CN102091875B - 用于在未完工产品上形成表面的激光加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在未完工产品上形成表面的激光加工设备及方法。一种用于激光加工未完工物体的方法及设备。未完工物体将要形成带有切割边和自由表面的切割工具。提供激光器以生成激光束脉冲，该激光束脉冲通过重定向装置定向到未完工物体的表面。激光束脉冲以倾角在冲击位置到达未完工物体的表面，该倾角在激光束脉冲的激光束方向与要在未完工物体上形成的表面之间。以这种方式控制重定向装置使得激光束脉冲在相邻冲击位置处冲击且形成脉冲区。利用定位装置，在脉冲区和有预定速度的未完工物体之间建立相对运动，使得由冲击位置形成的脉冲区沿未完工物体的表面移动且以每个轮廓趟次去除一层厚度(dS)的消融层。

Description

用于在未完工产品上形成表面的激光加工设备及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月22日提交的德国申请NO.102009044316.9-34的优先权。

技术领域

本发明涉及用于在未完工产品上形成表面的激光加工设备及方法。

背景技术

本发明属于在未完工(unfinished)产品上形成表面的激光加工设备及方法。尤其是，在未完工产品上形成一个或几个切割边(cuttingedge)、切割表面区域及自由表面区域(freesurfacearea)。要形成的表面区域可以例如是芯片或粗糙表面。随着该表面的该制造(manufacture)的同时可形成边，尤其是切割边。用这种方法，可以由未完工产品制成切割工具。未完工产品也可包括彼此附接的几个材料层或几个元件。

已知几种用于加工一次未完工产品的消融(ablation)方法，例如磨削。非常硬的材料例如多晶金刚石(PKD)或CVD金刚石(化学气相沉积)的磨削，存在技术及经济上的限制。采用短脉冲激光器的激光消融提供了经济地加工这些材料以便例如制造工具的更多可能性。

然而，高质量切割边的制造存在问题。在现有技术中，借助于激光扫描器沿着未完工物体(object)的轮廓(contour)移动的激光系统是已知的，而该物体相对于该扫描器固定布置。虽然这允许激光扫描器以各个激光束脉冲可以沿着未完工物体移动的高速操作，但是该过程所获得的准确度不符合当今的要求。此外，以这种方式制造的表面区域和边偏离直线且相反提供了不平的，锯齿状的形状。

另外激光加工设备是已知的，其中激光器相对于未完工物体通过设备轴移动。用这种方式，可以改进在未完工物体上获得的表面区域和边的准确度和质量，但是可获得的消融率小。原因在于机器轴的动力特性和速度是有限的。改进机器轴的动力特性要求大的工作量和花费，这使得激光加工夹具非常昂贵。

一种用于未完工产品的激光加工的方法和装置是已知的，例如，DE29908585U1。该装置包括一个通过驱动单元生成激光束脉冲的激光器，该激光器和/或该物体支承结构沿横向于(transverseto)激光器光学轴线的方向移动。在该过程中，激光束在待消融以便消融各个材料层的区域的整个宽度之上沿几条相邻或重叠的线移动。在激光束脉冲的收缩点(contractpoint)处，材料被点状消融。为了实现连续材料消融，收缩点重叠5％-25％。与具有很高频率的脉冲激光器相关联，相应地大的推进速度从而是必须的。正如已经指出的，在该过程中消融率低且工作时间相应地长。

WO2006/03807A2公开了两种不同的激光加工装置的实施例。在第一个实施例中，使用激光扫描器，由激光束脉冲的几个相邻冲击(impact)点形成脉冲区域。材料消融发生在脉冲区域的激光束脉冲的冲击位置。在第二实施例中不提供真实的消融，而是分割未完工产品。首先，未完工产品被穿透。在穿透之后，为了不间断地切割未完工产品，开始推进移动。这与之前描述的激光加工的变型是对应的。

DE102007012815A1公开了一种方法，其中激光束脉冲的冲击位置通过扫描器沿着图案来选择。另外，可执行在冲击点的图案和未完工产品之间的一维或二维的相对运动。这个附加的相对运动快于沿着扫描器路径的激光脉冲的路径运动。如何生成如此快速的附加运动还未被公开。现有技术中已知的机器轴无法完成此。

本发明的目的在于提供一种方法和一种激光加工设备，由此可以以经济的方式建立准确表面区域和边图案的形成。

发明内容

本发明涉及一种用于激光加工未完工物体27的方法及设备。未完工物体27将形成带有切割边60和自由表面62的切割工具。提供激光器，其生成激光束脉冲24，该激光束脉冲通过重定向装置23定向到未完工物体27的表面26。激光束脉冲24以倾角在冲击位置到达未完工物体27的表面26，该倾角在激光束脉冲24的激光束方向R与要在未完工物体27上形成的表面62之间。以这样的方式控制重定向装置23使得激光束脉冲24在相邻冲击位置处冲击且形成脉冲区55。利用定位装置，在脉冲区55和有预定速度的未完工物体之间建立相对运动，使得由冲击位置形成的脉冲区55沿未完工物体27的表面26移动且以每个轮廓趟次去除一层厚度dS的消融层。

按照本发明，采用以预定频率生成激光束脉冲的脉冲激光器。激光束脉冲通过偏转装置按照预定的次序定向到物体表面的大量冲击位置。这些预定的冲击位置在未完工物体的表面上形成二维的脉冲区域。以直角观察脉冲表面，这些冲击位置并排地置于两个空间方向。以这种方式，生成激光束脉冲的序列，这些激光束脉冲定向到彼此不同的脉冲表面上的预定的冲击位置。该序列以预定的次序重复多次。与此同时，在未完工物体和脉冲区域之间建立连续的相对运动。该相对运动的发生不需要未完工物体表面上的脉冲区域静止。如果例如随着运动方向的反转，相对运动的短暂静止阶段确实会发生，在该短暂静止阶段中，该脉冲区域在未完工产品表面区域之外。一旦脉冲区域的一部分到达未完工物体的表面，该相对运动继续而不需停止。定位装置使未完工物体和/或偏转装置可能与激光器一起沿着要生成的边或表面区域以相对运动方向移动。在此过程中，对于沿着未完工物体表面的相对运动，脉冲区域以由定位装置确定的速度移动。这导致相对于未完工物体如工具移动的脉冲区域内的材料消融。结果，一方面获得高的消融率且另一方面，以这种方式可以提供具有与期望的轮廓很小的不准确度或偏差的非常精确的边或表面区域。本发明结合了两种可替换使用的激光加工过程。快速扫描器光学器件用来形成脉冲表面。在过程中，扫描器光学器件不沿着要形成的表面区域或边的所期望轮廓定位激光脉冲，而是使激光束脉冲转向到脉冲表面的冲击区域上。相对于机器轴之上的未完工物体的脉冲表面的同时的相对运动确保了用于获得具有与预定图案的微小偏差的边和区域结构的期望的准确度。

优先地，定位设备至少在某些时候调整在激光束脉冲的辐射方向和未完工产品上要形成的区域之间的倾角(具有大于0的值)。激光束脉冲优选地以直角延伸至相对运动方向。脉冲区域横向于要生成的表面区域定向。由于激光束脉冲以倾角相对于要生成的区域定向，在材料消融期间生成附加的开放空间，因此消融区域内的等离子体(plasma)的去除得到改善。在过程开始时，倾角可以为0。其在制造期间当达到该方法的预定状态时增大。

优先地，采用以1-10MHz之间的频率脉冲激发的激光。

倾角的调整可例如取决于将加工的未完工物体的材料。倾角可采取范围为0°45°(优先地范围为5°-25°)的值。通过定位装置，倾角也可以在加工未完工物体时改变，且调整到期望值。尤其是，如果未完工物体包括不同材料的几层且如果在加工期间要加工的材料改变了，则倾角可改变并适配为适于相应的材料的倾角。

脉冲区域可以具有基本为矩形的轮廓。形成脉冲区域的冲击位置在矩形轮廓内被并排地布置，使得通过激光束脉冲在冲击位置处形成的数个凹坑(crater)与矩形轮廓相符合。以另外一种方式描述，脉冲区域的外部冲击位置沿着矩形脉冲区域的周边(circumference)布置。替代矩形脉冲区域，可以提供其它脉冲区域，例如多边形的、椭圆形的或圆形的或环形的脉冲区域。脉冲区域的形成可以适于期望的消融材料和要由未完工物体形成的完工物体的期望的轮廓。

重定向装置将激光束脉冲优选地定向到沿着预定脉冲路径布置的冲击区域。脉冲路径取决于脉冲区域的形状且优先为曲折形或螺旋形。在此脉冲路径可具有特殊的冲击位置作为起点以及另一冲击位置作为终点，其中终点布置在分配到要形成的轮廓的脉冲区域的边上。包括终点在内的脉冲路径的路径结束段优先地成平行或切向于相对运动的方向延伸。随着从终点到起点的复位运动(resetmovement)，涉及相对大的调整路径，该调整路径基本上比在沿着脉冲路径的后继冲击位置之间的其它重置距离大。由于通过重定向装置定位激光束脉冲的准确度是有限的，且重定向装置易于动作过度(over-act)，复位运动的运动方向定向得远离要形成的边和/或区域。以这种方式，可避免要产生的轮廓的质量缺陷。

尤其是通过选择或设定激光器的脉冲频率以及通过重定向装置的速度调整，沿脉冲路径在两个后继的冲击位置之间的距离可视期望提供。

两个后继的激光束脉冲可以定向到脉冲区域上不同的冲击位置。可选择地，包括两个或更多激光束脉冲的脉冲序列可以定向到同一冲击位置，并且仅下一个脉冲序列可定向到不同的脉冲位置。定向到特殊冲击位置的脉冲序列或单个脉冲的能量按照所用脉冲的数量来预定和分配。包含在脉冲序列内的激光脉冲的数量越大，包含在单个激光束脉冲内的能量越小。

覆盖要生成的表面区域且必须被消融的未完工物体的材料部分优选地在与脉冲表面区域基本上平行延伸的层内被去除。在激光脉冲辐射方向上的消融层的厚度取决于激光器的脉冲频率和脉冲区域相对于未完工物体的相对速度。可获得几百毫米的层厚度。消融层在要形成的区域前横向延伸。未完工物体可形成例如带有至少一切割边的切割工具。因此，未完工物体优先地包括切割材料层或布置于载体层或载体元件之上的切割材料元件。要消融的所述材料部分遍布(extendover)两层。定位装置可以调整第一倾角以消融切割材料层的材料，并且调整第二倾角以消融载体层的材料。以这种方式，取决于要消融的材料可以提供最佳消融率且在每个消融层的消融后，激光束脉冲的焦点位置可通过聚焦透镜或聚焦装置调整。

可以根据特殊材料确定附加的操作参数。例如，在消融切割材料层的材料期间激光脉冲的强度可不同于在消融载体层的材料期间的强度。以这种方式可以减小要形成的切割边或区域的期望轮廓之间的偏差。

附图说明

本发明的有益的特征将从本发明的附图中显而易见，其中：

图1示出激光加工装置的实施例的框图；

图2示出激光加工装置的实施例的示意性的透视图；

图3-5示出了各种形式的脉冲区域；

图6以横截面图示出了两个冲击位置；

图7随着时间的推移分别示出了激光束脉冲或脉冲序列的强度；

图8a以透视图示意性地示出了具有脉冲区域的未完工物体；

图8b是通过在脉冲区域和未完工物体之间的相对运动获得的材料去除的示意性细节表示；

图9-13示意性地示出截面图，该截面图在加工未完工物体的不同阶段横向于未完工物体的相对运动方向而取得；

图14示意性地示出带有真空室的激光加工装置的另一实施例；并且，

图15示意地示出图14所示实施例的修改。

具体实施方式

图1示意性地示出激光加工装置20。激光加工装置20包括脉冲激光器21，该脉冲激光器生成脉冲激光束22且将其定向到具有重定向装置23的激光头19。重定向装置23能改变激光束脉冲24的定向且将激光束脉冲24定向到未完工物体27的表面26的预定冲击区域25。重定向装置23也可称为扫描器装置。它还包括聚焦光学系统28。未完工物体27放置在容纳(accommodation)区域47中。

激光加工装置20还包括控制定位装置30的控制单元29，由此可调整和改变激光头19和未完工物体之间的相对位置。定位装置30的线性轴和旋转轴的数目可改变。在优选实施例中，定位装置30包括第一调整装置31，由此激光头19可在第一方向32上移动。优选地，这是在第一方向32上的线性移动。第一调整驱动器31例如包括第一支架33，其线性地可滑动地支承在第一支架支承结构34上。激光头19安装在第一支架33上。

分别地，为了物体夹持器(holder)18、未完工物体27以及激光头19的线性位移，定位装置30可包括附加的调整驱动器。例如，提供第二支架支承结构34，第二支架可滑动地支承在第二支架支承结构34上以在第二方向37引导。在该第二支架36上安装第一支架支承结构34。第二方向37垂直于第一方向32延伸。第一和第二方向32，37定义一平面，该平面基本上横向于激光束脉冲24的射束发射方向R延伸。

第三方向38相对于两个其它方向32，37成直角延伸。第三支架39线性地可滑动地在该第三方向上支承在第三支架支承结构40上。通过该支架装置39，40，工件或物体夹持器18可在第三方向移动，由此距激光头19的工件夹持器18(以及由此未完工物体27)的距离可调整。第三方向38例如对应于辐射方向R。在按照图2的实施例中，辐射方向R基本水平地延伸，但是可替换地，它可垂直地延伸。

因此，分别地，定位装置30能引起在激光头19和物体夹持器18之间或在激光头19和未完工物体27之间沿相对运动方向V的相对运动。相对运动方向V不需在空间上是恒定的，而是可以参照三个方向32，37，38定义路径。

物体夹持器18通过枢转驱动器(pivotdrive)41布置在第三支架39上，枢转驱动器能执行物体夹持器18绕第一枢转轴42a和/或第二枢转轴42b的枢转运动。第一枢转轴42a在第二方向37上延伸，而第二枢转轴42b在第一方向32上延伸。借助于枢转驱动器41，到达未完工物体27的低射束脉冲的角度可以根据需要改变和调整。

定位装置30可附加地还包括调整驱动器或分别地枢转或旋转的驱动器，用于调整未完工物体27和激光束脉冲24之间的相对位置。与所示实施例不同，激光头也可是静止的，并且仅仅是用于未完工物体27的物体夹持器18可设计成可滑动地且枢转地支承。对于实现定位装置30，有多种变型可能性。通过控制单元29控制将由激光头19和物体夹持器18之间的定位调整装置30调整的相对位置。

在加工未完工物体27期间或之前，控制单元29为调整或改变加工参数来控制激光头19。操作参数例如是激光束脉冲的强度I和/或优选频率范围为1MHz到10MHz的激光器21的脉冲频率f和/或聚焦光学系统的焦距等。

激光加工装置20包括过程气体供给管(processgassupplyline)45以及过程气体去除结构46，该去除结构46在接受区域47的相对侧沿第二方向37布置，见图1。在优选的实施例中，过程气流P沿第二方向37以这种方法产生。在加工未完工物体27期间，可以调整要加工的表面26的区域内的过程气流P以从加工位置去除在激光消融期间通过材料升华所产生的等离子体。

在图14和15所示的实施例中，为了形成过程气流P，可替换地，提供真空变换器(vacuumchanger)48，其里面布置用于未完工物体27的物体夹持器18和接受区域47。通过抽吸管(suctioningoff-line)49，真空室48与真空泵50连接，使得在接受区域47内能产生受控真空。在这种情况下，重定向装置23可布置在真空室48内，见图14或，可替换地，其可布置在真空室48外面，例如图2和15所示。在这种情况下，真空室至少在用于激光束脉冲24的入口区域51处对于所用的激光波长必须是透明的。

利用重定向装置23，激光束脉冲24定向到脉冲区55的区域内的未完工物体27处的表面26。激光束脉冲24冲击表面26的冲击位置25且导致存在材料消融由此形成漏斗状的凹坑56，如图6所示。冲击位置26在此处认为分别用中心点或凹坑56的中心轴线来表示。大量预定的间隔开的冲击位置25形成脉冲区55。

控制单元29为重定向装置23确定用于后继冲击位置25的布置的脉冲路径B。重定向装置23使激光束脉冲24沿着脉冲路径B定向到后继的冲击位置25。脉冲路径B的路线取决于脉冲区55的形状且，对于按照图3的矩形脉冲区55，其沿着由直线部分路线构成的曲折状路径。在脉冲区55拐角点处的冲击位置25形成起点S，该起点与要形成的边60或表面区域62隔开。从起点S开始，激光束脉冲24沿着脉冲路径B放置，直到位于脉冲区对角上的作为脉冲路径B的终点E的冲击位置25。脉冲路径B的路径段57延伸得例如平行于要形成的表面区域62或边60。该路径末段57直接放置得相邻于要产生的表面区域62或边60。到达终点E后，通过重定向装置23发起反向运动且，随后激光束脉冲24从起点S开始再次定向到脉冲路径B。反向运动延伸得远离要产生的轮廓区域60，62。这分别在图3到5由虚线箭头示出。

激光束脉冲24的激光线性地偏振。激光器21和/或在激光器21与激光头19处的激光脉冲束24的出口位置之间的束引导设计成使得激光束脉冲24的偏振方向L具有相对于脉冲路径B的预定定向。该定向优选地这样选择以使得偏振方向L和脉冲路径B的至少一段彼此平行延伸。该偏振方向尤其平行于路径段57延伸。偏振方向L在图3中在一些凹坑56中通过在脉冲路径B的冲击区域25内放置的箭头指示。

为了影响相对于脉冲路径B的偏振方向L，激光器21可绕其辐射方向旋转到期望的旋转位置。但是，不是所有类型的激光器21允许任何期望的定位。为了调整偏振方向，可替换地，至少一个光学元件可引入到激光的射束路径，其改变在进和出激光之间的偏振方向，该光学元件例如，相移延迟板(phase-shiftingdelayplate)，特别是λ/2板。该λ/2板通过旋转角转动激光的偏振方向，该旋转角大小上是在相对于λ/2板的光轴的入射光的偏振方向之间的入射角的两倍。偏振方向也可通过一个或多个重定向镜的反射改变。

在沿着脉冲路径B的两个后继的冲击位置25之间的距离A通过激光器21的脉冲频率f和重定向装置23的调整速度而预定。随着脉冲路径B的方向的变化，该距离也可变化。

对于圆形，或椭圆形或其它弯曲形状的脉冲区55，包括终点E在内的路径段57也可相对于要形成的轮廓60，62切向延伸(图4)。在这种情况下，脉冲路径B是螺旋形。脉冲区55也可是环形段形，如图5所示。

可替换地，为了对准沿着存入控制单元的曲折或蛇形路径或其它的脉冲路径的该后继激光束脉冲24，可以进行选择，其中限定所述脉冲区的一系列的所有冲击位置25从起点S通到终点E。优先地，在过程气流P的方向上，起点S和终点E被尽可能远地彼此分开，其中过程气体从终点E流向起点S。

在优选实施例中仅有一个激光束脉冲24定向到每一个冲击位置25且下一个激光束脉冲定向到到脉冲区55的另一个冲击位置25上。这一过程在图7中在上图部分中示出。两后继的脉冲24之间的时间距离可从激光器21的实际脉冲频率f的倒数获得。脉冲激光器21可以是微微秒激光器或毫微微秒激光器的形式。

如果后继的激光束脉冲24定向到到不同的冲击位置25上，这些激光束脉冲24具有强度I1。如图7其它两个图所示，两个或更多的激光脉冲24可以在下一个冲击位置被定址前定向到到一个冲击位置25。换句话说，重定向装置23可以使几个激光束脉冲24的脉冲序列65在后继脉冲序列65定向到到一冲击位置25之前定向到到另一冲击位置25上。包含在脉冲序列65内且作用于冲击位置25上的能量应当与具有强度I1的单个激光束脉冲24的能量相对应。这就是脉冲序列65的单个激光束脉冲24的强度I减小的原因。在此处所示实施例中，脉冲序列65的总强度I是恒定的。因此，在脉冲序列65中的单个激光脉冲24的强度I与强度I1除以包含在该激光脉冲序列65内的激光脉冲24数量的商相对应。

凹坑56的直径D取决于在冲击位置25上激光脉冲24的有效直径，该有效直径可以通过光学聚焦系统28预定且尤其是还可在加工过程期间调整。

然而现在通过重定向装置23，加工二维空间上限定的脉冲区55，同时定位装置30沿着要在未完工物体27的表面26上形成的边60或者表面区域62启动脉冲区55的相对运动。换句话说，形成在脉冲区域55内的、具有大量激光脉冲24的冲击位置25的材料消融区域以预定的相对速度Vrel在相对运动方向V上分别沿着要形成的边60或表面区域面62的侧而移动。只要脉冲区55的至少一部分在未完工物体的表面26上，该相对速度Vrel总大于0。以这种方式，在未完工产品上，可以分别制造仅具有分别与期望边或表面轮廓小的偏差的边或表面。这尤其在切割工具的制造中相关，该切割工具设置有由刮削(shaving)表面61和自由表面区域62划定(delimit)的一个或多个切割边60。

倾角α例如通过定位装置30和枢转装置41调整。倾角α定义为激光束脉冲24的射束方向R和平面F之间的角，在该平面F内，待从未完工物体中加工的表面区域62关于脉冲区55放置。与弯曲表面轮廓相连，平面F表示与实际加工位置切向的平面。该要被调整的倾角α由控制单元29确定且在未完工物体27的加工期间可以改变。为了获得最佳的消融率，倾角α适于待消融的未完工物体的材料。与包括不同部分或材料层的未完工物体27有关，以这种方式总是设置这样的倾角α，其最优地调至(tuneto)材料，由此加工效率明显改进。

下面，将参照图9到13来描述加工未完工物体27以形成切割边60和与切割边60相邻的自由表面区域62的各种阶段。

未完工物体27包括切割材料层，该切割材料层由切割元件70形成且例如包括多晶金刚石，PKD，或CVD金刚石。切割元件70放置在载体元件71上，该载体元件71表示载体层且例如包括硬质合金。该两个元件70，71通过连接层72(例如焊接层)坚固地互连。可替换地，切割材料层也可例如通过如PVD的过程直接放置在载体层上。

未完工物体27的上侧在完工物体上形成切割工具的刮削表面61。与刮削表面61相邻，自由表面区域62从未完工物体27中加工出来，其期望的轮廓线用线73示出。要形成的楔角(wedgeangle)是例如90°。与要形成的切割边60相邻放置的第一自由表面部分62a相对于刮削表面61成楔角延伸。相邻第一自由表面部分62a放置第二自由表面部分62b，该第二自由表面部分62b相对于刮削表面61成比所述楔角小的角度延伸。为了露出自由表面区域62及还因此露出切割边60，未完工物体的材料部分63必须完全去除，该材料部分63完全覆盖要形成的自由表面区域62且包括切割元件70和载体元件71的部分。材料部分63包括相邻刮削表面61放置的未完工物体27的侧面区域。优先地材料部分63在消融期间几乎完全升华以至于仅有小的残余部分64残留作为废片。该残余部分包括少于10％(体积)且优先地少于5％(体积)的材料部分63。

到达脉冲区55的区域中的表面26的激光束脉冲24导致材料的消融。激光头19在激光束脉冲24的产生期间沿相对运动方向V(其在图9到13中是与图平面成直角)运动，使得脉冲区域55沿着未完工物体27的表面26位移。该相对运动的相对速度是几毫米每分钟且比对于沿脉冲路径B的冲击位置25的位移而言的重定向装置23的调整速度(其具有米每秒的数量级)小几个数量级。材料的消融沿着要形成的自由表面区域62逐层发生。随着沿要形成的自由表面区域62以相对运动方向V的脉冲区55的每一次完整的位移(其可以是指定的轮廓趟次Ki(i＝1...n))，消融层被去除。该轮廓趟次(contourpass)Ki...Kn重复n次直到材料部分63被完全去除。消融层厚具有几百毫米的度度dS。

正如图8b所示意性示出的，作为相对运动的结果，在脉冲区55的区域内材料消融深度在与脉冲区55的相对运动相反的方向上增加。沿着相对运动方向V在脉冲区55尾端处，材料消融深度最大，且确定了消融层的层厚度dS，这是由于作为其连续运动的结果，脉冲区55的前部区域已经移开了(moveover)未完工物体27的表面26的该区域。相反，在表面区域内在脉冲区55的前端处的材料消融深度仍然小，这是由于该区域刚刚由脉冲区55达到。

在每个轮廓趟次Ki(i＝1...n)之后，激光束脉冲24的聚焦设置自动调整，这是由于表面26距激光头19的距离由于去除的消融层的厚度dS而改变。这由在每个轮廓趟次Ki(i＝1...n)之后聚焦光学系统28的焦点设置的调整和/或定位装置30来补偿。焦点设置也可以在激光束脉冲通过脉冲区55期间自动适配，这是由于如前所述，在脉冲区55内材料消融深度在相对运动方向V的反向上增加，以至于在脉冲区55内，激光头19和未完工物体27的表面26之间的距离也变化了。

当该过程开始时，如图9和图10所示，在第一表面部分62a和激光束辐射方向R之间的倾角α可设定为0，因此该倾角α在图9和图10中未指定且仅仅在相邻切割边60的一个或几个消融层消融后倾角α可能增大。倾角α在数学上可以是正的或负的。通过确定适当的倾角α，可非常准确地加工楔角和切割边60。然而，可选择地，在该过程开始时可能已设定非零的倾角α。

对于加工该第一表面部分62a，如图11所示，设定大约5°-10°的第一倾角α1。激光束脉冲24的强度I具有第一强度值IK。一旦自由表面62的足够大的区域被生成并且作为结果，已经达到脉冲区55距切割边60的最小距离，激光束脉冲24的强度可变为第二强度值IG(如图12所示，由激光束脉冲24的相对粗的虚线象征)，其在本文提供的实例中比第一强度值IK(其在图11中由激光束脉冲24的相对细的虚线象征)大：IK＜IG。

在该典型的实施例中，当切割元件70区域内的材料部分63被消融且达到连接层72时，强度I变为第二强度值IG。在该时刻，控制单元29启动将倾角α从第一倾角α1变到第二倾角α2，其中，第二倾角α2例如大于第一倾角α1。在该典型实施例中，用于载体元件71的材料消融的第二倾角α2大约为10°-25°，如图12所示。总是相对于要形成的自由表面部分62a、62b测量倾角α。如果要形成的自由表面区域62是成角度的或弯曲的，定位装置30改变激光头19与未完工物体27的相对位置以保持期望的倾角α。

本发明涉及用于未完工物体27的激光加工的方法及设备。该未完工物体27尤其是形成带有切割边60和自由表面区域62的切割工具。激光束脉冲24由激光器产生，并通过重定向装置23定向到到未完工物体27的表面26。激光束脉冲24以在激光束脉冲24的射束方向R和要在未完工物体27上形成的自由表面62之间的倾角α到达冲击区域25。该倾角α可通过定位装置30在材料消融期间和之前被适配，且可适于改变的操作参数。以这种方式控制重定向装置23使得激光束脉冲24冲击在并排放置的冲击区域25。预定数量的冲击位置25形成脉冲区55。激光束脉冲24按照预定次序重复定向到脉冲区55的每个冲击位置25上。通过定位装置30，脉冲区55和未完工物体27以恒定速度相对于彼此运动，使得由预定冲击位置25形成的脉冲区55沿着未完工物体的表面26移动，并且层随着每个轮廓趟次而消融。在脉冲区55区域内产生的材料消融因此沿着表面26连续地移动。以这种方式在未完工物体27内或上，同时以高的消融率，可形成非常准确的边或表面轮廓。

标号

18物体夹持器

19激光头

20激光加工设备

21脉冲激光器

22激光束

23重定向装置

24激光束脉冲

25冲击区域

26未完工物体的表面

27未完工物体

28聚焦光学系统

29控制单元

30定位装置

31第一调整驱动器

32第一方向

33第一支架

34第一支架支承结构

35第二支架支承结构

36第二支架

37第二方向

38第三方向

39第三支架

40第三支架支承结构

41枢转驱动器

42a第一枢转轴

42b第二枢转轴

45过程气体供给管

46过程气体去除结构

47接受区域

48真空室

49抽吸管

50真空泵

51入口区域

55脉冲区

56漏斗状凹坑

57路径段

60切割边

61刮削表面

62自由表面区域

62a第一自由表面部分

62b第二自由表面部分

63材料部分

64残余部分

65脉冲序列

70切割元件

71载体元件

72连接层

73线

α倾角

A距离

B脉冲路径

D直径

dS层厚度

E终点

f脉冲频率

F面

I强度

Ki轮廓趟次(i＝1至n)

L偏振方向

P过程气流

R射束发射方向

S起点

V相对运动方向

Vrel相对速度

Claims (18)

1.一种用于制造未完工物体(27)的轮廓(60，62)的激光加工设备，包括：

激光器(21)，提供激光束脉冲(22，24)；

重定向装置(23)，将激光器(21)的激光束脉冲(24)定向到在未完工物体(27)上的预定脉冲区(55)内的间隔开的预定冲击位置(25)；以及，

定位装置(30)，用于以相对运动方向(V)沿着要形成的边(60)或表面(62)执行所述未完工物体(27)和所述脉冲区(55)之间的相对运动，

所述脉冲区是二维的；

所述脉冲区具有沿所述脉冲区的外部轮廓布置的外部冲击位置；

所述脉冲区具有内部冲击位置。

2.按照权利要求1所述的激光加工设备，其中所述定位装置(30)提供和设置在所述激光束脉冲(24)的所述激光束方向(R)和要形成在未完工物体(27)上的表面(62)之间的倾角(α)。

3.按照权利要求1所述的激光加工设备，其中覆盖要形成的边(60)或表面(62)的未完工物体(27)的材料部分(63)以基本平行于所述脉冲区(55)延伸的几个层消融趟次在层中去除。

4.按照权利要求3所述的激光加工设备，其中所述消融层横向于要在未完工物体(27)上形成的表面(62)延伸。

5.按照权利要求2所述的激光加工设备，其中在加工所述未完工物体(27)期间，所述定位装置(30)改变所述倾角(α)。

6.按照权利要求2所述的激光加工设备，其中根据所述未完工物体(27)的材料，在定位装置内预定倾角(α)。

7.按照权利要求2所述的激光加工设备，其中所述未完工物体(27)包括放置在载体层(71)上的切割材料层(70)，并且要去除的材料部分(63)遍布两个层(70，71)，其中所述定位装置(30)调整用于消融所述切割材料层(70)的材料的第一倾角(α1)以及用于消融所述载体层(71)的材料的第二倾角(α2)。

8.按照权利要求7所述的激光加工设备，其中在消融所述切割材料层(70)的材料期间的激光脉冲(24)的强度(I)与在消融所述载体层(71)的材料期间施加的激光脉冲(24)的强度不同。

9.按照权利要求7所述的激光加工设备，其中所述切割材料层被提供用于建立切割边，而所述载体层(71)用于支承所述切割层，并且所述两层坚固地连接。

10.权利要求2所述的激光加工设备，其中所述倾角(α)范围为0°到45°范围。

11.权利要求1所述的激光加工设备，其中重定向装置(23)将激光束脉冲(24)以预定顺序定向到所述脉冲区(55)的冲击位置(25)。

12.权利要求1所述的激光加工设备，其中重定向装置(23)将激光束脉冲(24)定向到沿预定脉冲路径(B)放置的预定冲击位置(25)。

13.权利要求12所述的激光加工设备，其中所述脉冲路径(B)具有起点(S)和终点(E)，其中标记所述终点(E)的所述冲击位置(25)布置在所述脉冲区(55)的周边上，其被分配到要形成的边(60)或自由表面区域(62)。

14.权利要求12所述的激光加工设备，其中在沿着所述脉冲路径(B)的两个后继的冲击位置(25)之间的距离(A)通过所述激光器(21)的脉冲频率(f)和所述重定向装置(23)的调整速度预定。

15.权利要求1所述的激光加工设备，其中所述重定向装置(23)将两个紧接着后继的激光脉冲(24)定向到所述脉冲区(55)的不同冲击位置(25)。

16.权利要求1所述的激光加工设备，其中所述重定向装置(23)将包括至少两个激光束脉冲(24)的两个紧接着后继的脉冲序列(65)定向到所述脉冲区(55)的不同冲击位置(25)。

17.权利要求10所述的激光加工设备，其中所述倾角(α)尤其是范围为5°到25°。

18.一种用于对未完工物体(27)制造轮廓(60，62)的方法，包括以下步骤：

提供所述未完工物体(27)；

生成激光束脉冲(22，24)且将激光束脉冲(24)定向到以间隔开的关系放置在未完工物体(27)上的脉冲区(55)内的冲击位置(25)上；

执行在所述未完工物体(27)和所述脉冲区(55)之间的相对运动，其中所述相对运动沿着要形成的轮廓(60，62)在相对运动方向(V)上延伸，

所述脉冲区是二维的；

所述脉冲区具有沿所述脉冲区的外部轮廓布置的外部冲击位置；

所述脉冲区具有内部冲击位置。