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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung, Rotation und/oder Formung eines Laserstrahls.
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Bei der Laserbearbeitung mit einem direkt schreibenden Verfahren wird der Laserstrahl überwiegend mit Scannern über das Werkstück geführt. Für verschiedene Bearbeitungsvarianten ist es von Vorteil asymmetrische Strahlprofile einzusetzen, um eine optimale Verteilung der Laserstrahlenergie für verbesserte Bearbeitungsergebnisse bzw. höhere Prozessgeschwindigkeiten zu erreichen. Wenn mit einem asymmetrischen Strahlprofil, z.B. einem linienförmigen Strahlquerschnitt, gearbeitet wird, besteht dann die Forderung, den Laserstrahl während seiner Bewegung so zu drehen, dass das nichtrotationssymmetrische Strahlprofil auf dem Werkstück stets in Vorschubbewegungsrichtung des Brennflecks ausgerichtet ist. Bei der Laserbearbeitung bewegen sich die Brennflecke der Laserstrahlen mitunter mit Geschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde. Die Strahlquerschnittsausrichtung muss in diesen Fällen häufig mit extrem hoher Drehbeschleunigung und Drehgeschwindigkeit erfolgen.
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Bei der Laserbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen (ps, fs) wird insbesondere hinsichtlich thermischer Schädigungen ein qualitativ wesentlich besseres Bearbeitungsergebnis als bei Nutzung von ns-Pulsen oder noch längeren einzelnen Pulsen erzielt. Bei konventioneller Fokussierung ist die in ein Werkstück übertragbare Laserenergie bzw. -leistung beschränkt, da es auch bei ultrakurzen Pulsen bei zu hohen Repetitionsraten oder auch zu hohen Pulsleistungsdichten zu einer Wärmeakkumulation kommen kann, die thermische Schädigungen hervorrufen kann. Dies kann umgangen werden, wenn ein linienförmiger Brennfleck auf einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche eingesetzt wird. Mit wachsender Länge dieser Brennfleckgeometrie in eine Achsrichtung kann bei gleichbleibender Pulsleistungsdichte die übertragbare Leistung aufskaliert werden. Für die Realisierung der freien Strahlbewegung mit einem Scanner muss die Brennfleckausrichtung sehr schnell an der gewollten Bahnkurve, entlang der der Brennfleck ausgelenkt bzw. bewegt werden soll, ausgerichtet werden. Für diese Problematik ist also eine extrem schnelle Strahlausrichtung erforderlich.
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Gegenwärtige Aufbauten zu solchen Applikationen sind aufgrund herkömmlicher rotierender die Vorschubbewegung des Brennflecks beeinflussender Elemente(z.B. Rotationsachsen) in den Strahlausrichtungsgeschwindigkeiten und somit dann auch in den maximal möglichen Scannergeschwindigkeiten begrenzt.
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Die Mitdrehung des Laserstrahles bei der Bewegung des Brennflecks wird gegenwärtig auch bei Bohrprozessen realisiert. Dabei wird der Laserstrahl auf einer Kreisbahn geführt und es soll an jedem Punkt der Kreisbahn das Strahlprofil des Laserstrahls die gleiche Richtung zur Außenseite des Kreises der Kreisbahn eingehalten sein, um wirklich ein kreisrundes Loch zu bohren. Solche Vorrichtungen werden gegenwärtig durch mechanisches Drehen von Prismen z.B. ein sogenanntes Dove-Prisma in Trepanierköpfen oder gegebenenfalls auch mit DOE's (Diffraktive Optische Elementen) realisiert. Motorantriebe für solche Optikelemente erlauben nur begrenzte Winkelbeschleunigungen und -geschwindigkeiten, da erhebliche mechanische Massen bewegt werden müssen. Deshalb wurden diese Vorrichtungen bisher nur für konstante Drehgeschwindigkeiten und oder moderate Drehbeschleunigungen bei Bohranwendungen eingesetzt.
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Das Verfahren der schnellen Strahlprofilausrichtung bei freier Bewegung des Laserstrahles ohne Beschränkung auf eine Kreisbewegung wird beispielsweise auch erforderlich, wenn man hohe Laserleistungen ohne wesentliche Verluste über eine sehr dünne Linie eines entsprechend geometrisch geformten Brennflecks übertragen möchte, aber in der zulässigen Leistungsdichte auf dem Werkstück begrenzt ist. Dann könnte eine linienförmig geformte Brennfleckquerschnittsfläche auf die Oberfläche einer Probe oder eines Werkstücks gerichtet werden, der aber entsprechend der Bewegungsrichtung des Laserstrahls auf dem Werkstück ausgerichtet werden muss. Diese Problematik ergibt sich insbesondere beim Einsatz der neuen Ultrakurzpulslaser hoher Leistung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben mit denen eine direkte Laserbearbeitung mit Laserstrahlung hoher Leistung an Werkstückoberflächen, bei sehr hohen Vorschubbewegungsgeschwindigkeiten des jeweiligen Brennflecks eines Laserstrahls in Verbindung mit großen Beschleunigungen erreicht werden können und insbesondere die Möglichkeit besteht, die Ausrichtung eines nichtrotationssymmetrisch geformten Brennflecks in Bezug zu seiner Vorschubbewegungsrichtung in sehr kurzer Zeit vornehmen zu können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Basis der Erfindung ist die Idee, die bei der Strahldrehung erforderliche mechanische Drehung oder Bewegung einer größeren Eigenmasse eines Elements und Antriebes, auf ein Minimum zu reduzieren. Das gelingt durch den Einsatz von leichten optischen Elementen mit einer Laserstrahlung reflektierenden Oberfläche, wie z.B. Planspiegeln als einen Laserstrahl reflektierende optische Elemente an Stelle von Prismen oder DOE's mit ihren sehr massereichen Drehelementen. Ähnlich wie bei einem Laserscanner können die optischen Elemente mit einer reflektierenden Oberfläche dann ebenso schnell durch galvanometerähnliche Antriebe winkelbeschleunigt und dabei gedreht werden. Die erforderlichen hohen Drehgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen, die bei einer schnellen freien Bewegung des Laserstrahles mit Vorschubgeschwindigkeiten im Bereich m/s über ein Werkstück auftreten, können so realisiert werden.
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Ein wesentlicher Bestandteil bei der Erfindung ist ein Körper, der eine reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche aufweist, mit der Laserstrahlung reflektiert werden kann. Dabei sollte zumindest bereichsweise und bevorzugt in mindestens einem Bereich radial umlaufend eine Oberfläche für die jeweilige Laserstrahlung reflektierend sein. Dieser Körper kann in Verbindung mit mindestens einem die jeweilige Laserstrahlung reflektierenden optischen Element eingesetzt werden, um insbesondere die Ausrichtung eines Brennflecks eines Laserstrahls mit nichtrotationssymmetrischer Querschnittsfläche, insbesondere einer linienförmigen Laserstrahlquerschnittsfläche in Bezug zur Vorschubbewegungsrichtung des Brennflecks auf einer zu bearbeitenden Oberfläche, insbesondere einer Werkstückoberfläche anzupassen. Es kann auch die Vorschubbewegungsrichtung des Brennflecks eines Laserstrahls beeinflusst werden.
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Dabei ist eine Vorrichtung so ausgebildet, dass ein Laserstrahl von einer Laserstrahlungsquelle auf eine reflektierende Oberfläche mindestens eines ersten optischen Elements gerichtet ist, wobei die reflektierende Oberfläche so ausgerichtet ist, dass der von dieser Oberfläche reflektierte Laserstrahl auf eine für die Laserstrahlung reflektierende und rotationssymmetrischen Oberfläche eines Körpers auftrifft und von der reflektierenden und rotationssymmetrischen Oberfläche des Körpers in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche oder mindestens eines den einen Laserstrahl in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche ablenkenden optischen Elements gerichtet ist.
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Dies kann einmal dadurch erreicht werden, dass der mindestens eine Laserstrahl nach seiner Reflexion an der reflektierenden und rotationssymmetrischen Oberfläche des Körpers auf eine reflektierende Oberfläche eines zweiten optischen Elements auftrifft.
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In einer zweiten Alternative kann der mindestens eine Laserstrahl auch direkt von der reflektierenden und rotationssymmetrischen Oberfläche des Körpers in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche oder in Richtung eines den einen Laserstrahl in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche ablenkenden optischen Elements ausgerichtet werden. Ein einen Laserstrahl in Richtung einer zu bearbeitenden Oberfläche ablenkendes Element, kann ebenfalls mindestens eine reflektierende Oberfläche aufweisen, mit der durch eine Bewegung, bevorzugt eine Drehung dieses optischen Elements eine ein-, bevorzugt eine zweidimensionale Auslenkung des jeweiligen Laserstrahls möglich ist.
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Der Körper kann ein Zylinder oder Hohlzylinder sein, der an seiner inneren oder äußeren Mantelfläche für die Laserstrahlung reflektierend ausgebildet ist. Er kann aber auch nur ein Teilsegment eines Zylinders oder Hohlzylinders sein, das mindestens 45 °, bevorzugt mindestens 90° des jeweiligen Umfangs umfasst. Dabei kann ein Zylinder oder Hohlzylinder oder ein Teilsegment davon aus einem für die Laserstrahlung transparenten Material bestehen und dabei dann an der äußeren Mantelfläche eine die Laserstrahlung reflektierende rotationssymmetrische Schicht vorhanden sein. In diesem Fall sollte man die optische Brechung des mindestens einen Laserstrahls beim Ein- und Austritt in das und aus dem transparenten Material bei der Strahlausrichtung und der Reflexion an den reflektierenden Oberflächen optischer Elemente berücksichtigen, um die letztendliche Strahlausrichtung für die jeweilige Bearbeitung zu erhalten.
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Ein Hohlzylinder kann alternativ auch an seiner inneren Mantelfläche mit einer entsprechend reflektierenden Schicht versehen sein.
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Bei Einsatz eines Teilsegments kann eine rotierende Auslenkung des Laserstrahls um einen Winkelbetrag, der kleiner als 360 ° je nach Größe des jeweiligen Teilsegments ist, realisiert werden, wobei dies für einige Anwendungen ausreichend sein kann.
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Ein erstes optisches Element kann in einem innen hohlen Element, durch das der einfallende mindestens eine Laserstrahl auf die reflektierende Oberfläche dieses ersten optischen Elements gerichtet ist, angeordnet oder mit dem hohlen Element verbunden sein. Dabei sollten die reflektierenden Oberflächen des ersten optischen Elements und die reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers in einem Winkel größer 0° und kleiner 90° in Bezug zur optischen Achse des in die Vorrichtung einfallenden mindestens einen Laserstrahls ausgerichtet sein. Für eine jeweils senkrechte Strahlumlenkung können diese beiden reflektierenden Oberflächen in einem Winkel von jeweils 45° ausgerichtet sein.
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Mit der Drehbewegung des ersten optischen Elements kann erreicht werden, dass die Auftreffposition des mindestens einen Laserstrahls auf die reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers einer Kreisbahn folgt.
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Das innen hohle Element kann mit dem ersten optischen Element verbunden sein, so dass es bei der Rotation mitgedreht wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei optische Elemente mit reflektierenden Oberflächen zur Strahlablenkung genutzt werden, sollten ein erstes und ein zweites optisches Element synchron um ihre jeweilige, bevorzugt ihre gemeinsame Rotationsachse drehbar sein, so dass der auf die jeweilige reflektierende Oberfläche auftreffende mindestens eine Laserstrahl entsprechend dem jeweiligen Drehwinkel der reflektierenden Oberflächen mitgedreht wird und der Auftreffpunkt des Laserstrahls einer Kreisbahn auf der reflektierenden und rotationssymmetrischen Oberfläche des Körpers folgt. Beide reflektierenden Oberflächen des ersten und des zweiten optischen Elements sollten bei der Drehbewegung den gleichen Drehwinkel aufweisen.
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Bei der Ausführungsform mit nur einem ersten rotierenden optischen Element kann das innen hohle Element mit dem ersten optischen Element translatorisch entlang der optischen Achse des einfallenden Laserstrahls mit dem ersten optischen Element bewegt werden. Dadurch kann die Auftreffposition des mindestens einen an der reflektierenden Oberfläche dieses ersten optischen Elements reflektierten Strahles auf die reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers verändert werden. Da der mindestens eine Laserstrahl auf die reflektierende Oberfläche des Körpers in einem Winkel ungleich 90 °, also auf eine schräg geneigte oder gekrümmte reflektierende rotationssymmetrische Oberfläche auftrifft, kann bei einer Rotationsbewegung des ersten optischen Elements der Radius des einer Kreisbahnbewegung folgenden mindestens einen Laserstrahls beeinflusst werden. Der Radius kann je nach dem bei der translatorischen Bewegung zurück gelegten Weg und/oder dem Abstand zwischen der Oberfläche des ersten optischen Elements und der reflektierenden rotationssymmetrischen Oberfläche Körpers sukzessive oder kontinuierlich verändert werden.
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Der gleiche Effekt kann bei der Ausführungsform mit zwei optischen Elementen oder dem einen ersten optischen Element erreicht werden, indem der Körper ein Zylinder oder Hohlzylinder oder ein Teilsegment mit abgestuftem oder zumindest bereichsweise konischem Innen- und/oder Außendurchmesser oder ein innen und/oder außen rotationssymmetrischer Körper mit zumindest bereichsweise konischer äußerer und/oder innerer Mantelfläche ist. Je nach Auftreffposition des mindestens einen Laserstrahls auf die jeweilige reflektierende Oberfläche bzw. Fläche ergibt sich ein entsprechender Radius auf dem eine Drehung des mindestens einen Laserstrahls bzw. seine Brennfleckvorschubbewegung erfolgt.
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Ein innen rotationssymmetrischer Körper kann mit zumindest bereichsweise konischer äußerer Mantelfläche ausgebildet sein, an der Laserstrahl reflektiert wird, wenn diese für die Laserstrahlung reflektierend ist. Dies kann auch an einer reflektierenden Beschichtung, die dort ausgebildet sein kann, erfolgen. Je nach Abstand der Auftreffposition des mindestens einen Laserstrahls auf die reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers von der Rotationsachse des/der optischen Elemente mit den reflektierenden Oberflächen ist, kann der Radius verändert werden. Dazu kann man bei der Ausführungsform mit einem ersten und einem zweiten optischen Element mindestens das erste optische Element translatorisch in Richtung der optischen Achse des einfallenden Laserstrahls so bewegen, dass der mindestens eine Laserstrahl nach der Reflexion an der reflektierenden Oberfläche des ersten optischen Elements auf eine entsprechende Position auf der reflektierenden und rotationssymmetrischen Oberfläche des Körpers in dieser Achsrichtung auftrifft.
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Durch eine Veränderung des Radius kann der Radius einer kreisförmigen Bewegung des Brennflecks des mindestens einen Laserstrahls bei einer Bearbeitung ebenfalls verändert werden.
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Die reflektierenden Oberflächen der ersten und des zweiten optischen Elements können als ebene planare Flächen ausgebildet sein, wie dies auch bei einfachen Spiegeln der Fall ist. Eine weitere Beeinflussung insbesondere des Strahlquerschnitts und der Divergenz des mindestens einen Laserstrahls kann aber auch durch eine gewölbte Ausführung dieser reflektierenden Oberflächen erreicht werden. Die Wölbung kann dabei so gewählt sein, dass je nach Auftreffposition auf der reflektierenden Oberfläche eine Fokussierung oder Defokussierung des mindestens einen Laserstrahls erreicht werden kann. Bevorzugt ist dabei eine Wölbung, so dass ein dort reflektierter Laserstrahl nach Durchlaufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Strahlquerschnitt eine gleichmäßige Divergenz aufweist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein strahlformendes Element im Strahlengang des einfallenden mindestens einen Laserstrahls bevorzugt vor der reflektierenden Oberfläche des ersten optischen Elements angeordnet sein. Dieses strahlformende Element kann bevorzugt zur Ausbildung eines linienförmigen Strahlquerschnitts des einfallenden mindestens einen Laserstrahls ausgebildet sein. Es kann beispielsweise ein diffraktives optisches Element (DOE) oder ein Zylinderlinsenteleskop sein. Allein oder zusätzlich zu dem strahlformenden Element kann in den Strahlengang auch ein Polarisator angeordnet sein. Dadurch kann ein Laserstrahl mit linienförmigem Strahlquerschnitt und/oder ein polarisierter Laserstrahl während einer Bearbeitung gedreht werden.
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Die Erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch mit mehr als einem Laserstrahl betrieben werden, wobei bevorzugt mehrere Teilstrahlen nach einer Strahlteilung genutzt werden können.
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Ein Besonderer Vorteil der Erfindung ist es, dass die Geschwindigkeit rotativer Strahldrehungen sowohl des Strahlprofils als auch entlang der Vorschubbewegungsbahn des jeweiligen Brennflecks so erhöht werden kann, dass eine Synchronisation dieser Bewegung mit einer Scannerbewegung möglich ist, ohne dass auf Brennfleckvorschubbewegungsgeschwindigkeiten von einigen Metern/Sekunde verzichtet werden muss. Die Erfindung leistet damit einen Beitrag, hohe Laserleistungen z.B. von Ultrakurzpulslasern (aber auch von cw-Lasern) durch die zeitliche und räumliche Verteilung des Energieeintrags über eine große Fläche in ein zu bearbeitendes Werkstück zu erreichen, ohne durch zu hohen thermischen Energieeintrag die Abtragspräzision zu verringern.
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Darüber hinaus bieten sich neue Ansätze für Applikationen an, bei denen wesentlich höhere Drehgeschwindigkeiten und auch Winkelbeschleunigungen realisieren können als das heute möglich ist. Somit werden neue Möglichkeiten für das Laserbohren geschaffen. Durch die hohen Drehgeschwindigkeiten/Drehzahlen können Hochleistungs-Ultrakurzpulslaser mit hohen Repetitionsraten fürs Laserbohren eingesetzt werden, ohne dass Qualitätseinbußen bei Nutzung der vollen Laserleistung zu erwarten sind.
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Letztendlich kann mit der Erfindung die Prozesszeit bei der Lasermaterialbearbeitung mit höheren Laserleistungen bei gleichbleibender Qualität verkürzt werden.
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Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo eine schnelle Drehung von (insbesondere nichtrotationssymmetrisch) geformten Laserstrahlen oder linear polarisierte Laserstrahlen um ihre eigene Achse (Strahlprofilausrichtung) bzw. auf Kreisbahnen vorteilhaft sind. Das ist beispielsweise bei der Lasermikrobearbeitung mit Ultrakurzpulslasern hoher Leistung der Fall. Ebenso kann der Einsatz aber auch bei der Lasermakromaterialbearbeitung mit cw-Lasern erfolgen - z.B. beim Remote-Schneiden. Oftmals überlagert man dort der Scannerbewegung eine zusätzliche Strahl-Wobbelbewegung um eine definierte Leistungsverteilung über die Brennfleckvorschubbewegung zu erzeugen. Diese Funktion kann durch ein strahlformendes Element, das beliebige Leistungsverteilungen ermöglicht, realisiert und mit der erfindungsgemäßen ersten Alternative entlang der Brennfleckvorschubbewegung ausgerichtet werden.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strahlausrichtung ist die Korrektur von optischen Verzeichnungen geformter Laserstrahlquerschnittsflächen bei Auslenkung im Scanfeld von Scannersystemen. Bei der Anwendung von nichtrotaionssymmetrisch geformten Laserstrahlquerschnittsflächen kommt es bei der Auslenkung eines so geformten Laserstrahls in einem Markierfeld einer Scanneroptik zu Fehlern, die sich u.a. in Form einer ungewollten Verdrehung der Strahlprofilorientierung in Abhängigkeit von der Position im Markierfeld zeigen. Diese Verdrehungen lassen sich mithilfe der Erfindung dynamisch während des Scannens korrigieren. Dadurch können größere Bereiche des Markierfeldes ohne bzw. mit geringen otpischen Fehlern ausnutzen.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der ersten Alternative in schematischer Form;
- 2 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der zweiten Alternative in schematischer Form und
- 3 ein Beispiel bei dem ein Körper als Teilsegment bei einer Vorrichtung mit zwei ersten optischen Elementen eingesetzt worden ist.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung ist vorzugsweise für eine schnelle Drehung des Laserstrahles 1 um seine eigene Achse einsetzbar (StrahlprofilAusrichtung). Dabei kann die Ausrichtung eines nichtrotationssymmetrischen Brennflecks in eine bestimmte Achsrichtung erfolgen, die bevorzugt in Bezug zur Vorschubbewegungsrichtung des Brennflecks des Laserstrahls 1 gewählt werden kann.
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Der Laserstrahl 1 wird von einer nichtdargestellten Laserstrahlquelle emittiert und trifft auf einen rotierbaren, verkippten Planspiegel als erstes optisches Element 3.1, der durch einen galvoartigen Antrieb bewegt wird, auf. Gleichzeitig wird ein zweiter symmetrisch angeordneter, um den gleichen Winkel verkippter Planspiegel als zweites optisches Element 3.2 um die gleiche Achse mit dem Antrieb 4 synchron gedreht. Der Laserstrahl 1 wird von der reflektierenden Oberfläche des ersten Planspiegels 3.1 auf die innere die Laserstrahlung reflektierende Oberfläche eines Ringspiegels als innen hohler Körper 5 gerichtet, dort reflektiert und von diesem weiter auf die reflektierende Oberfläche eines zweiten Planspiegels als zweites optisches Element 3.2 gerichtet und mit diesem wieder reflektiert. Die Rotationsachse des ersten und des zweiten Planspiegels 3.1 und 3.2 sowie die Strahleintritts- und Austrittsachse bzw. die optische Achse des einfallenden von der Laserstrahlquelle emittierten Laserstrahls 1 stimmen bei diesem Beispiel überein. Sie können aber auch in einem Abstand zueinander aber mit paralleler Ausrichtung gewählt werden. In diesem Fall kann eine Drehung der Brennfleckvorschubbewegung des Laserstrahls 1 um diese Achse erreicht werden.
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Da lediglich die Planspiegel 3.1 und 3.2 als erste und zweite optische Elemente um eine Rotationsachse gedreht werden müssen, ist die zu bewegende Masse im Vergleich zu herkömmlichen technischen Lösungen klein, so dass hohe Drehzahlen und Winkelbeschleunigungen ohne weiteres beherrschbar sind.
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Für den Antrieb, der zur Drehung der ersten und zweiten optischen Elemente 3.1 und 3.2, also hier der Planspiegel führt, kann man entsprechend wechselnde Magnetfelder nutzen. Man kann aber auch einen gemeinsamen Drehantrieb 4 zwischen erstem und zweiten optischen Element 3.1 und 3.2 einsetzen, dessen Drehmoment und dessen Drehbewegung über mindestens eine Welle zu den optischen Elementen 3.1 und 3.2 übertragen werden können.
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Mit dem in 2 gezeigten Beispiel kann eine Vorschubbewegung des Brennflecks eines Laserstrahls 1 entlang einer Kreisbahn realisiert werden.
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Dabei ist in einem innen hohlen rotierbaren Rohr als ein innen hohler rotationssymmetrischer Körper 8 ein strahlformendes Element 7, mit dem die geometrische Form des Laserstrahlquerschnitts und damit auch die geometrische Form des Brennflecks beeinflusst wird, angeordnet. Außerdem ist ein erstes optisches Element 6 mit einer reflektierenden Oberfläche im drehbaren Rohr 8 fixiert, auf die der in seiner Querschnittsform mittels des strahlformenden Elements 7 veränderte Laserstrahl 1 auftrifft. Die reflektierende Oberfläche dieses ersten optischen Elements 6 ist dabei in einem Winkel ausgerichtet, mit dem der an dieser Oberfläche reflektierte Laserstrahl 1 auf eine reflektierende innere und rotationssymmetrische Oberfläche des innen hohlen Körpers 5 auftrifft. Diese innere Oberfläche des Körpers 5 ist unter Berücksichtigung des Winkels der reflektierenden Oberfläche des ersten optischen Elements 6 ausgerichtet, so dass der an der inneren Oberfläche des Körpers 5 reflektierte Laserstrahl 1 in Richtung eines nicht dargestellten Werkstücks ausgerichtet werden kann.
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Die reflektierenden Oberflächen des ersten optischen Elements 6 und des Körpers 5 sind bei diesem Beispiel in einem Winkel von 45 ° in Bezug zur optischen Achse des einfallenden von der Laserstrahlquelle emittierten Laserstrahls 1 ausgerichtet. Im Rohr 8 ist eine Durchbrechung oder ein Fenster vorhanden, so dass der am ersten optischen Element 6 reflektierte Laserstrahl 1 auf die reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers 5 auftreffen kann.
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Der so beeinflusste Laserstrahl 1 kann mit seiner Brennfleckbewegung einer Kreisbahn folgen. Durch eine Mitrotation des strahlformenden Elementes 7 kann auch eine Drehung des Strahlprofils erreicht werden, um die Ausrichtung des Brennflecks in Bezug zu seiner Vorschubbewegungsrichtung anzupassen.
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Variationen des Kreisdurchmessers sind möglich, indem das Rohr 8 mit der am ersten optischen Element 6 vorhandenen den Laserstrahl 1 reflektierenden Oberfläche, die beispielsweise wie gezeigt um 45° in Bezug zur optischen Achse des einfallenden Laserstrahls 1 geneigt ausgerichtet sein kann, parallel zur optischen Achse des einfallenden Laserstrahls 1 translatorisch bewegbar ist. Dadurch verändert sich entsprechend auch die Auftreffposition des Laserstrahls 1 auf die innere reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers 5 und es kann so der Radius der Kreisbahnbewegung des Laserstrahls, die zu einer kreisförmigen Vorschubbewegung des Brennflecks des Laserstrahls 1 führen kann, beeinflusst werden.
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Ist die innere, reflektierende und rotationssymmetrische Oberfläche des Körpers 5 länger, als in 2 dargestellt ausgeführt, kann der Kreisdurchmesser der Vorschubbewegung des Brennflecks auch über größere Bereiche variiert werden. Durch gleichzeitige Rotation des Rohres 8 und translatorische Relativverschiebung lassen sich so sogar Spiralbahnen realisieren, die auch beim Bohren oft zum Einsatz kommen. Ebenso könnten auch im Durchmesser unterschiedliche reflektierende, innere und rotationssymmetrische Oberflächen an einem oder mehreren in Reihe angeordneten Körper(n) 5 so genutzt werden.
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Der Antrieb des Rohres 8 mit dem ersten optischen Element 6 und dem strahlformenden Element 7 kann mit einem schnellen Antrieb ähnlich einer Spindel in einer Fräsanlage erfolgen. Dadurch sind Drehzahlen von bis zu 100 000 U/min realisierbar. Dies in Verbindung mit einem mitrotierenden strahlformenden Element 7 ist der entscheidende Vorteil dieser Variante. Deshalb eignet sie sich z.B. für das sehr schnelle Schneiden oder ein Bearbeiten von Kreisgeometrien.
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In 3 ist das Beispiel nach 1 dadurch modifiziert worden, in dem ein Teilsegment 5' anstelle eines rotationssymmetrischen Körpers 5 eingesetzt worden ist, so dass keine vollständige Kreisbewegung eines Laserstrahls 1 bzw. seines Brennflecks erreicht werden kann und nur der Bereich bei einer Drehbewegung des Laserstrahls 1 erreicht werden kann, der dem Umfang des Teilsegments 5' als Teil eines rotationssymmetrischen Körpers 5 entspricht. Bei dem gezeigten Beispiel hat das Teilsegment 5' einen Winkel von 90°.
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In nichtdargestellter Form kann bei den in den 1, 2 und 3 gezeigten Beispielen der mindestens eine Laserstrahl 1 nach der letzten Reflexion mittels eines den mindestens einen Laserstrahl in seiner Richtung veränderndem Element weiter abgelenkt werden, um auf eine zu bearbeitende Oberfläche gerichtet zu werden. Ein solches Element kann beispielsweise ein Scannerspiegel sein.
