DE102015116033B4 - Laserbearbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, den Durchmesser des fokussierten Strahls zu vergrössern - Google Patents
Laserbearbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, den Durchmesser des fokussierten Strahls zu vergrössern Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015116033B4 DE102015116033B4 DE102015116033.1A DE102015116033A DE102015116033B4 DE 102015116033 B4 DE102015116033 B4 DE 102015116033B4 DE 102015116033 A DE102015116033 A DE 102015116033A DE 102015116033 B4 DE102015116033 B4 DE 102015116033B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transmission element
- optical transmission
- optical
- laser beam
- light focusing
- 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.)
- Active
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 243
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 747
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 492
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 108
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 128
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 43
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 27
- 230000008859 change Effects 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 18
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 13
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 239000003570 air Substances 0.000 description 5
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
-
- 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
-
- 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
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
-
- 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
- G02B27/40—Optical focusing aids
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons
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)
Abstract
Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114), umfassend:
einen Bearbeitungskopf (18), der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen;
einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32), der in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt (32) dazu ausgebildet ist, einen in den Bearbeitungskopf (18) geführten Laserstrahl (L) mit einem Diffusionswinkel (α) zu fokussieren und um den Laserstrahl (L) von dem Bearbeitungskopf (18) als Laserstrahl (L) mit einem Konvergenzwinkel (β) auszustrahlen; und
ein optisches Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122), das in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Diffusionswinkel (a) vor und nach der Übertragung konstant ist, oder das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) alternativ dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Konvergenzwinkel (β) vor und nach der Übertragung konstant ist;
wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) einen Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragenen Laserstrahls (L) im Vergleich zu einem Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) in einem Fall, in dem der Laserstrahl (L) nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32) fokussiert wird, zu vergrößern;
wobei der Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) einen rotationssymmetrischen konischen Plattenabschnitt (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) des optischen Transmissionselements (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) umfasst, wobei der konische Plattenabschnitt (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) zu einer Symmetrieachse (46a, 58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) geneigt ist und eine gleichmäßige Dicke aufweist; und
wobei sich das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) an einer Position befindet, an der die Symmetrieachse (46a, 58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) des konischen Plattenabschnitts (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) mit einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) übereinstimmt.
einen Bearbeitungskopf (18), der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen;
einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32), der in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt (32) dazu ausgebildet ist, einen in den Bearbeitungskopf (18) geführten Laserstrahl (L) mit einem Diffusionswinkel (α) zu fokussieren und um den Laserstrahl (L) von dem Bearbeitungskopf (18) als Laserstrahl (L) mit einem Konvergenzwinkel (β) auszustrahlen; und
ein optisches Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122), das in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Diffusionswinkel (a) vor und nach der Übertragung konstant ist, oder das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) alternativ dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Konvergenzwinkel (β) vor und nach der Übertragung konstant ist;
wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) einen Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragenen Laserstrahls (L) im Vergleich zu einem Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) in einem Fall, in dem der Laserstrahl (L) nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32) fokussiert wird, zu vergrößern;
wobei der Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) einen rotationssymmetrischen konischen Plattenabschnitt (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) des optischen Transmissionselements (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) umfasst, wobei der konische Plattenabschnitt (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) zu einer Symmetrieachse (46a, 58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) geneigt ist und eine gleichmäßige Dicke aufweist; und
wobei sich das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) an einer Position befindet, an der die Symmetrieachse (46a, 58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) des konischen Plattenabschnitts (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) mit einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) übereinstimmt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, den Durchmesser eines fokussierten Strahls zu vergrößern.
- Im Allgemeinen ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die unter Verwendung eines Laserstrahls eine Bearbeitung an einem Werkstück durchführt, mit einem optischen Lichtfokussierungsabschnitt zum Fokussieren oder Verdichten des Laserstrahls, der von einer Laserquelle bereitgestellt wird und in einen Bearbeitungskopf gelangt, und zum Ausstrahlen des fokussierten oder verdichteten Laserstrahls ausgestattet. Der optische Lichtfokussierungsabschnitt umfasst eine gewünschte Anzahl an Linsen und verleiht dem eingelangten oder eingebrachten Laserstrahl einen vorherbestimmten Sammelwinkel (bei der vorliegenden Anmeldung auch als Konvergenzwinkel bezeichnet). Der Laserstrahl, dem der Konvergenzwinkel verliehen wurde, bildet in einem vorherbestimmten Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts einen Lichtfokussierungspunkt oder Brennfleck, der einem Abbildungspunkt entspricht. Bei der vorliegenden Anmeldung wird ein Strahldurchmesser an dem Lichtfokussierungspunkt als Durchmesser des fokussierten Strahls bezeichnet. Die Laserbearbeitung wird durchgeführt, indem der Lichtfokussierungspunkt mit einem zu bearbeitenden Abschnitt eines Werkstücks in Übereinstimmung gebracht wird oder indem der Lichtfokussierungspunkt bewusst in einer Richtung entlang der optischen Achse von dem zu bearbeitenden Abschnitt verschoben wird. Der Konvergenzwinkel beeinflusst die Fokussierungstiefe des Laserstrahls an dem zu bearbeitenden Abschnitt, und der Durchmesser des fokussierten Strahls beeinflusst die Energiedichte des Laserstrahls an dem zu bearbeitenden Abschnitt. Somit ist es möglich, je nach der Art der Laserbearbeitung wie etwa Schweißen, Schneiden, Beschriften usw. oder der Art des Materials, der Dicke usw. des Werkstücks den optimalen Konvergenzwinkel und den optimalen Durchmesser des fokussierten Strahls zu bestimmen.
- Die Qualität eines Laserstrahls, der für eine Laserbearbeitung verwendet wird, hängt von dem Fokussierungsvermögen (M2) des Laserstrahls ab, und kann durch das Produkt des Konvergenzwinkels und des Durchmessers des fokussierten Strahls ausgedrückt werden. Das Produkt des Konvergenzwinkels und des fokussierten Strahls ist ein konstanter Wert, der gemäß der Art eines Laserstrahls (eines Lasermediums usw.) bestimmt ist, und es lässt sich sagen, dass die Laserstrahlqualität umso höher ist, je kleiner das Produkt ist. Wenn der Laserstrahl, der in den Bearbeitungskopf gelangt, bei der Laserbearbeitungsvorrichtung einen minimalen Strahldurchmesser und einen Ausbreitungswinkel (bei der vorliegenden Anmeldung auch als Diffusionswinkel bezeichnet) aufweist, ist der optische Lichtfokussierungsabschnitt im Allgemeinen so gestaltet, dass das Produkt des Konvergenzwinkels und des Durchmessers des fokussierten Strahls des ausgegebenen Laserstrahls dem Produkt des Diffusionswinkels und des minimalen Strahldurchmessers des eingebrachten Strahls gleich wird (d.h., der optische Lichtfokussierungsabschnitt beeinflusst die Qualität oder das Fokussierungsvermögen des Laserstrahls nicht). In diesem Zusammenhang ist der Durchmesser des fokussierten Strahls durch den minimalen Strahldurchmesser des eingebrachten Laserstrahls und die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts bestimmt, und ist der Konvergenzwinkel durch den Diffusionswinkel des eingebrachten Laserstrahls und die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts bestimmt. Als Ergebnis verursacht dann, wenn zum Beispiel gewünscht ist, den Durchmesser des fokussierten Strahls aufgrund einer Änderung der Art der Bearbeitung oder der Art des Werkstücks einzustellen, eine Änderung der Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts eine Änderung des Konvergenzwinkels, weshalb es schwierig ist, nur den Durchmesser des fokussierten Strahls einzustellen.
- Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie in der Lage ist, den Durchmesser eines fokussierten Strahls oder einen Konvergenzwinkel, der dem Laserstrahl durch einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt verliehen wird, einzustellen, ist bekannt. Zum Beispiel offenbart die
JP 2012-024 782 A - Andererseits offenbart die
JP 2009-056 481 A - Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie ein Mittel zum Einstellen des Strahldurchmessers oder der Strahlform des Laserstrahls, der in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt gelangt, umfasst, das zu anderen Zwecken als dem Einstellen des Konvergenzwinkels oder des Durchmessers des fokussierten Strahls bereitgestellt ist, ist ebenfalls bekannt. Zum Beispiel offenbart die
JP 2008-168 333 A JP 2009-178 725 A - Die
DE 10 2013 102 442 A1 offenbart eine optische Vorrichtung zur Erzeugung einer einstellbaren Wellenfront-Deformation eines Laserstrahls und damit zur Erzeugung einer einstellbaren Strahlfleck-Geometrie in der Fokus-Ebene einer Laser-Optik. - Die
JP 2014-037003 A - Bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit einem optischen Lichtfokussierungsabschnitt ausgestattet ist, soll ermöglicht werden, ein Werkstück unter Einsatz anderer Techniken als einer Technik der Veränderung einer Abbildungsgröße des optischen Lichtfokussierungsabschnitts mit einem Laserstrahl zu bestrahlen, der einen optimalen Durchmesser des fokussierten Strahls aufweist, welcher an die Art der Laserbearbeitung, oder an das Material, die Dicke usw. eines Werkstücks angepasst ist.
- Die Erfindung stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 bis 11 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die einen Bearbeitungskopf, der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück mit einem Laserstrahl zu bestrahlen; einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt, der in dem Bearbeitungskopf bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl mit einem Diffusionswinkel zu fokussieren, wobei der Laserstrahl von einer Laserquelle bereitgestellt wird und in den Bearbeitungskopf gelangt, und zu ermöglichen, dass der Laserstrahl von dem Bearbeitungskopf als Laserstrahl mit einem Konvergenzwinkel ausgestrahlt wird; und ein optisches Transmissionselement, das in dem Bearbeitungskopf bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement dazu ausgebildet ist, in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts angeordnet zu werden, dass der Laserstrahl übertragen wird, während der Diffusionswinkel vor und nach der Übertragung konstant gehalten wird, oder das optische Transmissionselement alternativ dazu ausgebildet ist, in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts angeordnet zu werden, dass der Laserstrahl übertragen wird, während der Konvergenzwinkel vor und nach der Übertragung konstant gehalten wird, umfasst; wobei das optische Transmissionselement einen Strahldurchmesservergrößerungsteil umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser des fokussierten Strahls, welcher durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil übertragen wird, im Vergleich zu einem Durchmesser des fokussierten Strahls des Laserstrahls in einem Fall, in dem der Laserstrahl nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt fokussiert wird, zu vergrößern.
- Da nach der Laserbearbeitungsvorrichtung des obigen Gesichtspunkts anstelle eines Aufbaus, bei dem die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts vergrößert wird, ein Aufbau eingesetzt wird, bei dem der Laserstrahl durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil des optischen Transmissionselements übertragen wird, ist es möglich den Durchmesser des fokussierten Strahls zu vergrößern, ohne den Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts zu dem Lichtfokussierungspunkt und den Konvergenzwinkel des Laserstrahls wesentlich zu verändern. Daher ist es ohne eine Beeinflussung der Gesamtgröße der Laserbearbeitungsvorrichtung möglich, ein Werkstück mit einem Laserstrahl zu bestrahlen, der einen optimalen Durchmesser des fokussierten Strahls aufweist, welcher an die Art der Laserbearbeitung oder an das Material, die Dicke usw. des Werkstücks angepasst ist. Da das optische Transmissionselement so aufgebaut ist, dass es gestattet, dass der Laserstrahl hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkel oder der Konvergenzwinkel vor und nach der Übertragung unverändert oder konstant gehalten wird, kann das optische Transmissionselement daran gehindert werden, die geometrische Aberration während der Fokussierung zu beeinflussen. Da das optische Transmissionselement in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls gesehen an der stromaufwärts befindlichen Seite oder an der stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts angeordnet ist, kann überdies in einem allgemeinen Aufbau, bei dem der optische Lichtfokussierungsabschnitt dazu gestaltet ist, die geometrische Aberration zu verringern, verhindert werden, dass die geometrische Aberration infolge der Bereitstellung des optischen Transmissionselements zunimmt.
- Figurenliste
- Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung der nachstehend dargelegten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher werden, wobei
-
1 eine perspektivische Ansicht ist, die einen beispielhaften Aufbau eines Laserbearbeitungssystems, das eine Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst, schematisch darstellt; -
2 eine Schnittansicht ist, die den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform schematisch darstellt; -
3A eine perspektivische Ansicht ist, die ein optisches Transmissionselement einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform darstellt; -
3B eine Schnittansicht ist, die das optische Transmissionselement von3A darstellt; -
4A ein konzeptuelles Diagramm ist, um die Laserstrahlübertragungswirkung des optischen Transmissionselements von3A in einem Aufbau, in dem das optische Transmissionselement in einer Richtung ausgerichtet ist, zu erklären; -
4B ein Diagramm ist, das einen Aufbau darstellt, in dem das optische Transmissionselement in einer entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist; -
5A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die nicht mit einem optischen Transmissionselement versehen ist, zu erklären; -
5B ein Diagramm ist, das einige der Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von5A darstellt; -
5C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade darstellt, die optional von den in5B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden; -
5D eine vergrößerte Ansicht ist, die die Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
6A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit dem optischen Transmissionselement von3A versehen ist, zu erklären; -
6B ein Diagramm ist, das einige der Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von6A darstellt; -
6C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade darstellt, die optional von den in6B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden; -
6D eine vergrößerte Ansicht ist, die die Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
7A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit einem anders geformten optischen Transmissionselement versehen ist, zu erklären; -
7B ein Diagramm ist, das einige der Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von7A darstellt; -
7C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade darstellt, die optional von den in7B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden; -
7D eine vergrößerte Ansicht ist, die die Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
8 eine Schnittansicht ist, die eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem abgewandelten Beispiel schematisch darstellt; -
9 eine Schnittansicht ist, die eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem anderen abgewandelten Beispiel schematisch darstellt; -
10A eine perspektivische Ansicht eines optischen Transmissionselements einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform ist; -
10B eine Schnittansicht ist, die das optische Transmissionselement von10A darstellt; -
11A ein konzeptuelles Diagramm ist, um die Laserstrahlübertragungswirkung des optischen Transmissionselements von10A in einem Aufbau, in dem das optische Transmissionselement in einer Richtung ausgerichtet ist, zu erklären; -
11B ein Diagramm ist, das einen Aufbau darstellt, in dem ein anders geformtes optisches Transmissionselement in einer Richtung ausgerichtet ist; -
11C ein Diagramm ist, das einen Aufbau darstellt, in dem das optische Transmissionselement von11B in einer entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist; -
11D ein Diagramm ist, das einen Lichtstrahlpfad bei Übertragung eines Lichtstrahls durch den Mittelabschnitt des optischen Transmissionselements darstellt; -
12A ein Diagramm ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit dem optischen Transmissionselement von10A versehen ist, zu erklären, wobei einige typische Lichtstrahlpfade dargestellt sind; -
12B eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Lichtstrahlpfad in der Laserbearbeitungsvorrichtung von12A darstellt; -
12C eine vergrößere Ansicht ist, die einen anderen Lichtstrahlpfad in der Laserbearbeitungsvorrichtung von12A darstellt; -
13A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit dem in einer gewünschten Position angeordneten optischen Transmissionselement von10A versehen ist, zu erklären; -
13B ein Diagramm ist, das optional extrahierte Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von13A darstellt; -
13C eine vergrößerte Ansicht ist, die Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
14A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit dem in einer anderen gewünschten Anordnung angeordneten optischen Transmissionselement von10A versehen ist, zu erklären; -
14B ein Diagramm ist, das optional extrahierte Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von14A darstellt; -
14C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
15A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um die Laserstrahlfokussierungswirkung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit dem in noch einer anderen gewünschten Anordnung angeordneten optischen Transmissionselement von10A versehen ist, zu erklären; -
15B ein Diagramm ist, das optional extrahierte Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von15A darstellt; -
15C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
16A eine perspektivische Ansicht eines optischen Transmissionselements nach einem abgewandelten Beispiel ist; -
16B eine Schnittansicht ist, die das optische Transmissionselement von16A darstellt; -
17A eine Schnittansicht ist, die ein optisches Transmissionselement darstellt und den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform erklärt; -
17B ein Bestandteilanordnungsplan der Laserbearbeitungsvorrichtung von17A ist; -
17C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
18A eine Schnittansicht ist, die ein optisches Transmissionselement darstellt und den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach noch einer weiteren Ausführungsform erklärt; -
18B eine Schnittansicht ist, die ein anderes optisches Transmissionselement in der Laserbearbeitungsvorrichtung von18A darstellt; -
18C ein Bestandteilanordnungsplan der Laserbearbeitungsvorrichtung von18A ist; -
19A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach noch einer weiteren Ausführungsform zu erklären; -
19B ein Diagramm ist, das einige der Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von19A darstellt; -
19C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade darstellt, die optional von den in19B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden; -
19D eine vergrößerte Ansicht ist, die die Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
20A ein Bestandteilanordnungsplan ist, um ein abgewandeltes Beispiel für den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung von19A zu erklären; -
20B ein Diagramm ist, das einige der Lichtstrahlpfade in der Laserbearbeitungsvorrichtung von20A darstellt; -
20C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade darstellt, die optional von den in20B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden; -
20D eine vergrößerte Ansicht ist, die die Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
21 ein Diagramm ist, das eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach noch einer weiteren Ausführungsform darstellt; -
22A eine Schnittansicht ist, die ein optisches Transmissionselement darstellt und den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach noch einer weiteren Ausführungsform erklärt; -
22B ein Bestandteilanordnungsplan der Laserbearbeitungsvorrichtung von22A ist; -
22C ein Diagramm ist, das Lichtstrahlpfade um einen Lichtfokussierungspunkt darstellt; -
23A ein Diagramm ist, das eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach noch einer weiteren Ausführungsform darstellt; und -
23B eine Schnittansicht eines optischen Transmissionselements der Laserbearbeitungsvorrichtung von23A ist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
-
1 stellt ein Bespiel für den Aufbau eines Laserbearbeitungssystems12 , das eine Laserbearbeitungsvorrichtung10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, in schematischer Form dar. Das Laserbearbeitungssystem12 umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung10 , eine Laserquelle14 und eine Steuereinheit16 , die den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung10 wie auch den Betrieb der Laserquelle14 steuert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung10 umfasst einen Bearbeitungskopf18 , ein Übertragungsmittel20 zum Übertragen eines Laserstrahls von der Laserquelle14 zu dem Bearbeitungskopf18 , und einen Antriebsmechanismus22 , der eines oder beide von dem Bearbeitungskopf18 und einem Werkstück W in Bezug zueinander bewegt. - Die Laserquelle
14 umfasst zum Beispiel einen Faserlaseroszillator (nicht gezeigt); und ein Laserstrahl, der durch den Oszillator erzeugt wurde, wird durch das Übertragungsmittel20 übertragen und in den Bearbeitungskopf18 geführt. Das Übertragungsmittel20 umfasst eine erste optische Faser24 , die an die Laserquelle14 angeschlossen ist, eine zweite optische Faser26 , die an den Bearbeitungskopf18 angeschlossen ist, und einen Faserkoppler28 , der die erste und die zweite optische Faser24 und26 optisch miteinander koppelt. Zum Beispiel kann durch Anbringen der ersten optischen Faser24 mit einem vorherbestimmten Kerndurchmesser an der Laserquelle14 und optisches Koppeln der ersten optischen Faser24 über den Faserkoppler28 mit der zweiten optischen Faser26 , die einen gewünschten anderen Kerndurchmesser aufweist, ein Laserstrahl mit einem minimalen Strahldurchmesser, der dem Kerndurchmesser der zweiten optischen Faser26 gleich ist, aus dem Ausgang oder Ausgabeende der zweiten optischen Faser26 ausgestrahlt und in den Bearbeitungskopf18 geführt werden. Der Aufbau ist nicht auf das veranschaulichte Beispiel beschränkt; beispielsweise kann die Laserquelle14 unter Verwendung jeder beliebigen anderen geeigneten Art von Oszillator wie etwa eines CO2-Laseroszillators aufgebaut sein und kann das Übertragungsmittel jeden beliebigen anderen geeigneten Aufbau, der zum Beispiel ein Lichtleitrohr, einen reflektierenden Spiegel usw. verwendet, einsetzen. - Der Bearbeitungskopf
18 umfasst einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (nicht gezeigt) zum Fokussieren oder Verdichten des Laserstrahls, der von dem Übertragungsmittel20 eingebracht wurde, und führt durch Bestrahlen eines beschränkten Bereichs an der Oberfläche des WerkstücksW mit dem Laserstrahl, der von einer an dem Ende des Kopfs bereitgestellten Bearbeitungsdüse30 ausgestrahlt wird, eine Laserbearbeitung durch. Während der Laserbearbeitung wird ein Hilfsgas, das aus Sauerstoff, Stickstoff, Luft, Argon usw. besteht, über den zu bearbeitenden Abschnitt des Werkstücks W und seinen Umgebungsbereich gesprüht. Das Hilfsgas wird von einer externen Gasversorgungsquelle (nicht gezeigt) zu dem Bearbeitungskopf18 geliefert. Druckluft zum Sprühen des Hilfsgases über das WerkstückW wird ebenfalls zu dem Bearbeitungskopf18 geliefert. - Der Antriebsmechanismus
22 kann den Bearbeitungskopf18 und das WerkstückW in Bezug zueinander in Richtungen entlang der Oberfläche des Werkstücks bewegen. Der Antriebsmechanismus22 kann auch den Bearbeitungskopf18 und das WerkstückW auf eine selektive Weise dichter aneinander oder weiter voneinander weg bewegen. Zum Beispiel kann der Antriebsmechanismus22 den Bearbeitungskopf18 und das Werkstück W auf eine dreidimensionale Weise mit drei Steuerachsen (X-Achse, Y-Achse, und Z-Achse) in Bezug zueinander bewegen, wobei er gemäß Befehlswerten, die in einem orthogonalen Dreiachsen-Koordinatensystem definiert sind, arbeitet. In diesem Fall kann der Antriebsmechanismus22 für jede Steuerachse einen Servomotor und einen Kraftübertragungsmechanismus umfassen. Die einzelnen Steuerachsen können für eines oder beide von dem Bearbeitungskopf18 und dem WerkstückW festgelegt sein. Zum Beispiel können die Steuerachsen so ausgebildet sein, dass der Bearbeitungskopf18 in der X-, Y- und Z-Achse angetrieben wird und in Richtungen bewegt wird, die in Bezug auf einen Werkstücktisch (nicht gezeigt) mit dem daran angebrachten Werkstück W horizontal und senkrecht verlaufen, oder dass der Werkstücktisch in der X- und der Y-Achse angetrieben wird, während der Bearbeitungskopf18 in der Z-Richtung angetrieben wird. - Die Steuereinheit
16 weist zum Beispiel einen Aufbau auf, der einer numerischen Steuereinheit entspricht. Die Steuereinheit16 verfügt über die Fähigkeit, ein gegebenes Laserbearbeitungsprogramm zu interpretieren und einen Betriebsbefehl an das gesteuerte Objekt wie etwa die Laserbearbeitungsvorrichtung10 oder die Laserquelle14 auszugeben, und dadurch den Antriebsmechanismus22 dazu zu bringen, den Bearbeitungskopf18 oder das WerkstückW zu bewegen, oder die Laserquelle14 dazu zu bringen, einen Laserstrahl zu erzeugen und auszustrahlen, oder die Gasversorgungsquelle dazu zu bringen, das Hilfsgas zu dem Bearbeitungskopf18 zu liefern. -
2 stellt die Anordnung der Hauptaufbauelemente der Laserbearbeitungsvorrichtung10 nach der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form dar. Die Laserbearbeitungsvorrichtung10 umfasst den Bearbeitungskopf18 , um das WerkstückW mit dem LaserstrahlL zu bestrahlen, und den in dem Bearbeitungskopf18 bereitgestellten optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , um den LaserstrahlL , der von der Laserquelle14 (1 ) mit einem Diffusionswinkel α in den Bearbeitungskopf18 gelangt, zu fokussieren und dafür zu sorgen, dass der LaserstrahlL mit einem Konvergenzwinkelβ von dem Verarbeitungskopf18 ausgestrahlt wird. Der Verarbeitungskopf18 weist ein hohles zylinderförmiges Gehäuse34 auf und ist an dem hinteren Ende (dem oberen Ende in der Zeichnung) des Gehäuses34 an dem Ausgangssende26a der optischen Faser26 fixiert. Die optische Faser26 ist so angebracht, dass sie wenigstens an ihrem Ausgangsende26a koaxial mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 ist, und der Laserstrahl mit einem minimalen Durchmesser, der dem Kerndurchmesser des Ausgangsendes26a gleich ist, wird von dem Ausgangsende26a mit dem Diffusionswinkelα in das Innere des Gehäuses34 gestrahlt. Entsprechend stimmt die Achsenlinie, die durch die Mitte des LaserstrahlsL verläuft, mit der optischen Achse32a überein. Der Diffusionswinkelα wird im Wesentlichen durch den Konvergenzwinkel des Laserstrahls, der in das Eingabeende (nicht gezeigt) der optischen Faser26 eingebracht wird, und die Eigenschaften der optischen Faser26 selbst bestimmt. - Der optische Lichtfokussierungsabschnitt
32 umfasst eine vorherbestimmte Anzahl von optischen Linsen36 . Durch Kombinieren zum Beispiel mehrerer von verschiedenen Arten von sphärischen Linsen als optische Linsen36 können geometrische Aberrationen einschließlich sphärischer Aberrationen minimiert werden. Durch das Ergreifen von Maßnahmen wie etwa das Minimieren einer geometrischen Aberration ist der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 so gestaltet, dass das Produkt des minimalen Strahldurchmessers und des Diffusionswinkelsα des LaserstrahlsL , der in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 gelangt, dem Produkt des Durchmessers des fokussierten Strahls und des Konvergenzwinkelsβ des LaserstrahlsL , der den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 verlässt, gleich wird (das heißt, der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 beeinflusst die Qualität oder das Fokussierungsvermögen des LaserstrahlsL nicht). - Nachstehend wird ein Beispiel für die Fokussierungswirkung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts
32 beschrieben werden. Bei diesem Beispiel ist der Kerndurchmesser der optischen Faser26 auf 50 µm eingerichtet, und ist der Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL auf 0,1 Radianten als Halbwinkel festgelegt. Unter der Annahme, dass der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 als einzelne virtuelle Linse ausgebildet ist, ist der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (oder der virtuellen Linse) 32 auf 100 mm eingerichtet, und ist die Brennweite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 auf 50 mm eingerichtet. Ferner wird angenommen, dass zwischen dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 kein anderes optisches Element bereitgestellt ist. Unter diesen Bedingungen ist der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem Lichtfokussierungspunkt (oder Abbildungspunkt) des LaserstrahlsL als 100 mm bestimmt, ist die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als 1,0 bestimmt, ist der Konvergenzwinkel β als Halbwinkel als 0,1 Radianten bestimmt, und ist der Durchmesser des fokussierten Strahls (der Durchmesser) an dem Lichtfokussierungspunkt als 50 µm bestimmt. Wenn in Bezug auf die obigen Bedingungen der Abstand von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 auf 90 mm verändert wird, ohne den Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL zu verändern, wird der Abstand von dem Hauptpunkt zu dem Lichtfokussierungspunkt zu 112,5 mm verändert werden, wird die Abbildungsvergrößerung zu 1,25 verändert werden, wird der Konvergenzwinkelβ als Halbwinkel zu 0,08 Radianten verändert werden, und wird der Durchmesser des fokussierten Strahls zu 62,5 µm verändert werden. Auf diese Weise ist die Wirkung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als einzelne Einheit derart, dass bei einer Veränderung der Abbildungsvergrößerung der Konvergenzwinkelβ und der Durchmesser des fokussierten Strahls miteinander verknüpft verändert werden. In diesem Zusammenhang kann der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 so in dem Gehäuse34 angebracht werden, dass er entlang der optischen Achse32a beweglich ist, um die Abbildungsvergrößerung usw. zu verändern. - Die Bearbeitungsdüse
30 , die aus Kupfer oder dergleichen gebildet ist, ist an dem vorderen Ende (dem unteren Ende in der Zeichnung) des Gehäuses4 angebracht. Das Ende der Bearbeitungsdüse30 ist gewöhnlich in unmittelbarer Nähe des Lichtfokussierungspunkts des LaserstrahlsL angeordnet. Der Raum zwischen der Bearbeitungsdüse30 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 kann, mit Ausnahme der Düsenöffnung und des später beschriebenen Hilfsgaseinlasses, als hermetisch abgeschlossene Kammer38 gebildet sein. Alternativ kann zwischen dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und der Bearbeitungsdüse30 eine Trennwand40 , die aus einer durchsichtigen Platte gebildet ist, bereitgestellt sein, und kann der Raum zwischen der Trennwand40 und der Bearbeitungsdüse30 als die hermetisch abgedichtete Kammer38 gebildet sein. Die Trennwand40 verhindert, dass Spritzer usw., die während der Bearbeitung des WerkstücksW erzeugt werden, in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 gelangen. Wenn die Trennwand40 verschmiert wird, muss nur die Trennwand40 ausgetauscht werden, und die Trennwand40 kann so ausgebildet sein, dass sie von dem Gehäuse34 abnehmbar ist, damit sie wie erforderlich ausgetauscht werden kann. In einer Seitenwand des Gehäuses34 ist ein Einlass42 zur Einbringung des HilfsgasesG in die Kammer38 gebildet, und das unter einem vorherbestimmten Druck stehende HilfsgasG wird von der externen Gasversorgungsquelle (nicht gezeigt) durch den Einlass42 in die Kammer38 eingebracht. Das HilfsgasG wird zusammen mit Pressluft von der Bearbeitungsdüse30 über das WerkstückW gesprüht. Es ist erwünscht, dass das HilfsgasG von der Bearbeitungsdüse30 gesprüht wird, während ein mit der optischen Achse32a koaxialer Fluss aufrechterhalten wird; um dies zu erreichen, kann ein Mechanismus (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, der die Position der Bearbeitungsdüse30 in Richtungen, die senkrecht zu der optischen Achse32a verlaufen, feineinstellt. Es ist auch möglich, einen Mechanismus (nicht gezeigt) bereitzustellen, um die optische Achse32a (und daher den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 ) mit der axialen Mitte der Bearbeitungsdüse30 auszurichten. - Als ein Beispiel kann der Durchmesser der Öffnung der Bearbeitungsdüse
30 auf einen Bereich von etwa 0,8 mm bis 6 mm eingerichtet werden, kann die Achsenposition der Bearbeitungsdüse30 in einem Bereich von etwa 2 mm bis 5 mm reguliert werden, kann der Druck des HilfsgasesG in der Bearbeitungsdüse30 in einem Bereich von etwa 0,01 MPa bis 3 MPa reguliert werden, und kann der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse30 und dem WerkstückW in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis 4 mm gesteuert werden. Die Kammer38 weist einen hermetisch abgedichteten Aufbau auf, um den Druck des HilfsgasesG bei einem konstanten Pegel zu halten, doch können auch andere Abschnitte des Gehäuses34 einschließlich des Abschnitts, an dem das Ausgangsende26a der optischen Faser26 angebracht ist, so ausgeführt werden, dass sie einen Aufbau aufweisen, der verhindern kann, dass Außenluft in das Innere des Gehäuses34 gelangt. Dies kann das Eindringen von äußerem Schmutz, Feuchtigkeit usw. in das Gehäuse34 blockieren und kann dadurch verhindern, dass das Ausgangsende26a der optischen Faser und andere optische Elemente wie etwa der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 verschmiert werden. - Die Laserbearbeitungsvorrichtung
10 umfasst ferner ein optisches Transmissionselement44 , das in dem Bearbeitungskopf18 bereitgestellt ist und sich in der Fortbewegungsrichtung des LaserstrahlsL gesehen an einer stromaufwärts befindlichen Seite (in der Zeichnung oben) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 befindet. Das optische Transmissionselement44 ist ein optisches Element, das im Inneren des Gehäuses34 an einer vorherbestimmten Position zwischen dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angebracht ist, wobei seine Mittelachsenlinie44a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. Das optische Transmissionselement44 ist in der Lage, den LaserstrahlL , der von dem Ausgangsende der optischen Faser26 ausgestrahlt wird, zu übertragen, während der Diffusionswinkelα des LaserstrahlsL vor und nach der Übertragung unverändert oder konstant gehalten wird, - Der konkrete Aufbau des optischen Transmissionselements
44 bei der vorliegenden Ausführungsform und seine Wirkung zur Übertragung des Laserstrahls werden unter Bezugnahme auf3A bis4B beschrieben werden. - Wie in
3A und3B gezeigt umfasst das optische Transmissionselement44 einen konischen Plattenabschnitt46 mit einer gleichmäßigen Dicke und einer rotationssymmetrischen Form, der in Bezug auf seine Symmetrieachse geneigt ist. Genauer weist der konische Plattenabschnitt46 eine erste Fläche46b als kegelförmige konvexe Fläche und eine zweite Fläche46c als kegelförmige konkave Fläche, die der ersten Fläche46b gegenüberliegt, auf, wobei die zweite Fläche einen Scheitelwinkelθ aufweist, der einem Scheitelwinkelθ eines Kegels der ersten Fläche46b entspricht, und eine Form und Abmessungen aufweist, die mit jenen der ersten Fläche46b identisch sind. Die erste und die zweite Fläche46b und46c verlaufen zueinander parallel, und die in einer senkrecht zu der ersten und der zweiten Fläche46b und46b verlaufenden Richtung gemessene Abmessung (d.h., die Dicke)t des konischen Plattenabschnitts46 ist zur Gänze gleichmäßig. Die Symmetrieachse46a des konischen Plattenabschnitts46 stimmt mit der Mittelachsenlinie44a des optischen Transmissionselements44 überein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das optische Transmissionselement44 wie veranschaulicht zur Gänze mit dem konischen Plattenabschnitt46 versehen. - Das optische Transmissionselement
44 kann aus einem Material wie etwa Quarzglas oderBK7 , das den LaserstrahlL nicht oder kaum absorbiert oder streut, gebildet sein. Ferner können die erste und die zweite Fläche46b ,46c des optischen Transmissionselements44 mit einer Antireflexbeschichtung, die aus einem mehrschichtigen optischen Film gebildet ist, behandelt sein. Dieser Aufbau gestattet, dass der LaserstrahlL ohne Abschwächung der Strahlenergie durch das optische Transmissionselement44 übertragen wird. Aufgrund des Unterschieds im Brechungsindex zwischen dem optischen Transmissionselement44 und der Umgebungsluft wird der optische Pfad des LaserstrahlsL dann, wenn der Laserstrahl in das optische Transmissionselement44 gelangt, und auch, wenn er das optische Transmissionselement44 verlässt, gemäß dem Einfallswinkel geneigt. Diese Erscheinung wird unter Bezugnahme auf4A und4B beschrieben werden. - Wie in
4A und4B konzeptuell gezeigt ist das optische Transmissionselement44 im Inneren des Gehäuses34 (2 ) des Bearbeitungskopfs18 an einer Position angeordnet, an der die Symmetrieachse46a des konischen Plattenabschnitts46 mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 (2 ) übereinstimmt. Ferner ist das optische Transmissionselement44 an einer Position angeordnet, an der der gesamte LaserstrahlL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den konischen Plattenabschnitt46 verlaufen wird (2 ). In4A ist das optische Transmissionselement44 so angeordnet, dass die zweite Fläche46c des konischen Plattenabschnitts46 zu der optischen Faser46 gewandt ist. In4B ist das optische Transmissionselement44 so angeordnet, dass die erste Fläche46b des konischen Plattenabschnitts46 zu der optischen Faser26 gewandt ist. - Nun wird ein Lichtstrahl
L1 in dem Lichtfluss des LaserstrahlsL betrachtet. Bei dem Aufbau von4A wird angenommen, dass der LichtstrahlL1 mit einem spitzen Einfallswinkelγ in die zweite Fläche46c des konischen Plattenabschnitts46 gelangt. Der LichtstrahlL1 wird beim Eintritt in das optische Transmissionselement44 in einer Richtung, die durch den Unterschied im Brechungsindex und den Einfallswinkelγ bestimmt ist, gebrochen, und bei Verlassen des optischen Transmissionselements44 ebenfalls in einer Richtung, die durch den Unterschied im Brechungsindex und den Ausgangswinkel bestimmt ist, gebrochen. Da die zweite Fläche (die Eingangsfläche)46c und die erste Fläche (die Ausgangsfläche)46b zueinander parallel sind, ist der Ausgangswinkel dem Einfallswinkelγ gleich, und ist daher die Fortbewegungsrichtung des LichtstrahlsL1 vor dem Eintritt in das optische Transmissionselement44 mit der Fortbewegungsrichtung des LichtstrahlsL1 nach dem Verlassen des optischen Transmissionselements44 identisch. Ferner wurde der Pfad des LichtstrahlsL1 nach dem Verlassen des optischen Transmissionselements44 in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 (durch eine gestrichelte Linie angegeben) vor dem Eintritt in das optische Transmissionselement44 nach der zweimaligen Brechung einer Parallelverschiebung in einer vorherbestimmten Richtung (in der Zeichnung einer Richtung zu der optischen Achse32a hin) unterzogen. Die Strecke der Parallelverschiebung des LichtstrahlsL1 wird durch mehrere Faktoren wie etwa die Dicket (3B) des konischen Plattenabschnitts46 des optischen Transmissionselements44 , seinen Scheitelwinkelθ (3B) , den Unterschied im Brechungsindex zwischen dem optischen Transmissionselement44 und der Umgebungsluft, oder den Einfallswinkelγ in den konischen Plattenabschnitt46 bestimmt. Der gesamte Lichtfluss des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wird, wird der gleichen Erscheinung unterzogen, und als Ergebnis gestattet das optische Transmissionselement44 , dass der LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL (2 ) vor und nach der Übertragung unverändert oder konstant gehalten wird. Wie später beschrieben werden wird, kommt es ferner beim Durchgang eines Lichtstrahls durch den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44 zu einem Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, und als Ergebnis davon wird der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt oder dem Brennfleck, an dem alle Lichtstrahlen fokussiert werden, vergrößert. - Bei der Anordnung von
4B , bei dem das optische Transmissionselement44 in Bezug auf die Anordnung, die in4A gezeigt ist, umgekehrt ist, kann der Pfad des LichtstrahlsL1 nach dem Verlassen des optischen Transmissionselements44 in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 (durch eine gestrichelte Linie angegeben) vor dem Eindringen in das optische Transmissionselement44 ebenfalls einer Parallelverschiebung in einer vorherbestimmten Richtung (in der Zeichnung einer Richtung zu der optischen Achse32a hin) unterzogen werden. Entsprechend gestattet das optische Transmissionselement44 bei dieser Anordnung, dass der LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkelα des LaserstrahlsL (2 ) vor und nach der Übertragung unverändert oder konstant gehalten wird. Bei dieser Anordnung gelangt der LichtstrahlsL1 , bei dem es sich um den gleichen wie den LichtstrahlL1 in4A handelt, jedoch mit einem Einfallswinkelγ in die erste Fläche46b des konischen Plattenabschnitts46 , der kleiner als der Einfallswinkelγ in4A ist. Als Ergebnis ist die Strecke der Parallelverschiebung des LichtstrahlsL1 , die durch die Übertragung bei der Anordnung von4B verursacht wird, länger als die Strecke der Parallelverschiebung des LichtstrahlsL1 , die durch die Übertragung bei der Anordnung von4A verursacht wird. - Der konische Plattenabschnitt
44 des optischen Transmissionselements44 bildet den Strahldurchmesservergrößerungsteil, der den Durchmesser des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL vergrößert. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf5A bis7D die Laserstrahlfokussierungswirkung der Laserbearbeitungsvorrichtung10 , die das optische Transmissionselement44 umfasst, beschrieben werden. In5A ,6A und7A ist der gesamte Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung10 gezeigt, doch sind zur Einfachheit das Gehäuse34 , die Bearbeitungsdüse30 und die Trennwand40 , die in2 gezeigt sind, aus der Darstellung weggelassen und ist der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 durch eine einzelne virtuelle Linse ersetzt. - Zuerst wird unter Bezugnahme auf
5A bis5D eine Laserstrahlfokussierungswirkung bei einem Aufbau, bei dem das optische Transmissionselement44 aus der Laserbearbeitungsvorrichtung10 entfernt wurde, untersucht werden. Wie in5A gezeigt umfasst der obige Aufbau in dem optischen Pfad des LaserstrahlsL in dem Bearbeitungskopf18 kein optisches Transmissionselement44 . Der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlte LaserstrahlL mit dem Diffusionswinkelα wird durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (oder eine virtuelle Linse)32 fokussiert, ohne durch ein optisches Transmissionselement44 zu verlaufen, wodurch das WerkstückW mit dem fokussierten LaserstrahlL mit dem Konvergenzwinkelβ bestrahlt wird. Die Abmessungen der jeweiligen Teile sind wie folgt festgelegt: der Kerndurchmesser der optischen Faser26 beträgt 50 µm, der Diffusionswinkelα des LaserstrahlsL als Halbwinkel beträgt 0,1 Radianten, der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beträgt 100 mm, und die Brennweite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beträgt 50 mm. Ferner beträgt der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem Lichtfokussierungspunkt des LaserstrahlsL 100 mm, beträgt die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 1,0, beträgt der Konvergenzwinkelβ des Laserstrahls 0,1 Radianten als Halbwinkel, und beträgt der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt 50 µm. -
5B stellt die durch eine Simulation erhaltenen Pfade einiger der Strahlen des LaserstrahlsL dar. Zum besseren Verständnis stellt5C Lichtstrahlpfade dar, die optional aus den in5B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden. Beispielweise breitet sich in5B und5C der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus und gelangt er in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , und wird er danach mit dem Konvergenzwinkelβ von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 ausgegeben und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI an der unteren Position fokussiert (oder abgebildet). Andererseits breitet sich in5B und5C der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkel α aus und gelangt er in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , und wird er danach mit dem Konvergenzwinkelβ von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 ausgegeben und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI an der oberen Position fokussiert (oder abgebildet). Entsprechend werden alle Strahlen des LaserstrahlsL , die von der gesamten Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurden, an dem LichtfokussierungspunktI in einem kreisförmigen BereichS mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls (einem Bereich, der der Umkreisform und dem Durchmesser der Kernendfläche entspricht) fokussiert, wie in einer vergrößerten Ansicht von5D gezeigt ist. Wenn sich der LichtfokussierungspunktI an der Oberfläche des WerkstücksW befindet, wird die Werkstückoberfläche mit dem LaserstrahlL als kreisförmiger Fleck mit dem DurchmesserD des fokussierten Strahls bestrahlt. - Als nächstes wird unter Bezugnahme auf
6A bis6D eine Laserstrahlfokussierungswirkung der Laserbearbeitungsvorrichtung10 , die das optische Transmissionselement44 umfasst, untersucht werden. Wie in6A gezeigt umfasst der obige Aufbau das so angeordnete optische Transmissionselement44 , dass die erste Fläche46b des konischen Plattenabschnitts46 zu der optischen Faser26 gewandt ist. Der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlte LaserstrahlL mit dem Diffusionswinkelα wird zuerst durch das optische Transmissionselement44 übertragen und dann durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (oder eine virtuelle Linse)32 fokussiert, wodurch das WerkstückW mit dem fokussierten LaserstrahlL mit dem Konvergenzwinkelβ bestrahlt wird. Die Abmessungen der jeweiligen Teile sind so festgelegt, dass sie zu denen bei dem Aufbau von5A analog sind; genauer beträgt der Kerndurchmesser der optischen Faser26 50 µm, beträgt der Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL als Halbwinkel 0,1 Radianten, beträgt der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 100 mm, und beträgt die Brennweite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 50 mm. Ferner ist das optische Transmissionselement44 so dimensioniert, dass der Scheitelwinkelθ des konischen Plattenabschnitts46 177 ,14° beträgt (d.h., ein Neigungswinkel in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse46a verläuft, 1,43° beträgt), und die Dicke t 3 mm beträgt, und ist es an einer Position angeordnet, an der der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser zu dem Scheitel des konischen Plattenabschnitts46 44 mm beträgt. -
6B stellt die durch eine Simulation erhaltenen Pfade einiger der Strahlen des LaserstrahlsL dar. Zum besseren Verständnis stellt6C Lichtstrahlpfade dar, die optional aus den in6B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden. Beispielweise breitet sich in6B und6C der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44 , wird dann wie in4B gezeigt einer derartigen Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, dass er durch das optische Transmissionselement44 übertragen wird, während er den Diffusionswinkel α behält, und gelangt er danach in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der mittleren und der unteren Position fokussiert (oder abgebildet). Andererseits breitet sich in6B und6C der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkel α aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44 , wird dann wie in4B gezeigt einer derartigen Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, dass er durch das optische Transmissionselement44 übertragen wird, während er den Diffusionswinkel α behält, und gelangt er danach in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der mittleren und der oberen Position fokussiert (oder abgebildet). Wenn jeder Lichtstrahl durch den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44 verläuft, kommt es zu einem Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, und als Ergebnis davon wird der Lichtstrahl an dem Lichtfokussierungspunkt I wie veranschaulicht gesondert an zwei Positionen fokussiert. - Entsprechend werden alle Strahlen des Laserstrahls
L , die von der gesamten Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurden, an dem LichtfokussierungspunktI in einem kreisförmigen BereichS mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls (einem Bereich, der der Umkreisform der Kernendfläche entspricht und einen doppelt so großen Durchmesser wie jenen der Kernendfläche aufweist) fokussiert, wie in einer vergrößerten Ansicht von6D gezeigt ist. Wenn sich der LichtfokussierungspunktI an der Oberfläche des WerkstücksW befindet, wird die Werkstückoberfläche mit dem LaserstrahlsL als kreisförmiger Fleck mit dem DurchmesserD des fokussierten Strahls bestrahlt. Als Ergebnisse der Untersuchung wurde der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI des Laserstrahls als etwa 100 mm bestimmt, die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als etwa 1,0 bestimmt, der Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL als Halbwinkel als etwa 0,1 Radianten bestimmt, und der DurchmesserD des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt als etwa 100 µm bestimmt. - Wie aus einem Vergleich zwischen dem Aufbau von
5A bis5D und dem Aufbau von6A bis6D verstanden werden kann, wirkt der konische Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44 so, dass er den DurchmesserD des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL , der durch den konischen Plattenabschnitt (oder den Strahldurchmesservergrößerungsteil)46 verlaufen ist, verglichen mit dem DurchmesserD des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL im Fall einer Fokussierung des LaserstrahlsL durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 ohne Verlauf durch den konischen Plattenabschnitt (oder den Strahldurchmesservergrößerungsteil)46 vergrößert. Wie aus den Ergebnissen der Untersuchung offensichtlich sein wird, ist es ferner möglich, den DurchmesserD des fokussierten Strahls zu vergrößern (bei dem Beispiel von6D auf etwa das Doppelte), ohne eines aus dem Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI des LaserstrahlsL , der Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 , und dem Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL wesentlich zu verändern. - Bei dem Aufbau (
5 ), bei dem das optische Transmissionselement44 aus der Laserbearbeitungsvorrichtung10 beseitigt ist, wird dann, wenn der DurchmesserD des fokussierten Strahls durch Erhöhen der Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 vergrößert werden soll, der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 von der in5A gezeigten Position zum Beispiel um 10 mm in die Richtung zu dem Ausgangsende26a der optischen Faser bewegt und dadurch die Abbildungsvergrößerung auf 1,25 erhöht, so dass der DurchmesserD des fokussierten Strahls auf 62,5 µm ansteigt, doch nimmt andererseits der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI auf 112,5 mm zu und nimmt der Konvergenzwinkelβ als Halbwinkel auf 0,08 Radianten ab. Wenn der DurchmesserD des fokussierten Strahls durch Erhöhen der Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 auf 2 verdoppelt werden soll, wird die Änderung im Abstand von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 zu dem LichtfokussierungspunktI weiter erhöht und wird das Veränderungsausmaß des Konvergenzwinkelsβ weiter erhöht, was die Gefahr mit sich bringt, dass die Gesamtgröße der Laserbearbeitungsvorrichtung10 beeinflusst wird oder die Durchführung einer optimalen Laserbearbeitung, die der Art der Laserbearbeitung oder dem Material, der Dicke usw. des Werkstücks entspricht, erschwert wird. - Im Gegensatz dazu ist es bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
10 , die das optische Transmissionselement44 umfasst (2 und6A) und anstelle eines Aufbaus, bei dem die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 erhöht wird (d.h., der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 entlang der optischen Achse32a bewegt wird), einen Aufbau einsetzt, bei dem der gesamte LaserstrahlL durch den konischen Plattenabschnitt (oder den Strahldurchmesservergrößerungsteil) 46 des optischen Transmissionselements44 übertragen wird, möglich, den DurchmesserD des fokussierten Strahls zu vergrößern, ohne den Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI und den Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL wesentlich zu verändern. Wenn gewünscht ist, nicht nur den DurchmesserD des fokussierten Strahls auf eine gewünschte Größe zu vergrößern, sondern auch den Konvergenzwinkelβ auf einen gewünschten Wert zu verändern, ist es lediglich nötig, den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 über eine passende Strecke entlang der optischen Achse32a zu bewegen. Daher ist es nach der Laserbearbeitungsvorrichtung10 möglich, das WerkstückW ohne Einfluss auf die Gesamtgröße der Laserbearbeitungsvorrichtung10 mit einem LaserstrahlL mit einem optimalen DurchmesserD des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ , die an die Art der Laserbearbeitung oder das Material, die Dicke usw. des WerkstücksW angepasst sind, zu bestrahlen. Da das optische Transmissionselement44 so aufgebaut ist, dass es gestattet, dass der LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkelα vor und nach der Übertragung unverändert oder konstant gehalten wird, ist es selbst bei dem Aufbau, bei dem das optische Transmissionselement44 in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls stromaufwärts von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angeordnet ist, möglich, einen Einfluss auf eine geometrische Aberration während der Fokussierung zu minimieren. Da das optische Transmissionselement44 in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls stromaufwärts von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angeordnet ist, kann darüber hinaus bei einem Aufbau, bei dem der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 im Voraus so gestaltet wurde, dass er die geometrische Aberration verringert, verhindert werden, dass die geometrische Aberration infolge der Bereitstellung des optischen Transmissionselements44 zunimmt. Wenn das optische Transmissionselement44 zwischen den mehreren optischen Linsen36 des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet ist, verändert sich eine geometrische Aberration infolge einer Veränderung im Abstand zwischen den jeweiligen optischen Linsen36 , und ist es nötig, den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 umzugestalten. Doch bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10 besteht keine Notwendigkeit zur Umgestaltung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 infolge der Bereitstellung des optischen Transmissionselements44 . - Als nächstes wird unter Bezugnahme auf
7A bis7D die Laserstrahlfokussierungswirkung der Laserbearbeitungsvorrichtung10 untersucht werden, wenn das optische Transmissionselement44 in6A durch ein optisches Transmissionselement44' ersetzt ist. Das optische Transmissionselement44' ist hinsichtlich des Aufbaus mit Ausnahme eines unterschiedlichen Scheitelwinkelsθ des konischen Plattenabschnitts46 mit dem optischen Transmissionselement44 identisch. Bei diesem Aufbau ist das optische Transmissionselement44' wie in7A gezeigt so angeordnet, dass die erste Fläche46b seines konischen Plattenabschnitts46 zu der optischen Faser26 gewandt ist. Der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlte Laserstrahl L mit dem Diffusionswinkel α wird zuerst durch das optische Transmissionselement44' übertragen und dann durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (oder eine virtuelle Linse)32 fokussiert, wodurch das Werkstück W mit dem fokussierten LaserstrahlL mit dem Konvergenzwinkelβ bestrahlt wird. Der Scheitelwinkelθ des konischen Plattenabschnitts46 des optischen Transmissionselements44' ist auf 174,28° eingerichtet (das heißt, ein Neigungswinkel in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse verläuft, ist auf 2,86° (das Doppelte des Neigungswinkels des optischen Transmissionselements44 ) eingerichtet). Die Abmessungen der anderen Teile sind analog zu jenen bei dem Aufbau von6A festgelegt. -
7B stellt die durch eine Simulation erhaltenen Pfade einiger der Strahlen des LaserstrahlsL dar. Zum besseren Verständnis stellt7C Lichtstrahlpfade dar, die optional aus den in7B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden. Beispielweise breitet sich in7B und7C der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44' , wird dann wie in4B gezeigt einer derartigen Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, dass er durch das optische Transmissionselement44' übertragen wird, während er den Diffusionswinkelα behält, und gelangt er danach in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird er von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der zweiten Position von oben und der unteren Position fokussiert (oder abgebildet). Andererseits breitet sich in7B und7C der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44' , wird dann wie in4B gezeigt einer derartigen Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, dass er durch das optische Transmissionselement44' übertragen wird, während er den Diffusionswinkelα behält, und gelangt er danach in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird er von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der zweiten Position von unten und der oberen Position fokussiert (oder abgebildet). Wenn jeder Lichtstrahl durch den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44' verläuft, kommt es zu einem Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, und als Ergebnis davon wird der Lichtstrahl an dem LichtfokussierungspunktI wie veranschaulicht gesondert an zwei Positionen fokussiert. - Entsprechend werden alle Strahlen des Laserstrahls
L , die von der gesamten Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurden, an dem LichtfokussierungspunktI in einem ringförmigen BereichS mit einem Durchmesser (Außendurchmesser)D des fokussierten Strahls (der ringförmige Kreisbereich entspricht der Umkreisform der Kernendfläche und weist einen Außendurchmesser auf, der etwa drei Mal so groß wie jener der Kernendfläche ist) fokussiert, wie in einer vergrößerten Ansicht von7D gezeigt ist. Da der Scheitelwinkelθ des konischen Plattenabschnitts46 des optischen Transmissionselements44' kleiner als der Scheitelwinkelθ des konischen Plattenabschnitts46 des optischen Transmissionselements44 von6A ist, wird angenommen, dass die scheinbare Verschiebung der optischen Achse in Bezug auf den Lichtstrahl, der durch den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44' verläuft, zunimmt, und dass als Ergebnis in der Mitte des Lichtfokussierungspunkts I ein Bereich gebildet wird, in dem der LaserstrahlL nicht fokussiert wird. Wenn der LichtfokussierungspunktI an der Oberfläche des Werkstücks W positioniert ist, wird die Werkstückoberfläche mit dem Laserstrahl als ringförmiger Fleck mit einem Durchmesser (Außendurchmesser)D des fokussierten Strahls bestrahlt. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI als etwa 100 mm bestimmt ist, die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als etwa 1,0 bestimmt ist, der Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL als etwa 0,1 Radianten als Halbwinkel bestimmt ist, und der Fokussierungsdurchmesser (Außendurchmesser)D an dem Lichtfokussierungspunkt als etwa 150 µm bestimmt ist. - Wie aus einem Vergleich zwischen dem Aufbau von
6A bis6D und dem Aufbau von7A bis7D verstanden werden kann, kann die Größe des vergrößerten DurchmessersD des fokussierten Strahls, die durch den konischen Plattenabschnitt (den Strahldurchmesservergrößerungsteil) 46 des optischen Transmissionselements44 erzielt werden kann, durch Verändern des Aufbaus des konischen Plattenabschnitts46 verändert werden. Zum Beispiel kann die Größe des DurchmessersD des fokussierten Strahls durch Verändern eines gewünschten von verschiedenen Parametern wie etwa dem Scheitelwinkelθ , der Dicket , dem Brechungsindex usw. des konischen Plattenabschnitts46 verändert werden. Es können im Voraus mehrere Bearbeitungsköpfe18 , die jeweils mit einem gewünschten von mehreren optischen Transmissionselementen44 , die unterschiedliche Parameter einsetzen, versehen sind, bereitgestellt werden, und es kann der passende Bearbeitungskopf18 , der mit den optischen Transmissionselement44 , das der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des Werkstücks entspricht, versehen ist, zur Verwendung gewählt werden. - Alternativ kann die Laserbearbeitungsvorrichtung
10 so aufgebaut sein, dass das optische Transmissionselement40 abnehmbar an einer vorherbestimmten Position in dem Bearbeitungskopf18 angebracht ist. Zum Beispiel kann das optische Transmissionselement44 unter Verwendung eines geeigneten Montageträgers (nicht gezeigt) an einer Position, die den LaserstrahlL nicht stört, abnehmbar an der Innenwand des Gehäuses34 angebracht werden. Gemäß diesem Aufbau werden mehrere optische Transmissionselemente44 , die sich hinsichtlich des Scheitelwinkelsθ , der Dicket , des Brechungsindex usw. des eingesetzten konischen Plattenabschnitts46 unterscheiden, im Voraus bereitgestellt und wird ein passendes der optischen Transmissionselemente44 , das der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW entspricht, gewählt und an dem Bearbeitungskopf18 angebracht; auf diese Weise kann die Laserbearbeitung durch Bestrahlen des WerkstücksW mit einem LaserstrahlL mit einem optimalen DurchmesserD des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ durchgeführt werden. Ferner kann die Laserbearbeitung bei jeder Änderung eines der Parameter, die die Art der Laserbearbeitung und das Material, die Dicke usw. des WerkstücksW definieren, durch Austauschen des optischen Transmissionselements44 gegen ein passendes durchgeführt werden. - Wenn das optische Transmissionselement
44 so ausgebildet ist, dass es von dem Bearbeitungskopf18 abnehmbar ist, ist es durch passendes Umstellen des Aufbaus zwischen dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist (siehe z.B.5 ), und dem Aufbau, der mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist (siehe z.B.6A oder7A) , möglich, die gleiche Laserbearbeitungsvorrichtung10 zu verwenden. Bei dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist, wird der LaserstrahlL , der von der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , der so gestaltet ist, dass die geometrische Aberration usw. minimiert werden, fokussiert und von dem Bearbeitungskopf18 ohne Verschlechterung seines ursprünglichen Fokussierungsvermögens ausgestrahlt. Anderseits wird bei dem Aufbau, der mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist, der von der optischen Faser26 ausgestrahlte LaserstrahlL durch den konischen Plattenabschnitt46 , der in Bezug auf die Symmetrieachse46a geneigt ist, übertragen, wodurch sein ursprüngliches Fokussierungsvermögen etwas verschlechtert wird, und wird der LaserstrahlL in diesem Zustand durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 fokussiert und von dem Bearbeitungskopf18 ausgestrahlt. Entsprechend kann die Laserbearbeitungsvorrichtung10 lediglich durch Umstellen des Aufbaus zwischen dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist, und dem Aufbau, der mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist, eine optimale Laserbearbeitung durchführen, indem nicht nur einer Veränderung im Hinblick auf die Art der Laserbearbeitung oder das Material, die Dicke usw. des WerkstücksW , sondern auch einer Veränderung im Hinblick auf das Fokussierungsvermögen des LaserstrahlsL , das für die Bearbeitung benötigt wird, entsprochen wird. - Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
10 , die mit dem abnehmbaren optischen Transmissionselement44 versehen ist, wird dann, wenn eine Laserbearbeitung durchgeführt wird, die zum Beispiel einen kleinen DurchmesserD des fokussierten Strahls mit einer hohen Energiedichte benötigt, das optische Transmissionselement44 von dem Bearbeitungskopf18 abgenommen, und dann, wenn eine Laserbearbeitung durchgeführt wird, die einen großen DurchmesserD des fokussierten Strahls mit einer geringen Energiedichte benötigt, das optische Transmissionselement44 an dem Bearbeitungskopf18 angebracht; auf diese Weise kann die Laserbearbeitung mit einem optimalen Durchmesser D des fokussierten Strahls durchgeführt werden. Nun werden unter Bezugnahme auf das Laserschneiden eines plattenartigen Werkstücks W aus Weichstrahl spezifische Bespiele beschrieben werden: zum Beispiel wird im Fall eines dicken Plattenwerkstücks W mit einer Dicke von 16 mm ein optisches Transmissionselement44 mit einem konischen Plattenabschnitt46 , dessen Scheitelwinkel θ verhältnismäßig klein ist (der Neigungswinkel ist groß), an dem Bearbeitungskopf18 angebracht und das Schneiden unter Verwendung eines Laserstrahls L mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls von 150 µm durchgeführt (7A) ; im Fall eines WerkstücksW mit einer mittleren Dicke von etwa 6 mm wird ein optisches Transmissionselement44 mit einem konischen Plattenabschnitt46 , dessen Scheitelwinkelβ verhältnismäßig groß ist (der Neigungswinkel ist klein), an dem Bearbeitungskopf18 angebracht und das Schneiden unter Verwendung eines Laserstrahls mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls von 100 µm durchgeführt (6 ); und im Fall eines dünnen PlattenwerkstücksW mit einer Dicke von etwa 1 mm wird das optische Transmissionselement44 von dem Bearbeitungskopf18 abgenommen und das Schneiden unter Verwendung eines LaserstrahlsL mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls von 50 µm durchgeführt (5D ). - Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
10 kann das optische Transmissionselement44 gegenüber der in6A und7A gezeigten Anordnung seitenverkehrt angeordnet werden oder in der Fortbewegungsrichtung des LaserstrahlsL an der stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet werden. Wenn das optische Transmissionselement44 gegenüber der in6A oder7A gezeigten Anordnung seitenverkehrt angeordnet wird, wird die Strecke, über die der Strahl des Laserstrahls durch den Verlauf durch das optische Transmissionselement44 verschoben wird, kleiner, wie vorher unter Bezugnahme auf4A und4B beschrieben wurde, und verändert sich daher der DurchmesserD des fokussierten Strahls geringfügig. Daher kann die Anbringungsausrichtung des optischen Transmissionselements44 gemäß der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW gewählt werden. -
8 stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung10' nach einem abgewandelten Beispiel dar, wobei das optische Transmissionselement44 (3A) , das in dem Bearbeitungskopf18 bereitgestellt ist, in der Fortbewegungsrichtung des LaserstrahlsL an der stromabwärts befindlichen Seite (in der Zeichnung unten) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet ist. Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10' ist das optische Transmissionselement44 in dem Gehäuse34 an einer vorherbestimmten Position zwischen dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und der Bearbeitungsdüse30 angebracht, wobei seine Mittelachsenlinie44a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. Das optische Transmissionselement44 gestattet, dass der durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 fokussierte LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL vor und nach dem Durchgang unverändert gehalten wird. Ferner ist bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10' das optische Transmissionselement44 so angeordnet, dass die erste Fläche46b seines konischen Plattenabschnitts46 zu der Düse30 gewandt ist und die Symmetrieachse46a des konischen Plattenabschnitts46 mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. Ansonsten ist der Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung10' der gleiche wie jener der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 . - Die in
8 gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung10' , die das optische Transmissionselement44 umfasst, bietet eine besonders vorteilhafte Wirkung, die jener der Laserbearbeitungsvorrichtung10 , die in2 gezeigt ist, gleichwertig ist. Im Besonderen kann der Durchmesser des fokussierten Strahls im Fall der Laserbearbeitungsvorrichtung10' vergrößert werden, indem der Laserstrahl L wie in4B gezeigt gemäß dem Einfallswinkel auf den konischen Plattenabschnitt46 des optischen Transmissionselements44 gebeugt und verschoben wird, nachdem der LaserstrahlL durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ fokussiert wurde. Entsprechend ist es verglichen mit dem Aufbau, in dem das optische Transmissionselement44 weggelassen ist (siehe z.B.5 ), möglich, das Ausmaß der Veränderung des Konvergenzwinkelsβ auf null zu verringern. - Die Laserbearbeitungsvorrichtung
10' kann so aufgebaut sein, dass das optische Transmissionselement44 abnehmbar an einer vorherbestimmten Position in dem Bearbeitungskopf18 angebracht ist. In diesem Fall kann die Laserbearbeitung wie im Fall der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 durchgeführt werden, indem das WerkstückW durch Umstellen zu dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist, oder passendes Wählen des optimalen optischen Transmissionselements44 gemäß einer Veränderung im Hinblick auf die Art der Laserbearbeitung oder das Material, die Dicke usw. des WerkstücksW oder des Fokussierungsvermögens des LaserstrahlsL , das für die Bearbeitung benötigt wird, mit einem LaserstrahlL mit einem optimalen DurchmesserD des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ bestrahlt wird. Da das optische Transmissionselement44 , das abnehmbar zwischen dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und der Bearbeitungsdüse30 angebracht werden kann, so wie die Trennwand40 (2 ) die Funktion der Verhinderung einer Verschmutzung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 erfüllen kann, kann überdies die Anzahl der Einzelteile durch den Verzicht auf die Trennwand40 verringert werden. -
9 stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung10" nach einem anderen abgewandelten Beispiel dar, wobei der LaserstrahlL , der durch einen Oszillator wie etwa einen CO2-Laseroszillator in der Laserquelle14 (1 ) erzeugt wurde und durch das Übertragungsmittel20 (1 ), das unter Verwendung eines Lichtleitrohrs, eines reflektierenden Spiegels usw. aufgebaut ist, übertragen wurde, in den Bearbeitungskopf18 eingebracht wird. Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10" weist das Gehäuse34 an seinem hinteren Ende (dem oberen Ende in der Zeichnung) eine Öffnung48 auf, und ist dahinter (in der Zeichnung oben) eine Sammellinse50 zum Sammeln des LaserstrahlsL , der sich durch die Luft ausgebreitet hat, angeordnet. Der Laserstrahl L, der durch die Sammellinse50 verläuft, wird konzentriert, um eine Strahltaille E zu bilden, und gelangt als Laserstrahl L mit einem Diffusionswinkel α an der in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls gesehen stromabwärts befindlichen Seite der Strahltaille E in den Bearbeitungskopf18 . Ansonsten ist der Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung10" der gleiche wie jener der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 . - Die in
9 gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung10" , die das optische Transmissionselement44 umfasst, bietet auch eine besonders vorteilhafte Wirkung, die jener der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 gleichwertig ist. Auch bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10" kann das optische Transmissionselement44 in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls L gesehen entweder an der stromaufwärts befindlichen Seite oder an der stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 an einer vorherbestimmten Position abnehmbar angebracht werden. In diesem Fall kann die Laserbearbeitung so wie im Fall der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 durchgeführt werden, indem das WerkstückW durch Umstellen zu dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement44 versehen ist, oder passendes Wählen des optimalen optischen Transmissionselements44 gemäß einer Veränderung im Hinblick auf die Art der Laserbearbeitung oder das Material, die Dicke usw. des Werkstücks W oder des Fokussierungsvermögens des LaserstrahlsL , das für die Bearbeitung benötigt wird, mit einem LaserstrahlL mit einem optimalen DurchmesserD des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ bestrahlt wird. - Die Laserbearbeitungsvorrichtung
10 nach der vorliegenden Erfindung kann so ausgebildet sein, dass sie in der Lage ist, jedes beliebige von verschiedenen optischen Transmissionselementen44 , die sich in der Form oder im Aufbau von dem oben beschriebenen optischen Transmissionselement44 unterscheiden, aufzunehmen. Der Aufbau eines optischen Transmissionselements52 , das sich in der Form von dem optischen Transmissionselement44 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung54 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement52 umfasst, werden nachstehend unter Bezugnahme auf10a bis15C beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung54 , die das optische Transmissionselement52 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement44 durch das optische Transmissionselement52 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in2 und5A bis7D gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung10 , die in8 gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung10' oder die in9 gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung10" aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandeile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10 ,10' oder10" entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Wie in
10A und10B gezeigt umfasst das optische Transmissionselement52 einen mittleren flachen Plattenabschnitt56 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form ausgeführt ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse56a verläuft, und einen ringförmigen konischen Plattenabschnitt58 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form ausgeführt ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse58a geneigt ist. Genauer umfasst der mittlere flache Plattenabschnitt56 eine erste Fläche56b , die eine runde flache Fläche ist, und eine zweite Fläche56c , die eine runde flache Fläche ist und sich an der zu der ersten Fläche56b entgegengesetzten Seite befindet und die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die erste Fläche56b aufweist. Die erste und die zweite Fläche56b und56c verlaufen zueinander parallel, und die in Richtungen, welche zu der ersten und der zweiten Fläche56b und56c senkrecht verlaufen, gemessene Abmessung (Dicke) t1 des mittleren flachen Plattenabschnitts56 ist über den gesamten Abschnitt hinweg gleichmäßig. Der ringförmige konische Plattenabschnitt58 weist eine erste Fläche58b , die eine kegelstumpfförmige konvexe Fläche ist, und eine zweite Fläche58c , die eine kegelstumpfförmige konkave Fläche ist und sich an der zu der ersten Fläche58b entgegengesetzten Seite befindet und die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die erste Fläche58b aufweist und einen imaginären Kegelscheitelwinkel θ aufweist, der dem Scheitelwinkel β eines imaginären Kegels, welcher durch Verlängern der ersten Fläche58b gebildet wird, gleich ist, auf. Die erste und die zweite Fläche58b und58c verlaufen zueinander parallel, und die in Richtungen, welche zu der ersten und der zweiten Fläche58b und58c senkrecht verlaufen, gemessene Abmessung (Dicke)t2 des konischen Plattenabschnitts58 ist über den gesamten Abschnitt hinweg gleichmäßig. Die Dicket2 des konischen Plattenabschnitts58 kann die gleiche wie die Dicket1 des mittleren flachen Plattenabschnitts56 sein oder sich davon unterscheiden. Die Symmetrieachse56a des mittleren flachen Plattenabschnitts56 und die Symmetrieachse58a des konischen Plattenabschnitts58 stimmen miteinander überein und stimmen mit der Mittelachsenlinie52a des optischen Transmissionselements52 überein. - Das optische Transmissionselement
52 kann aus einem Material wie etwa Quarzglas oderBK7 , das den LaserstrahlL nicht oder kaum absorbiert oder streut, gebildet sein. Ferner können die ersten und die zweiten Flächen56b ,58b und56c ,58c des optischen Transmissionselements52 mit einer Antireflexbeschichtung, die aus einem mehrschichtigen optischen Film gebildet ist, behandelt sein. Dieser Aufbau gestattet, dass der LaserstrahlL durch das optische Transmissionselement52 übertragen wird, ohne dass es zu einem Herabsetzen seiner Energie kommt. Aufgrund des Unterschieds im Brechungsindex zwischen dem optischen Transmissionselement52 und der Umgebungsluft ändert der LaserstrahlL seine Richtung gemäß dem Einfallswinkel, wenn er in das optische Transmissionselement52 gelangt, und verändert er erneut seine Richtung wenn er das optische Transmissionselement52 verlässt. Diese Erscheinung wird unter Bezugnahme auf11A bis11D beschrieben werden. Es wird angenommen, dass das in11A bis11D gezeigte optische Transmissionselement52 so wie das optische Transmissionselement44 , das in2 gezeigt ist, in dem Gehäuse34 des Bearbeitungskopfs18 an einer vorherbestimmten Position (2 ) zwischen dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angebracht ist, wobei seine Mittelachsenlinie52a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. - Wie in
11A bis11D konzeptuell gezeigt ist das optische Transmissionselement56 so in dem Gehäuse34 (2 ) des Bearbeitungskopfs18 angeordnet, dass die Symmetrieachse56a des mittleren flachen Plattenabschnitts56 und die Symmetrieachse58a des konischen Plattenabschnitts58 mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 (2 ) übereinstimmen. In11A ,11B und11D ist das optische Transmissionselement52 so angeordnet, dass die zweiten Flächen56c und58c des mittleren flachen Plattenabschnitts56 und des konischen Plattenabschnitts58 zu der optischen Faser26 gewandt sind. In11C ist das optische Transmissionselement52 so angeordnet, dass die ersten Flächen56b und58b des mittleren flachen Plattenabschnitts56 und des konischen Plattenabschnitts58 zu der optischen Faser26 gewandt sind.11A stellt ein optisches Transmissionselement52 dar, bei dem der Scheitelwinkelθ (10B) des konischen Plattenabschnitts58 klein ist (der Neigungswinkel groß ist), und11B und11C stellen jeweils ein optisches Transmissionselement52 dar, bei dem der Scheitelwinkelθ des konischen Plattenabschnitts58 groß ist (der Neigungswinkel klein ist).11D stellt einen Zustand dar, in dem sich das optische Transmissionselement52 an einer Position befindet, die näher an der optischen Faser26 liegt, und der gleiche Lichtstrahl wie der in11A bis11C gezeigte durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird. - Nun wird ein Lichtstrahl
L1 in dem Lichtfluss des Laserstrahls L betrachtet. Bei dem Aufbau von11A wird angenommen, dass der LichtstrahlL1 senkrecht zu der zweiten Fläche58c des konischen Plattenabschnitts58 eingebracht wird. In diesem Fall gelangt der LichtstrahlL1 ohne Beugung an der zweiten Fläche58c in den konischen Plattenabschnitt58 , und verlässt er den konischen Plattenabschnitt58 ohne Beugung an der ersten Fläche58b ; daher verläuft der Lichtstrahl im Allgemeinen gerade durch den konischen Plattenabschnitt58 , ohne eine Beugung oder Verschiebung zu erfahren. - Bei dem Aufbau von
11B , bei dem der Scheitelwinkel des konischen Plattenabschnitts58 größer als jener bei dem Aufbau von11A ist, wird der gleiche LichtstrahlL1 wie jener in11A mit einem spitzen Einfallswinkelγ in die zweite Fläche58c des konischen Plattenabschnitts58 eingebracht. Wenn er in das optische Transmissionselement52 gelangt, wird der Lichtstrahl in eine Richtung gebeugt, die durch den Unterschied im Brechungsindex und den Einfallswinkelγ bestimmt wird, und wenn er das optische Transmissionselement52 verlässt, wird der LichtstrahlL1 erneut in eine Richtung, die durch den Unterschied im Brechungsindex und den Einfallswinkel bestimmt wird, gebeugt. Da die zweite Fläche (die Eingangsfläche)58c und die erste Fläche (die Ausgangsfläche) 58b zueinander parallel verlaufen, ist der Ausgangswinkel dem Einfallswinkelγ gleich, und ist daher die Fortbewegungsrichtung des LichtstrahlsL1 beim Verlassen des optischen Transmissionselements52 die gleiche wie jene beim Eindringen in das optische Transmissionselement52 . Doch nachdem er der zweimaligen Beugung unterzogen wurde, ist der Pfad des LichtstrahlsL1 , der das optische Transmissionselement52 verlässt, in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 (durch eine gestrichelte Linie angegeben), der in das optische Transmissionselement52 gelangt, in eine vorherbestimmte Richtung (in der Zeichnung die Richtung zu der optischen Achse32a) verschoben. Die Strecke, über die der LichtstrahlL1 verschoben wird, wird durch Faktoren wie die Dicket2 (10B) des konischen Plattenabschnitts58 des optischen Transmissionselements52 , den Scheitelwinkelθ (10B) , den Unterschied im Brechungsindex zwischen dem optischen Transmissionselement52 und der Umgebungsluft, und den Einfallswinkelγ in den konischen Plattenabschnitt58 bestimmt. Von den Strahlen des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, werden alle Lichtstrahlen, die durch den konischen Plattenabschnitt58 verlaufen, der gleichen Erscheinung unterzogen, und als Ergebnis gestattet das optische Transmissionselement52 , dass der LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkelα des LaserstrahlsL (2 ) vor und nach dem Durchgang unverändert gehalten wird. Wie später beschrieben werden wird, kommt es ferner beim Durchgang jedes Lichtstrahls durch den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 zu einem Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, und als Ergebnis davon wird der Durchmesser des fokussierten Strahls vergrößert, wenn alle Lichtstrahlen an dem Lichtfokussierungspunkt fokussiert werden. - Bei dem Aufbau von
11C , bei dem das optische Transmissionselement52 gegenüber der in11B gezeigten Anordnung seitenverkehrt angeordnet ist, kann der Pfad des LichtstrahlsL1 , der das optische Transmissionselement52 verlässt, in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 (durch eine gestrichelte Linie angegeben), der in das optische Transmissionselement52 gelangt, ebenfalls in eine vorherbestimmte Richtung (in der Zeichnung die Richtung zu der optischen Achse32a) verschoben werden. Entsprechend gestattet das optische Transmissionselement52 auch bei diesem Aufbau, dass der LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL (2 ) vor und nach dem Durchgang unverändert gehalten wird. Doch bei diesem Aufbau wird der gleiche LichtstrahlL1 wie der LichtstrahlL1 in11B mit einem Einfallswinkelγ in die erste Fläche58b des konischen Plattenabschnitts58b eingebracht, der kleiner als der Einfallswinkelγ von11B ist. Als Ergebnis ist die Strecke, über die der LichtstrahlL1 bei dem Aufbau von11C verschoben wird, größer als die Strecke, über die der LichtstrahlL1 bei dem Aufbau von11B verschoben wird. - Wie in
11D gezeigt wird dann, wenn sich das optische Transmissionselement52 an einer Position befindet, die näher als die in11A bis11C gezeigte Position an der optischen Faser26 liegt, und der gleiche LichtstrahlL1 durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird, der Pfad des LichtstrahlsL1 , der das optische Transmissionselement52 verlässt, in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 (durch eine gestrichelte Linie angegeben), der in das optische Transmissionselement52 gelangt, ebenfalls in eine vorherbestimmte Richtung (in der Zeichnung die Richtung zu der optischen Achse32a) verschoben. In diesem Fall ist der Einfallswinkelγ des LichtstrahlsL1 , der in den mittleren flachen Plattenabschnitt56 eingebracht wird, kleiner als der in11B gezeigte Einfallswinkelγ , aber größer als der in11C gezeigte Einfallswinkelγ . Als Ergebnis ist die Strecke, über die der StrahlL1 des Laserstrahls während der Übertragung verschoben wird, größer als die Strecke, über die der StrahlL1 des Laserstrahls während der Übertragung in11B verschoben wird, aber kleiner als die Strecke, über die der StrahlL1 des Laserstrahls während der Übertragung in11C verschoben wird. Wenn der Lichtstrahl durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 verläuft, tritt der Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, nicht auf. Da die optische Achse nicht verschoben wird, ist der Durchmesser des fokussierten Strahls, der an dem Lichtfokussierungspunkt gebildet wird, wenn alle Lichtstrahlen durch das optische Transmissionselement52 geführt werden, der gleiche wie der Durchmesser des fokussierten Strahls, der gebildet würde, wenn die Lichtstrahlen nicht durch das optische Transmissionselement52 geführt würden. - Unter Bezugnahme auf den Aufbau von
11D , bei dem der LichtstrahlL1 durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 verläuft, wird dann, wenn der gleiche LichtstrahlL1 durch den konischen Plattenabschnitt58 in11B geführt wird, der Pfad des LichtstrahlsL1 , der den konischen Plattenabschnitt58 verlässt, in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 in11D in eine Richtung von der optischen Achse32a weg verschoben, und wird dann, wenn der gleiche LichtstrahlL1 durch den konischen Plattenabschnitt58 in11C geführt wird, der Pfad des LichtstrahlsL1 , der den konischen Plattenabschnitt58 verlässt, in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 in11D in eine Richtung zu der optischen Achse32a verschoben. Wie aus der obigen Beschreibung abgeleitet werden kann, würde der Einfallswinkel γ des LichtstrahlsL1 dann, wenn der LichtstrahlL1 durch einen konischen Plattenabschnitt58 mit einem kleineren Scheitelwinkel (d.h., einem größeren Neigungswinkel) als bei dem konischen Plattenabschnitt58 von11A geführt würde, ein stumpfer Winkel sein, so dass der Pfad des LichtstrahlsL1 , der den konischen Plattenabschnitt58 verlässt, in Bezug auf den Pfad des LichtstrahlsL1 , der in den konischen Plattenabschnitt58 gelangt, in eine Richtung von der optischen Achse32a weg verschoben würde. - Der konische Plattenabschnitt
58 des optischen Transmissionselements52 bildet den Strahldurchmesservergrößerungsteil, der den Durchmesser des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL vergrößert. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf12A bis15C die Laserstrahlfokussierungswirkung der Laserbearbeitungsvorrichtung54 , die das optische Transmissionselement52 umfasst, beschrieben werden. In12A ,13A ,14A und15A ist der gesamte Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung54 gezeigt, doch sind zur Einfachheit das Gehäuse34 , die Bearbeitungsdüse30 und die Trennwand40 , die in2 gezeigt sind, aus der Darstellung weggelassen und ist der optische Lichtfokussierungsabschnitt32 durch eine einzelne virtuelle Linse ersetzt. - Wie in
12A gezeigt ist das optische Transmissionselement52 , das in der Laserbearbeitungsvorrichtung54 enthalten ist, in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) bereitgestellt und in der Fortbewegungsrichtung des LaserstrahlsL gesehen an der stromaufwärts befindlichen Seite (in der Zeichnung oben) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet. Das optische Transmissionselement52 ist in dem Gehäuse34 (2 ) an einer vorherbestimmten Position zwischen dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angebracht, wobei seine Mittelachsenlinie52a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. Ferner befindet sich das optische Transmissionselement52 an einer Position, an der der mittlere Teil des Lichtflusses des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird und der restliche äußere Teil durch den konischen Plattenabschnitt58 übertragen wird. Das optische Transmissionselement52 ist so angeordnet, dass die ersten Flächen56b und58b des mittleren flachen Plattenabschnitts56 und des konischen Plattenabschnitts58 zu der optischen Faser26 gewandt sind. Wie unter Bezugnahme auf11A bis11D beschrieben gestattet das optische Transmissionselement52 , dass der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlte LaserstrahlL hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL vor und nach dem Durchgang unverändert gehalten wird. -
12A stellt die typischen Pfade von drei LichtstrahlenL2 ,L3 undL4 in dem Lichtfluss des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, dar. Der LichtstrahlL2 , der von dem Mittelbereich des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, wird durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 übertragen, und sein Pfad wird während der Übertragung durch das optische Transmissionselement52 verschoben (12B) , wie vorher unter Bezugnahme auf11D beschrieben wurde. Doch da dieser LichtstrahlL2 keinen Effekt, als ob die optische Achse schräg verschoben würde, erfährt, wird der durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 verlaufene LichtstrahlL2 auf die Position an dem LichtfokussierungspunktI fokussiert, die der Ausstrahlungsposition an dem Ausgangsende26a der optischen Faser entspricht. Andererseits wird der LichtstrahlL3 , der von einem Bereich in der Nähe des äußeren Rands ausgestrahlt wird, durch den konischen Plattenabschnitt58 übertragen und sein Pfad während des Durchgangs durch den konischen Plattenabschnitt58 (12C ) um eine größere Strecke als der Pfad des LichtstrahlsL2 verschoben, wie vorher unter Bezugnahme auf11C beschrieben wurde. Während des Durchgangs durch den konischen Plattenabschnitt58 erfährt der LichtstrahlL3 einen Effekt, als ob die optische Achse schräg verschoben würde, und als Ergebnis wird der LichtstrahlL3 auf eine Position an dem LichtfokussierungspunktI fokussiert, die in Bezug auf die Ausstrahlungsposition an dem Ausgangsende26a der optischen Faser in eine Richtung von der optischen Achse32a weg verschoben ist. Der LichtstrahlL4 , der sich an der zu dem LichtstrahlL3 entgegengesetzten Seite der optischen Achse32a befindet, wird entlang eines Pfads, der zu dem Pfad des LichtstrahlsL3 achsensymmetrisch ist, durch den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 übertragen und auf eine Position an dem LichtfokussierungspunktI fokussiert, die in eine Richtung von der optischen Achse32a weg verschoben ist und zu der Richtung, in der der LichtstrahlL3 verschoben wird, entgegengesetzt ist. Auf diese Weise wird der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem LichtfokussierungspunktI verglichen mit dem minimalen Strahldurchmesser an dem Ausgangsende26a der optischen Faser vergrößert. - Wie oben beschrieben wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die von dem Mittelbereich des Ausgangsendes
26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde und durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 übertragen wurde, auf den Mittelbereich an dem LichtfokussierungspunktI fokussiert. Andererseits werden die Lichtstrahlen, die von den äußeren Umfangsbereich des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurden und durch den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 übertragen wurden, auf den äußeren Umfangsbereich des LichtfokussierungspunktsI fokussiert. Entsprechend kann die Größe des vergrößerten Durchmessers des fokussierten Strahls, der durch den konischen Plattenabschnitt (den Strahldurchmesservergrößerungsteil) vergrößert wird, durch Ändern des Aufbaus des konischen Plattenabschnitts58 verändert werden. Zum Beispiel kann die Größe des Durchmessers des fokussierten Strahls durch Verändern eines gewünschten von verschiedenen Parametern wie etwa dem Scheitelwinkelθ , der Dicket2 , dem Brechungsindex, dem Innendurchmesser (Außendurchmesser des mittleren flachen Plattenabschnitts56 ) usw. des konischen Plattenabschnitts58 verändert werden. Ebenso kann das Verhältnis zwischen der Bestrahlungsintensität der Lichtstrahlen, die auf den Mittelbereich des LichtfokussierungspunktsI fokussiert werden, und der Bestrahlungsintensität der Lichtstrahlen, die auf den äußeren Umfangsbereich des LichtfokussierungspunktsI fokussiert werden, durch Verändern eines gewünschten Parameters des konischen Plattenabschnitts58 reguliert werden. Es können im Voraus mehrere Bearbeitungsköpfe18 (2 ), die jeweils mit einem gewünschten von mehreren optischen Transmissionselementen52 , die unterschiedliche Parameter einsetzen, versehen sind, bereitgestellt werden, und es kann der passende Bearbeitungskopf18 , der mit den optischen Transmissionselement52 , das der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des Werkstücks entspricht, versehen ist, zur Verwendung gewählt werden. - Die Laserbearbeitungsvorrichtung
54 , die mit dem optischen Transmissionselement52 , das den konischen Plattenabschnitt (Strahldurchmesservergrößerungsteil)58 umfasst, ausgestattet ist, bietet eine besonders vorteilhafte Wirkung, die jener der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 gleichwertig ist. Darüber hinaus kann die Laserbearbeitungsvorrichtung54 , die mit dem optischen Transmissionselement52 ausgestattet ist, die Größe des Durchmessers des fokussierten Strahls vergrößern oder das Verhältnis der Bestrahlungsintensität zwischen dem Mittelbereich und dem äußeren Umfangsbereich des LichtfokussierungspunktsI regulieren, indem anstelle des gewünschten Parameters des konischen Plattenabschnitts58 die Position des optischen Transmissionselements52 , das zwischen der optischen Faser56 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angeordnet wird, entlang der optischen Achse32a verändert wird. Als nächstes wird unter Bezugnahme auf13A bis15C die Laserstrahlfokussierungswirkung der Laserbearbeitungsvorrichtung54 unter verschiedenartiger Veränderung der Position des optischen Transmissionselements52 entlang der optischen Achse untersucht werden. - Zuerst wird unter Bezugnahme auf
13A bis13C die Laserstrahlfokussierungswirkung, wenn das optische Transmissionselement52 sehr nahe an dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 angebracht ist, untersucht werden. Bei dem veranschaulichten Aufbau befindet sich das optische Transmissionselement52 an einer Position, an der der gesamte Laserstrahl L, der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird. Ferner ist das optische Transmissionselement52 so angeordnet, dass die ersten Flächen56a und58a des mittleren flachen Plattenabschnitts56 und des konischen Plattenabschnitts58 zu der optischen Faser26 gewandt sind. Der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser ausgestrahlte Laserstrahl L mit dem Diffusionswinkelα wird zuerst durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen und dann durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (die virtuelle Linse)32 fokussiert, und das WerkstückW wird mit dem fokussierten LaserstrahlL mit dem Konvergenzwinkelβ bestrahlt. Die Abmessungen der verschiedenen Teile sind wie folgt festgelegt: der Kerndurchmesser der optischen Faser26 beträgt 50 µm, der Diffusionswinkel α des LaserstrahlsL beträgt 0,1 Radianten als Halbwinkel, der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beträgt 100 mm, und die Brennweite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beträgt 50 mm. Ferner beträgt die Dicket1 (10B) des mittleren flachen Plattenabschnitts56 des optischen Transmissionselements52 3 mm, beträgt der Scheitelwinkel θ (10B) des konischen Plattenabschnitts56 171 ,98° (d.h., der Neigungswinkel in Bezug auf die Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse58a verläuft, beträgt 4,01°); beträgt die Dicke t2 3 mm, und beträgt der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser zu der ersten Fläche56a des mittleren flachen Plattenabschnitts56 5 mm. -
13B stellt durch eine Simulation erhaltene Lichtstrahlpfade dar, die optional aus den Pfaden von einigen der Strahlen des LaserstrahlsL extrahiert wurden. Wie in13B veranschaulicht breitet sich beispielsweise der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und wird er in den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 eingebracht, und wird der Lichtstrahl wie in12B gezeigt einer Brechung und Parallelverschiebung gemäß seinem Einfallswinkel unterzogen und durch das optische Transmissionselement52 übertragen, während der Diffusionswinkel α beibehalten wird; der Lichtstrahl gelangt dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben, und wird an dem LichtfokussierungspunktI an der unteren Endposition in der Zeichnung fokussiert. Andererseits breitet sich wie in13B veranschaulicht der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgegeben wird, mit dem Diffusionswinkel α aus, und wird er in den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 eingebracht, und wird der Lichtstrahl wie in12B gezeigt einer Brechung und Parallelverschiebung gemäß seinem Einfallswinkel unterzogen und durch das optische Transmissionselement52 übertragen, während der Diffusionswinkelα beibehalten wird; der Lichtstrahl gelangt dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben, und wird an dem LichtfokussierungspunktI an der oberen Endposition in der Zeichnung fokussiert. - Wenn jeder Lichtstrahl durch den mittleren flachen Plattenabschnitt
56 des optischen Transmissionselements52 verläuft, wird der Lichtstrahl nicht dem wie vorher beschriebenen Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, unterzogen. Entsprechend werden die Lichtstrahlen im Wesentlichen auf die gleiche Weise, wie unter Bezugnahme auf5A bis5D für den Aufbau, bei dem das optische Transmissionselement44 entfernt ist, beschrieben wurde, an dem LichtfokussierungspunktI fokussiert. Das heißt, alle Strahlen des LaserstrahlsL , die von der gesamten Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurden, werden an dem LichtfokussierungspunktI in einem kreisförmigen BereichS mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls (dem Bereich, der der Umfangsform und dem Durchmesser der Kernendfläche entspricht) fokussiert, wie in einer vergrößerten Ansicht von13C gezeigt ist. Wenn der LichtfokussierungspunktI an der Oberfläche des WerkstücksW positioniert ist, wird die Werkstückoberfläche mit dem Laserstrahl L als kreisförmiger Fleck mit dem DurchmesserD des fokussierten Strahls bestrahlt. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI des LaserstrahlsL als 100 mm bestimmt ist, die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als 1,0 bestimmt ist, der Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL als 0,1 Radianten als Halbwinkel bestimmt ist, und der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt als etwa 50 µm bestimmt ist. - Als nächstes wird unter Bezugnahme auf
14A bis14C die Laserstrahlfokussierungswirkung untersucht werden, wenn sich das optische Transmissionselement52 an einer Position befindet, die näher als die in13A gezeigte Position an dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 liegt. Bei diesem Aufbau befindet sich das optische Transmissionselement52 an einer Position, an der wie in14A gezeigt ein Teil des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 verläuft, und der restliche Teil durch den konischen Plattenabschnitt58 verläuft. Genauer ist das optische Transmissionselement52 so positioniert, dass sich die erste Fläche56a des mittleren flachen Plattenabschnitts56 in einem Abstand von 45 mm von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser befindet. Ansonsten ist der Aufbau der gleiche wie der in13A gezeigte. -
14B stellt durch eine Simulation erhaltene Lichtstrahlpfade dar, die optional aus den Pfaden von einigen der Strahlen des LaserstrahlsL extrahiert wurden. In14B breitet sich beispielsweise der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 , und wird er dann wie in12C gezeigt einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, so dass er durch das optische Transmissionselement52 übertragen wird, während er den Diffusionswinkelα behält, gelangt er dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird er von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgeben, und wird er in dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der zweiten Position von oben und der unteren Position fokussiert (abgebildet). Andererseits breitet sich in14B der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 , und wird er dann wie in12C gezeigt einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, so dass er durch das optische Transmissionselement52 übertragen wird, während er den Diffusionswinkel α behält, gelangt er dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird er von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgeben, und wird er in dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der zweiten Position von unten und der oberen Position fokussiert (abgebildet). Wenn jeder Lichtstrahl durch den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 verläuft, kommt es zu einem Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, und als Ergebnis davon wird der Lichtstrahl in dem LichtfokussierungspunktI wie veranschaulicht gesondert an zwei Positionen fokussiert. Ferner gelangt wie in14B veranschaulicht die Gruppe von Lichtstrahlen, die von dem Mittelbereich der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, in den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 und wird sie durch das optische Transmissionselement52 übertragen, während sie wie in12B gezeigt einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen wird, und wird sie danach durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 fokussiert und in dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI in dem Mittelbereich fokussiert (oder abgebildet). - Entsprechend wird die Gruppe von Strahlen des Laserstrahls
L , die von dem äußeren Umfangsbereich der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI in einem ringförmigen BereichS mit dem Durchmesser (Außendurchmesser)D des fokussierten Strahls (der ringförmige Bereich entspricht der Umfangsform der Kernendfläche und weist einen Außendurchmesser auf, der etwas mehr als drei Mal so groß ist) fokussiert, wie in einer vergrößerten Ansicht von14C gezeigt ist. Andererseits wird die Gruppe von Strahlen des LaserstrahlsL , die von dem Mittelbereich der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI an einem kreisförmigen Bereich S' mit dem Durchmesser (Außendurchmesser)D' des fokussierten Strahls (der Bereich entspricht der Umfangsform und dem Durchmesser der Kernendfläche) innerhalb des ringförmigen BereichS fokussiert, wie in der vergrößerten Ansicht von14C gezeigt ist. Die Bestrahlungsintensität des kreisförmigen BereichsS' in der Mitte des LichtfokussierungspunktsI und die Bestrahlungsintensität des ringförmigen BereichsS um den Außenumfang werden jeweils durch die Menge des Lichts, das durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird, bzw. die Menge der Lichts, das durch den konischen Plattenabschnitt56 übertragen wird, bestimmt. Wenn der LichtfokussierungspunktI an der Oberfläche des WerkstücksW positioniert ist, wird die Werkstückoberfläche mit dem LaserstrahlL als im Wesentlichen runder Fleck mit dem DurchmesserD des fokussierten Strahls bestrahlt, wobei der Mittelbereich und der Umfangsbereich jeweils unterschiedliche Bestrahlungsintensitäten aufweisen. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI des LaserstrahlsL als etwa 100 mm bestimmt ist, die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als etwa 1,0 bestimmt ist, der Konvergenzwinkelβ des Laserstrahls L als etwa 0,1 Radianten als Halbwinkel bestimmt ist, und der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt als etwa 150 µm bestimmt ist. - Als nächstes wird unter Bezugnahme auf
15A bis15C die Laserstrahlfokussierungswirkung untersucht werden, wenn sich das optische Transmissionselement52 an einer Position befindet, die näher als die in14A gezeigte Position an dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 liegt. Bei diesem Aufbau befindet sich das optische Transmissionselement52 an einer Position, an der wie in15A gezeigt ein Teil des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 verläuft, und der restliche Teil durch den konischen Plattenabschnitt58 verläuft. Genauer ist das optische Transmissionselement52 so positioniert, dass sich die erste Fläche56a des mittleren flachen Plattenabschnitts56 in einem Abstand von 85 mm von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser befindet. Ansonsten ist der Aufbau der gleiche wie der in13A gezeigte. -
15B stellt durch eine Simulation erhaltene Lichtstrahlpfade dar, die optional aus den Pfaden von einigen der Strahlen des LaserstrahlsL extrahiert wurden. Wie in15B veranschaulicht breitet sich beispielsweise der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 , und wird er dann wie in12C gezeigt einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, so dass er durch das optische Transmissionselement52 übertragen wird, während er den Diffusionswinkel α behält, gelangt er dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird er von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgeben, und wird er in dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der zweiten Position von oben und der unteren Position fokussiert (abgebildet). Andererseits breitet sich in15B der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und gelangt er in den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 , und wird er dann wie in12C gezeigt einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen, so dass er durch das optische Transmissionselement52 übertragen wird, während er den Diffusionswinkelα behält, gelangt er dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird er von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgeben, und wird er in dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI jeweils an der zweiten Position von unten und der oberen Position fokussiert (abgebildet). Wenn jeder Lichtstrahl durch den konischen Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 verläuft, kommt es zu einem Effekt, als ob die optische Achse in Bezug auf den Lichtstrahl schräg verschoben würde, und als Ergebnis davon wird der Lichtstrahl in dem LichtfokussierungspunktI wie veranschaulicht an zwei gesonderten Positionen fokussiert. Ferner gelangt wie in15B veranschaulicht die Gruppe von Lichtstrahlen, die von dem Mittelbereich des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, in den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 und wird sie durch das optische Transmissionselement52 übertragen, während sie wie in12B gezeigt einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß dem Einfallswinkel unterzogen wird, und wird sie danach durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 fokussiert und an dem veranschaulichten LichtfokussierungspunktI in dem Mittelbereich fokussiert (oder abgebildet). - Entsprechend wird die Gruppe von Strahlen des Laserstrahls
L , die von dem äußeren Umfangsbereich der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI in einem ringförmigen BereichS mit dem Durchmesser (Außendurchmesser)D des fokussierten Strahls (der ringförmige Bereich entspricht der Umfangsform der Kernendfläche und weist einen Außendurchmesser auf, der etwas mehr als drei Mal so groß ist) fokussiert, wie in einer vergrößerten Ansicht von15C gezeigt ist. Andererseits wird die Gruppe von Strahlen des LaserstrahlsL , die von dem Mittelbereich der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI an einem kreisförmigen BereichS' mit dem Durchmesser (Außendurchmesser)D' des fokussierten Strahls (der Bereich entspricht der Umfangsform und dem Durchmesser der Kernendfläche) innerhalb des ringförmigen BereichS fokussiert, wie in der vergrößerten Ansicht von15C gezeigt ist. Da das optische Transmissionselement52 bei dem Aufbau von15A bis15C verglichen mit dem Aufbau von14A bis14C noch näher an dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 positioniert ist, nimmt die Menge des Lichts, das durch den mittleren flachen Abschnitt56 übertragen wird, ab, und nimmt die Menge des Lichts, das durch den konischen Plattenabschnitt58 übertragen wird, zu. Als Ergebnis nimmt verglichen mit14C die Bestrahlungsintensität des kreisförmigen BereichsS' in der Mitte des LichtfokussierungspunktsI ab, und nimmt die Bestrahlungsintensität des ringförmigen BereichsS um den Außenumfang zu, wie in15C veranschaulicht ist. Wenn der LichtfokussierungspunktI an der Oberfläche des WerkstücksW positioniert ist, wird die Werkstückoberfläche mit dem LaserstrahlL als im Wesentlichen kreisförmiger Fleck mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls bestrahlt, wobei der äußere Umfangsbereich einen höhere Bestrahlungsintensität als der Mittelbereich aufweist. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass der Abstand von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem LichtfokussierungspunktI des LaserstrahlsL als etwa 100 mm bestimmt ist, die Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 als etwa 1,0 bestimmt ist, der Konvergenzwinkelβ des LaserstrahlsL als etwa 0,1 Radianten als Halbwinkel bestimmt ist, und der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt als etwa 150 µm bestimmt ist. - Wie aus einem Vergleich zwischen den Aufbauten, die in
13A bis15D gezeigt sind, verstanden werden kann, kann die Größe des Durchmessers des fokussierten Strahls oder das Verhältnis der Bestrahlungsintensität zwischen dem Mittelbereich und dem äußeren Umfangsbereich des LichtfokussierungspunktsI durch Verändern der Position des optischen Transmissionselements52 zwischen der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 entlang der optischen Achse32a anstelle des gewünschten Parameters des konischen Plattenabschnitts58 des optischen Transmissionselements52 verändert oder reguliert werden. Es können im Voraus mehrere Bearbeitungsköpfe18 (2 ), die jeweils mit einem optischen Transmissionselement52 versehen sind, das hinsichtlich des Aufbaus identisch ist, aber unterschiedlich positioniert ist, bereitgestellt werden, und es kann der passende Bearbeitungskopf18 , der mit dem optischen Transmissionselement52 versehen ist, das an jener Position angebracht ist, die der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW entspricht, zur Verwendung gewählt werden. Wenn das Design bestimmt, dass ein Teil des LaserstrahlsL immer durch den konischen Plattenabschnitt52 des optischen Transmissionselements52 übertragen werden soll, ist es nicht möglich, die Größe des Durchmessers des fokussierten Strahls nur durch Ändern der Position des optischen Transmissionselements52 entlang der optischen Achse zu verändern. Wenn die Größe des Durchmessers des fokussierten Strahls in diesem Fall geändert werden soll, muss das optische Transmissionselement52 gegen ein anderes optisches Transmissionselement52 , das sich hinsichtlich der Parameter wie etwa dem Scheitelwinkelθ , der Dicket2 , dem Brechungsindex, dem Innendurchmesser usw. des konischen Plattenabschnitts58 unterscheidet, ausgetauscht werden. - Alternativ kann die Laserbearbeitungsvorrichtung
54 so aufgebaut sein, dass das optische Transmissionselement52 so in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) angebracht ist, dass es in Richtungen entlang der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beweglich ist. Zum Beispiel kann das optische Transmissionselement52 unter Verwendung eines passenden Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) an einer Position, die den LaserstrahlL nicht stört, so angebracht werden, dass es in dem Gehäuse34 auf eine stufenlose Weise entlang der optischen Achse beweglich ist. Da das optische Transmissionselement52 nach diesem Aufbau durch den Antriebsmechanismus an eine passende Position bewegt wird, die der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW entspricht, kann die Laserbearbeitung durch Bestrahlen des WerkstücksW mit einem Laserstrahl mit einem optimalen DurchmesserD des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ durchgeführt werden. Wie vorher beschrieben erzielt der Aufbau, bei dem der gesamte Laserstrahl L durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 übertragen wird (13A) , im Wesentlichen die gleiche Laserstrahlfokussierungswirkung wie der Aufbau, bei dem die Laserbearbeitungsvorrichtung54 nicht mit dem optischen Transmissionselement52 versehen ist. Das heißt, bei dem Aufbau, bei dem der gesamte LaserstrahlL durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird, wird der LaserstrahlL , der von der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 , der so gestaltet ist, dass die geometrischen Aberrationen usw. minimiert werden, fokussiert und von dem Bearbeitungskopf18 ohne Verschlechterung seines ursprünglichen Fokussierungsvermögens ausgestrahlt. Entsprechend kann die Laserbearbeitungsvorrichtung54 , in der das optische Transmissionselement52 entlang der optischen Achse beweglich angebracht ist, durch Bewegen des optischen Transmissionselements52 an eine passende Position eine optimale Laserbearbeitung durchführen, indem nicht nur einer Veränderung im Hinblick auf die Art der Laserbearbeitung oder das Material, die Dicke usw. des WerkstücksW , sondern auch einer Veränderung im Hinblick auf das Fokussierungsvermögen des LaserstrahlsL , das für die Bearbeitung benötigt wird, entsprochen wird. - Ferner kann die Laserbearbeitungsvorrichtung
54 so aufgebaut sein, dass das optische Transmissionselement52 abnehmbar an einer ausgewählten von mehreren vorherbestimmten Positionen in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) angebracht werden kann. Zum Beispiel kann das optische Transmissionselement52 unter Verwendung eines geeigneten Montageträgers (nicht gezeigt) an einer Position, die den LaserstrahlL nicht stört, abnehmbar an der Innenwand des Gehäuses34 (2 ) angebracht werden. Da das optische Transmissionselement52 nach diesem Aufbau an einer passenden Position, die aus den mehreren vorherbestimmten Positionen gewählt wird, angebracht wird, die der Art der Laserbearbeitung, dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW und dem erforderlichen Fokussierungsvermögen des Laserstrahls entspricht, kann die Laserbearbeitung durchgeführt werden, indem das WerkstückW mit dem LaserstrahlL mit einem optimalen Durchmesser des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ bestrahlt wird. Ferner können im Voraus mehrere optische Transmissionselemente52 , die sich hinsichtlich des Scheitelwinkelsθ , der Dicket , des Brechungsindex, des Innendurchmessers (des Außendurchmessers des mittleren flachen Plattenabschnitts56 ) usw. des eingesetzten konischen Plattenabschnitt58 unterscheiden, bereitgestellt werden, und kann ein passendes der optischen Transmissionselemente52 , das der Art der Laserbearbeitung, dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW und dem erforderlichen Fokussierungsvermögen des Laserstrahls entspricht gewählt und an der ausgewählten Position angebracht werden. Darüber hinaus kann durch passendes Umstellen zwischen dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement52 versehen ist, und dem Aufbau, der damit versehen ist, die gleiche Laserbearbeitungsvorrichtung54 verwendet werden. Bei dem Aufbau, der nicht mit dem optischen Transmissionselement52 versehen ist, kann der LaserstrahlL , der von der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, von dem Bearbeitungskopf18 ohne Verschlechterung seines ursprünglichen Fokussierungsvermögens ausgegeben werden. - So wie bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
10 kann bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 das optische Transmissionselement52 gegenüber der in12A bis15C gezeigten Anordnung seitenverkehrt angeordnet werden, oder kann es in der Fortbewegungsrichtung des LaserstrahlsL gesehen an der stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet werden. Die Anbringungsausrichtung des optischen Transmissionselements52 und seine Position in Bezug auf den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 können gemäß der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke, usw. des WerkstücksW gewählt werden. - Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
54 kann eine Situation eintreten, in der ein Lichtstrahl, der nahe an der Grenze zwischen dem mittleren flachen Plattenabschnitt56 und dem konischen Plattenabschnitt58 in den mittleren flachen Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 gelangt ist, von dem konischen Plattenabschnitt58 ausgegeben wird, oder umgekehrt ein Lichtstrahl, der nahe an der Grenze in den konischen Plattenabschnitt58 gelangt ist, von dem mittleren flachen Plattenabschnitt56 ausgegeben wird. Wenn es dazu kommt, kann die Parallelbeziehung zwischen den Lichtstrahlpfaden vor und nach dem Durchgang durch das optische Transmissionselement möglicherweise nicht beibehalten werden; daher ist erwünscht, das optische Transmissionselement52 unter Berücksichtigung des Diffusionswinkelsα und des Konvergenzwinkelsβ zu gestalten. - Ferner kann bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
54 die Position des optischen Transmissionselements52 entlang der optischen Achse gemäß der verlangten Verteilung der Bestrahlungsstärke an dem Lichtfokussierungspunkt des Laserstrahls bestimmt werden. Wenn zum Beispiel die Bedingungen eines Kerndurchmessers der optischen Faser26 von 50 µm, eines Diffusionswinkelsα des LaserstrahlsL von 0,1 Radianten als Halbwinkel, eines Abstands von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 von 100 mm, eines Abstands von dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 zu dem Lichtfokussierungspunkt des LaserstrahlsL von 100 mm, und einer Abbildungsvergrößerung des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 von 1,0 angenommen werden, beträgt der Durchmesser des fokussierten Strahls unter diesen Bedingungen dann, wenn das optische Transmissionselement52 wie in13A gezeigt sehr nahe an dem Ausgangsende26a der optischen Faser angebracht ist, 50 µm, was dem Kerndurchmesser der optischen Faser26 gleich ist. Wenn der konische Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 einen Scheitelwinkel von 176,6 ° (d.h., einen Neigungswinkel von 1,7 °) und eine Dicke von 5 mm aufweist, wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den konischen Plattenabschnitt58 übertragen wird, durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 auf einen ringförmigen Bereich mit einem Innendurchmesser von etwa 50 µm, einem Außendurchmesser von etwa 150 µm, und einer Breite von etwa 50 µm fokussiert. Andererseits wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird, auf einen kreisförmigen Bereich mit einem Durchmesser von etwa 50 µm, der im Inneren des ringförmigen Bereichs gebildet ist, fokussiert. Die Fläche des ringförmigen Bereichs beträgt etwa das Achtfache der Fläche des kreisförmigen Bereichs. Entsprechend kann dann, wenn das optische Transmissionselement52 an einer Position angebracht ist, an der acht Mal so viele Lichtstrahlen wie die durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 verlaufenden Lichtstrahlen durch den konischen Plattenabschnitt58 verlaufen, die gesamte Fläche des Lichtfokussierungspunkts mit dem Durchmesser von 150 µm durch den Laserstrahl mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsintensität bestrahlt werden. Wenn der Durchmesser des mittleren flachen Plattenabschnitts56 5 mm beträgt, kann der Lichtfokussierungspunkt mit dem Durchmesser von 150 µm dann mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsintensität bestrahlt werden, wenn das optische Transmissionselement52 an der Position angebracht ist, an der der Außendurchmesser des Laserstrahls, der durch den konischen Plattenabschnitt58 verläuft, 15 mm beträgt. - Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
54 kann das optische Transmissionselement52 durch ein optisches Transmissionselement62 ersetzt sein, das innerhalb des ringförmigen konischen Plattenabschnitts58 mit einer kreisförmigen Öffnung60 versehen ist, die an der Symmetrieachse58a zentriert ist, wie in16A und16B veranschaulicht ist. Das optische Transmissionselement62 ist mit Ausnahme des Umstands, dass der mittlere flache Plattenabschnitt56 des optischen Transmissionselements52 durch die Öffnung60 ersetzt ist, mit dem optischen Transmissionselement64 im Wesentlichen identisch, und die Wirkung, die es auf den übertragenen Laserstrahl ausübt, ist im Wesentlichen die gleiche wie jene des optischen Transmissionselements52 . Doch da im Fall des optischen Transmissionselements62 die ringförmige innere Umfangsfläche des konischen Plattenabschnitts58 , die die Öffnung60 definiert, dazu neigen kann, den Laserstrahl abhängig von der Form der Umfangsfläche zu absorbieren, ist erwünscht, das optische Transmissionselement62 nicht an einer Position, die äußerst dicht an dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 liegt, oder an einer Position, an der die ringförmige innere Umfangsfläche mit einem Laserstrahlanteil mit einer hohen Energieintensität des Laserstrahls bestrahlt wird, anzuordnen. - Wenn das optische Transmissionselement
52 ,62 an der stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet wird, wird bevorzugt, dass der ringförmige konische Plattenabschnitt58 einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der minimale Strahldurchmesser (der dem Kerndurchmesser des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 gleich ist) des LaserstrahlsL mit dem Diffusionswinkel α ist. Wenn das optische Transmissionselement52 ,62 andererseits an der stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet wird, wird bevorzugt, dass der ringförmige konische Plattenabschnitt58 einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der DurchmesserD des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL mit dem Konvergenzwinkelθ ist. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
17A bis17C der Aufbau eines optischen Transmissionselements64 , das sich hinsichtlich der Form von jedem der optischen Transmissionselemente44 ,52 und62 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung66 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement64 umfasst, beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung66 , die das optische Transmissionselement64 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement52 ,62 durch das optische Transmissionselement64 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in12A bis15C gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung54 aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandeile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Wie in
17A gezeigt umfasst das optische Transmissionselement64 einen mittleren flachen Plattenabschnitt68 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form gebildet ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse68a verläuft, einen ringförmigen ersten konischen Plattenabschnitt70 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts68 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse70a geneigt ist, und einen ringförmigen zweiten konischen Plattenabschnitt72 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des ersten konischen Plattenabschnitts70 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse72a geneigt ist. Die Symmetrieachse68a des mittleren flachen Plattenabschnitts68 , die Symmetrieachse70a des ersten konischen Plattenabschnitts70 und die Symmetrieachse72a des zweiten konischen Plattenabschnitts72 stimmen miteinander überein und stimmen mit der Mittelachsenlinie64a des optischen Transmissionselements64 überein. Der erste konische Plattenabschnitt70 und der zweite konische Plattenabschnitt72 sind untereinander konzentrisch angeordnet. Der Neigungswinkel des zweiten konischen Plattenabschnitts72 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse72a verläuft, ist größer als der Neigungswinkel des ersten konischen Plattenabschnitts70 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse70a verläuft. Mit anderen Worten unterscheidet sich das optische Transmissionselement64 von dem vorher beschriebenen optischen Transmissionselement52 darin, dass der konische Plattenabschnitt58 des optischen Transmissionselements52 durch den ersten und den zweiten konischen Plattenabschnitt70 und72 mit jeweils unterschiedlichen Neigungswinkeln ersetzt ist; ansonsten kann der gleiche Aufbau wie jener des optischen Transmissionselements52 eingesetzt werden. - Bei der in
17B gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung66 befindet sich das optische Transmissionselement64 an einer Position, an der ein Teil des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt56 übertragen wird, ein anderer Teil des LaserstrahlsL durch den ersten konischen Plattenabschnitt70 übertragen wird, und der restliche Teil des Laserstrahls L durch den zweiten konischen Plattenabschnitt72 übertragen wird. Wie vorher unter Bezugnahme auf11A bis11D beschrieben wurde, werden der Lichtstrahl, der durch den mittleren Plattenabschnitt68 des optischen Transmissionselements64 übertragen wird, der Lichtstrahl, der durch den ersten konischen Plattenabschnitt70 übertragen wird, und der Lichtstrahl, der durch den zweiten konischen Plattenabschnitt72 übertragen wird, während der Übertragung jeweils um eine unterschiedliche Strecke verschoben. Als Ergebnis wird bei dem Aufbau von17B wie in17C in vergrößerter Form gezeigt die Gruppe von Lichtstrahlen des LaserstrahlsL , die von dem äußeren Umfangsbereich der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI auf einen ringförmigen BereichS mit einem Durchmesser (Außendurchmesser)D des fokussierten Strahls fokussiert, die Gruppe von Lichtstrahlen des LaserstrahlsL , die von einem ringförmigen Bereich innerhalb des äußeren Umfangsbereichs der Kernendfläche ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI auf einen ringförmigen BereichS' mit einem Durchmesser (Außendurchmesser)D' des fokussierten Strahls innerhalb des ringförmigen BereichsS fokussiert, und die Gruppe von Lichtstrahlen des LaserstrahlsL , die von dem Mittelbereich der Kernendfläche ausgestrahlt wurde, an dem LichtfokussierungspunktI an einem kreisförmigen BereichS" mit einem Durchmesser (Außendurchmesser)D" des fokussierten Strahls innerhalb des ringförmigen BereichsS' fokussiert. - Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung
66 kann das optische Transmissionselement64 wie bei der vorher beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung54 an einer gewünschten Position entlang der optischen Achse32a (12A) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angebracht werden, die der Art der Laserbearbeitung, dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW und dem erforderlichen Fokussierungsvermögens des Laserstrahls entspricht. Ferner kann bei der Laserbearbeitungsvorrichtung66 die Position des optischen Transmissionselements64 entlang der optischen Achse wie bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 gemäß der erforderlichen Verteilung der Bestrahlungsintensität an dem Lichtfokussierungspunkt des Laserstrahls bestimmt werden. Ferner wird es durch derartiges Ausbilden des optischen Transmissionselements64 , dass es drei oder mehr konischen Plattenabschnitte aufweist, die untereinander konzentrisch angeordnet sind und in Bezug auf die Symmetrieachse in jeweils unterschiedlichen Winkeln geneigt sind, möglich, verschiedenen Bedürfnissen noch genauer zu entsprechen. Darüber hinaus kann der mittlere flache Plattenabschnitt68 des optischen Transmissionselements64 durch eine Öffnung ersetzt werden, oder kann der mittlere flache Plattenabschnitt68 weggelassen werden und der erste konische Plattenabschnitt70 in der Form eines Kegels ausgeführt werden, der dem konischen Plattenabschnitt46 des in3A gezeigten optischen Transmissionselements44 gleichartig ist. Auf diese Weise bietet die Laserbearbeitungsvorrichtung66 durch die Bereitstellung des optischen Transmissionselements64 , das den ersten und den zweiten konischen Plattenabschnitt70 und72 (Strahldurchmesservergrößerungsteil) umfasst, wenigstens eine Wirkung, die jener der in12A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung54 gleichwertig ist. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
18A bis18C der Aufbau eines optischen Transmissionselements74 , das sich hinsichtlich der Form von jedem der optischen Transmissionselemente44 ,52 ,62 und64 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung76 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement74 umfasst, beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung76 , die das optische Transmissionselement74 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement52 ,62 durch das optische Transmissionselement74 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in12A bis15C gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung54 aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandeile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Um den vorher beschriebenen Aufbau der mehreren konischen Plattenabschnitte mit jeweils unterschiedlichen Neigungswinkeln zu erreichen, setzt das optische Transmissionselement
74 einen Aufbau ein, der ein Paar von konischen Plattenabschnitten umfasst, die in Bezug auf die Symmetrieachse in Winkeln, deren absoluter Wert gleich ist, geneigt sind. Zum Beispiel umfasst das optische Transmissionselement74 wie in18A gezeigt einen mittleren flachen Plattenabschnitt78 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form gebildet ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse78a verläuft, einen ringförmigen ersten konischen Plattenabschnitt80 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts78 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse80a geneigt ist, und einen ringförmigen zweiten konischen Plattenabschnitt82 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des ersten konischen Plattenabschnitts80 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse82a geneigt ist. Die Symmetrieachse78a des mittleren flachen Plattenabschnitts78 , die Symmetrieachse80a des ersten konischen Plattenabschnitts80 und die Symmetrieachse82a des zweiten konischen Plattenabschnitts82 stimmen miteinander überein und stimmen mit der Mittelachsenlinie74a des optischen Transmissionselements74 überein. Der erste konische Plattenabschnitt80 und der zweite konische Plattenabschnitt82 sind untereinander konzentrisch angeordnet. Der Neigungswinkel des ersten konischen Plattenabschnitts80 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse80a verläuft, und der Neigungswinkel des zweiten konischen Plattenabschnitts82 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieebene82a verläuft, sind hinsichtlich des absoluten Werts gleich, aber hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt. - Wie in
18B gezeigt kann das optische Transmissionselement74 ferner einen ringförmigen dritten konischen Plattenabschnitt84 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des zweiten konischen Plattenabschnitts82 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse84a geneigt ist, und einen ringförmigen vierten konischen Plattenabschnitt86 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des dritten konischen Plattenabschnitts84 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse86a geneigt ist, umfassen. Die Symmetrieachse84a des dritten konischen Plattenabschnitts84 und die Symmetrieachse86a des vierten konischen Plattenabschnitts86 stimmen nicht nur mit der Symmetrieachse78a des mittleren flachen Plattenabschnitts78 , sondern auch mit der Mittelachsenlinie74a des optischen Transmissionselements74 überein. Der dritte konische Plattenabschnitt84 und der vierte konische Plattenabschnitt86 sind untereinander konzentrisch und mit dem ersten und dem zweiten konischen Plattenabschnitt80 und82 konzentrisch angeordnet. Der Neigungswinkel des dritten konischen Plattenabschnitts84 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse84a verläuft, und der Neigungswinkel des vierten konischen Plattenabschnitts86 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieebene86a verläuft, sind hinsichtlich des absoluten Werts gleich, aber hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt. Der Neigungswinkel des dritten konischen Plattenabschnitts84 ist größer als der Neigungswinkel des ersten konischen Plattenabschnitts80 , und der Neigungswinkel des vierten konischen Plattenabschnitts86 ist größer als der Neigungswinkel des zweiten konischen Plattenabschnitts82 . - Wie in
18C gezeigt ist die Laserbearbeitungsvorrichtung74 , die das optische Transmissionselement84 umfasst, so aufgebaut, dass das optische Transmissionselement84 an einer gewünschten Position entlang der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angebracht werden kann.18C stellt den Zustand dar, in dem sich das optische Transmissionselement74 an einer Position, an der der gesamte LaserstrahlL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt78 übertragen wird, (der Position an dem oberen Ende in der Zeichnung), an einer Position, an der ein Teil des Laserstrahls durch den mittleren flachen Plattenabschnitt78 übertragen wird, und der restliche Teil des LaserstrahlsL durch den ersten und den zweiten konischen Plattenabschnitt80 und82 übertragen wird, (der Position in der Mitte in der Zeichnung), bzw. an einer Position, an der ein Teil des Laserstrahls durch den mittleren flachen Plattenabschnitt78 übertragen wird, ein anderer Teil des LaserstrahlsL durch den ersten und den zweiten konischen Plattenabschnitt80 und82 übertragen wird, und der restliche Teil des Laserstrahls L durch den dritten und den vierten konischen Plattenabschnitt84 und86 übertragen wird, (der Position an dem unteren Ende in der Zeichnung) befindet. Wenn das optische Transmissionselement74 an der oberen Endposition in der Zeichnung angebracht ist, kann wie bei der in13A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung54 der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt minimiert werden, während das ursprüngliche Fokussierungsvermögen des LaserstrahlsL beibehalten wird. Wenn das optische Transmissionselement84 an der Mittelposition in der Zeichnung angebracht ist, kann der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt wie bei der in14A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung54 durch die Wirkung des ersten und des zweiten konischen Plattenabschnitts80 und82 vergrößert werden. Wenn das optische Transmissionselement74 an der unteren Endposition in der Zeichnung angebracht ist, kann der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt durch die Wirkung des dritten und des vierten konischen Plattenabschnitts84 und86 , die mit größeren Winkeln als der erste und der zweite konische Plattenabschnitt80 und82 geneigt sind, weiter vergrößert werden. Auf diese Weise bietet die Laserbearbeitungsvorrichtung76 durch die Bereitstellung des optischen Transmissionselements74 , das ein oder mehr Paare von konischen Plattenabschnitten80 ,82 ,84 und86 (Strahldurchmesservergrößerungsteil) aufweist, wenigstens eine Wirkung, die jener der in12A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung54 gleichwertig ist. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
19A bis20D der Aufbau eines optischen Transmissionselements88 , das sich hinsichtlich der Form von jedem der optischen Transmissionselemente44 ,52 ,62 ,64 und74 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung90 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement88 umfasst, beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung90 , die das optische Transmissionselement88 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement44 durch das optische Transmissionselement88 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in5A bis7D gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung10 aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandteile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung10 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Das optische Transmissionselement
88 unterscheidet sich von dem optischen Transmissionselement74 darin, dass der mittlere flache Plattenabschnitt78 weggelassen ist. Wie in19A gezeigt umfasst das optische Transmissionselement88 einen ringförmigen ersten konischen Plattenabschnitt92 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse92a geneigt ist, und einen ringförmigen zweiten konischen Plattenabschnitt94 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form entlang des Außenumfangs des ersten konischen Plattenabschnitts92 gebildet ist und in Bezug auf seine Symmetrieachse94a geneigt ist. Die Symmetrieachse92a des ersten konischen Plattenabschnitts92 und die Symmetrieachse94a des zweiten konischen Plattenabschnitts94 stimmen miteinander überein und stimmen mit der Mittelachsenlinie88a des optischen Transmissionselements88 überein. Der erste konische Plattenabschnitt92 und der zweite konische Plattenabschnitt94 sind untereinander konzentrisch angeordnet. Der Neigungswinkel des ersten konischen Plattenabschnitts92 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse92a verläuft, und der Neigungswinkel des zweiten konischen Plattenabschnitts94 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse94a verläuft, sind hinsichtlich des absoluten Werts gleich, aber hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt. - Wie in
19A gezeigt ist das optische Transmissionselement88 , das in die Laserbearbeitungsvorrichtung90 aufgenommen ist, in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) bereitgestellt und in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls an der stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet. Das optische Transmissionselement88 ist in dem Gehäuse34 (2 ) an einer vorherbestimmten Position zwischen dem Ausgangsende26 der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angebracht, wobei seine Mittelachsenlinie88a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. Ferner befindet sich das optische Transmissionselement88 an einer Position, an der der mittlere Teil des Lichtflusses des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den ersten konischen Plattenabschnitt92 und der restliche äußere Teil durch den zweiten konischen Plattenabschnitt94 übertragen wird. Das optische Transmissionselement88 gestattet auf die gleiche Weise, wie vorher unter Bezugnahme auf4A und4B beschrieben wurde, dass der LaserstrahlL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkelα des LaserstrahlsL vor und nach der Übertragung unverändert gehalten wird. - Der Laserstrahl
L , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 mit dem Diffusionswinkelα ausgestrahlt wurde, wird zuerst durch das optische Transmissionselement88 übertragen und dann durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (die virtuelle Linse)32 fokussiert, und das WerkstückW wird mit dem fokussierten LaserstrahlL mit dem Konvergenzwinkelβ bestrahlt. Die Abmessungen der verschiedenen Teile sind so wie jene bei dem Aufbau von5A bis5D festgelegt; das heißt, der Kerndurchmesser der optischen Faser26 beträgt 50 µm, der Diffusionswinkelα des Laserstrahls L beträgt 0,1 Radianten als Halbwinkel, der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 zu dem Hauptpunkt des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beträgt 100 mm, und die Brennweite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beträgt 50 mm. Ferner beträgt der Scheitelwinkel des ersten konischen Plattenabschnitts92 des optischen Transmissionselements88 177,14 ° (d.h., der Neigungswinkel in Bezug auf die Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse92a verläuft, beträgt 1,43 °), beträgt die Dicke des ersten konischen Plattenabschnitts92 3 mm. beträgt der Scheitelwinkel des zweiten konischen Plattenabschnitts94 -177,14 ° (d.h., der Neigungswinkel in Bezug auf die Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse94a verläuft, beträgt -1,43 °), beträgt die Dicke des zweiten konischen Plattenabschnitts94 3 mm, und beträgt der Abstand von der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser zu dem Scheitel des ersten konischen Plattenabschnitts92 64 mm. -
19B stellt die durch eine Simulation erhaltenen Pfade einiger der Strahlen des Laserstrahls L dar. Zum besseren Verständnis sind Lichtstrahlpfade, die optional aus den in19B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden, in19C veranschaulicht. Wie in19B und19C veranschaulicht breitet sich zum Beispiel der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkel α aus, und wird er in den zweiten konischen Plattenabschnitt94 des optischen Transmissionselements88 eingebracht, und wird der Lichtstrahl einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß seinem Einfallswinkel unterzogen und durch das optische Transmissionselement88 übertragen, während der Diffusionswinkelα beibehalten wird; der Lichtstrahl gelangt dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben. Gleichermaßen breitet sich wie in19B und19B veranschaulicht der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkel α aus, und wird er in den zweiten konischen Plattenabschnitt94 des optischen Transmissionselements88 eingebracht, und wird der Lichtstrahl einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß seinem Einfallswinkel unterzogen und durch das optische Transmissionselement88 übertragen, während der Diffusionswinkelα beibehalten wird; der Lichtstrahl gelangt dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben. Die Pfade dieser Lichtstrahlen entsprechen im Wesentlichen den Pfaden der Lichtstrahlen, die in6B und6C gezeigt sind. - Andererseits wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die von dem Mittelbereich des Ausgangsendes
26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den ersten konischen Plattenabschnitt92 übertragen; während der Übertragung wird die Gruppe von Lichtstrahlen über eine andere Strecke als die Lichtstrahlen, die durch den zweiten konischen Plattenabschnitt94 übertragen werden, verschoben, und wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die so verschoben wurde, durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 zur Ausstrahlung fokussiert. Als Ergebnis wird der LaserstrahlL an dem LichtfokussierungspunktI an einem kreisförmigen BereichS mit einem DurchmesserD des fokussierten Strahls (dem Bereich, der der Umfangsform der Kernendfläche entspricht und einen etwa doppelt so großen Durchmesser aufweist) fokussiert, wobei die Form des fokussierten Strahls der in6D gezeigten gleich ist. Da der LaserstrahlL durch das Paar aus dem ersten und dem zweiten konischen Plattenabschnitt92 und94 , die in Bezug auf ihre Symmetrieachsen92a und94a mit Winkeln, die hinsichtlich des absoluten Werts gleich sind, in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind, übertragen wird, ist überdies die Weise, auf die die Pfade der Lichtstrahlen in einem vorherbestimmen Bereich entlang der optischen Achse, der an dem LichtfokussierungspunktI zentriert ist, konvergieren, jener Weise ähnlich, auf die die Pfade der in5D gezeigten Lichtstrahlen bei dem Aufbau, bei dem die Lichtstrahlen nicht durch das optische Transmissionselement44 übertragen werden, konvergieren (d.h., es besteht eine spiegelbildartige Symmetrie um den LichtfokussierungspunktI ). Entsprechend kann dann, wenn die mit dem optischen Transmissionselement88 versehene Laserbearbeitungsvorrichtung90 zum Beispiel eine Laserbearbeitung durchführt, während der LichtfokussierungspunktI absichtlich entlang der optischen Achse von der Werkstückoberfläche weg verschoben wird, erwartet werden, dass der Durchmesser des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL an dem LichtfokussierungspunktI vergrößert werden kann, während eine Bearbeitungsqualität erreicht wird, die jener, welche bei dem Aufbau erhalten wird, der nicht mit dem optischen Transmissionselement88 versehen ist, gleich ist. Durch die Bereitstellung des optischen Transmissionselements88 mit einem oder mehreren Paaren von konischen Plattenabschnitten92 und94 (Strahldurchmesservergrößerungsteil) bietet die Laserbearbeitungsvorrichtung90 wenigstens eine Wirkung, die jener der in2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung10 gleichwertig ist. -
20A stellt die Laserbearbeitungsvorrichtung90 bei einem alternativen Aufbau dar, wobei ein optisches Transmissionselement88' mit konischen Plattenabschnitten, deren Scheitelwinkel sich von den Scheitelwinkeln der jeweiligen konischen Plattenabschnitte des optischen Transmissionselements88 unterscheiden, an der gleichen Position wie das optische Transmissionselement88 angebracht ist. Im Fall des optischen Transmissionselements88' ist der Scheitelwinkel des ersten konischen Plattenabschnitts92 auf 174,28 ° eingerichtet (d.h., der Neigungswinkel in Bezug auf die Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse92a verläuft, beträgt 2,86 °), und ist der Scheitelwinkel des zweiten konischen Plattenabschnitts94 auf -174,28 ° eingerichtet (d.h., der Neigungswinkel in Bezug auf die Ebene, die senkrecht zu der Symmetrieachse94a verläuft, beträgt -2,86 °). Ansonsten sind die Abmessungen der verschiedenen Teile die gleichen wie jene bei dem Aufbau von19A . -
20B stellt die durch eine Simulation erhaltenen Pfade einiger der Strahlen des LaserstrahlsL dar. Zum besseren Verständnis sind in20C Lichtstrahlpfade, die optional aus den in20B gezeigten Lichtstrahlpfaden extrahiert wurden, veranschaulicht. Wie in20B und20C veranschaulicht breitet sich zum Beispiel der Lichtstrahl, der von dem oberen Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und wird er in den zweiten konischen Plattenabschnitt94 des optischen Transmissionselements88' eingebracht, und wird der Lichtstrahl einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß seinem Einfallwinkel unterzogen und durch das optische Transmissionselement88' übertragen, während der Diffusionswinkelα beibehalten wird; der Lichtstrahl gelangt dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben. Ebenso breitet sich wie in20B und20C veranschaulicht der Lichtstrahl, der von dem unteren Rand der Kernendfläche des Ausgangsendes26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, mit dem Diffusionswinkelα aus, und wird er in den zweiten konischen Plattenabschnitt94 des optischen Transmissionselements88' eingebracht, und wird der Lichtstrahl einer Brechung und einer Parallelverschiebung gemäß seinem Einfallwinkel unterzogen und durch das optische Transmissionselement88' übertragen, während der Diffusionswinkelα beibehalten wird; der Lichtstrahl gelangt dann in den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 und wird von dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 mit dem Konvergenzwinkelβ ausgegeben. Die Pfade dieser Lichtstrahlen entsprechen im Wesentlichen den Pfaden der Lichtstrahlen, die in7B und7C gezeigt sind. - Andererseits wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die von dem Mittelbereich des Ausgangsendes
26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den ersten konischen Plattenabschnitt92 übertragen; während der Übertragung wird die Gruppe von Lichtstrahlen über eine andere Strecke als die Lichtstrahlen, die durch den zweiten konischen Plattenabschnitt94 übertragen werden, verschoben, und wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die so verschoben wurde, durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 zur Ausstrahlung fokussiert. Als Ergebnis wird der LaserstrahlL an dem LichtfokussierungspunktI an einem ringförmigen BereichS mit einem Durchmesser (Außendurchmesser)D des fokussierten Strahls (der ringförmige Bereich entspricht der Umfangsform der Kernendfläche und weist einen Außendurchmesser auf, der etwa drei Mal so groß ist) fokussiert, wobei die Form des fokussierten Strahls der in7D gezeigten gleich ist. Da der Laserstrahl L durch das Paar aus dem ersten und dem zweiten konischen Plattenabschnitt92 und94 , die in Bezug auf ihre Symmetrieachsen92a und94a mit Winkeln, die hinsichtlich des absoluten Werts gleich sind, in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind, übertragen wird, ist überdies die Weise, auf die die Pfade der Lichtstrahlen in einem vorherbestimmen Bereich entlang der optischen Achse, der an dem LichtfokussierungspunktI zentriert ist, konvergieren, jener Weise ähnlich, auf die die Pfade der in5D gezeigten Lichtstrahlen bei dem Aufbau, bei dem die Lichtstrahlen nicht durch das optische Transmissionselement44 übertragen werden, konvergieren (d.h., es besteht eine spiegelbildartige Symmetrie um den LichtfokussierungspunktI ). Auf diese Weise bietet die Laserbearbeitungsvorrichtung90 , die mit dem optischen Transmissionselement88' versehen ist, die gleiche Wirkung wie jene, die durch die mit dem optischen Transmissionselement88 versehene Laserbearbeitungsvorrichtung90 erzielt wird. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
21 der Aufbau eines optischen Transmissionselements96 , das sich hinsichtlich der Form von jedem der optischen Transmissionselemente44 ,52 ,62 ,64 ,74 und88 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung98 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement96 umfasst, beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung98 , die das optische Transmissionselement96 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement52 ,62 durch das optische Transmissionselement96 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in12A bis15C gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung54 aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandteile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Das optische Transmissionselement
86 umfasst ein erstes Element100 und ein zweites Element102 mit einem Aufbau, der einem Aufbau, welcher sich ergeben würde, wenn das vorher beschriebene optische Transmissionselement52 , das den mittleren flachen Plattenabschnitt56 und den konischen Plattenabschnitt58 umfasst, entlang einer Trennebene, welche senkrecht zu den Symmetrieachsen56a und58a verläuft, getrennt würde, gleichwertig ist. Das erste Element100 und das zweite Element102 sind untereinander konzentrisch angeordnet, wobei ihre Teilungsflächen100a und102a zueinander gewandt sind. Der Durchmesser des fokussierten Strahls an dem Lichtfokussierungspunkt des LaserstrahlsL , der durch das optische Transmissionselement86 übertragen wurde, und die Verteilung der Bestrahlungsintensität an dem Lichtfokussierungspunkt können durch Verändern der Beabstandung zwischen dem ersten Element100 und dem zweiten Element102 reguliert werden. - Die Laserbearbeitungsvorrichtung
98 kann so aufgebaut sein, dass das optische Transmissionselement96 , das das erste und das zweite Element100 und102 umfasst, so in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) angebracht ist, dass es in Richtungen entlang der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beweglich ist. Zum Beispiel kann wenigstens eines von dem ersten und dem zweiten Element100 und102 unter Verwendung eines geeigneten Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) so an einer Position, die den LaserstrahlL nicht stört, angebracht werden, dass es in dem Gehäuse32 auf eine stufenlose Weise entlang der optischen Achse beweglich ist. Da das erste Element100 oder das zweite Element102 nach diesem Aufbau durch den Antriebsmechanismus an eine passende Position bewegt wird, die der Art der Laserbearbeitung und dem Material, der Dicke usw. des WerkstücksW oder dem benötigten Fokussierungsvermögen des Laserstrahls entspricht, kann die Laserbearbeitung durch Bestrahlen des WerkstücksW mit einem Laserstrahl mit einem optimalen Durchmesser des fokussierten Strahls und einem optimalen Konvergenzwinkelβ durchgeführt werden. Auf diese Weise bietet die Laserbearbeitungsvorrichtung98 durch die Bereitstellung des optischen Transmissionselements96 , das einen Teil umfasst, der dem konischen Plattenabschnitt58 (Strahldurchmesservergrößerungsteil) entspricht, wenigstens eine Wirkung, die jener der in12A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung54 gleichwertig ist. - Insbesondere kann die Laserbearbeitungsvorrichtung
98 die Größe des Durchmessers des fokussierten Strahls des Laserstrahls an dem Lichtfokussierungspunkt selbst dann, wenn das Design bestimmt, dass ein Teil des LaserstrahlsL immer durch den konischen Plattenabschnitt, der aus einer Kombination des ersten und des zweiten Elements100 und102 gebildet ist, übertragen werden soll, lediglich durch Regulieren der Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Element100 und102 anstatt wie im Fall der vorher beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung54 durch einen Austausch des Transmissionselements96 gegen ein anderes optisches Transmissionselement96 , welches sich hinsichtlich der Parameter unterscheidet, verändern. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
22A bis22C der Aufbau eines optischen Transmissionselements104 , das sich hinsichtlich der Form von jedem der optischen Transmissionselemente44 ,52 ,62 ,64 ,74 ,88 und96 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung106 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement104 umfasst, beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung106 , die das optische Transmissionselement104 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement52 ,62 durch das optische Transmissionselement104 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in12A bis15C gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung54 aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandteile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Das optische Transmissionselement
104 unterscheidet sich von den oben beschriebenen optischen Transmissionselementen44 ,52 ,62 ,64 ,74 ,88 und96 darin, dass der konische Plattenabschnitt, der spezifisch als der Strahldurchmesservergrößerungsteil wirkt, weggelassen ist. Wie in22A gezeigt umfasst der Strahldurchmesservergrößerungsteil des optischen Transmissionselements104 einen mittleren flachen Plattenabschnitt108 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form als Teil des optischen Transmissionselements104 gebildet ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse108a verläuft, und einen ringförmigen flachen Plattenabschnitt110 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form als Teil des optischen Transmissionselements104 gebildet ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse110a verläuft. Der ringförmige flache Plattenabschnitt110 ist entlang des Außenumfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts108 gebildet. Die Dicke des mittleren flachen Plattenabschnitts108 unterscheidet sich von der Dicke des ringförmigen flachen Plattenabschnitts110 . Die Symmetrieachse108a des mittleren flachen Plattenabschnitts108 und die Symmetrieachse110a des ringförmigen flachen Plattenabschnitts110 stimmen miteinander überein und stimmen mit der Mittelachsenlinie104a des optischen Transmissionselements104 überein. - Wie in
22B gezeigt ist das in die Laserbearbeitungsvorrichtung106 aufgenommene optische Transmissionselement104 in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) bereitgestellt und in der Fortbewegungsrichtung des LaserstrahlsL gesehen an der stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet. Das optische Transmissionselement104 ist in dem Gehäuse34 (2 ) an einer vorherbestimmten Position zwischen dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angebracht, wobei seine Mittelachsenlinie104a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungselements32 übereinstimmt. Ferner befindet sich das optische Transmissionselement104 an einer Position, an der der mittlere Teil des Lichtflusses des LaserstrahlsL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt108 übertragen wird und der restliche äußere Teil durch den ringförmigen Plattenabschnitt110 übertragen wird. Das optische Transmissionselement104 gestattet, dass der LaserstrahlL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, hindurch übertragen wird, während der Diffusionswinkelα des LaserstrahlsL auf die gleiche Weise wie vorher unter Bezugnahme auf11A bis11D beschrieben vor und nach dem Durchgang unverändert gehalten wird. - Die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den mittleren flachen Plattenabschnitt
108 übertragen werden, und die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den ringförmigen flachen Plattenabschnitt110 übertragen werden, werden jeweils auf den gleichen Durchmesser des fokussierten Strahls wie den Durchmesser des fokussierten Strahls, der gebildet würde, wenn der Laserstrahl nicht durch das optische Transmissionselement übertragen würde, fokussiert. Doch da sich die Dicke des mittleren flachen Plattenabschnitts108 von der Dicke des ringförmigen flachen Plattenabschnitts110 unterscheidet, wird die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den mittleren flachen Plattenabschnitt108 übertragen wird, über eine andere Strecke verschoben, als die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den ringförmigen flachen Plattenabschnitt110 übertragen wird. Als Ergebnis werden die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den mittleren flachen Plattenabschnitt108 übertragen wird, und die Gruppe von Lichtstrahlen, die durch den ringförmigen flachen Plattenabschnitt110 übertragen wird, jeweils auf kreisförmige BereicheS1 undS2 , wovon einer von dem anderen entlang der optischen Achse verschoben ist, fokussiert, wie in22C in vergrößerter Form gezeigt ist. Die Position, an der der Außendurchmesser des fokussierten LaserstrahlsL minimal wird, befindet sich zwischen dem kreisförmigen BereichS1 und dem kreisförmigen BereichS2 . Diese Position ist der LichtfokussierungspunktI des LaserstrahlsL , und hier ist der Durchmesser D des fokussierten Strahls größer als der Durchmesser des fokussierten Strahls, der gebildet würde, wenn der Laserstrahl nicht durch das optische Transmissionselement104 übertragen würde. - Auf diese Weise bietet die Laserbearbeitungsvorrichtung
106 durch die Bereitstellung des optischen Transmissionselements104 , das den mittleren flachen Plattenabschnitt108 und den ringförmigen flachen Plattenabschnitt110 (den Strahldurchmesservergrößerungsteil) umfasst, wenigstens eine Wirkung, die jener der in12A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung54 gleichwertig ist. Auch bei der Laserbearbeitungsvorrichtung106 kann die Größe des DurchmessersD des fokussierten Strahls durch Verändern eines gewünschten von verschiedenen Parametern wie etwa der Dicke, der Brechungsindizes, usw. des mittleren flachen Plattenabschnitts108 und des ringförmigen flachen Plattenabschnitts110 verändert werden. Ferner kann das Verhältnis der Bestrahlungsintensität zwischen dem mittleren Bereich und dem äußeren Umfangsbereich des LichtfokussierungspunktsI durch Verändern des Außendurchmessers des mittleren flachen Plattenabschnitts108 (d.h., des Innendurchmessers des ringförmigen flachen Plattenabschnitts110 ) reguliert werden. - Die Laserbearbeitungsvorrichtung
106 kann auch so aufgebaut sein, dass das optische Transmissionselement104 abnehmbar an einer vorherbestimmten Position in dem Bearbeitungskopf18 angebracht werden kann, oder so, dass das optische Transmissionselement104 entlang der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 beweglich ist. Die Größe des DurchmessersD des fokussierten Strahls oder das Verhältnis der Bestrahlungsintensität zwischen dem mittleren Bereich und dem äußeren Umfangsbereich des LichtfokussierungspunktsI kann durch Verändern der Position des optischen Transmissionselements104 entlang der optischen Achse32a verändert oder reguliert werden. Ferner kann der LaserstrahlL durch Abnehmen des optischen Transmissionselements104 oder durch Anbringen des optischen Transmissionselements104 an einer Position, an der der gesamte LaserstrahlL , der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt108 übertragen wird, von dem Bearbeitungskopf108 ohne Verschlechterung seines ursprünglichen Fokussierungsvermögens ausgestrahlt werden. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
23A und23B der Aufbau eines optischen Transmissionselements112 , das sich hinsichtlich der Form von jedem der optischen Transmissionselemente44 ,52 ,62 ,64 ,74 ,88 ,96 und104 unterscheidet, und der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung114 nach einer alternativen Ausführungsform, die das optische Transmissionselement112 umfasst, beschrieben werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung114 , die das optische Transmissionselement112 umfasst, kann so aufgebaut sein, dass sie mit Ausnahme des Umstands, dass das optische Transmissionselement52 ,62 durch das optische Transmissionselement112 ersetzt ist, den gleichen Aufbau wie die in12A bis15C gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung54 aufweist. In der folgenden Beschreibung sind Bestandteile, die jenen bei der Laserbearbeitungsvorrichtung54 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Bestandteile hier nicht näher beschrieben werden. - Bei dem optischen Transmissionselement
112 ist so wie bei dem oben beschriebenen optischen Transmissionselement104 kein konischer Plattenabschnitt, der spezifisch als der Strahldurchmesservergrößerungsteil wirkt, bereitgestellt. Wie in23A gezeigt umfasst der Strahldurchmesservergrößerungsteil des optischen Transmissionselements112 einen mittleren flachen Plattenabschnitt116 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form als Teil des optischen Transmissionselements112 gebildet ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse116a verläuft, und einen ringförmigen flachen Plattenabschnitt118 mit einer gleichmäßigen Dicke, der in einer rotationssymmetrischen Form als Teil des optischen Transmissionselements112 gebildet ist und senkrecht zu seiner Symmetrieachse118a verläuft. Der ringförmige flache Plattenabschnitt118 ist entlang des Außenumfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts116 gebildet. Der mittlere flache Plattenabschnitt116 und der ringförmige flache Plattenabschnitt118 sind hinsichtlich der Dicke identisch, unterscheiden sich aber im Brechungsindex. Die Symmetrieachse116a des mittleren flachen Plattenabschnitts116 und die Symmetrieachse118a des ringförmigen flachen Plattenabschnitts118 stimmen miteinander überein und stimmen mit der Mittelachsenlinie112a des optischen Transmissionselements112 überein. - Wie in
23A gezeigt ist das in die Laserbearbeitungsvorrichtung114 aufgenommene optische Transmissionselement112 in dem Bearbeitungskopf18 (2 ) bereitgestellt und in der Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls L gesehen an der stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet. Das optische Transmissionselement112 ist in dem Gehäuse34 (2 ) an einer vorherbestimmten Position zwischen dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 und dem optischen Lichtfokussierungsabschnitt32 angeordnet, wobei seine Mittelachsenlinie112a mit der optischen Achse32a des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 übereinstimmt. Ferner befindet sich das optische Transmissionselement112 an einer Position, an der der mittlere Teil des Lichtflusses des Laserstrahls L, der von dem Ausgangsende26a der optischen Faser26 ausgestrahlt wurde, durch den mittleren flachen Plattenabschnitt116 übertragen wird und der restliche äußere Teil durch den ringförmigen Plattenabschnitt118 übertragen wird. - Durch die Bereitstellung des optischen Transmissionselements
112 kann die Laserbearbeitungsvorrichtung114 den Durchmesser des fokussierten Stahls des Laserstrahls L und die Verteilung der Bestrahlungsintensität an dem Fokussierungspunkt auf die gleiche Weise wie die Laserbearbeitungsvorrichtung106 regulieren. Ferner kann das optische Transmissionselement104 ,112 bei den Laserbearbeitungsvorrichtungen106 und114 wie in23B veranschaulicht durch ein optisches Transmissionselement122 ersetzt werden, das im Inneren des ringförmigen flachen Plattenabschnitts118 mit einer kreisförmigen Öffnung120 versehen ist, die an der Symmetrieachse118 zentriert ist. Das optische Transmissionselement122 ist mit Ausnahme des Umstands, dass der mittlere flache Plattenabschnitt 108,116 durch die Öffnung120 ersetzt ist, mit dem optischen Transmissionselement104 ,112 im Wesentlichen identisch, und die Wirkung, die es auf den übertragenen Laserstrahl ausübt, ist im Wesentlichen die gleiche wie jene des optischen Transmissionselements104 ,112 . - Wenn das optische Transmissionselement
104 ,112 ,122 an der stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet wird, wird bevorzugt, dass der ringförmige flache Plattenabschnitt110 ,118 einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der minimale Strahldurchmesser (der dem Kerndurchmesser des Ausgangsendes26a der optischen Faser26 gleich ist) des LaserstrahlsL mit dem Diffusionswinkelα ist. Wenn das optische Transmissionselement104 ,112 ,122 andererseits an der stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts32 angeordnet wird, wird bevorzugt, dass der ringförmige konische Plattenabschnitt110 ,118 einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der DurchmesserD des fokussierten Strahls des LaserstrahlsL mit dem Konvergenzwinkelβ ist. - Obwohl oben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, der in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Claims (14)
- Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114), umfassend: einen Bearbeitungskopf (18), der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen; einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32), der in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt (32) dazu ausgebildet ist, einen in den Bearbeitungskopf (18) geführten Laserstrahl (L) mit einem Diffusionswinkel (α) zu fokussieren und um den Laserstrahl (L) von dem Bearbeitungskopf (18) als Laserstrahl (L) mit einem Konvergenzwinkel (β) auszustrahlen; und ein optisches Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122), das in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Diffusionswinkel (a) vor und nach der Übertragung konstant ist, oder das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) alternativ dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Konvergenzwinkel (β) vor und nach der Übertragung konstant ist; wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) einen Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragenen Laserstrahls (L) im Vergleich zu einem Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) in einem Fall, in dem der Laserstrahl (L) nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32) fokussiert wird, zu vergrößern; wobei der Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) einen rotationssymmetrischen konischen Plattenabschnitt (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) des optischen Transmissionselements (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) umfasst, wobei der konische Plattenabschnitt (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) zu einer Symmetrieachse (46a, 58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) geneigt ist und eine gleichmäßige Dicke aufweist; und wobei sich das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) an einer Position befindet, an der die Symmetrieachse (46a, 58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) des konischen Plattenabschnitts (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) mit einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) übereinstimmt.
- Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach
Anspruch 1 , wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 88, 88') zur Gänze mit dem konischen Plattenabschnitt (46, 92, 94) versehen ist. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach
Anspruch 1 , wobei das optische Transmissionselement (52, 64, 74, 96) mit einem senkrecht zu der Symmetrieachse (58a, 70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a) verlaufenden und eine gleichmäßige Dicke aufweisenden rotationssymmetrischen mittleren flachen Plattenabschnitt (56, 68, 78) versehen ist; und wobei der konische Plattenabschnitt (58, 70, 72, 80, 82, 84, 86) eine ringförmige Form aufweist und entlang eines Umfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts (56, 68, 78) gebildet ist. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach
Anspruch 1 , wobei der konische Plattenabschnitt (58) eine ringförmige Form aufweist; und wobei das optische Transmissionselement (62) innerhalb des konischen Plattenabschnitts (58) mit einer kreisförmigen Öffnung (60) versehen ist, die an der Symmetrieachse (58a) zentriert ist. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach
Anspruch 3 oder4 , wobei der konische Plattenabschnitt (58, 70, 72, 80, 82, 84, 86) mit der ringförmigen Form bei einem Aufbau, bei dem sich das optische Transmissionselement (52, 62, 64, 74, 96) an der stromaufwärts befindlichen Seite befindet, einen Innendurchmesser aufweist, der größer als ein minimaler Strahldurchmesser des Laserstrahls (L) mit dem Diffusionswinkel (a) ist; oder wobei der konische Plattenabschnitt (58, 70, 72, 80, 82, 84, 86) mit der ringförmigen Form bei einem Aufbau, bei dem sich das optische Transmissionselement (52, 62, 64, 74, 96) an der stromabwärts befindlichen Seite befindet, einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser (D) des fokussierten Stahls des Laserstrahls (L) mit dem Konvergenzwinkel (β) ist. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei das optische Transmissionselement (64, 74, 88, 88') mit mehreren konischen Plattenabschnitten (70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) versehen ist, bei denen es sich jeweils um einen rotationssymmetrischen konischen Plattenabschnitt (70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) handelt; und wobei die mehreren konischen Plattenabschnitte (70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94) konzentrisch angeordnet sind und sich in untereinander unterschiedlichen Winkeln schräg zu der Symmetrieachse (70a, 72a, 80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) erstrecken. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach
Anspruch 6 , wobei die mehreren konischen Plattenabschnitte (80, 82, 84, 86, 92, 94) ein Paar von konischen Plattenabschnitten (80, 82, 84, 86, 92, 94) umfassen, die sich in Winkeln mit einem gleichen absoluten Wert schräg zu der Symmetrieachse (80a, 82a, 84a, 86a, 92a, 94a) in zueinander entgegengesetzte Richtungen erstrecken. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , wobei das optische Transmissionselement (96) ein erstes Element (100) und ein zweites Element (102) umfasst, die als zwei Hälften des konischen Plattenabschnitts (58) geformt sind und Teilungsflächen (100a, 102a) aufweisen, welche senkrecht zu der Symmetrieachse (58a) verlaufen; und wobei das erste und das zweite Element (100, 102) zueinander koaxial angeordnet sind, wobei die Teilungsflächen (100a, 102a) zueinander gewandt sind, oder die Teilungsflächen (100a, 102a) alternativ voneinander weg gewandt sind. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114), umfassend: einen Bearbeitungskopf (18), der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen; einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32), der in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt (32) dazu ausgebildet ist, einen in den Bearbeitungskopf (18) geführten Laserstrahl (L) mit einem Diffusionswinkel (a) zu fokussieren und um den Laserstrahl (L) von dem Bearbeitungskopf (18) als Laserstrahl (L) mit einem Konvergenzwinkel (β) auszustrahlen; und ein optisches Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122), das in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Diffusionswinkel (a) vor und nach der Übertragung konstant ist, oder das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) alternativ dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Konvergenzwinkel (β) vor und nach der Übertragung konstant ist; wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) einen Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragenen Laserstrahls (L) im Vergleich zu einem Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) in einem Fall, in dem der Laserstrahl (L) nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32) fokussiert wird, zu vergrößern; wobei der Strahldurchmesservergrößerungsteil (108, 110) einen senkrecht zu einer Symmetrieachse (108a) verlaufenden und eine gleichmäßige Dicke aufweisenden rotationssymmetrischen mittleren flachen Plattenabschnitt (108) des optischen Transmissionselements (104) und einen senkrecht zu einer Symmetrieachse (110a) verlaufenden und eine gleichmäßige Dicke aufweisenden rotationssymmetrischen ringförmigen flachen Plattenabschnitt (110) des optischen Transmissionsabschnitts (104) umfasst, wobei der ringförmige flache Plattenabschnitt (11) entlang eines Umfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts (108) gebildet ist, wobei sich die Dicke des mittleren flachen Plattenabschnitts (108) von der Dicke des ringförmigen flachen Plattenabschnitts (110) unterscheidet; und wobei sich das optische Transmissionselement (104) an einer Position befindet, an der die Symmetrieachse (108a) des mittleren flachen Plattenabschnitts (108) und die Symmetrieachse (110a) des ringförmigen flachen Plattenabschnitts (11) mit einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) übereinstimmen.
- Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114), umfassend: einen Bearbeitungskopf (18), der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen; einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32), der in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt (32) dazu ausgebildet ist, einen in den Bearbeitungskopf (16) geführten Laserstrahl (L) mit einem Diffusionswinkel (α) zu fokussieren und um den Laserstrahl (L) von dem Bearbeitungskopf (18) als Laserstrahl (L) mit einem Konvergenzwinkel (β) auszustrahlen; und ein optisches Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122), das in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Diffusionswinkel (α) vor und nach der Übertragung konstant ist, oder das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) alternativ dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Konvergenzwinkel (β) vor und nach der Übertragung konstant ist; wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) einen Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragenen Laserstrahls (L) im Vergleich zu einem Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) in einem Fall, in dem der Laserstrahl (L) nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32) fokussiert wird, zu vergrößern; wobei der Strahldurchmesservergrößerungsteil (116, 118) einen senkrecht zu einer Symmetrieachse (116a) verlaufenden und eine gleichmäßige Dicke aufweisenden rotationssymmetrischen mittleren flachen Plattenabschnitt (116) des optischen Transmissionselements (112) und einen senkrecht zu einer Symmetrieachse (118a) verlaufenden und eine gleichmäßige Dicke aufweisenden rotationssymmetrischen ringförmigen flachen Plattenabschnitt (118) des optischen Transmissionselements (112) umfasst, wobei der ringförmige flache Plattenabschnitt (118) entlang eines Umfangs des mittleren flachen Plattenabschnitts (116) gebildet ist, wobei sich ein Brechungsindex des mittleren flachen Plattenabschnitts (116) von einem Brechungsindex des ringförmigen flachen Plattenabschnitts (118) unterscheidet; und wobei sich das optische Transmissionselement (112) an einer Position befindet, an der die Symmetrieachse (116a) des mittleren flachen Plattenabschnitts (116) und die Symmetrieachse (118a) des ringförmigen flachen Plattenabschnitts (118) mit einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) übereinstimmen.
- Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114), umfassend: einen Bearbeitungskopf (18), der dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen; einen optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32), der in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei der optische Lichtfokussierungsabschnitt (32) dazu ausgebildet ist, einen in den Bearbeitungskopf (18) geführten Laserstrahl (L) mit einem Diffusionswinkel (a) zu fokussieren und um den Laserstrahl (L) von dem Bearbeitungskopf (18) als Laserstrahl (L) mit einem Konvergenzwinkel (β) auszustrahlen; und ein optisches Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122), das in dem Bearbeitungskopf (18) bereitgestellt ist, wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromaufwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Diffusionswinkel (a) vor und nach der Übertragung konstant ist, oder das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) alternativ dazu ausgebildet ist, in einer Fortbewegungsrichtung des Laserstrahls (L) gesehen so an einer stromabwärts befindlichen Seite des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) angeordnet zu sein, dass der Konvergenzwinkel (β) vor und nach der Übertragung konstant ist; wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) einen Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen Laserstrahls (L) im Vergleich zu einem Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) in einem Fall, in dem der Laserstrahl (L) nicht durch den Strahldurchmesservergrößerungsteil (46, 58, 70, 72, 80, 82, 84, 86, 92, 94, 102, 110, 116, 118) übertragen wird, sondern durch den optischen Lichtfokussierungsabschnitt (32) fokussiert wird, zu vergrößern; wobei der Strahldurchmesservergrößerungsteil (118) einen senkrecht zu einer Symmetrieachse (118a) verlaufenden und eine gleichmäßige Dicke aufweisenden rotationssymmetrischen ringförmigen flachen Plattenabschnitt (118) des optischen Transmissionselements (122) umfasst; wobei das optische Transmissionselement (122) im Inneren des ringförmigen flachen Plattenabschnitts (118) mit einer kreisförmigen Öffnung (120) versehen ist, die an der Symmetrieachse (118a) zentriert ist; und wobei sich das optische Transmissionselement (122) an einer Position befindet, an der die Symmetrieachse (118a) des ringförmigen flachen Plattenabschnitts (118) mit einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) übereinstimmt.
- Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach einem der
Ansprüche 9 bis11 , wobei der ringförmige flache Plattenabschnitt (110, 118) bei einem Aufbau, bei dem sich das optische Transmissionselement (104, 112, 122) an der stromaufwärts befindlichen Seite befindet, einen Innendurchmesser aufweist, der größer als ein minimaler Strahldurchmesser des Laserstrahls (L) mit dem Diffusionswinkel (a) ist; oder wobei der ringförmige flache Plattenabschnitt (110, 118) bei einem Aufbau, bei dem sich das optische Transmissionselement (104, 112, 122) an der stromabwärts befindlichen Seite befindet, einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser (D) des fokussierten Strahls des Laserstrahls (L) mit dem Konvergenzwinkel (β) ist. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach einem der
Ansprüche 1 bis12 , wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) an einer vorherbestimmten Position des Bearbeitungskopfs (18) abnehmbar an dem Bearbeitungskopf (18) angebracht ist. - Laserbearbeitungsvorrichtung (10, 10', 10", 54, 66, 76, 90, 98, 106, 114) nach einem der
Ansprüche 1 bis13 , wobei das optische Transmissionselement (44, 44', 52, 62, 64, 74, 88, 88', 96, 104, 112, 122) entlang einer optischen Achse (32a) des optischen Lichtfokussierungsabschnitts (32) beweglich an dem Bearbeitungskopf (18) angebracht ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014-201853 | 2014-09-30 | ||
JP2014201853A JP5941113B2 (ja) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | 集光径を拡大できるレーザ加工装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015116033A1 DE102015116033A1 (de) | 2016-03-31 |
DE102015116033B4 true DE102015116033B4 (de) | 2020-03-12 |
Family
ID=55485967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015116033.1A Active DE102015116033B4 (de) | 2014-09-30 | 2015-09-23 | Laserbearbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, den Durchmesser des fokussierten Strahls zu vergrössern |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9656349B2 (de) |
JP (1) | JP5941113B2 (de) |
CN (1) | CN105458493B (de) |
DE (1) | DE102015116033B4 (de) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6338467B2 (ja) * | 2014-06-18 | 2018-06-06 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
EP3015197B1 (de) * | 2014-10-30 | 2017-03-08 | MTU Aero Engines GmbH | Vorrichtung zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts |
JP2017069110A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 照明装置 |
JPWO2017203613A1 (ja) * | 2016-05-24 | 2018-06-07 | 三菱電機株式会社 | 加工ヘッド及びレーザ加工機 |
DE102017206461B4 (de) * | 2017-04-13 | 2019-05-02 | Schott Ag | Vorrichtung und Verfahren zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks |
JP6913350B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2021-08-04 | 武蔵エンジニアリング株式会社 | レーザーはんだ付け方法および装置 |
EP3412400A1 (de) | 2017-06-09 | 2018-12-12 | Bystronic Laser AG | Strahlformer und verwendung davon, vorrichtung zur laserstrahlbehandlung eines werkstücks und verwendung davon, verfahren zur laserstrahlbehandlung eines werkstücks |
CN107931839A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 何琼 | 一种动力电池防爆阀激光焊接设备 |
EP3731991B1 (de) * | 2017-12-29 | 2023-04-26 | Corelase OY | Laserverarbeitungsvorrichtung und -verfahren |
DE102018126381A1 (de) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | Schott Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Einfügen einer Trennlinie in ein transparentes sprödbrüchiges Material, sowie verfahrensgemäß herstellbares, mit einer Trennlinie versehenes Element |
DE102018133020A1 (de) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung für ein Laserbearbeitungssystem und Laserbearbeitungssystem mit einer derartigen Vorrichtung |
DE102019115554A1 (de) | 2019-06-07 | 2020-12-10 | Bystronic Laser Ag | Bearbeitungsvorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks und Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks |
FR3099636B1 (fr) * | 2019-07-31 | 2021-08-06 | Aledia | Système et procédé de traitement par laser |
DE102019122064A1 (de) | 2019-08-16 | 2021-02-18 | Bystronic Laser Ag | Bearbeitungsvorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, Teilesatz für eine Bearbeitungsvorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks und Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks |
CN110686596A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-14 | 扬州镭奔激光科技有限公司 | 一种激光喷丸系统焦平面自动监测装置及其监测方法 |
WO2021177951A1 (en) * | 2020-03-04 | 2021-09-10 | Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Apparatus and method for material processing |
CN112756775B (zh) * | 2020-10-30 | 2023-05-12 | 苏州创鑫激光科技有限公司 | 一种激光加工方法、光学系统及激光加工设备 |
EP4056309A1 (de) | 2021-03-09 | 2022-09-14 | Bystronic Laser AG | Vorrichtung und verfahren zum laserschneiden eines werkstücks und erzeugen von werkstückteilen |
JP7510989B2 (ja) * | 2022-11-16 | 2024-07-04 | 株式会社アマダ | レーザ加工機 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008168333A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Japan Unix Co Ltd | レーザー式はんだ付け装置 |
JP2009056481A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置 |
JP2009178725A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Sunx Ltd | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
JP2012024782A (ja) * | 2010-07-20 | 2012-02-09 | Amada Co Ltd | 固体レーザ加工装置 |
JP2014037003A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Mirai Co Ltd | レーザ加工装置 |
DE102013102442A1 (de) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Highyag Lasertechnologie Gmbh | Optische Vorrichtung zur Strahlformung |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4734198Y1 (de) | 1967-11-16 | 1972-10-16 | ||
JPS4734198U (de) * | 1971-05-08 | 1972-12-16 | ||
JPS58154484A (ja) | 1981-11-16 | 1983-09-13 | Hitachi Ltd | レ−ザビ−ムの変換方法 |
JP2853800B2 (ja) * | 1995-10-07 | 1999-02-03 | 川崎重工業株式会社 | レーザ加工ヘッド |
US7057580B1 (en) * | 1996-12-25 | 2006-06-06 | Anatoly Gennadievich Ivanov | Methods for forming/recording extremely high resolution and 3D images and devices for same |
JPH1128591A (ja) * | 1997-07-07 | 1999-02-02 | Hitachi Electron Eng Co Ltd | テクスチャ加工装置 |
DE19840926B4 (de) * | 1998-09-08 | 2013-07-11 | Hell Gravure Systems Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen und deren Verwendung |
JP2006150433A (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-15 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
JP5601778B2 (ja) * | 2009-02-19 | 2014-10-08 | 信越ポリマー株式会社 | 半導体ウェーハの製造方法 |
CN102448660B (zh) | 2009-05-25 | 2016-03-02 | 三菱电机株式会社 | 激光加工装置以及激光加工方法 |
US9346126B2 (en) | 2011-05-30 | 2016-05-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser processing head, laser processing apparatus, optical system of laser processing apparatus, laser processing method, and laser focusing method |
JP2014073526A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光学系及びレーザ加工装置 |
-
2014
- 2014-09-30 JP JP2014201853A patent/JP5941113B2/ja active Active
-
2015
- 2015-09-23 DE DE102015116033.1A patent/DE102015116033B4/de active Active
- 2015-09-29 CN CN201510632593.8A patent/CN105458493B/zh active Active
- 2015-09-29 US US14/868,926 patent/US9656349B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008168333A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Japan Unix Co Ltd | レーザー式はんだ付け装置 |
JP2009056481A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置 |
JP2009178725A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Sunx Ltd | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
JP2012024782A (ja) * | 2010-07-20 | 2012-02-09 | Amada Co Ltd | 固体レーザ加工装置 |
JP2014037003A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Mirai Co Ltd | レーザ加工装置 |
DE102013102442A1 (de) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Highyag Lasertechnologie Gmbh | Optische Vorrichtung zur Strahlformung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160089749A1 (en) | 2016-03-31 |
CN105458493B (zh) | 2017-10-27 |
JP2016068131A (ja) | 2016-05-09 |
CN105458493A (zh) | 2016-04-06 |
US9656349B2 (en) | 2017-05-23 |
JP5941113B2 (ja) | 2016-06-29 |
DE102015116033A1 (de) | 2016-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102015116033B4 (de) | Laserbearbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, den Durchmesser des fokussierten Strahls zu vergrössern | |
EP2152463B1 (de) | Verfahren zur materialbearbeitung mit laserstrahlung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens | |
DE112017001892B4 (de) | Lasersystem mit optischen Faserstrukturen und Verfahren zum Variieren von Laserstrahlprofilen | |
EP2429755B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur umfangsbearbeitung eines materialstranges mittels laser | |
DE102008048697B4 (de) | Vorrichtung zur Laserbearbeitung mit Hilfe eines in eine Flüssigkeitsstrahlsäule eingeleiteten Laserstrahls | |
EP2778746B1 (de) | Optische Vorrichtung zur Strahlformung | |
EP3541567B1 (de) | Tiefschweissen eines werkstücks durch einstrahlen eines laserstrahls in die von einem anderen laserstrahl erzeugte kapillaröffnung | |
EP1220734B1 (de) | Vorrichtung mit mindestens einer mehrere einzel-lichtquellen umfassenden lichtquelle | |
DE112016002870T5 (de) | Optische Elementanordnungen zum Verändern des Strahlparameterprodukts in Laserabgabesystemen | |
DE102007061549B4 (de) | Verfahren zur Änderung des Strahldurchmessers eines Laserstrahls in einer Bearbeitungsebene sowie dafür ausgebildete Anordnung | |
DE102012219074A1 (de) | Laserschneidmaschine und Verfahren zum Schneiden von Werkstücken unterschiedlicher Dicke | |
DE102015202347A1 (de) | Bestrahlungseinrichtung, Bearbeitungsmaschine und Verfahren zum Herstellen einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils | |
DE102007018400B4 (de) | Optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf | |
DE102007024701A1 (de) | Verfahren zur Materialabtragung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
WO2021005061A1 (de) | Optische apparatur und verfahren zum laserschweissen eines werkstücks, mit mehreren teilstrahlen, die im strahlprofil eine kernzone und eine ringzone aufweisen | |
EP1525972A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Kunststoffen mittels Laserstrahlen | |
DE102018102337B4 (de) | Gaszufuhrvorrichtung sowie Laserbearbeitungskopf mit derselben | |
EP3449292A1 (de) | Strahlformungsoptik zum laserschneiden sowie vorrichtung mit derselben | |
DE112015004727T5 (de) | Einrichtung zur maschinellen Bearbeitung mit direktem Diodenlaser und maschinelles Bearbeitungsverfahren für Bleche unter Anwendung derselben | |
DE112018004574T5 (de) | Laserbearbeitungsmaschine | |
DE112017006002T5 (de) | Laserstrahlbearbeitungsverfahren und Laserstrahlmaschine | |
DE102022129569A1 (de) | Laserverarbeitungskopf mit weitbereichs-zoom sowie dessen verwendung in einem verfahren zur lasermaterialbearbeitung | |
WO2017001098A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum pulverbasierten laser-auftragsschweissen | |
DE102022101323A1 (de) | Laserschneideverfahren mit Einstellen der Fokuslage | |
DE102021118390A1 (de) | Schweißoptik zum Laserschweißen von Werkstücken, mit flexibler Einstellung von Anzahl und Abstand von Laserspots über Zylinderlinsen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HASELTINE LAKE KEMPNER LLP, DE Representative=s name: HL KEMPNER PATENTANWALT, RECHTSANWALT, SOLICIT, DE Representative=s name: HASELTINE LAKE LLP, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HL KEMPNER PATENTANWAELTE, SOLICITORS (ENGLAND, DE Representative=s name: HL KEMPNER PATENTANWALT, RECHTSANWALT, SOLICIT, DE |