CN107073645B - 具有平行错位单元的激光材料加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

具有平行错位单元的激光材料加工设备
技术领域
本发明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。
背景技术
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DE10 2005 047 328 B3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DE 10 2010 049 460 A1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EP1 656 234 B1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。
发明内容
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。
根据本发明，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发明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，可选地直接在平行错位单元之前，且若需要则在射束成形装置之后，可选地直接在射束成形装置之后。偏振装置包括下述组件，其使得可以调整所期望的偏振类型，例如线性偏振或圆形偏振或椭圆形偏振。可选地，偏振装置可设置成产生可动态匹配的偏振。偏振装置可包括运动件，该运动件使得可以匹配束运动的动态调整偏振。
激光材料加工设备可具有用于移动激光束的焦点位置的装置，其在激光束的传播方向上被布置在聚焦装置之前，可选地直接在聚焦装置之前，且可选地直接被布置在射束偏转单元之后。由此可以改变焦点位置，即，沿着z方向定位激光焦点。由此使得可以三维加工工件。用于移动焦点位置的装置可被设计成，使得光学元件或光学组件沿着激光束的传播方向可相对于固定的光学系统移动，从而由此根据该移动改变焦点位置。用于移动焦点位置的装置可被集成到聚焦装置中。替选地或补充地，聚焦装置也可借助于调整件移动。
附图说明
下文中结合附图根据实施例描述本发明：附图中：
图1为根据本发明的激光材料加工设备的示意图；
图2为根据本发明的平行错位单元的示意图；
图3为用于说明平行错位的示意图；以及
图4为根据另一实施例的根据本发明的激光材料加工设备的示意图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的激光材料加工设备10的示意图。该设备可具有激光源12，或被布置在来自激光源12的激光束的光路上。激光束例如可以是连续的激光束或脉冲式的激光束(例如，超短脉冲激光束)。此外，设备10具有平行错位单元14、射束偏转单元16以及聚焦装置18，其在图1所示的情况下以该顺序相继地被布置。
可选地，射束偏转单元16具有两个运动的镜(例如，具有检流计驱动器)，用于沿着两个方向偏转激光束。第一反射镜可相对于工件20的表面沿着第一方向例如x方向影响第一激光束偏转。相应地，可在第一角度区域内实现第一偏转。即，可首先一维地实现在射束偏转单元中的第一偏转。在设置第二反射镜的情况下，该第二反光镜可选地被连接在第一反射镜之后，且被布置在通过第一反射镜偏转的激光束的光路中。由此，首先一维被偏转的激光束可相对于工件20的表面沿着诸如y方向的第二方向借助于第二反射镜被偏转，其中，第一和第二方向相互可选成直角地被定向。即，可实现在第二角范围内的第二偏转，且由此可以实现在射束偏转单元16中的二维偏转。因此，可通过叠加两个在x方向和y方向上的偏转实现在工件20的表面上的任意轨迹。
待加工的工件20可被布置和/或保持在工件夹具22中。工件20的表面可限定在x方向和/或y方向上。由此借助于在射束偏转单元16中快速运动的镜，如借助于具有检流计驱动器的镜，可实现在x方向和y方向上快速和精确定位。在工件20相对于激光器所期望的相对运动时，工件夹具22可被设计成可借助于调整件行进。
激光材料加工设备10可具有控制装置24，该控制装置被设置成控制或调节平行错位单元14、射束偏转单元16和/或聚焦装置18。在调节的情况下，此外设置用于获取参数和/或状态信息的传感器(未示出)，其如获取激光束的位置。这使得可以更好地调整激光束，用于优化过程或校正。
在图2中示出根据本发明的平行错位单元14的示意图。平行错位单元具有可旋转的反射镜(例如，具有检流计驱动器)26以及两个固定的反射镜28和30。在此，可以使得待移位的激光束在该情况下从左下部首先入射到可旋转的反射镜26上，朝向第一固定镜28且然后朝向第二固定镜30被偏转，且最后重新在可旋转的反射镜26上被反射。
如通过图2中的虚线所示的，在镜组件中环绕的激光束发散，直至在可旋转的反射镜上相对于光轴重新反射。针对可旋转镜的每个旋转角度可实现的平行错位(或平行移动)可根据镜相互间的距离调整
如在图2中看到的，平行错位单元14可被设计成使得激光束借助于镜组件被反射四次。在平行错位单元14中的进入反射和离开反射，即，第一反射和最后反射可在可旋转的反射镜26上实现。该可旋转的反射镜由此补偿环绕的激光束的角度差，且允许从平行错位单元14中放出的激光束根据可旋转镜26的旋转角度平行地被移位。平行错位单元也可被实施有其他偶数个固定镜。
在图2所示的实施例中，平行错位单元14的镜26、28、30被布置成基本三角形的。
可选地，镜26、28、30被设置成使得入射平行错位单元14的激光束、在平行错位单元14中环绕的束和/或从平行错位单元14离开的激光束是基本同面的或在一个面中。平行错位单元14的镜26、28、30可被设置成使得平行错位单元的镜的镜面上的法线(换而言之，镜的面法线)在一个平面中。
可选地，平行错位单元14的反射镜以及射束偏转单元16的反射镜被实施成平面镜，即，基本不带有表面弯曲。此外，所述镜可具有针对确定激光波长和/或激光功率的一个或多个层。平行错位单元14的可旋转镜26和/或在射束偏转单元16中用于偏转的镜此外可选地被设计用于小的惯性矩。这使得在射束偏转单元16中可以快速定位用于偏转激光束的镜，且这使得在平行错位单元14中可快速平行错位(或平行移动)激光束，从而调整激光束轴的入射角。
为了使得可在两个空间方向上平行移动激光束，两个平行错位单元可选地相继布置，且因此相互光学耦合，使得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)平行地移位(或移动)。其他(第二)平行错位单元可再次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是可旋转的，用于在第二平行错位单元中平行错位激光束。由此通过两个平行错位单元的激光束可沿着两个空间方向平行错位。这使得可将激光束轴的入射角在两个方向上，例如在x方向和y方向上相对于工件表面倾斜。由此可产生例如圆锥形孔或具有限定的边缘角度的切口。
可选地，涉及两个平行错位单元的镜的布置，使得入射到第一平行错位单元14的激光束、在第一平行错位单元14中环绕的束和/或从第一平行错位单元14离开的激光束是基本同面的，且入射到第二平行错位单元14的激光束、在第二平行错位单元14中环绕的束和/或从第二平行错位单元14离开的激光束是基本同面的。第一和第二平行错位单元14的镜26、28、30可被设置成使得镜面上的法线分别在一个平面中。
图3示出说明激光束轴的入射角如何通过平行错位(或平行移动)在工件上改变的示意图。激光束L示出借助于平行错位单元14平行于光轴oA被移位(或被移动的)激光束。如在图3中所示的那样，该被平行错位的激光束L可入射到聚焦装置(例如，透镜)18上。在图1中示例性示出的布置的情况下，用于在工件表面上引导激光束轨迹的射束偏转单元16被布置在平行错位单元14与聚焦装置18之间，即，直接在平行错位单元14之后，且直接在聚焦装置18之前。
在聚焦装置18上的激光束L的辐射状入射点与光轴oA的距离d可通过借助于平行错位单元14平行于光轴oA移位(或移动)激光束L而被调整。激光束以倾斜角α从聚焦装置18离开，该倾斜角如在图3中所示利用激光束L的辐射状入射点距光轴oA的距离而改变。若工件WS的位置不改变，则在工件WS上的激光束轴的入射角β通过倾斜角a而改变，激光束轴以倾斜角α从聚焦装置18离开。如在此被示出用于示例性说明的那样，若激光束L平行于光轴oA入射到聚焦装置18上，即，未通过射束偏转单元16偏转，则被定位在工件表面上用于加工的激光焦点在光轴oA上。若激光束L在聚焦装置18上入射时朝向光轴oA倾斜，则被定位在工件表面上用于加工的激光焦点不在光轴oA上。
图4示出根据本发明的另一实施例的激光材料加工设备10的示意图。激光材料加工设备可具有射束成形装置(例如，束扩张装置)32、偏振装置34、用于移动焦点位置的装置36和分光镜38。
用于改变激光束直径的射束成形装置32可在激光束的传播方向上被布置在平行错位单元14之前、可选地直接被布置在平行错位单元14之前。射束成形装置(例如，束扩张装置或束缩小装置)32例如可通过望远镜实现。射束成形装置32的布置可被设计成使得其被连接在激光源12与偏振装置34之间，可选地直接在激光源12之后，或可选地直接在偏振装置34之前。在设置束扩张装置形式的射束成形装置32的情况下，该射束成形装置产生更大的激光束直径，该激光束直径可通过聚焦装置18(例如，单个透镜或透镜系统)形成更小的激光焦点直径。
偏振装置34可在激光束的传播方向上被布置在平行错位单元14之前，可选地直接在平行错位单元之前，且在射束成形装置32之后，可选地直接在射束成形装置之后。偏振装置34包括组件，其使得可以调整所期望的偏振类型，例如线性偏振或圆形偏振或椭圆形偏振。可选地，偏振装置可包括运动件，该运动件使得可以匹配束运动的动态调整偏振。
如在图4中看到的那样，激光材料加工设备10此外可具有用于移动焦点位置的装置36，焦点位置可借助于用于移动焦点位置的装置沿着光轴，即，沿着所示的z方向被移动。用于移动焦点位置的装置36可在激光束的传播方向上被布置在聚焦装置18之前，且可选地直接被布置在射束偏转单元16之前或之后。用于移动焦点位置的装置36可具有光学元件或光学组件，其沿着激光束的传播方向可相对于(例如，固定的)光学系统移动。基本上，聚焦装置18也可被设计成可借助于调整件行进，从而使得可以无级地调整工作状态。通过用于移动焦点位置的装置36，焦点位置可在工件20上变化，且可实现沿着z方向(即，沿着光轴)加工工件20。
在图4的情况下，可选地设置分光镜38，该分光镜被设计成使得激光束和/或通过聚焦装置18获取的电磁辐射(例如，光)可从激光器的光路耦出，例如用于监控束或监控过程。分光镜38例如在激光束的传播方向上被布置在射束偏转单元16之后，且被布置在聚焦装置18之前，可选地直接在聚焦装置之前。
通过所示的分光镜38可实现，通过聚焦装置18获取的、在该位置上被耦出的激光束和/或被耦出的电磁辐射(例如，光)可被偏转至可选地设置的监测装置(未示出)。
监测装置此外可具有相机传感器，其例如通过相机物镜与分光镜38光学耦合。工件表面的激光束和/或通过聚焦装置18获取的电磁辐射(例如，光)可被引导至分光镜38，在分光镜38上从激光器的光路被耦出，且最后被偏转至用于过程监控的相机传感器。控制装置24可因此被设计成控制平行错位单元14，射束偏转单元16，聚焦装置18，以及若需要则控制其他部件，如激光源12、用于移动焦点位置的装置36、射束成形装置32和偏振装置34。
用于聚焦激光束的聚焦装置18可被实施成单个透镜、透镜系统或镜系统。优选地，聚焦装置18被实施成固定的，且通过用于移动焦点位置的装置36实现焦点位置的变化。
替选地或补充地，用于移动焦点位置的装置36可被连接在平行错位单元14与射束偏转单元16之间，可选地直接在平行错位单元14之后，或可选地直接在射束偏转单元16之前。此外，其余部件可如上所述地被设置。
应注意，聚焦装置18基本上可被布置在射束偏转单元16之前，可选地直接在射束偏转单元之前。此外，聚焦装置18也可与用于移动焦点位置的装置36组合且以集成的方式被构建。
基本上，上述的分光镜38也可被布置在激光器的光路中的另一位置上。例如，分光镜38的布置可被选择成，使得在激光束在传播方向上看可在聚焦装置18之前，可选地直接在聚焦装置之前耦出。
在灵活匹配激光材料加工设备10的意义下，平行错位单元14、射束偏转单元16、聚焦装置18以及若需要则其他的部件、如激光源12、射束成形装置32、偏振装置34、用于移动焦点位置的装置36和分光镜38可模块化地被实施，且被设计成可更换的。
此外，可选地提出，激光材料加工设备10具有气体喷嘴，该气体喷嘴被设计成将定向的气体束产生到工件表面上。这使得可以改进加工质量。诸如氮气的反应惰性的或惰性的气体可用作为所述气体。气体喷嘴的设计方案可匹配激光加工过程。
为了改进在激光材料加工时的精度。此外可选地设置束旋转器，其被设计成产生激光束围绕旋转轴旋转的强度轮廓。在该情况下，束旋转器可在激光束的传播方向上相继具有一个或多个旋转的光学元件。特别地，束旋转器可借助于反像棱镜(道威棱镜)的棱镜或镜组件实现。特别地，激光束的强度分布的旋转改进了孔的圆度。
此外，控制装置24可被设置成使得实施对射束偏转单元16、平行错位单元14、聚焦装置18、用于移动焦点位置的装置36和/或激光源12的同步控制。特别地，可数字地实现对部件的控制，其中，设置用于单个部件的可选分开的控制卡(例如，射束偏转单元、平行错位单元等)。控制卡可通过中央控制装置、例如，在计算机或取决于计算机的控制单元上的合适的软件被控制。控制卡确保对部件的同步和抗干扰的控制。
最后可注意，激光材料加工设备可选地为用于实施孔、可选地实施微孔的激光材料加工设备，其中，孔直径可在微米范围中，可选地在500μm之下，或可选地在200μm之下。
基本上，本发明也可涉及用于激光材料加工的设备(或激光材料加工设备)与待加工的材料、可选地待激光加工的板材的组合。
所有上述的实施例和变型方案可用于激光材料加工设备10，可分别充分地单独使用或组合使用。

Claims (19)

1.一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)的第一方向偏转限定激光束轴的激光束(L)从而在工件表面上引导激光束(L)轨迹；
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，其中所述至少三个反射镜中的两个是固定反射镜(28、30)，并且其中平行错位单元(14)被设计成，使得激光束借助于反射镜组件被反射四次，其中平行错位单元(14)被配置为从平行错位单元(14)中放出的激光束根据平行错位单元(14)的可旋转的反射镜(26)的旋转角度相对于彼此平行地被移位；以及
聚焦装置(18)，用于将借助于平行错位单元(14)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，其中
通过调节借助平行错位单元(14)进行的平行错位能够改变激光束轴在工件上的入射角。
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，使得激光束可沿着第一方向和第二方向偏转。
3.根据权利要求1或2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(14)的各镜的镜面上的法线位于一个平面中。
4.根据权利要求1或2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平行错位方向平行错位。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其具有用于移动激光束的焦点位置的装置(36)，该用于移动激光束的焦点位置的装置在激光束的传播方向上被布置在聚焦装置(18)之前。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其具有控制装置(24)，该控制装置被设置成，使得执行同步控制射束偏转单元(16)、平行错位单元(14)、聚焦装置(18)、用于移动焦点位置的装置(36)和/或激光源(12)。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其具有分光镜(38)，该分光镜在激光束的传播方向上被设置在聚焦装置(18)之前，且所述分光镜被设置成，将激光束和/或通过聚焦装置(18)获取的电磁辐射从激光器光路中耦出。
8.根据权利要求7所述的设备，其具有监测装置，该监测装置与分光镜(38)光学耦合，且该监测装置被设置成获取被耦出的激光束和/或被耦出的电磁辐射。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其中，设有用于改变激光束直径的射束成形装置(32)，该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(14)之前。
10.根据权利要求1或2所述的设备，其中，设有偏振装置(34)，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(14)之前。
11.根据权利要求1或2所述的设备，其中，射束偏转单元(16)被布置在平行错位单元(14)与聚焦装置(18)之间。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其此外具有工件夹具(22)，工件(20)被布置和/或被保持在该工件夹具中。
13.根据权利要求7所述的设备，其中，所述分光镜(38)在激光束的传播方向上被直接设置在聚焦装置(18)之前。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，射束偏转单元(16)被直接布置在平行错位单元(14)之后。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，射束偏转单元(16)被直接布置在聚焦装置(18)之前。
16.根据权利要求2所述的设备，其中，第一方向和第二方向相互成直角。
17.根据权利要求4所述的设备，其中，平行错位方向相互成直角。
18.根据权利要求5所述的设备，其中，用于移动激光束的焦点位置的装置(36)在激光束的传播方向上被布置在射束偏转单元(16)之后。
19.根据权利要求10所述的设备，其中，所述偏振装置(34)在激光束的传播方向上被布置在射束成形装置(32)之后。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3195041B1 (en) * 2015-08-14 2022-05-11 Laser Engineering Applications Machining device
WO2018013901A2 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 TeraDiode, Inc. Material processing utilizing a laser having a variable beam shape
BE1025341B1 (fr) * 2017-06-27 2019-02-04 LASER ENGINEERING APPLICATIONS S.A. en abrégé LASEA S.A. Méthode pour structurer un substrat
US10705327B2 (en) 2018-01-02 2020-07-07 Industrial Technology Research Institute Light emitting method and light emitting device
CN110625274B (zh) * 2019-11-05 2021-12-21 南京先进激光技术研究院 一种密集孔激光精密加工方法
WO2022038682A1 (ja) * 2020-08-18 2022-02-24 株式会社ニコン 光学装置および加工装置
CN112296537B (zh) * 2020-10-23 2022-05-17 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种转捩带切割激光发射对位装置
EP4032652A1 (de) * 2021-01-26 2022-07-27 Precitec GmbH & Co. KG Materialbearbeitung mittels laserstrahl mit wobbel-bewegung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101772398A (zh) * 2007-08-03 2010-07-07 浜松光子学株式会社 激光加工方法、激光加工装置及其制造方法
CN102000917A (zh) * 2010-10-25 2011-04-06 苏州德龙激光有限公司 Led晶圆激光内切割划片设备
CN203221280U (zh) * 2013-02-19 2013-10-02 深圳市海目星激光科技有限公司 一种紫外激光加工装置
CN103372721A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 株式会社迪思科 激光加工装置和激光加工方法
DE102012111090A1 (de) * 2012-11-19 2014-03-20 Scanlab Ag Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlenganges
CN103692090A (zh) * 2013-12-19 2014-04-02 苏州德龙激光股份有限公司 触控面板用loca胶的激光切割装置和方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2000321A (en) * 1933-10-20 1935-05-07 North American Chemical Compan Magazine shoe filler unit
US3742182A (en) * 1971-12-27 1973-06-26 Coherent Radiation Method for scanning mask forming holes with a laser beam
CA1107105A (en) * 1977-06-10 1981-08-18 Steven K. Harbaugh Optical scanner and system for laser beam exposure of photo surfaces
US4323307A (en) * 1980-06-06 1982-04-06 American Hoechst Corporation Light beam scanning apparatus
US4655547A (en) * 1985-04-09 1987-04-07 Bell Communications Research, Inc. Shaping optical pulses by amplitude and phase masking
DE3709351A1 (de) * 1987-03-21 1988-09-29 Heraeus Gmbh W C Strahlfuehrungsoptik fuer laserstrahlung
JPH0616952B2 (ja) * 1988-08-05 1994-03-09 日本電気株式会社 レーザ光エネルギー管理方法
US5017755A (en) * 1988-10-26 1991-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of repairing liquid crystal display and apparatus using the method
JPH0757427B2 (ja) 1989-12-08 1995-06-21 三菱電機株式会社 レーザ切断加工機
JPH05228673A (ja) * 1992-02-18 1993-09-07 Toshiba Corp レ−ザ−加工装置
DE4404141A1 (de) * 1994-02-09 1995-08-10 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur Laserstrahlformung, insbesondere bei der Laserstrahl-Oberflächenbearbeitung
JP2993479B2 (ja) * 1997-10-09 1999-12-20 日本電気株式会社 レーザパワーモニタ装置
JPH11156567A (ja) * 1997-12-02 1999-06-15 Fuji Electric Co Ltd レーザ印字装置
JP2003161907A (ja) * 2001-11-28 2003-06-06 Sunx Ltd レーザビーム径可変装置
US7405114B2 (en) * 2002-10-16 2008-07-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP3822188B2 (ja) * 2002-12-26 2006-09-13 日立ビアメカニクス株式会社 多重ビームレーザ穴あけ加工装置
JP4299185B2 (ja) * 2004-04-27 2009-07-22 株式会社ディスコ レーザー加工装置
US20080124816A1 (en) * 2004-06-18 2008-05-29 Electro Scientific Industries, Inc. Systems and methods for semiconductor structure processing using multiple laser beam spots
DE102004053298B4 (de) 2004-08-26 2008-10-09 ARGES Gesellschaft für Industrieplanung und Lasertechnik m.b.H. Scankopf als Teil einer Laser Bohr- und Schneideinrichtung
US7371596B2 (en) * 2004-12-30 2008-05-13 Semicube, Inc. Parallel-beam scanning for surface patterning of materials
DE202005006838U1 (de) * 2005-04-29 2006-08-31 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Optisches Modul zum Einbau in den Laser einer Laserbearbeitungsmaschine
DE102005047328B3 (de) 2005-06-28 2006-12-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Bohren und für den Materialabtrag mittels Laserstrahl
KR101236632B1 (ko) * 2005-12-23 2013-02-22 트룸프 베르크초이그마쉬넨 게엠베하 + 코. 카게 스캐너 헤드 및 관련 공작 기계
KR100819616B1 (ko) * 2006-03-13 2008-04-04 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 레이저 가공 장치
CN101786200B (zh) * 2010-02-26 2012-01-25 华中科技大学 一种自由曲面上的投影式激光刻蚀方法
CN101870039B (zh) * 2010-06-12 2014-01-22 中国电子科技集团公司第四十五研究所 双工作台驱动激光加工机及其加工方法
DE102010032958A1 (de) * 2010-07-30 2012-02-02 Messer Cutting & Welding Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Bearbeiten eines Werkstücks mittels Laserstrahl
DE102010049460A1 (de) 2010-09-13 2012-03-15 Laser- Und Medizin-Technologie Gmbh, Berlin Trepanieroptik
JP2014513811A (ja) * 2011-03-01 2014-06-05 ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・コーポレイション レーザビーム放射照度制御システム
DE102011006152A1 (de) * 2011-03-25 2012-09-27 BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH Trepanieroptik zur Einstellung und Variation eines Propagationswinkels und einer lateralen Versetzung elektromagnetischer Strahlung
EP2780753B1 (en) * 2011-11-15 2017-09-13 GE Healthcare Biocience Bio-Process Corp Mode-switchable illumination system for a microscope
DE102012101643A1 (de) * 2012-02-29 2013-08-29 Scanlab Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ablenken von elektro-magnetischer Strahlung, Vorrichtung und Verfahren zum Bestrahlen eines Körpers
DE102013210078B4 (de) * 2013-05-29 2015-04-30 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung, Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Bestimmung der Fokusposition eines Hochenergiestrahls
DE102013218421A1 (de) * 2013-09-13 2015-04-02 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung, insbesondere zur Regelung, eines Schneidprozesses
ES2928240T3 (es) * 2018-01-24 2022-11-16 Glaxosmithkline Ip Dev Ltd Compuestos novedosos para el tratamiento de infecciones parasitarias

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101772398A (zh) * 2007-08-03 2010-07-07 浜松光子学株式会社 激光加工方法、激光加工装置及其制造方法
CN102000917A (zh) * 2010-10-25 2011-04-06 苏州德龙激光有限公司 Led晶圆激光内切割划片设备
CN103372721A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 株式会社迪思科 激光加工装置和激光加工方法
DE102012111090A1 (de) * 2012-11-19 2014-03-20 Scanlab Ag Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlenganges
CN203221280U (zh) * 2013-02-19 2013-10-02 深圳市海目星激光科技有限公司 一种紫外激光加工装置
CN103692090A (zh) * 2013-12-19 2014-04-02 苏州德龙激光股份有限公司 触控面板用loca胶的激光切割装置和方法

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