CN112654909A - 用于材料加工装置的焦点调节设备和方法及激光材料加工用装置 - Google Patents

用于材料加工装置的焦点调节设备和方法及激光材料加工用装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112654909A
CN112654909A CN201980058637.7A CN201980058637A CN112654909A CN 112654909 A CN112654909 A CN 112654909A CN 201980058637 A CN201980058637 A CN 201980058637A CN 112654909 A CN112654909 A CN 112654909A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
lens unit
lenses
move
exemplary embodiment
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.)
Granted
Application number
CN201980058637.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112654909B (zh
Inventor
简·维尔斯施尼克
斯特凡·弗兰兹
阿奇米德·埃瑟尔巴赫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik Optical Systems GmbH
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems GmbH filed Critical Jenoptik Optical Systems GmbH
Publication of CN112654909A publication Critical patent/CN112654909A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112654909B publication Critical patent/CN112654909B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • B23K26/064—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
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于激光材料加工用装置(100)的焦点调节的设备(112)，该激光材料加工用装置具有包括第一透镜(108)的可移动布置的第一透镜单元(124)和包括第二透镜(110)的可移动布置的第二透镜单元(126)。所述设备具有调节装置(114)，该调节装置被设计为沿第一方向(116)移动该第一透镜单元(124)，并且沿与该第一方向(118)相反的第二方向(118)移动该第二透镜单元(126)，以便调节该第一透镜(108)与该第二透镜(110)之间的距离以进行焦点调节。

Description

用于材料加工装置的焦点调节设备和方法及激光材料加工用 装置
本方法(approach)涉及用于调节材料加工用装置的焦点的设备和方法，并且涉及材料加工用装置、特别是激光材料加工用装置。
在激光材料加工中，必须非常迅速地调节束尺寸和焦点位置。对于在3D加工期间焦点位置的目标设定或例如在系统中出现不平整表面或波动的情况下的误差补偿，都需要进行此调节。
US 6,813,225 B2披露了一种用于在光学机械系统中移动光学元件的装置。
发明内容
在这种背景下，本方法提出了根据主要权利要求所述的用于材料加工用装置的焦点调节的设备和方法以及材料加工用装置。有利的改进方案从相应的从属权利要求和以下描述中产生。
所提出的本方法可以实现的优点是，可以非常快速且无振动地实现可以用于材料加工的束的束特征。该束特征可以涉及例如该束的束尺寸或束焦点。特别地，这允许快速焦点调节，例如在激光材料加工中。
一种用于激光材料加工用装置的焦点调节的设备，该激光材料加工用装置具有包括第一透镜的可移动布置的第一透镜单元和包括第二透镜的可移动布置的第二透镜单元，该设备具有调节装置，该调节装置被设计为沿第一方向移动该第一透镜单元，并且沿与该第一方向相反的第二方向移动该第二透镜单元，以便调节该第一透镜与该第二透镜之间的距离以进行焦点调节。
该激光材料加工用装置可以具有激光器，该激光器被设计为发射激光束。在此情况下选择激光束作为示例，并且可以用另一种合适的束代替。该激光束可以被引导穿过光学单元，该光学单元可以至少包括第一透镜和第二透镜。该激光束可以被该光学单元整形。离开该装置的激光束可以用于对该激光束入射到其上的材料进行加工。用于焦点调节的设备可以被实施为该装置的固定部分或者实施为可以集成到该装置中的插入件。这些透镜之间的距离是通过由该调节装置控制或执行的该第一透镜和该第二透镜的移动来调节的。为此，该调节装置可以包括至少一个致动器和/或接口，以提供用于控制致动器的控制信号。两个透镜被以如下方式布置和成形：这些透镜之间的距离的调节改变激光束的焦点位置。相应地，也可以通过调节该距离来改变束尺寸。透镜单元可以仅包括对应的透镜或附加地包括一个或多个另外的元件。例如，除了透镜之外，透镜单元可以包括透镜固持器和/或用于移动透镜的移动元件。透镜单元可以限定在透镜移动期间移动的质量。
根据一个实施例，可以借助致动器和透镜来进行聚焦或放大移动。当透镜快速移动时，透镜单元的动量变化会导致力作用在外部系统上、例如壳体或调节器的固持器上。由于这些透镜单元相反地移动，因此可以防止这些变化的力在该装置(也称为机器)中引起振动而可能导致不良结果。也可以省去稳定且因此复杂的构造，否则该构造对于避免振动是必需的。相反地移动使得具有很大光学效果的紧凑、快速、低振动的z轴调节器成为可能。
该调节装置可以被设计为向该第一透镜单元提供第一动量传递以便沿该第一方向移动该第一透镜，并且向该第二透镜单元提供第二动量传递以便沿该第二方向移动该第二透镜，其中，该第一动量传递和该第二动量传递在绝对值方面相等。这些动量传递可以例如在该设备或该装置的载体单元与这些透镜单元之间发生。由于动量传递，这些透镜单元可以相对于该载体单元加速。如果这些动量传递的绝对值相同但方向相反，则在这些透镜的移动过程中发生的干涉效应可以相互补偿。
该调节装置可以被设计为使该第一透镜单元移动第一路径距离并且使该第二透镜单元移动第二路径距离。在此情况下，该第一路径距离和该第二路径距离可以在绝对值方面相等。例如，当该第一透镜单元和该第二透镜单元具有相同的质量时，这是有利的。这可以是该第一透镜和该第二透镜的形状相同的情况。
替代性地，该第一路径距离和该第二路径距离可以具有不同的绝对值。例如，当该第一透镜单元和该第二透镜单元具有不相等的质量时，这是有利的。由于这两个透镜单元所覆盖的路径距离不同，因此仍然可能进行动量补偿。
在此情况下，该调节装置可以被设计为在第一时间段内移动该第一透镜单元并且在第二时间段内移动该第二透镜单元。该第一时间段和该第二时间段可以在相同的时间点开始并且在绝对值方面相等。如果仅当该第二透镜也移动时才移动该第一透镜，反之亦然，则由这些移动引起的干涉效应可以相互补偿。
该调节装置可以被设计为在该第一时间段内在该第一透镜单元上施加第一力，并且在该第二时间段内在该第二透镜单元上施加第二力。在此情况下，该第一力和该第二力可以作用在相反两方向上并且在绝对值方面相等。这允许由作用力引起的振动相互补偿。
该设备可以包括传感器装置，用于捕获代表该第一透镜单元的加速度的第一加速度值，并且附加地或替代地用于捕获代表该第二透镜单元的加速度的第二加速度值。该调节装置可以被设计为使用该第一加速度值和该第二加速度值来移动该第一透镜单元和该第二透镜单元。例如，该调节装置可以被设计为以如下方式移动这些透镜单元：这两个透镜单元的加速度彼此相反并且彼此协调。
该设备可以包括用于可移动地支撑该第一透镜单元的两个第一挠性铰链(hinge)和用于可移动地支撑第二透镜单元的两个第二挠性铰链。这些透镜单元中的每个透镜单元在此可以布置在两个挠性铰链之间，从而以此方式形成用于相应透镜单元的线性引导件。与具有轨道和滑架的引导件相比，这些挠性铰链允许相应透镜单元无摩擦地移动。
对应的材料加工用装置具有以下特征：
提供装置，用于提供束；
包括第一透镜的可移动布置的第一透镜单元和包括第二透镜的可移动布置的第二透镜单元，其中，该束的束路径被引导穿过该第一透镜和该第二透镜；以及
用于调节该装置的焦点的前述设备。
该束可以是光束或粒子束，例如可以是激光束。因此，该提供装置可以是合适的辐射源，例如激光器。因此，前述设备可以有利地与激光材料加工用装置结合使用。取决于应用，可以使用合适类型的激光器作为激光器，比如二极管激光器、气体激光器或固态激光器。
一种用于调节激光材料加工用装置的焦点的方法，该激光材料加工用装置具有包括第一透镜的可移动布置的第一透镜单元和包括第二透镜的可移动布置的第二透镜单元，该方法包括以下步骤：
沿第一方向移动该第一透镜单元，并且沿与该第一方向相反的第二方向移动该第二透镜单元，以便调节该第一透镜与该第二透镜之间的距离以进行焦点调节。
该方法的(多个)步骤可以使用前述设备的实施例来实现或执行。该设备可以被纯粹机械地或机电地设计。
下面将参考附图更详细地解释本方法，在附图中：
图1示出了根据示例性实施例的激光材料加工用装置的示意图示；
图2示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的两个透镜；
图3示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的两个透镜；
图4示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的透镜布置；
图5示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的焦点调节的设备；
图6示出了根据示例性实施例的用于焦点调节的设备；
图7示出了根据示例性实施例的用于焦点调节的设备；
图8示出了根据示例性实施例的用于焦点调节的设备；
图9示出了根据示例性实施例的用于实体引导的元件；
图10示出了根据示例性实施例的用于实体引导的元件；
图11示出了根据示例性实施例的用于实体引导的元件；
图12示出了根据示例性实施例的用于实体引导的元件；
图13示出了根据示例性实施例的用于借助挠性铰链的线性引导件的壳体的外观；
图14示出了根据示例性实施例的借助挠性铰链的线性引导件；以及
图15示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工的方法的流程图。
在本方法的有利示例性实施例的以下描述中，相同或相似的附图标记用于在各个附图中示出并且具有相似效果的元件，其中这些元件的描述不再重复。
图1示出了根据示例性实施例的激光材料加工用装置100的示意图。装置100用于发射激光束102。例如，激光束102被引导到使用激光束102加工的工件104上。代替激光束，也可以使用另一种类型的束。
例如，装置100具有作为提供装置的激光器106，该激光器被设计为生成激光束102。激光束102的束路径被引导穿过装置100的光学单元，该光学单元至少包括第一透镜108和第二透镜110。例如，激光束102的焦点位于工件104的面向装置100的表面上。根据此示例性实施例，通过透镜108、110之间的距离来设定焦点。可以通过改变该距离来改变焦点的位置。相应地，可以通过改变该距离来改变激光束102的例如在工件104的表面水平处的束直径。
装置100具有用于焦点调节的设备112。设备112用于通过调节透镜108、110之间的距离来进行焦点调节。根据不同的示例性实施例，设备112是装置100的固定部分或被实施为可以补充装置100的独立单元。为了调节透镜108、110之间的距离，设备112具有调节装置114。调节装置114联接至透镜108、110并且被设计为在用于调节激光束102的焦点的调节过程中沿彼此相反的两个方向116、118移动透镜108、110，以便调节透镜108、110之间的距离并且因此调节激光束102的焦点。在此情况下，例如，透镜108、110执行沿z轴的相反的线性移动。为此，例如，第一透镜108沿第一方向116移动，而第二透镜110沿第二透镜118移动，其结果是，透镜108、110之间的距离增大。根据一个示例性实施例，调节装置114具有至少一个致动器，该致动器联接至透镜108、110以使透镜108、110移动。例如，调节装置114被设计为根据特定的第一时间-距离曲线沿第一方向116移动第一透镜108，并且根据特定的第二时间-距离曲线沿第二方向118移动第二透镜110。
为了控制透镜108、110的移动，设备112例如具有合适的机械手或合适的电控制器。根据一个示例性实施例，设备112被设计为调整透镜108、110的移动。为此，设备112例如具有传感器装置，该传感器装置被设计为捕获透镜108、110的移动。作为示例，传感器装置具有第一加速度传感器120和第二加速度传感器122。第一加速度传感器120被设计为捕获第一透镜108的加速度并且提供与该加速度相对应的第一加速度值。第二加速度传感器122被设计为捕获第二透镜110的加速度并且提供与该加速度相对应的第二加速度值。在此情况下，调节装置114被设计为例如使用这些加速度值，以便使透镜108、110的移动彼此协调。
根据此示例性实施例，第一透镜108被第一固持器接纳。第一透镜108和第一固持器一起形成第一透镜单元124。在此情况下，当第一透镜108移动时，不仅第一透镜108移动，而且整个第一透镜单元124移动。作为第一固持器的补充或替代，第一透镜单元124可以包括一个或多个其他元件。当第一透镜108沿第一方向116移动时，对应的第一动量由第一透镜单元124的质量和在第一方向116上的速度构成。
相应地，根据此示例性实施例，第二透镜110被第二固持器接收。第二透镜110和第二固持器一起形成第二透镜单元126。在此情况下，当第二透镜110移动时，不仅第二透镜110移动，而且整个第二透镜单元126移动。作为第二固持器的补充或替代，第二透镜单元126可以包括一个或多个其他元件。当第二透镜110沿第二方向118移动时，对应的第二动量由第二透镜单元126的质量和在第二方向118上的速度构成。
如果没有为透镜108、110提供固持器等，则可以将透镜单元124、126视为透镜108、110的同义词。
根据一个示例性实施例，设备112被设计为在调节过程中以如下方式影响透镜单元124、126的移动：所产生的动量变化彼此相反。例如，调节装置114被设计为：在调节过程中向第一透镜单元124提供第一动量传递，第一透镜单元124通过该第一动量传递沿第一方向116移动；并且向第二透镜单元126提供第二动量传递，第二透镜单元126通过该第二动量传递沿第二方向118移动。在此情况下，第一动量传递和第二动量传递在绝对值方面相等。
根据一个示例性实施例，设备112被设计为在调节过程中同时执行透镜单元124、126的移动。为此，第一透镜单元124在第一时间段内沿第一方向116移动第一路径距离，并且第二透镜单元126在第二时间段内沿第二方向118移动第二路径距离。在此情况下，两个时间段都在同一时间开始，并且持续相同的时间长度。以此方式，透镜单元124、126总是同时移动。取决于透镜108、110或透镜单元124、126的配置，两个透镜单元124、126行进的路径距离可以具有相同的长度或不同的长度。
如果透镜单元124、126具有相同的重量，则根据一个示例性实施例，设备112被设计为在调节过程中使透镜单元124、126移动相等长度的路径距离。另一方面，如果透镜单元124、126具有不同的重量，则根据一个示例性实施例，设备112被设计为在调节过程中使透镜单元124、126移动不同长度的路径距离。以此方式，尽管重量不同，但在调节过程中，透镜单元124、126的动量在绝对值方面可以保持相同。
根据一个示例性实施例，调节装置114被设计为在调节过程中连续地在第一透镜单元124上施加第一力，并且在第二透镜单元126上施加在绝对值方面与第一力相对应的第二力。这些力在绝对值方面的大小可以在调节过程中变化。
根据示例性实施例，设备112具有用于接收聚焦信号128的输入接口。聚焦信号128例如由用户或传感器系统提供，并且指示激光束102的聚焦所需的改变。根据一个示例性实施例，调节装置114被设计为使用聚焦信号128来调节透镜108、110之间的距离。例如，聚焦信号128可以直接用于控制至少一个致动器以移动调节装置114的透镜单元124、126。如果调节装置114具有控制装置和至少一个致动器，则聚焦信号128可以用于确定至少一个控制信号以控制至少一个致动器。这种控制装置被设计为例如使用预定的控制规则来确定至少一个控制信号并且将其提供给至少一个致动器。例如驱动器或可变形调节元件可以用作致动器。
根据一个示例性实施例，透镜单元124、126是扩束器的一部分，该扩束器用于扩大或减小激光束直径。结果，它们允许光学系统的各元件彼此适配。例如，激光器106的输出处的激光束直径可以适配于物镜129的输入处的所需直径。这种扩束器主要用于激光材料加工中。
根据一个示例性实施例，设备112代表具有很大光学效果的紧凑、快速、低振动的z轴调节器。这通过设备112和相关联的方法来实现，其中，借助致动器和至少两个透镜108、110来执行聚焦或放大移动。
作用在第一透镜108上的加速力被第二透镜110在相反方向上的移动所补偿。两个透镜108、110可以完全相同。在此情况下，例如就几何形状和材料而言，透镜108、110可以具有相同的折光力和相同的机械设计。在此情况下，理想地，它们以在相反两方向上的相同移动来抵消外力。然而，透镜108、110也可以是不同的。在这种情况下，根据示例性实施例，通过例如经由透镜单元124、126的安装部和/或引导部件补偿移动部分的质量来实现加速度对称。
根据一个示例性实施例，当透镜108、110移动时起作用的驱动力是通过使用不同的加速度来对称化的，即较轻的部件(也就是说，例如透镜单元124、126中的较轻一个)在同一时间内行进较长的距离。例如，调节装置114为此具有合适的控制器和驱动器，其中，驱动器的控制器做出相应的贡献，或者被校准为开环控制器，或者在闭环控制中使用传感器120、122测量加速度。最初假设两个透镜108、110的行程相等。在理想对称的情况下，以下适用于在调节过程中行进的透镜108、110的路径距离s1和s2:s2＝-s1。替代性地，行程可以彼此成比例。在此情况下：s2＝k*(-s1)。如果行程是非线性连接的，则以下适用：s2＝k*s1+l*s12+m*s23+…。通过合适的控制器，也可以通过使用合适的路径-时间曲线来解决此情况，其中，以下适用于作用在透镜单元124、126上的驱动力：F1＝-F2。
由于具有对应的光学设置的轴，因此与仅一个可移动透镜相比，焦点的调节速度就提高了一倍。合力因相反的力而抵消。相反的部件、例如第二透镜单元126有助于增加布置的光学效果。机器、即设备112或装置100，或随后的光学单元，不需要任何特殊的构造或阻尼措施。附加地或替代性地，可以使用惯性阻尼器、平衡块或振动阻尼器，以便减少由透镜108、110的移动引起的干涉效应。然而，与透镜108、110在相反两方向上的移动相比不太精确并且导致不太好的结果的此类措施可以提供帮助。
装置100的典型应用是钻孔、切割、焊接、深激光雕刻、快速成型、快速加工、微结构化和3D工件加工。
图2示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的两个透镜108、110。这可以是参考图1描述的透镜的示例性实施例。示出了激光束102穿过透镜108、110的束路径。所示的光学原理关于两个透镜108、110对称。为此，根据一个示例性实施例，透镜108、110被相同地实施。在此情况下，透镜108、110可以在调节过程中以如下方式移动：它们同时行进具有相同绝对值但在相反两方向上的路径距离。
图3示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的两个透镜108、110。这可以是参考图1描述的透镜的示例性实施例。示出了激光束102穿过透镜108、110的束路径。所示的光学原理关于两个透镜108、110不对称。为此，根据一个示例性实施例，透镜108、110被不同地实施。特别地，如果透镜108、110具有不同的质量，则透镜108、110可以在调节过程中以如下方式移动：它们同时行进在绝对值方面不同并且在相反两方向上延伸的路径距离。
图4示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工用装置的透镜布置。这可以是参考图1描述的装置的示例性实施例。示出了激光束102穿过透镜108、110的束路径。在此情况下，透镜108、110布置在两个另外的透镜430、432之间。激光束102具有第一束特征，例如蓝色。所示的光学原理关于四个透镜108、110、430、432对称。外部透镜430、432可以与透镜108、110一起移动或固定。
可选地，用于具有第二束特征(例如绿色)的第二激光束434的透镜布置具有另外的透镜436、438、440、442，这些透镜可以对应于透镜108、110、430、432来实施。
可选地，用于具有第三束特征(例如红色)的第三激光束444的透镜布置具有另外的透镜446、448、450、452，这些透镜可以对应于透镜108、110、430、432来实施。
根据一个示例性实施例，所示的三个透镜布置象征不同的束路径。结合第一激光束102所示的透镜布置示出了透镜108、110的初始位置，该初始位置也被称为“0”位置。结合第二激光束434所示的透镜布置示出了偏转，该偏转引起聚焦在沿着z轴的正方向上的偏移。结合第三激光束444所示的透镜布置示出了在负方向上的偏移。根据此示例性实施例，该装置仅产生准直的、会聚的和发散的束，此束通过另一透镜(图4中未示出)引起焦点偏移。
通过小透镜108、110、436、438、446、448实现了此效果。根据此示例性实施例，透镜436、438之间的距离大于透镜108、110之间的距离，并且透镜446、448之间的距离小于透镜108、110之间的距离。
为了实现此效果，与透镜108、110的曲率相比，根据替代性示例性实施例，透镜436、438、446、448的曲率略有变化，以补偿波长。
图5示出了根据示例性实施例的用于调节激光材料加工用装置的焦点的设备112。这可以是参考图1描述的装置的示例性实施例，该装置具有带有两个可移动透镜108、110和两个固定透镜430、432的完全对称的光学系统。透镜108、110、430、432可以用于例如对图1所示的激光束进行整形。
根据示例性实施例，透镜108、110布置在两个可移动透镜单元124、126中。设备112具有调节装置114，该调节装置用于移动在壳体560内引导的透镜单元124、126。
图6示出了根据示例性实施例的用于调节焦点的设备112。设备112布置在壳体560中，该壳体布置在基板上。为了移动两个透镜单元125、126，设备112具有调节装置114，如参考前面的附图所描述的。设备112在这里被实现为扩束器(BEX)。
图7示出了根据示例性实施例的用于调节焦点的设备112。这是参考图6描述的设备的详细视图。示出了两个透镜单元124、126、和调节装置114。调节装置114包括具有第一滑架782和第二滑架784的线性引导件780。第一透镜单元124安装在第一滑架782上，并且第二透镜单元126安装在第二滑架784上。
对于每个滑架782、784，都存在一个线性驱动器和一个路径测量系统。图7中仅示出了用于移动第一滑架782的第一线性驱动器的第一轴786，并且图7中仅示出了用于移动第二滑架784的第二线性驱动器的第二轴788。
根据一个实施例，具有定子绕组和实施为永磁体的转子的旋转马达被用作驱动器。该驱动器提供速度和加速度。
根据一个示例性实施例，将确保笔直且精确的过程并且无磨损的引导件用作线性引导件780。在此情况下，线性引导件780可以具有轨道，滑架782、784在该轨道上被引导。替代性地，可以使用借助挠性铰链的线性引导件。
图8示出了根据示例性实施例的用于调节焦点的设备112。这可以是参考图1描述的设备的示例性实施例。示出了两个透镜单元124、126和调节装置114。使用第一挠性铰链990和第二挠性铰链992使得透镜单元124、126的线性移动成为可能。
两个第一挠性铰链990被实施为盘形的并且彼此平行地布置，其中，第一透镜单元124布置在两个挠性铰链990之间并且由挠性铰链990固持。
两个第二挠性铰链992被实施为盘形的并且彼此平行地布置，其中，第二透镜单元126布置在两个挠性铰链992之间并且由挠性铰链990固持。
取决于考虑角度，挠性铰链990、992可以被视为透镜单元124、126的组成部分、被视为调节装置114的组成部分、或者被部分地视为透镜单元124、126的组成部分、以及被部分地视为调节装置114的组成部分。例如，挠性铰链990、992的用于固持透镜的安装部可以被视为是透镜单元124、126的组成部分，并且用于将挠性铰链990、992附接到壳体或载体元件的紧固环可以被视为调节装置114的组成部分。
根据所示的示例性实施例，第一挠性铰链990与第二挠性铰链992不同。在调节过程中，例如，第一挠性铰链990允许第一透镜单元124移动第一路径距离，并且第二挠性铰链992允许第二透镜单元126移动与第一路径距离不同的第二路径距离。
图9示出了根据示例性实施例的用于实体引导的挠性铰链990。挠性铰链990具有紧固环1172、安装部1174和引导部件1176。透镜可以作为实体由安装部1174接纳，例如参考图1所示的第一透镜108。引导部件被成形为将安装部1174联接到紧固环1172。安装部1174和可选的引导部件1176因此可以被理解为是透镜单元的一部分，如参考图1所描述的。
引导部件1176被实施为三个可变形的杆。当杆变形时，例如使用如参考图1描述的调节装置，安装部1174执行沿着挠性铰链990的中心轴线的线性移动。例如，通过使挠性铰链990变形，可以实现最大为4mm的安装部1174的移动量。挠性铰链990的直径例如为大约15厘米。
当挠性铰链990不变形时，紧固环1172和安装部1174位于一个平面中。在图11所示的最大总体变形中，紧固环1172和安装部1174位于间隔开的平行平面中。
图10示出了根据示例性实施例的用于实体引导的挠性铰链990。挠性铰链990以与参考图9描述的示例性实施例相对应的方式具有紧固环1172、安装部1174和引导部件1176。与图9相比，引导部件1176被成形为外环和内环，该外环和该内环布置在环形紧固环1172与环形安装部1174之间。引导部件1176的外环经由两个相反的杆连接到紧固环1172，并且经由两个另外的杆连接到内环。引导部件1176的内环经由两个相反的杆连接到安装部1174。
图11示出了根据示例性实施例的用于实体引导的挠性铰链990。根据参考图9描述的示例性实施例，挠性铰链990具有安装部1174和引导部件1176。与图9相比，设置有三个紧固元件1372来代替紧固环。紧固元件1372中的每个紧固元件经由形成为直杆的引导部件1176连接到安装部1174。
图12示出了根据示例性实施例的用于实体引导的挠性铰链990。挠性铰链990以与参考图9描述的示例性实施例相对应的方式具有紧固环1172、安装部1174和引导部件1176。与图9相比，引导部件1176未被成形为直杆，而是被成形为弯曲杆。
图13示出了根据示例性实施例的用于借助挠性铰链的线性引导件1592的壳体1590的外观。
图14示出了根据示例性实施例的借助挠性铰链的线性引导件1592。线性引导件1592可以用于使得透镜单元124的线性移动成为可能。该透镜单元可以是图1中描述的第一透镜单元。对应的另外的线性引导件可以用于图1所示的第二透镜单元。
根据此示例性实施例，平行布置的两个挠性铰链990用于线性引导件1592，如参考先前的附图所描述的。
图15示出了根据示例性实施例的用于激光材料加工的方法的流程图。该方法可以结合如参考前面的附图所描述的用于焦点调节的设备来执行。
在步骤1701，提供激光束，该激光束被引导至少穿过第一透镜和第二透镜。通过透镜之间的距离来设定该激光束的焦点。在步骤1703，沿第一方向移动第一透镜，并且沿与第一方向相反的第二方向移动第二透镜，以便调节第一透镜与第二透镜之间的距离以进行焦点调节。也可以在步骤1701之前执行步骤1703。可以重复执行步骤1703，以便使激光束重新聚焦。
如果示例性实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”连词，则这应解读为意指根据一个实施例的示例性实施例既具有第一特征又具有第二特征，并且根据另一实施例，仅具有第一特征或仅具有第二特征。

Claims (10)

1.一种用于激光材料加工用装置(100)的焦点调节的设备(112)，该激光材料加工用装置具有包括第一透镜(108)的可移动布置的第一透镜单元(124)和包括第二透镜(110)的可移动布置的第二透镜单元(126)，其中，该设备(112)具有以下特征：
调节装置(114)，该调节装置被设计为沿第一方向(116)移动该第一透镜单元(124)，并且沿与该第一方向(116)相反的第二方向(118)移动该第二透镜单元(126)，以便调节该第一透镜(108)与该第二透镜(110)之间的距离以进行焦点调节。
2.如权利要求1所述的设备(112)，其中，该调节装置(114)被设计为向该第一透镜单元(124)提供第一动量传递以便沿该第一方向(116)移动该第一透镜(108)，并且向该第二透镜单元(126)提供第二动量传递以便沿该第二方向(118)移动该第二透镜(110)，其中，该第一动量传递和该第二动量传递在绝对值方面相等。
3.如前述权利要求中任一项所述的设备(112)，其中，该调节装置(114)被设计为使该第一透镜单元(124)移动第一路径距离并且使该第二透镜单元(126)移动第二路径距离，其中，该第一路径距离和该第二路径距离在绝对值方面相等。
4.如权利要求1至2之一所述的设备(112)，其中，该调节装置(114)被设计为使该第一透镜单元(124)移动第一路径距离并且使该第二透镜单元(126)移动第二路径距离，其中，该第一路径距离和该第二路径距离在绝对值方面不同。
5.如前述权利要求之一所述的设备(112)，其中，该调节装置(114)被设计为在第一时间段内移动该第一透镜单元(124)，并且在第二时间段内移动该第二透镜单元(126)，其中，该第一时间段和该第二时间段在相同的时间点开始并且在绝对值方面相同。
6.如权利要求5所述的设备(112)，其中，该调节装置(114)被设计为在该第一时间段内在该第一透镜单元(124)上施加第一力，并且在该第二时间段内在该第二透镜单元(126)上施加第二力，其中，该第一力和该第二力的方向彼此相反并且该第一力和该第二力在绝对值方面相等。
7.如前述权利要求之一所述的设备(112)，该设备具有传感器装置(120，122)，用于捕获代表该第一透镜单元(124)的加速度的第一加速度值，并且用于捕获代表该第二透镜单元(126)的加速度的第二加速度值，其中，该调节装置(114)被设计为使用该第一加速度值和该第二加速度值来移动该第一透镜单元(124)和该第二透镜单元(126)。
8.如前述权利要求之一所述的设备(112)，该设备具有用于可移动地支撑该第一透镜单元(124)的两个第一挠性铰链(990)和用于可移动地支撑该第二透镜单元(126)的两个第二挠性铰链(992)。
9.一种材料加工用装置(100)，具有以下特征：
提供装置、特别是激光器(106)，用于提供束(102)；
包括第一透镜(108)的可移动布置的第一透镜单元(124)和包括第二透镜(110)的可移动布置的第二透镜单元(126)，其中，该束(102)的束路径被引导穿过该第一透镜(108)和该第二透镜(110)；以及
如前述权利要求之一所述的用于调节装置(100)的焦点的设备(112)。
10.一种用于材料加工用装置(100)的焦点调节的方法，该材料加工用装置具有包括第一透镜(108)的可移动布置的第一透镜单元(124)和包括第二透镜(110)的可移动布置的第二透镜单元(126)，其中，该方法包括以下步骤：
沿第一方向(116)移动(1701)该第一透镜单元(124)，并且沿与该第一方向(116)相反的第二方向(118)移动该第二透镜单元(126)，以便调节该第一透镜(108)与该第二透镜(110)之间的距离以进行焦点调节。
CN201980058637.7A 2018-09-10 2019-09-03 用于材料加工装置的焦点调节设备和方法及激光材料加工用装置 Active CN112654909B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018007212.7 2018-09-10
DE102018007212 2018-09-10
DE102019106443.0 2019-03-13
DE102019106443.0A DE102019106443A1 (de) 2018-09-10 2019-03-13 Vorrichtung und Verfahren zur Fokusverstellung für ein Gerät zur Materialbearbeitung und Gerät zur Lasermaterialbearbeitung
PCT/EP2019/073428 WO2020053031A1 (de) 2018-09-10 2019-09-03 Vorrichtung und verfahren zur fokusverstellung für ein gerät zur materialbearbeitung und gerät zur lasermaterialbearbeitung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112654909A true CN112654909A (zh) 2021-04-13
CN112654909B CN112654909B (zh) 2023-05-12

Family

ID=69621211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980058637.7A Active CN112654909B (zh) 2018-09-10 2019-09-03 用于材料加工装置的焦点调节设备和方法及激光材料加工用装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210268602A1 (zh)
EP (1) EP3850413B1 (zh)
KR (1) KR20210054519A (zh)
CN (1) CN112654909B (zh)
DE (1) DE102019106443A1 (zh)
WO (1) WO2020053031A1 (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06180418A (ja) * 1992-12-14 1994-06-28 Nikon Corp レンズの駆動装置
CN1118444A (zh) * 1994-03-14 1996-03-13 索尼公司 控制变焦透镜的设备
JP2006322984A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Canon Inc 変倍撮像装置
JP2007181840A (ja) * 2005-12-29 2007-07-19 Daihen Corp レーザ照射アーク溶接ヘッド
CN101226268A (zh) * 2007-01-18 2008-07-23 佳能株式会社 镜筒及具有该镜筒的成像装置
DE102008048502A1 (de) * 2008-09-23 2010-04-01 Precitec Kg Optische Vorrichtung zur Fokussierung eines Laserstrahls in einen Arbeitsfokus, insbesondere zur Fokussierung eines Laserstrahls in einem Laserbearbeitungskopf zur Materialbearbeitung
US20100116796A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 Jancso Alex System for High-Dynamic 3D Machining of a Workpiece by Means of a Laser Beam
CN102458322A (zh) * 2009-06-12 2012-05-16 威孚莱有限公司 用于眼科激光手术的设备
CN102985214A (zh) * 2010-04-22 2013-03-20 通快机床两合公司 用于使激光射束聚焦的射束成型单元及其控制方法
DE102011117607A1 (de) * 2011-10-28 2013-05-02 Highyag Lasertechnologie Gmbh Optik für Laserstrahlung mit variablem Abbildungsmaßstab
US20140022636A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 Canon Kabushiki Kaisha Optical apparatus used in 3d image pickup system
CN105472235A (zh) * 2014-09-30 2016-04-06 韩华泰科株式会社 用于寻找最优变焦速度的设备和方法
CN107735206A (zh) * 2015-06-19 2018-02-23 Ipg光子公司 包括具有用于控制光束直径和/或焦点位置的可移动透镜的可控准直器的激光切割头
CN107991750A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 佳能株式会社 抑制光学单元的不期望的运动的镜筒和摄像设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6813225B2 (en) 2001-08-20 2004-11-02 Asm Assembly Automation Limited Linear motor driven mechanism using flexure bearings for opto-mechanical devices
JP4793459B2 (ja) * 2009-03-02 2011-10-12 カシオ計算機株式会社 シンボル読取装置、及びプログラム
DE102011121928B4 (de) * 2011-08-01 2015-03-05 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Anordnung zum Betreiben eines dynamischen Nanofokussiersystems

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06180418A (ja) * 1992-12-14 1994-06-28 Nikon Corp レンズの駆動装置
CN1118444A (zh) * 1994-03-14 1996-03-13 索尼公司 控制变焦透镜的设备
JP2006322984A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Canon Inc 変倍撮像装置
JP2007181840A (ja) * 2005-12-29 2007-07-19 Daihen Corp レーザ照射アーク溶接ヘッド
CN101226268A (zh) * 2007-01-18 2008-07-23 佳能株式会社 镜筒及具有该镜筒的成像装置
DE102008048502A1 (de) * 2008-09-23 2010-04-01 Precitec Kg Optische Vorrichtung zur Fokussierung eines Laserstrahls in einen Arbeitsfokus, insbesondere zur Fokussierung eines Laserstrahls in einem Laserbearbeitungskopf zur Materialbearbeitung
US20100116796A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 Jancso Alex System for High-Dynamic 3D Machining of a Workpiece by Means of a Laser Beam
CN102458322A (zh) * 2009-06-12 2012-05-16 威孚莱有限公司 用于眼科激光手术的设备
CN102985214A (zh) * 2010-04-22 2013-03-20 通快机床两合公司 用于使激光射束聚焦的射束成型单元及其控制方法
DE102011117607A1 (de) * 2011-10-28 2013-05-02 Highyag Lasertechnologie Gmbh Optik für Laserstrahlung mit variablem Abbildungsmaßstab
US20140022636A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 Canon Kabushiki Kaisha Optical apparatus used in 3d image pickup system
CN105472235A (zh) * 2014-09-30 2016-04-06 韩华泰科株式会社 用于寻找最优变焦速度的设备和方法
CN107735206A (zh) * 2015-06-19 2018-02-23 Ipg光子公司 包括具有用于控制光束直径和/或焦点位置的可移动透镜的可控准直器的激光切割头
CN107991750A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 佳能株式会社 抑制光学单元的不期望的运动的镜筒和摄像设备

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019106443A1 (de) 2020-03-12
CN112654909B (zh) 2023-05-12
KR20210054519A (ko) 2021-05-13
EP3850413B1 (de) 2023-11-01
WO2020053031A1 (de) 2020-03-19
EP3850413A1 (de) 2021-07-21
US20210268602A1 (en) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4426516B2 (ja) レーザビームを焦点調節するための装置
KR101788213B1 (ko) 레이저 가공 헤드
CA3013264C (en) Imaging optics for material machining by means of laser radiation and laser machining head with such imaging optics
CN201783759U (zh) 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统
US20140307312A1 (en) Beam Shaping Unit For Focusing a Laser Beam
KR101602683B1 (ko) 비원형 공작물의 가공장치
KR20030059074A (ko) 진동 소거 구조를 갖는 렌즈용 선반
KR102140355B1 (ko) 레이저 기계가공 장치
JP5570459B2 (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JPH08304689A (ja) レンズ駆動制御装置
JP5155191B2 (ja) 露光設備
CN112654909B (zh) 用于材料加工装置的焦点调节设备和方法及激光材料加工用装置
JP2010282419A (ja) 非接触加工機
EP2572823B1 (en) Precision feeding device with laser interferometer
JP2007037337A (ja) 駆動装置
JP2020516459A (ja) 動作レーザビームの焦点を制御するための方法及び装置ならびにそのような装置を有するレーザ加工ヘッド
KR20170047076A (ko) 기판 가공 방법
JP5461392B2 (ja) 電子部品基板をスクライブするために使用されるレーザレンズの流体式釣合い装置
EP1365266B1 (en) Device and method for mutual alignment of optical members
JPH02123310A (ja) 顕微鏡のオートフォーカス機構
KR101720574B1 (ko) 레이저 가공 장치 및 그 구동 방법
Liu et al. Inertial force control and balance error analysis of fast tool servo based on the voice coil motor
Guyenot et al. Adjustment robot for fiber optics assemblies
JP4572187B6 (ja) 光学的表面または光学的表面を製造するための型枠のための加工機
JP3488842B2 (ja) 形状測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant