备的部件。为了匹配激光焦点直径与工件的加工面，可选地设置用于改变激光束直径的射束成形装置(例如，束扩张装置或束缩小装置)，射束成形装置在激光束的传播方向上被布置在平行错位单元之前，可选地直接在平行错位单元之前。优选地，射束成形装置被实施成可变的射束成形装置，其成形系数诸如扩大系数或缩小系数可无级地被调整。射束成形装置例如可借助于望远镜实现。可选地，设置偏振装置，该偏振装置在激光束的传播方向上被布置在平行错位单元之前，可选地直接在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光材料加工设备(10)，其具有：带有至少一个反射镜的射束偏转单元(16)，用于沿着关于待加工的工件(20)的第一方向偏转激光束；具有至少三个反射镜(26、28、30)的平行错位单元(14)，用于相对于光轴(oA)沿着第一平行错位方向平行移动激光束，其中，该至少三个反射镜中的一个反射镜(26)可旋转用于激光束的平行错位，且在可旋转的反射镜(26)上实现进入反射和离开反射；以及聚焦装置(18)，用于将借助于平行错位单元平行移动的且借助于射束偏转单元(16)被偏转的激光束聚焦到工件(20)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.12 DE 102014108259.11.一种激光材料加工设备(10)，其具有：带有至少一个反射镜的射束偏转单元(16)，用于沿着关于待加工的工件(20)的第一方向偏转激光束；具有至少三个反射镜(26、28、30)的平行错位单元(14)，用于相对于光轴(oA)沿着第一平行错位方向平行移动激光束，其中，该至少三个反射镜中的一个反射镜(26)可旋转用于激光束的平行错位，且在可旋转的反射镜(26)上实现进入反射和离开反射；以及聚焦装置(18)，用于将借助于平行错位单元平行移动的且借助于射束偏转单元(16)被偏转的激光束聚焦到工件(20)上。2.根据权利要求1所述的设备，其中，射束偏转单元(16)具有两个反射镜，所述两个反射镜被这样地布置，使得激光束可沿着相互可选成直角的第一方向和第二方向偏转。3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，平行错位单元(14)被设计成，使得激光束借助于镜组件被反射四次。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，平行错位单元(14)的镜(26、28、30)被设置成，使得平行错位单元的各镜的镜面上的法线位于一个平面中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，设有另一平行错位单元，用于沿着第二平行错位方向平行移动激光束，其中，所述平行错位单元这样地相互光学耦合，使得激光束可沿着两个不同的、相互可选成直角的平行错位方向平行错位。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其具有用于移动激光束的焦点位置的装置(36)，该装置在激光束的传播方向上被布置在聚焦装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯乔基姆·闵采尔，马丁·瓦伦丁，
申请(专利权)人：施肯拉光学技术公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE