DE102019206976B3 - Optical system for generating two laser focus lines as well as a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece - Google Patents
Optical system for generating two laser focus lines as well as a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019206976B3 DE102019206976B3 DE102019206976.2A DE102019206976A DE102019206976B3 DE 102019206976 B3 DE102019206976 B3 DE 102019206976B3 DE 102019206976 A DE102019206976 A DE 102019206976A DE 102019206976 B3 DE102019206976 B3 DE 102019206976B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- optical system
- optical
- laser beam
- workpiece
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
- B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
- B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0911—Anamorphotic systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0955—Lenses
- G02B27/0966—Cylindrical lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0972—Prisms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Das erfindungsgemäße optische System (1) zum Erzeugen zweier, insbesondere paralleler Laserfokuslinien (2a, 2b) umfasst mindestens eine optische Einheit (10), welche aufweist:- ein erstes optisches Element (11) zum Zerlegen eines einfallenden Laserstrahls (2) in mehrere Strahlstreifen (4) in einer zu der Strahlachse (z) des Laserstrahls (2) rechtwinkligen, ersten Richtung (x) und zum Überlagern der einzelnen Strahlstreifen (4) in einer Fokalebene (F) des ersten optischen Elements (11) zu einem einzigen Strahlstreifen, dessen Streifenbreite mindestens der Streifenbreite (B) des in der Fokalebene (F) breitesten Strahlstreifens (4) entspricht und jeweils der Länge (L) der beiden Laserfokuslinien (2a, 2b) in der Fokalebene (F) entspricht,- ein zweites optisches Element (13) zum Fokussieren des einfallenden Laserstrahls (2) in einer zur ersten Richtung (x) und zur Strahlachse (z) rechtwinkligen, zweiten Richtung (y) in die Fokalebene (F), und- einen im Strahlengang des Laserstrahls (2) dem ersten und dem zweiten optischen Element (11, 13) nachgeordneten, geometrischen Strahlteiler (14) zum hälftigen Aufteilen des Laserstrahls (2) in der zweiten Richtung (y) in zwei Teilstrahlen (5a, 5b), die in der Fokalebene (F) die beiden Laserfokuslinien (2a, 2b) ausbilden.The optical system (1) according to the invention for generating two, in particular parallel, laser focus lines (2a, 2b) comprises at least one optical unit (10) which has: a first optical element (11) for splitting an incident laser beam (2) into several beam strips (4) in a first direction (x) at right angles to the beam axis (z) of the laser beam (2) and for superimposing the individual beam stripes (4) in a focal plane (F) of the first optical element (11) to form a single beam stripe, whose stripe width corresponds to at least the stripe width (B) of the widest beam stripe (4) in the focal plane (F) and corresponds to the length (L) of the two laser focus lines (2a, 2b) in the focal plane (F), - a second optical element ( 13) for focusing the incident laser beam (2) in a second direction (y) perpendicular to the first direction (x) and the beam axis (z) in the focal plane (F), and one in the beam path of the laser beam (2) first and the second optical element (11, 13) downstream, geometric beam splitter (14) for dividing the laser beam (2) in half in the second direction (y) into two partial beams (5a, 5b), which in the focal plane (F) die form two laser focus lines (2a, 2b).
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Erzeugen zweier, insbesondere paralleler Laserfokuslinien, insbesondere für die gleichzeitige Laserbearbeitung zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks, sowie auch ein Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls.The invention relates to an optical system for generating two, in particular parallel, laser focus lines, in particular for the simultaneous laser processing of two mutually opposite, parallel workpiece sides of a workpiece, as well as a method for the simultaneous processing of two mutually opposite, parallel workpiece sides of a workpiece by means of a laser beam.
Eine zunehmend an Bedeutung gewinnende Laseranwendung besteht auf dem Gebiet der Elektromobilität im Entlacken/Abisolieren von Drähten mit rechteckigem Querschnitt (so genannte Hairpins) als Vorbereitung für einen nachfolgenden Füge- bzw. Schweißprozess. Derzeit werden für diesen Zweck Scanneroptiken eingesetzt, die allerdings für diese Anwendung sehr aufwändig sind.A laser application that is becoming increasingly important in the field of electromobility consists in stripping / stripping wires with a rectangular cross-section (so-called hairpins) in preparation for a subsequent joining or welding process. Scanner optics are currently used for this purpose, but these are very complex for this application.
Aus der
Aus der
WO 2003/ 079 067 A1 offenbart schließlich noch ein Beschichtungsverfahren, bei dem ein Laserstrahl durch den Strahlaufweiter expandiert und dann in zwei Strahlen mit jeweils einer Lichtmenge von etwa 50% aufgeteilt wird. Jeder der beiden Strahlen wird durch eine Zylinderlinse in einen linienförmigen Laserstrahl fokussiert. Diese beiden linienförmigen Laserstrahlen treffen aus entgegengesetzten Richtungen auf eine optische Faser, die mithilfe der beiden Laserstrahlen von beiden Seiten beschichtet wird.Finally, WO 2003/079 067 A1 discloses a coating method in which a laser beam expands through the beam expander and is then divided into two beams, each with a light quantity of approximately 50%. Each of the two beams is focused into a linear laser beam by a cylindrical lens. These two linear laser beams strike an optical fiber from opposite directions, which is coated from both sides with the aid of the two laser beams.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach und kostengünstig aufgebautes optisches System zum Erzeugen zweier paralleler Laserfokuslinien sowie ein Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks anzugeben.In contrast, the present invention is based on the object of specifying a simple and cost-effective optical system for generating two parallel laser focus lines and a method for simultaneous processing of two mutually opposite, parallel workpiece sides of a workpiece.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches System zum Erzeugen zweier, insbesondere paralleler Laserfokuslinien, insbesondere für die gleichzeitige Laserbearbeitung zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks, mit mindestens einer optischen Einheit gelöst, welche aufweist:
- - mindestens ein erstes optisches Element zum Zerlegen eines einfallenden, insbesondere kollimierten Laserstrahls in mehrere Strahlstreifen in einer zu der Strahlachse des Laserstrahls rechtwinkligen, ersten Richtung und zum Überlagern der einzelnen Strahlstreifen in einer Fokalebene des mindestens einen ersten optischen Elements zu einem einzigen Strahlstreifen, dessen Streifenbreite mindestens der Streifenbreite des in der Fokalebene breitesten Strahlstreifens entspricht und jeweils der Länge der beiden Laserfokuslinien in der Fokalebene entspricht,
- - mindestens ein zweites optisches Element zum Fokussieren des einfallenden Laserstrahls in einer zur ersten Richtung und zur Strahlachse rechtwinkligen, zweiten Richtung in die Fokalebene des mindestens einen ersten optischen Elements, und
- - einen im Strahlengang des Laserstrahls dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten optischen Element nachgeordneten, geometrischen Strahlteiler zum hälftigen Aufteilen des Laserstrahls in der ersten oder zweiten Richtung in zwei Teilstrahlen, die in der Fokalebene die beiden Laserfokuslinien ausbilden. Die Strahlstreifen können in der Fokalebene die gleiche Streifenbreite oder aber unterschiedliche Streifenbreiten aufweisen.
- - At least one first optical element for splitting an incident, in particular collimated, laser beam into several beam stripes in a first direction perpendicular to the beam axis of the laser beam and for superimposing the individual beam stripes in a focal plane of the at least one first optical element to form a single beam stripe, the stripe width of which corresponds at least to the stripe width of the widest beam stripe in the focal plane and corresponds in each case to the length of the two laser focus lines in the focal plane,
- - At least one second optical element for focusing the incident laser beam in a second direction at right angles to the first direction and to the beam axis in the focal plane of the at least one first optical element, and
- - A geometric beam splitter arranged downstream of the at least one first and the at least one second optical element in the beam path of the laser beam for splitting the laser beam in half in the first or second direction into two partial beams which form the two laser focus lines in the focal plane. The beam stripes can have the same stripe width or different stripe widths in the focal plane.
Bei der Laserbearbeitung handelt es sich beispielsweise um eine thermische Behandlung von Werkstücken, insbesondere um eine Abisolierung oder Entlackung von beschichteten Werkstücken, wie z.B. von Drähten mit im Wesentlichen quadratischem oder rechteckigem Querschnitt (Hairpins).Laser processing is, for example, a thermal treatment of workpieces, in particular a stripping or paint stripping of coated workpieces, e.g. of wires with an essentially square or rectangular cross-section (hairpins).
Im Gegensatz zu der bisher verfolgten Strategie, derartige Anwendungen mit Scanneroptiken zu bedienen, besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass eine entsprechende Optik vom Konzept her einfacher, kostengünstiger und robuster aufgebaut ist als eine Scanneroptik; auch ist der Betrieb einer solchen Optik einfacher. Sollte die Homogenität der Intensitätsverteilung entlang der Laserfokuslinien keine große Bedeutung haben, kann außerdem eine astigmatische Fokussierung des Strahls (ggf. in Verbindung mit einer (Bifokal-)Doppelkeilplatte zur Umsortierung der Intensitätsverteilung) vorgenommen werden.In contrast to the previously pursued strategy of serving such applications with scanner optics, the advantage of the invention is that a corresponding optics concept is simpler, cheaper and more robust than scanner optics; the operation of such optics is also simpler. If the homogeneity of the intensity distribution along the laser focus lines is not of great importance, astigmatic focusing of the beam can also be carried out (possibly in connection with a (bifocal) double wedge plate to rearrange the intensity distribution).
Das mindestens eine zweite optische Element kann im Strahlengang des Laserstrahls dem mindestens einen ersten optischen Element vor- oder nachgeordnet sein, wobei eine Nachordnung den Vorteil einer kompakteren Bauweise hat.The at least one second optical element can be arranged upstream or downstream of the at least one first optical element in the beam path of the laser beam, a downstream arrangement having the advantage of a more compact design.
Besonders bevorzugt weist die mindestens eine optische Einheit jeweils mindestens einen Spiegel zum Umlenken der beiden Teilstrahlen in Richtung aufeinander zu bzw. auf die beiden parallelen Werkstückseiten eines zwischen den beiden Spiegeln angeordneten Werkstücks auf. Dabei sind die Spiegel möglichst derart angeordnet, dass sich die linienförmigen Strahlquerschnitte der beiden umgelenkten Teilstrahlen - ohne ein zwischen den Spiegeln angeordnetes Werkstück - bei hälftiger Aufteilung des Laserstrahls in der ersten Richtung in der y-z-Ebene deckungsgleich und bei hälftiger Aufteilung des Laserstrahls in der zweiten Richtung in der x-z-Ebene deckungsgleich überlagern. Die Spiegel sind derart angeordnet, dass die umgelenkten Teilstrahlen rechtwinklig oder schräg zur y-z-Ebene bzw. zur x-z-Ebene ausgerichtet sind, wobei es im letzteren Fall zu keiner Rückstrahlung an den Werkstückseiten zurück in die optische Einheit kommt, falls sich beim Einschalten des Laserstrahls kein Werkstück in der bestimmungsgemäßen Bearbeitungsposition befinden sollte. Vorzugsweise sind die Spiegel derart angeordnet, dass die Fokuslinien der umgelenkten Teilstrahlen bei hälftiger Aufteilung des Laserstrahls in der ersten Richtung parallel zur optischen Achse (Strahlachse) und bei hälftiger Aufteilung des Laserstrahls in der zweiten Richtung parallel zur ersten Richtung ausgerichtet sind.The at least one optical unit particularly preferably has at least one mirror for deflecting the two partial beams towards one another or towards the two parallel workpiece sides of a workpiece arranged between the two mirrors. The mirrors are arranged in such a way that the linear beam cross-sections of the two deflected partial beams - without a workpiece arranged between the mirrors - are congruent when the laser beam is split in half in the first direction in the yz plane and in the second when the laser beam is split in half Superimpose congruent direction in the xz plane. The mirrors are arranged in such a way that the deflected partial beams are aligned at right angles or at an angle to the yz plane or to the xz plane, in the latter case there is no reflection on the workpiece sides back into the optical unit if the laser beam is switched on no workpiece should be in the intended machining position. The mirrors are preferably arranged in such a way that the focus lines of the deflected partial beams are aligned parallel to the optical axis (beam axis) when the laser beam is split in half in the first direction and parallel to the first direction when the laser beam is split in half in the second direction.
Zur Herstellung der beiden parallelen Laserfokuslinien sind verschiedene optische Anordnungen denkbar. Eine einfache und relativ kostengünstige Anordnung besteht aus einer Facettenplatte mit mehreren, in der ersten Richtung parallelen Facettenstreifen gleicher Facettenbreite, die einen kollimierten Rohstrahl in der ersten Richtung in eine Anzahl von Strahlstreifen zerteilt und diese in der Fokalebene zu dem einzigen Strahlstreifen überlagert, sowie einer Zylinderlinse, die den Strahl in der dazu rechtwinkligen, zweiten Richtung fokussiert. Damit kann eine sehr homogene linienförmige Intensitätsverteilung entlang der Laserfokuslinien erzeugt werden. Alternativ kann eine entsprechende linienförmige Fokusgeometrie beispielsweise auch mittels Mikrooptiken erzeugt werden.Various optical arrangements are conceivable for producing the two parallel laser focus lines. A simple and relatively inexpensive arrangement consists of a facet plate with several facet strips of the same facet width parallel in the first direction, which splits a collimated raw beam in the first direction into a number of beam strips and superimposes these in the focal plane to form the single beam strip, as well as a cylindrical lens that focuses the beam in the second direction at right angles to it. A very homogeneous linear intensity distribution along the laser focus lines can thus be generated. Alternatively, a corresponding linear focus geometry can also be generated, for example, by means of micro-optics.
Besonders bevorzugt ist der geometrische Strahlteiler beispielsweise als eine transmissive Doppelkeilplatte oder als ein reflektiver Dachkantenspiegel ausgebildet.The geometric beam splitter is particularly preferably designed, for example, as a transmissive double wedge plate or as a reflective roof edge mirror.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die optische Einheit um die Strahlachse des einfallenden Laserstrahls bzw. um die optische Achse drehbar, insbesondere um 90°, gelagert. Bei einem Werkstück mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt können so durch Drehen der optischen Einheit auch die anderen beiden parallelen Werkstückseiten bearbeitet werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the optical unit is mounted so as to be rotatable about the beam axis of the incident laser beam or about the optical axis, in particular by 90 °. In the case of a workpiece with a square or rectangular cross-section, the other two parallel workpiece sides can also be machined by rotating the optical unit.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die optische Struktur zwei jeweils in den Strahlengang des einfallenden Laserstrahls hinein bewegbare (einschiebbare oder einschwenkbare) optische Einheiten auf, die im Strahlengang des einfallenden Laserstrahls um die Strahlachse des einfallenden Laserstrahls bzw. um die optische Achse zueinander verdreht, insbesondere um 90°, angeordnet sind und unterschiedliche, dem Querschnitt des Werkstücks angepasste Fokuslinienlängen erzeugen. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn der Querschnitt des zu bearbeitenden Werkstücks stark von einer quadratischen Form abweicht. Die beiden optischen Einheiten werden nacheinander eingesetzt, um die beiden Flächenpaare des rechteckigen Querschnitts zu bearbeiten.In another preferred embodiment of the invention, the optical structure has two optical units that can be moved into the beam path of the incident laser beam (retractable or pivotable) and rotated in the beam path of the incident laser beam about the beam axis of the incident laser beam or about the optical axis to each other , in particular at 90 °, are arranged and produce different focus line lengths adapted to the cross section of the workpiece. This embodiment is particularly useful when the cross section of the workpiece to be machined deviates significantly from a square shape. The two optical units are used one after the other to machine the two pairs of surfaces of the rectangular cross-section.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, wobei aus dem Laserstrahl mittels des wie oben aufgebauten optischen Systems zwei Teilstrahlen mit jeweils gleicher Laserfokuslinie erzeugt werden, die auf die beiden bezüglich der optischen Achse des optischen Systems einander gegenüberliegenden, parallelen Werkstückseiten für eine Laserbearbeitung der Werkstückseiten gelenkt werden.The invention also relates to a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece by means of a laser beam, whereby two partial beams with the same laser focus line are generated from the laser beam by means of the optical system constructed as above, which are directed onto the two with respect to the optical axis of the optical system are directed opposite, parallel workpiece sides for a laser processing of the workpiece sides.
Vorzugsweise werden das optische System und das Werkstück relativ zueinander in Richtung der optischen Achse des optischen Systems bewegt, um so eine Vorschubbewegung der beiden Laserfokuslinien auf den beiden parallelen Werkstückseiten in Richtung der optischen Achse zu erzeugen. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer einzigen Vorschubbewegung zwei gegenüberliegende, parallele Werkstückflächen gleichzeitig zu bearbeiten.The optical system and the workpiece are preferably moved relative to one another in the direction of the optical axis of the optical system in order to generate a feed movement of the two laser focus lines on the two parallel workpiece sides in the direction of the optical axis. In this way, it is possible to machine two opposite, parallel workpiece surfaces simultaneously with a single feed movement.
Zur Laserbearbeitung eines Werkstücks mit mehreren paarweise einander gegenüberliegenden, parallelen Werkstückseiten werden nach der Bearbeitung von zwei einander gegenüberliegenden, parallelen Werkstückseiten mittels der beiden Teilstrahlen entweder das Werkstück oder die beiden Teilstrahlen um die optische Achse des optischen Systems gedreht, und anschließend werden zwei andere einander gegenüberliegende, parallele Werkstückseiten mittels der beiden Teilstrahlen bearbeitet. Sollte das Längen-Breitenverhältnis des Werkstückquerschnitts stark von 1 abweichen, würde das bedeuten, dass bei der Bearbeitung der schmaleren Werkstückseite ein Teil der Leistung am Werkstück vorbei strahlt und für den Prozess verloren ist. Sollte das nicht gewünscht sein, kann eine zweite, zur ersten optischen Einheit um 90° verdrehte optische Einheit, die identisch bzw. funktionsgleich wie die erste optische Einheit aufgebaut ist, aber eine kürzere, der Werkstückgeometrie angepasste linienförmige Fokusgeometrie liefert, statt der ersten optischen Einheit in den Strahlengang des Laserstrahls hineinbewegt werden.For laser processing of a workpiece with several pairs of mutually opposite, parallel workpiece sides, either the workpiece or the two partial beams are rotated around the optical axis of the optical system after the processing of two mutually opposite, parallel workpiece sides by means of the two partial beams, and then two others are opposite one another , machined parallel workpiece sides by means of the two partial beams. If the length-to-width ratio of the workpiece cross-section deviates significantly from 1, this would mean that when machining the narrower Workpiece side, part of the output radiates past the workpiece and is lost for the process. If this is not desired, a second optical unit, rotated by 90 ° to the first optical unit, which is constructed identically or functionally identical to the first optical unit, but provides a shorter linear focus geometry adapted to the workpiece geometry, can be used instead of the first optical unit are moved into the beam path of the laser beam.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigen:
-
1a ,1b ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems mit einer optischen Einheit zum Erzeugen zweier Teilstrahlen mit jeweils einem Linienfokus in einer perspektivischen Ansicht (1a) und schematisch den zugehörigen Strahlengang samt den jeweiligen Strahlquerschnitten (1b) , wobei die beiden Teilstrahlen jeweils rechtwinklig auf zwei einander gegenüberliegende, parallele Werkstückseiten auftreffen; -
2 das optische System von1a , wobei die beiden Teilstrahlen jeweils schräg auf die beiden parallelen Werkstückseiten auftreffen; -
3 das optische System von1a , wobei die optische Einheit um 90° drehbar um die optische Achse des optischen Systems gelagert ist; -
4 das optische System von1a mit zwei wahlweise in den Strahlengang des einfallenden Laserstrahls hineinbewegbaren, optischen Einheiten, die im Strahlengang des einfallenden Laserstrahls um die Strahlachse des einfallenden Laserstrahls zueinander um 90° verdreht angeordnet sind; und -
5a ,5b ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems in einer Ansicht analog zu den1a ,1b .
-
1a ,1b a first embodiment of the optical system according to the invention with an optical unit for generating two partial beams, each with a line focus in a perspective view (1a) and schematically the associated beam path including the respective beam cross-sections (1b) , wherein the two partial beams impinge at right angles on two mutually opposite, parallel workpiece sides; -
2 the optical system of1a , the two partial beams impinging on the two parallel workpiece sides at an angle; -
3 the optical system of1a , wherein the optical unit is mounted rotatably through 90 ° about the optical axis of the optical system; -
4th the optical system of1a with two optical units which can optionally be moved into the beam path of the incident laser beam and which are arranged in the beam path of the incident laser beam rotated by 90 ° to one another about the beam axis of the incident laser beam; and -
5a ,5b a second embodiment of the optical system according to the invention in a view analogous to the1a ,1b .
Das in
Das optische System
- - eine
Facettenplatte 11 mit mehreren parallelen, hier beispielhaftgleichbreiten Facettenstreifen 12 zum Zerlegen des einfallenden, kollimierten Laserstrahls (Rohstrahl)2 in mehrereStrahlstreifen 4 in einer zu der Strahlachse z desLaserstrahls 2 rechtwinkligen x-Richtung und zum Überlagern dereinzelnen Strahlstreifen 4 in der Fokalebene F derFacettenplatte 11 zu einem einzigen Strahlstreifen, dessen Streifenbreite der Streifenbreite des in der Fokalebene Fbreitesten Strahlstreifens 4 entspricht und jeweils der Länge L der beidenLaserfokuslinien 2a ,2b in der Fokalebene F entspricht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen lediglich beispielhaft alleFacettenstreifen 12 die gleiche Breite B in der ersten x-Richtung auf, so dass dieStrahlstreifen 4 in der Fokalebene F unterschiedlich breit sind. Alternativ können die Facettenbreiten derFacettenstreifen 12 auch unterschiedlich und insbesondere so gewählt sein, dass alleStrahlstreifen 4 in der Fokalebene F gleich breit sind. - - eine
Zylinderlinse 13 zum Fokussieren dereinzelnen Strahlstreifen 4 in einer zur x-Richtung und zur Strahlachse z rechtwinkligen y-Richtung in die Fokalebene F derFacettenplatte 11 ; - - eine
bifokale Doppelkeilplatte 14 zum hälftigen Aufteilen des von derZylinderlinse 13 fokussierten Laserstrahls2 in der y-Richtung in zweiTeilstrahlen 5a ,5b , die in der Fokalebene F die beidenLaserfokuslinien 2a ,2b ausbilden; und - - jeweils einen
Spiegel 15a ,15b zum Umlenken der beiden Teilstrahlen5a ,5b in Richtung auf die bezüglich der optischen Achse16 des optischenSystems 1 einander gegenüberliegenden, parallelen Werkstückseiten3a ,3b .
- - a
facet plate 11 with several parallel, here for example equally wide facet strips12 for breaking down the incident, collimated laser beam (raw beam)2 into several beam strips4th in one to the beam axis z of thelaser beam 2 right-angled x-direction and for superimposing the individual beam stripes4th in the focal plane F of thefacet plate 11 to a single beam stripe, the stripe width of which is the width of the beam stripe widest in the focal plane F.4th corresponds to the length L of the twolaser focus lines 2a ,2 B corresponds in the focal plane F. In the exemplary embodiment shown, all of the facet strips are merely exemplary12 the same width B in the first x-direction so that the beam stripes4th are of different widths in the focal plane F. Alternatively, the facet widths of the facet strips12 also be chosen differently and in particular so that all beam stripes4th are equally wide in the focal plane F. - - a
cylindrical lens 13 for focusing the individual beam strips4th in a y-direction at right angles to the x-direction and to the beam axis z into the focal plane F of thefacet plate 11 ; - - a bifocal double wedge plate
14th for dividing the half of thecylinder lens 13 focused laser beam 2 in the y-direction in twopartial beams 5a ,5b , the two laser focus lines in the focal plane F.2a ,2 B form; and - - one mirror each
15a ,15b to deflect the twopartial beams 5a ,5b in the direction of the with respect to theoptical axis 16 of theoptical system 1 opposite,parallel workpiece sides 3a ,3b .
Eine Vorschubbewegung (Doppelpfeil
Die beiden Spiegel
Da die Länge der Laserfokuslinien
Bei dem gezeigten Werkstück
Von
Um bei einem Werkstück
Bei dem Werkstück
Solche endseitig abisolierten Drähte werden beispielsweise in der E-Mobilität als sogenannte Hairpins bei der Herstellung von Statoren eingesetzt.Such wires with their ends stripped are used, for example, in e-mobility as so-called hairpins in the manufacture of stators.
In
Das erfindungsgemäße optische System
Von
Um die beiden weiteren, dazu senkrechten Seiten eines Drahts mit rechtwinkligem Querschnitt zu behandeln, kann vorzugsweise eine weitere, um 90° gedrehte Optik verwendet werden. Diese Optik kann entweder durch eine zweite Strahlquelle gespeist werden, alternativ könnte auch eine einzige Strahlquelle mittels einer integrierten, umschaltbaren Weiche die beiden Optiken über getrennte Lichtleitkabel abwechselnd mit Laserlicht versorgen.In order to treat the other two sides of a wire with a right-angled cross-section, which are perpendicular thereto, a further optic rotated by 90 ° can preferably be used. These optics can either be fed by a second beam source, or alternatively a single beam source could alternately supply the two optics with laser light by means of an integrated, switchable switch via separate fiber optic cables.
Claims (17)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019206976.2A DE102019206976B3 (en) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Optical system for generating two laser focus lines as well as a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece |
PCT/EP2020/062565 WO2020229258A1 (en) | 2019-05-14 | 2020-05-06 | Optical system for generating two parallel laser focus lines and associated laser processing method |
CN202080035731.3A CN113825586B (en) | 2019-05-14 | 2020-05-06 | Optical system for producing two parallel laser focal lines and associated laser processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019206976.2A DE102019206976B3 (en) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Optical system for generating two laser focus lines as well as a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019206976B3 true DE102019206976B3 (en) | 2020-11-12 |
Family
ID=70861441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019206976.2A Active DE102019206976B3 (en) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Optical system for generating two laser focus lines as well as a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113825586B (en) |
DE (1) | DE102019206976B3 (en) |
WO (1) | WO2020229258A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003079067A1 (en) * | 2002-03-18 | 2003-09-25 | Ntt Electronics Corporation | Method and device for manufacturing bare optical fiber |
DE112005003207B4 (en) * | 2004-12-22 | 2014-10-16 | Carl Zeiss Laser Optics Gmbh | Optical illumination system for generating a line beam |
DE102015112537A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH | Optical device for shaping laser radiation |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1405487A (en) * | 1972-09-26 | 1975-09-10 | Thorn Electrical Ind Ltd | Apparatus for treating workpieces with laser radiation |
JPH09288203A (en) * | 1996-02-22 | 1997-11-04 | Nikon Corp | Multifocal line lens |
DE19831027A1 (en) * | 1998-07-10 | 2000-01-27 | Armin Hopp | Effect disc rotation system |
DE19902909C2 (en) * | 1999-01-26 | 2001-03-15 | Fraunhofer Ges Forschung | Device and method for processing workpieces with laser radiation |
TW523791B (en) * | 2000-09-01 | 2003-03-11 | Semiconductor Energy Lab | Method of processing beam, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing semiconductor device |
JP2002129239A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-09 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Laser beam hardening method and apparatus |
CN1992461B (en) * | 2005-12-30 | 2010-05-05 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Apparatus for cutting insulation layer of electric wire |
JP5184775B2 (en) * | 2006-11-28 | 2013-04-17 | リコー光学株式会社 | Optical processing equipment |
DE102007044298B3 (en) * | 2007-09-17 | 2009-02-26 | Coherent Gmbh | Method and arrangement for generating a laser beam with a linear beam cross section |
EP2113332B1 (en) * | 2008-05-02 | 2010-08-18 | Leister Process Technologies | Method of and laser device for working and/or joining of workpieces with poweracting and pilot lasers and at least one diffractive optical element |
DE102012011343B4 (en) * | 2012-06-11 | 2017-05-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for interference structuring of samples |
JP5805256B1 (en) * | 2014-04-07 | 2015-11-04 | ハイヤグ レーザーテクノロジー ゲーエムベーハーHIGHYAG Lasertechnologie GmbH | Optical devices for beam shaping |
DE102014012733B3 (en) * | 2014-08-26 | 2015-12-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Arrangement for scanning an object surface with a plurality of laser beams and method for operating the arrangement |
WO2017137391A1 (en) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Method for producing a layer or a sub-region of a layer of a three-dimensional component; and corresponding computer program |
DE102015104411B4 (en) * | 2015-03-24 | 2017-02-16 | Scansonic Mi Gmbh | Laser beam joining process and laser processing optics |
DE102015119324A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-11 | Metzner Maschinenbau Gmbh | Device for stripping cables |
EP3491450B1 (en) * | 2016-07-27 | 2024-02-28 | TRUMPF Laser GmbH | Laser line illumination |
-
2019
- 2019-05-14 DE DE102019206976.2A patent/DE102019206976B3/en active Active
-
2020
- 2020-05-06 WO PCT/EP2020/062565 patent/WO2020229258A1/en active Application Filing
- 2020-05-06 CN CN202080035731.3A patent/CN113825586B/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003079067A1 (en) * | 2002-03-18 | 2003-09-25 | Ntt Electronics Corporation | Method and device for manufacturing bare optical fiber |
DE112005003207B4 (en) * | 2004-12-22 | 2014-10-16 | Carl Zeiss Laser Optics Gmbh | Optical illumination system for generating a line beam |
DE102015112537A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH | Optical device for shaping laser radiation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113825586B (en) | 2024-04-02 |
WO2020229258A1 (en) | 2020-11-19 |
CN113825586A (en) | 2021-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10136611C1 (en) | Optical device, for laser light emitted by laser diode device, has collimation optical element and homogenizing element using multiple reflection of laser beam | |
DE19839902C1 (en) | Optical arrangement for use in a laser diode arrangement and diode laser | |
EP1896893B1 (en) | Apparatus for beam shaping | |
EP2142333B1 (en) | Apparatus for working a surface of a workpiece by means of laser radiation | |
DE102015104411B4 (en) | Laser beam joining process and laser processing optics | |
WO2021259597A1 (en) | Machining optical system, laser machining device, and method for laser machining | |
EP0835715A1 (en) | Apparatus and method for laser processing a workpiece by means of a diode laser | |
DE102013225310B3 (en) | Optical arrangement for beam shaping of a laser beam for a laser processing machine | |
WO2009068192A1 (en) | Beam forming device | |
EP2699378B1 (en) | Optical system for an installation for processing thin-film layers | |
WO2009080016A2 (en) | Method for altering the beam diameter of a laser beam on a machining plane and assembly designed therefor | |
DE102016201418A1 (en) | Apparatus and method for thermal processing | |
WO2019233944A1 (en) | Device for laser machining workpieces that are difficult to access | |
EP2591875B1 (en) | Laser with beam transformation lens | |
WO2018054824A1 (en) | Apparatus for irradiating a work region with laser radiation, in particular 3-d printing apparatus | |
DE102019206976B3 (en) | Optical system for generating two laser focus lines as well as a method for the simultaneous processing of two opposite, parallel workpiece sides of a workpiece | |
DE102015200795B3 (en) | Arrangement for irradiating an object surface with a plurality of partial beams of ultrashort pulsed laser radiation | |
DE102022129569A1 (en) | LASER PROCESSING HEAD WITH WIDE RANGE ZOOM AND ITS USE IN A LASER MATERIAL PROCESSING PROCESS | |
DE102019204032B4 (en) | Device for generating a spatially modulatable power density distribution from laser radiation | |
EP0683007B1 (en) | Machining device | |
WO2022023323A1 (en) | Apparatus and method for scanning a target plane with a plurality of laser beams, in particular for laser material processing | |
WO2006037566A1 (en) | Laser arrangement | |
DE102022127276A1 (en) | Laser system for generating at least one segmented focus radiation | |
DE102022121239A1 (en) | Beam width changing device, manufacturing device for additive manufacturing with such a beam width changing device, method for additive manufacturing using such a beam width changing device and use of such a beam width changing device for the additive manufacturing of components | |
DE102021105559A1 (en) | Mirror device for a manufacturing system for laser beam-based manufacturing, manufacturing system and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |