CN103228400A - 用于工件的激光材料加工的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在一种用于对工件(2)进行激光材料加工、尤其是用于激光切割或者激光焊接的方法中，其中，借助激光束(1)使所述工件(2)的至少一部分熔融和/或汽化，并且通过加入激光束(1)和工件(2)的相对运动来构成辐照正面(3)，根据本发明，根据所期望的加工结果来调整所述辐照正面(3)的表面结构。所述辐照正面(3)的表面结构例如可通过适合地选择激光束(1)的射束特性、尤其是偏振和/或射束断面来调整。

Description

用于工件的激光材料加工的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于工件的激光材料加工、尤其是用于激光切割或者激光焊接的方法，其中，借助激光束使工件的至少一部分熔融和/或汽化，并且通过加入激光束和工件之间的相对运动来构造辐照正面(Bestrahlfront)。
背景技术
在激光材料加工中，按照应用和设备可用性使用不同的激光束光源。例如，对于激光切割作业而言，优选使用激光波长约为10μm的CO2激光器，其中，激光波长在1μm范围内的固体激光器恰好地在激光熔融切割的情况下基于高的进给提高和能效意义越来越重要。
为了提高所使用的方法的效率，通常尝试使激光束到工件中的能量耦入最大化。为此，例如在WO 2010/016028 A1中提出为激光切割应用经方位角偏振的光束。通过偏振的适配来提高辐照正面上的吸收。
然而，与使用约10μm的激光波长(CO2激光器)相比，在1μm情况下的切割结果具有相对高的切割棱边粗糙度、沟槽度和毛刺构成。该效果随着板材厚度的增加而增强。与此同时也已知，在激光切割中、然而也在激光焊接中，利用1μm范围内的波长，伴随统计学上的偏振构造了特别呈波形的辐照正面。由此，在辐照正面上获得激光光束的不同的入射角。然而，因为激光光束的菲涅尔吸收尤其也与角度相关，所以不同的入射角在辐照正面上的局部干扰(例如波)方面引起局部不利的菲涅尔吸收特性，该局部不利的菲涅尔吸收特性更利于、而不是阻尼这些干扰。该效应可直接与相对较差的切割棱边品质相关联。
在DE 10 2007 024 700 A1中提出，以如下方式来影响激光光束，即，对于在波长为1μm的情况下的对钢材进行激光材料加工而言，激光光束以相对小的入射角、例如小于80°的入射角投射到辐照正面上。除了达到菲涅尔吸收的最大值以外，激光光束的该特性的选择还导致菲涅尔吸收的梯度较小，从而使得应当避免了或者至少降低了由所述梯度造成的、增强的过程不稳定性。在此，通过引入人工像差来调整相应很小的入射角，所述人工像差相对于由于标准光学系统的像差所引起的发散角更进一步地放大激光束的发散角。
通过该措施，吸收特性最终地经过减小在聚焦的激光束上的局部入射角来适配辐照正面。这就导致了，将吸收推动至较高的值，由此已知地引起了较高的过程速度。然而，在此不利的是，在吸收由于局部入射角的减小而提高时，同样情况下，吸收的所提出的减小的角度相关性不提高加工品质。
特别不利的是，相应地，在入射角减小的情况下，减小的角度相关性作用于波生成以及其在辐照正面上的增强，进而作用于切割品质。此外，在观察呈波形的辐照正面时，由现有技术完全忽略了同样要考虑到的在整个辐照正面上的温度分布以及所引起的有方位角地绕激光束走向的熔液流动。
发明内容
因此，本发明的任务在于，在开头提到类型的方法中，减少辐照正面上的波形成，以及将绕激光束走向的、由熔液的局部的汽化压力和/或整体上在具有辐照正面的材料厚度的区域上存在的汽化压力所引起的干扰性熔液流动最小化，并且由此来改进激光材料加工品质、尤其是切割棱边品质和/或焊缝品质。
该任务根据本发明通过如下方式来解决，即：根据所期望的加工结果来调整辐照正面的表面结构。例如可通过适当地选择激光束的射束特性、尤其是偏振和/或射束断面来调整所述辐照正面的表面结构。在此，优选通过激光束的偏振来影响在90°左右入射角范围内的吸收强度的梯度。替换地或者附加地，可通过激光束的射束断面来影响辐照正面上的温度分布，进而影响辐照正面的表面结构。
换句话说，尤其以如下方式来调整激光束的射束特性、尤其是其偏振和/或其射束断面，即，这些射束特性在辐照正面上引起在90°左右范围内的入射角情况下的吸收强度的基本上适配的梯度和/或引起在具有辐照正面的材料厚度区域上的均匀的温度分布。
尤其已知的是，在提高加工效率的范围内所考察的菲涅尔吸收(吸收度)不应用于在本发明的意义中的加工品质的参考，而是实际上与流程相关的吸收强度(＝菲涅尔吸收*cos入射角)。
因此力求使局部在辐照正面上的和/或在具有辐照正面的材料厚度的范围上的(局部对比整体)的热能输入或者说热能分布维持在基本上均匀的水平上。
通过根据本发明的、基本上适配的吸收强度和/或温度分布，如试验已表明的那样，激光切割方法情况下减弱了波形辐照正面的形成、即辐照正面的表面结构，或者说减少了辐照正面的表面显著特征，并且使辐照正面上的熔液表现出在具有辐照正面的材料厚度上相对恒定的情况。根据本发明公知的是，对此，必须适配在入射角为90°左右范围内的吸收强度梯度或者至少被调整到与10μm波长情况下的圆偏振激光光束相类似的情况。在激光切割方法中，由此所达到的稳定的过程条件减少了切割棱边粗糙度、沟槽度以及毛刺构成，其中，在该情况下，在入射角约为90°的范围内的吸收强度的梯度优选被最大化。
在激光焊接方法的情况下，通过构成波形辐照正面、即通过辐照正面的表面结构，优选以如下方式来适配所述吸收强度，即，首先减少或者完全避免飞溅的形成，所述飞溅以附着在板材上侧面和/或板材下侧面上的形式不利地影响焊缝品质。为此，在入射角约为90°的范围内的吸收强度的梯度优选被最小化。
在此，本发明不限于到辐照正面上的90°左右的入射角范围，而是延及到如下的入射角范围，该入射角范围具有吸收强度的相应适配的梯度特性。在借助1μm光束的激光切割的领域内，这首先是入射角大于80°、尤其是大于84°的范围。
在90°左右范围内的入射角情况下，吸收强度的基本上在激光切割情况下优选最大化的并且在激光焊接情况下优选最小化的梯度的调整，优选通过有针对性地调整偏振、尤其是通过调整方位角偏振和/或径向偏振来进行。理想地，用于激光切割的激光光束因而应当具有尽可能高比例的径向偏振，该径向偏振的尽可能高的比例至少超过在统计学偏振情况下的径向偏振的比例，尤其纯径向或者近似纯径向的偏振是特别优选的。
通过有针对性地调整偏振，可以将工作范围内的吸收强度在入射角在90°范围内的情况下，但也在不同的入射角的情况下，例如在刺式作业方法或拖拽式作业方法的情况下，比较过程稳定地维持在一相对高的水平上(高水平：1μm对比10μm)，所述刺式作业方法或拖拽式作业方法通常由90°出发在至约60°或120°的范围内作业。根据本发明已知，在波长在10μm范围内的激光光束的情况下，辐照正面上的熔液的波被阻尼，其中，该光束圆偏振地投射到工件上，这是因为该光束优选在大入射角(即近似90°的入射角)的情况下以高梯度被吸收。在使用具有(如今所用的)统计学上的偏振的、波长在1μm范围内的激光光束的情况下，该光束基于很小的梯度，优选地在面朝激光束的波侧面上并且由此在入射角较小的情况下被吸收。由此将波增强，其中，产生的蒸汽脉冲附加地在射束传输方向上并且绕激光束有方位角地按压这些波。由此引起的局部强烈波动的熔液排出导致已描述过的沟槽度和毛刺构成或者说飞溅构成。为了降低或者甚至避免该效应，根据本发明，以如下方式来调整所述偏振，即，使1μm光束的菲涅尔吸收特性或优选吸收强度(相应于菲涅尔吸收*cos(入射角))适配10μm光束的特性，以便达到相当的阻尼效应。
所期望的偏振的调整，在这方面优选通过在相应的激光材料加工装置的加工头内将激光束的统计学上的偏振转换为径向偏振来进行。在一特别优选的替换实施方式中，径向偏振在谐振器中没有显著的功率损失(如同在加工头中进行转化时那样)地产生并且通过保持偏振的射束导向装置、例如通过基于镜面的射束导向装置或者是为此所设计的光学传输纤维引导给加工头或者说加工部位。
此外根据本发明已知，可通过切割气体的折射率的适配以所期望的方式来影响吸收强度与入射角的相关性。由此可行的是，通过选择切割气体和/或切割气体混合物替换或附加于偏振来调整出在入射角近似90°情况下的所期望的过程稳定的吸收特性。
此外，通过根据本发明、空间上适配的强度分布，附加地阻止了由于局部或者整体过高的过程温度所引起的局部汽化，所述局部汽化可能导致如同在波运动增强的情况下那样所引起的、不期望的绕激光束有方位角地走向的熔液流动。
因此，替换或也补充于有针对性地调整所述偏振，可以通过应用适配的射束断面来获得减少或者进一步减少波形成和/或避免不期望的汽化以及后续绕激光束的负方位角的熔液流动。通过具有在外射束半径的区域内的强度最大值以及具有在射束轴线方向上递减的强度的空间射束断面，尤其是通过应用环模式(Ring-Modes)，以如下方式来调控在辐照正面上的温度输入，即，在具有辐照正面的材料厚度上，沿射束传播方向尽可能调整出熔液的近似恒定的特性。由此，降低了否则沿射束传播方向递增的温度发展以及由此造成的、随着到熔液上的蒸汽压力脉冲的蒸汽发展，所述蒸汽压力脉冲会构成或者进一步增强波形成或者说不期望的熔液流动并且会导致所要避免的、相对激光束轴线有方位角地走向的熔液流。
在一优选的实施方式中，根据材料厚度或者说待加工的材料深度(以及待加工的材料本身)来适配由强度最大至强度最小的边线的(负)斜率。
本发明还涉及一种用于激光切割工件的方法，其中，借助一激光束使所述工件的至少一部分熔融和/或汽化，并且通过加入激光束与工件之间的相对运动在该工件上构造一切割正面，其中，所述激光束通过至少两个径向偏振的子射束来形成，这些子射束在激光束的进给方向上相互错开。
所述两个在进给方向上错开的、径向偏振的子射束引起：对应的E向量也在下部的板材区域中平行于入射平面投射进而尽可能被吸收。由此可明显扩大径向偏振的作用深度，这导致恒定较宽的从而平行的切割缝。所述两个径向偏振的子射束可通过两个独立的激光束形成或者通过具有两个沿激光束进给方向相互错开的强度最大值的、经射束成形的一个激光束形成。
本发明还涉及一种用于激光切割工件的方法，其中，借助一激光束使所述工件的至少一部分熔融和/或汽化，并且通过加入激光束与工件之间的相对运动在该工件上构造一切割正面，其中，所述激光束通过多个在激光束的进给方向上延伸的、具有分别不同的线性偏振方向的射束条带来形成，并且其中，由沿进给方向走向的激光束纵向中间平面出发，在线性的偏振方向与激光束纵向中间平面之间分别形成的角度朝向在外的射束条带增大。特别优选地，射束条带的线性偏振方向分别与对应的切割正面前轮廓(Schneidfrontvorderkontur)的法线平行地走向。
基于线性偏振的射束条带，激光光束在整个切割正面上以及在每个工件平面中以P偏振方式投射，这对于所有入射角而言，导致最大的菲涅尔吸收。因为在条带偏振的情况下，作用深度在整个工件厚度上延伸，所以不再出现边沿入口(Kanteneinlauf)，并且激光功率可最佳地被转化为进给。通过垂直的切割棱边来改进切割品质。此外，通过减小的反射功率来减少毛刺构成和表面粗糙度。
所述激光束优选具有在约500nm至约5μm的范围内、尤其是在约1μm的范围内的波长，并且借助固体激光器、例如棒式激光、盘式激光器、光纤激光器或者二极管激光器来生成。对于使用多个子射束或者射束条带而言，优选的波长范围也扩宽至约10μm(10.6μm)的光束，例如该光束由CO2激光器所提供的那样。
本发明最后还涉及一种用于借助两个径向偏振的子射束和/或一个条带偏振的激光束来激光切割工件的设备。
附图说明
本发明的其他优点由权利要求、说明书以及附图中得出。同样地，前面提到的以及还要进一步列出的特征可以各以各自单独的形式或者是以多个任意组合的形式得以应用。所示的和所描述的实施方式并不被理解为最终的列举，而不如说是具有用于描述本发明的示例性性质。
其中：
图1a、1b示出了在激光波长为10.6μm(图1a)和1μm(图1b)的传统激光切割中的工件的波形辐照正面，分别跨工件的材料厚度；
图2示出了在激光波长为10.6μm(圆偏振)和1μm(统计学偏振、P偏振和S偏振)的情况下，与偏振相关的吸收强度(菲涅尔吸收*cos(入射角α))与入射角α之间的关系；
图3a、3b示出了具有关于辐照正面的径向偏振的激光束(图3a)以及具有关于辐照正面的方位角偏振的激光束(图3b)；
图4示出了用于使温度相关于辐照正面均匀分布的激光束的射束断面；
图5以纵向横断面示出了工件在以径向偏振的激光束进行激光切割时的切割正面；
图6a-6c对应于图5中的A-C以三个不同的工件平面示出了该工件的切割正面；
图7a-7c示出了工件在以两个径向偏振的子射束进行激光切割时的切割正面，所述子射束相互平行走向(图7a)、相互倾斜(图7b)或者通过一经射束成形的激光束(图7c)形成；
图8a-8c对应于图7中的A-C以三个不同的工件平面示出了该工件的切割正面；
图9示意性地示出了用于产生两个径向偏振的子射束的激光切割设备；
图10a-10c对应于如图7中的A-C以三个不同的工件平面示出了工件在以一经条带偏振的激光束进行激光切割时的切割正面；
图11示意性地示出了用于产生经条带偏振的激光束的激光切割设备；以及
图12示意性地示出了可绕激光束轴线转动的条带起偏振镜以及前置的、可绕激光束轴线转动的偏振转换器。
具体实施方式
如图1a、1b中所示，在借助激光束1的激光切割中，使工件2的一部分在工作点上被熔融和/或汽化，其中，然后通过激光束1与工件2之间的相对运动(切割方向v)构成跨工件2的材料厚度的辐照正面。该辐照正面以3标示并且位于熔液4上。激光束1以在约70°至110°范围内的入射角、尤其是近似垂直地对准面朝其的工件表面2a。
图1a示出了一种使用波长为10.6μm的圆偏振激光束1的传统激光切割过程，图1b示出了一种使用波长约为约1μm的统计学偏振激光束1的传统激光切割过程。熔液4连同辐照正面3一起构成了呈波形的表面结构，在1μm的激光切割中，该表面结构比在10.6μm的激光切割中明显更突出。如图1a中所示，激光束1在局部上以大约相等的入射角α1、α2(α1≈α2)照射到波形熔液4上。如图1b中所示，激光束1在局部上以到波形熔液4上的不同的入射角α1、α2(α1＜α2)出现，从而使得在入射角α1很小的情况下，在熔液4的面朝激光束1的波形部分上、即在面朝激光束1的波侧面5上出现高的吸收强度。熔液4的近似沿激光束1的方向走向的波部分引起较大的入射角α2，该较大的入射角与较少的吸收强度相关联。这就导致了，熔液4的波还被增强并且蒸汽脉冲将所述波附加地向下并且绕激光束1有方位角地压。通过该效应，在激光束1的前面和后面产生在时间上和地点上的不规律的熔液排出6，该熔液排出结果引起在被切割的、尤其是具有增加的材料厚度的工件2上的高的沟槽度和毛刺构成。
在具有熔液4在辐照正面3上的相应扁平的波结构的10.6μm激光光束情况下、入射角在90°左右范围内时，吸收强度的与此相反相对陡的梯度，如图1a所示导致明显较规律的熔液排出6。
该效应在图2中，借助对于激光束1的所示的吸收强度、即通过不同波长下与偏振有关的吸收与入射角α之间的关联性再一次地变得清楚。具有圆偏振21的10.6μm激光光束阻尼了熔液4的波，因为在入射角α很大的情况下，激光光束已经在很大程度上被吸收。具有传统所使用的统计学偏振22的1μm激光光束优选在熔液4的面朝激光束1的波侧面5上被吸收。结果，在1μm激光光束的情况下，熔液4的波被增强，并且通过蒸汽脉冲，该波附加地向下并且绕激光束1有方位角地被压。为了阻止在1μm激光光束情况下的波形成的增强并且达到如在10.6μm激光光束的情况下的类似的阻尼效应，根据本发明，对于以1μm激光的激光切割，将90°入射角的范围内吸收强度的梯度，尽可能与在10.6μm情况下的已知特性相似地调整或者优选最大化。
按照图2，这根据本发明通过如下方式得以实现，即：在1μm激光光束的情况下沿切割方向v，使用纯的P偏振(径向偏振)23或者是由P偏振23与S偏振(方位角偏振)24组成的、限定的混合，由此来调整所需要的耦入特性。借助于加工头中的适合的偏振装置、例如分段偏振式平面光学系统，激光束1设有所期望的偏振。
图3a示出了具有相对于辐照正面3的径向偏振、即具有P偏振23的激光束1，图3b示出了具有相对于辐照正面3的方位角偏振、即具有S偏振24的激光束1。
为了不仅在局部上地而且跨工件2的具有辐照正面3的材料厚度地减少辐照正面3的波形表面结构，替换或者附加于所需要的耦入特性的偏振调整地，使用具有图4中所示的、空间上的射束断面40的激光束1，所述射束断面具有在面朝入射激光束1的工件表面2a上的投射点(辐照正面边沿)3a上的强度最大值41并且具有沿着辐照正面3的、下降的强度。强度至少直至在点(辐照正面边沿)3b中达到工件下侧面2b时下降至其最小值42，其中，射束半径r至少包括了辐照正面3。优选根据材料厚度或者说待加工的材料深度(以及待加工的材料本身)来适配从强度最大值至强度最小值的边线的(负)斜率。所期望的强度分布可以选择性地在射束生成中已设定并且通过基于镜面的射束导向装置或者光纤光学系统传递给加工地点。替换地，可通过衍射、反射或者折射的光学系统或者通过空芯光纤或多包层光纤形式的传输光纤来生成具有高斯形或平顶强度分布的典型的强度分布。
替换或附加于已提到的措施，也可通过切割气体或者切割气体混合物的光学特性来适配在入射角α近似90°时的所期望的吸收特性，尤其是吸收强度的梯度。
图5示出了工件51在以径向偏振的激光束52激光切割时的倾斜的切割正面50，所述径向偏振的激光束垂直地投射到工件51上并且在进给方向v上在工件51上运动。如图6a-6c中所示，在此，所述切割正面50基于圆形的激光束52而在每个与激光束轴线S成直角的切割平面上具有几乎相同的半圆形切割正面轮廓，其中，各个切割正面轮廓基于切割正面跟随而沿进给方向v相互错开。半圆形切割正面轮廓的圆中心点M在工件上侧面53(工件平面A)上与激光束轴线S重合，并且激光束52进入工件51中越深(工件平面B、C)，基于切割正面跟随，半圆形的切割正面轮廓的圆中心点M与激光束轴线S离得越远。
如图6a中所示，在工件上侧面53上，径向偏振的E向量54始终平行于由半圆形切割正面轮廓的对应法线向量n和射束轴线S所张开的入射平面地振动。因此，在工件上侧面53上径向偏振完全作为P偏振起作用，这对于所有的入射角而言导致最大的菲涅尔吸收。半圆形切割正面轮廓的圆中心点M与射束轴线S相互之间间隔得越远(图6b、6c)，径向偏振越多地平均以变得越来越大的份额作为S偏振起作用。该S偏振在激光切割中出现的入射角情况下，与P偏振相比吸收得非常差。因为径向偏振仅仅在工件上侧面53上以P偏振起作用，所以基于在那里的提高的吸收，产生在激光切割中所不期望的、具有锥形边沿入口(Kanteneinlauf)的切割缝55。附加地，不能将整个功率潜能转化到进给中。
图7a-7c示出了工件71在利用由两个径向偏振的子射束72a、72b形成的激光束72(例如1μm激光光束)激光切割情况下的倾斜的切割正面70，所述激光束在进给方向v上在工件51上运动。所述两个子射束72a、72b在进给方向v上相互错开，其中，沿着进给方向v在前的子射束72a垂直地投射到工件上侧面73上并且优选具有比在后的子波束72b更高的功率密度。在图7a中，在后的子射束72b平行于在前的子射束72a走向并且由此同样垂直地投射到工件上侧面73上。在图7b中，在后的子射束72b相对于在前的子射束72a倾斜地走向，确切地说优选与倾斜的切割正面70平行或者至少近似平行地走向。在图7c中，两个子射束72a、72b通过唯一的、具有在进给方向v上相互错开的两个强度最大值的激光束72形成。
如图8a中所示，在工件上侧面73(工件平面A)上，前面的子射束72a的径向偏振的E向量74a始终平行于由半圆形切割正面轮廓的对应法线向量n和前面的子射束72a的射束轴线Sa所张开的入射平面地振动，并且由此被最大可能地吸收。如图8b中所示，在中间的工件区域(工件平面B)中，后面的子射束72b的径向偏振的E向量74b始终平行于由半圆形切割正面轮廓的对应法线向量n和后面的子射束72b的射束轴线Sb所张开的入射平面地振动，并且由此被最大可能地吸收。后面的子射束72b也导致在工件下侧面(工件平面C)上的与图6c相比更好的吸收。两个在进给方向v上相互错开的径向偏振的子射束72a、72b因此引起：所属的E向量74a、74b也在中间的和下部的板材区域内平行于入射平面投射进而被最大可能地吸收。由此可明显增加径向偏振的作用深度，这引起较恒定的能量输入进而平行的切割缝75、即切割棱边倾斜减小。同时，由于至少在中间的和下部的板材区域内的较宽的切割缝和提高的吸收，更好的气体耦入导致进给速度的提高。
在图7b中，倾斜的、在后的子射束72b的径向偏振在整个切割正面70上，近似作为P偏振起作用。在后的子射束72b有利地在布儒斯特角度下投射到倾斜的切割正面70上，由此在下部的工件区域中达到最大的吸收并且使切割缝75被扩宽。
在图7a、7b中所示的两个径向偏振化的子射束72a、72b可由一唯一的径向偏振激光束来生成，例如借助分光器，例如部分地伸进激光束中的楔形板。
图7c中所示的、具有两个强度最大值的射束断面可借助成像光学系统(例如衍射光学系统)由一个已经径向偏振的激光束来生成或者成形。替换地，进行射束成形的光学元件可以自行生成径向偏振。
图9示意性地示出了一种所属的激光切割设备90，具有用于生成尤其是已经径向偏振的激光束72的激光生成器91以及具有用于由激光束72生成两个径向偏振的子射束72a、72b的装置92。如上所述，所述装置91例如可以是分光器或者是进行射束成形的光学系统。
图10a-10c在对应于图7中的A-C的三个不同的工件平面中示出了工件101在用经条带偏振的圆形激光束102(例如1μm激光光束)的激光切割时的半圆形切割正面100。取代所示的圆形激光束102，可设想任意其他的射束横截面，其中，通过使用相应适配的条带偏振器来形成射束条带。激光束102通过多个(在此仅示例性地七个)沿激光束的进给方向v延伸的射束条带1031-1037来形成，所述射束条带分别具有不同的线性偏振方向(偏振向量)1041-1047。从沿着进给方向v走向的激光束纵向中间平面(条带中间平面)105出发，在所述线性偏振方向1041-1047与激光束纵向中间平面105之间所分别形成的角度β从中间的射束条带1034朝向在外的两个射束条带1031、1037去地增大。分别这样来选择在射束条带1031-1037中的线性偏振方向1041-1047：使得其与各自所配置的射束条带的切割正面前轮廓的法线平行地走向。在所示的圆形激光束102的情况下，这样来选择各个射束条带1031-1037中的偏振方向1041-1047，使得其在切割正面前轮廓上指向射束中间点轴线S。在各个射束条带1031-1037中，因此这样来选择偏振方向：使得入射的激光束102的E向量1041-1047在整个工件厚度上几乎平行于对于入射平面地振动并进而最大可能地被吸收。换句话说，沿着切割正面100局部地调整出可以说径向的偏振。
如图10a-10c所示，激光光束102基于经线性偏振的射束条带1031-1037而在整个切割正面100上并且在每个工件平面中以P偏振方式投射，这对于所有的入射角而言，导致最大的菲涅尔吸收和吸收强度。因为在条带偏振的情况下，作用深度在整个工件厚度上延伸，所以不再出现边沿入口，并且激光功率可最佳地被转化为进给。通过垂直的切割棱边来改进切割品质。此外，通过减小的反射功率来减少毛刺构成和表面粗糙度。
射束条带1031-1037的数量以及其宽度可任意进行改变，其中，必需至少两个射束条带。此外，这些条带并不是强制性平行地构造，而是例如也可以是楔形的。
图11示意性地示出了一种所属的激光切割设备110，所述激光切割设备具有用于生成激光束112的激光生成器111以及具有用于由激光束112生成具有其经线性偏振的射束条带1031-1037的激光束102的条带偏振器113。呈描述过的形式的所述条带偏振器113是与方向相关的，也就是说，所述条带偏振器应向进给方向v对准，因此，E向量1041-1047平行于入射平面振动。在一线性偏振的、投射到条带偏振器113上的激光束112的情况下，该条带偏振器同样应与方向相关地进行转动。
如图12中所示，在可绕激光束轴线转动的条带偏振器113之前布置一可绕该激光束轴线转动的、例如呈可转动的λ/2小板形式的偏振转换器114，以便相应地转动入射激光束112的线性偏振方向。两个光学部件113、114的转动角度不是强制性设置得相等。对此，它们可要么彼此独立地被转动，要么通过以限定的转换比耦合而相互连接。
可转动的偏振转换器114的原理不限于结合(同样可转动的)条带偏振器113的应用，而是可以一般地转移到与方向相关的偏振光学系统上。
入射激光束112的线性偏振不仅可以在谐振器内部、即在激光生成器111内生成，也可通过(未示出的)转化光学系统生成，并且可通过自由射束传播或者通过保持偏振的光纤被输送给偏振转换器114或者条带偏振器113。
已描述的光学部件不仅可透射式实施，而且可反射式实施。此外，条带偏振器113不是强制性地直接布置在聚焦装置前、在这在聚焦透镜115前，而是也可以设置在激光生成器111中或者射束引导装置的另外的部位上。

Claims (25)

1.用于工件(2)的激光材料加工、尤其是用于激光切割或者激光焊接的方法，其中，借助激光束(1)使所述工件(2)的至少一部分熔融和/或汽化，并且通过加入激光束(1)与工件(2)之间的相对运动构成辐照正面(3)，其特征在于，根据所期望的加工结果来调整所述辐照正面(3)的表面结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述激光束(1)的射束特性、尤其是偏振和/或射束断面的适当选择来调整所述辐照正面(3)的表面结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述激光束(1)的偏振来影响在90°左右入射角(α)区域内的吸收强度的梯度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述激光束(1)的射束断面来影响所述辐照正面(3)上的温度分布，进而影响所述辐照正面(3)的表面结构。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(1)的至少一部分、尤其绝大部分是径向偏振的，进而将吸收强度的梯度为了激光切割而优选最大化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(1)的至少一部分、尤其绝大部分是方位角偏振的，进而将吸收强度的梯度为了激光焊接而优选最小化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(1)由径向偏振和方位角偏振的混合来形成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(1)具有空间上的射束断面(40)，尤其是具有环模式，所述空间上的射束断面具有在外半径区域中的强度最大值(41)和具有朝向所述射束断面(40)的中心(42)减小的强度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以如下方式来调整所述射束断面(40)，即，强度最大值(41)基本上与面朝入射的激光束(1)的工件侧面(2a)上的辐照正面边沿(3a)重合，并且强度最小值(42)基本上与背离入射的激光束(1)的工件侧面(2b)上的辐照正面边沿(3b)重合。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述射束断面(40)相应于平顶强度分布，所述平顶强度分布在中心具有局部的、优选呈反转的高斯轮廓形式的最小值。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述强度水平、尤其是强度最大值(41)和强度最小值(42)根据所述工件(2)的厚度被适配和/或能被参数化。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，射束断面直径、尤其是多个强度最大值(41)和强度最小值(42)根据所述工件(2)的强度被适配和/或能被参数化。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(1)相对面朝入射的激光束(1)的工件侧面(2a；73)以在约70°至110°范围内的入射角、尤其是几乎垂直地取向。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在入射角接近90°的情况下，通过切割气体或者切割气体混合物的光学特性来适配吸收特性、尤其是吸收强度的梯度，并且由此来调整所述辐照正面(3)的表面结构。
15.尤其根据前述权利要求中任一项所述的、用于激光切割工件(71)的方法，其中，借助激光束(72)使所述工件(71)的至少一部分熔融和/或汽化，并且通过加入所述激光束(72)与所述工件(71)之间的相对运动在所述工件(71)上构成切割正面(70)，其特征在于，所述激光束(72)通过至少两个径向偏振的子射束(72a、72b)来形成，这些子射束沿所述激光束的进给方向(v)相互错开；或者，所述激光束(102)通过多个沿所述激光束的进给方向(v)延伸的、分别具有不同的线性偏振方向(1041-1047)的射束条带(1031-1037)来形成，其中，由沿进给方向(v)走向的激光束纵向中间平面(105)出发，在所述线性偏振方向(1041-1047)和所述激光束纵向中间平面(105)之间分别形成的角度(β)，朝向在外的射束条带地增大。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，沿所述激光束的进给方向(v)在前的子射束(72a)以约70°至110°范围内的入射角、尤其是几乎垂直地投射到面朝入射的激光束的工件侧面(73)上。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述沿所述激光束的进给方向(v)在前的子射束(72a)具有比在后的子射束(72b)更高的功率密度。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，沿所述激光束的进给方向(v)在后的子射束(72b)相对所述在前的子射束(72a)平行地或者倾斜地走向。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于，在后的子射束(72b)平行或者至少几乎平行于所述切割正面(70)走向。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个子射束(72a、72b)通过一唯一的、具有沿所述激光束的进给方向(v)相互错开的两个强度最大值的激光束来形成。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述射束条带(1031-1037)的线性偏振方向(1041-1047)分别与对应的射束条带(1031-1037)的切割正面前轮廓的法线平行地走向。
22.根据权利要求15或21所述的方法，其特征在于，所述射束条带(1031-1037)的线性偏振方向(1041-1047)相应于对应的进给方向(v)被带动转动。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束(1)具有在约500nm至约5μm范围内、尤其在约1μm范围内的波长。
24.用于激光切割工件(71；101)的设备(90；110)，具有用于产生激光束(72；112)的激光生成器(91；101)以及具有用于由所述激光束(72；112)来产生至少两个径向偏振的子射束(72a、72b)或者一经条带偏振的激光束(102)的装置(92；113)。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，条带偏振器(113)能绕激光束轴线转动地受支承，并且在所述条带偏振器(113)之前设置能绕所述激光束轴线转动支承的偏振转换器(114)，所述偏振转换器使投射到所述条带偏振器(113)上的激光束(112)的线性偏振方向相应地转动。
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