DE102021120648A1

DE102021120648A1 - Optimization of the cutting process when laser cutting a workpiece

Info

Publication number: DE102021120648A1
Application number: DE102021120648.0A
Authority: DE
Inventors: Jannik Lind; Niklas Weckenmann
Original assignee: Precitec GmbH and Co KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2021-08-09
Publication date: 2023-02-09
Also published as: CN115703173A

Abstract

Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks (1) mittels eines Laserstrahls (10), umfassend: Aufteilen des Laserstrahls (10) durch ein Strahlformungselement (400) in einen Primärstrahl (10a) und mindestens einen Sekundärstrahl (10b), und Einstrahlen des Primärstrahls (10a) und des Sekundärstrahls (10b) entlang eines Schneidpfads, um eine Schnittfuge (3) auszubilden, wobei der Sekundärstrahl (10b) dem Primärstrahl (10a) nachfolgt, wobei in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter zumindest einer der folgenden Aufteilungsparameter eingestellt wird, umfassend eine Anzahl der Sekundärstrahlen (10b), eine Fokuslage des Primärstrahls (10a) und/oder des Sekundärstrahls (10b), ein Fokusdurchmesser des Primärstrahls (10a) und/oder des Sekundärstrahls (10b), eine Leistungsverteilung zwischen dem Primärstrahl (10a) und dem mindestens einen Sekundärstrahl (10b) und einen Abstand zwischen dem Primärstrahl (10a) und dem mindestens einen Sekundärstrahl (10b) eingestellt wird; sowie Laserbearbeitungsvorrichtung mit Steuereinheit (300) zum Ausführen des Verfahrens.Method for cutting a workpiece (1) by means of a laser beam (10), comprising: splitting the laser beam (10) into a primary beam (10a) and at least one secondary beam (10b) by a beam-shaping element (400), and irradiating the primary beam (10a) and the secondary beam (10b) along a cutting path to form a kerf (3), the secondary beam (10b) following the primary beam (10a), wherein at least one of the following splitting parameters is set as a function of at least one process parameter, including a number of Secondary beams (10b), a focus position of the primary beam (10a) and/or the secondary beam (10b), a focus diameter of the primary beam (10a) and/or the secondary beam (10b), a power distribution between the primary beam (10a) and the at least one secondary beam (10b) and a distance between the primary beam (10a) and the at least one secondary beam (10b) is adjusted; and a laser processing device with a control unit (300) for carrying out the method.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.The present invention relates to a method for cutting a workpiece by means of a laser beam and a laser processing device that is set up to carry out the method.

Hintergrundbackground

In einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls wird der von einer Laserstrahlquelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik auf ein zu bearbeitendes Werkstück geleitet, um an einem Laserspot auf dem Werkstück durch Aufschmelzen und/oder Verdampfen von Material eine Schnittfuge auszubilden.In a laser processing device for cutting a workpiece using a laser beam, the laser beam emerging from a laser beam source or from one end of a laser conducting fiber is directed onto a workpiece to be processed with the aid of beam guiding and focusing optics in order to focus on a laser spot on the workpiece by melting and/or evaporating Material to form a kerf.

US 2002/0088784 A1 und US 6,664,504 B2 beschreiben eine Anlage zum Schneiden oder Schweißen mit einem Laserstrahl, bei der ein Hauptlaserstrahl in einen Zentralstrahl und einen peripheren Strahl von ringförmiger oder zylindrischer Form unterteilt wird, wobei der Zentralstrahl auf einen Fokussierungspunkt fokussiert wird und der periphere Strahl auf eine ringförmige Fokussierungszone fokussiert wird, die vom Fokussierungspunkt getrennt ist. US 2002/0088784 A1 and U.S. 6,664,504 B2 describe an installation for cutting or welding with a laser beam, in which a main laser beam is divided into a central beam and a peripheral beam of annular or cylindrical shape, the central beam being focused on a focal point and the peripheral beam being focused on an annular focusing zone which separated from the focus point.

DE 11 2014 006 673 T5 und WO 2016/029396 A1 beschreiben eine optische Linse mit mehreren Brennpunkten auf der optischen Achse, die bei einer Laserverarbeitung angewendet wird. DE 11 2014 006 673 T5 and WO 2016/029396 A1 describe an optical lens having multiple focal points on the optical axis used in laser processing.

DE 10 2008 053 397 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schmelzschneiden von Werkstücken mit Laserstrahlung, bei dem der Neigungswinkel der Schneidfront durch eine Anpassung der radialen Ausdehnung des Laserstrahls in Strahlausbreitungsrichtung eines Laserstrahls und/oder eine der Vorschubbewegung überlagerte Bewegung des Brennpunktes des Laserstrahls verändert wird. DE 10 2008 053 397 A1 describes a method for fusion cutting of workpieces with laser radiation, in which the angle of inclination of the cutting front is changed by adjusting the radial expansion of the laser beam in the beam propagation direction of a laser beam and/or by moving the focal point of the laser beam superimposed on the feed movement.

DE 10 2019 108 681 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Mehrfachspots bei der Lasermaterialbearbeitung durch mehrfache Spiegelung eines Teils des Laserstrahls. In einem Beispiel mit einem Doppelspot bewirkt eine Verschiebung von Spiegeln eine Änderung der Leistungsaufteilung zwischen zwei Teilstrahlen. Mittels der Verkippung eines Spiegels entsteht ein kleiner Winkel zwischen den beiden Teilstrahlen, so dass diese an unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück treffen. DE 10 2019 108 681 A1 describes a device and a method for generating a multiple spot in laser material processing by multiple reflection of a part of the laser beam. In an example with a double spot, shifting mirrors causes a change in the power distribution between two partial beams. By tilting a mirror, a small angle is created between the two partial beams, so that they hit the workpiece at different positions.

DE 10 2018 205 545 A1 beschreibt einen Laserbearbeitungskopf zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, insbesondere zum Laserschneiden, umfassend ein doppelbrechendes Strahlteilerelement zur Aufteilung des Laserstrahls auf zwei Teilstrahlen. Das doppelbrechende Strahlteilerelement hat eine nicht parallel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtete Strahlaustrittsfläche. Eine Fokussieroptik fokussiert die Teilstrahlen. DE 10 2018 205 545 A1 describes a laser processing head for processing a workpiece using a laser beam, in particular for laser cutting, comprising a birefringent beam splitter element for dividing the laser beam into two partial beams. The birefringent beam splitter element has a beam exit surface that is not aligned parallel to the beam entrance surface. A focusing lens focuses the partial beams.

Kurzfassung der ErfindungSummary of the Invention

Beim Laserschneiden nimmt mit zunehmender Schneidgeschwindigkeit an der Schnittfläche die Oberflächenrauigkeit zu, bis der Schnittabriss erreicht wird. Die Ursache hierfür ist eine Abnahme des lokalen Schneidfrontwinkels bzw. ein lokal verringerter Einfallswinkel der Laserstrahlung, welche zu einem lokalen Maximum der absorbierten Bestrahlungsstärke führt. So kann mit zunehmender Schneidgeschwindigkeit die absorbierte Bestrahlungsstärke auf der Schneidfront ungleichmäßig werden, was wiederum zu folgenden Nachteilen führen kann: Durch ein Ansteigen der absorbierten Bestrahlungsstärke kann das Material zu verdampfen beginnen. Dadurch wird lokal ein erhöhtes Materialvolumen aufgeschmolzen. Der Volumenstrom des aufgeschmolzenen Materials wird dann zum großen Teil oberhalb der Verdampfungsposition über die Schnittflächen ausgetrieben. Ein großer Anteil erstarrt dabei auf der Schnittfläche, sodass die Oberflächenrauigkeit zunimmt. Die erzielbare Oberflächenrauigkeit kann daher durch ein Verhältnis zwischen aufgeschmolzenem und ausgetriebenem Material angegeben werden. Wird kein Material mehr von der Werkstückunterseite ausgetrieben, reißt der Schnitt ab.With laser cutting, the surface roughness on the cut surface increases with increasing cutting speed until the cut break is reached. The reason for this is a decrease in the local cutting front angle or a locally reduced angle of incidence of the laser radiation, which leads to a local maximum of the absorbed irradiance. With increasing cutting speed, the absorbed irradiance on the cutting front can become uneven, which in turn can lead to the following disadvantages: An increase in the absorbed irradiance can cause the material to begin to evaporate. As a result, an increased volume of material is locally melted. The volume flow of the melted material is then largely expelled above the evaporation position via the cut surfaces. A large proportion solidifies on the cut surface, so that the surface roughness increases. The achievable surface roughness can therefore be specified by a ratio between melted and expelled material. If no more material is expelled from the underside of the workpiece, the cut breaks off.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls anzugeben, um kostengünstig eine präzise und saubere Ausbildung einer Schnittfuge auch bei einer höheren Schneidgeschwindigkeit und/oder mit einer geringeren Oberflächenrauigkeit der Schnittfläche zu ermöglichen. Es ist wünschenswert, den Laserschneidprozess in Bezug auf die Schneidgeschwindigkeit und/oder die Oberflächenrauigkeit der Schnittfläche zu optimieren, insbesondere bei Materialstärken ≥ 1 mm, oder sogar ≥ 10 mm.It is an object of the present invention to specify a method and a laser processing device for cutting a workpiece using a laser beam in order to enable a precise and clean formation of a kerf even at a higher cutting speed and/or with a lower surface roughness of the cut surface. It is desirable to optimize the laser cutting process in terms of cutting speed and/or the surface roughness of the cut surface, especially for material thicknesses ≥ 1 mm, or even ≥ 10 mm.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved by the features of the independent claim. Features of preferred embodiments are given in the subclaims.

Gemäß einem Aspekt umfasst ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls: Aufteilen des Laserstrahls durch ein Strahlformungselement in einen Primärstrahl und mindestens einen Sekundärstrahl; und Einstrahlen des Primärstrahls und des Sekundärstrahls entlang eines Schneidpfads, um eine Schnittfuge auszubilden, wobei der Sekundärstrahl dem Primärstrahl nachfolgt, wobei in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter zumindest ein Aufteilungsparameter für das Aufteilen des Laserstrahls eingestellt wird, und wobei der zumindest eine Aufteilungsparameter umfasst: eine Anzahl der Sekundärstrahlen, eine Fokuslage des Primärstrahls und/oder des Sekundärstrahls, ein Fokusdurchmesser des Primärstrahls und/oder des Sekundärstrahls, eine Leistung des Primärstrahls und/oder des Sekundärstrahls, eine Leistungsverteilung zwischen dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl und einen Abstand zwischen dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl. Der Abstand zwischen dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl ist durch den (lateralen) Abstand der Foki bzw. der Fokuslagen des Primärstrahls und des Sekundärstrahls definiert und kann auch als Spotabstand (d.h. Abstand zwischen dem sogenannten Primärspot und dem sogenannten Sekundärspot) bezeichnet werden. Der Abstand ist daher unabhängig von einem Arbeitsabstand bzw. Abstand zur Werkstückoberfläche.According to one aspect, a method of cutting a workpiece using a laser beam includes: splitting the laser beam by a beam-shaping element into a primary beam and at least one secondary beam; and Radiating in the primary beam and the secondary beam along a cutting path to form a kerf, with the secondary beam following the primary beam, with at least one splitting parameter for splitting the laser beam being set as a function of at least one process parameter, and with the at least one splitting parameter comprising: a Number of secondary beams, a focal position of the primary beam and/or the secondary beam, a focal diameter of the primary beam and/or the secondary beam, a power of the primary beam and/or the secondary beam, a power distribution between the primary beam and the at least one secondary beam and a distance between the primary beam and the at least one secondary beam. The distance between the primary beam and the at least one secondary beam is defined by the (lateral) distance between the foci or the focal positions of the primary beam and the secondary beam and can also be referred to as the spot distance (ie the distance between the so-called primary spot and the so-called secondary spot). The distance is therefore independent of a working distance or distance to the workpiece surface.

Das Einstrahlen des Primärstrahls und des Sekundärstrahls kann umfassen: Ausbilden eines Primärspots bzw. Hauptlaserspot und mindestens eines Sekundärspots bzw. Nebenlaserspots auf dem Werkstück.The irradiation of the primary beam and the secondary beam can include: forming a primary spot or main laser spot and at least one secondary spot or secondary laser spot on the workpiece.

Die Erfindung basiert auf der Grundidee, durch Aufteilen des Laserstrahls einen doppelten oder mehrfachen Laserspot des Laserstrahls entlang eines Schneidpfads zum Schneiden eines Werkstücks zu erzeugen und durch das Einstellen wenigstens eines Parameters der Aufteilung in Abhängigkeit von einem Prozessparameter einen Energieeintrag in die Bearbeitungszone (insbesondere an Positionen der jeweiligen Laserspots) zu steuern. Es wird somit, dem Primärspot in Schneidrichtung nachfolgend, ein Sekundärspot in der Prozesswechselwirkungszone positioniert. Durch das Einstrahlen des Sekundärstrahls, der dem Primärstrahl nachfolgt, kann gezielt ein lokales Maximum der absorbierten Bestrahlungsstärke auf der Schneidfront bzw. ein Erreichen der Verdampfungstemperatur vermieden werden. Denn der Sekundärstrahl, der dem Primärstrahl in Schneidrichtung nachfolgend positioniert ist, kann eine Abnahme des lokalen Schneidfrontwinkels und einen damit verbundenen ungleichmäßigen Anstieg der absorbierten Bestrahlungsstärkevermeiden. Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Wirkzusammenhänge in der Prozesszone ist es somit möglich, die Aufteilungsparameter gezielt einzustellen und dadurch die maximale Schneidgeschwindigkeit zu steigern und/oder die Oberflächenrauigkeit der Schnittfläche zu reduzieren.The invention is based on the basic idea of generating a double or multiple laser spot of the laser beam along a cutting path for cutting a workpiece by dividing the laser beam and by adjusting at least one parameter of the division depending on a process parameter, an energy input into the processing zone (in particular at positions of the respective laser spots). A secondary spot is thus positioned in the process interaction zone, following the primary spot in the cutting direction. By irradiating the secondary beam, which follows the primary beam, a local maximum of the absorbed irradiance on the cutting front or reaching the vaporization temperature can be avoided in a targeted manner. This is because the secondary beam, which is positioned downstream of the primary beam in the cutting direction, can avoid a decrease in the local cutting front angle and an associated non-uniform increase in the absorbed irradiance. Taking into account the above-described interrelationships in the process zone, it is thus possible to set the distribution parameters in a targeted manner and thereby increase the maximum cutting speed and/or reduce the surface roughness of the cut surface.

Die Aufteilungsparameter sind Parameter des Aufteilens des Laserstrahls in den Primärstrahl und den mindestens einen Sekundärstrahl. In einem Bearbeitungsbereich findet eine Absorption von Laserlicht des Laserstrahls statt, wodurch die Schnittfuge ausgebildet wird. Der Primärstrahl bzw. Hauptlaserstrahl bildet einen Primärlaserfleck bzw. Primärlaserspot bzw. Primärspot bzw. Hauptlaserspot, und der mindestens eine Sekundärstrahl bzw. Nebenlaserstrahl bildet mindestens einen Sekundärlaserfleck bzw. Sekundärlaserspot bzw. Sekundärspot bzw. Nebenlaserspot. Durch die Strahlaufteilung ist der Energieeintrag in das Werkstück auf den Primärlaserspot und den mindestens einen Sekundärlaserspot verteilt, wobei der Sekundärstrahl dem Primärstrahl entlang des Schneidpfads nachfolgt und zumindest einer der Aufteilungsparameter in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter eingestellt wird. Dies ermöglicht eine bessere Steuerung oder Ausführung und Qualität des Schneidprozesses insbesondere bei einer hohen Schneidgeschwindigkeit, und/oder ermöglicht eine höhere Schneidgeschwindigkeit.The splitting parameters are parameters for splitting the laser beam into the primary beam and the at least one secondary beam. An absorption of laser light of the laser beam takes place in a processing area, as a result of which the kerf is formed. The primary beam or main laser beam forms a primary laser spot or primary laser spot or primary spot or main laser spot, and the at least one secondary beam or secondary laser beam forms at least one secondary laser spot or secondary laser spot or secondary spot or secondary laser spot. Due to the beam splitting, the energy input into the workpiece is distributed between the primary laser spot and the at least one secondary laser spot, with the secondary beam following the primary beam along the cutting path and at least one of the splitting parameters being set as a function of at least one process parameter. This enables better control or execution and quality of the cutting process, especially at high cutting speed, and/or enables higher cutting speed.

Die Schneidgeschwindigkeit ist eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Primärstrahl entlang des Schneidpfads und dem Werkstück. Beispielsweise kann der Laserstrahl, z.B. durch Bewegen der den Laserstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungsvorrichtung oder durch eine Scannereinheit in der Laserbearbeitungsvorrichtung, über das Werkstück bewegt werden, und/oder das Werkstück kann mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden.The cutting speed is a relative speed between the primary jet along the cutting path and the workpiece. For example, the laser beam can be moved over the workpiece, e.g., by moving the laser processing device irradiating the laser beam or by a scanner unit in the laser processing device, and/or the workpiece can be moved at a feed rate.

Das Einstellen zumindest eines der Aufteilungsparameter in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter kann insbesondere während des Schneidens erfolgen.At least one of the distribution parameters can be set as a function of at least one process parameter, in particular during cutting.

Vorzugsweise ist der Primärstrahl und/oder der Sekundärstrahl unpolarisiert. Vorzugsweise ist das Strahlformungselement ein nicht-doppelbrechendes optisches Element, d.h. beim Aufteilen des Laserstrahls durch das Strahlformungselement erfolgt keine Doppelbrechung.The primary beam and/or the secondary beam is preferably unpolarized. Preferably, the beam-shaping element is a non-birefringent optical element, i.e. no birefringence occurs when the laser beam is split by the beam-shaping element.

Der Sekundärstrahl folgt dem Primärstrahl nach, d.h. der zumindest eine Sekundärstrahl wird dem Primärstrahl hinterher geführt, in Schneidrichtung nachfolgend. Beim Schneiden trifft somit der Sekundärstrahl nach dem Primärstrahl auf einen jeweiligen Bearbeitungsbereich. Sowohl der Primärstrahl als auch der Sekundärstrahl werden entlang des Schneidpfads eingestrahlt. Beim Schneiden kann somit der Sekundärstrahl auf einen bereits vom Primärstrahl bearbeiteten Bearbeitungsbereich treffen und/oder den Bearbeitungsbereich vergrößern. Durch das Aufteilen des Laserstrahls und Einstellen zumindest eines der Aufteilungsparameter kann die Geometrie der Schneidfront entlang des Schneidpfads und/oder quer dazu beeinflusst oder gesteuert werden.The secondary beam follows the primary beam, ie the at least one secondary beam is guided behind the primary beam, following it in the cutting direction. When cutting, the secondary beam hits a respective processing area after the primary beam. Both the primary beam and the secondary beam are irradiated along the cutting path. When cutting, the secondary beam can thus access a processing area that has already been processed by the primary beam hit and/or increase the editing area. By dividing the laser beam and setting at least one of the dividing parameters, the geometry of the cutting front along the cutting path and/or perpendicular to it can be influenced or controlled.

Der zumindest eine Sekundärstrahl kann beispielsweise auf demselben Pfad geführt werden wie der Primärstrahl, d.h. dieselbe Werkstückoberfläche überstreichen. Einer des zumindest einen Sekundärstrahls kann aber auch quer versetzt zu dem Pfad geführt werden, auf dem der Primärstrahl geführt wird; dabei werden sowohl der Sekundärstrahl als auch der Primärstrahl entlang des Schneidpfads geführt. Der Pfad, auf dem der Primärstrahl geführt wird, wird auch als Primärpfad bezeichnet und entspricht vorzugsweise dem Schneidpfad. Der Sekundärstrahl wird im Nachlauf zum Primärstrahl geführt, vorzugsweise auf dem Primärpfad des Primärstrahls, also auf demselben Pfad wie der Primärstrahl.The at least one secondary beam can, for example, be guided along the same path as the primary beam, i.e. sweep over the same workpiece surface. However, one of the at least one secondary beam can also be guided transversely offset to the path on which the primary beam is guided; both the secondary beam and the primary beam are guided along the cutting path. The path on which the primary beam is guided is also referred to as the primary path and preferably corresponds to the cutting path. The secondary beam follows the primary beam, preferably on the primary path of the primary beam, ie on the same path as the primary beam.

Der Primärstrahl und der mindestens eine Sekundärstrahl werden vorzugsweise in denselben Bearbeitungsbereich eingestrahlt, d.h. in den Wechselwirkungsbereich des Laserstrahls mit dem Werkstück. D.h., sie werden gleichzeitig in denselben Bearbeitungsbereich eingestrahlt. Der Wechselwirkungsbereich kann auch als Prozesswechselwirkungszone bezeichnet werden. Der Wechselwirkungsbereich kann ein Schmelzbad umfassen oder ein Schmelzefilm mit teilweiser auftretender Verdampfung.The primary beam and the at least one secondary beam are preferably radiated into the same processing area, i.e. into the interaction area of the laser beam with the workpiece. That is, they are irradiated simultaneously in the same processing area. The interaction area can also be referred to as the process interaction zone. The interaction area can comprise a melt pool or a melt film with partial evaporation occurring.

In Ausführungsformen können mehrere Sekundärstrahlen hintereinander entlang des Schneidpfads eingestrahlt werden. Vorzugsweise werden sowohl der Primärstrahl als auch die mehreren Sekundärstrahlen hintereinander auf demselben Pfad, z.B. auf dem Schneidpfad, geführt.In embodiments, several secondary beams can be irradiated in succession along the cutting path. Preferably, both the primary beam and the plurality of secondary beams are guided in tandem along the same path, e.g., the cutting path.

Vorzugsweise sind der Primärstrahl und der Sekundärstrahl zueinander versetzt bzw. voneinander beabstandet. Vorzugsweise überlappen sich daher der Primärstrahl und der Sekundärstrahl nicht auf der Werkstückoberfläche und/oder die Foki des Primärstrahls und der Sekundärstrahls überlappen sich vorzugsweise nicht. Vorzugsweise sind der Primärstrahl und der Sekundärstrahl nicht koaxial. Vorzugsweise weisen der Primärstrahl und der Sekundärstrahl jeweils einen punktförmigen oder kreisförmigen Strahlquerschnitt auf. Sie sind somit vorzugsweise nicht ringförmig. Beispielsweise können der Primärstrahl und der jeweilige Sekundärstrahl jeweils einen punktförmigen oder kreisförmigen Laserspot am Werkstück bilden.The primary beam and the secondary beam are preferably offset or spaced apart from one another. The primary beam and the secondary beam therefore preferably do not overlap on the workpiece surface and/or the foci of the primary beam and the secondary beam preferably do not overlap. Preferably, the primary beam and the secondary beam are not coaxial. Preferably, the primary beam and the secondary beam each have a punctiform or circular beam cross section. They are thus preferably non-annular. For example, the primary beam and the respective secondary beam can each form a punctiform or circular laser spot on the workpiece.

Der Primärstrahl und der mindestens eine Sekundärstrahl werden nachfolgend auch als Teilstrahlen bezeichnet.The primary beam and the at least one secondary beam are also referred to below as partial beams.

Das Verfahren zum Schneiden kann beispielsweise ein Verfahren zum Laserschmelzschneiden oder ein Verfahren zum Laserbrennschneiden sein. Insbesondere das Schneiden mit inertem Prozessgas (Laserschmelzschneiden), wie Stickstoff und/oder Argon, welches beispielsweise koaxial zum Bearbeitungslaser aus dem Schneidkopf austritt und auf die Bearbeitungszone einwirkt, profitiert besonderes von dem Verfahren. Beim Laserbrennschneiden kann durch Einstellen des mindestens einen Aufteilungsparameters eine Schlackeanhaftung im Nachlauf der Schnittfuge verhindert werden und ein erfolgreicher Laserschnitt gewährleistet werden.The method for cutting can be, for example, a method for laser fusion cutting or a method for laser flame cutting. In particular, cutting with inert process gas (laser fusion cutting), such as nitrogen and/or argon, which exits the cutting head coaxially to the processing laser and acts on the processing zone, particularly benefits from the process. In the case of laser flame cutting, by setting the at least one distribution parameter, slag adhesion in the wake of the kerf can be prevented and a successful laser cut can be ensured.

Vorzugsweise wird zumindest einer der Aufteilungsparameter eingestellt in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter. Die Prozessparameter können zumindest einen der folgenden Prozessparameter umfassen: Die Schneidgeschwindigkeit, insbesondere die momentane Schneidgeschwindigkeit, die Materialstärke oder Dicke des Werkstücks (insbesondere an der Position der auszubildenden Schnittfuge), die Materialart (z.B. Metall oder Kunststoff) oder das Material (z.B. Kupfer, Stahl, Aluminium) des Werkstücks, eine Düsenart, eine Düsengeometrie, ein Düsenöffnungsdurchmesser, ein Strahlparameterprodukt des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, ein Divergenzwinkel des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, ein Faserdurchmesser einer Lichtleitfaser bzw. eines Lichtleitkabels (zum Einkoppeln des Laserstrahls in den Laserbearbeitungskopf), eine Laserleistung des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, eine Puls-An-Zeit des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, eine Puls-Aus-Zeit des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, eine Pulsspitzenleistung des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, eine Prozessgasart (inert oder reaktiv), einen Prozessgasdruck, ein Prozessgas (z.B. Argon, Sauerstoff, Druckluft, Stickstoff), eine Fokuslage des nicht-aufgeteilten Laserstrahls (insbesondere die Fokuslage in Richtung orthogonal zur Oberfläche des Werkstücks an der Bearbeitungsposition oder in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls), das Abbildungsverhältnis eines optischen Systems einer den Primärstrahl und den Sekundärstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungsvorrichtung, der Fokusdurchmesser des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, der Abstand zum Werkstück (insbesondere der Abstand der Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. des Laserbearbeitungskopfs bzw. der Düse zur Werkstückoberfläche), der Schneidfrontwinkel oder der lokale Einfallswinkel (des Primärstrahls und/oder eines Sekundärstrahls) an der Schneidfront, die Schnitttiefe, die maximale Schnitttiefe, ab der unregelmäßige Riefen auf der Schnittfläche gebildet werden (d.h., die Schnitttiefe, ab der Riefen auf der Schnittfläche beginnen, unregelmäßig zu werden). Das Abbildungsverhältnis kann insbesondere das Abbildungsverhältnis eines Laserbearbeitungskopfs zum Einstrahlen des Primärstrahls und des mindestens einen Sekundärstrahls entlang des Schneidpfads sein, insbesondere das Abbildungsverhältnis eines optischen Systems des Laserbearbeitungskopfs. Das Abbildungsverhältnis kann beispielsweise bei einem über eine Lichtleitfaser zugeführten Laserstrahl das Verhältnis von Fokusdurchmesser zu dem Faserkerndurchmesser sein.At least one of the distribution parameters is preferably set as a function of at least one process parameter. The process parameters can include at least one of the following process parameters: The cutting speed, in particular the current cutting speed, the material thickness or thickness of the workpiece (in particular at the position of the kerf to be formed), the type of material (e.g. metal or plastic) or the material (e.g. copper, steel , aluminum) of the workpiece, a nozzle type, a nozzle geometry, a nozzle opening diameter, a beam parameter product of the non-split laser beam, a divergence angle of the non-split laser beam, a fiber diameter of an optical fiber or an optical fiber cable (for coupling the laser beam into the laser processing head), a Laser power of the non-split laser beam, a pulse-on time of the non-split laser beam, a pulse-off time of the non-split laser beam, a pulse peak power of the non-split laser beam, a process gas type (inert or reactive), a process gas pressure, a pro process gas (e.g. argon, oxygen, compressed air, nitrogen), a focus position of the non-split laser beam (in particular the focus position in the direction orthogonal to the surface of the workpiece at the processing position or in the direction of propagation of the laser beam), the imaging ratio of an optical system of the primary beam and the Secondary beam radiating laser processing device, the focus diameter of the non-split laser beam, the distance to the workpiece (in particular the distance of the laser processing device or the laser processing head or the nozzle to the workpiece surface), the cutting front angle or the local angle of incidence (of the primary beam and / or a secondary beam). of the cutting front, the depth of cut, the maximum depth of cut from which irregular scores are formed on the cut face (ie, the depth of cut from which scores on the cut face begin to become irregular). The imaging ratio can in particular the imaging ratio of a laser processing head for irradiating the Pri March beam and the at least one secondary beam along the cutting path, in particular the imaging ratio of an optical system of the laser processing head. In the case of a laser beam supplied via an optical fiber, for example, the imaging ratio can be the ratio of the focus diameter to the fiber core diameter.

Das Einstrahlen des Primärstrahls und des Sekundärstrahls entlang eines Schneidpfads kann beispielsweise umfassen: Einstellen des Strahlformungselements, wobei eine Position des Sekundärstrahls relativ zum Primärstrahl eingestellt wird. Das Einstellen des Strahlformungselements kann beispielsweise ein Drehen des Strahlformungselements um eine optische Achse des einfallenden Laserstrahls und/oder ein Einstellen einer Einführlänge, um die das Strahlformungselement in den Laserstrahl eingeführt ist, umfassen. Auf diese Weise kann der Sekundärstrahl dem Primärstrahl in einem einstellbaren Abstand und/oder in einer einstellbaren Richtung nachfolgen.The irradiation of the primary beam and the secondary beam along a cutting path can include, for example: adjusting the beam-shaping element, with a position of the secondary beam being adjusted relative to the primary beam. Adjusting the beam-shaping element can include, for example, rotating the beam-shaping element about an optical axis of the incident laser beam and/or adjusting an insertion length by which the beam-shaping element is inserted into the laser beam. In this way, the secondary beam can follow the primary beam at an adjustable distance and/or in an adjustable direction.

In Ausführungsformen werden der Primärstrahl und der Sekundärstrahl durch einen Laserbearbeitungskopf eingestrahlt, wobei der Laserbearbeitungskopf umfasst: das Strahlformungselement zum Aufteilen des Laserstrahls in den Primärstrahl und den mindestens einen Sekundärstrahl. Der Laserbearbeitungskopf kann insbesondere weiter umfassen: eine Kollimationsoptik zum Kollimieren des Laserstrahls und eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls. Der kollimierte Laserstrahl kann ein (annähernd) kollineares Strahlenbündel sein, oder ein Strahlenbündel/Laserstrahl mit gegenüber dem zugeführten Laserstrahl verringerter Divergenz sein. Die Fokussieroptik kann transmittierende und/oder reflektierende optische Elemente, wie bspw. Linsen, Linsenpakete, Spiegel, Spiegelpakete, ein F-Theta-Objektiv, o.ä. umfassen. Das Strahlformungselement ist vorzugsweise separat von der Fokussieroptik. Vorzugsweise ist die Fokussieroptik dem Strahlformungselement nachgeordnet im Strahlengang angeordnet. Das Strahlformungselement kann der Kollimationsoptik nachgeordnet angeordnet sein. Somit kann das Strahlformungselement im kollimierten Laserstrahl angeordnet sein. Insbesondere kann das Strahlformungselement zwischen Kollimationsoptik und Fokussieroptik angeordnet sein. Alternativ kann die Kollimationsoptik dem Strahlformungselement nachgeordnet sein. Somit kann das Strahlformungselement im divergenten (zugeführten) Laserstrahl angeordnet sein.In embodiments, the primary beam and the secondary beam are irradiated by a laser processing head, the laser processing head comprising: the beam-shaping element for splitting the laser beam into the primary beam and the at least one secondary beam. In particular, the laser processing head can further comprise: collimation optics for collimating the laser beam and focusing optics for focusing the laser beam. The collimated laser beam can be an (approximately) collinear bundle of rays or a bundle of rays/laser beam with reduced divergence compared to the supplied laser beam. The focusing optics can include transmitting and/or reflecting optical elements, such as lenses, lens packages, mirrors, mirror packages, an F-Theta lens or the like. The beam shaping element is preferably separate from the focusing optics. The focusing optics are preferably arranged downstream of the beam-shaping element in the beam path. The beam-shaping element can be arranged downstream of the collimation optics. The beam-shaping element can thus be arranged in the collimated laser beam. In particular, the beam-shaping element can be arranged between collimation optics and focusing optics. Alternatively, the collimation optics can be arranged downstream of the beam-shaping element. The beam-shaping element can thus be arranged in the divergent (supplied) laser beam.

Ein Fokus des Primärstrahls und ein Fokus des Sekundärstrahls können beispielsweise im oder unterhalb oder oberhalb des ausgebildeten Primärspots oder Sekundärspots liegen, bzw. auf oder unterhalb oder oberhalb einer Oberfläche des Werkstücks.A focus of the primary beam and a focus of the secondary beam can lie, for example, in or below or above the formed primary spot or secondary spot, or on, below, or above a surface of the workpiece.

Vorzugsweise durchlaufen der Primärstrahl und der wenigstens eine Sekundärstrahl dieselbe (gemeinsame) Kollimationsoptik und/oder Fokussieroptik.The primary beam and the at least one secondary beam preferably pass through the same (common) collimating optics and/or focusing optics.

Das Strahlformungselement kann ein bewegliches oder schaltbares oder deaktivierbares Strahlformungselement sein. Beispielsweise kann die Aufteilung des Laserstrahls in den Primärstrahl und den zumindest einen Sekundärstrahl durch das Strahlformungselement ein- und ausschaltbar sein und/oder das Strahlformungselement aus dem Strahlengang des Laserstrahls herausbewegbar und in den Strahlengang des Laserstrahls hineinbewegbar sein.The beam-shaping element can be a movable or switchable or deactivatable beam-shaping element. For example, the division of the laser beam into the primary beam and the at least one secondary beam can be switched on and off by the beam-shaping element and/or the beam-shaping element can be moved out of the beam path of the laser beam and into the beam path of the laser beam.

In Ausführungsformen umfasst oder ist das Strahlformungselement ein brechendes optisches Element, insbesondere ein nicht-polarisierendes, brechendes optisches Element. Vorzugsweise ist das Strahlformungselement optisch isotrop.In embodiments, the beam-shaping element comprises or is a refractive optical element, in particular a non-polarizing, refractive optical element. The beam-shaping element is preferably optically isotropic.

Lichtbrechung, auch als Brechung oder Diffraktion bezeichnet, tritt beim Durchtritt von Licht durch eine Grenzfläche oder Oberfläche auf, an der sich der Brechungsindex sprunghaft ändert. Lichtbrechung tritt insbesondere auf, wenn das Licht unter einem Winkel ungleich 90° auf die Grenzfläche oder Oberfläche der lichtbrechenden Platte trifft.Refraction of light, also known as refraction or diffraction, occurs when light passes through an interface or surface where the index of refraction changes abruptly. In particular, refraction occurs when light strikes the interface or surface of the refractive plate at an angle other than 90°.

Vorzugsweise ist das Strahlformungselement eingerichtet, den das Strahlformungselement durchlaufenden Sekundärstrahl abzulenken. Beispielsweise kann das Strahlformungselement eine optische Fläche haben, die schräg zu einer Strahlebene des einfallenden Laserstrahls angeordnet ist, beispielsweise eine optische Fläche einer Keilplatte. Als Strahlebene wird eine Ebene bezeichnet, zu der der einfallende Laserstrahl orthogonal (d.h. normal) ist.The beam-shaping element is preferably set up to deflect the secondary beam passing through the beam-shaping element. For example, the beam-shaping element can have an optical surface that is arranged obliquely to a beam plane of the incident laser beam, for example an optical surface of a wedge plate. A beam plane is a plane to which the incident laser beam is orthogonal (i.e., normal).

Das Strahlformungselement kann mindestens eine lichtbrechende Platte umfassen, z.B. eine Keilplatte. Vorzugsweise ist die jeweilige lichtbrechende Platte optisch isotrop.The beam-shaping element may comprise at least one refractive plate, e.g., a wedge plate. Preferably, the respective refractive plate is optically isotropic.

In Ausführungsformen erfolgt das Einstellen des zumindest einen Aufteilungsparameters durch Bewegen des Strahlformungselements.In embodiments, the at least one splitting parameter is adjusted by moving the beam-shaping element.

Ein brechendes optisches Element als Strahlformungselement kann das Einstellen eines Aufteilungsparameters sehr vereinfachen und einen einfachen Aufbau ermöglichen. So kann, anders als beispielsweise bei Verwendung von Spiegeln, ein brechendes optisches Element eine direkte Einstellung eines Aufteilungsparameters ermöglichen, indem beispielsweise das brechende optische Element (oder eine jeweilige lichtbrechende Platte) bewegt (gedreht, gekippt, geschwenkt, verschoben) wird.A refractive optical element as a beam-shaping element can greatly simplify the setting of a splitting parameter and enable a simple structure. In contrast to the use of mirrors, for example, a refractive optical element can enable a splitting parameter to be set directly, for example by using the refractive optical element ment (or a respective refractive plate) is moved (rotated, tilted, pivoted, displaced).

Beispielsweise kann ein Einstellen eines Abstands zwischen dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl durch Drehen des Strahlformungselements oder durch Einstellen eines Anordnungswinkels des Strahlformungselements erfolgen. Somit kann ein Spotabstand einfach eingestellt werden. Beispielsweise kann das Strahlformungselement gedreht werden um eine Achse parallel zur Strahlebene. Der Anordnungswinkel kann ein Winkel einer optischen Fläche des Strahlformungselements in Bezug auf die Strahlebene sein.For example, a distance between the primary beam and the at least one secondary beam can be adjusted by rotating the beam-shaping element or by adjusting an arrangement angle of the beam-shaping element. Thus, a spot distance can be set easily. For example, the beam shaping element can be rotated about an axis parallel to the beam plane. The arrangement angle can be an angle of an optical surface of the beam-shaping element in relation to the beam plane.

Beispielsweise kann ein Einstellen einer Leistungsverteilung zwischen dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl ein Bewegen des Strahlformungselements (z.B. einer lichtbrechenden Platte) oder wenigstens einer lichtbrechenden Platte des Strahlformungselements in einer Richtung quer zur optischen Achse des einfallenden Laserstrahls umfassen. Beispielsweise kann ein Einstellen einer Leistungsverteilung zwischen dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl ein Einstellen einer Überlappung des Strahlformungselements (oder wenigstens einer lichtbrechenden Platte des Strahlformungselements) mit einem Querschnitt des Laserstrahls umfassen.For example, adjusting a power distribution between the primary beam and the at least one secondary beam may include moving the beam-shaping element (e.g., a refracting plate) or at least one refracting plate of the beam-shaping element in a direction transverse to the optical axis of the incident laser beam. For example, adjusting a power distribution between the primary beam and the at least one secondary beam may include adjusting an overlap of the beam-shaping element (or at least one refractive plate of the beam-shaping element) with a cross-section of the laser beam.

Beispielsweise kann ein Einstellen einer Anzahl der Sekundärstrahlen ein Bewegen des Strahlformungselements (z.B. einer lichtbrechenden Platte) oder wenigstens einer lichtbrechenden Platte des Strahlformungselements in einer Richtung quer zur optischen Achse des einfallenden Laserstrahls umfassen.For example, adjusting a number of the secondary beams may include moving the beam-shaping element (e.g., a refracting plate) or at least one refracting plate of the beam-shaping element in a direction transverse to the optical axis of the incident laser beam.

Ein brechendes optisches Element kann auch als lichtbrechendes optisches Element oder refraktives optisches Element bezeichnet werden. Das Strahlformungselement kann beispielsweise mindestens eine Keilplatte, ein Axikonarray, wenigstens ein Linsenpaket, und/oder eine zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls geneigt angeordnete Platte umfassen oder sein. Die Platte kann beispielsweise parallele optische Flächen aufweisen. Eine optische Fläche ist eine Fläche, durch die der mindestens eine Teilstrahl in die lichtbrechende Platte eintritt oder aus der lichtbrechenden Platte austritt. Die optischen Flächen sind einander gegenüberliegende Oberflächen der Platte. Die Platte kann somit auch eine Platte sein, bei der die erste Oberfläche, durch die der Teilstrahl in die Platte eintritt, parallel zu der zweiten Oberfläche ist, durch die der Teilstrahl aus der Platte austritt. Durch Aufteilen des Laserstrahls durch ein brechendes optisches Element kann eine Aufteilung des Laserstrahls mit einer möglichst geringen Anzahl optischer Elemente bewirkt werden. Insbesondere kann eine Verlustleistung des Strahlformungselements minimiert werden.A refractive optical element can also be referred to as a refractive optical element or a refractive optical element. The beam-shaping element can include or be, for example, at least one wedge plate, an axicon array, at least one lens pack, and/or a plate arranged inclined to the direction of propagation of the laser beam. For example, the plate may have parallel optical surfaces. An optical surface is a surface through which the at least one partial beam enters the light-refracting plate or exits the light-refracting plate. The optical faces are opposing surfaces of the disk. The plate can thus also be a plate in which the first surface through which the sub-beam enters the plate is parallel to the second surface through which the sub-beam exits the plate. By splitting the laser beam by a refracting optical element, the laser beam can be split with the smallest possible number of optical elements. In particular, a power loss of the beam shaping element can be minimized.

Beispielsweise kann das Strahlformungselement mindestens eine lichtbrechende Platte aufweisen, wobei jeder lichtbrechenden Platte ein Teilstrahl des Laserstrahls zugeordnet ist, der mindestens durch diese lichtbrechende Platte hindurchtritt. Mehrere lichtbrechende Platten können beispielsweise gestaffelt hintereinander entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls angeordnet sein, wobei vorzugsweise ein erster Teilstrahl (z.B. der Primärstrahl) keine der lichtbrechenden Platten durchläuft, ein zweiter Teilstrahl (z.B. ein erster Sekundärstrahl) nur eine erste lichtbrechende Platte durchläuft und eine jeweiliger weiterer Teilstrahl (z.B. ein weiterer Sekundärstrahl) zusätzlich jeweils eine weitere der lichtbrechenden Platten durchläuft. Mehrere lichtbrechende Platten können beispielsweise nebeneinander in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls versetzt angeordnet sein, wobei ein jeweiliger Teilstrahl (z.B. ein Sekundärstrahl) eine (oder nur eine) jeweilige lichtbrechende Platte durchläuft. Beispielsweise durchläuft ein erster Teilstrahl (z.B. der Primärstrahl) keine der lichtbrechenden Platten.For example, the beam-shaping element can have at least one light-refracting plate, with each light-refracting plate being assigned a partial beam of the laser beam which passes at least through this light-refracting plate. Several light-refracting plates can, for example, be arranged staggered one behind the other along the direction of propagation of the laser beam, with a first partial beam (e.g. the primary beam) not passing through any of the light-refracting plates, a second partial beam (e.g. a first secondary beam) only passing through a first light-refracting plate and a respective further one Each partial beam (e.g. another secondary beam) also passes through another of the light-refracting plates. Several light-refracting plates can, for example, be arranged next to one another in a direction transverse to the direction of propagation of the laser beam, with a respective partial beam (e.g. a secondary beam) passing through one (or only one) respective light-refracting plate. For example, a first sub-ray (e.g. the primary ray) does not pass through any of the refractive plates.

In Ausführungsformen umfasst oder ist das Strahlformungselement mindestens eine lichtbrechende Platte, die in einem Teilquerschnitt des Laserstrahls angeordnet ist, wobei ein Teilstrahl, insbesondere der Primärstrahl, die mindestens eine lichtbrechende Platte nicht durchläuft. Vorzugsweise durchläuft der mindestens eine Sekundärstrahl die mindestens eine lichtbrechende Platte entlang einer Ausbreitungsrichtung. Vorzugsweise ist die lichtbrechende Platte eingerichtet, die lichtbrechende Platte in der Ausbreitungsrichtung durchlaufendes unpolarisiertes Laserlicht unpolarisiert zu belassen. Sie kann beispielsweise nicht-polarisierend sein.In embodiments, the beam-shaping element comprises or is at least one light-refracting plate that is arranged in a partial cross-section of the laser beam, with a partial beam, in particular the primary beam, not passing through the at least one light-refracting plate. The at least one secondary beam preferably passes through the at least one light-refracting plate along a propagation direction. Preferably, the refractive plate is arranged to leave unpolarized laser light passing through the refractive plate in the direction of propagation unpolarized. For example, it may be non-polarizing.

Die lichtbrechende Platte kann auch als brechende Platte oder als refraktive Platte bezeichnet werden. Die lichtbrechende Platte kann eine Keilplatte sein oder parallele optische Flächen aufweisen. Die lichtbrechende Platte ist ein brechendes optisches Element. Vorzugsweise ist die jeweilige lichtbrechende Platte optisch isotrop.The light-refracting plate can also be referred to as a refracting plate or a refractive plate. The refractive plate can be a wedge plate or have parallel optical surfaces. The refractive plate is a refractive optical element. Preferably, the respective refractive plate is optically isotropic.

Der Schritt des Aufteilens des Laserstrahls durch ein Strahlformungselement in einen Primärstrahl und mindestens einen Sekundärstrahl kann beispielsweise ein Schritt des Aufteilens des Laserstrahls durch mindestens eine lichtbrechende Platte in einen Primärstrahl und mindestens einen Sekundärstrahl sein, wobei die mindestens eine lichtbrechende Platte in einem Teilquerschnitt des Laserstrahls angeordnet ist, wobei der Primärstrahl die mindestens eine lichtbrechende Platte nicht durchläuft, und wobei der mindestens eine Sekundärstrahl die mindestens eine lichtbrechende Platte entlang einer jeweiligen Ausbreitungsrichtung durchläuft, wobei die lichtbrechende Platte eingerichtet ist, die lichtbrechende Platte in der Ausbreitungsrichtung durchlaufendes unpolarisiertes Laserlicht unpolarisiert zu belassen.The step of dividing the laser beam by a beam-shaping element into a primary beam and at least one secondary beam can be, for example, a step of dividing the laser beam by at least one light-refracting plate into a primary beam and at least one secondary beam, the at least one light-refracting plate being arranged in a partial cross-section of the laser beam is, wherein the primary beam does not pass through the at least one refractive plate and wherein the at least one secondary beam traverses the at least one photorefractive plate along a respective propagation direction, the photorefracting plate being arranged to leave unpolarized laser light passing through the photorefractive plate in the propagation direction unpolarized.

Die Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Teilstrahls (z.B. Sekundärstrahls) in der Platte kann auch als Durchlaufrichtung, in der der Teilstrahl die Platte durchläuft, bezeichnet werden.The direction of propagation of the respective partial beam (e.g. secondary beam) in the plate can also be referred to as the throughput direction in which the partial beam passes through the plate.

Die lichtbrechende Platte ermöglicht es, den Laserstrahl aufzuteilen, um einen doppelten oder mehrfachen Laserspot des Laserstrahls zu erzeugen, ohne die Polarisationseigenschaften des Laserstrahls zu ändern, indem nur ein Teil des Laserstrahls eine lichtbrechende Platte durchläuft und dadurch gegenüber dem anderen Teil des Laserstrahls abgelenkt wird. Dies ermöglicht es, vorteilhafte Polarisationseigenschaften des Laserstrahls (zumindest für eine Teilstrahl) zu erhalten, insbesondere sowohl für den Primärstrahl als auch für den mindestens einen Sekundärstrahl.The refractive plate makes it possible to split the laser beam to create a double or multiple laser spot of the laser beam without changing the polarization properties of the laser beam, by only part of the laser beam passing through a refractive plate and thereby being deflected with respect to the other part of the laser beam. This makes it possible to obtain advantageous polarization properties of the laser beam (at least for a partial beam), in particular both for the primary beam and for the at least one secondary beam.

Die lichtbrechende Platte ist dazu eingerichtet, unpolarisiertes Laserlicht unpolarisiert zu belassen, insbesondere beim Durchlaufen der lichtbrechenden Platte in der Ausbreitungsrichtung. Sie ist somit eingerichtet, die Polarisationseigenschaften von unpolarisiertem Laserlicht zu erhalten, insbesondere wenn dieses die lichtbrechende Platte in der Ausbreitungsrichtung durchläuft. D.h., die lichtbrechende Platte ist dazu eingerichtet, den Polarisationsgrad von unpolarisiertem Laserlicht zu erhalten. Wenn ein zufällig polarisierter oder unpolarisierter Laserstrahl eingesetzt wird, wird der Laserstrahl also beim Durchlaufen der lichtbrechenden Platte nicht bezüglich seiner Polarisation geändert und insbesondere nicht polarisiert. Dies kann es ermöglichen, ein gewünschtes Intensitätsverhältnis von Primärstrahl und Sekundärstrahl zu erzeugen, ohne dass im Strahlengang des Laserstrahls eine unzulässig hohe Absorption durch eine Strahlaufteilung mittels Polarisation entsteht. Im Unterschied zu einer Strahlaufteilung durch ein doppelbrechendes Element findet keine Polarisation der erzeugten Primär- und Sekundärstrahlen statt, und ein gewünschtes Intensitätsverhältnis kann durch geeignete Anordnung der lichtbrechenden Platte erzeugt werden.The refractive plate is designed to leave unpolarized laser light unpolarized, particularly when traversing the refractive plate in the direction of propagation. It is thus set up to preserve the polarization properties of unpolarized laser light, in particular when this passes through the refractive plate in the direction of propagation. That is, the refractive plate is designed to obtain the degree of polarization of unpolarized laser light. If a randomly polarized or unpolarized laser beam is used, the laser beam is not changed in terms of its polarization when passing through the refractive plate and in particular is not polarized. This can make it possible to generate a desired intensity ratio of primary beam and secondary beam without an impermissibly high absorption occurring in the beam path of the laser beam due to beam splitting by means of polarization. In contrast to beam splitting by a birefringent element, there is no polarization of the generated primary and secondary beams, and a desired intensity ratio can be generated by suitable arrangement of the light-refracting plate.

Beispielsweise kann zumindest einer der Aufteilungsparameter, der in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter eingestellt wird, durch Verstellen der mindestens einen lichtbrechenden Platte eingestellt werden.For example, at least one of the distribution parameters, which is set as a function of at least one process parameter, can be set by adjusting the at least one light-refracting plate.

Ein Teilstrahl, z.B. der Primärstrahl, durchläuft die lichtbrechende Platte nicht. D.h., der betreffende Teilstrahl läuft an der lichtbrechenden Platte vorbei.A partial beam, e.g. the primary beam, does not pass through the refractive plate. This means that the relevant partial beam runs past the light-refracting plate.

In Ausführungsformen ist zumindest einer von dem Laserstrahl, dem Primärstrahl und dem mindestens einen Sekundärstrahl unpolarisiert ist. Unpolarisiertes Licht kann auch als zufällig polarisiertes Licht mit wechselnder zufälliger Polarisation bezeichnet werden.In embodiments, at least one of the laser beam, the primary beam, and the at least one secondary beam is unpolarized. Unpolarized light can also be referred to as randomly polarized light with alternating random polarization.

In Ausführungsformen umfasst das Strahlformungselement mindestens eine lichtbrechende Keilplatte. Die Keilplatte kann die beschriebene lichtbrechende Platte sein.In embodiments, the beam-shaping element comprises at least one refractive wedge plate. The wedge plate can be the refractive plate described.

Beispielsweise kann die Dicke der Keilplatte in einer Richtung von einem Randbereich des Strahlquerschnitts des Laserstrahls zu einer optischen Achse des einfallenden Laserstrahls entsprechend dem Keilwinkel der Keilplatte zu- oder abnehmen. Beispielsweise kann die Keilplatte quer zu dieser Richtung sich beidseitig erstrecken, insbesondere sich beidseitig mindestens über den Strahlquerschnitt des Laserstrahls erstrecken, oder sich beidseitig über den Strahlquerschnitt des Laserstrahls hinaus erstrecken.For example, the thickness of the wedge plate may increase or decrease in a direction from an edge portion of the beam cross section of the laser beam to an optical axis of the incident laser beam according to the wedge angle of the wedge plate. For example, the wedge plate can extend on both sides transversely to this direction, in particular can extend on both sides at least over the beam cross section of the laser beam, or can extend on both sides over the beam cross section of the laser beam.

Vorzugsweise liegt der Keilwinkel der Keilplatte im Bereich von 0,001 rad bis 0,1 rad, bevorzugt im Bereich von 0,001 rad bis 0,01 rad oder sogar von 0,0015 rad bis 0,00567 rad.Preferably, the wedge angle of the wedge plate is in the range from 0.001 rad to 0.1 rad, preferably in the range from 0.001 rad to 0.01 rad, or even from 0.0015 rad to 0.00567 rad.

In Ausführungsformen umfasst das Strahlformungselement mindestens eine lichtbrechende Platte, die an zumindest einer optischen Fläche einen Neigungswinkel zu der Strahlebene des einfallenden Laserstrahls aufweist, wobei der Neigungswinkel innerhalb eines Bereichs von -0,9 rad bis 0,9 rad eingestellt wird, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von von -0,27 rad bis 0,27 rad.In embodiments, the beam-shaping element comprises at least one refractive plate that has an inclination angle to the beam plane of the incident laser beam on at least one optical surface, the inclination angle being set within a range of -0.9 rad to 0.9 rad, preferably within a range from from -0.27 rad to 0.27 rad.

Vorzugsweise ist diese optische Fläche eine Fläche, durch die der betreffende Teilstrahl aus der lichtbrechenden Platte austritt.This optical surface is preferably a surface through which the sub-beam in question emerges from the refractive plate.

Vorzugsweise verläuft diese optische Fläche in einer Richtung von einem Randbereich des Laserstrahls zu einer optischen Achse des einfallenden Laserstrahls entsprechend dem Neigungswinkel schräg zu der Strahlebene. Beispielsweise kann die Keilplatte quer zu dieser Richtung sich beidseitig erstrecken, insbesondere sich beidseitig mindestens über den Strahlquerschnitt des Laserstrahls erstrecken, oder sich beidseitig über den Strahlquerschnitt des Laserstrahls hinaus erstrecken.Preferably, this optical surface extends in a direction from an edge portion of the laser beam to an optical axis of the incident laser beam obliquely to the beam plane according to the inclination angle. For example, the wedge plate can extend on both sides transversely to this direction, in particular can extend on both sides at least over the beam cross section of the laser beam, or can extend on both sides over the beam cross section of the laser beam.

Die lichtbrechende Platte kann eine Keilplatte sein. In dem Fall, dass die lichtbrechende Platte parallele optische Flächen aufweist, ist vorzugsweise der Neigungswinkel ungleich 0,000 rad, d.h., ungleich 0 mrad.The refractive plate can be a wedge plate. In the case that the refractive plate has parallel optical surfaces, preferably, the tilt angle is not equal to 0.000 rad, ie, not equal to 0 mrad.

Vorzugsweise wird ein Abstand d zwischen einem Laserspot des mindestens einen Sekundärstrahls und einem Laserspot des Primärstrahls entlang der der Schneidrichtung innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis 2 mm eingestellt, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,225 mm bis 0,85 mm.A distance d between a laser spot of the at least one secondary beam and a laser spot of the primary beam along the cutting direction is preferably set within a range of 0.1 mm to 2 mm, preferably within a range of 0.225 mm to 0.85 mm.

Vorzugsweise wird ein Leistungsanteil des Primärstrahls bezogen auf die Gesamtleistung des Primärstrahls und des mindestens einen Sekundärstrahls innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 0,9 eingestellt, bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,2 bis 0,8. Der Leistungsanteil kann insbesondere von 0,5 verschieden sein. Bevorzugt hat der Primärstrahl die größte Leistung der Teilstrahlen. Auch ein Leistungsanteil des Primärstrahls kleiner als 0,5 kann Vorteile beim Laserschmelzschneiden und/oder Laserbrennschneiden bringen.A power component of the primary beam, based on the total power of the primary beam and the at least one secondary beam, is preferably set within a range of 0.1 to 0.9, preferably within a range of 0.2 to 0.8. The power component can in particular differ from 0.5. The primary beam preferably has the greatest power of the partial beams. A power component of the primary beam of less than 0.5 can also bring advantages in laser fusion cutting and/or laser flame cutting.

Beispielsweise ist das Werkstück ein metallisches Werkstück, insbesondere aus einer Stahl-Legierung, Aluminium-Legierung, Kupfer-Legierung und/oder Messing-Legierung. Das Werkstück kann insbesondere aus einer Baustahl-Legierung, Edelstahl-Legierung, Aluminium-Legierung, Kupfer-Legierung und/oder Messing-Legierung sein. Das Werkstück kann auch aus Aluminium, Kupfer oder Messing sein.For example, the workpiece is a metallic workpiece, in particular made of a steel alloy, aluminum alloy, copper alloy and/or brass alloy. In particular, the workpiece can be made of a mild steel alloy, stainless steel alloy, aluminum alloy, copper alloy and/or brass alloy. The workpiece can also be made of aluminium, copper or brass.

Das Werkstück hat vorzugweise eine Materialstärke ≥ 1 mm, insbesondere eine Materialstärke ≥ 10 mm. Die Materialstärke ist als Ausdehnung des Werkstücks in Strahlausbreitungsrichtung zu verstehen, d.h. in Richtung der Schnitttiefe.The workpiece preferably has a material thickness of ≧1 mm, in particular a material thickness of ≧10 mm. The material thickness is to be understood as the expansion of the workpiece in the direction of the beam propagation, i.e. in the direction of the cutting depth.

Vorzugsweise weist der Laserstrahl Wellenlängen im infraroten Bereich, beispielsweise zwischen 780 nm und 1400 nm, insbesondere zwischen 1000 nm und 1100 nm, auf. Dies hat den Vorteil, dass eine kostengünstige IR Laserquelle verwendet werden kann. Der Laserstrahl kann aber auch eine Wellenlänge im sichtbaren grünen oder blauen Bereich, insbesondere im Bereich zwischen 400 nm und 450 nm oder zwischen 510 nm und 550 nm, aufweisen.The laser beam preferably has wavelengths in the infrared range, for example between 780 nm and 1400 nm, in particular between 1000 nm and 1100 nm. This has the advantage that an inexpensive IR laser source can be used. However, the laser beam can also have a wavelength in the visible green or blue range, in particular in the range between 400 nm and 450 nm or between 510 nm and 550 nm.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls: einen Laserbearbeitungskopf zum Einstrahlen eines Primärstrahls und mindestens eines Sekundärstrahls entlang eines Schneidpfads, um eine Schnittfuge auszubilden, wobei der Laserbearbeitungskopf ein Strahlformungselement zum Aufteilen des Laserstrahls in den Primärstrahl und den mindestens einen Sekundärstrahl aufweist; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche durchzuführen.According to a further aspect, a laser processing device for cutting a workpiece by means of a laser beam comprises: a laser processing head for radiating a primary beam and at least one secondary beam along a cutting path in order to form a kerf, the laser processing head having a beam-shaping element for dividing the laser beam into the primary beam and the at least one having secondary beam; and a control unit configured to carry out a method according to any one of the preceding claims.

Die Steuereinheit kann insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zum Schneiden eines Werkstücks mittels des Laserstrahls eingerichtet sein.The control unit can be set up in particular to carry out the method described for cutting a workpiece using the laser beam.

Der Laserbearbeitungskopf weist beispielsweise ein Gehäuse und einen darin angeordneten Strahlengang für den Laserstrahl auf, wobei das Strahlformungselement im Strahlengang angeordnet ist. Wie oben beschrieben, kann der Laserbearbeitungskopf das Strahlformungselement, eine Kollimationsoptik und eine Fokussieroptik umfassen und/oder eine Faserbuchse für eine Lichtleitfaser zum Zuführen des Laserstrahls. Der Laserbearbeitungskopf kann eine Bewegungsvorrichtung für das beschriebene Bewegen und/oder Drehen des Strahlformungselements oder des optischen Elements bzw. der lichtbrechenden Platte umfassen.The laser processing head has, for example, a housing and a beam path arranged therein for the laser beam, with the beam-shaping element being arranged in the beam path. As described above, the laser processing head can comprise the beam-shaping element, collimation optics and focusing optics and/or a fiber socket for an optical fiber for feeding in the laser beam. The laser processing head can include a movement device for the described movement and/or rotation of the beam-shaping element or the optical element or the light-refracting plate.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben.

1 zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Prozesswechselwirkungszone beim Schneiden gemäß einem Vergleichsbeispiel;
3 zeigt Röntgen- und Mikroskopaufnahmen eines Schmelzschneidprozesses;
4 zeigt schematisch eine Prozesswechselwirkungszone beim Schneiden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt schematisch das Aufteilen des Laserstrahls durch ein gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 zeigt schematisch das Aufteilen des Laserstrahls durch ein Strahlformungselement in Form einer Keilplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to figures.

1 12 schematically shows a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 shows schematically a process interaction zone in cutting according to a comparative example;
3 shows X-ray and micrographs of a fusion cutting process;
4 FIG. 12 shows schematically a process interaction zone in cutting according to an embodiment of the present invention;
5 shows schematically the splitting of the laser beam by a according to an embodiment of the present invention; and
6 12 shows schematically the splitting of the laser beam by a beam-shaping element in the form of a wedge plate according to an embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments

Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.Unless otherwise noted, the same reference numbers are used below for the same elements and those with the same effect.

1 zeigt schematisch einen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Laserschmelzschneiden eines Werkstücks erläutert, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann auch eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Laserbrennschneiden sein. 1 FIG. 12 shows a schematic configuration of a laser processing apparatus for cutting a workpiece using a laser beam according to an embodiment of the present invention. In the following the invention using the example of a Laser processing device for laser fusion cutting of a workpiece explained, but is not limited to this. The laser processing device can also be a laser processing device for laser flame cutting.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst einen Laserbearbeitungskopf 100 zum Einstrahlen eines Laserstrahls 10 auf ein Werkstück 1. Beispielsweise kann der von einer Laserquelle 200 erzeugte Laserstrahl 10 über eine Lichtleitfaser 210, gegebenenfalls über eine Faserbuchse 220, in den Laserbearbeitungskopf 100 eingekoppelt werden. Der Laserstrahl 10 wird durch ein Strahlformungselement 400 in zwei Teilstrahlen 10a, 10b aufgeteilt, wie beispielhaft in 5 und 6 dargestellt ist. Von den Teilstrahlen 10a, 10b ist ein erster Teilstrahl 10a ein Primärstrahl, und der weitere Teilstrahl (oder die weiteren Teilstrahlen) 10b ist ein Sekundärstrahl, der dem Primärstrahl 10a entlang des Schneidpfads nachfolgt. In 1 verläuft der Schneidpfad von links nach rechts.The laser processing device comprises a laser processing head 100 for radiating a laser beam 10 onto a workpiece 1. For example, the laser beam 10 generated by a laser source 200 can be coupled into the laser processing head 100 via an optical fiber 210, optionally via a fiber socket 220. The laser beam 10 is divided into two partial beams 10a, 10b by a beam-shaping element 400, as shown in FIG 5 and 6 is shown. Of the sub-beams 10a, 10b, a first sub-beam 10a is a primary beam and the further sub-beam (or sub-beams) 10b is a secondary beam which follows the primary beam 10a along the cutting path. In 1 the cutting path runs from left to right.

Das Strahlformungselement 400 umfasst zumindest ein optisches Element, das den Laserstrahl 10 (Bearbeitungsstrahl) transmittiert, etwa ein brechendes optisches Element, mindestens eine lichtbrechende Platte, oder mindestens eine lichtbrechende Keilplatte. Ein optisches System des Laserbearbeitungskopfs 100 umfasst neben dem Strahlformungselement 400 weiter eine Kollimationsoptik 110 und eine Fokussieroptik 120. Vorzugsweise ist das Strahlformungselement 400 im kollimierten Laserstrahl 10, d.h. zwischen der Kollimationsoptik 110 und der Fokussieroptik 120, angeordnet, so dass die Aufteilung in die beiden Teilstrahlen 10a, 10b basierend auf dem näherungsweise kollimierten Laserstrahl 10 erfolgt. Mit anderen Worten kann das Strahlformungselement 400 in Laserstrahlausbreitungsrichtung nach der Kollimationsoptik 110 angeordnet sein. Die beiden Teilstrahlen 10a, 10b können anschließend durch die gemeinsame Fokussieroptik 120 für das Laserschneiden fokussiert werden. Alternativ kann für jeden Teilstrahl 10a, 10b eine separate Fokussieroptik 120 vorgesehen sein, um die Fokuslagen der beiden Teilstrahlen 10, 10b unabhängig voneinander einzustellen.The beam-shaping element 400 comprises at least one optical element that transmits the laser beam 10 (processing beam), such as a refractive optical element, at least one light-refracting plate, or at least one light-refracting wedge plate. In addition to the beam-shaping element 400, an optical system of the laser processing head 100 also includes collimating optics 110 and focusing optics 120. The beam-shaping element 400 is preferably arranged in the collimated laser beam 10, i.e. between the collimating optics 110 and the focusing optics 120, so that the division into the two partial beams 10a, 10b based on the approximately collimated laser beam 10. In other words, the beam-shaping element 400 can be arranged after the collimation optics 110 in the laser beam propagation direction. The two partial beams 10a, 10b can then be focused by the common focusing optics 120 for the laser cutting. Alternatively, separate focusing optics 120 can be provided for each partial beam 10a, 10b in order to set the focal positions of the two partial beams 10, 10b independently of one another.

Das Strahlformungselement 400 kann auch in Laserstrahlausbreitungsrichtung der Kollimationsoptik 110 vorangehend angeordnet sein, wie gestrichelt dargestellt ist, so dass die Aufteilung in die beiden Teilstrahlen 10a, 10b basierend auf dem divergenten Laserstrahl 10 erfolgt.The beam-shaping element 400 can also be arranged in front of the collimation optics 110 in the laser beam propagation direction, as shown in dashed lines, so that the division into the two partial beams 10a, 10b takes place based on the divergent laser beam 10.

Auch wenn vorliegend eine Aufteilung des Laserstrahls 10 in genau zwei Teilstrahlen 10a, 10b beschrieben ist, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. Der Laserstrahl 10 kann in zwei oder mehr Teilstrahlen aufgeteilt werden.Even if a division of the laser beam 10 into exactly two partial beams 10a, 10b is described here, the disclosure is not limited to this. The laser beam 10 can be divided into two or more partial beams.

Beim Laserschneiden wird der Laserstrahl 10 relativ zum Werkstück 1 mit der Schneidgeschwindigkeit s bewegt. Der Laserstrahl 10 oder Bearbeitungsstrahl wird durch das optische System (Bearbeitungsoptik) 110, 120, 400 auf das Werkstück 1 geführt und fokussiert. Dabei bildet jeder der Teilstrahlen 10a, 10b einen Laserspot auf dem Werkstück 1. Die Bearbeitungsoptik und ihre einzelnen Elemente, insbesondere das Strahlformungselement 400, werden durch eine übergeordnete Steuerungseinheit 300 gesteuert, beispielsweise über eine jeweilige zugeordnete Bewegungsvorrichtung. Die Steuereinheit 300 ist insbesondere eingerichtet, ein Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchzuführen.During laser cutting, the laser beam 10 is moved relative to the workpiece 1 at the cutting speed s. The laser beam 10 or processing beam is guided through the optical system (processing optics) 110, 120, 400 onto the workpiece 1 and focused. Each of the partial beams 10a, 10b forms a laser spot on the workpiece 1. The processing optics and its individual elements, in particular the beam-shaping element 400, are controlled by a superordinate control unit 300, for example via a respective associated movement device. The control unit 300 is set up in particular to carry out a method according to embodiments of the present invention.

Ein Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls umfasst die Schritte: Aufteilen des Laserstrahls durch ein Strahlformungselement in einen Primärstrahl und mindestens einen Sekundärstrahl; und Einstrahlen des Primärstrahls und des Sekundärstrahls entlang eines Schneidpfads, um eine Schnittfuge auszubilden, wobei der Sekundärstrahl dem Primärstrahl nachfolgt. Für das Aufteilen des Laserstrahls wird in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter zumindest ein Aufteilungsparameter eingestellt, um einen Energieeintrag in die Prozesswechselwirkungszone gezielt zu steuern. In Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter wird also zumindest ein Aufteilungsparameter für das Aufteilen des Laserstrahls 10 eingestellt. Der zumindest eine Aufteilungsparameter umfasst: eine Anzahl der Sekundärstrahlen 10b, eine Fokuslage des Primärstrahls 10a und/oder des Sekundärstrahls 10b, einen Fokusdurchmesser des Primärstrahls 10a und/oder des Sekundärstrahls 10b, eine Leistung des Primärstrahls 10a und/oder des Sekundärstrahls 10b, eine Leistungsverteilung zwischen dem Primärstrahl 10a und dem mindestens einen Sekundärstrahl 10b und einen Abstand zwischen dem Primärstrahl 10a und dem mindestens einen Sekundärstrahl 10b. Die Prozessparameter können zumindest einen der folgenden Prozessparameter umfassen: Die Schneidgeschwindigkeit, insbesondere die momentane Schneidgeschwindigkeit, die Materialstärke oder Dicke des Werkstücks (insbesondere an der Position der auszubildenden Schnittfuge), die Materialart (z.B. Metall oder Kunststoff) oder das Material (z.B. Kupfer, Stahl, Aluminium) des Werkstücks, eine Prozessgasart (inert oder reaktiv), einen Prozessgasdruck, ein Prozessgas (z.B. Argon, Sauerstoff, Druckluft, Stickstoff), eine Fokuslage des nicht-aufgeteilten Laserstrahls (insbesondere die Fokuslage in Richtung orthogonal zur Oberfläche des Werkstücks an der Bearbeitungsposition oder in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls), das Abbildungsverhältnis eines optischen Systems einer den Primärstrahl und den Sekundärstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungsvorrichtung, der Fokusdurchmesser des nicht-aufgeteilten Laserstrahls, der Abstand zum Werkstück (insbesondere der Abstand der Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. des Laserbearbeitungskopfs bzw. der Düse zur Werkstückoberfläche), der Schneidfrontwinkel oder der lokale Einfallswinkel (des Primärstrahls und/oder eines Sekundärstrahls) an der Schneidfront, die Schnitttiefe, die maximale Schnitttiefe, ab der unregelmäßige Riefen auf der Schnittfläche gebildet werden (d.h., die Schnitttiefe, ab der Riefen auf der Schnittfläche beginnen, unregelmäßig zu werden).A method according to embodiments of the present invention for cutting a workpiece by means of a laser beam comprises the steps of: splitting the laser beam into a primary beam and at least one secondary beam by a beam shaping element; and injecting the primary beam and the secondary beam along a cutting path to form a kerf with the secondary beam trailing the primary beam. For the splitting of the laser beam, at least one splitting parameter is set as a function of at least one process parameter, in order to specifically control an energy input into the process interaction zone. At least one splitting parameter for dividing the laser beam 10 is therefore set as a function of at least one process parameter. The at least one splitting parameter includes: a number of secondary beams 10b, a focus position of primary beam 10a and/or secondary beam 10b, a focus diameter of primary beam 10a and/or secondary beam 10b, a power of primary beam 10a and/or secondary beam 10b, a power distribution between the primary beam 10a and the at least one secondary beam 10b and a distance between the primary beam 10a and the at least one secondary beam 10b. The process parameters can include at least one of the following process parameters: The cutting speed, in particular the current cutting speed, the material thickness or thickness of the workpiece (in particular at the position of the kerf to be formed), the type of material (e.g. metal or plastic) or the material (e.g. copper, steel , aluminum) of the workpiece, a type of process gas (inert or reactive), a process gas pressure, a process gas (e.g. argon, oxygen, compressed air, nitrogen), a focal position of the non-split laser beam (in particular the focal position in the direction orthogonal to the surface of the workpiece at the Processing position or in the direction of propagation of the laser beam), the imaging ratio of an optical system of the primary beam and the secondary beam laser processing device, the focus diameter of the non-split laser beam, the distance to the workpiece (in particular the distance from the laser processing device or the laser processing head or the nozzle to the workpiece surface), the cutting front angle or the local angle of incidence (of the primary beam and/or a secondary beam) at the Cutting front, the depth of cut, the maximum depth of cut at which irregular scores are formed on the cut face (ie, the depth of cut at which scores on the cut face begin to become irregular).

Das Strahlformungselement 400 kann schaltbar sein. Das heißt beispielsweise, das Strahlformungselement 400 kann aus dem Strahlengang des Laserstrahls 10 herausbewegbar sein. Somit ist bei Bedarf auch ein konventionelles Laserschneiden ohne die Aufteilung des Laserstrahls 10 durch das Strahlformungselement 400 möglich.The beam shaping element 400 can be switchable. This means, for example, that the beam-shaping element 400 can be moved out of the beam path of the laser beam 10 . Thus, if required, conventional laser cutting is also possible without the laser beam 10 being split by the beam-shaping element 400 .

Das Strahlformungselement 400 ist gemäß einer Ausführungsform drehbar um die Laserstrahlachse (die optische Achse A des Laserstrahls oder des Strahlengangs). Somit kann bei einer variierenden Schneidrichtung, also einer variierenden Richtung des Schneidpfades, durch Drehen des Strahlformungselements 400 der Sekundärstrahl 10b dem Primärstrahl 10a entlang des Schneidpfads nachgeführt werden. Insbesondere kann beispielsweise das Strahlformungselement 400 in Abhängigkeit der Vorschubrichtung des Werkstücks 1 gesteuert werden.According to one embodiment, the beam-shaping element 400 is rotatable about the laser beam axis (the optical axis A of the laser beam or the beam path). Thus, with a varying cutting direction, ie a varying direction of the cutting path, the secondary beam 10b can track the primary beam 10a along the cutting path by rotating the beam-shaping element 400 . In particular, for example, the beam-shaping element 400 can be controlled as a function of the feed direction of the workpiece 1 .

2 zeigt schematisch ein Vergleichsbeispiel einer Prozesswechselwirkungszone beim Laserschmelzschneiden mit einem einzelnen Laserstrahl 10' mit der Leistung P, der einen einzelnen Laserspot auf dem Werkstück 1 bildet. Im gezeigten Beispiel hat die Schneidfront 2 einen unregelmäßigen Verlauf mit unterschiedlichen lokalen Schneidfrontwinkeln. Als lokaler Schneidfrontwinkel wird der Winkel zwischen der Schneidfront und der Orthogonalen zur Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls 10' bezeichnet. Der Winkel zwischen der lokalen Flächennormalen $\vec{n}$

(Vektor n) der Schneidfront 2 und der Strahlausbreitungsrichtung des einfallenden Laserstrahls 10' wird als lokaler Einfallswinkel θ bezeichnet. Somit entspricht der lokale Schneidfrontwinkel dem lokalen Einfallswinkel θ. 2 shows schematically a comparative example of a process interaction zone in laser fusion cutting with a single laser beam 10 ′ with the power P, which forms a single laser spot on the workpiece 1 . In the example shown, the cutting front 2 has an irregular course with different local cutting front angles. The angle between the cutting front and the orthogonal to the beam propagation direction of the laser beam 10' is referred to as the local cutting front angle. The angle between the local surface normal

\vec{n}

(Vector n) of the cutting front 2 and the beam propagation direction of the incident laser beam 10' is referred to as the local incident angle θ. Thus, the local cutting front angle corresponds to the local angle of incidence θ.

2 zeigt im linken Bereich an der gebildeten Schnittfuge 3 unregelmäßige Riefen 4. Als Trenngrenze (Schnittabriss) wird die Schneidgeschwindigkeit s definiert, ab der keine Trennung des Werkstücks 1 mehr erfolgt. Bei Schneidgeschwindigkeiten s knapp unter der Trenngrenzen oder bei ungünstig gewählten Prozessparametern tritt unter anderem eine schlechte Oberflächenqualität der Schnittflächen auf. Diese schlechte Qualität ist unter anderem gekennzeichnet durch eine ungleichmäßige Riefenbildung, welche für eine hohe Oberflächenrauigkeit sorgt. Unregelmäßige Riefen sind gekennzeichnet durch eine starke lokale Änderung ihres Verlaufs entlang der Schnitttiefe (in Strahlausbreitungsrichtung). Die Schnitttiefe, bei der die Riefen 4 beginnen ungleichmäßig zu werden, entspricht der Schnitttiefe, bei der der lokale Einfallswinkel θ sich unzulässig verringert. In einem solchen Fall tritt an dieser Position eine lokale Verdampfung 6 des Werkstückmaterials auf. 2 shows irregular grooves 4 in the area on the left at the kerf 3 formed. The cutting speed s is defined as the cutting limit (cut break) from which the workpiece 1 is no longer cut. At cutting speeds s just below the separation limits or with unfavorably selected process parameters, poor surface quality of the cut surfaces occurs, among other things. This poor quality is characterized, among other things, by an uneven formation of grooves, which results in a high degree of surface roughness. Irregular grooves are characterized by a strong local change in their course along the cutting depth (in the direction of beam propagation). The depth of cut at which the scores 4 begin to become uneven corresponds to the depth of cut at which the local angle of incidence θ decreases unacceptably. In such a case, local evaporation 6 of the workpiece material occurs at this position.

In 3 sind schematisch Röntgenaufnahmen (obere Reihe) und Mikroskop-Aufnahmen (untere Reihe) eines Schmelzschneidprozesses von Edelstrahl in Abhängigkeit der Schneidgeschwindigkeit s dargestellt. Die Schneidgeschwindigkeit s ist jeweils angegeben. Bei einer Schneidgeschwindigkeit s von 1 m/min ist das Riefenbild regelmäßig ausgebildet. Bei einer Schneidgeschwindigkeit s > 1 m/min ist das Riefenbild unregelmäßig. Mit zunehmender Schneidgeschwindigkeit s ist im Röntgenbild eine lokal größer werdende Ausbeulung (erkennbar durch den hellen Bereich) an der Schneidfront bzw. an den Schnittflächen sichtbar (Pfeil). An dieser Position ist der lokale Einfallswinkel θ geringer. An dieser Position wird die Verdampfungstemperatur des Materials erreicht. An dieser Position wird die Schmelze vermehrt entgegen der Schneidrichtung und/oder orthogonal zur Laserstrahlachse bzw. Strahlausbreitungsrichtung über die Schnittflächen getrieben. An dieser Position wird das Riefenbild in der Mikroskop-Aufnahme unregelmäßig (Pfeil). Bei der höchsten Schneidgeschwindigkeit 2,8 m/min ist ein Schnittabriss erfolgt.In 3 X-ray images (top row) and microscope images (bottom row) of a fusion cutting process by Edelstrahl are shown as a function of the cutting speed s. The cutting speed s is given in each case. At a cutting speed s of 1 m/min, the groove pattern is regular. At a cutting speed s > 1 m/min, the scratch pattern is irregular. With increasing cutting speed s, a locally increasing bulge (recognizable by the light area) on the cutting front or on the cut surfaces is visible in the X-ray image (arrow). At this position, the local angle of incidence θ is smaller. At this point the vaporization temperature of the material is reached. At this position, the melt is increasingly driven across the cut surfaces counter to the cutting direction and/or orthogonal to the laser beam axis or beam propagation direction. At this position, the groove pattern in the microscope image becomes irregular (arrow). At the highest cutting speed of 2.8 m/min, a cut has broken off.

4 zeigt schematisch eine Prozesswechselwirkungszone beim Schneiden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Primärlaserspot durch den Primärstrahl 10a mit der Leistung P₁ und ein Sekundärlaserspot durch den Sekundärstrahl 10b mit der Leistung P₂ gebildet werden. Durch das Strahlformungselement 400, beispielsweise eine Keilplatte, in der Bearbeitungsoptik wird dem Hauptlaserspot des Primärstrahls 10a in Schneidrichtung folgend ein Nebenlaserspot oder Sekundärlaserspot des Sekundärstrahls 10b in die Prozesswechselwirkungszone positioniert. Der Nebenlaserspot des Sekundärstrahls 10b verhindert eine einsetzende Verdampfung, indem vermieden wird, dass der lokale Einfallswinkel θ aufgrund von lokal fehlender absorbierter Energie selbstregulierend verringert wird. Der lokale Einfallswinkel θ wird somit näher bei 90° gehalten. 4 FIG. 12 shows schematically a process interaction zone during cutting according to an embodiment of the present invention, wherein a primary laser spot is formed by the primary beam 10a with the power P ₁ and a secondary laser spot is formed by the secondary beam 10b with the power P ₂ . The beam-shaping element 400, for example a wedge plate, in the processing optics positions a secondary laser spot or secondary laser spot of the secondary beam 10b in the process interaction zone following the main laser spot of the primary beam 10a in the cutting direction. The secondary laser spot of the secondary beam 10b prevents the onset of evaporation by preventing the local angle of incidence θ from being self-regulatingly reduced due to locally absent absorbed energy. The local angle of incidence θ is thus kept closer to 90°.

5 und 6 zeigen schematisch das Aufteilen des Laserstrahls gemäß Ausführungsformen der Erfindung. 5 zeigt ein Strahlformungselement 400 in Form einer Keilplatte 400`, die in einem Teil des Strahlverschnitts des Laserstrahls 10 angeordnet ist. Die Keilplatte 400` hat einen Keilwinkel α. Wie dargestellt, nimmt die Dicke der Keilplatte 400` in einer Richtung von einem Randbereich des Strahlverschnitts des Laserstrahls 10 zu einer optischen Achse A des auf die Keilplatte 400` einfallenden Laserstrahls 10 entsprechend dem Keilwinkel α zu. In Querrichtung dazu, beispielsweise quer zu der lokalen Schneidpfadrichtung, erstreckt sich die Keilplatte 400` beidseitig über den Strahlquerschnitt des Laserstrahls 10. Durch die Keilplatte 400` in der Bearbeitungsoptik wird neben dem Primärlaserspot oder Hauptlaserspot (Leistung P₁) in Schneidrichtung folgend ein Sekundärlaserspot oder Nebenlaserspot (Leistung P₂) in die Prozesswechselwirkungszone positioniert. Die Keilplatte 400` im kollimierten Strahl teilt diesen auf, so dass der Primärlaserspot 10p und der Sekundärlaserspot 10s gebildet werden. Die Laserspots 10p, 10s können sich wie dargestellt in der Ebene E des Strahlfokus des Primärstrahls 10a und des Strahlfokus des Primärstrahls 10b befinden. Sie können sich aber auch oberhalb oder unterhalb der Ebene E der Strahlfokusse befinden. Durch Einstellen einer (lateralen) Position v der Keilplatte 400` in der Richtung R kann der Leistungsanteil P₁/P_ges bzw. P₂/P_ges von P₁ oder P₂ als Aufteilungsparameter eingestellt werden, wobei gilt: P_ges = P₁ + P₂, wobei P_ges die Gesamtleistung des auf das Werkstück 1 eingestrahlten Laserstrahls 10 ist. 5 and 6 12 schematically show splitting of the laser beam according to embodiments of the invention. 5 shows a beam-shaping element 400 in the form of a wedge plate 400`, which is arranged in a part of the beam intersection of the laser beam 10. The Keilplatte 400` has a Keilwin kel α. As illustrated, the thickness of the wedge plate 400` increases in a direction from an edge portion of the beam intersection of the laser beam 10 to an optical axis A of the laser beam 10 incident on the wedge plate 400` according to the wedge angle α. In the transverse direction to this, for example transverse to the local cutting path direction, the wedge plate 400` extends on both sides over the beam cross section of the laser beam _10. The wedge plate 400` in the processing optics creates a secondary laser spot or Secondary laser spot (power P ₂ ) positioned in the process interaction zone. The wedge plate 400` in the collimated beam splits it so that the primary laser spot 10p and the secondary laser spot 10s are formed. As shown, the laser spots 10p, 10s can be located in the plane E of the beam focus of the primary beam 10a and of the beam focus of the primary beam 10b. However, they can also be located above or below the plane E of the beam foci. By setting a (lateral) position v of the wedge plate 400` in the direction R, the power component P ₁ /P _tot or P ₂ /P _tot of P ₁ or P ₂ can be set as a distribution parameter, where: P _tot = P ₁ + P ₂ , where P _tot is the total power of the laser beam 10 radiated onto the workpiece 1 .

Entsprechend der Ausrichtung der Keilplatte 400` mit vom Randbereich des Strahlquerschnitts zur optischen Achse A zunehmender Dicke ist im gebildeten Doppelstrahl der Teilstrahlen 10a, 10b eine Strahltaille 12 ausgebildet.Corresponding to the orientation of the wedge plate 400` with increasing thickness from the edge region of the beam cross section to the optical axis A, a beam waist 12 is formed in the formed double beam of the partial beams 10a, 10b.

Zur Erzeugung mehrerer Sekundärstrahlen 10b und/oder zum Einstellen der Anzahl der Sekundärstrahlen als Aufteilungsparameter kann beispielsweise wenigstens eine weitere Keilplatte 400" vorgesehen sein, die einen anderen Teilquerschnitt des Laserstrahls 10 überdeckt als die erste Keilplatte 400`. Diese kann in entsprechender Weise wie die Keilplatte 400` einstellbar oder verstellbar sein.To generate a plurality of secondary beams 10b and/or to set the number of secondary beams as a distribution parameter, at least one additional wedge plate 400" can be provided, for example, which covers a different partial cross section of the laser beam 10 than the first wedge plate 400`. This can be used in a corresponding manner to the wedge plate 400` adjustable or adjustable.

Weitere Einstellmöglichkeiten der Keilplatte 400` (bzw. 400") sind in 6 veranschaulicht. 6 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach 5. Die in Strahlausbreitungsrichtung hintere der optischen Flächen der Keilplatte 400` weist hier einen Neigungswinkel β zu der Strahlebene S des einfallenden Laserstrahls 10 auf. Dementsprechend weist die in Strahlausbreitungsrichtung erste optische Fläche der Keilplatte 400` einen Neigungswinkel α + β zu der Strahlebene S des einfallenden Laserstrahls auf.Further adjustment possibilities of the wedge plate 400` (or 400") are in 6 illustrated. 6 shows a variant of the embodiment 5 . The optical surface of the wedge plate 400` which is at the rear in the beam propagation direction has an angle of inclination β to the beam plane S of the incident laser beam 10. Accordingly, the first optical surface of the wedge plate 400` in the beam propagation direction has an inclination angle α+β to the beam plane S of the incident laser beam.

Durch Variation des Keilwinkels α wird der Abstand d der Laserspots 10p, 10s als Aufteilungsparameter eingestellt. Durch Einstellen einer Position h (Höhenposition, parallel zur Strahlausbreitungsrichtung) wird der Abstand zwischen der Strahltaille 12 und den Doppelfoki 10p, 10s in Propagationsrichtung des Laserstrahls als Aufteilungsparameter eingestellt. Durch Einstellen des Neigungswinkels β, der auch als Einbauwinkel bezeichnet werden kann, wird der Abstand d der Laserspots 10p, 10s und der Abstand zwischen der Strahltaille 12 und den Doppelfoki 10p, 10s in Propagationsrichtung als Aufteilungsparameter eingestellt. Der Keilwinkel α und der Neigungswinkel β bestimmen, ob der Doppelfokus oberhalb bzw. unterhalb der Strahltaille 12 liegt. Im Falle α - β <0 liegt die Strahltaille 12 unterhalb des Doppelfokus, im Falle α - β >0 liegt die Strahltaille 12 oberhalb des Doppelfokus. In gleicher Weise wie in 5 kann durch Einstellen der Position bzw. des Abstandes v der Leistungsanteil P₁/P_ges des Primärstrahls (mit Leistung P₁) und der Leistungsanteil P₂/P_ges des Sekundärstrahls (mit Leistung P₂) als Aufteilungsparameter eingestellt werden, wobei wiederum gilt: P_ges = P₁ + P₂.The distance d between the laser spots 10p, 10s is set as a distribution parameter by varying the wedge angle α. By setting a position h (height position, parallel to the beam propagation direction), the distance between the beam waist 12 and the double foci 10p, 10s in the propagation direction of the laser beam is set as a splitting parameter. By adjusting the angle of inclination β, which can also be referred to as the installation angle, the distance d between the laser spots 10p, 10s and the distance between the beam waist 12 and the double foci 10p, 10s in the direction of propagation are set as splitting parameters. The wedge angle α and the angle of inclination β determine whether the double focus is above or below the beam waist 12 . In the case of α-β<0, the beam waist 12 is below the double focus, in the case of α-β>0, the beam waist 12 is above the double focus. In the same way as in 5 By setting the position or the distance v, the power component P ₁ /P _tot of the primary beam (with power P ₁ ) and the power component P ₂ /P _tot of the secondary beam (with power P ₂ ) can be set as a splitting parameter, where again the following applies: P _total = P ₁ + P ₂ .

In Experimenten konnte der Einfluss der Doppelfoki im Vergleich zu einem Schneidverfahren mit einem Standard-Laserstrahl, d.h. mit einem Single-Spot Laserstrahl nachgewiesen werden. Beim Schneiden von Edelstrahl von 10 mm bzw. 20 mm mit 6 kW Laserleistung (Gesamtleistung) konnte die maximale Schneidgeschwindigkeit durch geeignete Wahl der Aufteilungsparameter, insbesondere durch geeignete Wahl des Spotabstands und der Leistungsverteilung zwischen dem Primärstrahl 10a und dem Sekundärstrahl 10b, um 19% bzw. um 23% gesteigert werden.In experiments, the influence of the double foci could be demonstrated in comparison to a cutting process with a standard laser beam, i.e. with a single-spot laser beam. When cutting noble beam of 10 mm or 20 mm with 6 kW laser power (total power), the maximum cutting speed could be reduced by 19% or .be increased by 23%.

Die maximale Schneidgeschwindigkeit, die Oberflächenrauigkeit der Schnittfläche und die Bartbildung sind von einer Vielzahl von Parametern abhängig, unter anderem von der lokalen absorbierten Bestrahlungsstärke auf der Schneidfront. Für einen gezielten bzw. gesteuerten Energieeintrag des Bearbeitungslasers in die Bearbeitungszone wird daher gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls der Laserstrahl durch ein Strahlformungselement in einen Primärstrahl und mindestens einen Sekundärstrahl aufgeteilt, und der Primärstrahl und der Sekundärstrahl werden entlang eines Schneidpfads eingestrahlt, um eine Schnittfuge auszubilden, wobei der Sekundärstrahl dem Primärstrahl nachfolgt. Durch Einstellen mindestens eines der Aufteilungsparameter in Abhängigkeit von zumindest einem Prozessparameter kann der Laserschneidprozess in Bezug auf eine maximale Schneidgeschwindigkeit und/oder eine minimale Oberflächenrauigkeit der Schnittfläche optimiert werden, insbesondere bei Materialstärken bzw. Schnitttiefen größer als 1 mm bzw. insbesondere größer als oder gleich 10 mm. Somit kann eine präzise und saubere Ausbildung der Schnittfuge auch bei einer höheren Schneidgeschwindigkeit ermöglicht werden, wobei das Strahlformungselement präzise einstellbar ist und kostengünstig bereitgestellt werden kann.The maximum cutting speed, the surface roughness of the cut surface and the formation of dross depend on a large number of parameters, including the locally absorbed irradiance on the cutting front. For a targeted or controlled energy input of the processing laser into the processing zone, according to the present invention, in a method for cutting a workpiece by means of a laser beam, the laser beam is divided by a beam shaping element into a primary beam and at least one secondary beam, and the primary beam and the secondary beam are along of a cutting path to form a kerf with the secondary beam following the primary beam. By setting at least one of the distribution parameters as a function of at least one process parameter, the laser cutting process can be optimized with regard to a maximum cutting speed and/or a minimum surface roughness of the cut surface, in particular with material thicknesses or cutting depths greater than 1 mm and in particular greater than or equal to 10 mm. This means that the kerf can be formed precisely and cleanly, even at a higher cutting speed be made possible, wherein the beam-shaping element is precisely adjustable and can be provided inexpensively.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US20020088784A1 [0003]
US 6664504 B2 [0003]
DE 112014006673 T5 [0004]
WO 2016029396 A1 [0004]
DE 102008053397 A1 [0005]
DE 102019108681 A1 [0006]
DE 102018205545 A1 [0007]

Claims

Method for cutting a workpiece (1) by means of a laser beam (10), comprising: Splitting the laser beam (10) by a beam shaping element (400) into a primary beam (10a) and at least one secondary beam (10b); and Radiating the primary beam (10a) and the secondary beam (10b) along a cutting path to form a kerf (3), the secondary beam (10b) following the primary beam (10a), wherein at least one splitting parameter for splitting the laser beam (10) is set as a function of at least one process parameter, and wherein the at least one splitting parameter comprises: a number of secondary beams (10b), a focal position of the primary beam (10a) and/or the secondary beam ( 10b), a focus diameter of the primary beam (10a) and/or the secondary beam (10b), a power of the primary beam (10a) and/or the secondary beam (10b), a power distribution between the primary beam (10a) and the at least one secondary beam (10b ) and a distance between the primary beam (10a) and the at least one secondary beam (10b).

procedure after claim 1 , wherein at least one of the splitting parameters is set depending on at least one of the following process parameters: a cutting speed (s), a distance to the workpiece (1), a nozzle type, a nozzle geometry, a nozzle opening diameter, a beam parameter product of the non-split laser beam (10) , a divergence angle of the non-split laser beam (10), a fiber diameter of the optical fiber, a laser power of the non-split laser beam (10), a pulse-on time of the non-split laser beam (10), a pulse-off time of the non-split laser beam (10), a pulse peak power of the non-split laser beam (10), a material thickness of the workpiece (1), a material type or a material of the workpiece (1), an imaging ratio of an optical system (110, 120) of a den Primary beam (10a) and the secondary beam (10b) irradiating laser processing device, a focus position of the non-split Laserstr ahls (10), a focus diameter of the non-split laser beam (10), a local angle of incidence (θ) at the cutting front (2), a process gas, a type of process gas, a process gas pressure, a cutting depth, and a maximum cutting depth from which irregular grooves appear (4) formed on the cut surface.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the beam-shaping element (400) is a refractive optical element and/or a non-polarising, refractive optical element.

Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one splitting parameter is adjusted by moving the beam-shaping element (400).

Method according to one of the preceding claims, wherein the division of the laser beam (10) into the primary beam (10a) and the at least one secondary beam (10b) can be switched on and off by the beam-shaping element (400).

Method according to one of the preceding claims, in which the beam-shaping element (400) can be moved out of the beam path of the laser beam (10) and into the beam path of the laser beam (10).

Method according to one of the preceding claims, wherein the beam-shaping element (400) comprises at least one light-refracting plate (400`) which is arranged in a partial cross-section of the laser beam (10), the primary beam (10a) comprising the at least one light-refracting plate (400`) does not pass through, wherein the at least one secondary beam (10b) passes through the at least one refractive plate (400`) along a direction of propagation.

Method according to one of the preceding claims, wherein the beam-shaping element (400) comprises at least one refractive wedge plate (400`).

procedure after claim 8 , wherein the wedge angle (α) of the wedge plate (400`) is in the range from 0.001 rad to 0.1 rad, preferably in the range from 0.001 rad to 0.01 rad or from 0.0015 rad to 0.00567 rad.

Method according to one of the preceding claims, wherein the beam-shaping element (400) comprises at least one light-refractive plate which has an inclination angle (β) to the beam plane (S) of the incident laser beam (10) on at least one optical surface, the inclination angle (β) is set within a range of from -0.9 rad to 0.9 rad, preferably within a range of from -0.27 rad to 0.27 rad.

Method according to one of the preceding claims, wherein a distance (d) between a laser spot (10s) of the at least one secondary beam (10b) and a laser spot (10p) of the primary beam (10a) along the cutting direction is within a range of 0.05 mm to 4mm is adjusted, preferably within a range of 0.225 mm to 0.85 mm.

Method according to one of the preceding claims, wherein a power component (P ₁ /P _tot ) of the primary beam (10a) in relation to the total power (P _tot ) of the primary beam (10a) and the at least one secondary beam (10b) is within a range of 0.1 to 0.9, preferably within a range of 0.2 to 0.8.

Method according to one of the preceding claims, wherein the workpiece (1) is a metallic workpiece (1), in particular made of a steel alloy, aluminum alloy, copper alloy and/or brass alloy.

Method according to one of the preceding claims, wherein the method is a method for laser fusion cutting and/or a method for laser flame cutting.

Laser processing device for cutting a workpiece (1) by means of a laser beam (10), comprising: a laser processing head for radiating a primary beam (10a) and at least one secondary beam (10b) along a cutting path in order to form a kerf (3), the laser processing head having a beam shaping element (400) for splitting the laser beam (10) into the primary beam (10a) and having the at least one secondary beam (10b); and a control unit (300) which is set up to carry out a method according to any one of the preceding claims.