DE102019116803A1 - Method and device for machining a workpiece - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks (110, 120), wobei das Werkstück (110, 120) mit einem Bearbeitungsstrahl (2), bevorzugt einen gepulsten Laserstrahl, besonders bevorzugt einem Ultrakurzpulslaserstrahl, beaufschlagt wird, wobei der Bearbeitungsstrahl (2, 2', 2", 20, 22) zur Ausbildung einer Prozesszone (200) hochdynamisch zwischen mindestens zwei unterschiedlichen räumlichen Bereichen (220, 230) bewegt wird.The present invention relates to a method for processing at least one workpiece (110, 120), the workpiece (110, 120) being acted upon by a processing beam (2), preferably a pulsed laser beam, particularly preferably an ultrashort pulse laser beam, the processing beam (2 , 2 ', 2 ", 20, 22) is moved highly dynamically between at least two different spatial areas (220, 230) to form a process zone (200).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks mit wärmeakkumulierenden Prozessen, insbesondere zum Verschweißen zweier Werkstücke mittels eines Bearbeitungsstrahls, wobei mindestens eines der Werkstücke transparent für den Bearbeitungsstrahl ist. Die Erfindung betrifft insbesondere auch das Verschweißen zweier transparenter Werkstücke wie beispielsweise Gläser, Keramiken oder anderer kristalliner oder polymerbasierter Materialien unter Verwendung eines gepulsten Laserstrahls.The present invention relates to a method for machining at least one workpiece with heat-accumulating processes, in particular for welding two workpieces by means of a machining beam, at least one of the workpieces being transparent to the machining beam. In particular, the invention also relates to the welding of two transparent workpieces such as glasses, ceramics or other crystalline or polymer-based materials using a pulsed laser beam.

Stand der TechnikState of the art

Zum Laserschweißen von Werkstücken aus transparenten Materialien und insbesondere zum Verschweißen von Werkstücken aus Glas oder Keramik ist es bekannt, gepulste Laser und insbesondere Ultrakurzpulslaser zu verwenden. Der gepulste Laserstrahl wird in, auf oder unterhalb eines Werkstück fokussiert, in welchem aufgrund der Absorption der Laserenergie das Material eines oder beider der Werkstücke einer Prozesszone aufgeschmolzen wird und entsprechend der Spalt zwischen den beiden Werkstücken durch die Schmelze überbrückt wird, so dass auf diese Weise nach dem erneuten Erstarren des Materials eine Schweißnaht zwischen den beiden Werkstücken ausgebildet wird, ohne dass ein weiterer Materialeinsatz notwendig wäre. Mit anderen Worten findet eine Verschweißung unter Verwendung der bereits in den Werkstücken vorhandenen Materialien statt.For laser welding workpieces made of transparent materials and in particular for welding workpieces made of glass or ceramics, it is known to use pulsed lasers and in particular ultrashort pulse lasers. The pulsed laser beam is focused in, on or below a workpiece in which the material of one or both of the workpieces of a process zone is melted due to the absorption of the laser energy and the gap between the two workpieces is bridged by the melt, so that in this way After the material has solidified again, a weld seam is formed between the two workpieces without any further use of material being necessary. In other words, welding takes place using the materials already present in the workpieces.

Aufgrund der Transparenz zumindest eines, beider oder aller Werkstücke für den Bearbeitungsstrahl kann eine Verschweißung auch in einem Bereich zwischen den aneinander anliegenden Werkstücken erreicht werden. Dabei wird der Bearbeitungsstrahl durch eines der transparenten Werkstücke hindurch zwischen den Werkstücken fokussiert, so dass ein Aufschmelzen des Materials an der zwischen den Werkstücken liegenden Grenzfläche erreicht werden kann.As a result of the transparency of at least one, both or all of the workpieces for the machining beam, welding can also be achieved in an area between the workpieces resting against one another. The processing beam is focused through one of the transparent workpieces between the workpieces so that the material can be melted at the interface between the workpieces.

Beim Verschweißen von transparenten Materialien miteinander kann es dabei aufgrund der in die Prozesszone eingebrachten Energie und den damit einhergehenden hohen Temperaturen innerhalb des Materials zu Spannungen und/oder zu Rissen kommen, welche die Qualität der gefügten Materialien zumindest im Bereich der Schweißnaht reduzieren können.When welding transparent materials together, the energy introduced into the process zone and the associated high temperatures within the material can lead to tensions and / or cracks, which can reduce the quality of the joined materials at least in the area of the weld seam.

Es ist daher bekannt, Laserschweißprozesse zum Fügen von transparenten Materialien iterativ zu optimieren, wobei unterschiedliche Bearbeitungsparameter wie beispielsweise die Pulsdauer und/oder die Pulsenergie des gepulsten Laserstrahls und/oder die relative Vorschubgeschwindigkeit zwischen Prozesszone beziehungsweise Bearbeitungsstrahl und den Werkstücken variiert werden können, um in einer nachfolgenden Qualitätskontrolle, beispielsweise mittels eines Mikroskops durch mikroskopische Untersuchungen an den Schweißnähten und den übrigen Bereichen der miteinander gefügten Werkstücke nach Abschluss des eigentlichen Schweißprozesses, das Qualitätsniveau zu ermitteln und dann die entsprechenden Prozessparameter durch deren Variation iterativ zu optimieren.It is therefore known to iteratively optimize laser welding processes for joining transparent materials, whereby different processing parameters such as the pulse duration and / or the pulse energy of the pulsed laser beam and / or the relative feed speed between the process zone or processing beam and the workpieces can be varied in order to achieve a subsequent quality control, for example by means of a microscope through microscopic examinations of the weld seams and the other areas of the joined workpieces after completion of the actual welding process to determine the quality level and then iteratively optimize the corresponding process parameters by varying them.

Der Bearbeitungsstrahl wird dabei durch entsprechende Optiken und eine damit einhergehende Strahlformung in das Material eines der Werkstücke, in beide Werkstücke und/oder in den Bereich einer Grenzfläche zwischen den beiden aneinander anliegenden Werkstücken fokussiert, wobei auch die Lage und Form des auf diese Weise ausgebildeten Fokus Teil des Optimierungsprozesses sein kann.The processing beam is focused by appropriate optics and the associated beam shaping in the material of one of the workpieces, in both workpieces and / or in the area of an interface between the two adjacent workpieces, with the position and shape of the focus formed in this way Can be part of the optimization process.

Eine Herausforderung bei der Optimierung ist es, durch den Laserstrahl induzierte Spannungen in den Fügepartnern zu reduzieren, welche eine stabile Verbindung der Fügepartner verhindern können.One challenge in optimization is to reduce the stresses induced by the laser beam in the joint partners, which can prevent a stable connection between the joint partners.

Andere Laserbearbeitungsprozesse, die auf Wärmeakkumulation basieren wie z.B. die Modifikation von Werkstückoberflächen oder Volumina sowie Laser-Lift-Off Verfahren sehen sich auch mit dem Problem der durch den Laserstrahl induzierten Spannungen im Werkstück konfrontiert.Other laser machining processes based on heat accumulation such as the modification of workpiece surfaces or volumes as well as laser lift-off processes are also confronted with the problem of the stresses induced in the workpiece by the laser beam.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Ausgehend von dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks anzugeben, wobei das Verfahren und die Vorrichtung die Qualität des bearbeiteten Werkstücks beziehungsweise der bearbeiteten Werkstücke weiter verbessern soll.Based on the prior art, it is an object of the present invention to provide a method and a device for performing the method for machining at least one workpiece, the method and the device intended to further improve the quality of the machined workpiece or the machined workpieces.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous further developments emerge from the dependent claims, the present description and the attached figures.

Entsprechend wird ein Verfahren zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks vorgeschlagen, wobei das Werkstück mit einem Bearbeitungsstrahl, bevorzugt einem gepulsten Laserstrahl, besonders bevorzugt einem Ultrakurzpulslaserstrahl, beaufschlagt wird, wobei der Bearbeitungsstrahl zur Ausbildung einer Prozesszone hochdynamisch zwischen mindestens zwei unterschiedlichen räumlichen Bereichen bewegt wird.Accordingly, a method for processing at least one workpiece is proposed, the workpiece being acted upon by a processing beam, preferably a pulsed laser beam, particularly preferably an ultra-short pulse laser beam, the processing beam being highly dynamic to form a process zone is moved between at least two different spatial areas.

Durch die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls in mindestens zwei räumliche Bereiche der Prozesszone ist es möglich, die Energie des Bearbeitungsstrahls über eine größere Fläche beziehungsweise ein größeres Volumen des Materials des Werkstücks zu verteilen, um auf diese Weise das Auftreten von starken Temperaturspannungen in dem Material des Werkstücks zu reduzieren beziehungsweise diese zu verteilen und eine effizientere Bearbeitung des Materials zu erreichen.Due to the highly dynamic movement of the processing beam in at least two spatial areas of the process zone, it is possible to distribute the energy of the processing beam over a larger area or a larger volume of the material of the workpiece in order to prevent the occurrence of high temperature stresses in the material of the workpiece to reduce or distribute them and to achieve a more efficient processing of the material.

Der aus dem Stand der Technik bekannte rein lokale Eintrag von Wärmeenergie in einem einzigen Fokus in das Material des Werkstücks wird damit durch das vorgeschlagene Verfahren hochdynamisch auf ein größeres Volumen und/oder eine größere Oberfläche verteilt.The purely local entry of thermal energy in a single focus into the material of the workpiece, known from the prior art, is thus distributed in a highly dynamic manner to a larger volume and / or a larger surface using the proposed method.

Unter Prozesszone wird vorliegend ein begrenztes Materialvolumen in dem Werkstück beziehungsweise ein mindestens zwei Werkstücke überlappendes begrenztes Materialvolumen verstanden, in welches mittels der Laserpulse des Bearbeitungsstrahls Energie eingetragen wird. In dem die Prozesszone ausbildenden Materialvolumen findet damit ein Energieeintrag statt, der zu einer Wärmeakkumulation und damit zu einer Materialänderung in dem Materialvolumen führt. Die räumlichen Bereiche, in welche der Bearbeitungsstrahl bewegt wird, sind bevorzugt so weit voneinander entfernt, dass eine Überlappung der jeweiligen Foki nicht stattfindet und daher der herkömmliche rein lokale Eintrag von Wärmeenergie vermeiden wird. Gleichzeitig liegen die Foki aber dennoch so nah aneinander, dass der Energieeintrag durch den in die unterschiedlichen räumlichen Bereiche bewegten Bearbeitungsstrahl zu einer Energieakkumulation in der Prozesszone führt.In the present case, the term process zone is understood to mean a limited material volume in the workpiece or a limited material volume which overlaps at least two workpieces and into which energy is entered by means of the laser pulses of the processing beam. An energy input thus takes place in the material volume forming the process zone, which leads to heat accumulation and thus to a material change in the material volume. The spatial areas into which the processing beam is moved are preferably so far apart that the respective foci do not overlap and therefore the conventional, purely local input of thermal energy is avoided. At the same time, however, the foci are so close to one another that the energy input through the processing beam moving into the different spatial areas leads to an energy accumulation in the process zone.

Mit anderen Worten sind die einzelnen räumlichen Bereiche zwar voneinander beabstandet, aber soweit miteinander gekoppelt, dass eine Wärmeakkumulation erreicht wird.In other words, the individual spatial areas are spaced apart from one another, but coupled with one another to such an extent that heat accumulation is achieved.

Beispielsweise kann das Materialvolumen in der Prozesszone durch den akkumulierten Wärmeeintrag aufschmelzen und nach dem erneuten Erstarren eine permanente Materialänderung in dem Werkstück oder in den Werkstücken hervorrufen.For example, the material volume in the process zone can melt due to the accumulated heat input and, after renewed solidification, cause a permanent material change in the workpiece or in the workpieces.

Die Prozesszone kann entsprechend durch die Positionierung der räumlichen Bereiche, in welche der Bearbeitungsstrahl bewegt wird, definiert werden. Durch eine Relativbewegung von Laseroptik und Werkstück und/oder durch eine aktive Beeinflussung der Laseroptik kann sich die Prozesszone relativ zum Werkstück durch diese bewegen. Dies kann zur Ausbildung einer sich räumlich erstreckenden Materialmodifikation, beispielsweise zur Ausbildung einer Schweißnaht, verwendet werden.The process zone can be defined accordingly by the positioning of the spatial areas into which the processing beam is moved. The process zone can move relative to the workpiece through a relative movement of the laser optics and the workpiece and / or by actively influencing the laser optics. This can be used to form a spatially extending material modification, for example to form a weld seam.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können unter anderem Wärmediffusionseffekte in dem Material des Werkstücks beziehungsweise der Werkstücke besser berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann die mittels des Bearbeitungsstrahls in die Prozesszone eingebrachte Energie und damit die Temperaturerhöhung teilweise in umliegende Volumina des Werkstücks diffundieren während die Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Bearbeitungsstrahl gerade in einem anderen der räumlichen Bereiche der Prozesszone stattfindet, so dass der bezüglich des eigentlichen durch den Bearbeitungsstrahl eingebrachten Fokus entstehende Temperaturgradient in dem Material des Werkstücks abgeschwächt wird und damit das Auftreten von Temperaturspannungen reduziert werden kann.With the proposed method, inter alia, heat diffusion effects in the material of the workpiece or the workpieces can be better taken into account. In other words, the energy introduced into the process zone by means of the processing beam and thus the temperature increase can partially diffuse into the surrounding volumes of the workpiece while the workpiece is being exposed to the processing beam in another of the spatial areas of the process zone, so that the actual through the machining beam introduced focus resulting temperature gradient in the material of the workpiece is weakened and thus the occurrence of temperature stresses can be reduced.

Das Absorptionsverhalten innerhalb der Prozesszone beziehungsweise des aufgeschmolzenen Materialvolumens in der Prozesszone hängt dabei von der Intensitätsverteilung und natürlich von der insgesamt eingetragenen, mittleren Laserenergie ab. Die initiale Absorption der Laserenergie durch das Material in der Prozesszone findet dabei zunächst jeweils im Fokus des in den jeweiligen räumlichen Bereich bewegten Bearbeitungsstrahls statt.The absorption behavior within the process zone or the melted material volume in the process zone depends on the intensity distribution and of course on the overall average laser energy input. The initial absorption of the laser energy by the material in the process zone initially takes place in the focus of the processing beam moved into the respective spatial area.

Dabei liegt dem Verfahren die Erkenntnis zu Grunde, dass bei der Laserbearbeitung transparenter Materialien, beispielsweise dem Verschweißen von Werkstücken aus Glas mittels der Bearbeitungsstrahlen, beispielsweise gepulster Laserstrahlen, durch die erreichbaren hohen Intensitäten im jeweiligen Strahlfokus nichtlineare Absorptionseffekte im transparenten Material erreicht werden können. Werden entsprechende Repetitionsraten für den gepulsten Bearbeitungsstrahl verwendet, akkumuliert sich die mittels der jeweiligen Pulse in die separaten räumlichen Bereiche der Prozesszone eingetragene Energie, sodass es durch entsprechende Wärmeakkumulationseffekte zu einem lokalen Aufschmelzen des Materials kommt. Dadurch entsteht in der Nähe des geometrischen Fokus des in den jeweiligen räumlichen Bereich bewegten Bearbeitungsstrahls ein absorbierendes Plasma zunächst in der Größe des jeweiligen Fokusvolumens.The process is based on the knowledge that in the laser processing of transparent materials, for example the welding of workpieces made of glass by means of the processing beams, for example pulsed laser beams, non-linear absorption effects can be achieved in the transparent material due to the high intensities that can be achieved in the respective beam focus. If corresponding repetition rates are used for the pulsed processing beam, the energy introduced into the separate spatial areas of the process zone by means of the respective pulses accumulates, so that the material melts locally due to corresponding heat accumulation effects. As a result, in the vicinity of the geometric focus of the machining beam moved into the respective spatial area, an absorbing plasma initially of the size of the respective focus volume is created.

An der Plasmaoberfläche, welche die Prozesszone begrenzt und insbesondere in dem Bereich der Plasmaoberfläche, welche in Richtung der jeweils auf das Plasma auftreffenden Bearbeitungsstrahls orientiert ist und auf welche der Bearbeitungsstrahl auftrifft, tritt jedoch eine verstärkte Absorption auf. Damit kann das Plasmavolumen aufgrund der erhöhten Absorption des Bearbeitungsstrahls und dem sich dadurch ergebenden Energieeintrag in das Plasmavolumen an der Plasmaoberfläche weiter Energie absorbieren, so dass das Volumen des Plasmas weiter anwachsen kann, wobei sich dieses Anwachsen des Plasmavolumens hauptsächlich entlang des Bearbeitungsstrahls gerichtet und in Richtung auf die Strahlquelle zu erstreckt. Mit anderen Worten kann sich das Plasma in einer länglichen Form entlang des Bearbeitungsstrahls ausbreiten. Daraus kann eine langgezogene Blase, die durch das Plasma geformt ist, ausgebildet werden.However, increased absorption occurs on the plasma surface which delimits the process zone and in particular in the area of the plasma surface which is oriented in the direction of the respective processing beam impinging on the plasma and on which the processing beam strikes. The plasma volume can thus continue to generate energy due to the increased absorption of the machining beam and the resulting energy input into the plasma volume on the plasma surface absorb, so that the volume of the plasma can increase further, this increase in the plasma volume being directed mainly along the processing beam and extending in the direction of the beam source. In other words, the plasma can propagate in an elongated shape along the machining beam. From this, an elongated bubble formed by the plasma can be formed.

Auf diese Weise kann sich ein Absorptionsvolumen ausbilden, welches das ursprüngliche Fokusvolumen um ein Vielfaches übersteigen kann.In this way, an absorption volume can be formed which can exceed the original focus volume many times over.

Die nichtlineare Absorption des Bearbeitungsstrahls an dem Plasma kann von der hohen Elektronentemperatur in dem Plasma herrühren. Die Elektronen können Energie an die Atomrümpfe abgeben, was zu Gitterschwingungen und einer zusätzlichen Erwärmung des Materials durch Wärmeakkumulation führen kann.The nonlinear absorption of the machining beam by the plasma can result from the high electron temperature in the plasma. The electrons can release energy to the atomic cores, which can lead to lattice oscillations and additional heating of the material through heat accumulation.

Bevorzugt kann der Bearbeitungsstrahl unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone beaufschlagen. Auf diese Weise kann eine möglichst breite Beaufschlagung der Prozesszone erreicht werden, so dass in den einzelnen Foki der Bearbeitungsstrahlen die in den Materialien auftretenden Temperaturen lokal reduziert sein können, aber in der Prozesszone dennoch die notwendige Temperatur zum Aufschmelzen des jeweiligen Materials erzeugt wird.The processing beam can preferably act on different spatial areas of the process zone. In this way, the greatest possible exposure to the process zone can be achieved, so that the temperatures occurring in the materials can be locally reduced in the individual foci of the processing beams, but the temperature required for melting the respective material is still generated in the process zone.

Bevorzugt kann der Bearbeitungsstrahl jeweils sequentiell und/oder zufällig und/oder chaotisch unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone beaufschlagen. Mit anderen Worten bewegen sich die Foki des Bearbeitungsstrahls jeweils derart durch die Prozesszone, dass unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone im Zeitablauf von einem oder auch mehreren Bearbeitungsstrahlen beaufschlagt werden. Damit kann auch das Eintragen von zu hohen Energien an einem einzigen Ort vermieden werden, so dass die Akkumulierung von Spannungen reduziert werden kann.The processing beam can preferably impact different spatial areas of the process zone sequentially and / or randomly and / or chaotically. In other words, the foci of the processing beam move through the process zone in such a way that different spatial areas of the process zone are acted upon by one or more processing beams over time. In this way, too high energies can be avoided in a single location, so that the accumulation of voltages can be reduced.

Bevorzugt kann ein von einer Strahlquelle ausgehender Bearbeitungsstrahl mittels eines akusto-optischen Deflektors bewegt und/oder in mindestens zwei separate Bearbeitungsteilstrahlen aufgeteilt werden. Durch die Verwendung eines akusto-optischen Deflektors kann die Aufteilung und Ablenkung des Bearbeitungsstrahls mit einer hohen Dynamik und einer beliebigen Sequenz vorgenommen werden, so dass der Eintrag von zu hohen Energien an einem einzigen Ort vermieden werden kann, so dass die Akkumulierung von Spannungen reduziert werden kann. Preferably, a processing beam emanating from a beam source can be moved by means of an acousto-optical deflector and / or divided into at least two separate processing partial beams. By using an acousto-optic deflector, the processing beam can be divided and deflected with high dynamics and any sequence, so that excessive energies can be avoided in a single location, so that the accumulation of voltages is reduced can.

Besonders bevorzugt kann der akusto-optische Deflektor mit einer sequentiell und/oder zufällig und/oder chaotisch variierenden Schallwelle beaufschlagt werden. Damit kann entsprechend eine Beaufschlagung der unterschiedlichen räumlichen Bereiche in der Prozesszone so erreicht werden, dass der Eintrag von zu hohen Energien an einem einzigen Ort vermieden werden kann, so dass die Akkumulierung von Spannungen reduziert werden kann.Particularly preferably, the acousto-optic deflector can be acted upon by a sequentially and / or randomly and / or chaotically varying sound wave. In this way, the different spatial areas in the process zone can be acted upon in such a way that excessive energies can be avoided at a single location, so that the accumulation of voltages can be reduced.

Besonders bevorzugt können zwei um 90° gegeneinander gedrehte akusto-optische Deflektoren vorgesehen sein, mittels welchen eine Ablenkung des Bearbeitungsstrahls in einer auf den Bearbeitungsstrahl senkrechten Ebene durchgeführt wird. Damit können die Bearbeitungsstrahlen räumlich sehr flexibel in die Prozesszone eingebracht werden.Particularly preferably, two acousto-optical deflectors rotated by 90 ° relative to one another can be provided, by means of which the processing beam is deflected in a plane perpendicular to the processing beam. This allows the processing beams to be introduced into the process zone in a spatially very flexible manner.

Bevorzugt kann der Bearbeitungsstrahl jeweils mittels eines Strahlformers geformt werden, bevor er die unterschiedlichen räumlichen Bereiche beaufschlagt. Damit lässt sich eine vorteilhafte Strahlform erreichen, mittels derer die Akkumulation von Spannungen im Material der Werkstücke reduziert werden kannThe processing beam can preferably be shaped by means of a beam shaper before it acts on the different spatial areas. This enables an advantageous beam shape to be achieved by means of which the accumulation of stresses in the material of the workpieces can be reduced

Unter einer hochdynamischen Bewegung des Bearbeitungsstrahls wird hierin unter anderem eine solche verstanden, bei welcher der Bearbeitungsstrahl zwischen den jeweiligen räumlichen Bereichen der Prozesszone mit einer Frequenz von mindestens 100 kHz bewegt wird. Mit anderen Worten beaufschlagt der Bearbeitungsstrahl die unterschiedlichen räumlichen Bereiche der Prozesszone in der genannten Frequenz. Bevorzugt findet die Bewegung des Bearbeitungsstrahls mit einer Frequenz von 100 kHz bis zu 10 MHz statt.A highly dynamic movement of the processing beam is understood here, inter alia, as one in which the processing beam is moved between the respective spatial areas of the process zone at a frequency of at least 100 kHz. In other words, the processing beam acts on the different spatial areas of the process zone at the stated frequency. The movement of the machining beam preferably takes place at a frequency of 100 kHz up to 10 MHz.

Unter einer hochdynamischen Bewegung des Bearbeitungsstrahls wird hierin in einer alternativen Betrachtung unter anderem entsprechend eine solche verstanden, bei welcher die Bewegung von einem mit dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagten räumlichen Bereich der Prozesszone zu einem anderen mit dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagten räumlichen Bereich der Prozesszone höchstens 10µs dauert. Bevorzugt dauert die Bewegung des Bearbeitungsstrahls zwischen 10µs und 0,1µs von einem räumlichen Bereich zu einem anderen räumlichen Bereich der Prozesszone.In an alternative view, a highly dynamic movement of the processing beam is understood to mean, among other things, one in which the movement from one spatial area of the process zone exposed to the processing beam to another spatial area of the process zone exposed to the processing beam takes a maximum of 10 μs. The movement of the processing beam preferably lasts between 10 μs and 0.1 μs from one spatial area to another spatial area of the process zone.

Besonders vorteilhaft wird unter einer hochdynamischen Bewegung des Bearbeitungsstrahls hierin in einer weiteren alternativen Betrachtung unter anderem eine solche verstanden, bei welcher es die Bewegung von ein einem mit dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagten räumlichen Bereich der Prozesszone zu einem anderen mit dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagten räumlichen Bereich der Prozesszone ermöglicht, dass zunächst mindestens ein Laserpuls, bevorzugt ein vorgegebener Pulszug und/oder alle Laserpulse eines Bursts, in einem Bereich der Prozesszone in das Material das Werkstücks eingebracht wird/werden, dann der Bearbeitungsstrahl hochdynamisch in den nächsten räumlichen Bereich der Prozesszone bewegt wird und dann in diesem räumlichen Bereich der Prozesszone ein weiterer Laserpuls, bevorzugt ein vorgegebener weiterer Pulszug und/oder alle Laserpulse eines weiteren Bursts in das Material des Werkstücks eingebracht wird.In a further alternative consideration, a highly dynamic movement of the processing beam is particularly advantageously understood here to mean, inter alia, one in which the movement from one spatial area of the process zone acted upon by the machining beam to another spatial area of the process zone acted upon by the machining beam is made possible, that initially at least one laser pulse, preferably a predetermined pulse train and / or all laser pulses of a burst, in one area the process zone is / are introduced into the material of the workpiece, then the processing beam is moved highly dynamically into the next spatial area of the process zone and then another laser pulse, preferably a predetermined further pulse train and / or all laser pulses of a further burst in this spatial area of the process zone is introduced into the material of the workpiece.

Mit anderen Worten können durch die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls jeweils Laserpulse, bevorzugt die Laserpulse eines vorgegebenen Pulszugs und/oder alle Laserpulse von Bursts, nacheinander in die unterschiedlichen räumlichen Bereiche der Prozesszone definiert eingebracht werden.In other words, through the highly dynamic movement of the processing beam, laser pulses, preferably the laser pulses of a predetermined pulse train and / or all laser pulses from bursts, can be introduced one after the other in a defined manner into the different spatial areas of the process zone.

Damit wird die Bewegung des Bearbeitungsstrahls bevorzugt entsprechend solange unterbrochen, bis der Laserpuls, bevorzugt der vorgegebene Pulszug und/oder die Laserpulse eines Bursts in den räumlichen Bereich der Prozesszone eingebracht wurden und wird erst dann zu dem nächsten räumlichen Bereich der Prozesszone bewegt.The movement of the processing beam is thus preferably interrupted until the laser pulse, preferably the predetermined pulse train and / or the laser pulses of a burst have been introduced into the spatial area of the process zone and is only then moved to the next spatial area of the process zone.

In dieser alternativen Betrachtung ist die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls bevorzugt synchronisiert mit der Bereitstellung der Laserpulse und/oder Pulszüge und/oder Bursts, so dass die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls nur in den Pausen zwischen den Laserpulsen und/oder Pulszügen und/oder Bursts stattfindet.In this alternative consideration, the highly dynamic movement of the processing beam is preferably synchronized with the provision of the laser pulses and / or pulse trains and / or bursts, so that the highly dynamic movement of the processing beam only takes place in the pauses between the laser pulses and / or pulse trains and / or bursts.

Damit können entsprechend die bereits oben beschriebenen vorteilhaften Effekte erreicht werden, die zu einer Verbesserung der Qualität des bearbeiteten Werkstücks und/oder des Fügeprozesses zweier oder mehrerer Werkstücke miteinander führen.In this way, the advantageous effects already described above can be achieved, which lead to an improvement in the quality of the machined workpiece and / or the joining process of two or more workpieces with one another.

Die Frequenz der Bewegung der hochdynamischen Bearbeitung kann auch höher liegen und beispielsweise über 10 MHz liegen.The frequency of the movement of the highly dynamic processing can also be higher and, for example, above 10 MHz.

Die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls zwischen den unterschiedlichen räumlichen Bereichen zur Bearbeitung kann beispielsweise mittels eines akusto-optischen Deflektors (AOD), bevorzugt mittels zwei unter einem Winkel, bevorzugt senkrecht zueinander, und senkrecht zu der Strahlrichtung angeordnete AODs erreicht werden, so dass eine schnelle Bewegung des Bearbeitungsstrahls erreicht werden kann. Durch die Verwendung zweier unter einem Winkel oder bevorzugt senkrecht zueinander angeordneter AODs kann eine Ablenkung in der senkrecht zu dem Bearbeitungsstrahl stehenden (zweidimensionalen) Ebene erreicht werden, so dass die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls über die Oberfläche oder durch das Volumen des Werkstücks beziehungsweise der Werkstücke stattfinden kann. Bei der Verwendung nur eines AOD kann eine Bewegung entlang einer (eindimensionalen) Linie erreicht werden.The highly dynamic movement of the processing beam between the different spatial areas for processing can be achieved, for example, by means of an acousto-optical deflector (AOD), preferably by means of two AODs arranged at an angle, preferably perpendicular to one another, and perpendicular to the beam direction, so that rapid movement of the machining beam can be achieved. By using two AODs arranged at an angle or preferably perpendicular to one another, a deflection can be achieved in the (two-dimensional) plane perpendicular to the processing beam, so that the highly dynamic movement of the processing beam takes place over the surface or through the volume of the workpiece or workpieces can. If only one AOD is used, movement along a (one-dimensional) line can be achieved.

In einer alternativen Ausgestaltung kann mittels eines AODs eine Bewegung des Laserstrahls in einer Raumrichtung und mittels eines zweiten AODs eine Strahlformung oder Strahlteilung erreicht werden.In an alternative embodiment, a movement of the laser beam in one spatial direction can be achieved by means of an AOD and beam shaping or beam splitting can be achieved by means of a second AOD.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann mittels eines ersten AODs und eines zweiten AODs eine Strahlablenkung in zwei Raumrichtungen und ein oder zwei weiterer AODs eine Strahlteilung in einer beziehungsweise zwei Richtungen erreicht werden.In a further alternative embodiment, a first AOD and a second AOD can be used to achieve a beam deflection in two spatial directions and one or two further AODs to achieve a beam splitting in one or two directions.

Die Bewegung des Bearbeitungsstrahls und/oder dessen Formung kann auch mittels eines SLM (spatial light modulator) oder einer diffraktiven Optik erreicht werden.The movement of the processing beam and / or its shaping can also be achieved by means of an SLM (spatial light modulator) or diffractive optics.

Mittels der hochdynamischen Bewegung des Bearbeitungsstrahls können die einzelnen räumlichen Bereiche in einer vorgegebenen Reihenfolge mit dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagt werden. Mit anderen Worten kann ein vorgegebenes Muster an räumlichen Bereichen hochdynamisch mit dem Bearbeitungsstrahl abgefahren werden. Die räumlichen Bereiche können auch mit einem chaotischen oder zufälligen Muster hochdynamisch abgefahren werden.By means of the highly dynamic movement of the processing beam, the individual spatial areas can be exposed to the processing beam in a predetermined sequence. In other words, a predetermined pattern of spatial areas can be traversed with the machining beam in a highly dynamic manner. The spatial areas can also be scanned in a highly dynamic manner with a chaotic or random pattern.

Die einzelnen räumlichen Bereiche der Prozesszone können beispielsweise um 1 - 10 µm zueinander versetzt angeordnet sein. Mit anderen Worten kann nach jedem Laserpuls oder jedem Laserpulszug oder jedem Burst der Bearbeitungsstrahl innerhalb der Prozesszone um 1 - 10 µm zueinander versetzt werden, um dann eine Beaufschlagung mit dem nächsten Laserpuls oder dem nächsten Laserpulszug oder dem nächsten Burst durchzuführen.The individual spatial areas of the process zone can be arranged offset from one another by 1–10 µm, for example. In other words, after each laser pulse or each laser pulse train or each burst, the processing beam can be offset from one another by 1 - 10 µm within the process zone, in order to then apply the next laser pulse or the next laser pulse train or the next burst.

Die Bearbeitung der Werkstücke kann beispielsweise in Form eines Fügens, insbesondere eines Verschweißens, der Werkstücke miteinander stattfinden. Dabei wird durch das Einbringen des Bearbeitungsstrahls in die Prozesszone ein Aufschmelzen des Materials des oder der Werkstücke erreicht und nach dem erneuten Erstarren des Materials entsprechend eine Schweißnaht ausgebildet.The workpieces can be processed, for example, in the form of joining, in particular welding, the workpieces to one another. By introducing the machining beam into the process zone, the material of the work piece (s) is / are melted and a weld seam is formed accordingly after the material has solidified again.

Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können auch weitere Modifikationen auf der Oberfläche der in das Material des Werkstücks oder der Werkstücke eingebracht werden.The proposed method can also be used to introduce further modifications to the surface of the material of the workpiece or of the workpieces.

Bevorzugt wird ein Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke vorgeschlagen, wobei mindestens eines der Werkstücke transparent für einen Bearbeitungsstrahl, bevorzugt für einen gepulsten Laserstrahl, besonders bevorzugt für einen Ultrakurzpulslaserstrahl, ist, wobei in den Werkstücken in einer mit dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagten Prozesszone eine Schweißnaht ausgebildet wird.A method for welding at least two workpieces is preferably proposed, with at least one of the workpieces transparent for a machining beam, preferably for a pulsed laser beam, particularly preferably for an ultra-short pulse laser beam, a weld seam being formed in the workpieces in a process zone acted upon by the machining beam.

Dadurch, dass der Bearbeitungsstrahl jeweils unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone beaufschlagt ist es möglich, innerhalb der Prozesszone eine Verteilung der Intensität der eingebrachten Laserenergie so bereitzustellen, dass die durch den Bearbeitungsstrahl induzierten Spannungen im Material der Werkstücke reduziert oder zumindest soweit umverteilt werden können, dass eine Verbesserung der Qualität der gefügten Werkstücke erreicht werden kann und eine große Prozesszone sich bilden kann.Because the processing beam acts on different spatial areas of the process zone, it is possible to provide a distribution of the intensity of the introduced laser energy within the process zone in such a way that the stresses induced by the processing beam in the material of the workpieces can be reduced or at least redistributed to such an extent that a Improvement in the quality of the joined workpieces can be achieved and a large process zone can form.

In der Prozesszone können auf diese Weise entsprechend mehrere Absorptionsbereiche mittels des Bearbeitungsstrahls adressiert werden, so das eine gezieltere Initiierung beziehungsweise Führung der durch den Bearbeitungsstrahl induzierten Temperatur und damit der jeweils aufgeschmolzen Bereiche erreicht werden kann.In this way, several absorption areas can be addressed in the process zone by means of the processing beam, so that a more targeted initiation or guidance of the temperature induced by the processing beam and thus the respective melted areas can be achieved.

In den herkömmlichen Fügeverfahren wird eine Schweißnaht linear und durchgehend eingebracht, so dass sich entlang dieser durch laserinduzierte Schmelzbereiche eingebrachten Modifikation auch die temperaturinduzierten Spannungen in den Materialien der Fügepartner akkumulieren. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren kann durch das Beaufschlagen unterschiedlicher räumlicher Bereiche der Prozesszone durch den in die unterschiedlichen räumlichen Bereiche bewegten Bearbeitungsstrahl das Akkumulieren der temperaturinduzierten Spannungen reduziert werden, da der Temperatureintrag nicht durchgehend stattfindet, sondern durch die Beaufschlagung der unterschiedlichen räumlichen Bereiche unterbrochen wird.In conventional joining methods, a weld seam is made linearly and continuously, so that along this modification introduced by laser-induced melting areas, the temperature-induced stresses also accumulate in the materials of the joint partners. According to the proposed method, the accumulation of the temperature-induced stresses can be reduced by the exposure of different spatial areas of the process zone by the machining beam moved into the different spatial areas, since the temperature input does not take place continuously, but is interrupted by the application of the different spatial areas.

Mit anderen Worten wird die für das Aufschmelzen des Materials in der Prozesszone notwendige Temperatur nicht ausgehend von einem einzigen Fokus aus in das Material eingebracht, sondern an räumlich voneinander getrennten beziehungsweise zueinander beabstandeten räumlichen Bereichen innerhalb der Prozesszone, welche dennoch soweit thermisch miteinander gekoppelt sind, dass eine Wärmeakkumulation in dem Material stattfinden kann.In other words, the temperature required for melting the material in the process zone is not introduced into the material starting from a single focus, but rather in spatial areas within the process zone which are spatially separated from one another and which are nevertheless thermally coupled to one another to the extent that heat can accumulate in the material.

Damit können durch die hochdynamische Ablenkung des Bearbeitungstrahls, welcher jeweils unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone beaufschlagt und entsprechend zu räumlich voneinander separierten Absorptionsgebieten innerhalb der Prozesszone führt, welche sich aber dennoch thermisch beeinflussen, die in dem Material der Werkstücke auftretenden akkumulierten Spannungen reduziert werden beziehungsweise diese räumlich so verteilt werden, dass ihr Einfluss auf die Stabilität der Fügung reduziert ist. Damit kann das Auftreten von durch den Bearbeitungsstrahl induzierten Spannungen in den Fügepartnern reduziert werden und damit eine erhöhte Festigkeit der Fügung erreicht werden.The highly dynamic deflection of the processing beam, which acts on different spatial areas of the process zone and accordingly leads to spatially separated absorption areas within the process zone, which nevertheless influence each other thermally, the accumulated stresses occurring in the material of the workpieces can be reduced or these spatially be distributed in such a way that their influence on the stability of the joint is reduced. In this way, the occurrence of stresses induced by the machining beam in the joining partners can be reduced and an increased strength of the joint can be achieved.

Weiterhin kann auch mit gegenüber den herkömmlichen Verfahren erhöhten Energien geschweißt werden, da sich die Spannungen im Material nicht so sehr akkumulieren. Auf diese Weise kann auch der Durchsatz erhöht werden.Furthermore, it is also possible to weld with higher energies compared to conventional methods, since the stresses in the material do not accumulate so much. In this way the throughput can also be increased.

Mittels der Beaufschlagung jeweils unterschiedlicher räumlicher Bereiche der Prozesszone mittels des hochdynamischen Bearbeitungsstrahls kann entsprechend die laserinduzierte Wärme, welche in das Material eingetragen wird, individuell und an die Materialien der Fügepartner sowie an die übrigen Prozessparameter wie beispielsweise die Geometrie der herzustellenden Schweißnaht angepasst werden.By applying the highly dynamic processing beam to different spatial areas of the process zone, the laser-induced heat that is introduced into the material can be individually adapted to the materials of the joining partners and to the other process parameters such as the geometry of the weld seam to be produced.

Bevorzugt kann die von dem Bearbeitungsstrahl beaufschlagte Prozesszone und die Werkstücke zur Ausbildung der Schweißnaht relativ zueinander bewegt werden. Durch das Aufbringen einer relativen Bewegung der Prozesszone bezüglich des Werkstücks während des Schweißprozesses ergibt sich nach dem Erstarren des vorher aufgeschmolzenen Materials entsprechend eine sich in der Bewegungsrichtung erstreckende Schweißnaht.The process zone acted upon by the machining beam and the workpieces can preferably be moved relative to one another to form the weld seam. Applying a relative movement of the process zone with respect to the workpiece during the welding process results in a weld seam extending in the direction of movement after the previously melted material has solidified.

Bevorzugt wird der Bearbeitungsstrahl in mindestens zwei separate Bearbeitungsteilstrahlen aufgeteilt und mindestens zwei Bearbeitungsteilstrahlen beaufschlagen dann jeweils unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone.The processing beam is preferably divided into at least two separate processing partial beams and at least two processing partial beams then each act on different spatial areas of the process zone.

Die Bearbeitungsteilstrahlen können, wie oben zu dem (einzelnen) Bearbeitungsstrahl beschrieben, ebenfalls jeweils hochdynamisch in unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone bewegt werden.The processing partial beams can, as described above for the (individual) processing beam, also be moved highly dynamically into different spatial areas of the process zone.

Die Beaufschlagung der unterschiedlichen räumlichen Bereiche der Prozesszone kann dann entsprechend hochdynamisch stattfinden.The application of the different spatial areas of the process zone can then take place in a correspondingly highly dynamic manner.

Mit anderen Worten kann eine hochdynamische Bewegung der mindestens zwei Bearbeitungsteilstrahlen stattfinden, so dass jeweils mindestens zwei unterschiedliche räumliche Bereiche der Prozesszone gleichzeitig mit den Bearbeitungsteilstrahlen beaufschlagt werden und dann, beispielsweise nach dem Beaufschlagen der beiden räumlichen Bereiche mit einem Laserpuls oder einem Laserpulszug oder einem Burst, die Bearbeitungsteilstrahlen hochdynamisch bewegt werden und entsprechend mindestens zwei weitere räumliche Bereiche der Prozesszone mit den Bearbeitungsteilstrahlen beaufschlagt werden.In other words, a highly dynamic movement of the at least two processing partial beams can take place, so that in each case at least two different spatial areas of the process zone are exposed to the processing partial beams at the same time and then, for example after the two spatial areas have been subjected to a laser pulse or a laser pulse train or a burst, the machining partial beams are moved in a highly dynamic manner and correspondingly at least two further spatial areas of the process zone are exposed to the partial processing beams.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den sich darauf beziehenden Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The above-mentioned object is also achieved by a device with the features of the independent device claim. Advantageous further developments emerge from the related subclaims, the present description and the attached figures.

Entsprechend wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung mindestens eines Werkstücks vorgeschlagen, wobei eine Strahlquelle zur Bereitstellung eines Bearbeitungsstrahls, bevorzugt eines gepulsten Laserstrahls, besonders bevorzugt eines Ultrakurzpulslaserstrahls, und ein optisches System zur Beaufschlagung mindestens eines Werkstücks mit dem Bearbeitungsstrahl vorgesehen sind, wobei das optische System dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Bearbeitungsstrahl zur Ausbildung einer Prozesszone hochdynamisch zwischen mindestens zwei unterschiedlichen räumlichen Bereichen des mindestens einen Werkstücks zu bewegen.Accordingly, a device for machining at least one workpiece is proposed, a beam source for providing a machining beam, preferably a pulsed laser beam, particularly preferably an ultrashort pulse laser beam, and an optical system for applying the machining beam to at least one workpiece, the optical system being designed for this purpose and is set up to move the machining beam in a highly dynamic manner between at least two different spatial areas of the at least one workpiece to form a process zone.

Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung können die oben zum Verfahren genannten vorteilhaften Wirkungen erreicht werden.The advantageous effects mentioned above for the method can be achieved by means of the proposed device.

Die oben bezüglich des Verfahrens beschriebenen Ausgestaltungen können auch in der Vorrichtung in ihrer jeweiligen vorrichtungsmäßigen Ausprägung mit aufgenommen werden, um die zum Verfahren beschriebenen Vorteile zu erreiche und um die Vorrichtung weiterzubilden.The configurations described above with regard to the method can also be included in the device in their respective device-like form in order to achieve the advantages described for the method and to further develop the device.

FigurenlisteFigure list

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks in einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine schematische Darstellung der Beaufschlagung unterschiedlicher räumlicher Bereiche einer Prozesszone mittels Laserpulsen;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verschweißen von zwei Werkstücken in einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verschweißen von zwei Werkstücken in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Preferred further embodiments of the invention are explained in more detail by the following description of the figures. Show:
  • 1 a schematic representation of a section of a device for machining a workpiece in a first embodiment;
  • 2 a schematic representation of the application of different spatial areas of a process zone by means of laser pulses;
  • 3 a schematic representation of a section of a device for performing a method for welding two workpieces in a further embodiment; and
  • 4th a schematic representation of a section of a device for performing a method for welding two workpieces in a further embodiment.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred exemplary embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Identical, similar or identically acting elements are provided with identical reference numerals in the different figures, and a repeated description of these elements is partially dispensed with in order to avoid redundancies.

In 1 ist schematisch ein Ausschnitt einer Vorrichtung 1 zur Bearbeitung eines Werkstücks, hier zur Bearbeitung zweier Werkstücke 110, 120, gezeigt. Die Vorrichtung 1 dient zur Durchführung eines Verfahrens zur Bearbeitung der Werkstücke 110, 120, wobei die Bearbeitung beispielsweise eine Modifikation der Oberfläche des Werkstücks oder ein Lift-off Verfahren sein kann. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können auch weitere Modifikationen in das Material des Werkstücks oder das Material der Werkstücke 110, 120 eingebracht werden.In 1 is a schematic section of a device 1 for machining one workpiece, here for machining two workpieces 110 , 120 shown. The device 1 is used to carry out a method for machining the workpieces 110 , 120 The processing can be, for example, a modification of the surface of the workpiece or a lift-off process. The proposed method can also be used to make further modifications to the material of the workpiece or the material of the workpieces 110 , 120 be introduced.

Bevorzugt ist die Bearbeitung zum Verschweißen mindestens zweier Werkstücke 110, 120 vorgesehen.Machining for welding at least two workpieces is preferred 110 , 120 intended.

Ein Bearbeitungsstrahl 2 wird von einer hier nicht gezeigten Strahlquelle bereit gestellt, wobei die Strahlquelle bevorzugt in Form eines gepulsten Lasers, bevorzugt eines ultrakurzgepulsten Lasers, bereitgestellt wird.A machining beam 2 is provided by a beam source not shown here, the beam source preferably being provided in the form of a pulsed laser, preferably an ultra-short pulsed laser.

Die Parameter der Strahlquelle und der nachgelagerten Optik können dabei beispielsweise wie folgt gewählt sein:

  • - Wellenlänge zwischen 200 nm und 5000 nm
  • - Repetitionsrate zwischen 100 Hz und 50 MHz (optional Bursts wobei die Repetitionsrate der Pulse im Burst zwischen 1 MHz und 50GHz liegen kann)
  • - Laserpulsdauer zwischen 10 fs und 50 ps
  • - Fokussierung so, dass Fluenz in den jeweiligen räumlichen Bereichen >0.01 J/cm2 (Modifikationsschwelle im Volumen typischerweise zwischen 1-5 J/cmz)
  • - Relativer Vorschub des/der Werkstücke zum Bearbeitungsstrahl zwischen 0.01 und 1000 mm/s
The parameters of the beam source and the downstream optics can be selected as follows, for example:
  • - Wavelength between 200 nm and 5000 nm
  • - Repetition rate between 100 Hz and 50 MHz (optional bursts where the repetition rate of the pulses in the burst can be between 1 MHz and 50 GHz)
  • - Laser pulse duration between 10 fs and 50 ps
  • - Focusing so that fluence in the respective spatial areas> 0.01 J / cm2 (modification threshold in the volume typically between 1-5 J / cm2)
  • - Relative advance of the work piece (s) to the machining beam between 0.01 and 1000 mm / s

Der von der entsprechend nicht gezeigten Strahlquelle beispielsweise in Form des genannten gepulsten Lasers ausgehende Bearbeitungsstrahl 2 wird in der Vorrichtung 1 zum Durchführen der Bearbeitung des Materials des Werkstücks 110 oder der Werkstücke 110, 120 in einem ersten optischen Element 30, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Linse 30 symbolisiert ist, so aufbereitet, dass ein im Strahlengang nachfolgender akusto-optischer Deflektor 32 geeignet betrieben werden kann.The from the corresponding beam source, not shown, for example in the form of the above pulsed laser outgoing machining beam 2 is in the device 1 for performing machining of the material of the workpiece 110 or the workpieces 110 , 120 in a first optical element 30th , which in the embodiment shown as a lens 30th is symbolized, processed so that an acousto-optical deflector following in the beam path 32 can be operated appropriately.

Das erste optische Element 30 kann entsprechend eine Strahlaufweitung, eine Kollimierung, eine Fokussierung, eine räumliche und/oder zeitliche Strahlformung etc. bereitstellen, welche dazu geeignet ist, den Bearbeitungsstrahl 2 so aufzubereiten, dass der akusto-optische Deflektor 32 geeignet betrieben werden kann.The first optical element 30th can accordingly provide a beam expansion, a collimation, a focusing, a spatial and / or temporal beam shaping etc. which is suitable for the processing beam 2 prepare so that the acousto-optic deflector 32 can be operated appropriately.

Unter einem akusto-optischen Deflektor, welcher in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als ein aus zwei einzelnen akusto-optischen Deflektoren 320, 322 kombiniert zusammengesetzter akusto-optischer Deflektor 32 sehr schematisch gezeigt ist, wird vorliegend ein aktives optisches Element verstanden, in welchem durch das Einbringen von Schallwellen eine Ablenkung eines eintreffenden Bearbeitungsstrahls erreicht werden kann. Ein akusto-optischer Deflektor wird auch als AOD bezeichnet.Under an acousto-optic deflector, which is located in the in 1 shown embodiment as an acousto-optic deflector combined from two individual acousto-optic deflectors 320, 322 32 is shown very schematically, an active optical element is understood in the present case, in which a deflection of an incoming processing beam can be achieved by the introduction of sound waves. An acousto-optic deflector is also known as an AOD.

Ein akusto-optischer Deflektor kann beispielsweise in Form eines transparenten Kristallquaders vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Quarzglases oder eines anderen Kristalls, in welchen mittels eines Akustokopplers, beispielsweise mittels eines Piezokristalls, Körperschall eingetragen wird. Durch die in dem durchsichtigen Quader durch den Körperschall ausgebildeten Dichteschwankungen wird entsprechend ein optisches Gitter ausgebildet, an welchem eine Beugung des einfallenden Lichtes stattfindet.An acousto-optic deflector can be provided, for example, in the form of a transparent crystal cuboid, for example in the form of quartz glass or another crystal, into which structure-borne sound is entered by means of an acoustic coupler, for example by means of a piezo crystal. Due to the density fluctuations formed in the transparent cuboid by the structure-borne sound, an optical grating is formed correspondingly, on which diffraction of the incident light takes place.

Mit anderen Worten kann in dem akusto-optischen Deflektor 32 eine Beugung des Lichts an den im Kristall durch die Schallwellen erzeugten Dichteschwankungen ausgebildeten optischen Gitter stattfinden.In other words, in the acousto-optic deflector 32 diffraction of the light takes place at the optical grating formed in the crystal by the sound waves generated by the density fluctuations.

Damit ist die tatsächliche Ablenkung des einfallenden Lichts beziehungsweise die Beugung des einfallenden Lichtes des von der Strahlquelle ausgehenden Bearbeitungsstrahls abhängig von der Frequenz der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingebrachten akustischen Schwingung beziehungsweise von der Wellenlänge der akustischen Welle und damit von der auf diese Weise ausgebildeten Gitterkonstanten der in dem Quader ausgebildeten Dichteschwankungen. Durch eine Variation der eingebrachten Frequenz der eingebrachten akustischen Schwingung und damit der Gitterkonstanten kann entsprechend die tatsächliche Ablenkung des einfallenden Lichtstrahls des Bearbeitungsstrahls variiert werden.The actual deflection of the incident light or the diffraction of the incident light of the processing beam emanating from the beam source is therefore dependent on the frequency of the acousto-optic deflector 32 introduced acoustic oscillation or of the wavelength of the acoustic wave and thus of the lattice constant formed in this way of the density fluctuations formed in the cuboid. By varying the introduced frequency of the introduced acoustic oscillation and thus the lattice constant, the actual deflection of the incident light beam of the processing beam can be varied accordingly.

Über die Amplitude der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingebrachten akustischen Schwingung hingegen kann auch eine Intensitätsmodulation dahingehend erreicht werden, dass bei einer stärkeren Amplitude die entsprechenden Dichteschwankungen stärker ausgeprägt sind und damit die Beugungsordnungen stärker ausgeprägt werden.About the amplitude of the in the acousto-optic deflector 32 In contrast, with the acoustic oscillation introduced, an intensity modulation can also be achieved in such a way that, with a stronger amplitude, the corresponding density fluctuations are more pronounced and thus the diffraction orders are more pronounced.

Mit anderen Worten kann in dem akusto-optischen Deflektor 32 über den Eintrag von Schallenergie sowohl eine variable Winkelablenkung des Lichtstrahls als auch eine Variation der Intensität der einzelnen Beugungsordnungen erreicht werden.In other words, in the acousto-optic deflector 32 Both a variable angular deflection of the light beam and a variation of the intensity of the individual diffraction orders can be achieved through the input of sound energy.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 ist der akusto-optische Deflektor 32 (beziehungsweise die Kombination der beiden akusto-optischen Deflektoren 320, 322) entsprechend nach dem ersten optischen Element 30 angeordnet. Der durch das erste optische Element 30 aufbereitete Bearbeitungsstrahl 2 wird damit von dem akusto-optischen Deflektor 32 beziehungsweise den beiden akusto-optischen Deflektoren 320, 322 entsprechend der jeweiligen Einstellungen und insbesondere der eingebrachten Frequenz und der eingebrachten Amplitude abgelenkt.According to the embodiment in 1 is the acousto-optic deflector 32 (or the combination of the two acousto-optic deflectors 320, 322) correspondingly after the first optical element 30th arranged. The one through the first optical element 30th processed machining beam 2 is thus by the acousto-optic deflector 32 or the two acousto-optic deflectors 320, 322 according to the respective settings and in particular the introduced frequency and the introduced amplitude.

Ein durch eine erste Einstellung des akusto-optischen Deflektors 32 abgelenkter Bearbeitungsstrahl 2' und ein durch eine andere Einstellung des akusto-optischen Deflektors 32 abgelenkter Bearbeitungsstrahl 2" sind in der 1 schematisch für die jeweils erste Beugungsordnung gezeigt. Die in höheren Beugungsordnungen sind in der Figur aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigt.One through an initial setting of the acousto-optic deflector 32 deflected machining beam 2 ' and one by another setting of the acousto-optic deflector 32 deflected machining beam 2 " are in the 1 shown schematically for the respective first diffraction order. Those in higher diffraction orders are not shown in the figure for the sake of simplicity.

Die beiden abgelenkten Bearbeitungsstrahlen 2', 2" in der 1 symbolisieren damit zwei der vielen durch den akusto-optischen Detektor 32 möglichen Ablenkungen, die jeweils nacheinander in einen räumlichen Bereich 220, 222 der Prozesszone 200 in das Material der Werkstücke 110, 120 eingebracht werden. Durch das Einbringen anderer Frequenzen in den oder die AODs 32 können natürlich auch andere Ablenkungen erreicht werden, so dass auch andere räumliche Bereiche der Prozesszone 200 mit dem dann abgelenkten Bearbeitungsstrahl beaufschlagt werden können.The two deflected machining beams 2 ' , 2 " in the 1 symbolize two of the many through the acousto-optical detector 32 possible distractions, each one after the other in a spatial area 220 , 222 of the process zone 200 in the material of the workpieces 110 , 120 be introduced. By introducing other frequencies into the AOD (s) 32 Of course, other deflections can also be achieved, so that other spatial areas of the process zone 200 can be acted upon with the then deflected machining beam.

Die Bewegung der abgelenkten Bearbeitungsstrahlen 2', 2" so, dass sie in die unterschiedlichen räumlichen Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 eingebracht werden, kann hochdynamisch erfolgen. Dies lässt sich besonders gut mittels des akusto-optischen Deflektors 32 (beziehungsweise der beiden nacheinander geschalteten akusto-optischen Deflektoren 320, 322) erreichen, da durch diese Bauelemente ein Bewegen mit besonders hohen Frequenzen ermöglicht wird. Dabei muss unterschieden werden zwischen der (Anregungs-) Frequenz der akustischen Welle, die in dem akusto-optischen Deflektor 32 die Gitterbildung übernimmt, und der Frequenz Bewegung des Bearbeitungsstrahls. Die Frequenz der Bewegung des Bearbeitungsstrahls entspricht einer Frequenz der Änderung der Anregungsfrequenz, also einer Frequenz des Umschaltens von einer Anregungsfrequenz zu einer nachfolgenden Anregungsfrequenz.The movement of the deflected machining beams 2 ' , 2 " so that they are in the different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 can be introduced in a highly dynamic manner. This can be done particularly well by means of the acousto-optical deflector 32 (or the two acousto-optic deflectors 320, 322 connected one after the other), since these components allow movement with particularly high Frequencies is made possible. A distinction must be made between the (excitation) frequency of the acoustic wave that is generated in the acousto-optical deflector 32 the grid formation takes over, and the frequency movement of the machining beam. The frequency of the movement of the machining beam corresponds to a frequency of the change in the excitation frequency, that is to say a frequency of switching from one excitation frequency to a subsequent excitation frequency.

Unter einer hochdynamischen Bewegung des Bearbeitungsstrahls, beispielsweise mittels eines oder mehrerer AODs 32, 320, 322 wird unter anderem eine solche verstanden, bei welcher der abgelenkte Bearbeitungsstrahl zwischen den jeweiligen räumlichen Bereichen der Prozesszone mit einer Frequenz von mindestens 100 kHz bewegt wird (entsprechend ändert sich die Anregungsfrequenz eines AODs mit dieser Frequenz). Bevorzugt findet die Bewegung des abgelenkten Bearbeitungsstrahls mit einer Frequenz von 100 kHz bis zu 10 MHz statt. Über eine entsprechende Ansteuerung des oder der AODs 32, 320, 322 mit den genannten Frequenzen kann damit eine Bewegung des abgelenkten Bearbeitungsstrahls erreicht werden.With a highly dynamic movement of the processing beam, for example by means of one or more AODs 32 , 320, 322 is understood, among other things, as one in which the deflected processing beam is moved between the respective spatial areas of the process zone at a frequency of at least 100 kHz (the excitation frequency of an AOD changes accordingly with this frequency). The movement of the deflected machining beam preferably takes place at a frequency of 100 kHz up to 10 MHz. Via a corresponding control of the AOD (s) 32 , 320, 322 with the frequencies mentioned, a movement of the deflected processing beam can thus be achieved.

Die Bewegung von einem mit dem abgelenkten Bearbeitungsstrahl 2' beaufschlagten räumlichen Bereich 220 der Prozesszone 200 zu einem anderen mit dem abgelenkten Bearbeitungsstrahl 2" beaufschlagten räumlichen Bereich 230 der Prozesszone 200 dauert bevorzugt höchstens 10µs. Mit anderen Worten dauert die Änderung der Anregungsfrequenz des AODs 32 höchstens 10µs Besonders bevorzugt dauert die Bewegung des abgelenkten Bearbeitungsstrahls 2', 2" zwischen 10µs und 0,1µs von einem räumlichen Bereich 220 zu einem anderen räumlichen Bereich 230 der Prozesszone 200.The movement of one with the deflected machining beam 2 ' acted spatial area 220 the process zone 200 to another with the deflected machining beam 2 " acted spatial area 230 the process zone 200 preferably lasts at most 10 μs. In other words, the change in the excitation frequency of the AOD takes time 32 The movement of the deflected machining beam lasts particularly preferably at most 10 μs 2 ' , 2 " between 10µs and 0.1µs from a spatial area 220 to another spatial area 230 the process zone 200 .

Der in der 1 gezeigte akusto-optischen Deflektor 32 ist entsprechend zweiteilig aufgebaut und es sind zwei im Strahlengang nacheinander angeordnete akusto-optische Deflektoren 320, 322 vorgesehen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um 90° zueinander gedreht sind, um auf diese Weise eine Ablenkung des Bearbeitungsstrahls 2 in der senkrecht zu dem Bearbeitungsstrahl 2 liegenden Ebene (also einer X/Y-Ebene) zu erreichen. Natürlich können die beiden akusto-optischen Deflektoren 32 auch um einen anderen Winkel zueinander ausgerichtet sein - allerdings ermöglicht die Ausrichtung um 90° eine einfachere Ansteuerung, wobei die Auslenkung dann entsprechend der gewünschten X/Y Auslenkung stattfinden kann.The Indian 1 shown acousto-optic deflector 32 is accordingly constructed in two parts and two acousto-optical deflectors 320, 322 arranged one after the other in the beam path are provided, which in the embodiment shown are rotated by 90 ° to each other in order to deflect the processing beam in this way 2 in the perpendicular to the machining beam 2 lying plane (i.e. an X / Y plane). Of course, the two acousto-optic deflectors can 32 can also be aligned at a different angle to one another - however, the alignment at 90 ° enables easier control, whereby the deflection can then take place according to the desired X / Y deflection.

Die mittels des aus den einzelnen AODs 320, 3220 zusammengesetzten akusto-optischen Deflektors 32 abgelenkten Bearbeitungsstrahlen 2', 2" werden mittels eines zweiten optischen Elementes 34, welches in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls schematisch in Form einer Linse gezeigt ist, für die weitere Verarbeitung aufbereitet. Beispielsweise können die Bearbeitungsstrahlen 2', 2" mittels des zweiten optischen Elements 34 für eine Propagation ins Fernfeld kollimiert werden.The acousto-optical deflector made up of the individual AODs 320, 3220 32 deflected machining beams 2 ' , 2 " are made by means of a second optical element 34 , which is also shown schematically in the form of a lens in the embodiment shown, prepared for further processing. For example, the machining beams 2 ' , 2 " by means of the second optical element 34 collimated for propagation into the far field.

Das zweite optische Element 34 kann entsprechend beispielsweise eine Kollimierung der von dem akusto-optischen Deflektor 32 ausgehenden Bearbeitungsstrahlen 2', 2" erreichen.The second optical element 34 can correspondingly, for example, a collimation of the acousto-optic deflector 32 outgoing machining beams 2 ' , 2 " to reach.

Bevorzugt ist in einer solchen Anordnung zweier akusto-optischer Delektoren eine Halbwellenplatte zwischen den beiden akusto-optischen Deflektoren vorgesehen.In such an arrangement of two acousto-optic detectors, a half-wave plate is preferably provided between the two acousto-optic deflectors.

Da in dem akusto-optischen Deflektor 32 keine vollständige Auskopplung des eintreffenden Bearbeitungsstrahls 2 ausschließlich in die durch den jeweiligen Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung separierten Bearbeitungsstrahl 2,'2", sondern auch in der nullten Beugungsordnung, also kollinear zu dem von der Strahlquelle eintreffenden Bearbeitungsstrahl 2, ebenfalls noch eine Strahlintensität vorliegt, ist zur Eliminierung der nullten Beugungsordnung, eine Blende 36 vorgesehen. Die Blende 36 kann auch dazu dienen, Strahlen in höheren Beugungsordnungen zu eliminieren, um eine saubere Auskopplung nur der ersten Beugungsordnung zu erreichen.Because in the acousto-optic deflector 32 no complete decoupling of the incoming processing beam 2 exclusively into the processing beam separated by the respective diffraction angle of the first diffraction order 2 , ' 2 " , but also in the zeroth diffraction order, i.e. collinear to the processing beam arriving from the beam source 2 , there is also still a beam intensity, is an aperture to eliminate the zeroth diffraction order 36 intended. The aperture 36 can also serve to eliminate rays in higher diffraction orders in order to achieve a clean decoupling of only the first diffraction order.

Mit anderen Worten ist durch die Blende 36 ein Strahlreinigungselement in den Strahlengang eingebracht, mittels dessen unerwünschte Anteile aus dem Strahl entfernt werden können.In other words is through the aperture 36 a jet cleaning element introduced into the beam path, by means of which undesired components can be removed from the jet.

Mittels eines im Strahlengang nach dem zweiten optischen Element 34 und der Blende 36 angeordneten dritten optischen Elements 38, welches in der 1 ebenfalls in Form einer Linse dargestellt ist, werden dann die eine Beabstandung von der nullten Beugungsordnung aufweisenden, also einen Ortsversatz aufweisenden Bearbeitungsstrahlen 2', 2" erneut fokussiert. Mit anderen Worten wird durch das dritte optische Element 38 eine Fokussierung der mit einem Ortsversatz versehenen Bearbeitungsstrahlen 2", 2" in das Material des Werkstücks 110, 120 beziehungsweise in die in den Werkstücken 110, 120 liegende Prozesszone 200 erreicht.By means of one in the beam path after the second optical element 34 and the aperture 36 arranged third optical element 38 which is in the 1 is also shown in the form of a lens, the processing beams which are spaced apart from the zeroth diffraction order, that is to say which have a spatial offset, are then used 2 ' , 2 " refocused. In other words, is through the third optical element 38 a focusing of the machining beams provided with a local offset 2 " , 2 " into the material of the workpiece 110 , 120 or in those in the workpieces 110 , 120 horizontal process zone 200 reached.

Durch die Anwendung des akusto-optischen Deflektors 32 kann entsprechend ein sehr schnelles Bewegen des Bearbeitungsstrahls 2', 2" erreicht werden, wobei der Bearbeitungsstrahl 2', 2" dann entsprechend in unterschiedliche räumliche Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 eingebracht werden kann.By using the acousto-optic deflector 32 can accordingly move the machining beam very quickly 2 ' , 2 " can be achieved with the machining beam 2 ' , 2 " then accordingly in different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 can be introduced.

In 2 wird in einem sehr schematischen Diagramm die Beaufschlagung unterschiedlicher räumlicher Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 mit Laserpulsen 250 gezeigt. Dabei sind die Laserpulse 250 in dem Diagramm sehr schematisch zusammengefasst zu voneinander getrennten Bursts 252. Die Bursts 252 dauern jeweils eine Zeitdauer TB.In 2 shows in a very schematic diagram the exposure to different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 with laser pulses 250 shown. Here are the laser pulses 250 very schematically summarized in the diagram to form separate bursts 252 . The bursts 252 each last a period of time TB .

In der 2 wird jeweils ein Burst 252 in einen anderen räumlichen Bereich 220, 230, 240 der Prozesszone 200 eingebracht. Die einzelnen Bursts 252 werden zeitlich nacheinander in die unterschiedlichen räumlichen Bereiche 220, 230, 240 eingebracht.In the 2 becomes one burst at a time 252 to another spatial area 220 , 230 , 240 the process zone 200 brought in. The individual bursts 252 are moved to the different spatial areas one after the other 220 , 230 , 240 brought in.

In den Pausen TP zwischen den Bursts 252 wird der Bearbeitungsstrahl durch eine entsprechende Ansteuerung eines AOD 32 so umgelenkt, dass aufeinanderfolgende Bursts 252 in unterschiedlichen räumlichen Bereichen 220, 230, 240 in das Werkstück eingebracht werden. In the breaks TP between bursts 252 the processing beam is activated by a corresponding control of an AOD 32 diverted so that successive bursts 252 in different spatial areas 220 , 230 , 240 be introduced into the workpiece.

Bevorzugt sind die Bursts 252 des Bearbeitungsstrahls 2 und die Ansteuerung der AODs so miteinander synchronisiert, dass eine Änderung der Anregungsfrequenz der AODs in den jeweiligen Pulspausen TP zwischen den Bursts 252 stattfindet. Entsprechend wird zunächst die neue Anregungsfrequenz für die AODs eingestellt und dann erst wieder ein Laserpuls oder ein Burst oder ein Pulszug durch die AODs geschickt.The bursts are preferred 252 of the machining beam 2 and the control of the AODs is synchronized with one another in such a way that a change in the excitation frequency of the AODs in the respective pulse pauses TP between bursts 252 takes place. Accordingly, the new excitation frequency for the AODs is first set and only then is a laser pulse or a burst or a pulse train sent through the AODs.

Mit anderen Worten können durch die hochdynamische Bewegung des Bearbeitungsstrahls jeweils Laserpulse, bevorzugt die Laserpulse eines vorgegebenen Pulszugs und/oder alle Laserpulse von Bursts, nacheinander in die unterschiedlichen räumlichen Bereiche 220, 230, 240 der Prozesszone 200 definiert eingebracht werden.In other words, due to the highly dynamic movement of the machining beam, laser pulses, preferably the laser pulses of a predetermined pulse train and / or all laser pulses of bursts, can be successively entered into the different spatial areas 220 , 230 , 240 the process zone 200 be introduced in a defined manner.

Damit wird die Bewegung des Bearbeitungsstrahls bevorzugt entsprechend solange unterbrochen, bis der Laserpuls, bevorzugt der vorgegebene Pulszug und/oder die Laserpulse eines Bursts in den räumlichen Bereich 220 der sich bildendenProzesszone 200 eingebracht wurden und wird erst dann zu dem nächsten räumlichen Bereich 230 der Prozesszone 200 bewegt.The movement of the machining beam is thus preferably interrupted until the laser pulse, preferably the predetermined pulse train and / or the laser pulses of a burst, enter the spatial area 220 the forming process zone 200 and only then becomes the next spatial area 230 the process zone 200 emotional.

In 3 ist schematisch ein Ausschnitt einer Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens zum Verschweißen zweier ebenfalls schematisch gezeigter Werkstücke 110,120 mittels eines Bearbeitungsstrahls 2 gezeigt.In 3 is a schematic section of a device 1 for carrying out a method for welding two workpieces, also shown schematically 110 , 120 by means of a machining beam 2 shown.

Bei den Werkstücken 110,120 kann es sich um transparente Werkstücke handeln, wobei zumindest das in Strahlrichtung oben liegende Werkstück 110 transparent für den Bearbeitungsstrahl sein muss, wenn an einer Grenzfläche 100 zwischen dem oberen Werkstück 110 und dem unteren Werkstück 120 eine Verschweißung durchgeführt werden soll.With the workpieces 110 , 120 it can be transparent workpieces, with at least the workpiece lying on top in the beam direction 110 Must be transparent to the machining beam when at an interface 100 between the upper workpiece 110 and the lower workpiece 120 a welding is to be carried out.

Die eigentliche Verschweißung ist hier schematisch in Form einer Schweißnaht 210 gezeigt, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen lineare und durchgängige Erstreckung aufweist. Es sind aber auch anders geformte Schweißnähte zum Fügen der Werkstücke 110, 120 denkbar, beispielsweise in einer gebogenen oder geschwungenen Form oder durch die Ausbildung von einzeln Segmenten oder Schweißpunkten.The actual welding is here schematically in the form of a weld seam 210 shown, which in the embodiment shown has a substantially linear and continuous extension. But there are also differently shaped weld seams for joining the workpieces 110 , 120 conceivable, for example in a curved or curved shape or through the formation of individual segments or weld points.

Hierin wird unter einem transparenten Werkstück ein solches verstanden, welches für den Bearbeitungsstrahl 2 transparent ist. Mit anderen Worten kann der Bearbeitungsstrahl 2 ohne signifikante Abschwächung oder Streuung durch ein transparentes Werkstück hindurchtreten.In this context, a transparent workpiece is understood to be one which is intended for the machining beam 2 is transparent. In other words, the machining beam can 2 pass through a transparent workpiece without significant weakening or scattering.

Die Lage einer zwischen den Werkstücken 110, 120 mittels des Bearbeitungsstrahls 2 erzeugten Schweißnaht 210 sowie die Struktur der Vorrichtung 1 oder 3 zur Durchführung des Verfahrens zum Verschweißen der Werkstücke 220, 230 wird in Bezug auf die 4 noch einmal detailliert gezeigt.The position of one between the workpieces 110 , 120 by means of the machining beam 2 generated weld seam 210 as well as the structure of the device 1 or 3 for carrying out the method for welding the workpieces 220 , 230 is related to the 4th shown again in detail.

In 3 ist schematisch ein Bearbeitungsstrahl 2 gezeigt, welcher von einer in der Figur nicht gezeigten Strahlquelle ausgeht und welcher in Form eines gepulsten Laserstrahls vorgesehen sein kann. Besonders bevorzugt kann ein Ultrakurzpulslaser zur Bereitstellung des Bearbeitungsstrahls 2 verwendet werden.In 3 is schematically a machining beam 2 shown, which emanates from a beam source not shown in the figure and which can be provided in the form of a pulsed laser beam. An ultrashort pulse laser for providing the machining beam can be particularly preferred 2 be used.

Beispielsweise kann hierfür ein gepulster Laserstrahl mit Wellenlängen von 1030nm oder 1064nm oder 515nm oder 532nm mit Pulsen im Femtosekundenbereich oder Pikosekundenbereich und mit Frequenzen der Repetitionsrate von 100kHz bis zu mehreren MHz verwendet werden. Der Laser zur Erzeugung des gepulsten Laserstrahls kann auch im Burstmodus betrieben werden.For example, a pulsed laser beam with wavelengths of 1030 nm or 1064 nm or 515 nm or 532 nm with pulses in the femtosecond range or picosecond range and with frequencies of the repetition rate of 100 kHz up to several MHz can be used. The laser for generating the pulsed laser beam can also be operated in burst mode.

Der von der hier nicht gezeigten Strahlquelle beispielsweise in Form des genannten Lasers ausgehende Bearbeitungsstrahl 2 wird in der Vorrichtung 1 zum Durchführen der Verschweißung in einem ersten optischen Element 30, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Linse 30 symbolisiert ist, so aufbereitet, dass ein im Strahlengang nachfolgender akusto-optischer Deflektor 32 geeignet betrieben werden kann. Das erste optische Element 30 kann entsprechend eine Strahlaufweitung, eine Kollimierung, eine Fokussierung, eine Strahlformung im Zeitbereich etc. bereitstellen, welche dazu geeignet ist, den Bearbeitungsstrahl 2 so aufzubereiten, dass der akusto-optische Deflektor 32 geeignet betrieben werden kann.The processing beam emanating from the beam source, not shown here, for example in the form of the said laser 2 is in the device 1 for performing the welding in a first optical element 30th , which in the embodiment shown as a lens 30th is symbolized, processed so that an acousto-optical deflector following in the beam path 32 can be operated appropriately. The first optical element 30th can accordingly provide a beam expansion, a collimation, a focusing, a beam shaping in the time domain, etc., which is suitable for the processing beam 2 prepare so that the acousto-optic deflector 32 can be operated appropriately.

Unter einem akusto-optischen Deflektor, welcher in dem Ausführungsbeispiel beim Bezugszeichen 32 sehr schematisch gezeigt ist, wird vorliegend ein aktives optisches Element verstanden, in welchem durch das Einbringen von Schallwellen eine Ablenkung eines eintreffenden Bearbeitungsstrahls erreicht werden kann. Ein akusto-optischer Deflektor wird auch als AOD bezeichnet.Under an acousto-optic deflector, which in the exemplary embodiment has the reference number 32 is shown very schematically, an active optical element is understood in the present case, in which a deflection of an incoming processing beam can be achieved by the introduction of sound waves. An acousto-optic deflector is also known as an AOD.

Ein akusto-optischer Deflektor kann beispielsweise in Form eines transparenten Kristallquaders vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Quarzglases oder eines anderen Kristalls, in welchen mittels eines Akustokopplers, beispielsweise mittels eines Piezokristalls, Körperschall eingetragen wird. Durch die in dem durchsichtigen Quader durch den Körperschall ausgebildeten Dichteschwankungen wird entsprechend ein optisches Gitter ausgebildet, an welchem eine Beugung des einfallenden Lichtes stattfindet.An acousto-optic deflector can be provided, for example, in the form of a transparent crystal cuboid, for example in the form of quartz glass or another crystal, into which structure-borne sound is entered by means of an acoustic coupler, for example by means of a piezo crystal. Due to the density fluctuations formed in the transparent cuboid by the structure-borne sound, an optical grating is formed correspondingly, on which diffraction of the incident light takes place.

Mit anderen Worten kann in dem akusto-optischen Deflektor 32 eine Beugung des Lichts an den im Kristall durch die Schallwellen erzeugten Dichteschwankungen ausgebildetem optischen Gitter stattfinden.In other words, in the acousto-optic deflector 32 a diffraction of the light take place at the optical grating formed in the crystal by the sound waves generated by the density fluctuations.

Damit ist die tatsächliche Ablenkung des einfallenden Lichts beziehungsweise die Beugung des einfallenden Lichtes des von der Strahlquelle ausgehenden Bearbeitungsstrahls abhängig von der Frequenz der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingebrachten akustischen Schwingung beziehungsweise von der Wellenlänge der akustischen Welle und damit von der auf diese Weise ausgebildeten Gitterkonstanten der in dem Quader ausgebildeten Dichteschwankungen. Durch eine Variation der eingebrachten Frequenz der eingebrachten akustischen Schwingung und damit der Gitterkonstanten kann entsprechend die tatsächliche Ablenkung des einfallenden Lichtstrahls des Bearbeitungsstrahls variiert werden.The actual deflection of the incident light or the diffraction of the incident light of the processing beam emanating from the beam source is therefore dependent on the frequency of the acousto-optic deflector 32 introduced acoustic oscillation or of the wavelength of the acoustic wave and thus of the lattice constant formed in this way of the density fluctuations formed in the cuboid. By varying the introduced frequency of the introduced acoustic oscillation and thus the lattice constant, the actual deflection of the incident light beam of the processing beam can be varied accordingly.

Über die Amplitude der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingebrachten akustischen Schwingung hingegen kann auch eine Intensitätsmodulation dahingehend erreicht werden, dass bei einer stärkeren Amplitude die entsprechenden Dichteschwankungen stärker ausgeprägt sind und damit die Beugungsordnungen stärker ausgeprägt werden.About the amplitude of the in the acousto-optic deflector 32 In contrast, with the acoustic oscillation introduced, an intensity modulation can also be achieved in such a way that, with a stronger amplitude, the corresponding density fluctuations are more pronounced and thus the diffraction orders are more pronounced.

Mit anderen Worten kann in dem akusto-optischen Deflektor 32 über den Eintrag von Schallenergie sowohl eine variable Winkelablenkung des Lichtstrahls als auch eine Variation der Intensität der einzelnen Beugungsordnungen erreicht werden.In other words, in the acousto-optic deflector 32 Both a variable angular deflection of the light beam and a variation of the intensity of the individual diffraction orders can be achieved through the input of sound energy.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 ist der akusto-optische Deflektor 32 entsprechend nach dem ersten optischen Element 30 angeordnet. Der durch das erste optische Element 30 aufbereitete Bearbeitungsstrahl 2 wird damit vom akusto-optischen Deflektor 32 in Bearbeitungsteilstrahlen, die in der 3 schematisch in Form der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 der ersten Beugungsordnung gezeigt sind, aufgeteilt und abgelenkt. Die in höheren Beugungsordnungen sind nicht gezeigt.According to the embodiment in 3 is the acousto-optic deflector 32 correspondingly after the first optical element 30th arranged. The one through the first optical element 30th processed machining beam 2 becomes thus of the acousto-optic deflector 32 in processing partial beams that are in the 3 schematically in the form of the processing partial beams 20th , 22nd of the first order of diffraction are shown split and deflected. Those in higher diffraction orders are not shown.

Die mittels des akusto-optischen Deflektors 32 abgelenkten Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 werden mittels eines zweiten optischen Elementes 34, welches in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls schematisch in Form einer Linse gezeigt ist, für die weitere Verarbeitung aufbereitet. Beispielsweise können die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 mittels des zweiten optischen Elements 34 für eine Propagation ins Fernfeld kollimiert werden.The by means of the acousto-optic deflector 32 deflected processing partial beams 20th , 22nd are made by means of a second optical element 34 , which is also shown schematically in the form of a lens in the embodiment shown, prepared for further processing. For example, the processing partial beams 20th , 22nd by means of the second optical element 34 collimated for propagation into the far field.

Das zweite optische Element 34 kann entsprechend beispielsweise eine Kollimierung der von dem akusto-optischen Deflektor 32 ausgehenden Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 erreichen.The second optical element 34 can correspondingly, for example, a collimation of the acousto-optic deflector 32 outgoing machining partial beams 20th , 22nd to reach.

Anstelle des in der 3 gezeigten einen akusto-optischen Deflektors 32 können auch zwei im Strahlengang nacheinander angeordnete akusto-optische Deflektoren vorgesehen sein, die beispielsweise um 90° zueinander gedreht sind, um auf diese Weise eine Ablenkung in der senkrecht zu dem Bearbeitungsstrahl 2 liegenden Ebene zu erreichen. Natürlich können die beiden akusto-optischen Deflektoren 32 auch um einen anderen Winkel zueinander ausgerichtet sein - allerdings ermöglicht die Ausrichtung um 90° eine einfachere Ansteuerung.Instead of the 3 shown an acousto-optic deflector 32 It is also possible to provide two acousto-optical deflectors arranged one after the other in the beam path, which are rotated by 90 ° to one another, for example, in order in this way to deflect perpendicular to the processing beam 2 to reach lying plane. Of course, the two acousto-optic deflectors can 32 can also be aligned at a different angle to one another - however, the alignment at 90 ° enables easier control.

Bevorzugt ist in einer solchen Anordnung zweier akusto-optischer Delektoren eine Halbwellenplatte zwischen den beiden akusto-optischen Deflektoren vorgesehen.In such an arrangement of two acousto-optic detectors, a half-wave plate is preferably provided between the two acousto-optic deflectors.

Da in dem akusto-optischen Deflektor 32 keine vollständige Auskopplung des eintreffenden Bearbeitungsstrahls 2 ausschließlich in die durch den jeweiligen Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung separierten Teilstrahlen 20, 22 erfolgt, sondern auch in der nullten Beugungsordnung, also kollinear zu dem von der Strahlquelle eintreffenden Bearbeitungsstrahl 2, ebenfalls noch eine Strahlintensität vorliegt, ist zur Eliminierung der nullten Beugungsordnung, eine Blende 36 vorgesehen. Die Blende 36 kann auch dazu dienen, Teilstrahlen in höheren Beugungsordnungen zu eliminieren, um eine saubere Auskopplung nur der ersten Beugungsordnung zu erreichen.Because in the acousto-optic deflector 32 no complete decoupling of the incoming processing beam 2 exclusively into the partial beams separated by the respective diffraction angle of the first diffraction order 20th , 22nd takes place, but also in the zeroth diffraction order, that is, collinear to the processing beam arriving from the beam source 2 , there is also still a beam intensity, is an aperture to eliminate the zeroth diffraction order 36 intended. The aperture 36 can also serve to eliminate partial beams in higher diffraction orders in order to achieve a clean coupling out of only the first diffraction order.

Mittels eines im Strahlengang nach dem zweiten optischen Element 34 und der Blende 36 angeordneten dritten optischen Elements 38, welches in der 3 ebenfalls in Form einer Linse dargestellt ist, werden dann die eine Beabstandung von der nullten Beugungsordnung aufweisenden, also einen Ortsversatz aufweisenden Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 erneut fokussiert. Mit anderen Worten wird durch das dritte optische Element 38 eine Fokussierung der mit einem Ortsversatz versehenen Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 erreicht.By means of one in the beam path after the second optical element 34 and the aperture 36 arranged third optical element 38 which is in the 3 is also shown in the form of a lens, then the one spacing of the zeroth order of diffraction having, that is, processing partial beams having a spatial offset 20th , 22nd refocused. In other words, is through the third optical element 38 a focusing of the partial processing beams provided with a local offset 20th , 22nd reached.

Die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 werden auf einen Strahlformer 40 fokussiert, welcher beispielsweise in Form eines phasensensitiven Elementes, beispielsweise eines Spatial Light Modulators (SLM) der auch als räumlicher Modulator für Licht bezeichnet wird, vorgesehen ist. Über einen solchen SLM kann die räumliche Struktur kurzer Laserpulse geformt werden. Insbesondere können damit Laserpulse in Besselform oder in Form mehrerer Gauß-Spots geformt werden.The machining partial beams 20th , 22nd are on a beamformer 40 focused, which is provided, for example, in the form of a phase-sensitive element, for example a spatial light modulator (SLM) which is also referred to as a spatial modulator for light. The spatial structure of short laser pulses can be shaped via such an SLM. In particular, it can be used to form laser pulses in Bessel form or in the form of several Gaussian spots.

Der Strahlformer 40 kann auch ein anderes aktives optisches Element sein, um den Bearbeitungsstrahl zu formen.The beamformer 40 can also be another active optical element in order to shape the processing beam.

Mittels des Strahlformers 40 können die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 in ihrer Strahlstruktur so geformt werden, dass sie beispielsweise eine vorgegebene räumliche Struktur aufweisen. Mittels des Strahlformers 40 können auch die Muster oder Strukturen für die Beaufschlagung der unterschiedlichen räumlichen Bereiche der Prozesszone mit dem Bearbeitungsstrahl 2 oder den Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 vorgegeben werden.By means of the beam shaper 40 can the processing partial beams 20th , 22nd are shaped in their beam structure so that they have a predetermined spatial structure, for example. By means of the beam shaper 40 The patterns or structures for the application of the processing beam to the different spatial areas of the process zone can also be used 2 or the machining partial beams 20th , 22nd can be specified.

Mittels des Strahlformers 40 können die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 auch in weitere, in dem schematischen Ausführungsbeispiels nicht gezeigte, Bearbeitungsteilstrahlen aufgeteilt werden oder es können aus jedem der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 vorgegebene Muster oder Patterns erzeugt werden.By means of the beam shaper 40 can the processing partial beams 20th , 22nd can also be divided into further processing partial beams, not shown in the schematic exemplary embodiment, or from each of the processing partial beams 20th , 22nd predetermined patterns or patterns can be generated.

Nach dem Strahlformer 40 treten die durch den Strahlformer 40 entsprechend geformten Bearbeitungsteilstrahlen dann durch einen weiteres optisches Element 42 hindurch, das in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wiederum in Form einer Linse gezeigt ist. Mittels des weiteren optischen Elements 42 findet eine Fokussierung jedes der einzelnen der Bearbeitungsstrahlen, welche entweder nur durch den akusto-optischen Deflektor 32 oder auch zusätzlich durch den Strahlformer 40 aufgeteilt wurden, in die sich bildende Prozesszone 200 statt.After the beamformer 40 kick through the beamformer 40 appropriately shaped processing partial beams then through a further optical element 42 through that in the in 3 The embodiment shown is again shown in the form of a lens. By means of the further optical element 42 finds a focusing of each of the individual processing beams, which either only through the acousto-optical deflector 32 or additionally by the beam shaper 40 were divided into the forming process zone 200 instead of.

Die einzelnen optischen Elemente 30 bis 38, 40 und 42 können in einem gemeinsamen optischen System 400 organisiert sein. Bis auf den akusto-optischen Deflektor 32 sind alle weiteren optischen Elemente optional.The individual optical elements 30th to 38 , 40 and 42 can in a common optical system 400 be organized. Except for the acousto-optic deflector 32 all other optical elements are optional.

Die sich bildende Prozesszone 200 liegt zumindest teilweise in einem oder in beiden der Werkstücke 110, 120. Durch die Fokussierung der einen Ortsversatz aufweisenden Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 in die sich Prozesszone 200 mittels des weiteren optischen Elements 42 findet entsprechend auch eine Fokussierung der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 in unterschiedliche räumliche Bereiche 220, 230 der sich Prozesszone 200 statt. Mit anderen Worten wird der eine der Bearbeitungsteilstrahlen 20 in einen ersten räumlichen Bereich 220 der Prozesszone 200 fokussiert, wohingegen ein anderer der Bearbeitungsteilstrahlen 22 in einen zweiten räumlichen Bereich 230 der Prozesszone 200 fokussiert wird.The forming process zone 200 lies at least partially in one or in both of the workpieces 110 , 120 . By focusing the partial machining beams with a local offset 20th , 22nd into the process zone 200 by means of the further optical element 42 accordingly, the partial processing beams are also focused 20th , 22nd in different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 instead of. In other words, it becomes one of the machining partial beams 20th in a first spatial area 220 the process zone 200 focused, while another of the processing partial beams 22nd in a second spatial area 230 the process zone 200 is focused.

Der von dem ersten Bearbeitungsteilstrahl 20 beaufschlagte räumliche Bereich 220 ist dabei beabstandet von dem von dem zweiten Bearbeitungsteilstrahl 22 beaufschlagten räumlichen Bereich 230, da die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 ebenfalls einen Ortsversatz zueinander aufweisen. Die beiden von den Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 beaufschlagten Bereiche 220, 230 sind aber bevorzugt nur so weit voneinander beabstandet, dass eine thermische Kopplung der beiden Bereiche 220, 230 vorliegt. Damit kann erreicht werden, dass das in der Prozesszone 200 vorliegende Material eines oder beider der Werkstücke 110, 120 durch den Eintrag der Laserenergie durch die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 trotz der räumlichen Beabstandung der beiden Bereiche 220, 230 aufgeschmolzen wird.That from the first processing sub-beam 20th acted spatial area 220 is at a distance from that of the second processing partial beam 22nd acted spatial area 230 because the machining partial beams 20th , 22nd also have a spatial offset to one another. The two of the machining partial beams 20th , 22nd exposed areas 220 , 230 but are preferably only spaced so far apart that there is a thermal coupling of the two areas 220 , 230 present. This can be achieved in the process zone 200 present material of one or both of the workpieces 110 , 120 by the input of the laser energy through the partial processing beams 20th , 22nd despite the spatial distance between the two areas 220 , 230 is melted.

Die Vorrichtung 3 umfasst entsprechend das optische System 400, durch welches hindurch der gepulste Bearbeitungsstrahl 2 dann in Form der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 auf die Werkstücke 110,120 auftrifft. Die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 werden in die räumlichen Bereiche 220, 230 in einer in einem oder beiden Werkstücken 110, 120 liegenden Prozesszone 200 fokussiert, wodurch die Intensität der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 in den in der Prozesszone 200 liegenden Foki jeweils am höchsten ist, in den jeweils umgebenden Bereichen hingegen niedriger. Die Materialbearbeitung in der Prozesszone 200 findet dadurch statt, dass es aufgrund der hohen Intensität der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 ihren jeweiligen Foki zu einem Aufschmelzen des in der Prozesszone 200 vorliegenden Materials kommt. Dadurch kann beim nachfolgenden Abkühlen beispielsweise ein Verschweißen zweier vorher in der Prozesszone 200 getrennt vorliegender und nun durch das Aufschmelzen stoffschlüssig miteinander verbundener Materialbereiche erreicht werden.The device 3 accordingly comprises the optical system 400 through which the pulsed machining beam 2 then in the form of the machining partial beams 20th , 22nd on the workpieces 110 , 120 hits. The machining partial beams 20th , 22nd are in the spatial areas 220 , 230 in one in one or both workpieces 110 , 120 lying process zone 200 focused, reducing the intensity of the machining partial beams 20th , 22nd in the in the process zone 200 lying foci is highest in each case, but lower in the respective surrounding areas. Material processing in the process zone 200 takes place because of the high intensity of the processing partial beams 20th , 22nd their respective foci lead to a melting of the in the process zone 200 present material comes. As a result, during the subsequent cooling process, two welds together beforehand in the process zone 200 material areas that are present separately and are now cohesively connected to one another by the melting can be achieved.

Bei der Verwendung eines gepulsten Bearbeitungsstrahls 2, insbesondere bei der Verwendung eines Ultrakurzpulslasers, werden durch die sehr hohen erreichbaren Intensitäten in den durch das optische System 400 bereitgestellten Foki im Glasmaterial des mindestens einen Werkstücks 110, 120 nichtlineare Absorptionseffekte erreicht. Beim Verwenden geeigneter Repetitionsraten des gepulsten Bearbeitungsstrahls 2 kommt es zu Wärmeakkumulationseffekten im Glasmaterial, wodurch es zu einem lokalen Aufschmelzen des Glasmaterials in der Prozesszone 200 kommt.When using a pulsed machining beam 2 , especially when using an ultrashort pulse laser, are due to the very high intensities that can be achieved in the through the optical system 400 provided foci in the glass material of the at least one workpiece 110 , 120 nonlinear absorption effects achieved. When using suitable repetition rates of the pulsed machining beam 2 heat accumulation effects occur in the glass material, which leads to a local melting of the glass material in the process zone 200 comes.

Dabei liegt dem Verfahren die Erkenntnis zu Grunde, dass beim Verschweißen von Werkstücken 110, 120 aus Glas mittels eines gepulsten Bearbeitungsstrahls 2, beispielsweise eines gepulsten Laserstrahls, bevorzugt eines Ultrakurzpulslasers, durch die erreichbaren hohen Intensitäten im jeweiligen Strahlfokus nichtlineare Absorptionseffekte im Glas erreicht werden können. Werden entsprechende Repetitionsraten für den gepulsten Bearbeitungsstrahl verwendet, akkumuliert sich die mittels der jeweiligen Pulse in die Prozesszone 200 eingetragene Energie, sodass es durch entsprechende Wärmeakkumulationseffekte zu einem lokalen Aufschmelzen des Glasmaterials kommt. Dadurch entsteht in der Nähe des jeweiligen geometrischen Fokus der gepulsten Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 ein hochabsorbierendes Plasma zunächst in der Größe des Fokusvolumens.The process is based on the knowledge that when welding workpieces 110 , 120 made of glass by means of a pulsed machining beam 2 , for example a pulsed laser beam, preferably an ultrashort pulse laser, by means of which high intensities that can be achieved in the respective beam focus, non-linear absorption effects can be achieved in the glass. If corresponding repetition rates are used for the pulsed machining beam, the amount accumulates in the process zone by means of the respective pulses 200 energy introduced, so that there is a local melting of the glass material due to corresponding heat accumulation effects. This creates in the vicinity of the respective geometric focus of the pulsed processing partial beams 20th , 22nd a highly absorbing plasma initially the size of the focus volume.

Um ein Verbinden der Werkstücke 110 und 120 zu erreichen, wird die sich bildende Prozesszone 200 entsprechend so in die Werkstücke 110, 120 gelegt, dass sie nahe der Grenzfläche 100 angeordnet ist oder die Grenzfläche 100 umfasst. Dazu werden mittels des entsprechend ausgebildeten und eingerichteten optischen Systems 400 die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 entsprechend aufbereitet und in die sich bildende Prozesszone 200 hinein fokussiert.To connect the workpieces 110 and 120 to reach the process zone that is being formed 200 accordingly in the workpieces 110 , 120 placed that they are close to the interface 100 is arranged or the interface 100 includes. This is done by means of the appropriately designed and configured optical system 400 the machining partial beams 20th , 22nd processed accordingly and into the process zone that is being formed 200 focused into it.

In der Prozesszone 200 findet dann das Aufschmelzen des Materials eines, mehrerer oder aller Werkstücke 110, 120 statt, um dann nach dem erneuten Erstarren des vormals aufgeschmolzenen Materials eine Verschweißung der Werkstücke 110, 120 durch das aufgeschmolzene und dann erstarrte Material zu erreichen.In the process zone 200 Then the melting of the material of one, several or all workpieces takes place 110 , 120 instead of welding the workpieces after the previously melted material has solidified again 110 , 120 through the melted and then solidified material.

Die Positionierung der einzelnen räumlichen Bereiche 220, 230 in der Prozesszone 200 kann dadurch variiert werden, dass unterschiedliche Ablenkungen der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 in dem akusto-optischen Deflektor 32 dadurch erreicht werden, dass in den akusto-optischen Deflektor 32 variierende Schallwellen eingekoppelt werden. Dabei können sowohl die Frequenzen als auch die Intensitäten der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingekoppelten Schallwellen variiert werden.The positioning of the individual spatial areas 220 , 230 in the process zone 200 can be varied in that different deflections of the processing partial beams 20th , 22nd in the acousto-optic deflector 32 can be achieved in that in the acousto-optic deflector 32 varying sound waves are coupled. Both the frequencies and the intensities of the acousto-optical deflector can be used 32 coupled sound waves can be varied.

Durch eine entsprechende Abfolge von in den akusto-optischen Deflektor 32 eingekoppelten Frequenzen kann dann eine entsprechende Abfolge von Ablenkungen der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 erreicht werden, welche wiederum in einer Abfolge unterschiedlicher Ortsversätze der Bearbeitungsteilstrahlen, welche wiederum in einer Abfolge der Beaufschlagung unterschiedlicher räumlicher Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 resultiert.Through a corresponding sequence of in the acousto-optic deflector 32 Coupled frequencies can then be a corresponding sequence of deflections of the processing partial beams 20th , 22nd can be achieved, which in turn in a sequence of different local offsets of the processing partial beams, which in turn in a sequence of exposure to different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 results.

Damit kann über die Steuerung der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingekoppelten Schallwellen erreicht werden, dass die Prozesszone 200 in einer Abfolge von unterschiedlichen voneinander beabstandeten Bereichen 220, 230 mit den Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 beaufschlagt wird.This can be used to control the in the acousto-optical deflector 32 coupled sound waves are reached that the process zone 200 in a sequence of different spaced apart areas 220 , 230 with the processing partial beams 20th , 22nd is applied.

Mit anderen Worten kann das Volumen der Prozesszone 200 mittels des akusto-optischen Deflektors 32 abgescannt werden.In other words, the volume of the process zone 200 by means of the acousto-optic deflector 32 be scanned.

Die Abfolge der in den akusto-optischen Deflektor 32 eingekoppelten unterschiedlichen Frequenzen kann aus einer festgelegten Sequenz bestehen und/oder in vorgegebenen Grenzen chaotisch und/oder zufällig ausgebildet sein.The sequence of going into the acousto-optic deflector 32 Different frequencies coupled in can consist of a fixed sequence and / or be chaotic and / or random within predetermined limits.

Mit anderen Worten fungiert der akusto-optische Deflektor 32 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel wie ein Scanner, mittels dessen eine Aufteilung des ursprünglich von der Strahlquelle ausgehenden Bearbeitungsstrahls 2 in zwei Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 ermöglicht wird, welche über die nachfolgende Optik entsprechend in ihrer Strahlform aufbereitet werden und dann in mittels des akusto-optischen Deflektors 32 bestimmten räumlichen Bereichen 220, 230 der Prozesszone 200 auftreffen. Durch eine Variation der Ablenkung der Teilstrahlen 20, 22 in dem akusto-optischen Deflektor 32 kann auch die Position der räumlichen Bereiche 220, 230 in der Prozesszone 200 variiert werden.In other words, the acousto-optic deflector functions 32 in the exemplary embodiment shown, like a scanner, by means of which a division of the processing beam originally emanating from the beam source 2 in two processing partial beams 20th , 22nd is made possible, which are processed accordingly in their beam shape via the subsequent optics and then in by means of the acousto-optical deflector 32 certain spatial areas 220 , 230 the process zone 200 hit. By varying the deflection of the partial beams 20th , 22nd in the acousto-optic deflector 32 can also change the position of the spatial areas 220 , 230 in the process zone 200 can be varied.

Durch eine entsprechende Ausbildung des akusto-optischen Deflektors 32 und der nachfolgenden Optik, insbesondere der Form der Blende 36 und der Ausprägung des Strahlformers 40 kann weiterhin erreicht werden, dass mittels des akusto-optischen Deflektors 32 die unterschiedlichen räumlichen Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 nacheinander oder sequenziell oder gleichzeitig angesprochen werden.By appropriately designing the acousto-optical deflector 32 and the subsequent optics, especially the shape of the aperture 36 and the shape of the beam shaper 40 can furthermore be achieved that by means of the acousto-optic deflector 32 the different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 one after the other or sequentially or simultaneously.

Die hohe Dynamik des akusto-optischen Deflektors 32 ermöglicht weiterhin ein schnelles Schalten der jeweiligen Ablenkung der Teilstrahlen 20, 22 derart, dass die räumlichen Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 schnell verschoben werden können beziehungsweise nacheinander unterschiedliche Muster beziehungsweise Patterns abgefahren werden können.The high dynamics of the acousto-optic deflector 32 furthermore enables the respective deflection of the partial beams to be switched quickly 20th , 22nd such that the spatial areas 220 , 230 the process zone 200 can be moved quickly or different patterns or patterns can be followed one after the other.

Dabei kann eine sequentiell oder chaotisch oder zufällig oder in anderer Art und Weise gestaltete Steuerung des akusto-optischen Deflektors 32 dazu führen, dass zwar hinreichend viel Energie in die sich bildende Prozesszone 200 eingetragen wird, um die für das Aufschmelzen des oder der Werkstücke 110, 120 notwendigen Temperaturen zu erreichen, welche zu einem Aufschmelzen des Materials beispielsweise an einer Grenzfläche zwischen den Werkstücken 110, 120 führt. Gleichzeitig wird aber das durchgehende und unterbrechungsfreie Auftreten von hohen lokalen Temperaturen über einen zu langen Zeitraum hinweg vermeiden, so dass der Eintrag von temperaturinduzierten Spannungen in die Werkstücke 110, 120 und insbesondere in an die Prozesszone 200 oder an den Schmelzbereich angrenzenden Bereiche der Werkstücke 110, 120 reduziert wird.Control of the acousto-optical deflector can be designed sequentially or chaotically or randomly or in some other way 32 lead to the fact that there is a sufficient amount of energy in the process zone that is being formed 200 is entered in order to melt the work piece or pieces 110 , 120 To achieve the necessary temperatures, which lead to a melting of the material, for example at an interface between the workpieces 110 , 120 leads. At the same time, however, the continuous and uninterrupted occurrence of high local temperatures over a period of time that is too long is avoided, so that temperature-induced stresses are introduced into the workpieces 110 , 120 and especially in to the process zone 200 or areas of the workpieces adjacent to the melting area 110 , 120 is reduced.

Die auf die Werkstücke 110,120 auftreffenden Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 sind in der Verschiebungsrichtung X relativ zu den Werkstücken 110, 120 verschiebbar, um in den Werkstücken 110,120 eine linear oder gebogen geformte Schweißnaht 210 einzuziehen. Dabei können zur Ausbildung der Verschiebung entweder die Werkstücke 110, 120 oder die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 oder auch beide gegenläufig entlang der Verschiebungsrichtung X verschoben werden. Es können auch andere Bewegungen parallel zu der durch die Grenzfläche 100 ausgebildeten Ebene durchgeführt werden, um entsprechend komplexere Formen von Schweißnähten 210 einzuziehen. Durch die Bewegung der Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 relativ zu den Werkstücken 110, 120 kann die Ausdehnung der Schweißnaht 210 in der Bewegungsrichtung X bestimmt werden.The on the work pieces 110 , 120 incident processing partial beams 20th , 22nd are in the direction of displacement X relative to the workpieces 110 , 120 slidable to in the work pieces 110 , 120 a linear or curved shaped weld 210 to move in. Either the workpieces can be used to form the shift 110 , 120 or the machining partial beams 20th , 22nd or both in opposite directions along the direction of displacement X be moved. There can be other movements parallel to that through the interface 100 trained level can be carried out to suitably more complex shapes of welds 210 to move in. Through the movement of the processing partial beams 20th , 22nd relative to the workpieces 110 , 120 can reduce the expansion of the weld 210 in the direction of movement X to be determined.

Da die mit dem akusto-optischen Deflektor 32 erreichbaren Scangeschwindigkeiten sehr hoch sind, kann durch ein gezieltes Eintragen der Laserenergie und entsprechend ein gezieltes Eintragen der jeweiligen Laserpulse sowohl die notwendige Energie in das Material eingetragen werden, welche ein zuverlässiges Schmelzen und damit eine zuverlässige Verbindung der Werkstücke miteinander erreichen kann, gleichzeitig aber aufgrund des verteilten Eintrags der Energie und der Vermeidung eines durchgängig linearen Einbringens der Laserenergie entlang der gewünschten Schweißnaht 210 die Vermeidung von Spannungen erreicht werden.Since the one with the acousto-optic deflector 32 achievable scanning speeds are very high, the necessary energy can be entered into the material through a targeted entry of the laser energy and correspondingly targeted entry of the respective laser pulses, which can achieve reliable melting and thus a reliable connection of the workpieces with one another, but at the same time due to the distributed input of the energy and the avoidance of a consistently linear introduction of the laser energy along the desired weld seam 210 the avoidance of tension can be achieved.

Dadurch, dass der ursprünglich von der Strahlquelle stammende Bearbeitungsstrahl 2 in mindestens zwei Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 aufgeteilt und die Beaufschlagung mit dem Bearbeitungsstrahl in unterschiedlichen räumlichen Bereichen 220, 230 der Prozesszone 200 stattfindet, und insbesondere eine dynamische Beaufschlagung der unterschiedlichen räumlichen Bereiche 220, 230 stattfindet, kann vermieden werden, dass die Schweißnaht 210 in die Fügepartner durch das Einbringen einer durchgehenden, konstanten und gleichförmigen Erhitzungszone, wie sie durch das Einbringen eines kontinuierlichen Strahls mit einem Laserstrahl in herkömmlichen Schweißverfahren stattfindet, erhöhte Spannungen einträgt. Vielmehr wird in dem vorgeschlagenen Verfahren die lokale Erhitzung immer wieder unterbrochen und in einen anderen räumlichen Bereich 220, 230 innerhalb der Prozesszone 200 verschoben, so dass der Wärmeeintrag an einem einzigen Fleck, welcher mit dem Fokus des Bearbeitungsteilstrahls 20, 22 übereinstimmt, unterbrochen wird und entsprechend auch an dem einen Fleck auch nicht durchgehend eingebracht wird.Because the processing beam originally originating from the beam source 2 in at least two processing partial beams 20th , 22nd divided and the application of the processing beam in different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 takes place, and in particular a dynamic loading of the different spatial areas 220 , 230 takes place, it can be avoided that the weld seam 210 introduces increased stresses into the joint partners through the introduction of a continuous, constant and uniform heating zone, as occurs when a continuous beam with a laser beam is introduced in conventional welding processes. Rather, in the proposed method, the local heating is repeatedly interrupted and moved to a different spatial area 220 , 230 within the process zone 200 shifted so that the heat input at a single spot, which is with the focus of the processing partial beam 20th , 22nd coincides, is interrupted and accordingly is also not continuously introduced at the one spot.

Mit anderen Worten wird die Prozesszone 200 in jeweils unterschiedlichen räumlichen Bereichen 220, 230, welche sich über den Zeitablauf hinweg und entlang der zu erzielenden Schweißnaht sequenziell und/oder chaotisch und/oder zufällig ändern, dennoch mit der notwendigen Energie zur Erzeugung der Schweißnaht versorgt.In other words, it becomes the process zone 200 in different spatial areas 220 , 230 which change sequentially and / or chaotically and / or randomly over the course of time and along the weld seam to be achieved, but are nevertheless supplied with the necessary energy to generate the weld seam.

Der Abstand der unterschiedlichen räumlichen Bereiche 220, 230 der Prozesszone 200 ist üblicherweise so gewählt, dass eine thermische Kopplung zwischen den unterschiedlichen räumlichen Bereichen 220, 230 vorliegt. Damit kann erreicht werden, dass in der Prozesszone 200 die für das Fügen der Werkstücke 110, 120 erforderliche Schmelze ausgebildet wird, ein hoher lokaler Energieeintrag entlang einer einzigen, durchgehenden, kontinuierlichen Schweißlinie hingegen vermieden wird.The distance between the different spatial areas 220 , 230 the process zone 200 is usually chosen so that there is a thermal coupling between the different spatial areas 220 , 230 present. This can be achieved in the process zone 200 those for joining the workpieces 110 , 120 required melt is formed, a high local energy input along a single, continuous, continuous weld line is avoided.

In 4 ist die Vorrichtung und das Verfahren zur Bearbeitung zweier Werkstücke 110,120 noch einmal in einer zweiten Detaillierung dargestellt.In 4th is the device and the method for machining two workpieces 110 , 120 shown again in a second detailing.

In der gezeigten Ausführungsform sind die Werkstücke 110, 120 aus Glas ausgebildetbeispielsweise in Form von zwei Glasscheiben - die an einer gemeinsamen und zwischen den beiden Werkstücken 110, 120 angeordneten Grenzfläche 100 aneinander angeordnet sind und an einem Abschnitt der Grenzfläche 100 miteinander verschweißt werden. Mit anderen Worten liegt zumindest ein Teil der Unterseite 114 des in der 3 gezeigten oberen Werkstücks 110 an der Oberseite 122 des unteren Werkstücks 120 an. Die Oberseite 122 des unteren Werkstücks 120 und die Unterseite 114 des oberen Werkstücks 110 bilden entsprechend gemeinsam die Grenzfläche 100 aus, in der die Verschweißung vorgenommen werden soll beziehungsweise vorgenommen wurde.In the embodiment shown, the workpieces are 110 , 120 made of glass, for example in the form of two glass panes - those on a common and between the two workpieces 110 , 120 arranged interface 100 are arranged next to each other and at a portion of the interface 100 are welded together. In other words, at least part of the bottom is located 114 of the 3 shown upper workpiece 110 at the top 122 of the lower workpiece 120 at. The top 122 of the lower workpiece 120 and the bottom 114 of the upper workpiece 110 accordingly together form the interface 100 in which the welding is to be made or was made.

Die beiden Werkstücke 110 und 120 können im Bereich der Ausbildung der Grenzfläche 100 aneinander angesprengt sein, um bereits vor derVerschweißung eine vorläufige Positionierung und Fixierung der beiden Werkstücke 110 und 120 gegeneinander zu erreichen.The two workpieces 110 and 120 can in the area of the formation of the interface 100 be pressed against each other in order to position and fix the two workpieces beforehand 110 and 120 to achieve against each other.

Aufgrund der Beschaffenheit ihres Werkstoffs, nämlich Glas, sind die beiden Werkstücke 110, 120 im Wesentlichen transparent für den gepulsten Bearbeitungsstrahl 2 beziehungsweise die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22, mit denen die Verschweißung der beiden Werkstücke 110, 120 durchgeführt werden soll. Damit können die gepulsten Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22, die zur Durchführung der Verschweißung vorgesehen sind, durch die Werkstücke 110 und 120 hindurchtreten und insbesondere auch durch das obere Werkstück 110 hindurch zu der Grenzfläche 100 hin gelangen. Damit ist eine Verschweißung der Werkstücke 110 und 120 innerhalb des durch die beiden Werkstücke 110, 120 gemeinsam ausgebildeten Werkstückvolumens möglich.Due to the nature of their material, namely glass, the two workpieces 110 , 120 essentially transparent to the pulsed machining beam 2 or the processing partial beams 20th , 22nd with which the welding of the two workpieces 110 , 120 should be carried out. This allows the pulsed processing partial beams 20th , 22nd , which are provided for performing the welding, through the workpieces 110 and 120 pass through and especially through the upper workpiece 110 through to the interface 100 get there. This means that the workpieces are welded together 110 and 120 within the by the two workpieces 110 , 120 jointly formed workpiece volume possible.

Eine solche Verschweißung innerhalb eines durch mindestens zwei Werkstücke ausgebildeten Werkstückvolumens ist bei für einen Bearbeitungsstrahl opaken Werkstoffen nicht möglich.Such a welding within a workpiece volume formed by at least two workpieces is not possible in the case of materials that are opaque to a machining beam.

Das untere Werkstück 120 kann aber auch für den Bearbeitungsstrahl 2 beziehungsweise die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 opak ausgeführt sein. Die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 können aber dennoch durch das obere, für die Bearbeitungsteilstrahlen 20, 22 transparente, Werkstück 110 aus Glas hindurch an die zwischen den beiden Werkstücken 110, 120 liegende Grenzfläche 100 gelangen, um dort eine Verschweißung vorzunehmen.The lower workpiece 120 but can also be used for the machining beam 2 or the processing partial beams 20th , 22nd be made opaque. The machining partial beams 20th , 22nd but can still through the upper, for the processing partial beams 20th , 22nd transparent, workpiece 110 of glass through to the one between the two workpieces 110 , 120 lying interface 100 arrive to make a weld there.

Der Aufbau des optischen Systems 400 entspricht im Übrigen dem zur 3 beschriebenen.The structure of the optical system 400 otherwise corresponds to the 3 described.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all the individual features that are shown in the exemplary embodiments can be combined with one another and / or exchanged without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Vorrichtung zum Durchführen einer Verschweißung von WerkstückenDevice for welding workpieces
100100
GrenzflächeInterface
110110
(oberes) Werkstück(upper) workpiece
112112
obere Oberfläche des oberen Werkstücksupper surface of the upper workpiece
114114
untere Oberfläche des oberen Werkstückslower surface of the upper workpiece
120120
(unteres) Werkstück(lower) workpiece
122122
obere Oberfläche des unteren Werkstücksupper surface of the lower workpiece
124124
untere Oberfläche des unteren Werkstückslower surface of the lower workpiece
22
BearbeitungsstrahlMachining beam
2'2 '
abgelenkter Bearbeitungsstrahldeflected machining beam
2"2 "
abgelenkter Bearbeitungsstrahldeflected machining beam
2020th
BearbeitungsteilstrahlMachining partial beam
2222nd
BearbeitungsteilstrahlMachining partial beam
200200
ProzesszoneProcess zone
210210
SchweißnahtWeld
220220
räumlicher Bereich der Prozesszonespatial area of the process zone
230230
räumlicher Bereich der Prozesszonespatial area of the process zone
240240
räumlicher Bereich der Prozesszonespatial area of the process zone
250250
LaserpulseLaser pulses
252252
BurstBurst
3030th
erstes optisches Element (Linse)first optical element (lens)
3232
akusto-optischer Deflektoracousto-optic deflector
3434
zweites optisches Element (Linse)second optical element (lens)
3636
Blendecover
3838
drittes optisches Element (Linse)third optical element (lens)
4040
StrahlformerBeam shaper
4242
weiteres optisches Element (Linse)further optical element (lens)
400400
optisches Systemoptical system
XX
VerschiebungsrichtungDirection of movement
TPTP
PauseBreak
TBTB
BurstBurst

Claims (15)

Verfahren zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks (110, 120), wobei das Werkstück (110, 120) mit einem Bearbeitungsstrahl (2), bevorzugt einen gepulsten Laserstrahl, besonders bevorzugt einem Ultrakurzpulslaserstrahl, beaufschlagt wird, wobei der Bearbeitungsstrahl (2, 2', 2", 20, 22) zur Ausbildung einer Prozesszone (200) hochdynamisch zwischen mindestens zwei unterschiedlichen räumlichen Bereichen (220, 230) bewegt wird.Method for processing at least one workpiece (110, 120), the workpiece (110, 120) being acted upon by a processing beam (2), preferably a pulsed laser beam, particularly preferably an ultrashort pulse laser beam, the processing beam (2, 2 ', 2 ", 20, 22) is moved highly dynamically between at least two different spatial areas (220, 230) to form a process zone (200). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstrahl (2) zwischen den beiden räumlichen Bereichen (220, 230) mit einer Frequenz von 100kHz bis 10MHz bewegt wird und/oder dass der Bearbeitungsstrahl innerhalb von 10µs bis 0,1µs zwischen den beiden räumlichen Bereichen (220, 230) bewegt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the processing beam (2) is moved between the two spatial areas (220, 230) at a frequency of 100kHz to 10MHz and / or that the processing beam is moved within 10µs to 0.1µs between the two spatial areas (220, 230) is moved. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstrahl (2) mittels eines akusto-optischen Elements (32, 320, 322) bewegt wird, bevorzugt mittels zweier aktusto-optischer Elemente, die unter einem Winkel zueinander orientiert sind.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the processing beam (2) is moved by means of an acousto-optical element (32, 320, 322), preferably by means of two acousto-optical elements which are oriented at an angle to one another. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das akusto-optische Element (32) mit einer sequentiell und/oder zufällig und/oder chaotisch variierenden Schallwelle beaufschlagt wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the acousto-optical element (32) with a sequential and / or random and / or chaotically varying sound wave is applied. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstrahl (2) ein gepulster Laserstrahl ist und die Bewegung zwischen den beiden räumlichen Bereichen (220, 230) in den Pulspausen (TP) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the machining beam (2) is a pulsed laser beam and the movement between the two spatial areas (220, 230) is carried out in the pulse pauses (TP). Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zweier Werkstücke (110, 120) vorgesehen sind, wobei mindestens eines der Werkstücke (110, 120) transparent für den Bearbeitungsstrahl (2) ist, und in den Werkstücken (110, 120) in der Prozesszone (200) eine Schweißnaht (210) ausgebildet wird, wobei der Bearbeitungsstrahl (2) hochdynamisch in mindestens zwei separate Bearbeitungsteilstrahlen (20, 22) aufgeteilt wird und mindestens zwei Bearbeitungsteilstrahlen (20, 22) jeweils unterschiedliche räumliche Bereiche (220, 230) der Prozesszone (200) beaufschlagen und/oder wobei der Bearbeitungsstrahl (2) hochdynamisch bewegt wird und mindestens zwei abgelenkte Bearbeitungsstrahlen (2', 2") jeweils unterschiedliche räumliche Bereiche (220, 230) der Prozesszone (200) beaufschlagen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two workpieces (110, 120) are provided, at least one of the workpieces (110, 120) being transparent to the machining beam (2), and in the workpieces (110, 120) a weld seam (210) is formed in the process zone (200), the machining beam (2) being split in a highly dynamic manner into at least two separate machining partial beams (20, 22) and at least two machining partial beams (20, 22) each having different spatial areas (220, 230) ) act on the process zone (200) and / or the machining beam (2) is moved highly dynamically and at least two deflected machining beams (2 ', 2 ") act on different spatial areas (220, 230) of the process zone (200). Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Bearbeitungsstrahlen (2', 2", 20, 22) einen anderen räumlichen Bereich (220, 230) der Prozesszone (200) beaufschlagt.Procedure according to Claim 6 , characterized in that each of the processing beams (2 ', 2 ", 20, 22) acts on a different spatial area (220, 230) of the process zone (200). Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei um 90° gegeneinander gedrehte akusto-optische Deflektoren vorgesehen sind, mittels welchen eine Ablenkung der Bearbeitungsstrahlen (2', 2", 20, 22) in einer auf den Bearbeitungsstrahl (2) senkrechten Ebene durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that two acousto-optical deflectors rotated by 90 ° against each other are provided, by means of which a deflection of the processing beams (2 ', 2 ", 20, 22) in a direction perpendicular to the processing beam (2) Level is carried out. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstrahl (2, 2', 2", 20, 22) jeweils sequentiell und/oder zufällig und/oder chaotisch unterschiedliche räumliche Bereiche (220, 230) der Prozesszone (200) beaufschlagt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing beam (2, 2 ', 2 ", 20, 22) strikes different spatial areas (220, 230) of the process zone (200) sequentially and / or randomly and / or chaotically . Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstrahlen (2',2", 20, 22) jeweils mittels eines Strahlformers (40) geformt werden, bevor sie die unterschiedlichen räumlichen Bereiche (220, 230) beaufschlagen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing beams (2 ', 2 ", 20, 22) are each shaped by means of a beam shaper (40) before they act on the different spatial areas (220, 230). Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Bearbeitungsteilstrahlen (20, 22) beaufschlagte, sich bildende Prozesszone (200) und die Werkstücke (110, 120) relativ zueinander bewegt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forming process zone (200) acted upon by the partial machining beams (20, 22) and the workpieces (110, 120) are moved relative to one another. Vorrichtung (1) zur Bearbeitung mindestens eines Werkstücks (110, 120), wobei eine Strahlquelle zur Bereitstellung eines Bearbeitungsstrahls (2), bevorzugt eines gepulsten Laserstrahls, besonders bevorzugt eines Ultrakurzpulslaserstrahls, und ein optisches System (400) zur Beaufschlagung mindestens eines Werkstücks (110,120) mit dem Bearbeitungsstrahl (2) vorgesehen sind, wobei das optische System (400) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Bearbeitungsstrahl (2) zur Ausbildung einer Prozesszone (200) hochdynamisch zwischen mindestens zwei unterschiedlichen räumlichen Bereichen (220, 230) zu bewegen.Device (1) for processing at least one workpiece (110, 120), wherein a beam source for providing a processing beam (2), preferably a pulsed laser beam, particularly preferably an ultrashort pulse laser beam, and an optical system (400) for impinging on at least one workpiece (110,120 ) are provided with the processing beam (2), the optical system (400) being designed and set up to move the processing beam (2) in a highly dynamic manner between at least two different spatial areas (220, 230) to form a process zone (200). Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass damit mindestens zwei Werkstücke (110, 120) verschweißbar sind, wobei mindestens eines der Werkstücke (110, 120) transparent für den Bearbeitungsstrahl (2) ist, wobei das optische System (400) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den Bearbeitungsstrahl (2) in mindestens zwei separate Bearbeitungsteilstrahlen (20, 22) aufzuteilen und mit mindestens zwei Bearbeitungsteilstrahlen (20, 22) jeweils unterschiedliche räumliche Bereiche (220, 230) der Prozesszone (200) zu beaufschlagen.Device (1) according to Claim 12 , characterized in that at least two workpieces (110, 120) can be welded with it, at least one of the workpieces (110, 120) being transparent to the machining beam (2), the optical system (400) being designed and set up to Split the machining beam (2) into at least two separate machining partial beams (20, 22) and apply at least two machining partial beams (20, 22) to different spatial areas (220, 230) of the process zone (200). Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (400) einen akusto-optischen Deflektor (32) zur hochdynamischen Bewegung des Bearbeitungsstrahls (2) aufweist.Device (1) according to Claim 12 or 13 , characterized in that the optical system (400) has an acousto-optical deflector (32) for the highly dynamic movement of the machining beam (2). Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (400) zwei akusto-optische Deflektoren aufweist, mittels welchen eine Ablenkung der Bearbeitungsteilstrahlen (20, 22) in einer auf den Bearbeitungsstrahl (2) senkrechten Ebene ermöglicht wird.Device (1) according to Claim 14 , characterized in that the optical system (400) has two acousto-optical deflectors, by means of which a deflection of the processing partial beams (20, 22) is made possible in a plane perpendicular to the processing beam (2).
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