DE102023200407A1

DE102023200407A1 - Laserlichtprofilmessvorrichtung und laserlichtprofilmessverfahren

Info

Publication number: DE102023200407A1
Application number: DE102023200407.0A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Narita; Toshiya Watanabe; Misaki FUKUYAMA; Takeshi Kaneko; Takayuki Numata
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2023-01-19
Publication date: 2023-08-10
Also published as: JP2023114654A; US20230251128A1

Abstract

Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Reflexionsschwächungsteil, das zumindest einen Teil des aus einer ersten Richtung einfallenden Laserlichts in einer von der ersten Richtung verschiedenen Richtung reflektiert und abschwächt, um ein Messziel-Laserlicht zu erzeugen, das sich in der ersten Richtung ausbreitet, eine Erfassungseinheit, die auf einer Seite des Reflexionsschwächungsteils in der ersten Richtung angeordnet ist und die das Messziel-Laserlicht erfasst, einen Kühlkörper, der zumindest einen Teil des Reflexionsschwächungsteils und der Erfassungseinheit in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die erste Richtung abdeckt, eine Kühlmittelzufuhreinheit, die ein Kühlmittel zwangsweise in Richtung des Kühlkörpers zuführt, und ein Rotationsträgerteil, welches das Reflexionsschwächungsteil, den Kühlkörper und die Kühlmittelzufuhreinheit so trägt, dass diese um eine Rotationsachse, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, drehbar sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Laserlichtprofilmessvorrichtung und ein Laserlichtprofilmessverfahren.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein dreidimensionales additives Fertigungsverfahren namens selektives Laserschmelzen (SLM) ist bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein gewünschtes modelliertes Objekt erhalten, indem ein Prozess der Wärmezufuhr mit Laserlicht auf ein Metallpulver, das in einer Kammer liegt, wiederholt wird und es dann für jede Schicht mehrere Male geschmolzen und ausgehärtet wird.
Um ein zufriedenstellendes geformtes Objekt zu erhalten, ist es notwendig, ein Profil des Laserlichts genau zu bestimmen und einzustellen. Ein Profil des Laserlichts betrifft einen Strahldurchmesser des Laserlichts und eine räumliche Intensitätsverteilung. In einer SLM-Modelliervorrichtung ist es wichtig, ein Profil des Laserlichts, das für die eigentliche Bearbeitung verwendet wird, direkt zu messen. Daher muss eine Messvorrichtung innerhalb der Kammer angeordnet sein. Das japanische Patent Nr. 6384589 offenbart zum Beispiel eine Messvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Abschwächung von Laserlicht und eine Messeinheit zur Messung eines Profils des abgeschwächten Laserlichts umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer SLM-Modelliervorrichtung ist ein quadratischer Bearbeitungsbereich in der Kammer angeordnet. Ein Laserlichtprofil muss selbstverständlich an einem zentralen Abschnitt des Bearbeitungsbereichs gemessen werden, und außerdem muss ein Laserlichtprofil auch an einem Umfangsrandabschnitt davon auf die gleiche Weise gemessen werden. Die im japanischen Patent Nr. 6384589 offenbarte Messvorrichtung ist jedoch nicht nur in Bezug auf die Abmessungen ihres Gehäuses groß, sondern auch nur in der Lage, Laserlicht in einer vorgegebenen Richtung zu messen. Daher besteht das Problem, dass eine genaue Messung eines Laserlichtprofils am Umfangsrandabschnitt, in dem das Laserlicht aus einer anderen Richtung und in einem anderen Winkel als im zentralen Bereich ausgestrahlt wird, nicht durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Ziel davon ist, eine kleinere Laserlichtprofilmessvorrichtung und ein Laserlichtprofilmessverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, ein Laserlichtprofil genauer zu messen.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst eine Laserlichtprofilmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Reflexionsschwächungsteil, das zumindest einen Teil des aus einer ersten Richtung einfallenden Laserlichts in einer von der ersten Richtung verschiedenen Richtung reflektiert und abschwächt, um Messziel-Laserlicht zu erzeugen, das sich in der ersten Richtung ausbreitet, eine Erfassungseinheit, die auf einer Seite des Reflexionsschwächungsteils in der ersten Richtung angeordnet ist und eingerichtet ist, das Messziel-Laserlicht zu erfassen, einen Kühlkörper, der zumindest einen Teil des Reflexionsschwächungsteils und der Erfassungseinheit in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die erste Richtung abdeckt, eine Kühlmittelzufuhreinheit, die eingerichtet ist, ein Kühlmittel zwangsweise in Richtung des Kühlkörpers zuzuführen, und ein Rotationsträgerteil, welches das Reflexionsschwächungsteil, den Kühlkörper und die Kühlmittelzufuhreinheit trägt, um diese um eine Rotationsachse, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, drehen zu können.
Ein Laserlichtprofilmessverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Messung des Laserlichtprofils einer Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend eine Kammer mit einem quadratischen Bearbeitungsbereich, auf dem ein Werkstück angeordnet ist, und eine Laserbestrahlungseinheit, die Laserlicht von einem Bestrahlungspunkt oberhalb auf den Bearbeitungsbereich ausstrahlt und den Bearbeitungsbereich abtastet, und das Laserlichtprofilmessverfahren umfasst einen ersten Schritt, bei dem die oben beschriebene Laserlichtprofilmessvorrichtung an einem zentralen Abschnitt des Bearbeitungsbereichs angeordnet wird, um ein Laserlichtprofil zu messen, und einen zweiten Schritt, bei dem die Laserlichtprofilmessvorrichtung entlang eines Umfangsrandabschnitts des Bearbeitungsbereichs angeordnet wird, um ein Laserlichtprofil sequentiell zu messen, wobei das Rotationsträgerteil gedreht wird, um eine Strahlungsrichtung des Laserlichts mit einer ersten Richtung in dem zweiten Schritt auszurichten.
Ein weiteres Laserlichtprofilmessverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Messung des Laserlichtprofils einer Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend eine Kammer mit einem quadratisch geformten Bearbeitungsbereich, auf dem ein Werkstück angeordnet wird, und eine Laserbestrahlungseinheit, die Laserlicht ausstrahlt, und das Laserlichtprofilmessverfahren umfasst einen Anordnungsschritt, bei dem ein Nahfeldkopplungselement, das zumindest einen Teil des von der Laserbestrahlungseinheit ausgestrahlten Laserlichts reflektiert und abschwächt, um ein Messziel-Laserlicht zu erzeugen, außerhalb der Kammer angeordnet wird, und einen Messschritt, in dem ein Profil des Messziel-Laserlichts gemessen wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine kleinere Laserlichtprofilmessvorrichtung und ein Laserlichtprofilmessverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, ein Laserlichtprofil genauer zu messen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Laserlichtprofilmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkörpers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Ableitteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Laserlichtprofilmessverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand eines zweiten Schrittes des Laserlichtprofilmessverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel eines Kühlkörpers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und ist eine Ansicht aus einer Umfangsrichtung.
8 ist eine Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Kühlkörpers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und ist eine Ansicht aus einer radialen Richtung.
9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
10 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Laserlichtprofilmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Laserlichtprofilmessverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
<Erste Ausführungsform>
Nachfolgend werden eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 und eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
(Konfiguration der Laserbearbeitungsvorrichtung)
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Modelliervorrichtung, die ein dreidimensionales additives Fertigungsverfahren namens selektives Laserschmelzen (SLM) verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein gewünschtes modelliertes Objekt durch wiederholtes Anwenden von Wärme mit Laserlicht auf ein in einer Kammer befindliches Metallpulver und anschließendes Schmelzen und Aushärten für jede einer Vielzahl von Schichten erhalten.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 eine Kammer 10 und eine Laserbestrahlungseinheit 20. Die Kammer 10 hat die Form eines Kastens mit einem quadratischen Bearbeitungsbereich 11 an einer inneren Bodenfläche. Die Laserbestrahlungseinheit 20 strahlt und scannt Laserlicht L von einem oberhalb vorgesehenen Bestrahlungspunkt P auf den Bearbeitungsbereich 11. Wenn das Laserlicht L entlang eines vorbestimmten Weges mit einem Metallpulver bestrahlt und abgetastet wird, das von einer Pulverzufuhrvorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt wird, wird das Metallpulver geschmolzen und ausgehärtet, um eine Schicht des modellierten Objekts auszubilden. Das modellierte Objekt wird durch Wiederholung dieses Vorgangs über eine Vielzahl von Schichten ausgebildet.
(Konfiguration der Laserlichtprofilmessvorrichtung)
Um ein zufriedenstellendes geformtes Objekt durch die oben beschriebene Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zu erhalten, ist es notwendig, ein Profil des Laserlichts L genau zu bestimmen und einzustellen. Das Profil des Laserlichts L betrifft ein Strahldurchmesser des Laserlichts L und eine räumliche Intensitätsverteilung. Die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird verwendet, um ein solches Profil des Laserlichts L an einem zentralen Abschnitt 11a und einem Umfangsrandabschnitt 11b des Bearbeitungsbereichs 11 zu messen. Ferner betrifft der Umfangsrandabschnitt 11b, wie hierin verwendet, einen Eckabschnitt und einen Abschnitt entlang eines Seitenabschnitts des quadratischen Bearbeitungsbereichs 11. Die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 wird verwendet, wobei diese am zentralen Abschnitt 11a und am Umfangsrandabschnitt 11b angeordnet ist.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 ein Reflexionsschwächungsteil 31, eine Erfassungseinheit 32, einen Kühlkörper 33, eine Kühlmittelzufuhreinheit 34 und ein Rotationsträgerteil 35.
Das Reflexionsschwächungsteil 31 reflektiert zumindest einen Teil des einfallenden Laserlichts L in eine von der Einfallsrichtung abweichende Richtung und schwächt verbleibende, nicht reflektierte Anteile, wodurch das Messziel-Laserlicht L3 erzeugt wird. Hier wird die Einfallsrichtung des Laserlichts L als erste Richtung D1 bezeichnet.
Das Reflexionsschwächungsteil 31 umfasst ein Reflexionsschwächungselement 31a und ein Nahfeldkopplungselement 31b. Das Reflexionsschwächungselement 31a ist ein optisches Element, das in einer Plattenform ausgebildet ist und auf einem Weg des Laserlichts L in einem Zustand angeordnet ist, der um etwa 45° in Bezug auf die erste Richtung D1 geneigt ist. Das Reflexionsschwächungselement 31a reflektiert zumindest einen Teil des einfallenden Laserlichts L in eine Richtung, welche die erste Richtung D1 um 90° schneidet, wodurch ein erstes reflektiertes Licht L1 erzeugt wird. Von allen Komponenten des Laserlichts L bewegen sich die restlichen Komponenten mit Ausnahme des ersten reflektierten Lichts L1 in der ersten Richtung D1.
Das Nahfeldkopplungselement 31b ist auf einer Seite des Reflexionsschwächungselements 31a in der ersten Richtung D1, also unterhalb des Reflexionsschwächungselements 31a, vorgesehen. Das Nahfeldkopplungselement 31b ist ein bekanntes optisches Element, wie es beispielsweise in der PCT internationale Veröffentlichungsnr. WO 2017/209277 offenbart ist. Das Nahfeldkopplungselement 31b ist konfiguriert, dass zwei Prismen einander mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegen. Wenn Nahfeldlicht erzeugt und zwischen gegenüberliegenden Flächen gekoppelt wird, ist es möglich, das Verhältnis von Transmission und Reflexion von Licht an den gegenüberliegenden Flächen zu ändern.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn das oben beschriebene Laserlicht L auf das Nahfeldkopplungselement 31b auftrifft, ein Teil der Komponenten reflektiert und bewegt sich in eine andere Richtung als die erste Richtung D1 (zweites reflektiertes Licht L2). Die übrigen Komponenten des Laserlichts L, mit Ausnahme des zweiten reflektierten Lichts L2, durchlaufen das Nahfeldkopplungselement 31b und bewegen sich in der ersten Richtung D1. Das Licht, das auf diese Weise das Reflexionsschwächungselement 31a und das Nahfeldkopplungselement 31b durchläuft und sich in der ersten Richtung D1 ausbreitet, wird als Messziel-Laserlicht L3 bezeichnet. Das Messziel-Laserlicht L3 hat denselben Strahldurchmesser und dieselbe räumliche Intensitätsverteilung wie das ursprüngliche Laserlicht L, während die Intensität im Vergleich zum ursprünglichen Laserlicht L reduziert ist.
Die Erfassungseinheit 32 ist unterhalb des Reflexionsschwächungsteils 31 (auf einer Seite in der ersten Richtung D1) angeordnet. Die Erfassungseinheit 32 ist z.B. eine CCD-Kamera. Die Erfassungseinheit 32 erfasst das Messziel-Laserlicht L3 und überträgt es als Bilddaten an eine externe Berechnungsvorrichtung oder dergleichen. Ein Laserlichtprofil des Messziel-Laserlichts L3 kann durch eine Berechnung durch die Berechnungsvorrichtung erhalten werden.
Das Reflexionsschwächungsteil 31 und die oben beschriebene Erfassungseinheit 32 werden von einem Tragrahmen 31c getragen. Der Tragrahmen 31c umfasst eine erste Öffnung 31d zum Leiten des ersten reflektierten Lichts L1 nach außen und eine zweite Öffnung 31e zum Leiten des zweiten reflektierten Lichts L2 nach außen. Der Tragrahmen 31c ist von der Kühlmittelzufuhreinheit 34 (wird später beschrieben) von einer Seite (Unterseite) in der ersten Richtung D1 getragen.
Der Kühlkörper 33 ist an einer äußeren Umfangsseite des Reflexionsschwächungsteils 31 und der Erfassungseinheit 32 vorgesehen. Der Kühlkörper 33 bedeckt zumindest einen Teil des Reflexionsschwächungsteils 31 und der Erfassungseinheit 32 in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die erste Richtung D1. In der vorliegenden Ausführungsform hat der Kühlkörper 33 eine zylindrische Form, die das Reflexionsschwächungsteil 31 und die Erfassungseinheit 32 in der gesamten Umfangsrichtung abdeckt.
Der Kühlkörper 33 umfasst ein Zylinderteil 33a, Rippen 33b, eine Hitzeschildplatte 33c und ein wärmeisolierendes Material 33d. Das Zylinderteil 33a hat eine zylindrische Form, die entlang der ersten Richtung D1 zentriert ist. Die Rippen 33b ragen von einer äußeren Umfangsfläche des Zylinderteils 33a radial nach außen und sind in der Umfangsrichtung in Abständen angeordnet. Die Rippen 33b haben jeweils eine Plattenform, die sich durchgehend in der ersten Richtung D1 des Zylinderteils 33a erstreckt.
Wie in 3 dargestellt, ist die Rippe 33b so geformt, dass deren Umfangsdicke von einer radialen Innenseite zu einer Außenseite hin allmählich zunimmt, wenn aus der ersten Richtung D1 gesehen. Dadurch hat ein Raum zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Rippen 33b eine rechteckige Form, wenn aus der ersten Richtung D1 gesehen. Ferner dient ein Raum zwischen den Rippen 33b als Kühlmittelströmungsweg F, durch den Luft als Kühlmittel strömt, was später beschrieben wird.
Wie in 2 dargestellt, sind die Rippen 33b durch doppelte konzentrische Hitzeschildplatten 33c abgedeckt, die von einer äußeren Umfangsseite eine zylindrische Form haben. Es ist vorteilhaft, dass die Hitzeschildplatten 33c z.B. aus Aluminium hergestellt sind. Zwischen den Hitzeschildplatten 33c ist ein sich in radialer Richtung erstreckender Spalt gebildet. In den Spalt strömt auch ein Teil der Luft als Kühlmittel, das später beschrieben wird. An einer weiteren äußeren Umfangsseite der äußeren Hitzeschildplatte 33c ist das wärmeisolierende Material 33d vorgesehen.
Hier ist in einem Bereich des Zylinderteils 33a eine Öffnung 33g ausgebildet, durch die das erste reflektierte Licht L1 hindurchtritt. Ferner ist an der äußeren Umfangsseite der Öffnung 33g ein Ableitteil 33f vorgesehen. Das heißt, die oben beschriebenen Rippen 33b sind nicht in dem Bereich vorgesehen, in dem das Ableitteil 33f vorgesehen ist. Das Ableitteil 33f ist zur Abschwächung des ersten reflektierten Lichts L1 vorgesehen. Wie in 4 dargestellt, umfasst das Ableitteil 33f ein konisches Teil 331 und ein äußeres Umfangswandteil 332. Das konische Teil 331 hat eine konische Form mit einem Durchmesser, der allmählich zu einer vorderen Seite in einer Ausbreitungsrichtung des ersten reflektierten Lichts L1 (d.h. radial nach außen in Bezug auf die erste Richtung D1) zunimmt. Das äußere Umfangswandteil 332 hat eine zylindrische Form, die das konische Teil 331 von außen abdeckt.
Das erste reflektierte Licht L1, das auf das Ableitteil 33f einfällt, durchläuft einen Scheitelteil des konischen Teils 331, wiederholt die Reflexion zwischen einer inneren Umfangsfläche des äußeren Umfangswandteils 332 und einer äußeren Umfangsfläche des konischen Teils 331 und wird schließlich gestreut und abgeschwächt.
Wie in 2 dargestellt, ist die Kühlmittelzufuhreinheit 34 auf einer Seite des Reflexionsschwächungsteils 31, der Erfassungseinheit 32 und des Kühlkörpers 33 in der ersten Richtung D1 vorgesehen, d.h. unterhalb des Reflexionsschwächungsteils 31, der Erfassungseinheit 32 und des Kühlkörpers 33. Die Kühlmittelzufuhreinheit 34 ist z.B. ein Gebläse. Die Kühlmittelzufuhreinheit 34 führt Luft als Kühlmittel zwangsweise dem oben beschriebenen Kühlmittelströmungsweg F zu. Weiterhin ist es auch denkbar, neben Luft auch flüssigen Stickstoff als Kühlmittel zu verwenden.
Das Reflexionsschwächungsteil 31, die Erfassungseinheit 32, der Kühlkörper 33 und die Kühlmittelzufuhreinheit 34, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, werden auf einer Ebene (auf dem Bearbeitungsbereich 11) von dem Rotationsträgerteil 35 von einer Seite (d.h. von unten) in der ersten Richtung D1 getragen. Das Rotationsträgerteil 35 hat einen Sockel 35a, einen ersten Rahmen 35b und einen zweiten Rahmen 35c. Der erste Rahmen 35b hat die Form einer Platte, die sich in der ersten Richtung D1 vom Sockel 35a erhebt. Der zweite Rahmen 35c ist mit dem ersten Rahmen 35b verbunden und kann um eine Drehachse O gedreht werden, die sich in horizontaler Richtung erstreckt. Das heißt, dass Winkel des Reflexionsschwächungsteils 31, der Erfassungseinheit 32, des Kühlkörpers 33 und der Kühlmittelzufuhreinheit 34 in Bezug auf den Sockel 35a mit der Drehachse O als Zentrum integral verändert werden können. Ferner kann, obwohl nicht im Detail dargestellt, ein Aktuator zum Antrieb des Rotationsträgerteils 35 vorgesehen sein, oder es kann eine Konfiguration zum manuellen Drehen des Rotationsträgerteils 35 verwendet werden.
(Messverfahren des Laserlichtprofils)
Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Verwendung der Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 (Messverfahren eines Laserlichtprofils) unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben. Wie in 5 dargestellt, umfasst dieses Messverfahren einen ersten Schritt S11 und einen zweiten Schritt S12. Im ersten Schritt S11 wird die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 am zentralen Abschnitt 11a des oben beschriebenen Bearbeitungsbereichs 11 angeordnet, um ein Laserlichtprofil zu messen. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich das Laserlicht L von dem Bestrahlungspunkt P vertikal nach unten. Daher befindet sich die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 in einem in 2 dargestellten Zustand.
Als nächstes wird im zweiten Schritt S12 die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 am Umfangsrandabschnitt 11b des Bearbeitungsbereichs 11 angeordnet und die Messung des Laserlichtprofils wird durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Laserlicht L von dem Bestrahlungspunkt P schräg nach unten ausgestrahlt. Daher befindet sich, wie in 6 dargestellt, eine Stellung der Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 in einem Zustand, in dem eine Einfallsrichtung des Laserlichts L mit der ersten Richtung D1 durch Drehen des Rotationsträgerteils 35 ausgerichtet ist. Alle Schritte des Laserlichtprofilmessverfahrens werden durch Ausführen des zweiten Schritts S12 für jeden einer Vielzahl von Umfangsrandabschnitten 11b abgeschlossen.
(Funktionsweise und Effekte)
Bei der Messung eines Laserlichtprofils einer SLM-Modelliervorrichtung besteht das Problem, dass die Messung nur im zentralen Abschnitt 11a des Bearbeitungsbereichs 11 durchgeführt werden kann, weil eine Körpergröße der Messvorrichtung groß ist oder der Laser nur in einer vorgegebenen Richtung gemessen werden kann. Das heißt, es ist schwierig, eine genaue Messung eines Laserlichtprofils im Umfangsrandbereich 11b durchzuführen, in dem das Laserlicht L aus einer anderen Richtung und in einem anderen Winkel als im zentralen Bereich 11a ausgestrahlt wird. Da in der SLM-Modelliervorrichtung ein Hochleistungslaser mit einer Leistung von mehreren hundert Watt verwendet wird, ist es außerdem schwierig, die erzeugte Wärme zu handhaben und gleichzeitig das Laserlicht angemessen abzuschwächen. Daher verwendet die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die oben beschriebenen Konfigurationen.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration können das Reflexionsschwächungsteil 31 und die Erfassungseinheit 32 über den Kühlkörper 33 gekühlt werden, wenn das Kühlmittel dem Kühlkörper 33 zugeführt wird. Dadurch kann die durch die Reflexion und Abschwächung des Hochleistungslaserlichts L erzeugte Wärme in das Kühlmittel abgeleitet werden. Da die Vorrichtung mit dem Rotationsträgerteil 35 ausgestattet ist, kann das Laserlichtprofil auch dann gemessen werden, wenn sich die Emissionsrichtung des Laserlichts L ändert. Das heißt, selbst in dem Umfangsrandabschnitt 11b, in dem die Emissionsrichtung des Laserlichts L sich von der des zentralen Abschnitts 11a unterscheidet, kann das Laserlichtprofil genau gemessen werden, indem eine Haltung der gesamten Vorrichtung unter Verwendung des Rotationsträgerteils 35 geändert wird.
Ferner sind gemäß der oben beschriebenen Konfiguration die Rippen 33b des Kühlkörpers 33 jeweils so ausgebildet, dass die Umfangsdicke von der radialen Innenseite nach außen hin allmählich zunimmt. Dadurch ist ein Raum (Kühlmittelströmungsweg F) zwischen den Rippen 33b von der ersten Richtung D1 aus gesehen rechteckig. Im Gegensatz zu einem Fall, bei dem die Rippe 33b beispielsweise einen einfachen rechteckigen, plattenförmigen Querschnitt hat, kann daher die Breite des Strömungswegs, durch den das Kühlmittel strömt, innerhalb und außerhalb der radialen Richtung konstant gehalten werden. Infolgedessen ist die Strömungsratenverteilung des Kühlmittels zwischen den Lamellen 33b in radialer Richtung konstant, und der Kühlkörper 33 kann effizienter gekühlt werden.
Außerdem wird gemäß der oben beschriebenen Konfiguration das Laserlicht (erstes reflektiertes Licht L1), das von dem Reflexionsschwächungsteil 31 reflektiert wird, abgeschwächt und in Wärme umgewandelt, indem dieses zu dem Ableitteil 33f ausgestrahlt wird, da die Vorrichtung mit dem Ableitteil 33f versehen ist. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass die durch die Reflexion des Laserlichts erzeugte Wärme andere externe Vorrichtungen und Bauteile beeinflusst, weiter reduziert werden.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration hat das Ableitteil 33f außerdem das konische Teil 331. Laserlicht, das auf den Scheitelpunkt des konischen Teils 331 einfällt, wird um den Scheitelpunkt herum gestreut. Dadurch kann das Laserlicht effektiver abgeschwächt werden.
Darüber hinaus wird gemäß dem oben beschriebenen Laserlichtprofilmessverfahren im ersten Schritt S11 ein Laserlichtprofil am zentralen Abschnitt 11a des Bearbeitungsbereichs 11 gemessen, und dann wird im zweiten Schritt S12 ein Laserlichtprofil am Umfangsrandabschnitt 11b gemessen. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Richtung des Reflexionsschwächungsteils 31 und der Erfassungseinheit 32 mit der Strahlungsrichtung des Laserlichts L durch Drehen des Rotationsträgerteils 35 ausgerichtet werden. Dadurch kann die Messung des Laserlichtprofils auch am Umfangsrandabschnitt 11b mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, ähnlich wie im zentralen Abschnitt 11a.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an den oben beschriebenen Konfigurationen und Verfahren vorgenommen werden, ohne von der Grundidee der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel ist die oben beschriebene Konfiguration des Rotationsträgerteils 35 ein Beispiel, und jede Konfiguration, die eine Haltung der gesamten Vorrichtung drehen (ändern) kann, ist von der vorliegenden Offenbarung umfasst. Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wurde auch ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfassungseinheit 32 so getragen wird, dass diese durch das Rotationsträgerteil 35 gedreht werden kann. In diesem Fall kann eine Defokussierung des Laserlichts sogar am Umfangsrandabschnitt 11b des Bearbeitungsbereichs 11 erfasst werden. Andererseits ist es auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Erfassungseinheit 32 auf einer Bodenfläche (Bearbeitungsbereich 11) angeordnet ist, um die Drehung zu beschränken, während diese von dem Rotationsträgerteil 35 isoliert ist, und parallel zu dem Bearbeitungsbereich 11 gehalten wird. Ferner bezieht sich der Begriff „parallel“, wie hierin verwendet, auf im Wesentlichen parallel, und ein leichter Fehler ist zulässig. In diesem Fall kann die Erscheinung des Laserlichtprofils, das auf der Bodenfläche ovalisiert ist, zusätzlich zur Defokussierung des Laserlichts am Umfangsrandabschnitt 11b erfasst werden.
Als modifiziertes Beispiel für die Rippe 33b können auch die in den 7 und 8 dargestellten Konfigurationen verwendet werden. In dem in den 7 und 8 dargestellten Beispiel ist die Rippe 33b so gekrümmt, dass eine erste Endfläche 332b, die einer Seite in der ersten Richtung D1 zugewandt ist, von der Umfangsrichtung aus gesehen zu einer Seite (Unterseite) in der ersten Richtung D1 hin konvex ist. Außerdem ist eine zweite Endfläche 331b, die der anderen Seite zugewandt ist, so gekrümmt, dass diese in Richtung einer Seite (Unterseite) in der ersten Richtung D1 konkav ist.
Wie in 8 dargestellt, sind auch die Positionen in der Umfangsrichtung zwischen den in der ersten Richtung D1 benachbarten Rippen 33b unterschiedlich.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die ersten und zweiten Endflächen der Rippe 33b in der ersten Richtung D1 jeweils zu einer Seite in der ersten Richtung D1 gekrümmt. Das heißt, sowohl die erste als auch die zweite Endfläche der Rippe 33b sind in Richtung einer Seite gekrümmt, in die das Kühlmittel einströmt. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass beim Einströmen des Kühlmittels eine Trennung des Stroms auftritt. Infolgedessen kann der Kühlkörper 33 effizienter gekühlt werden.
<Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Ferner werden die gleichen Komponenten wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird weggelassen. Wie in 9 dargestellt, ist die Konfiguration eines Kühlkörpers 33 in der vorliegenden Ausführungsform anders. Der Kühlkörper 33 umfasst ferner ein Transmissionsfenster 33h, das die oben beschriebene Öffnung 33g von einer inneren Umfangsseite aus blockiert. Das Transmissionsfenster 33h ist ein transparentes Element, das beispielsweise aus Glas besteht und in der Lage ist, erstes reflektiertes Licht L1 hindurchzulassen. Außerdem ist ein Raum V, der durch das Transmissionsfenster 33h, ein Ableitteil 33f und eine Innenwandfläche der Öffnung 33g definiert ist, mit Wasser W (Flüssigkeit) gefüllt.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist der Raum V, der durch das Transmissionsfenster 33h und das Ableitteil 33f definiert ist, mit dem Wasser W gefüllt, wodurch die Energie des Laserlichts (erstes reflektiertes Licht L1) durch das Wasser absorbiert wird. Infolgedessen kann die Wahrscheinlichkeit, dass die Wärme des Laserlichts nach außen dringt, weiter reduziert werden.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an den oben beschriebenen Konfigurationen und Verfahren vorgenommen werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können anstelle des oben beschriebenen Wassers W andere Flüssigkeiten wie Alkohol, Öl oder dergleichen verwendet werden.
<Dritte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. Ferner werden die gleichen Komponenten wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen. Wie in 10 dargestellt, umfasst eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1b gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Kammer 10 mit einem Bearbeitungsbereich 11, eine Laserbestrahlungseinheit 20 zum Ausstrahlen von Laserlicht L, ein Nahfeldkopplungselement 31b, das auf einem Weg des Laserlichts L angeordnet ist, eine Messeinheit 40 und eine Laserabtasteinheit 50.
Das Nahfeldkopplungselement 31b reflektiert zumindest einen Teil des von der Laserbestrahlungseinheit 20 ausgestrahlten Laserlichts L und leitet es als Hauptlaserlicht L4 an die Laserabtasteinheit 50. Die Laserabtasteinheit 50 tastet den Bearbeitungsbereich 11 mit dem einfallenden Hauptlaserlicht L4 ab. Die verbleibenden Komponenten, die durch das Nahfeldkopplungselement 31b übertragen werden, sind hingegen Messziel-Laserlicht L3. Die Messeinheit 40 ist in einem Weg des Messziel-Laserlichts L3 angeordnet. Die Messeinheit 40 ist z.B. eine CCD-Kamera und misst das Laserlichtprofil des Messziel-Laserlichts L3.
Es wird ein Beispiel für ein Laserlichtprofilmessverfahren unter Verwendung der oben beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung 1b beschrieben. Wie in 11 dargestellt, wird zunächst das Nahfeldkopplungselement 31b an der oben beschriebenen Position außerhalb der Kammer 10 angeordnet (Anordnungsschritt S21). Anschließend wird das Laserlicht L von der Laserbestrahlungseinheit 20 ausgestrahlt und damit ein Werkstück auf dem Bearbeitungsbereich 11 modelliert. In der Mitte davon wird das Laserlichtprofil des durch das Nahfeldkoppelelement 31b transmittierten Messziel-Laserlichts L3 gemessen (Messschritt S22). Dieser Messschritt S22 wird intermittierend oder kontinuierlich durchgeführt, bis die Bearbeitung eines modellierten Objekts abgeschlossen ist.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird das Messziel-Laserlicht L3 aus einem Teil des Laserlichts L durch das außerhalb der Kammer 10 angeordnete Nahfeldkopplungselement 31b erzeugt. Im Messschritt S22 wird ein Profil des Messziel-Laserlichts L3 gemessen. Dadurch kann ein Profil des für die eigentliche Bearbeitung verwendeten Laserlichts (Hauptlaserlicht L4) außerhalb der Kammer 10 in Echtzeit gemessen werden. Infolgedessen kann das Formen mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden, und gleichzeitig kann, wenn eine Anomalie auftritt, diese sofort erkannt werden, und es können Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist oben beschrieben worden. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an den oben beschriebenen Konfigurationen und Verfahren vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
<Zusätzliche Erklärung>
Die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 und das Laserlichtprofilmessverfahren, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, werden zum Beispiel wie folgt erfasst.
(1) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Reflexionsschwächungsteil 31, das zumindest einen Teil des aus einer ersten Richtung D1 einfallenden Laserlichts L in einer von der ersten Richtung D1 abweichenden Richtung reflektiert und abschwächt, um Messziel-Laserlicht L3 zu erzeugen, das sich in der ersten Richtung D1 ausbreitet, eine Erfassungseinheit 32, die auf einer Seite des Reflexionsschwächungsteils 31 in der ersten Richtung D1 angeordnet ist und konfiguriert ist, das Messziel-Laserlicht L3 zu erfassen, einen Kühlkörper 33, der zumindest einen Teil des Reflexionsschwächungsteils 31 und der Erfassungseinheit 32 in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die erste Richtung D1 abdeckt, eine Kühlmittelzufuhreinheit 34, die eingerichtet ist, ein Kühlmittel zwangsweise in Richtung des Kühlkörpers 33 zuzuführen, und ein Rotationsträgerteil 35, welches das Reflexionsschwächungsteil 31, den Kühlkörper 33 und die Kühlmittelzufuhreinheit 34 trägt, um diese um eine Rotationsachse O, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, drehen zu können.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration können das Reflexionsschwächungsteil 31 und die Erfassungseinheit 32 über den Kühlkörper 33 gekühlt werden, wenn dem Kühlkörper 33 ein Kühlmittel zugeführt wird. Dadurch kann die durch die Reflexion und Abschwächung des Hochleistungslaserlichts L erzeugte Wärme in das Kühlmittel abgeleitet werden. Da die Vorrichtung mit dem Rotationsträgerteil 35 ausgestattet ist, kann auch bei einer Änderung der Ausstrahlrichtung des Laserlichts L ein Laserlichtprofil gemessen werden, das der Änderung folgt.
(2) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem zweiten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 des ersten Aspekts, bei welcher der Kühlkörper 33 mehrere Rippen 33b umfassen kann, die sich in der ersten Richtung D1 erstrecken und in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und die Rippen 33b jeweils ausgebildet sein können, dass die Umfangsdicke von einer radialen Innenseite zu einer Außenseite allmählich zunimmt.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die Rippen 33b jeweils so ausgebildet, dass die Umfangsdicke von der radialen Innenseite zur Außenseite hin allmählich zunimmt. Dadurch ist ein Raum zwischen den Rippen 33b von der ersten Richtung D1 aus gesehen rechteckig. Im Gegensatz zu einem Fall, in dem die Rippe 33b beispielsweise einen einfachen rechteckigen, plattenförmigen Querschnitt aufweist, kann daher die Breite eines Strömungswegs, durch den das Kühlmittel strömt, innerhalb und außerhalb der radialen Richtung konstant gehalten werden. Dadurch ist die Strömungsverteilung des Kühlmittels zwischen den Rippen 33b in radialer Richtung konstant, und der Kühlkörper 33 kann effizienter gekühlt werden.
(3) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem dritten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 des ersten Aspekts, in welcher der Kühlkörper 33 mehrere Rippen 33b umfassen kann, die in Abständen in der ersten Richtung D1 und der Umfangsrichtung angeordnet sind, und die Rippen 33b, die in der ersten Richtung D1 benachbart sind, können unterschiedliche Positionen voneinander in der Umfangsrichtung haben.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die Umfangspositionen zwischen den in der ersten Richtung D1 benachbarten Rippen 33b unterschiedlich. Dadurch wird die Kontaktfläche des Kühlmittels in Bezug auf die Rippen 33b vergrößert, und der Kühlkörper 33 kann effizienter gekühlt werden.
(4) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem vierten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 des dritten Aspekts, bei der eine erste Endfläche der Rippe 33b, die einer Seite in der ersten Richtung D1 zugewandt ist, konvex zu einer Seite in der ersten Richtung D1 gekrümmt sein kann, von der Umfangsrichtung aus gesehen, und eine zweite Endfläche der Rippe 33b, die der anderen Seite in der ersten Richtung D1 zugewandt ist, konkav zu einer Seite in der ersten Richtung D1 gekrümmt sein kann, von der Umfangsrichtung aus gesehen.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die ersten und zweiten Endflächen der Rippe 33b in der ersten Richtung D1 jeweils zu einer Seite in der ersten Richtung D1 hin gekrümmt. Das heißt, die ersten und zweiten Endflächen der Rippe sind in Richtung einer Seite gekrümmt, in die das Kühlmittel einströmt. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass eine Trennung der Strömung auftritt, wenn das Kühlmittel einströmt, und der Kühlkörper 33 kann effizienter gekühlt werden.
(5) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem fünften Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte, bei der das Reflexionsschwächungsteil 31 und die Erfassungseinheit 32 durchgängig in der Umfangsrichtung durch den Kühlkörper 33 abgedeckt sein können.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration können das Reflexionsschwächungsteil 31 und die Erfassungseinheit 32 durch den Kühlkörper 33 gleichmäßig in der gesamten Umfangsrichtung gekühlt werden.
(6) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem sechsten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte, bei der eine Öffnung 33g, durch die das von dem Reflexionsschwächungsteil 31 reflektierte Laserlicht hindurchgeht, in dem Kühlkörper 33 ausgebildet sein kann, und ein Ableitteil 33f, welches das reflektierte Laserlicht abschwächt, an einer äußeren Umfangsseite der Öffnung 33g angeordnet sein kann.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird das von dem Reflexionsschwächungsteil 31 reflektierte Laserlicht abgeschwächt, indem es zu dem Ableitteil 33f ausgestrahlt wird, da die Vorrichtung mit dem Ableitteil 33f versehen ist. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass die durch die Reflexion des Laserlichts erzeugte Wärme andere externe Vorrichtungen und Bauteile beeinträchtigt, weiter reduziert werden.
(7) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem siebten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 des sechsten Aspekts, bei welcher das Ableitteil 33f ein konisches Teil 331 mit einem Durchmesser umfassen kann, das allmählich zu einer Vorderseite in einer Ausbreitungsrichtung des reflektierten Laserlichts zunimmt.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration streut Laserlicht, das auf ein Scheitelteil des konischen Teils 331 einfällt, um das Scheitelteil herum. Dadurch kann das Laserlicht effektiver abgeschwächt werden.
(8) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem achten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 des sechsten oder siebten Aspekts, bei welcher der Kühlkörper 33 ferner ein Transmissionsfenster 33h umfassen kann, das die Öffnung 33g blockiert, durch die das reflektierte Laserlicht hindurchgelassen werden kann, und wobei ein Raum V, der durch das Transmissionsfenster 33h und das Ableitteil 33f definiert ist, mit einer Flüssigkeit gefüllt sein kann.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist der Raum V, der durch das Transmissionsfenster 33h und das Ableitteil 33f definiert ist, mit einer Flüssigkeit gefüllt. Dadurch wird die Energie des Laserlichts von der Flüssigkeit absorbiert. Infolgedessen kann die Wahrscheinlichkeit, dass die Wärme des Laserlichts nach außen dringt, weiter verringert werden.
(9) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem neunten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem der ersten bis achten Aspekte, bei der die Erfassungseinheit 32 durch das Rotationsträgerteil 35 gelagert sein kann, um diese um die Rotationsachse O drehen zu können.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann eine Defokussierung des Laserlichtprofils durch die Erfassungseinheit 32 sogar an einem Umfangsrandabschnitt eines Bearbeitungsbereichs erfasst werden.
(10) Eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem zehnten Aspekt ist die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem der ersten bis achten Aspekte, bei der die Erfassungseinheit 32 auf einer Bodenfläche angeordnet sein kann, um die Drehung zu begrenzen, während diese von dem Rotationsträgerteil isoliert ist und um parallel zu dem Bearbeitungsbereich 11 getrennt zu dem Rotationsträgerteil 35 zu sein.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann eine Defokussierung des Laserlichtprofils und das Auftreten, dass es ovalisiert ist, durch die Erfassungseinheit 32 sogar an dem Umfangsrandabschnitt des Bearbeitungsbereichs erfasst werden.
(11) Ein Laserlichtprofilmessverfahren gemäß einem elften Aspekt ist ein Verfahren zur Messung des Laserlichtprofils einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1, die eine Kammer 10 mit einem quadratisch geformten Bearbeitungsbereich 11 umfasst, auf dem ein Werkstück angeordnet ist, und eine Laserbestrahlungseinheit 20, die Laserlicht L von einem Bestrahlungspunkt P oberhalb des Bearbeitungsbereichs 11 auf den Bearbeitungsbereich 11 ausstrahlt und den Bearbeitungsbereich 11 abtastet, und das Laserlichtprofilmessverfahren umfasst einen ersten Schritt S11, bei dem eine Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 gemäß einem der ersten bis zehnten Aspekte an einem zentralen Abschnitt 11a des Bearbeitungsbereichs 11 angeordnet ist, um ein Laserlichtprofil zu messen, und einen zweiten Schritt S12, bei dem die Laserlichtprofilmessvorrichtung 30 entlang eines Umfangsrandabschnitts 11b des Bearbeitungsbereichs 11 angeordnet wird, um ein Laserlichtprofil sequentiell zu messen, wobei das Rotationsträgerteil 35 gedreht wird, um die Strahlungsrichtung des Laserlichts L mit einer ersten Richtung D1 in dem zweiten Schritt S12 auszurichten.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird in dem ersten Schritt S11 ein Laserlichtprofil an dem zentralen Abschnitt 11a des Bearbeitungsbereichs 11 gemessen, und dann wird in dem zweiten Schritt S12 ein Laserlichtprofil an dem Umfangsrandabschnitt 11b gemessen. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Richtung des Reflexionsschwächungsteils 31 und der Erfassungseinheit 32 mit der Strahlungsrichtung des Laserlichts L durch Drehen des Rotationsträgerteils 35 ausgerichtet werden. Dadurch kann die Messung des Laserlichtprofils auch am Umfangsrandabschnitt 11b mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, ähnlich wie im zentralen Abschnitt 11a.
(12) Ein Laserlichtprofilmessverfahren gemäß einem zwölften Aspekt ist ein Verfahren zur Messung des Laserlichtprofils einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1b, die eine Kammer 10 mit einem quadratischen Bearbeitungsbereich, auf dem ein Werkstück angeordnet ist, und eine Laserbestrahlungseinheit 20, die Laserlicht ausstrahlt, umfasst, und das Laserlichtprofilmessverfahren umfasst einen Anordnungsschritt S21, bei dem ein Nahfeldkopplungselement 31b, das zumindest einen Teil des von der Laserbestrahlungseinheit 20 ausgestrahlten Laserlichts L reflektiert und abschwächt, um Messziel-Laserlicht L3 zu erzeugen, außerhalb der Kammer 10 angeordnet wird, und einen Messschritt S22, bei dem ein Profil des Messziel-Laserlichts L3 gemessen wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird das Messziel-Laserlicht L3 aus einem Teil des Laserlichts durch das außerhalb der Kammer 10 angeordnete Nahfeldkopplungselement 31b erzeugt. Im Messschritt S22 wird ein Profil des Messziel-Laserlichts L3 gemessen. Auf diese Weise kann ein Profil des für die eigentliche Bearbeitung verwendeten Laserlichts außerhalb der Kammer 10 in Echtzeit gemessen werden.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben und dargestellt worden sind, sollte es verstanden werden, dass diese beispielhaft für die Erfindung sind und nicht als beschränkend angesehen werden sollen. Ergänzungen, Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt zu betrachten, sondern wird nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Bezugszeichenliste

1, 1b: Laserbearbeitungsvorrichtung
10: Kammer
11: Bearbeitungsbereich
11a: Zentraler Abschnitt
11b: Umfangsrandabschnitt
20: Laserbestrahlungseinheit
30: Laserlichtprofilmessvorrichtung
31: Reflexionsschwächungsteil
31a: Reflexionsschwächungselement
31b: Nahfeldkopplungselement
31c: Tragrahmen
31d: Erste Öffnung
31e: Zweite Öffnung
32: Erfassungseinheit
33: Kühlkörper
33a: Zylinderteil
33b: Rippe
33c: Hitzeschildplatte
33d: Wärmeisolierendes Material
33f: Ableitteil
33g: Öffnung
33h: Transmissionsfenster
34: Kühlmittelzufuhreinheit
35: Rotationsträgerteil
35a: Sockel
35b: Erster Rahmen
35c: Zweiter Rahmen
40: Messeinheit
50: Laserabtasteinheit
331: Konisches Teil
332: Umfangswandteil
331b, 332b: Endfläche
D1: Erste Richtung
F: Kühlmittelströmungsweg
L: Laserlicht
L1: Erstes reflektiertes Licht
L2: Zweites reflektiertes Licht
L3: Messziel-Laserlicht
L4: Hauptlaserlicht
O: Rotationsachse
P: Bestrahlungspunkt
V: Raum
W: Wasser (Flüssigkeit)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

JP 6384589 [0003, 0004]
WO 2017/209277 [0017]

Claims

Laserlichtprofilmessvorrichtung, aufweisend: ein Reflexionsschwächungsteil, das zumindest einen Teil eines aus einer ersten Richtung einfallenden Laserlichts in einer von der ersten Richtung verschiedenen Richtung reflektiert und abschwächt, um Messziel-Laserlicht zu erzeugen, das sich in der ersten Richtung ausbreitet; eine Erfassungseinheit, die auf einer Seite des Reflexionsschwächungsteils in der ersten Richtung angeordnet ist und eingerichtet ist, das Messziel-Laserlicht zu erfassen; einen Kühlkörper, der zumindest einen Teil des Reflexionsschwächungsteils und der Erfassungseinheit in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die erste Richtung abdeckt; eine Kühlmittelzufuhreinheit, die eingerichtet ist, ein Kühlmittel zwangsweise in Richtung des Kühlkörpers zuzuführen; und ein Rotationsträgerteil, welches das Reflexionsschwächungsteil, den Kühlkörper und die Kühlmittelzufuhreinheit trägt, um diese um eine Rotationsachse, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, drehen zu können.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper mehrere Rippen umfasst, die sich in der ersten Richtung erstrecken und in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und die Rippen jeweils ausgebildet sind, dass die Umfangsdicke von einer radialen Innenseite zu einer Außenseite allmählich zunimmt.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper mehrere Rippen umfasst, die in Abständen in der ersten Richtung und der Umfangsrichtung angeordnet sind, und die Rippen, die in der ersten Richtung benachbart sind, in der Umfangsrichtung unterschiedliche Positionen zueinander haben.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine erste Endfläche der Rippe, die einer Seite in der ersten Richtung zugewandt ist, so gekrümmt ist, dass diese, von der Umfangsrichtung aus gesehen, zu einer Seite in der ersten Richtung hin konvex ist, und eine zweite Endfläche der Rippe, die der anderen Seite in der ersten Richtung zugewandt ist, so gekrümmt ist, dass diese, von der Umfangsrichtung aus gesehen, zu einer Seite in der ersten Richtung hin konkav ist.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Reflexionsschwächungsteil und die Erfassungseinheit in der Umfangsrichtung durchgehend von dem Kühlkörper bedeckt sind.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Öffnung, durch die das von dem Reflexionsschwächungsteil reflektierte Laserlicht hindurchgeht, in dem Kühlkörper ausgebildet ist, und ein Ableitteil, welches das reflektierte Laserlicht abschwächt, an einer äußeren Umfangsseite der Öffnung angeordnet ist.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Ableitteil ein konisches Teil mit einem Durchmesser umfasst, das allmählich zu einer Vorderseite in einer Ausbreitungsrichtung des reflektierten Laserlichts zunimmt.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Kühlkörper ferner ein Transmissionsfenster umfasst, das die Öffnung blockiert, durch die das reflektierte Laserlicht transmittiert werden kann, und wobei ein Raum, der durch das Transmissionsfenster und das Ableitteil definiert ist, mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Erfassungseinheit durch das Rotationsträgerteil gelagert ist, um dieses um die Rotationsachse drehen zu können.
Laserlichtprofilmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Erfassungseinheit auf einer Bodenfläche angeordnet ist, um die Drehung zu begrenzen, während diese von dem Rotationsträgerteil isoliert ist, und gelagert ist, parallel zu einem quadratisch geformten Bearbeitungsbereich zu sein, auf dem ein Werkstück angeordnet ist.
Laserlichtprofilmessverfahren, das ein Verfahren zur Messung des Laserlichtprofils einer Laserbearbeitungsvorrichtung ist, umfassend: eine Kammer mit einem quadratischen Bearbeitungsbereich, auf dem ein Werkstück angeordnet wird; und eine Laserbestrahlungseinheit, die Laserlicht von einem Bestrahlungspunkt oberhalb auf den Bearbeitungsbereich ausstrahlt und den Bearbeitungsbereich abtastet, wobei das Laserlichtprofilmessverfahren aufweist: einen ersten Schritt, bei dem eine Laserlichtprofilmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 an einem zentralen Abschnitt des Bearbeitungsbereichs angeordnet wird, um ein Laserlichtprofil zu messen; und einen zweiten Schritt, bei dem die Laserlichtprofilmessvorrichtung entlang eines Umfangsrandabschnitts des Bearbeitungsbereichs angeordnet wird, um ein Laserlichtprofil sequentiell zu messen, wobei das Rotationsträgerteil gedreht wird, um eine Strahlungsrichtung des Laserlichts mit einer ersten Richtung in dem zweiten Schritt auszurichten.
Laserlichtprofilmessverfahren, das ein Verfahren zur Messung des Laserlichtprofils einer Laserbearbeitungsvorrichtung ist, umfassend: eine Kammer mit einem quadratischen Bearbeitungsbereich, auf dem ein Werkstück angeordnet wird; und eine Laserbestrahlungseinheit, die Laserlicht ausstrahlt, wobei das Laserlichtprofilmessverfahren aufweist: einen Anordnungsschritt, bei dem ein Nahfeldkopplungselement, das zumindest einen Teil des von der Laserbestrahlungseinheit ausgestrahlten Laserlichts reflektiert und abschwächt, um ein Messziel-Laserlicht zu erzeugen, außerhalb der Kammer angeordnet wird; und einen Messschritt, bei dem ein Profil des Messziel-Laserlichts gemessen wird.