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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für
einen Lasermaterialbearbeitungskopf mit, in Propagationsrichtung
des Laserstrahls, der entlang der optischen Achse geführt
ist, gesehen, einer ersten optischen Einheit zur Aufteilung des Strahlungsfelds
senkrecht zur Propagationsrichtung derart, dass eine strahlungsfreie
Zone zwischen zwei Teilstrahlungsfeldern gebildet wird, einer Prozessmittel-Zuführeinrichtung,
die Prozessmittel über den Bereich der strahlungsfreien
Zone abschattungsfrei koaxial zur optischen Achse zuführt,
und einer Fokussiereinheit.
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Bei
vielen Lasermaterialbearbeitungsverfahren (z. B. Schneiden, Schweißen,
Auftragsschweißen, Löten) muss ein Zusatzstoff
in die Bearbeitungsstelle gebracht werden, um entweder zusätzliches Material
bereitzustellen oder um den Prozess durch Gase zu beeinflussen.
Zu diesen Verfahren gehören u. a. Laserlöten (Hart-
und Weichlöten), Kunststoffschweißen, Schweißen
metallischer Werkstoffe, Aufbringen von Schichten aus Metall, Keramik
oder Kunststoff, Generieren von Strukturen aus Metall, Kunststoff
oder Keramik, Laserstrahlschneiden, Laserstrahlhärten,
Laserstrahllegieren, Laserstrahldispergieren, um die wesentlichen
zu nennen.
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Der
Zusatzwerkstoff kann in fester oder flüssiger Form oder
als Gas zugeführt werden. In fester Form liegt der Zusatzwerkstoff
meist als Draht oder Pulver vor.
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Bislang
wird der Zusatzwerkstoff in der Regel von der Seite zugeführt.
Die hierzu benötigte Anordnung ist jedoch in der Nähe
der Bearbeitungsstelle aufgrund ihrer Baugröße
recht störend. Außerdem wird hierdurch die Anordnung
asymmetrisch, so dass bei der Verfolgung einer Kontur eines Werkstücks
bei Änderung der Vorschubrichtung eine Drehung des Bearbeitungskopfes,
bestehend aus einer Zufuhreinheit für den Zusatzwerkstoff
und einer Optik zur Strahlführung und -formung, notwendig
wird.
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Bei
einer anderen Anordnung, wie sie in der
FR2823688 beschrieben ist, wird der
Zusatzwerkstoff koaxial in das Zentrum der Bearbeitungsstelle geführt.
Hierbei wird jedoch durch die seitliche Zufuhr des Prozessmittels
ein Teil des Strahls abgeschattet, wodurch zum einen Verluste auftreten
und zum anderen der Zusatzwerkstoff bereits vor der Wechselwirkungszone
erwärmt wird. Außerdem ist die Intensitätsverteilung
nicht rotationssymmetrisch durch Abschattung, wodurch die Anordnung
richtungsabhängig ist.
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Ferner
ist aus der
EP1020249 eine
Anordnung bekannt, bei der der Strahl durch zwei Dachkantenprismen
aufgeteilt wird. Hierdurch wird eine abschattungsfreie, koaxiale
Zufuhr des Prozessmittels erreicht, jedoch erfordern die beiden
Dachkantenprismen einen seitlichen Versatz der Teilstrahlungsfelder,
wodurch die Anordnung relativ groß wird. Darüber
hinaus sind zur Aufteilung der Strahlungsfelder grundsätzlich
zwei Elemente notwendig. Auch wird der unkollimierte, divergente
Strahl aufgeweitet, wodurch in der Bearbeitungsebene (Wechselwirkungszone)
zwangsläufig ein Doppelspot, also eine asymmetrische Intensitätsverteilung,
entsteht. Die asymmetrische Intensitätsverteilung bedeutet,
dass der Bearbeitungskopf ebenfalls nicht richtungsunabhängig
ist und bei der Konturverfolgung mit Änderung der Vorschubrichtung
eine Drehung des Bearbeitungskopfes notwendig ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches
System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf zu schaffen,
mit dem insbesondere die vorstehend zum Stand der Technik angesprochene
asymmetrische Intensitätsverteilung vermieden wird.
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Gelöst
wird die Aufgabe durch ein optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf
mit, in Propagationsrichtung des Laserstrahls, der entlang der optischen
Achse ge führt ist, gesehen, einer ersten optischen Einheit
zur Aufteilung des Strahlungsfelds senkrecht zur Propagationsrichtung
derart, dass eine strahlungsfreie Zone zwischen zwei Teilstrahlungsfeldern
gebildet wird, einer Prozessmittel-Zuführeinrichtung, die
Prozessmittel über den Bereich der strahlungsfreien Zone
abschattungsfrei koaxial zur optischen Achse zuführt, und
einer Fokussiereinheit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass nach
der Kollimationseinheit mindestens ein Axikon eingefügt
ist, um ein Ringstrahlungsfeld rotationssymmetrisch zur optischen
Achse zu erzeugen, wobei die erste optische Einheit mindestens ein
transmissives oder reflektives optisches Bauteil umfasst, und dass
dieser ersten optischen Einheit eine zweite optische Einheit in
Form mindestens eines weiteren transmissiven oder reflektiven optischen
Bauteils nachgeordnet ist derart, dass die durch die erste optische
Einheit erzeugten Teilstrahlungsfelder wieder zusammengefügt
werden.
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Das
optische System umfasst in seinen Grundkomponenten einen Kollimator,
eine Anordnung zur Aufteilung des Strahlungsfeldes, ein Axikon oder
mehrere Axikon zur Erzeugung des Ringstrahlungsfelds und eine Fokussiereinheit.
Bei dem erfindungsgemäßen System erfolgt die Aufteilung
des Strahlungsfeldes so, dass jedes Teilstrahlungsfeld mit einer
brechenden planparallelen Platte versetzt wird. Hierdurch wird vermieden,
dass sich die Propagationsrichtung nach dem aufteilenden Element ändert,
so dass ein kompakter Aufbau realisiert werden kann. Da refraktive,
planparallele Optiken eingesetzt werden, muss nur eine optische
Einheit eingesetzt werden, um das Strahlungsfeld in zwei Teilstrahlungsfelder
aufzuteilen. Durch eine weitere optische Einheit, vorzugsweise mit
zwei planparallelen Platten, kann das Strahlungsfeld nach Zuführung
des Zusatzwerkstoffes wieder geschlossen werden. Durch Zusammenführung
der zunächst geteilten Teilstrahlungsfelder mittels eines
weiteren Plattenpaares wird eine symmetrische Intensitätsverteilung
erreicht, so dass der Bearbeitungskopf bei einer Konturverfolgung
nicht gedreht werden muss.
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Weiterhin
kann durch den Einsatz eines Axikon vor der Fokussiereinheit bzw.
durch eine Kombination von mehreren Axikon erreicht werden, dass der
Strahl auf einen Ring fokussiert wird. Der Ring kann sich auch im
Fokus schließen (Kreis/Spot). Dadurch kann erreicht werden,
dass entlang der Symmetrieachse der Verteilung die Intensität
bis in die Bearbeitungsebene, oder kurz vor dieser, Null bleibt. Dadurch
wird eine abschattungsfreie seitliche Zuführung des Zusatzwerkstoffes
möglich; eine solche Zuführung ist aber auch dann
möglich, wenn der kleinste Querschnitt mit dem Fokus zusammenfällt.
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Der
vollkommen symmetrische Aufbau des optischen Systems ermöglicht
auch eine verzerrungsfreie Beobachtung des Prozesses durch den Strahlengang.
Dazu kann z. B. ein dichroitischer Spiegel vor oder nach dem Axikon
in den Strahlengang eingebracht werden, mit dem dann der Prozess beobachtet
werden kann. Auch eine weitere Lichtquelle zur Ausleuchtung der
Wechselwirkungszone für die Prozesskontrolle bzw. Nahtverfolgung
kann auf diese Art in den Strahlengang eingebracht werden.
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Bei
dem erfindungemäßen System kann das kollimierte
Strahlungsfeld durch den Einsatz eines negativen Axikon oder eines
Doppel-Axikon oder die Kombination mehrerer Axikon in einen Ring
abgebildet werden. Die Erzeugung des Ringstrahles durch ein Axikon
hat den Vorteil, dass das Strahlungsfeld symmetrisch ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Systems wird als
Axikon ein konkav-konvexes Axikon mit gleichen Kegelwinkeln eingesetzt;
dadurch wird die Winkelverteilung des Strahlungsfelds nicht beeinflusst.
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Das
konkav-konvexe Axikon kann aus mindestens einem konkaven Bauteil
und mindestens einem konvexen Bauteil gebildet werden, wodurch sich der
Vorteil ergibt, dass der Ring bzw. die strahlungsfreie Zone weiter
vergrößert werden kann und das Strahlungsfeld
nach dem Axikon kollimiert verbleibt; außerdem ergibt sich
ein geschlossener Ring in der Bearbeitungsebene.
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Um
zu erreichen, dass eine einfache Fertigung möglich wird,
können zwei Axikon hintereinander eingesetzt werden, die
jeweils plan-konvex mit gleichem Winkel aufgebaut sind.
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Für
das mindestens eine Axikon kann ein plan-konkaves Axikon eingesetzt
werden, wodurch ein reduzierter Bauraum erreicht werden kann.
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Abhängig
von der Art des Axikon, mit dem der Ringstrahl erzeugt wird, kann
entweder ein Ring oder ein Kreis scharf auf die Bearbeitungsebene
abgebildet werden.
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In
einer Ausführungsform wird die erste optische Einheit durch
mindestens zwei planparallele Platten aufgebaut.
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Die
Aufspaltung des ringförmigen Strahlungsfelds mittels planparalleler
Platten, vorzugsweise mittels eines Prismas, dient dazu, eine abschattungsfreie
Zufuhr des Zusatzstoffes zu ermöglichen. Dabei wird die
planparallele Platte bzw. das Prisma so angeordnet, dass sich die
Propagationsrichtung der Teilstrahlen nicht verändert.
Die Zufuhr des Zusatzwerkstoffs kann abschattungsfrei seitlich,
in die durch das Prisma erzeugte Öffnung im Strahlungsfeld,
zugeführt werden. Dies gewährleistet einen kompakten
Aufbau.
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Wenn
die zwei planparallelen Platten verwendet werden, sollten diese
zueinander jeweils zu einer Ebene, in der die optische Achse liegt,
unter gleichen Winkeln derart verkippt sein, dass die Flächennormalen
der für die Laserstrahlung optisch wirksamen, parallelen
Flächen eine Ebene aufspannen, in der die optische Achse
liegt. Dadurch ist gewährleistet, dass sich ein symmetrischer
Aufbau aus zwei gleichen Teilen ergibt.
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Das
zweite optische Element kann durch mindestens zwei planparallele
Platten aufgebaut werden.
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Diese
zwei planparallelen Platten sollten zueinander jeweils zu einer
Ebene, in der die optische Achse liegt, unter gleichen Winkeln derart
verkippt sein, dass die Flächennormalen der für
die Laserstrahlung optisch wirksamen, parallelen Flächen
eine Ebene aufspannen, in der die optische Achse liegt.
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Das
Strahlungsfeld kann mittels des zweiten optischen Elements nach
der Einbringung des Zusatzmittels geschlossen werden und bildet
dann einen Ringstrahl.
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Das
zweite optische Element wird so ausgeführt, dass es eine
Spiegelung des ersten optischen Elements ist. Für eine
solche Spiegelung ist eine Punktspiegelung des ersten optischen
Elements zu bevorzugen,
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Der
Laserstrahl kann durch mindestens einen Spiegel gefaltet werden.
Durch eine solche Faltung des Strahlengangs hinter dem aufspaltenden Element
und vor dem zweiten optischen Element kann erreicht werden, dass
der Zusatzwerkstoff durch eine zentrische Bohrung im zweiten Spiegel und
entsprechende Bohrungen in den nachfolgenden optischen Elementen
umlenkungsfrei zugeführt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße optische System ermöglicht
den Bearbeitungsbereich über eine Auskoppeleinheit zwischen
der Kollimationseinheit und der Fokussiereinheit mittels eines Bildverarbeitungssystems
zu erfassen. Über ein solches Bildverarbeitungssystem kann
eine Prozessbeobachtung, -kontrolle und/oder -steuerung erfolgen.
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Die
wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen optischen
Systems können wie folgt zusammengefasst werden:
Das
erfindungsgemäße optische System, und damit der
entsprechende Bearbeitungskopf, in dem dieses optische System eingebaut
ist, sind aufgrund der Rotationssymmetrie der Leistungsdichteverteilung
in der Bearbeitungsebene vollständig richtungsunabhängig.
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Eine
verzerrungsfreie Prozessbeobachtung und -beleuchtung wird durch
diese Anordnung der optischen Komponenten ermöglicht.
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Weiterhin
sind eine symmetrische Abbildung und ein kompakter Aufbau des Bearbeitungskopfes möglich.
Hieraus ergibt sich eine verbesserte Zugänglichkeit aufgrund
der vergleichsweise kleinen und symmetrischen Bauweise.
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Die
Programmierung der Robotersteuerung aufgrund häufiger Umorientierungen
des Bearbeitungskopfes bei herkömmlichen Bearbeitungssystemen,
insbesondere bei anspruchsvollen 3D-Geometrien, wird deutlich vereinfacht:
Produktivitätseinbußen
durch häufige Umorientierungen des Bearbeitungskopfes und
dadurch geringe Vorschubgeschwindigkeiten an den Umorientierungspunkten
können vermieden werden.
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Bei
fügenden Verfahren werden sowohl Schwankungen der Nahtbreite
als auch Bindefehler durch nicht konstante Bearbeitungsgeschwindigkeiten,
die bei einer nicht koaxialen Zufuhr von Zusatzstoffen, bedingt
durch häufige Umorientierungen auftreten, vermieden.
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Teure
Handhabungssysteme können durch solche mit geringeren Anforderungen
an die Dynamik ersetzt werden.
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Mit
dem optischen System nach der Erfindung wird eine abschattungsfreie
Zufuhr des Zusatzwerkstoffes im Vergleich zur koaxialen Zufuhr von
außen, die nach dem Stand der Technik eingesetzt wird, möglich.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt
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1A ein
optisches System in einer ersten Ausführungsform mit einem
einzelnen Axikon,
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1B das
optische System der 1A aus Sicht des Sichtpfeils
IB in 1A,
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1C die
Strahlungsverteilung der Anordnung in 1A senkrecht
zu der optischen Achse entlang der Ebene, die in 1A angegeben
ist,
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2A ein
optisches System in einer zweiten Ausführungsform, bei
der gegenüber der ersten Ausführungsform der 1A und 1B zwei
Axikon eingesetzt sind,
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2B das
optische System der 2A aus Sicht des Sichtpfeils
IIB in 2A,
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3A ein
optisches System in einer dritten Ausführungsform, bei
der gegenüber der zweiten Ausführungsform der 3A und 3B die
eingesetzten Axikon geändert sind,
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3B das
optische System der 3A aus Sicht des Sichtpfeils
IIIB in 3A,
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4A ein
optisches System in einer vierten Ausführungsform, bei
der gegenüber der dritten Ausführungsform der 3A und 3B die
eingesetzten Axikon geändert sind,
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4B das
optische System der 4A aus Sicht des Sichtpfeils
IVB in 4A,
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5A eine
Anordnung der ersten Ausführungsform, wie sie in 1A dargestellt
ist, allerdings mit einer Faltung des Strahlengangs,
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5B das
optische System der 5A aus Sicht des Sichtpfeils
VB in 5A,
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6 eine
Anordnung mit zwei Faltungsspiegeln, wobei über den einen
Faltungsspiegel durch eine zentrische Bohrung im zweiten Spiegel und
eine entspre chende Bohrung in den nachfolgenden optischen Elementen
eine Prozessmittelzufuhr erfolgt,
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7A eine
Anordnung, die mit der Anordnung, ohne die Faltungsspiegel, der 6 vergleichbar
ist, bei der schematisch eine seitliche Prozessmittelzuführung
dargestellt ist,
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7B die
Anordnung der 7A aus Richtung des Sichtpfeils
VIIB in 7A,
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8 ein
Prisma in Form von planparallelen Platten aus Spiegeln, um die Aufteilung
eines Eingangsstrahlungsfelds in zwei Teilstrahlungsfelder schematisch
darzustellen, und
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9 ein
Spiegel-Axikon, um die Aufteilung eines Strahlungsfelds in Teilstrahlungsfeldern
schematisch darzustellen.
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Das
optische System in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
wie es in den 1A und 1B zu
sehen ist, umfasst eine Laserstrahlquelle, die allgemein mit dem
Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, bei der es sich beispielsweise
um Diodenlaser, Nd:Yag, Faserlaser, und dergleichen, handeln kann, die
ein divergierendes Strahlungsfeld 2 abgibt. Dieses Strahlungsfeld 2 wird
durch eine Kollimationseinheit 3 kollimiert, so dass hinter
der Kollimationseinheit 3 ein Strahlungsfeld 4 mit
parallelen Strahlen entsteht. Dieses Strahlungsfeld 4 trifft
auf ein konkav-konvexes Axikon 5 auf. Mit diesem Axikon 5 wird das
Strahlungsfeld 4 so aufgeweitet, dass es eine zur optischen
Achse rotationsymmetrische ringförmige Intensitätsverteilung
mit einer strahlungsfreien Zone im Zentrum bildet. Dieses aufgeweitete
Strahlungsfeld 4 trifft dann auf eine erste optische Einheit 6 auf, die
aus zwei planparallelen Platten aufgebaut ist. Diese planparallelen
Platten bilden auf der Seite der Eintrittsflächen einen
Winkel zueinander, der geringer als 180° ist. Durch die
planparallelen Platten werden zwei Teilstrahlungsfeldern 8 erzeugt,
so dass zwischen den Teilstrahlungsfeldern 8 eine strahlungsfreie
Zone 9 zentrisch zu der optischen Achse, die mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet
ist, entsteht.
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Die
Strahlungsquerschnitte, wie sie sich entlang der Ebene 11,
die durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist, senkrecht zu
der optischen Achse 10 ergeben, sind in 1C gezeigt.
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Im
Bereich dieser strahlungsfreien Zone 9 kann Prozessmittel,
beispielsweise Draht, Pulver, Gas, zugeführt werden. Nach
dem ersten optischen Element 6 ist ein zweites optisches
Element 12, das wiederum aus zwei planparallelen Platten
gebildet ist, angeordnet. Wie anhand der 1A und 1B, wobei 1B eine
Ansicht in Richtung des Sichtpfeils IB in 1A darstellt,
zu erkennen ist, ist dieses zweite optische Element spiegelbildlich
zu dem ersten optischen Element, mit einer Spiegelungsebene senkrecht
zu der optischen Achse 10, aufgebaut, was bedeutet, dass
die beiden planparallelen Platten 13 unter einem Winkel
auf der Strahlungseintrittsseite > 180° zueinander
ausgerichtet sind. Über dieses zweite optische Element 12 werden
die Teilstrahlungsfelder 8 wieder in Richtung der optischen
Achse 10 zusammengeführt, wobei Strahlungsanteile
der Teilstrahlungsfelder 8 ausgangsseitig des zweiten optischen
Elements 12 parallel zu der optischen Achse 10 verlaufen.
Dieses Feld aus parallelen Strahlen trifft auf eine weitere Fokussiereinheit 14 auf,
durch die das Strahlungsfeld auf einen Fokussierungspunkt 15,
der beispielsweise in einer Bearbeitungsebene liegt, fokussiert
wird.
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Die 2A und 2B zeigen
eine zweite Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der
Erfindung, bei der gegenüber der Ausführungsform,
wie sie in den 1A und 1B dargestellt ist,
das Axikon 5 der 1A und 1B,
nach der Kollimationseinheit 3, durch zwei Axikon 16 und 17 ersetzt
ist.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass in den 2A und 2B sowie
in den weiteren 3 bis 9 solche
Bauteile, die in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise mit denjenigen
der 1A und 1B, oder
mit entsprechenden anderen Figuren, die noch beschrieben werden,
identisch oder vergleichbar sind, mit den entsprechenden Bezugszeichen
bezeichnet sind, so dass Ausführungen zu dem entsprechenden
Bauteil, die in Bezug auf eine Figur angegeben sind, entsprechend
auf diese Bauteile der anderen Figuren übertragen werden
können.
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Bei
dem Axikon 16 der 2A und 2B handelt
es sich um ein konkav-planes Axikon, während das zweite
Axikon 17 ein plan-konvexes Axikon ist. Bei dem konvex-planen
Axikon 16 ist zunächst, in Strahlausbreitungsrichtung
gesehen, der konkave Bereich auf der Strahlungseintrittsseite dieses
Axikon 16 angeordnet, während sich der plane Bereich auf
der Strahlungsaustrittsseite befindet. Entsprechend ist bei dem
plan-konvexen Axikon 17 der plane Teil auf der Strahlungseintrittsseite
angeordnet, während sich der konvexe Bereich auf der Strahlungsaustrittsseite
befindet. In Strahlungsausbreitungsrichtung gesehen befinden sich
hinter dem zweiten Axikon 17 die jeweilige erste optische
Einheit 6 und die zweite optische Einheit 12,
wie sie auch in der Ausführungsform der 1A und 1B eingesetzt sind,
sowie eine weitere Fokussiereinheit 14, die das Strahlungsfeld
auf dem Fokussierungspunkt 15 bzw. die Arbeitsebene fokussiert.
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In 2 ist eine Darstellung entsprechend der 1C weggelassen,
da das Strahlungsfeld in einer entsprechenden Ebene zwischen der
ersten optischen Einheit 6 und der zweiten optischen Einheit 12 vergleichbar
mit demjenigen ist, wie es in 1C gezeigt
ist.
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Die
Anordnung der zweiten Ausführungsform der 2A und 2B hat
den Vorteil, dass der Ring und die strahlungsfreie Zone des Strahlungsfeldes
stark vergrößert werden können, ohne dass
das Axikon in 1A und 1B extrem
vergrößert werden muss (ein sehr großes
Axikon wird durch zwei kleinere Axikon ersetzt) während
die Anordnung des optischen Systems, insbesondere hinsichtlich des
eingesetzten Axikon 5, den Vorteil hat, dass es aufgrund
von weniger optischen Elementen, kompakt aufgebaut werden kann.
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In
einer dritten Ausführungsform des optischen Systems, wie
sie in den 3A und 3B gezeigt
ist, sind ein erstes Axikon 18 und ein zweites Axikon 19 eingesetzt,
wobei es sich bei dem ersten Axikon 18 um ein konvex-planes
Axikon handelt, während es sich bei dem zweiten Axikon 19 um
ein plan-konvexes Axikon handelt. Das zweite Axikon 19 besitzt
den planen Abschnitt auf der Strahlungseintrittsseite und den konvexen
Abschnitt auf der Strahlungsaustrittsseite.
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Die
vierte Ausführungsform des optischen Systems in den 4A und 4B weist
hinter der Kollimationseinheit 3 nur ein einzelnes Axikon 20, und
zwar ein konkav-planes Axikon, auf. Durch dieses Axikon 20 wird
wieder ein Ringstrahl erzeugt, allerdings wird das Strahlungsfeld
nicht kollimiert sondern ist divergent. Dadurch ist die Anordnung
kompakt und kann sehr große Ringe (Strahlungsquerschnitt)
auf kleinem Raum erzeugen.
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In
der Anordnung der 4A und 4B wird
in der Bearbeitungsebene ein Ringstrahl 15 erzeugt.
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Um
einerseits einen kompakten Aufbau zu erhalten und darüber
hinaus eine Zufuhr von Prozessmitteln zu erreichen, kann der Strahlengang
gefaltet werden, wie dies in der Ausführungsform der 5A und 5B dargestellt
ist. In dem Grundaufbau entspricht die Anordnung des optischen Systems der 5A und 5B derjenigen
der ersten Ausführungsform, wie sie in den 1A und 1B dargestellt
ist. Allerdings sind, für die Faltung, zwischen der ersten
optischen Einheit 6 und der zweiten optischen Einheit 12 ein
erster Faltungsspiegel 21 und ein zweiter Faltungsspiegel 22 eingefügt,
die jeweils unter 45° zu der optischen Achse 10 parallel
zueinander ausgerichtet sind. Durch diese Faltungsspiegel 21, 22 besteht
die Möglichkeit, die Arbeitsebene bzw. den Fokuspunkt 15 zu
beobachten (Prozessbeobachtung bei dichroitischen Spiegeln) oder
aber über den zweiten Faltungsspiegel Prozessmittel zuzuführen.
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Eine
solche Prozessmittelzuführung ist als Beispiel in der Anordnung
der 6 gezeigt. Das optische System der 6 ist
mit demjenigen der ersten Ausführungsform (1A und 1B)
vergleichbar, allerdings ist ein Axikon 20 zwischen der Kollimationseinheit 3 und
der ersten optischen Einheit 6, und nach dem Faltungs-
bzw. Umlenkspiegel 21, eingefügt; das Axikon 20 entspricht
demjenigen der vierten Ausführungsform (4A und 4B) (ein
konvex-planes Axikon). Der zweite Faltungsspiegel 22 zwischen
der ersten optischen Einheit 6 und der zweiten optischen
Einheit 12 weist eine Bohrung bzw. ein Loch 25 auf,
das sich an einer Stelle auf dem Faltungsspiegel 22 befindet,
an der sich die optischen Achsen 10 schneiden. Entsprechende
Löcher 26 und 27, entlang der optischen
Achse 10, sind in der zweiten optischen Einheit 12 und
der zweiten Fokussiereinheit 14 ausgeführt. Über
diese Löcher 25, 26 und 27 in
dem Spiegel 22, der zweiten optischen Einheit 12 und
der Fokussiereinheit 14 kann Prozessmittel, wie durch die
Linie 28 angedeutet ist, zugeführt werden; auch
kann die Arbeitsebene 29 bzw. der Fokuspunkt 15 über
eine entsprechende Anordnung beobachtet, verfolgt und analysiert
werden, um entsprechende Einstellungen des Systems vorzunehmen.
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Die
Anordnung, wie sie in den 7A und 7B zu
sehen ist, entspricht in dem Aufbau des optischen Systems wiederum
derjenigen, die in den 4A und 4B (vierte
Ausführungsform) dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform
ist die Zuführung des Prozessmittels durch die Linie 30 in
der strahlungsfreien Zone 9 zwischen den beiden optischen
Einheiten 6 und 12 schematisch dargestellt. Wiederum
befinden sich in der zweiten optischen Einheit 12 und der
Fokussiereinheit 14 die entsprechenden Löcher 26 und 27,
um die Prozessmittel zu der Bearbeitungsebene 29 zuzuführen.
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In 8 ist
ein Prisma in Form von planparallelen Platten aus Spiegeln, um die
Aufteilung eines Eingangsstrahlungsfelds in zwei Teilstrahlungsfelder schematisch
darzustellen, gezeigt. Bei diesem Prisma handelt es sich beispielsweise
um die erste optische Einheit 6, wie sie in den vorstehend
beschriebenen Figuren gezeigt ist. Das in das Prisma bzw. die planparallelen
Platten eintretende Strahlungsfeld 4 wird durch Mehrfachreflexion
an den Spiegelflächen in die zwei Teilstrahlungsfelder 8 aufgeteilt,
so dass zwischen diesen Teilstrahlungsfeldern 8 die strahlungsfreie
Zone 9 erzeugt wird.
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9 zeigt
ein schematisches Spiegel-Axikon, wie es beispielsweise in den 3A und 3B gezeigt
ist, in einer perspektivischen Ansicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - FR 2823688 [0005]
- - EP 1020249 [0006]