DE102012212278A1

DE102012212278A1 - Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten

Info

Publication number: DE102012212278A1
Application number: DE102012212278.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Guggenmos; Martin Hartmann; Dmitry Badyokov
Original assignee: Arges GmbH
Current assignee: Novanta Europe GmbH
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-07-14
Also published as: DE102012212278B4; WO2014009150A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten mittels eines Laserstrahls oder mehrerer Laserstrahlen in oder auf einer 2D- und/oder 3D-Topologie. Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung mindestens eine Faserlaserquelle, eine Laserstrahlablenkvorrichtung und eine Diagnoseeinheit, wobei die Laserstrahlablenkvorrichtung zwei X/Y-Scanner aufweist, welche in Reihe geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten mittels eines Laserstrahls oder mehrerer Laserstrahlen in einer 2D- und/oder 3D-Topologie gemäß Patentanspruch 1.
Bohr-, Schneid- oder Schweißeinrichtungen, bei denen unter Verwendung gebündelter Lichtenergie in Form eines Laserstrahls in eine vorgegebene Probe Löcher oder Konturen geschnitten oder Teile ausgeschnitten werden, sind bekannt. Neueste Anwendungsgebiete im Bereich von lasergestützten Bohr- und Schneideinrichtungen setzen ein gleichzeitiges Bohren mehrerer Bohrungen voraus. Dies gilt sowohl bei zweidimensionalen (2D) Bearbeitungsstücken, wie zum Beispiel flachen Blechen, als auch bei dreidimensionalen (3D) Bearbeitungsstücken, wie zum Beispiel gebogenen Autotüren oder Flugzeugteilen wie bspw. Turbinenabdeckungen.
Bei den zu bearbeitenden Teilen kann der Abstand zwischen der Bohr- und Schneideinrichtung und dem Bearbeitungsstück auf Grund der Form des Bearbeitungsstückes oder der Anordnung des zu bearbeitenden Teiles variieren. Sofern für die zu erzeugenden Bohrungen eine maximal aufzuweisende Tiefe einzuhaltenist, ist es notwendig zu jedem Bearbeitungszeitpunkt den Abstand zwischen der Bohr-, Schneid- oder Schweißeinrichtung und dem zu bearbeitenden Werkstück bzw. der 2D- oder 3D-Topologie zu kennen. Hierbei können z. B. vor der Bearbeitung des Werkstückes Flächenabtastungen vorgenommen werden, wobei die Daten des Abtastungsvorganges in einer Datenbank gespeichert werden können. Ein derartiger Abtast- bzw. Scanvorgang geht jedoch mit einer langen Bearbeitungszeit einher, welche den gesamten Bearbeitungsprozess stark verzögert. Da die Oberfläche bzw. Anordnung der zu bearbeitenden Teile variieren können, ist es notwendig diesen, dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang vorgelagerten, Abtastvorgang für jedes einzelne zu bearbeitende Teil durchzuführen, sodass die Gesamtbearbeitungszeit einer Produktionslinie unzumutbar verlangsamt wird.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten zur Verfügung zu stellen, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, dass der Abstand zwischen einer 2D- oder 3D-Topologie und der Bohr-, Schneid- oder Schweißeinrichtung schnellstmöglich erfasst werden kann und gleichzeitig optional mehrere Laserstrahlen zur Verfügung gestellt werden können.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten mittels eines Laserstrahls oder mehrerer Laserstrahlen gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Die erfindungsgemäße Anordnung geht von mindestens einer Faserlaserquelle, einer Diagnoseeinheit sowie einer Laserstrahlablenkvorrichtung aus, wobei die Laserstrahlablenkvorrichtung zwei X/Y-Scanner aufweist.
Als X/Y-Scanner werden im vorliegenden Fall Scanköpfe bzw. Laserstrahlablenkvorrichtungen mit zwei Spiegeln bezeichnet, welche eine Ablenkung des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen sowohl in X- als auch in Y-Richtung eines Koordinatensystems ermöglichen. Die beiden X/Y-Scanner sind in Reihe geschaltet, d. h. dass ein oder mehrere Laserstrahl(en) zunächst in einen ersten X/Y-Scanner eintreten und darin umgelenkt werden um nach dem Austritt aus dem ersten X/Y-Scanner innerhalb eines zweiten X/Y-Scanner umgelenkt zu werden. Die beiden aufgezeigten X/Y-Scanner sind also in Reihe geschaltet, wobei der X/Y-Scanner, welcher in zeitlicher Reihenfolge als erste Ablenkvorrichtung dient, als erster X/Y-Scanner bezeichnet wird und der X/Y-Scanner, welcher den Laserstrahl oder die Vielzahl von Laserstrahlen im Anschluss daran ablenkt, als zweiter X/Y-Scanner bezeichnet wird. Die in diesem Zusammenhang genannte Reihenschaltung schließt nicht aus, dass zwischen den beiden X/Y-Scannern noch weitere Bauteile befindlich sein können.
Die Apertur des ersten X/Y-Scanners ist zweckmäßigerweise kleiner als die Apertur des zweiten X/Y-Scanners.
Der erste X/Y-Scanner weist vorzugsweise eine relativ kleine Apertur von 11–16 mm auf, wohingegen der zweite X/Y-Scanner eine größere Apertur von mindestens 45–55 mm aufweist.
Zwischen dem ersten X/Y-Scanner und dem zweiten X/Y-Scanner ist des Weiteren eine Negativlinse bzw. Zerstreuungslinse angeordnet. Diese Linsen brechen Laserstrahlen von der optischen Achse weg, sodass durch vorhergehende Ablenkung des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen im ersten X/Y-Scanner und nachfolgende Ablenkung des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen im zweiten X/Y-Scanner, der Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen gleichmäßig in X-, Y- und Z-Richtung positioniert werden können und gleichzeitig die Eindringtiefe des Laserstrahls in das zu bearbeitende Teil gesteuert werden kann. Die Negativlinse arbeitet im vorliegenden Fall als Fokustranslator und dient der Nachpositionierung des Strahlfokus in Z-Richtung. Nach der Negativlinse ist des Weiteren ein Strahlaufweiter vorgesehen. Die Negativlinse bzw. der Fokustranslator bildet zusammen mit dem Strahlaufweiter eine Teleskopeinheit.
Vor dem X/Y-Scanner sind eine Kollimatoreinheit und/oder mindestens ein Keilprisma befindlich. Mit Hilfe des Keilprismas, welches auch Wedge genannt wird, kann eine Pendel- bzw. Wendelbewegung des Laserstrahls hervorgerufen werden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten ist es möglich nicht nur runde Bohrungen sondern auch ellipsenförmige bis tränenförmige Bohrungen in ein Material einzubringen. Auch die Anordnung von zwei Keilprismen nach der Kollimatoreinheit bzw. vor dem ersten X/Y-Scanner ist denkbar.
Die dargelegte erfindungsgemäße Vorrichtung weist des Weiteren eine koaxiale Autofokussiervermessungseinheit auf, welche durch den zweiten X/Y-Scanner hindurch koaxial einen Sensorstrahl auf das Bearbeitungsstück aussendet, um den Abstand zwischen dem Bearbeitungsstück und der Anordnung zu erfassen und um, abhängig vom Abstand oder der Materialdicke am entsprechenden Auftreffpunkt des Sensorstrahls auf dem Bearbeitungsstück, den Fokus des Laserstrahls oder des Arrays von bspw. vier oder sieben Laserstrahlen nachzuführen und derart zu steuern, dass eine gewünschte Bohrlochtiefe erreicht wird oder das Material besonders schonend im jeweiligen Bereich des Bearbeitungsstückes durchzubohren. Die Anordnung verfügt demnach über eine Sonderoptik mit unendlicher Rayleighlänge.
Bei einem einzigen Laserstrahl kann die koaxiale Ermittlung des Abstandes zwischen Bearbeitungsstück und der Anordnung genau im Bearbeitungspunkt ermittelt werden. Bei einem Array von Laserstrahlen findet die koaxial Ermittlung des Abstandes mittig bezüglich aller Laserstrahlen statt. Anschließend wird bspw. bei einem Bohrprozess ein orthogonales Muster mit vorgegebenem Lochdurchmesser und vorgegebener Lochtiefe am ausgemessenen Bearbeitungspunkt bzw. um den vermessenen Punkt herum eingebracht.
Die dynamische Fokusnachstellung erfolgt durch eine Kompensationsbewegung der erwähnten Negativlinse.
Die koaxiale Autofokussiervermessungseinheit ist zweckmäßigerweise in die Diagnoseeinrichtung integriert.
Bei der koaxialen Autofokussiervermessungseinheit handelt es sich beispielsweise um eine OCT-Einheit bzw. ein OCT-Laser-Mikroskop, welches eine optische Kohärenztomographie durchführt. Die Tomographie basiert auf einem temperaturunempfindlichen Interferometrie-Prinzip, welches bspw. auch bei opaken Oberflächen eingesetzt werden kann und gleichzeitig die Struktur des zu bearbeitenden Materials aufzeigen kann.
Daher ist dieses Abbildungsverfahren bei Laserbearbeitungen von besonderem Vorteil, da das Licht des Laserstrahls nicht störend auf das Abbildungsverfahren Einfluss nimmt. Auch eine Vermessung innerhalb eines Schweißpunktes ist möglich. Des Weiteren zeichnet sich ein OCT-Laser-Mikroskop aufgrund von 100 Hz–200 kHz Ausführungen bzgl. der Messfrequenzen durch besonders schnelle Arbeitszeiten aus, sodass der Autofokussiervorgang bezüglich des Gesamtbearbeitungsvorganges lediglich eine kleine Zeitspanne einnimmt. Werden beispielsweise Carbonfasermaterialien bearbeitet, kann mit Hilfe eines OCT-Laser-Mikroskops eine hoch aufgelöste Abbildung des zu bearbeitenden Werkstückes oder des bereits bearbeiteten Teiles erstellt werden.
Die schnelle dynamische Nachjustierung des Laserstrahlfokuses kann auch auf Grundlage anderer Messverfahren zur Erfassung des Abstandes zwischen dem Werkstück und dem Austrittspunkt des Laserstrahls oder der Laserstrahlen aus dem zweiten X/Y-Scanner erfolgen. Dies ist z. B. mit Hilfe eines Time-of-Flight-Messverfahrens oder eines Triangulations-Verfahrens möglich. Die Anordnung kann diesbezüglich entsprechend eine Time-of-Flight-Einheit, also eine Time-of-Flight-Kamera, oder eine Triangulationseinheit aufweisen.
Zusammen mit der beschriebenen Negativlinse bildet die koaxiale Autofokussiervermessungseinheit, wie z. B. das OCT-Laser-Mikroskop, die Time-of-Flight-Kamera oder die Triangulationseinheit, eine Autofokussiereinheit.
Bei der Faserlaserquelle kann es sich um einen Ultrakurzpulslaser handeln. Insbesondere werden hier sog. Femtolaser mit einem Seeder bevorzugt eingesetzt. Des Weiteren ist es denkbar einen fasergekoppelten Laser einzusetzen. Bei den hier dargelegten möglichen Laserquellen handelt es sich nicht um eine abschließende Aufzählung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Diagnoseeinheit eine 3D-Projektionseinheit mit mindestens einer Kamera auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Diagnoseeinheit eine Plasma-Emissionsspektrometrie-Einheit auf. Auf Grundlage einer derartigen Einheit kann z. B. erkannt werden, ob bei einem zu bearbeitenden Werkstück, welches aus mehreren Materialien besteht, jedoch nur Teilbereiche des Werkstückes mit einem ausgewählten Material bearbeitet werden sollen, Teilbereiche des Werkstückes mit anderem nicht zu bearbeitenden Material im Fokusbereich des Laserstrahls oder der Laserstrahlen liegen, sodass ein Bohr- oder Schweißprozess an diesem Bearbeitungspunkt schnellstmöglich unterbrochen werden kann. Eine Turbinenverkleidung besteht beispielsweise aus einer Bienenwabenstruktur aus Aluminium, welche beidseitig mit einem Carbonfaserverbundwerkstoff abgedeckt sind, wobei in den Carbonfaserverbundwerkstoff Bohrungen eingebracht werden sollen. Allerdings soll es zu keiner Ablösung oder Schwächung der Aluminiumstruktur kommen, sodass ein Laserbohrprozess unterbrochen werden soll, wenn der Laserstrahl auf Aluminium trifft. Dies kann mittels einer Plasma-Emissionsspektrometrie-Einheit detektiert werden.
Außerdem ist es mit Hilfe eines OCT-Laser-Mikroskops möglich, beim Vermessen des Abstandes zwischen dem Bearbeitungspunkt und dem zweiten X/Y-Scanner die Oberfläche und die darunter liegenden Schichten zu untersuchen, wobei erkannt werden kann, ob unter dem Bearbeitungspunkt besagte Aluminium-Struktur liegt, sodass der Bearbeitungspunkt entsprechend versetzt werden kann.
Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass die Laserstrahlablenkvorrichtung, also beide X/Y-Scanner an einer Positioniereinheit angebracht sein können. Dabei kann es sich z. B. um einen Roboterarm handeln. In einer weitergebildeten Ausbildungsform der Erfindung sind auch die Diagnoseeinheit und/oder die Faserlaserquelle zusammen mit der Laserstrahlablenkvorrichtung an der Positioniereinheit befestigt, bei welcher es sich wie bereits erwähnt beispielsweise um einen Roboterarm handelt.
Auch eine stationäre Positionierung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen und Schweißnähten ist möglich. Hierbei muss jedoch eine Vorrichtung vorgesehen sein, welche das Werkstück gemäß den auszuführenden Laserbearbeitungsvorgängen bewegt. Bei der Einarbeitung von Löchern in eine Turbinenverkleidung ist es beispielsweise möglich, die Turbinenverkleidung auf Rollen zu bewegen.
Außerdem ist es zweckmäßig, die Diagnoseeinrichtung mit einer Referenzpunktverfolgungseinheit zu versehen, welche Referenzpunkte des zu bearbeitenden Werkstückes detektiert und geometrisch in Relation zu der ermittelten Position des Referenzpunktes beispielsweise den Verlauf einer Schweißnaht oder die Position von Bohrungen beeinflusst. Eine derartige Referenzpunktverfolgungseinheit bzw. Kantenverfolgungseinheit überwacht beispielsweise bei einem Schweißprozess bei Autotüren die äußere Kante eine Autotür um eine aufzubringende Schweißnaht in einem gleichbleibenden Abstand von der Außenkante der Autotür zu platzieren. Da Autotüren aufgrund des Herstellungsprozesses und der Lagerung jeweils einer geringen Abweichung von Normmaßen unterliegen, ist eine dynamische Kantenverfolgung von großem Vorteil hinsichtlich der exakten Positionierung der aufzubringenden Schweißnaht und bezüglich der schnellen Erfassung des Kantenverlaufes. Des Weiteren können hierdurch Produktionsfehler am Kantenverlauf festgestellt werden. Dies kann zu einer Aussortierung des Werkstückes führen oder zu einem geänderten Verlauf der Schweißnaht, um somit die fehlerhaften Teilbereiche der Autotür mit der Schweißnaht zu umfahren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der erste X/Y-Scanner durch eine einzelne Umlenkplatte ersetzt werden. Alle anderen einzelnen Bauteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind bei dieser Ausführungsform gleichbleibend. Auch Variationen bzgl. der Anzahl von möglichen Keilprismen sind möglich.
Mit Hilfe der dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist es zusammenfassend möglich einen dynamischen Autofokussierungs- und Diagnoseprozess zu betreiben, welcher nicht vor oder nach dem Bearbeitungsprozess sondern während des Bearbeitungsprozess, nämlich während dem Bohren von Löchern oder dem Aufbringen einer Schweißnaht, durchgeführt wird. Hingegen bekannter Erfassungsverfahren zum Ermitteln von 2D- und/oder 3D-Topologien, welche vor dem Bearbeitungsprozess flächendeckend durchgeführt werden, ermittelt die dargestellte Anordnung immer kurzzeitig vor dem Durchführen des nächsten Bearbeitungsprozesses die aktuelle Entfernung der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des zweiten X/Y-Scanners zum Bearbeitungspunkt bei gleichzeitiger Genauigkeit von 10–20 μm. Mit Hilfe der ermittelten Daten wird die Negativlinse bewegt und der Fokus des Laserstrahl oder der Laserstrahlen automatisiert nachgestellt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem Keilprisma,
3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Keilprismen,
4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit einer Umlenkplatte und
5 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung mit einer Umlenkplatte und zwei Keilprismen.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Gemäß 1 treten aus einem Faserbündel 1 zunächst Laserstrahlen 2 aus, um zum Zwecke eines parallelen Strahlenverlaufs durch eine Kollimationseinheit bzw. Kollimationsoptik geführt zu werden. Neben den einzelnen Bauteilen der erfindungsgemäßen Anordnung befindet sich eine Darstellung des jeweiligen Abbilds der Laserstrahlen. Nach der Kollimatoreinheit sind die bspw. vier Laserstrahlen parallel geführt. Gemäß erster Ausführungsform der Erfindung werden die vier Laserstrahlen in den ersten X/Y-Scanner 4 bzw. Laserkopf geführt. Aufgrund dessen ist es gemäß Laserstrahlenabbild möglich die einzelnen Laserstrahlen nicht nur im Kreis sondern beispielsweise entlang einer tränenförmigen Kontur zu führen.
Nach dem ersten X/Y-Scanner 4 ist eine Teleskopeinheit 5 angeordnet, wobei die Teleskopeinheit 5 aus einem Fokustranslator bzw. einer Negativlinse 6 und einem Strahlaufweiter 7 besteht. Die Negativlinse 6 kann wie durch Pfeile dargestellt verschoben werden.
Anschließend werden die Laserstrahlen in einen zweiten X/Y-Scanner 8 geführt um von dort aus auf ein Werkstück 9 abgelenkt zu werden. Die nicht dargestellte Diagnoseeinheit weist bspw. eine koaxiale Autofokussiereinheit auf, sodass zu jedem Zeitpunkt des Laserbearbeitungsprozesses der Abstand zwischen der Anordnung und dem Werkstück 9 detektiert werden kann. Die koaxiale Autofokussiereinheit sendet durch den zweiten X/Y-Scanner 8 hindurch einen Sensorstrahl auf das Werkstück 9 aus, um den Abstand zwischen dem Werkstück und der Anordnung zu erfassen. Abhängig vom beschriebenen Abstand oder der Materialdicke am entsprechenden Auftreffpunkt des Sensorstrahl auf dem Werkstück 9 wird der Fokus der Laserstrahlen nachgeführt und derart gesteuert, dass eine gewünschte Bohrlochtiefe erreicht wird.
Die Apertur des ersten X/Y-Scanners 4 ist kleiner als die Apertur des zweiten X/Y-Scanners 8, sodass der erste X/Y-Scanner 4 auch als kleinaperturiger X/Y-Scanner und der zweite X/Y-Scanner 8 als großaperturiger X/Y-Scanner der erfindungsgemäßen Anordnung bezeichnet werden kann.
Gemäß in 2 dargestellter Ausführungsform der Erfindung ist zu den bereits in 1 dargestellten Bauteilen zusätzlich ein Keilprisma 10 vorgesehen. Das Keilprisma befindet sich zwischen der Kollimatoreinheit 3 und dem ersten X/Y-Scanner. Die Laserstrahlen 2 werden folglich nach der Kollimatoreinheit 3 auf das Keilprisma bzw. die Keilplatte 10 geführt. Wie in der Zeichnung angedeutet, kann sich die Keilplatte 10 drehen, sodass die Laserstrahlen 2 entsprechend abgelenkt werden können. Mit Hilfe der drehbaren Keilplatte 10 kann eine Pendel- bzw. Wendelbewegung des Laserstrahls hervorgerufen werden.
Wie in 3 dargestellt, ist es des Weiteren denkbar nach einer ersten Keilplatte 10 eine zweite Keilplatte 11 anzuordnen. Diese zweite Keilplatte 11 ist somit zwischen der ersten Keilplatte 11 und dem ersten X/Y-Scanner angeordnet. Bzgl. der Wirkung der zweiten Keilplatte 11 sei auf das Abbild der Laserstrahlen verwiesen. Gemäß 3, kann auch die zweite Keilplatte drehbar sein, sodass die Bewegungswege der Laserstrahlen 2 auf einer runden Kontur aufgeweitet bzw. vergrößert werden.
In 4 wird eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, wobei in dieser Ausführung, der erste kleinaperturige X/Y-Scanner durch eine Umlenkplatte 12 ersetzt wird. Der verbleibenden Bauteile der Anordnung stimmen mit den Bauteilen gemäß 2 überein. D. h., dass die von einem Faserbündel 1 ausgehenden Laserstrahlen 2 zunächst zu einer Kollimatoreinheit 3 geführt werden und anschließend parallel zu einer ersten Keilplatte 10 geführt werden. Nach Austritt aus der drehbaren Keilplatte 10 werden die Laserstrahlen, im vorliegenden Fall vier Laserstrahlen, zu einer Umlenkplatte 12 geführt, wo sie wiederum in Richtung einer Teleskopeinheit 5 gelenkt werden. Die Teleskopeinheit 5 besteht aus einer in einer Achse verschiebbaren Negativlinse 6 und einem Strahl-aufweiter 7. Anschließend gelangen die Laserstrahlen in den großaperturigen X/Y-Scanner 8, um anschließend auf das Werkstück 9 abgelenkt zu werden, um dort die Laserbearbeitung durchführen zu können.
Gemäß 5 ist es auch bei einer Ausführungsform mit Umlenkplatte 12 möglich, dass nach einer ersten Keilplatte 10 eine zweite Keilplatte 11, welche wiederum gedreht werden kann, angeordnet ist. Diese ist somit zwischen der ersten Keilplatte 10 und der Umlenkplatte 12 angeordnet und bewirkt ein Aufweiten der Bewegungswege der sich pendelnd bewegenden Laserstrahlen. Es wird wiederum auf die jeweiligen Darstellungen der Laserstrahlabbildungen zum jeweiligen Zeitpunkt beim Passieren verschiedener Bauteile in der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen. Selbstverständlich können auch die Ausführungsformen mit Umlenkplatte eine koaxiale Autofokussiervermessungseinheit, eine Diagnoseeinheit etc. aufweisen, Auch die Anbringungen an einer Positioniereinheit ist möglich.
Bezugszeichenliste

1: Faserbündel
2: Laserstrahlen
3: Kollimatoreinheit
4: erster X/Y-Scanner
5: Teleskopeinheit
6: Negativlinse
7: Strahlaufweiter
8: zweiter X/Y-Scanner
9: Werkstück
10: Keilprisma
11: Keilprisma
12: Umlenkplatte

Claims

Anordnung zum Erzeugen von Bohrungen oder Schweißnähten mittels eines Laserstrahls oder mehrerer Laserstrahlen (2) in oder auf einer 2D und/oder 3D-Topologie, umfassend mindestens eine Faserlaserquelle, eine Laserstrahlablenkvorrichtung und eine Diagnoseeinheit, wobei die Laserstrahlablenkvorrichtung zwei X/Y-Scanner (4; 8) aufweist, welche in Reihe geschaltet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Apertur des ersten X/Y-Scanners (4) kleiner ist als die Apertur des zweiten X/Y-Scanners (8).
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste X/Y-Scanner (4) eine Apertur von 11–16 mm aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite X/Y-Scanner (8) eine Apertur von 45 mm–55 mm aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten X/Y-Scanner (4) und dem zweiten X/Y-Scanner (8) ein Fokustranslator (6) und ein Strahlaufweiter (7) befindlich ist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten X/Y-Scanner (4) eine Kollimatoreinheit (3) und/oder mindestens ein Keilprisma (10) befindlich ist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine koaxiale Autofokussiervermessungseinheit umfasst.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxiale Autofokussiervermessungseinheit in die Diagnoseeinrichtung integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxiale Autofokussiervermessungseinheit ein OCT-Laser-Mikroskop oder eine Time-of-Flight-Einheit oder einer Triangulations-Einheit aufweist, welche den Abstand zwischen der 2D und/oder 3D-Topologie und dem zweiten Scankopf ermittelt.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Faserlaserquelle um einen Ultrakurzpulslaser handelt.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Faserlaserquelle um einen Femtolaser mit einem Seeder handelt.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit eine 3D-Projektionseinheit mit Kamera aufweist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit eine Plasma-Emissionsspektrometrie-Einheit umfasst.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlablenkvorrichtung an einer Positioniereinheit angebracht ist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit eine Referenzpunktverfolgungseinheit aufweist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste X/Y-Scanner durch eine Umlenkplatte (12) ersetzt ist.