CN110102911B - 用于利用激光加工设备加工工件的方法和激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于利用激光加工设备加工工件的方法和激光加工设备。激光加工设备（10）具有用于产生激光束（12）的激光器（11），所述激光束经由偏转装置（15）根据通过控制单元（14）预先给定的图形偏转并且定向到工件（13）的要加工的工件表面（17）上。偏转的激光束（12b）在工件表面上的射中位置（18）在圆形的阴影面之内沿着至少一个螺旋轨道引导。螺旋轨道的特征在于螺旋轨道参数。螺旋轨道参数是螺旋轨道与伸展经过螺旋轨道的中心的轴的相邻的交点之间的线间距（a）。

Description

用于利用激光加工设备加工工件的方法和激光加工设备

技术领域

本发明是申请号为201380063252.2、申请日为2013-12-03、发明名称为“用于利用激光加工设备加工工件的方法和激光加工设备”的发明专利申请的分案申请。本发明涉及用于利用借助于激光束来加工工件的激光加工设备加工工件的方法以及激光加工设备。

背景技术

根据本发明的方法或根据本发明的激光加工设备用于：在工件上剥离材料，尤其以便在工件上产生切削刃、前刀面和/或后刀面并且制造切割工具。

这种方法和激光加工设备例如从DE 10 2009 044 316 A1中已知。激光束脉冲在脉冲或阴影面之内被定向在工件表面上并且在那里射到工件上。在激光束脉冲的射中位置处，材料被从工件上剥离。通过工件和阴影面之间的相对移动，于是根据所述移动在工件上执行材料剥离。阴影面在此类似于铣工具或其他的切削工具相对于工件移动。

发明内容

该方法证实为是极其成功的。本发明基于如下任务，改进已知的设备或已知的方法，以便改进制造的产品、例如切割工具或者加工的工件的质量。

所述任务根据如下所述的方法和激光加工设备来解决。根据本发明的用于加工工件的方法，所述方法利用具有用于产生激光束的激光器的激光加工设备，所述方法利用布置在激光束的光路中的能控制的偏转装置，所述偏转装置在工件加工期间将从所述激光器射入的激光束偏转到至少两个空间方向上并且将被偏转的所述激光束定向到所述工件上，以及所述方法利用用于所述工件和所述偏转装置相对彼此定位和/或移动的定位装置，其中所述偏转装置在工件表面上的阴影面之内沿着至少一个螺旋轨道移动被偏转的所述激光束的射中位置，其中将所述螺旋轨道与伸展经过所述螺旋轨道的中心的轴的两个相邻的交点之间的线间距设定为描述至少一个螺旋轨道的螺旋轨道参数，或者从预先给定的数据中选择，以便影响所述阴影面之内的材料剥离。相应地，根据本发明的用于加工工件的激光加工设备，所述激光加工设备：具有用于产生激光束的激光器，具有布置在激光束的光路中的能由控制单元控制的偏转装置，所述偏转装置在工件加工期间将从所述激光器射入的激光束偏转到至少两个空间方向上并且将被偏转的所述激光束定向到所述工件上，具有用于所述工件和所述偏转装置相对彼此定位和/或移动的定位装置，其中所述控制单元控制所述偏转装置，使得在所述工件表面上的阴影面之内沿着至少一个螺旋轨道移动被偏转的所述激光束的射中位置，其中借助于所述控制单元将所述螺旋轨道与伸展经过所述螺旋轨道的中心的轴的两个相邻的交点之间的线间距设定为描述至少一个螺旋轨道的螺旋轨道参数，或者从预先给定的数据中选择，以便影响所述阴影面之内的材料剥离。

根据本发明，借助于激光器产生激光束。所述激光器优选为脉冲激光器，使得激光束通过激光束脉冲形成。在激光束的光路中存在能由控制单元控制的偏转装置。由激光器放射的入射到偏转装置中的激光在工件加工期间被偏转到至少两个空间方向上并且在具有预先给定的轮廓的阴影面之内被定向到工件表面上。在阴影面之内，通过偏转装置，被偏转的激光束的射中位置沿着至少一个预先给定的螺旋轨道移动。螺旋轨道从中心至外部的轨道端点的半径大致对应于阴影面的半径。所述阴影面和工件在加工期间借助于定位装置相对彼此定位和定向并且尤其也相对彼此移动。优选地，定位装置具有多个旋转轴和/或线性轴形式的机器轴以用于工件和偏转装置相对彼此定位和/或移动。

根据本发明，根据加工任务和/或工件材料和/或激光器的脉冲持续时间或脉冲频率和/或设定的激光功率和/或其他的影响加工的边界条件，通过选择或设定至少一个螺旋轨道参数来设定激光器在阴影面之内的能量输入，所述螺旋轨道参数描述螺旋轨道从中心至外部的轨道端点的变化。能够至少将螺旋轨道的线间距用作为螺旋轨道参数。螺旋轨道的线间距能够理解为螺旋轨道的两个直接相邻的与伸展经过螺旋轨道的中心的直线或轴的交点之间的间距。换而言之，沿径向方向，将始于螺旋轨道的中心的螺旋轨道的各个螺旋回转的间距看作线间距。线间距优选地是不均匀的并且能够例如始于螺旋轨道的中心径向向外连续增加或连续减小地设定。

根据线间距，预先给定在阴影面之内的激光束的能量输入的分布。能量输入例如在阴影面的边缘区域中和/或在阴影面的中央中大于在阴影面的其他的位置处的。因此，能够经由线间距设定用于材料剥离的适当的剥离轮廓，所述剥离轮廓在阴影面和工件之间的相对移动中产生。由此，能够经由线间距设定用于当前加工任务的剥离轮廓并且据此校准。

在工件加工期间，阴影面沿着工件表面移动并且在此产生材料剥离，当阴影面完全地在工件表面内射到工件上且不仅仅部分地与工件表面重叠时，所述材料剥离具有槽的形状。在此产生剥离轮廓，这就是说所述剥离轮廓对应于制造的槽的横截面轮廓。经由线间距和必要时另外的螺旋轨道参数能够影响剥离轮廓并且匹配于加工任务。在径向从螺旋轨道的中心向外观察下降的线间距的情况下，能够产生剥离轮廓的更陡的槽侧壁或侧壁。这例如在用于在剥离轮廓的侧壁上实现小的表面粗糙度的刨光时是有利的。在刨光工件时，仅需要少的材料剥离，使得在阴影面的中央引入的、用于激光剥离的能量相对于在阴影面的边缘区域中的较高的能量输入能够被降低。通过这种设定也能够实现小的切削刃半径。

相反地，经由设定线间距能够降低剥离轮廓的侧壁斜度并且对此总地引入到阴影面中的激光能量在阴影面的中央中的较高的份额负责：在槽底或在剥离轮廓的基底处实现足够高并且尽可能均匀的材料剥离。这种设定适合于可以说在工件粗加工时实现高的材料剥离速率。

已经证明：激光的射中位置在阴影面之内沿着螺旋轨道相对于另外的轨道路线的移动具有显著的优点。能量输入必须能够在实现高的加工精度的情况下极其精确地设定。也应当实现足够高的材料剥离速率。经由产生具有激光束到工件上的在阴影面之内沿着螺旋轨道移动的激光射中位置的阴影面能够实现极其高的材料剥离速率。激光束的射中位置在阴影面之内由偏转装置产生的移动例如能够为每秒2000毫米并且尤其是比工件相对于偏转装置或者阴影面的相对移动快大约1到2个数量级，所述相对移动大致能够为每分钟20-120毫米。通过设定螺旋轨道的线间距能够实现极其精确地并且区分地设定通过激光束输入到阴影面中的能量的能量分布进而阴影面之内的材料剥离。激光束借助于偏转装置沿着弯曲轨道的快速移动能够在避免调节机构、尤其偏转装置的调节马达过高负荷的情况下也在激光加工设备的长的运行持续时间中被保持。

有利的是，除了线间距之外，将下述螺旋轨道参数中的一个或多个设定为描述至少一个螺旋轨道的螺旋轨道参数以用于影响材料剥离或者从预先给定的数据中选择：

·至少一个螺旋轨道的在螺旋轨道的中心和外部的轨道端点之间的半径；

·至少一个螺旋轨道在阴影面之内的螺旋回转的数量。

至少一个螺旋轨道的半径大致对应于圆形的阴影面的半径并且确定所形成的剥离轮廓的宽度。通过螺旋回转的数量能预先给定到阴影面中的总能量输入。于是，经由线间距能够改变阴影面之内的总能量输入或者将其匹配于加工任务。

线间距尤其通过预先给定的间距函数来影响。间距函数包含至少一个可改变的间距参数。该间距参数能够被设定或者从预先给定的值中选出。优选地，间距函数具有如下项，其中间距参数处于函数变量的指数中。函数变量在此说明螺旋轨道的被关注的位置距螺旋轨道中心的当前间距。

有利的是，在阴影面之内设有至少一个第一螺旋轨道和至少一个另外的与第一螺旋轨道不同的第二螺旋轨道。激光的射中位置于是依次地通过多个螺旋轨道在阴影面之内偏转。第一螺旋轨道从阴影面或螺旋轨道的中心径向向外伸展至第一螺旋轨道的轨道端点。所属的第二螺旋轨道直接地连接在第一螺旋轨道的该轨道端点上并且从那里向回伸展至这两个螺旋轨道的共同的中心。以该方式能够在不颠倒方向的情况下且在移动轨道中没有折弯或角的情况下将激光束的射中位置从中心向外并且又返回地进行。由此能够实现偏转装置的调节马达或调节机构的尤其经济的运行。在偏转装置的调节马达中的具有高的加速度或加速度变化的剧烈的移动由此能够尤其良好地被避免。

第二螺旋轨道能够具有与第一螺旋轨道相同的螺旋轨道参数。例如，第二螺旋轨道能够通过第一螺旋轨道的镜像化来实现。为了产生第二螺旋轨道而将第一螺旋轨道关于其镜像的轴伸展穿过第一螺旋轨道的中心以及第一螺旋轨道的轨道端点。各一个第一和第二螺旋轨道形成螺旋轨道对。

附加地，另外的螺旋轨道对、其中分别为第一螺旋轨道和所属的第二螺旋轨道能够通过第一和第二螺旋轨道的原始对的旋转来实现。分别由第一和第二螺旋轨道构成的多个螺旋轨道对尤其在环周方向上围绕着阴影面的中心均匀地在阴影面之内分布。通过激光束的偏转的这种预先给定不仅能够实现激光加工设备的经济的运行，而且同时实现在阴影面之内并且尤其也在阴影面的中心的区域中的极其均匀的材料剥离。剥离轮廓能够由此具有带有陡的侧壁和在基底区域中的足够大的材料剥离的近似理想的U形状。

在一个优选的实施方式中，至少一个螺旋轨道由半径不同的多个半圆区段组成。优选地，在穿过螺旋轨道的轨道端点和中心的共同的轴上的分别彼此连接的半圆区段之间存在过渡点。各两个半圆区段为一个螺旋回转。能够通过如下方式实现螺旋轨道的尤其简单的计算，即布置在经过过渡点的轴的共同的侧上的半圆区段形成一组第一半圆区段，所述第一半圆区段分别同心于螺旋轨道的中心来布置。仅相应另一组的第二半圆区段分别具有半圆中心，所述半圆中心相对于螺旋轨道的中心位移。

替代于该实施例，螺旋轨道也能够通过其他数学方法计算或形成，例如借助于仿样内插。

为了工件加工，能够在激光加工设备中存储多个能选择的加工程序。操作人员能够根据加工任务选择适当的加工程序。例如，在那里能够设定或选择工件材料、剥离轮廓的期望的形状、切削刃半径、表面粗糙度等。线间距和必要时另外的螺旋轨道参数于是根据所选择的加工程序被设定。所述螺旋轨道参数被分配给能选择的加工程序，例如按照表格或其他类似的分配规定。被设置用于加工任务的加工程序和对此所需的螺旋轨道参数能够凭经验地确定并且随后被存储。

附图说明

本发明的有利的设计方案由本申请公开中得出。说明书限定根据本发明的方法或激光加工设备的主要特征。附图能够以补充的方式进行考虑。下面，根据附图详细阐述本发明的实施例。其中：

图1示出激光加工设备的一个实施例的示意框图；

图2示出加工工件和为此沿着工件移动的阴影面的示意透视图，

图3以示意图示出螺旋轨道的一个实施例和借助于间距函数确定螺旋轨道的线间距，

图4示出螺旋轨道的另一实施例和通过该螺旋轨道产生的剥离轮廓，

图5至7分别示出可通过螺旋轨道的线间距和必要时另外的螺旋轨道参数的变化产生的剥离轮廓的示意原理图，

图8示出第一螺旋轨道的另一实施例，

图9示出根据图8的第一螺旋轨道以及阴影面之内的根据第一螺旋轨道确定的附加的第二螺旋轨道，

图10示出根据图9的第一和第二螺旋轨道的各四个对，

图11示出在阴影面之内的激光束的射中位置的蜿蜒形的轨道变化的情况下偏转装置的调节马达的控制的原理图，和

图12示出在沿着阴影面之内的一个螺旋轨道引导激光束的射中位置到工件表面上的情况下偏转装置的调节马达的控制的示意图。

具体实施方式

在图1中示出激光加工设备10的框图。激光加工设备10具有用于产生激光束12的激光器11。激光束12能够为脉冲形的激光束12。如今，已经能够实现直至30MHz的脉冲频率——但是脉冲频率能够根据进一步的研发在未来更高。借助于激光束12加工工件13，在所述工件中入射的激光束脉冲剥离材料。工件的材料在激光束脉冲的射中位置18处被蒸发（激光剥离）。

控制单元14借助于激光信号LS控制激光器11。经由激光信号LS能够预先给定激光器11的运行参数、例如脉冲持续时间、脉冲频率、激光功率等。

激光加工设备10在激光束12的光路中具有可通过控制单元14控制的偏转装置15。偏转装置15用于：将由激光器11放射的入射激光束12a根据通过控制装置14进行的控制来偏转，使得阴影面16（图2）之内的从偏转装置15输出的、被偏转的激光束12b射到工件13的工件表面17上。在此，偏转的激光束12b被定向到阴影面16之内的射中位置18上。在图3中仅示意地示出三个射中位置18。在每个射中位置18处，在工件13中产生凹口。相邻的凹口或者射中位置18能够重叠地被布置，其中相邻的射中位置18的重叠部分与图3中示出不同地而能够更大并且能够直至接近100%。

偏转装置15被控制，使得阴影面16之内的射中位置18沿着预先给定的螺旋轨道19移动（图3）。因此，产生的激光束脉冲的射中位置18在阴影面16之内沿着至少一个螺旋轨道19移动。在此，在阴影面16之内从工件13上移除材料。

为了沿着阴影面16之内的螺旋轨道19偏转或定向所偏转的激光束12b，偏转装置15具有至少一个偏转镜并且在此处描述的实施例中具有第一偏转镜23和第二偏转镜24。入射的激光束12a首先射到第一偏转镜23上，从那里反射到第二偏转镜24上并且从第二偏转镜24又定向到期望的射中位置18上。经由偏转装置15因此将激光束12沿至少两个空间方向定向，使得射中位置18能够在阴影面16之内达到每个任意的点。在该实施例中，这两个偏转镜23、24为了该目的分别围绕着被分配的镜旋转轴25、26可旋转地安置。第一偏转镜23的第一镜旋转轴25在此处描述的实施例中与图1中的绘图平面垂直地并且例如沿Y方向延伸。第二偏转镜24的第二镜旋转轴26与第一镜旋转轴25垂直地定向并且示例地沿X方向延伸。

分别将调节驱动器或调节马达27分配给这两个偏转镜23、24中的每个，借助于所述调节驱动器或调节马达能够产生围绕着被分配的镜旋转轴25或26的相应的旋转运动。调节马达27基于控制单元14的偏转信号AS来电控制。

由偏转装置15偏转的激光束12b在该实施例中通过聚焦单元29引导，所述聚焦单元能够具有一个或多个光学聚焦元件、例如透镜。经由聚焦单元29将激光束聚焦到射中位置18上。

激光加工设备10还具有定位装置30。定位装置30用于相对于偏转装置15定位激光加工设备10的在加工期间持住工件13的工件夹具31和/或在加工期间移动所述工件夹具。对此，定位装置30通过控制单元14借助定位信号PS来控制。

定位装置30能够具有多个机器轴与线性驱动器和/或旋转驱动器。线性驱动器LX、LY、LZ在图1中仅极度示意地通过箭头说明。由其应用的线性驱动器的组合和数量是可变的。在此处描述的实施例中存在五个机器轴，其中三个直线轴分别设有线性驱动器LX、LY、LZ并且两个旋转轴分别设有旋转驱动器。经由线性驱动器能够沿全部三个空间方向X、Y、Z移动工件夹具31。第一旋转驱动器32用于围绕着第一旋转轴33旋转或转动工件13，所述第一旋转轴伸展经过工件夹具31。经由第二旋转驱动器34，具有第一旋转轴33的第一旋转驱动器32围绕着第二旋转轴35旋转，所述第二旋转轴在该实施例中沿X方向垂直于图1中的绘图平面伸展。机器轴的组合和数量在根据图1的该实施例中仅是示例的并且能够任意地变化。

在图2中极度示意地示出在加工期间的方形的工件13。经由定位装置30在加工期间在偏转装置15和工件13之间产生相对移动，在该实施例中例如工件13借助于定位装置30相对于偏转装置15移动。在此，阴影面16沿着工件表面17移动并且在其相应的位置处在工件13上产生材料剥离。如果阴影面16完全地位于工件13的工件表面17之内，那么实现槽形的材料剥离，使得形成的剥离轮廓40具有两个侧壁41和基底42（图4至7）。然而也可行的是，阴影面16的位置——如在图2中示出的那样——沿着工件13的棱边引导，使得剥离轮廓仅具有一个侧壁41和基底42。这当阴影面16的边缘在工件的一个棱边处终止或者阴影面16仅部分地与工件表面17重叠时是这种情况。

根据本发明，经由至少一个螺旋轨道参数影响经由激光器引入到阴影面16中的能量输入以及阴影面16之内的该能量输入的分布，其中所述螺旋轨道参数描述阴影面16之内的至少一个螺旋轨道19的形状或变化。由此，能够产生期望的剥离轮廓40，所述剥离轮廓又影响所加工的工件13的或者由其制造的产品、例如切割工具的特性。能够单独或以任意组合的方式应用如下参数作为螺旋轨道参数：

-从螺旋轨道19的中心M至径向外部的轨道端点E的半径R或者螺旋轨道19或阴影面16的直径；

-始于螺旋轨道19的中心M至轨道端点E的螺旋回转的数量n；

-所述螺旋轨道19与伸展经过中心M以及轨道端点E的直线或轴、在图3的视图中为r轴的两个相邻的交点P之间的可变的线间距a。

经由螺旋轨道19的直径或半径R预先给定剥离轮廓的最大宽度B，如这在图4中示意地说明。经由螺旋回转的数量n确定激光束12到阴影面16中的能量的总能量输入。阴影面16之内的总能量输入的分布通过线间距a预先给定。线间距a能够对于整个螺旋轨道19是恒定的。为了实现期望的剥离轮廓40，线间距a能够始于螺旋轨道19的中心M径向向外地变化，例如连续地变大或者尤其也连续地变小。

在图5至7中示意地示出可实现的剥离轮廓40的不同的基本形状。图5示出具有相对陡的侧壁41和基底42的U形状的剥离轮廓40，沿着所述剥离轮廓相对均匀地进行材料剥离。当螺旋轨道19的中心M的区域中的能量输入小于径向进一步向外的区域中的能量输入时，在阴影面16或螺旋轨道19的中心M的区域中能够在基底42处产生轻微的隆起部42a。例如为了实现高的材料剥离，在工件13的第一加工步骤中能够选择根据图5的U形的剥离轮廓40。

图6示出剥离轮廓40，其中两个侧壁41与在根据图5的剥离轮廓40中的情况相比在彼此间围成更大的角度——侧壁41的侧壁斜度因此在此更小。根据图6的剥离轮廓40因此能够称作为V形轮廓。

在图7中示出具有两个侧壁41的剥离轮廓40，所述侧壁彼此间围成极其小的角度进而极其陡。线间距a为了产生该剥离轮廓40在阴影面16的边缘区域中是小的进而径向在外部在螺旋轨道19处是小的，这在那里引起高的能量输入。由于从阴影面的中央向径向外部的该能量分布，基底42的连接于侧壁41的区域中的材料剥离大于基底42的中央区域中的材料剥离，使得在那里与在根据图5和6的另外的实施例中的情况相比产生更大的隆起部42a。剥离轮廓能够称作为W形轮廓。由于在阴影面16的边缘区域中的相对高的能量输入，根据图7的W形轮廓尤其适合于产生极其小的切削刃半径并且适合于工件13的精加工。在侧壁41处进而在工件13的前刀面或后刀面上能够产生具有极其小的表面粗糙度的表面，所述表面大致对应于抛光的表面。

线间距a的确定极度示意地在图3中示出。示例地假设：选择了螺旋回转的数量n为n=5。线间距a的确定对于其他数值n相应地进行。如所描述的那样，经由螺旋回转的数量n确定以下能量，当给定相邻的射中位置18重叠和激光功率时，所述能量为了产生材料剥离而输入到阴影面16中。相邻的射中位置18的重叠和激光功率以及脉冲频率也改变到阴影面中的能量输入。

此外，预先给定间距函数f（r）。因此，间距函数f与函数变量r相关，所述函数变量在当前的情况下说明交点p距螺旋轨道19的中心M的间距。因此，经由间距函数f，根据距中心M的间距影响螺旋轨道19的线密度。在当前的实施例中，间距函数f如下：

f(r)=b*r^c

其中

r：函数变量，所述函数变量说明螺旋轨道19的所关注的位置距中心M的间距，

b：比例因子，

c：间距参数。

经由间距参数c设定线间距a。如果间距参数c大于0并且小于1，那么线间距从螺旋的中心M径向向外上升。如果间距参数c大于1，那么线间距从螺旋的中心M径向向外下降，这示例地在图3中说明。如果间距参数c=1，那么线间距a是恒定的。比例因子b通常b=1，以便不改变阴影面16的半径R。

也能够选择其他的间距函数f，所述间距函数例如说明函数值f（r）与函数变量r的对数或指数相关性。也可行的是，为函数变量r的不同的部段预先给定不同的间距函数，所述间距函数优选具有在函数变量r的部段的相应的部段边界处的连续的和/或可区分的过渡。证实为有利的是，间距函数f具有如下项，其中间距参数c处于函数变量r的指数中。

根据间距函数f如图3中说明那样确定线密度a。首先，为螺旋轨道19的半径R计算函数值f（R）并且随后根据螺旋回转的数量n划分成等距的部段d=f（R）/n（图3）。于是，各个线间距a1、a2、a3、……a（n-1）根据间距函数f的反函数来确定。轨道端点E由于螺旋轨道19的已知的半径R同样是已知的。从该轨道端点起，能够根据线间距a1、a2、a3、……a（n-1）计算螺旋轨道19的每个螺旋回转与r轴的交点P的位置。

螺旋轨道19例如通过第一半圆区段45和第二半圆区段46形成。全部半圆区段45、46具有不同的半径。分别将一个第二半圆区段连接到第一半圆区段45上或者将两个第二半圆区段46连接到相应的过渡点U上。过渡点U位于共同的轴上，在根据图3的实施例中为r轴。第一半圆区段45的组与螺旋轨道19的中心M同心地布置。第二半圆区段46的组分别具有与螺旋轨道19的中心M不同的半圆中心，其中各个第二半圆区段46也分别具有不同的半圆中心。通过该结构能够极其简单且快速地计算螺旋轨道19。

始于如上描述确定的外部的交点（在此：交点P5）或轨道端点E，以已知的半径R与中心M同心地定位最外的第一半圆区段45。连接到最外的第一半圆区段上的第二半圆区段46具有距轨道端点E的线间距a（n-1）——在此为a4。由此能够确定该第二半圆区段46的第二半圆中心，由此得到螺旋轨道19的最外的螺旋轨道回转。类似于此确定紧随的另外的螺旋轨道回转，直到最后螺旋轨道19达到其中心M。

射中位置18进而偏转的激光束12b沿着阴影面16之内的螺旋轨道19的引导相对于其他的轨道变化具有用于运行具有用于偏转镜23、24的调节马达27的偏转装置15的优点。在图11中示意地采用蜿蜒形的轨道作为激光束12的射中位置18在工件表面17上的引导的实例。在偏转的激光束12b的射中位置18的这种或类似的移动轨道中，偏转镜如图11中示出那样被加速并且总是又被停住，以便获得期望的移动图形。第一曲线K1在此描绘根据时间t的一个偏转镜的控制并且第二曲线K2描绘根据时间t的相应另一偏转镜的控制。如在图11中可见，在此偏转镜的位置不仅在X方向上而且在Y方向上逐步地或阶梯式地改变。在此，出现高的加速度和加速度变化。偏转镜的调节马达27在此强烈地负荷。

与此不同，根据本发明设置用于激光束12的射中位置18在工件表面17上的移动的螺旋轨道19。螺旋轨道19通过这两个偏转镜23、24的正弦形或余弦形的偏转移动来实现，如这根据第三曲线K3和第四曲线K4示意地说明。这两个曲线K3、K4彼此被相移。例如，用于控制第一偏转镜23的调节马达27的第四曲线K4是余弦形的，而用于控制第二偏转镜24的调节马达27的第三曲线K3是正弦形的。在此，将加速度变化降低，使得实现偏转装置15的低晃动或振动的运行。

当阴影面16之内设有多个螺旋轨道19时，能够实现偏转装置50的运行的进一步的改进，这根据图8至10在下面阐述。

在图8中说明螺旋轨道19，所述螺旋轨道根据上述原理来确定。该螺旋轨道19下面用作为第一螺旋轨道19a。在根据图9的实施例中，预先给定第一螺旋轨道19a和另外的第二螺旋轨道19b，所述螺旋轨道在阴影面之内预先给定激光的射中位置18的路径。这两个螺旋轨道19a和19b具有相同的螺旋轨道参数n、R、a。示例地，第二螺旋轨道19b通过第一螺旋轨道19a在轴向上的镜像化产生，在所述轴上存在第一螺旋轨道19a的半圆区段45、46之间的过渡点U。在当前的情况下，在r轴上进行镜像化。

在根据图9的具有第一螺旋轨道19a和第二螺旋轨道19b的阴影面16的实施例中，因此能够将激光束的射中位置18始于中心M引导至第一螺旋轨道19a的端点E并且从那里在没有颠倒方向的情况下借助第二螺旋轨道19b向回引导至中心M。从那里，入射点18于是重新地沿着第一螺旋轨道19a向外引导至轨道端点E等。由此，能够通过调节马达27实现偏转镜23、24的调节移动的无晃动的移动进程。

根据图9的第一螺旋轨道19a和第二螺旋轨道19b形成螺旋轨道对50。如能够在图9中识别，在该激光束引导中，存在阴影面16之内的具有较强的材料剥离的位置和具有不那么强的材料剥离的位置。例如，在图9中在中心M右侧能够识别没有射中位置18的区域。为了实现阴影面16之内的材料剥离的均匀化，也能够沿着多个螺旋轨道19或多个螺旋轨道对50引导激光束。对此的实施例在图10中说明。在那里，根据图9的螺旋轨道对50多次地且例如四次地在阴影面16之内布置。四个螺旋轨道对50在围绕阴影面16或中心M的环周方向上彼此围绕着中心M分别转动90°。螺旋轨道对50可以说在环周方向上均匀分布地布置。两个相邻的螺旋轨道对50之间的转动角度从所设置的螺旋轨道对50的数量中得出。与根据图10的实施例不同，也能够应用奇数数量的螺旋轨道对。为了在阴影面16之内引导激光束而预先给定的螺旋轨道19或螺旋轨道对50的数量原则上能够任意地选择。例如也能够设有六个或十二个相互转动的螺旋轨道对50。

在控制单元14中，能够存储用于确定的反复的加工任务的加工程序并且能够由操作人员经由激光加工设备10的未示出的操作界面来选择。例如，在加工程序中能够选择工件材料、剥离轮廓40的期望的形状、切削刃半径、表面粗糙度等。于是根据选择的加工程序通过控制单元14设定线间距a和必要时另外的螺旋轨道参数n、R。所述螺旋轨道参数a、n、R被分配给可选择的加工程序，例如通过表格或其他类似的分配规定。被设置用于加工任务的加工程序和对此所需的螺旋轨道参数能够凭经验来确定并且随后被存储。

本发明涉及用于加工工件13的方法和激光加工设备10。激光加工设备10具有用于产生激光束12的激光器11，所述激光束经由偏转装置15根据通过控制单元14预先给定的图形偏转并且被定向到工件13的要加工的工件表面17上。偏转的激光束12b在工件表面17上的射中位置18在圆形的阴影面16之内沿着至少一个螺旋轨道19引导。螺旋轨道19的特征在于螺旋轨道参数。螺旋轨道参数是螺旋轨道19与伸展经过螺旋轨道19的中心M的轴的相邻的交点P之间的线间距a。线间距a能够可变化地设定或者能够从预先给定的值中选择。通过改变两个在径向方向上关于中心M并排的螺旋轨道位置之间的线间距a，能够设定阴影面16之内的通过阴影面16之内的激光束输入到工件13中的能量的能量分布。对此，间距参数c用于预先给定的或可预先给定的间距函数f，经由所述间距函数能确定线间距a。由此能够影响在加工的工件13上的期望的目标参数，例如所产生的面的表面粗糙度、尤其是前刀面或后刀面的表面粗糙度、切削刃的刃半径或加工期间的材料剥离速率。

附图标记列表

10 激光加工设备

11 激光器

12 激光束

12a 入射的激光束

12b 偏转的激光束

13 工件

14 控制单元

15 偏转装置

16 阴影面

17 工件表面

18 射中位置

19 螺旋轨道

19a 第一螺旋轨道

19b 第二螺旋轨道

23 第一偏转镜

24 第二偏转镜

25 第一镜旋转轴

26 第二镜旋转轴

27 调节马达

29 聚焦单元

30 定位装置

31 工件夹具

32 第一旋转驱动器

33 第一旋转轴

34 第二旋转驱动器

335 第二旋转轴

40 剥离轮廓

41 侧壁

42 基底

45 第一半圆区段

46 第二半圆区段

50 螺旋轨道对

a 线间距

AS 偏转信号

b 比例因子

c 间距参数

B 剥离轮廓的宽度

d 部段

D 螺旋轨道的直径

E 端点

f 间距函数

K 用于控制调节马达的曲线

LS 激光信号

LX、LY、LZ 线性驱动器

M 中心

n 螺旋回转的数量

P 交点

PS 定位信号

r 函数变量

R 半径

t 时间

U 过渡点

X、Y、Z 空间方向

Claims (15)

1.用于加工工件（13）的方法，所述方法利用具有用于产生激光束（12）的激光器（11）的激光加工设备（10），所述方法利用布置在激光束（12）的光路中的能控制的偏转装置（15），所述偏转装置在工件被加工期间将从所述激光器（11）射入的激光束（12a）偏转到至少两个空间方向（X，Y）上并且将被偏转的所述激光束（12b）定向到所述工件（13）的工件表面（17）上，以及所述方法利用用于使所述工件（13）和所述偏转装置（15）相对彼此定位和/或移动的定位装置（30），所述方法包括以下步骤：

利用所述定位装置（30）使所述工件（13）和所述偏转装置（15）相对彼此移动，以便使得一个阴影面（16）沿着所述工件表面（17）移动，

利用所述偏转装置（15），在所述工件表面（17）上的移动阴影面（16）之内沿着至少一个螺旋轨道（19）同时移动被偏转的所述激光束（12b）的射中位置（18），

将所述至少一个螺旋轨道（19）描述为至少一个螺旋轨道参数（a，n，R），

将所述至少一个螺旋轨道参数（a，n，R）中的一个参数设定为所述螺旋轨道（19）与伸展经过所述螺旋轨道（19）的中心（M）的轴（r）的两个相邻的交点（P）之间的线间距（a），或者从预先给定的数据中选择，以便影响所述移动阴影面（16）之内的材料剥离，其中从所述螺旋轨道（19）的中心（M）向外观察能够上升地或者下降地设定或选择所述线间距（a），以便影响所述工件（13）上的所期望的目标参数，所述目标参数包括所产生的表面的表面粗糙度或所产生的槽的侧壁（41）斜度，其中由所述线间距（a）限定的所述工件（13）的材料剥离轮廓（40）对应于制造的槽的横截面轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述螺旋轨道（19）的半径（R）设定为描述至少一个螺旋轨道（19）的至少一个螺旋轨道参数（a，n，R）中的第二个参数或者从预先给定的数据中选择以用于影响材料剥离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述螺旋轨道（19）在所述移动阴影面（16）之内的螺旋回转的数量（n）设定为描述所述至少一个螺旋轨道（19）的至少一个螺旋轨道参数（a，n，R）中的第三个参数或者从预先给定的数据中选择，以便影响所述移动阴影面（16）之内的材料剥离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述至少一个螺旋轨道（19）的中心（M）向外观察能够以选择的方式恒定地设定或选择所述线间距（a）。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线间距（a）与预先给定的间距函数（f）相关，所述间距函数具有至少一个能变化的间距参数（c）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述间距参数（c）位于函数变量（r）的指数中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述移动阴影面（16）之内预先给定至少一个第一螺旋轨道（19a），所述第一螺旋轨道从所述第一螺旋轨道（19a）的中心（M）向外伸展至轨道端点（E），并且预先给定至少一个从所述第一螺旋轨道（19a）的轨道端点（E）向回伸展至所述第一螺旋轨道（19a）的中心（M）的、与所述第一螺旋轨道（19a）不同的第二螺旋轨道（19b）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二螺旋轨道（19b）具有与所述第一螺旋轨道（19a）相同的螺旋轨道参数（a，n，R）。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个螺旋轨道（19）由具有不同半径的多个半圆区段（45，46）组成。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动阴影面（16）以至少一个所述螺旋轨道（19）沿着所述工件表面（17）的移动产生具有剥离轮廓（40）的材料剥离，所述剥离轮廓与所述螺旋轨道（19）的线间距（a）相关。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动阴影面（16）以至少一个所述螺旋轨道（19）沿着所述工件表面（17）的移动产生具有剥离轮廓（40）的材料剥离，其中所述剥离轮廓（40）的侧壁（41）上的表面粗糙度与所述螺旋轨道（19）在所述移动阴影面（16）的径向外部的边缘区域中的线间距（a）相关。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动阴影面（16）以至少一个所述螺旋轨道（19）沿着所述工件表面（17）的移动产生具有剥离轮廓（40）的材料剥离，其中所述剥离轮廓（40）的侧壁斜度与所述螺旋轨道（19）在所述移动阴影面16的径向外部的边缘区域中的线间距（a）相关。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在存储器中存储多个能选择的加工程序，其中每个加工程序至少被分配所述线间距（a）或者附加的另外的螺旋轨道参数（n，R）。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在存储器中存储多个能选择的加工程序，为所述工件（13）上的不同的剥离轮廓（40）能提供所述加工程序。

15.用于加工工件（13）的激光加工设备（10），所述激光加工设备（10）具有：

用于产生激光束（12）的激光器（11），

布置在所述激光束（12）的光路中的能由控制单元（14）控制的偏转装置（15），所述偏转装置在工件被加工期间将从所述激光器（11）射入的激光束（12a）偏转到至少两个空间方向（X，Y）上并且将被偏转的所述激光束（12b）定向到所述工件（13）上，

用于使所述工件（13）和所述偏转装置（15）相对彼此定位和/或移动以便使得一个阴影面（16）沿着所述工件表面（17）移动的定位装置（30），

其中所述控制单元（14）控制所述偏转装置（15），使得在所述工件表面（17）上的移动阴影面（16）之内沿着至少一个螺旋轨道（19）移动被偏转的激光束（12b）的射中位置（18），

所述控制单元（14）利用至少一个螺旋轨道参数（a，n，R）来描述所述至少一个螺旋轨道（19），

所述控制单元（14）设定或者从预先给定的数据中选择所述螺旋轨道（19）与伸展经过所述螺旋轨道（19）的中心（M）的轴（r）的两个相邻的交点（P）之间的线间距（a），以便影响所述移动阴影面（16）之内的材料剥离，其中从所述螺旋轨道（19）的中心（M）向外观察能够上升地或者下降地设定或选择所述线间距（a），以便影响所述工件（13）上的所期望的目标参数，所述目标参数包括所产生的表面的表面粗糙度或所产生的槽的侧壁（41）斜度，其中由所述线间距（a）限定的所述工件（13）的材料剥离轮廓（40）对应于制造的槽的横截面轮廓。

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