"Anordnung zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlen" Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Materialbearbetung mit Laserstrahlen."Arrangement for material processing with laser beams" The invention
relates to an arrangement for material processing with laser beams.
Laserstrahlen finden in steigendem Maße Anwendung bei der Bearbeitung
von Materialien, insbesondere von Metallen. So werden Laserstrahlen dazu verwendet,
in Metalle und andere Materialien Löcher zu bohren oder die Materialien zu fräsen
und *zu schneiden; auch werden Materialverbindungen durch Schweißen mit Laserstrahlen
hergestellt. A11 diese Vorgänge beruhen auf dem Schmelzen oder Verdampfen des Materials
beim Auftreffen eines fokussierten Laserstrahlenbündels. Die Fokussierung der Laserstrahlen
geschieht in bekannter Weise mit Hilfe sphärischer Linsen. Sphärische Linsen
besitzen jedoch den Nachteil, daß sich mit ihnen bei Verwendung eines haseratr^UO.enbündels
von rundem Querschnitt nur
runde Löcher in einem Material erzeugen
lassen. Stellt man zum Zwecke der Erzeugung eines Strahles mit einem beliebig geformten
querschnitt eine Blende, welche die gewünschte Form. aufweist, in den Strahlengang,
so läßt sich zwar ein Loch in der Form der Blende im Material erzeugen, es tritt
jedoch dann ein erheblicher Energieverlust an der Blende auf. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Materialbearbeitung mit Laserstrahlen anzugeben,
mit deren Hilfe sich ein beliebig geformter Querschnitt des Laserstrahlenbündels
herstellen läßt, ohne daß dabei Energieverluste auftreten. Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Anordnung vorgeschlagen wird, Welche die Formung
des Querschnittes des Laserstrahlenbündels mit Hilfe von Zylinderlinsen oder einer
Kombination von sphärischen und Zylinderlinsen vornimmt. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist besonders zum Bohren rechteckiger Löcher in Materialien, zum Schneiden von Drähten
und zur Herstellung langer Schweißnähte bei Materialverbindungen geeignet,.Laser beams are being used to an increasing extent in the processing of materials, in particular metals. For example, laser beams are used to drill holes in metals and other materials or to mill and * cut the materials; Material connections are also made by welding with laser beams. A11 these processes are based on the melting or evaporation of the material when a focused laser beam hits it. The laser beams are focused in a known manner with the aid of spherical lenses. However, spherical lenses have the disadvantage that they can only be used to produce round holes in a material when using a haseratr ^ UO.enbündels of round cross-section. For the purpose of generating a beam with a cross-section of any shape, a diaphragm is provided which has the desired shape. has, in the beam path, a hole in the shape of the diaphragm can be produced in the material, but then there is a considerable loss of energy at the diaphragm. The invention is based on the object of specifying an arrangement for material processing with laser beams, with the aid of which an arbitrarily shaped cross section of the laser beam can be produced without energy losses occurring. According to the invention, the object is achieved in that an arrangement is proposed which undertakes the shaping of the cross section of the laser beam with the aid of cylindrical lenses or a combination of spherical and cylindrical lenses. The arrangement according to the invention is particularly suitable for drilling rectangular holes in materials, for cutting wires and for producing long weld seams in material connections.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist in der
Figur la dargestellt. Die Anordnung ist z. B. zum Schneiden eines Drahtes geeignet.
Der Laserstrabl wird
mit einem bekannten System sphärischer Zinsen,
welches in der Figur nicht eingezeichnet ist, auf einen kreisförmigen Querschnitt
'i gebracht, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des zu schneidenden
Drahtes ist. Dann wird der Laserstrahl mit einer Zylinderlinse 2 zu einem schmalen
Band, der Brennlinie 3, fokussiert. Der zu schneidende Draht wird so angeordnet,
daß seine Länge senkrecht zur Brennlinie 3 verläuft und die Brennlinie 3 selbst
mit einem Durchmesser des Drahtes zusammenfällt, wie dies in der Figur 1a dargestellt
ist. Das weggeschnittene Stück 5 des Drahtes 4 ist in der Figur übertrieben groß
dargestellt. Die Figur '!b zeigt die Verteilung der Intensität I im Strahlquerschnitt
bei Fokussierung mit einer Zyliunderlinee; das Rechteck 6 unterhalb der Abszisse
stellt den Strahlquerschnitt dar.An embodiment of the arrangement according to the invention is shown in
Figure la shown. The arrangement is z. B. suitable for cutting a wire.
The laser beam will
with a known system of spherical interest,
which is not shown in the figure, to a circular cross-section
'i brought its diameter slightly larger than the diameter of the one to be cut
Wire is. Then, the laser beam becomes narrow with a cylinder lens 2
Band, the focal line 3, focused. The wire to be cut is arranged in such a way that
that its length is perpendicular to the focal line 3 and the focal line 3 itself
coincides with a diameter of the wire, as shown in Figure 1a
is. The cut-away piece 5 of the wire 4 is exaggerated in the figure
shown. The figure '! B shows the distribution of the intensity I in the beam cross section
when focusing with a cylinder line; the rectangle 6 below the abscissa
represents the beam cross-section.
Die Vorteile der erfindungsgeräßen ."2-erdnune sind volle Ausnutzung
der Laserstrahl.energie und der saubere Schnitt des Drahtes: Bei Verwendung eines
haverstrahles mit rundem Querschnitt würden dagegen scharfe Kanten am Rande des
Drahtes entstehen. Die erfindungsgemäße Anordnung der Figur 1 ist natürlich auch
Zum Schweißen, Bohren und fräsen. von Materialien verwendbar.The advantages of the "2-earthenets" according to the invention are fully exploited
the laser beam energy and the clean cut of the wire: When using a
haverstraße with a round cross-section, on the other hand, would have sharp edges on the edge of the
Wire. The arrangement according to the invention of Figure 1 is of course also
For welding, drilling and milling. of materials usable.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist
in der Figur 2 dargestellt. 7 ist eine bekennte
sphärische
Zinse mit variabler Brennweite, eine sogenannte "Gummil_n:3e", welche dem Laserstrahl
vom kreisförmigen Querschnitt 1 den gewünschten Durchmesser gibt. 8 und 9
sind zwei Zylinderlinsen variabler Brennweite, die um die optische Achse der Anordnung
drehbar sind. Die Drehrichtungen sind durch die beiden Doppelpfeile in der Figur
2 amgedeutet. Durch die angegebene Ausführung der Zylinderlinsen 8
und 9 wird
erreicht, daB beliebige rechteckige und rhombische Strahlquerschnitte
10 unter beliebigem Winkel in der Bildebene 11 senkrecht zur optischen Achse
der Anordnung fokussierbar sind, ein Umstand, der vor allem für die Materialbearbeitung
von Vorteil ist: Die Verstellung der Line. sen 8 und 9 erfolgt z. B. mit Verstellmotoren
automatisch aus vorgegebenen elektrischen Werten. BAD ORIGINALAnother exemplary embodiment of the arrangement according to the invention is shown in FIG. 7 is a well-known spherical interest rate variable focal length, a so-called "Gummil_n: 3e", which gives the laser beam of circular cross-section 1 the desired diameter. 8 and 9 are two cylindrical lenses of variable focal length which are rotatable about the optical axis of the arrangement. The directions of rotation are indicated by the two double arrows in FIG. Through the specified design of the cylindrical lenses 8 and 9 is achieved DAB any rectangular or rhombic beam cross sections 1 are 0 at any angle in the image plane 11 perpendicular to the optical axis of the arrangement focusable, a fact which is particularly important for material processing of advantage: Adjustment of the line. sen 8 and 9 takes place z. B. with adjusting motors automatically from predetermined electrical values. BATH ORIGINAL