DE202013004724U1 - Adaptive mirror for a laser processing device - Google Patents

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Abstract

Adaptiver Spiegel (28a) für eine Laserbearbeitungsvorrichtung (10), mit
a) einem Gehäuse (56b),
b) einer in dem Gehäuse angeordneten Druckkammer (58b), in die eine Anschlussleitung (60b) mündet, die mit einer Druckquelle (32b) verbindbar ist,
c) einem Spiegelsubstrat (52b; 52b', 52b'', 52b'''), das die Druckkammer begrenzt und fest in dem Gehäuse eingespannt ist, und
wobei ein Innendruck in der Druckkammer so mit Hilfe der Druckquelle veränderbar ist, dass sich das Spiegelsubstrat in Abhängigkeit vom Innendruck in der Druckkammer verformt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Spiegelsubstrat eine Steifigkeit hat, die zumindest in einem ringförmigen Bereich (72b''; 72b'''), der die geometrische Mitte (68b''; 68b''') des Spiegelsubstrats umschließt, zur geometrischen Mitte hin zunimmt.
Adaptive mirror (28a) for a laser processing device (10), with
a) a housing (56b),
b) a pressure chamber (58b) arranged in the housing into which a connecting line (60b) opens, which can be connected to a pressure source (32b),
c) a mirror substrate (52b, 52b ', 52b'',52b''') defining the pressure chamber and fixedly mounted in the housing, and
wherein an internal pressure in the pressure chamber is variable with the aid of the pressure source such that the mirror substrate deforms as a function of the internal pressure in the pressure chamber,
characterized in that
the mirror substrate has a rigidity which increases towards the geometric center at least in an annular region (72b ", 72b"') which encloses the geometric center (68b ", 68b"') of the mirror substrate.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft einen adaptiven Spiegel für eine Laserbearbeitungsvorrichtung, mit der sich Werkstücke schweißen, schneiden oder in sonstiger Weise bearbeiten lassen.The invention relates to an adaptive mirror for a laser processing device, with which workpieces can be welded, cut or otherwise processed.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst üblicherweise eine Laserstrahlungsquelle, bei der es sich z. B. um einen Nd:YAG-Laser, einen Faser-Laser, einen Scheiben-Laser oder einen CO2-Laser handeln kann. Zu einer Laserbearbeitungsvorrichtung gehören ferner ein Bearbeitungskopf, der die von der Laserstrahlungsquelle erzeugte Laserstrahlung in einem Brennfleck fokussiert. Eine Strahlzuführungseinrichtung führt die von der Laserstrahlungsquelle erzeugte Laserstrahlung dem Bearbeitungskopf zu. Vor allem wenn die Laserstrahlung eine relativ geringere Strahlqualität hat, wird sie dem Bearbeitungskopf in der Regel als kollimierter Strahl mit einem relativ großen Durchmesser (20 mm bis 100 mm) zugeführt. Zur Umlenkung der Laserstrahlung werden meist Umlenkspiegel mit planen oder gekrümmten Flächen vorgesehen. Der Bearbeitungskopf kann an einem beweglichen Roboterarm befestigt sein, während sich die Laserstrahlungsquelle außerhalb des Roboters befindet.A laser processing device usually comprises a laser radiation source, which may be, for. Example, a Nd: YAG laser, a fiber laser, a disc laser or a CO 2 laser can act. A laser processing device further includes a processing head which focuses the laser radiation generated by the laser radiation source in a focal spot. A beam feed device feeds the laser radiation generated by the laser radiation source to the processing head. Especially when the laser radiation has a relatively lower beam quality, it is usually supplied to the machining head as a collimated beam having a relatively large diameter (20 mm to 100 mm). For deflecting the laser radiation deflection mirrors are usually provided with flat or curved surfaces. The machining head may be attached to a movable robot arm while the laser radiation source is outside the robot.

Zur Fokussierung der Laserstrahlung in einem Brennfleck enthält der Bearbeitungskopf in der Regel eine Fokussieroptik. Insbesondere wenn die Fokussieroptik Linsen und andere lichtdurchlässige optische Elemente wie Schutzscheiben enthält, führt die unvermeidbare Restabsorption in den verwendeten optischen Materialien dazu, dass sich die Elemente erwärmen.For focusing the laser radiation in a focal spot of the machining head usually includes a focusing optics. In particular, when the focusing optics include lenses and other translucent optical elements such as shields, the inevitable residual absorption in the optical materials used causes the elements to heat up.

Damit geht infolge der thermischen Ausdehnung eine Formveränderung einher. Auf diese Weise können sogar Schutzscheiben, die bei Zimmertemperatur optisch als planparallele Platte wirken, nach der Erwärmung eine Sammelwirkung haben.This is accompanied by a change in shape due to the thermal expansion. In this way, even protective glass, which act optically at room temperature as a plane-parallel plate, after heating have a collecting effect.

Durch die Erwärmung verändert sich die Brechkraft der betreffenden optischen Elemente, was sich auf die Form und vor allem auf die axiale Lage des von der Fokussieroptik erzeugten Brennflecks auswirkt. Durch die unbeabsichtigte Verlagerung des Brennflecks können die Werkstücke nicht mehr in der gewünschten Weise bearbeitet werden.As a result of the heating, the refractive power of the relevant optical elements changes, which has an effect on the shape and, in particular, on the axial position of the focal spot produced by the focusing optics. Due to the unintentional shift of the focal spot, the workpieces can not be processed in the desired manner.

Um den Ort und die Form des Brennflecks während des Betriebs der Laserbearbeitungsvorrichtung konstant halten zu können, müssen zum einen die Veränderungen des Brennflecks messtechnisch erfasst werden. In einem zweiten Schritt müssen optische Elemente so verstellt werden, dass sie die thermisch induzierten Veränderungen in der Fokussieroptik kompensieren.In order to keep the location and shape of the focal spot constant during operation of the laser processing device, on the one hand, the changes in the focal spot must be detected by measurement. In a second step, optical elements must be adjusted so that they compensate for the thermally induced changes in the focusing optics.

Zur Erfassung von Veränderungen des Brennflecks ist bekannt, Messlicht, bei dem es sich auch um ausgekoppelte Laserstrahlung handeln kann, auf die Fokussieroptik zu richten und anschließend mit Lichtsensoren zu erfassen. Beispiele hiefür sind in der JP S61-137693 A , der JP H02-204701 A , der EP 2 216 129 A1 und der DE 10 2011 054 941 B3 beschrieben.For detecting changes in the focal spot, it is known to direct measuring light, which may also be decoupled laser radiation, to the focusing optics and subsequently to detect them with light sensors. Examples of this are in the JP S61-137693 A , of the JP H02-204701 A , of the EP 2 216 129 A1 and the DE 10 2011 054 941 B3 described.

Zur Kompensation der von der Fokussieroptik verursachten Verlagerungen des Brennflecks werden im allgemeinen adaptive Spiegel eingesetzt. Eine Verformung eines adaptiven Spiegels mit Hilfe von piezoelektrischen Elementen, wie sie die bereits erwähnte JP H02-204701 A offenbart, ist allerdings sehr komplex. Dies gilt auch für adaptive Spiegel, die als Facettenspiegel ausgebildet sind und eine Vielzahl individuell ansteuerbarer Spiegelfacetten enthalten. Auch hier sind die konstruktiven und steuerungstechnischen Anforderungen so hoch, dass eine Realisierung nicht wirtschaftlich wäre.In order to compensate for the focal point displacements caused by the focusing optics, adaptive mirrors are generally used. A deformation of an adaptive mirror with the help of piezoelectric elements, as the already mentioned JP H02-204701 A revealed, however, is very complex. This also applies to adaptive mirrors which are embodied as facet mirrors and contain a multiplicity of individually controllable mirror facets. Again, the design and control requirements are so high that a realization would not be economical.

Um die Wirkungen thermisch induzierter Verformungen in der Fokussieroptik zu kompensieren, haben sich deswegen adaptive Spiegel durchgesetzt, die ein Spiegelsubstrat haben, das eine mit einem Fluid, zum Beispiel Luft oder einer Flüssigkeit, gefüllte Druckkammer begrenzt. Der Innendruck in der Druckkammer kann mit Hilfe einer Druckquelle verändert werden. Das Spiegelsubstrat ist so dünn, dass es sich, zusammen mit einer ggf. davon getragenen reflektierenden Beschichtung, in Abhängigkeit vom Innendruck in der Druckkammer verformt.In order to compensate for the effects of thermally induced deformations in the focusing optics, adaptive mirrors have become established which have a mirror substrate which delimits a pressure chamber filled with a fluid, for example air or a liquid. The internal pressure in the pressure chamber can be changed by means of a pressure source. The mirror substrate is so thin that, together with any reflective coating carried thereon, it deforms depending on the internal pressure in the pressure chamber.

Derartige adaptiven Spiegel sind aus der WO 2007/000 171 A1 , der DE 41 37 832 A1 und der DE 198 32 343 A1 bekannt. Der die Druckkammer begrenzende Bereich des Spiegelsubstrats hat dort eine konstante Dicke. Außerdem sind dort die Spiegelsubstrate umfangsseitig einwertig (d. h. in der Art eines Loslagers) gelagert. Dies bedeutet, dass durch die Lagerung nur ein Freiheitsgrad der Bewegung fixiert wird. Eine einwertige Lagerung führt bei planparallelen Spiegelsubstraten bei bestimmten Innendrücken im allgemeinen zur einer annähernd sphärischen Deformation in einem Zentralbereich des Spiegelsubstrats. Sphärische Deformationen sind im allgemeinen bevorzugt, weil dadurch mit geringen Abbildungsfehlern die axiale Lage des Brennflecks konstant gehalten werden kann.Such adaptive mirrors are from the WO 2007/000171 A1 , of the DE 41 37 832 A1 and the DE 198 32 343 A1 known. The pressure chamber limiting region of the mirror substrate has a constant thickness there. In addition, there the mirror substrates are circumferentially monovalent (ie stored in the manner of a floating bearing). This means that only one degree of freedom of movement is fixed by the storage. A monovalent bearing generally results in an approximately spherical deformation in a central region of the mirror substrate for plane-parallel mirror substrates at certain internal pressures. Spherical deformations are generally preferred, as this allows the axial position of the focal spot to be kept constant with slight aberrations.

Diese bekannten adaptiven Spiegel haben allerdings auch einige gravierende Nachteile. Durch die einwertige Lagerung wird die Abdichtung der Druckkammer gegen das Fluid konstruktiv sehr aufwendig. Hinzu kommt, dass derartige adaptive Spiegel häufig mit einer Wasserkühlung versehen sind, was zu zusätzlichen Dichtungsproblemen führt.However, these known adaptive mirrors also have some serious disadvantages. Due to the monovalent storage, the sealing of the Pressure chamber against the fluid structurally very expensive. In addition, such adaptive mirrors are often provided with water cooling, which leads to additional sealing problems.

Ein weiterer Nachteil der bekannten adaptiven Spiegel besteht darin, dass die gewünschte sphärische Deformation trotz der einwertigen Lagerung nur in einem relativ kleinen Zentralbereich erreicht wird. Der adaptive Spiegel muss deswegen bei einem gegebenen Durchmesser der Laserstrahlung relativ groß sein, um thermisch induzierte Verlagerungen des Brennflecks so kompensieren zu können, dass dabei keine untolerierbaren Wellenfrontdeformationen entstehen.Another disadvantage of the known adaptive mirrors is that the desired spherical deformation is achieved despite the monovalent storage only in a relatively small central area. The adaptive mirror must therefore be relatively large for a given diameter of the laser radiation in order to compensate for thermally induced displacements of the focal spot so that no intolerable wavefront deformations occur.

Aus der DE 39 00 467 A1 ist ein adaptiver Spiegel bekannt, bei dem die Dicke des Spiegelsubstrats nicht konstant ist, sondern zur Mitte hin abnimmt. Durch dieses Dickenprofil lässt sich bei der dort beschriebenen einwertigen Lagerung eine annähernd gaußförmige Deformation erreichen.From the DE 39 00 467 A1 For example, an adaptive mirror is known in which the thickness of the mirror substrate is not constant but decreases toward the center. Due to this thickness profile, an approximately Gaussian deformation can be achieved in the monovalent bearing described therein.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es, einen adaptiven Spiegel für eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, der sich über einen großen Bereich hinweg annähernd sphärisch verformt, aber trotzdem konstruktiv einfach aufgebaut ist.The object of the invention is to provide an adaptive mirror for a laser processing device, which deforms approximately spherically over a large area, but is nevertheless structurally simple.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen adaptiven Spiegel für eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse angeordneten Druckkammer, die in eine Anschlussleitung mündet, die mit einer Druckquelle verbindbar ist, und mit einem Spiegelsubstrat, das die Druckkammer begrenzt und fest in dem Gehäuse eingespannt ist. Ein Innendruck in der Druckkammer ist so mit Hilfe der Druckquelle veränderbar, dass sich das Spiegelsubstrat, ggf. zusammen mit einer davon getragenen reflektierenden Beschichtung, in Abhängigkeit vom Innendruck in der Druckkammer verformt. Erfindungsgemäß hat das Spiegelsubstrat eine Steifigkeit, die zumindest in einem ringförmigen Bereich, der die geometrische Mitte des Spiegelsubstrats umschließt, zur geometrischen Mitte kontinuierlich oder stufenweise zunimmt.This object is achieved by an adaptive mirror for a laser processing apparatus having a housing, a pressure chamber arranged in the housing, which opens into a connecting line, which is connectable to a pressure source, and with a mirror substrate, which limits the pressure chamber and firmly clamped in the housing is. An internal pressure in the pressure chamber can be changed with the aid of the pressure source in such a way that the mirror substrate, possibly together with a reflective coating carried therefrom, deforms as a function of the internal pressure in the pressure chamber. According to the invention, the mirror substrate has a rigidity which increases continuously or stepwise at least in an annular region which encloses the geometric center of the mirror substrate to the geometric center.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, dass bei einem Spiegelsubstrat, das nicht einwertig gelagert, sondern fest in das Gehäuse eingespannt ist, eine annähernd sphärische Deformation erreicht wird, wenn die Steifigkeit des Spiegelsubstrats über einen ringförmigen Bereich des Spiegelsubstrats, der dessen geometrische Mitte umschließt, zunimmt. Torsionsmomente, die durch die dreiwertige Lagerung des Spiegelsubstrats im Randbereich entstehen und ansonsten zu einer asphärischen Deformation des unter Druck stehenden Spiegelsubstrat führen, werden durch dieses Dickenprofil so kompensiert, dass sich das Spiegelsubstrat sphärisch deformiert. Die sphärische Deformation stellt sich dabei über einen großen Flächenanteil des Spiegelsubstrats ein, so dass bis zu 70% der Fläche des Spiegelsubstrats optisch genutzt werden kann. Wegen der festen Einspannung in das Gehäuse kann der erfindungsgemäße adaptive Spiegel gleichzeitig konstruktiv sehr einfach aufgebaut sein. Die schwierigen Dichtungsprobleme, die typisch für einwertig gelagerte Spiegelsubstrate sind, stellen sich bei der festen Einspannung nicht. Dies gilt auch dann, wenn eine zusätzliche Wasserkühlung des Spiegelsubstrats vorgesehen ist.The invention is based on the surprising discovery that in the case of a mirror substrate which is not stored monovalently but firmly clamped in the housing, an approximately spherical deformation is achieved if the rigidity of the mirror substrate encloses an annular region of the mirror substrate which encloses its geometric center , increases. Torsional moments that result from the trivalent storage of the mirror substrate in the edge region and otherwise lead to an aspheric deformation of the pressurized mirror substrate are compensated by this thickness profile so that the mirror substrate deforms spherically. The spherical deformation adjusts itself over a large surface portion of the mirror substrate, so that up to 70% of the surface of the mirror substrate can be used optically. Because of the fixed restraint in the housing, the adaptive mirror according to the invention can be constructively very simple at the same time. The difficult sealing problems typical of monovalent mirror substrates do not arise with the fixed fixture. This also applies if additional water cooling of the mirror substrate is provided.

Die geometrische Mitte des Spiegelsubstrats ist definiert als eine Achse, die den geometrischen Schwerpunkt einer ebenen Fläche durchsetzt, die vom Umfang des Spiegelsubstrats begrenzt wird. Im Falle eines kreisförmigen Umfangs verläuft diese Achse durch die Mitte des Kreises und bei einem elliptischen Umfang durch den Punkt, an dem sich die lange und kurze Halbachse der Ellipse schneiden.The geometric center of the mirror substrate is defined as an axis passing through the geometric center of gravity of a flat surface bounded by the perimeter of the mirror substrate. In the case of a circular circumference, this axis passes through the center of the circle and, in the case of an elliptical circumference, through the point at which the long and short half-axes of the ellipse intersect.

Zumindest bei kleineren Spiegelsubstraten kann dieses eine Steifigkeit haben, die in einem geschlossenen Bereich, der die geometrische Mitte des Spiegelsubstrats enthält, zur geometrischen Mitte hin zunimmt. In diesem Fall nimmt die Steifigkeit somit kontinuierlich von einer Umfangslinie des besagten Bereichs, die mit dem Umfang des Spiegelsubstrats zusammenfallen kann, aber nicht notwendigerweise muss, bis zur geometrischen Mitte des Spiegelsubstrats hin kontinuierlich zu.At least for smaller mirror substrates, this may have a rigidity that increases toward the geometric center in a closed area containing the geometric center of the mirror substrate. In this case, the rigidity thus continuously increases from a peripheral line of said area, which may coincide with the circumference of the mirror substrate, but does not necessarily have to, continuously up to the geometric center of the mirror substrate.

Berechnungen haben gezeigt, dass bei größeren Spiegelsubstraten die Steifigkeit nicht bis zur geometrischen Mitte hin kontinuierlich zunehmen sollte. Eine sphärische Deformation wird bei größeren Spiegelsubstraten nur dann erreicht, wenn der ringförmige Bereich einen Zentralbereich umschließt, in dem die Steifigkeit konstant ist oder sogar zur geometrischen Mitte hin abfällt.Calculations have shown that with larger mirror substrates the stiffness should not increase continuously up to the geometric center. Spherical deformation is only achieved with larger mirror substrates if the annular region encloses a central region in which the stiffness is constant or even drops towards the geometric center.

Die erfindungsgemäße Verteilung der Steifigkeit über die Fläche des Spiegelsubstrats hinweg kann auf verschiedene Weise erreicht werden. So kann beispielsweise die Dicke des Spiegelsubstrats konstant sein und die örtlich variierende Steifigkeit durch Erzeugen einer variierenden Temperaturverteilung in dem Spiegelsubstrat generiert werden. Viele Werkstoffe, und zwar insbesondere Metalle wie Stahl oder Aluminium, haben die Eigenschaft, dass sich ihre Steifigkeit nach einer Erwärmung verringert oder nach einer sich daran anschließenden raschen Abkühlung erhöht. Wird in dem Spiegelsubstrat einmalig vor dem Zusammenbau des adaptiven Spiegels eine bestimmte Temperaturverteilung erzeugt, so wird dadurch die Steifigkeitsverteilung dauerhaft verändert.The distribution of rigidity according to the invention over the surface of the mirror substrate can be achieved in various ways. For example, the thickness of the mirror substrate may be constant and the locally varying stiffness generated by generating a varying temperature distribution in the mirror substrate. Many materials, in particular metals such as steel or aluminum, have the property that their stiffness is reduced after heating or increased after a subsequent rapid cooling. If a specific temperature distribution is generated in the mirror substrate once before the assembly of the adaptive mirror, the stiffness distribution is thereby permanently changed.

Genauer lässt sich die gewünschte Verteilung der Steifigkeit einstellen, wenn die örtlich variierende Steifigkeit die Folge einer örtlich variierenden Dicke des Spiegelsubstrats ist. Durch Anwenden der Finite-Elemente-Methode lässt sich ein Dickenprofil für das Spiegelsubstrat berechnen, das zu der gewünschten Verformung führt. Vorgegeben werden dabei insbesondere der Elastizitätsmodul des Materials, aus dem das Spiegelsubstrat besteht, die maximale Auslenkung des Spiegelsubstrats, der Innendruck der Druckkammer, bei dem die maximale Auslenkung erreicht werden soll, sowie die Außenkontur des Spiegels. More specifically, the desired distribution of stiffness can be adjusted if the locally varying stiffness is the result of a locally varying thickness of the mirror substrate. By applying the finite element method, it is possible to calculate a thickness profile for the mirror substrate which leads to the desired deformation. In particular, the modulus of elasticity of the material constituting the mirror substrate, the maximum deflection of the mirror substrate, the internal pressure of the pressure chamber at which the maximum deflection is to be achieved, and the outer contour of the mirror are specified.

Bei Spiegeln mit einer kreisförmigen Außenkontur wird das Dickenprofil im Allgemeinen rotationssymmetrisch bezüglich der geometrischen Mitte sein. Adaptive Spiegel werden allerdings häufig als Umlenkspiegel eingesetzt, die den Laserstrahl um 90° umlenken. Eine Flächennormale in der geometrischen Mitte des adaptiven Spiegels muss dann in einem Winkel von 45° zur optischen Achse angeordnet sein. Wenn die Laserstrahlung einen kreisförmigen Querschnitt hat, leuchtet sie auf einem so angeordneten Spiegel eine elliptische Fläche aus, wobei die Halbachsen der Ellipse in einem Verhältnis von 1:√2 stehen.For mirrors having a circular outer contour, the thickness profile will generally be rotationally symmetric with respect to the geometric center. However, adaptive mirrors are often used as deflecting mirrors, which deflect the laser beam by 90 °. A surface normal in the geometric center of the adaptive mirror must then be arranged at an angle of 45 ° to the optical axis. If the laser radiation has a circular cross-section, it illuminates an elliptical surface on a mirror thus arranged, wherein the semiaxes of the ellipse in a ratio of 1: √ 2 stand.

In einem solchen Fall sollte auch das Spiegelsubstrat nicht kreisförmige eingefasst sein, sondern in einer Ebene, in der es in dem Gehäuse eingespannt ist, in orthogonalen Richtungen X und Y maximale Abmessungen dx bzw. dy ≠ dx haben. Wenn dx = √2·dy ist, hat der Umfang des Spiegelsubstrats eine elliptische Form, die optimal ist für eine Umlenkung der Laserstrahlung um 90° ist.In such a case, the mirror substrate should also be non-circular bordered, but in a plane in which it is clamped in the housing in orthogonal directions X and Y maximum dimensions d x and d y ≠ d x have. If d x = √ 2 · D y is, the circumference of the mirror substrate has an elliptical shape, which is optimal for a deflection of the laser radiation by 90 °.

Bei elliptischen Spiegelsubstraten nimmt in dem ringförmigen Bereich die Steifigkeit entlang den Richtungen X und Y unterschiedlich stark zur geometrischen Mitte hin zu. Ein Spiegelsubstrat mit einer solchen Steifigkeitsverteilung deformiert sich bei einer Veränderung des Innendrucks in der Druckkammer nicht sphärisch, sondern so, dass zumindest ein größerer Teil der Oberfläche des Spiegelsubstrats annähernd die Form eines Torusausschnittes annimmt. Der Torus hat dabei unterschiedliche Kreisradien in orthogonalen Richtungen. Der größere Kreisradius wird dabei in der Richtung der längeren Halbachse des elliptischen Umfangs erreicht. Dieser größere Kreisradius trägt der Tatsache Rechnung, dass in dieser Ebene die Umlenkung der optischen Achse um 90° erfolgt. Die sammelnde oder zerstreuende Wirkung des adaptiven Spiegels auf die umgelenkte Laserstrahlung ist deswegen in allen Richtungen gleich, so dass die Wirkung auf die Laserstrahlung rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse ist.In the case of elliptic mirror substrates, in the annular region, the rigidity increases along the directions X and Y at different degrees to the geometric center. A mirror substrate having such a stiffness distribution deforms non-spherically when the internal pressure in the pressure chamber changes, but such that at least a larger part of the surface of the mirror substrate approximately assumes the shape of a torus cut-out. The torus has different circular radii in orthogonal directions. The larger circle radius is achieved in the direction of the longer half-axis of the elliptical circumference. This larger circle radius takes into account the fact that in this plane, the deflection of the optical axis by 90 °. The collecting or dispersing effect of the adaptive mirror on the deflected laser radiation is therefore the same in all directions, so that the effect on the laser radiation is rotationally symmetrical with respect to the optical axis.

Durch eine gezielte Verstimmung der Steifigkeit des Spiegelsubstrats entlang den Richtungen X und Y kann eine gewünschte Abweichung von dieser Rotationssymmetrie erzielt werden. Der adaptive Spiegel kann dann zusätzlich einen bereits vorhandenen Astigmatismus korrigieren oder einen Astigmatismus im Sinne eines Vorhalts erzeugen, z. B. um die astigmatische Wirkung eines optischen Elements zu kompensieren, das im optischen Lichtweg folgt. Dabei müssen die am Spiegel auftretenden Einfallwinkel der Laserstrahlung und die Spiegelkontur aufeinander abgestimmt werden.By a deliberate detuning of the rigidity of the mirror substrate along the directions X and Y, a desired deviation from this rotational symmetry can be achieved. The adaptive mirror can then additionally correct an already existing astigmatism or produce an astigmatism in the sense of a Vorhalts, z. B. to compensate for the astigmatic effect of an optical element that follows in the optical light path. In this case, the incident angle occurring at the mirror of the laser radiation and the mirror contour must be matched to one another.

Günstig ist es, wenn das Spiegelsubstrat bei genau einem Innendruck eine von der Druckkammer weg weisende plane Außenfläche und eine zur Druckkammer hin weisende Innenfläche hat, welche die Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Ellipsoids hat. Eine solche Form der Innenfläche führt zu der vorstehend erläuterten unterschiedlichen sphärischen Deformation des Spiegelsubstrats entlang den Richtungen X und Y, wie dies bei einem Umlenkspiegel im Allgemeinen erwünscht ist.It is advantageous if the mirror substrate at exactly one internal pressure has a planar outer surface pointing away from the pressure chamber and an inner surface facing the pressure chamber, which has the shape of a section of a surface of an ellipsoid. Such a shape of the inner surface leads to the above-described different spherical deformation of the mirror substrate along the directions X and Y, as is generally desirable in a deflection mirror.

Da die Herstellung einer ellipsoidförmigen Innenfläche aufwendig ist, kann das Spiegelsubstrat bei genau einem Innendruck eine von der Druckkammer wegweisende plane Außenfläche und eine zur Druckkammer hinweisende Innenfläche haben, wobei das Spiegelsubstrat in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen X und Y derart gestuft ist, dass die Innenfläche die Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Ellipsoids annähert. Eine solche gestufte Form der Innenfläche lässt sich leichter herstellen.Since the production of an ellipsoidal inner surface is complicated, the mirror substrate can have a plane outer surface facing away from the pressure chamber and an inner surface facing the pressure chamber at exactly one inner pressure, the mirror substrate being stepped in a direction perpendicular to the X and Y directions such that the Inner surface approximates the shape of a section of a surface of an ellipsoid. Such a stepped shape of the inner surface is easier to produce.

Wenn der Innendruck, bei dem die Außenfläche plan ist, größer als der Normaldruck ist, erhält man eine konkave Außenfläche, wenn der Innendruck in der Druckkammer auf den Normaldruck absinkt. Dies hat steuerungstechnische Vorteile, da eine Druckverringerung im Allgemeinen leichter einzustellen ist, wenn nicht vom Normaldruck, sondern von einem gegenüber dem Normaldruck erhöhten Druck ausgegangen wird.When the inner pressure at which the outer surface is flat is greater than the normal pressure, a concave outer surface is obtained when the inner pressure in the pressure chamber falls to the normal pressure. This has control advantages, since a pressure reduction is generally easier to adjust, if it is not assumed that normal pressure, but from a relative to normal pressure increased pressure.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Laserstrahlungsquelle zur Erzeugung von Laserstrahlung, einem Bearbeitungskopf, einer Strahlzuführungseinrichtung, die im optischen Weg zwischen der Laserstrahlungsquelle und dem Bearbeitungskopf angeordnet ist, und einem mit der Druckquelle verbundenen und in der Strahlzuführungseinrichtung angeordneten erfindungsgemäßen adaptiven Spiegel.The invention also relates to a laser processing apparatus having a laser radiation source for generating laser radiation, a processing head, a beam delivery device, which is arranged in the optical path between the laser radiation source and the processing head, and an inventive adaptive mirror connected to the pressure source and arranged in the beam supply device.

Wenn in dem Bearbeitungskopf eine Fokussieroptik und eine Messeinrichtung zur Messung der Brennweite der Fokussieroptik während der Laserbearbeitung enthalten ist, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Steuereinrichtung für den adaptiven Spiegel aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den adaptiven Spiegel so in Abhängigkeit von Messsignalen der Messeinrichtung zu steuern, dass der adaptive Spiegel eine von der Messeinrichtung gemessene Veränderung der Brennweite der Fokussieroptik kompensiert. Solche Veränderungen der Brennweite sind im Allgemeinen ungewollt und können insbesondere thermisch induziert sein.If a focusing optics and a measuring device for measuring the focal length of the focusing optics during the laser machining is included in the machining head, the laser machining device can have a control device for the adaptive laser Have mirror, which is adapted to control the adaptive mirror in response to measurement signals of the measuring device that the adaptive mirror compensates for a measured by the measuring device change the focal length of the focusing optics. Such changes in the focal length are generally unwanted and may in particular be thermally induced.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of the embodiments with reference to the drawings. Show:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung; 1 a schematic side view of a laser processing apparatus according to the invention;

2 den Strahlengang und die Signalverbindungen in der in der 1 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung; 2 the beam path and the signal connections in the in the 1 shown laser processing device in a schematic representation;

3a und 3b einen herkömmlichen adaptiven Spiegel, der Teil der in den 1 und 2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung ist, in einer Planstellung und einer konkaven Stellung; 3a and 3b a conventional adaptive mirror that is part of the 1 and 2 shown laser processing device is, in a position and a concave position;

4a und 4b einen erfindungsgemäßen adaptiven Spiegel in einer Planstellung bzw. konkaven Stellung; 4a and 4b an adaptive mirror according to the invention in a position or concave position;

5 ein Spiegelsubstrat des in den 4a und 4b gezeigten erfindungsgemäßen adaptiven Spiegels in einer Draufsicht und zwei Seitenansichten; 5 a mirror substrate of the 4a and 4b shown inventive adaptive mirror in a plan view and two side views;

6 ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein Spiegelsubstrat in einer an die 5 angelehnten Darstellung; 6 an alternative embodiment of a mirror substrate in one of the 5 ajar representation;

7 einen Graphen, der die Deformation des Spiegelsubstrats bei fester Einspannung und einwertiger Lagerung für unterschiedliche Druckwerte in der Druckkammer zeigt; 7 a graph showing the deformation of the mirror substrate with fixed clamping and monovalent storage for different pressure values in the pressure chamber;

8 einen Graphen, der die annähernd sphärische Deformation des Spiegelsubstrats in einem Zentralbereich illustriert; 8th a graph illustrating the approximate spherical deformation of the mirror substrate in a central region;

9 und 10 weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Spiegelsubstrate in einer an die 5 angelehnten Darstellung. 9 and 10 Further embodiments of mirror substrates according to the invention in one of the 5 ajar representation.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Die 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Laserbearbeitungsvorrichtung 10 mit einem Roboter 12 und einem Bearbeitungskopf 14, der an einem beweglichen Arm 16 des Roboters 12 befestigt ist.The 1 shows a side view of a laser processing device 10 with a robot 12 and a machining head 14 which is attached to a movable arm 16 of the robot 12 is attached.

Zur Laserbearbeitungsvorrichtung 10 gehört außerdem eine Laserstrahlungsquelle 18, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Nd:YAG-Laser oder 1 CO2-Laser ausgebildet ist. Andere Laser und andere Anordnungen der Laserstrahlungsquelle 18 bezüglich des Robotors 12 sind natürlich ebenso möglich. Die von der Laserstrahlungsquelle 18 erzeugte Laserstrahlung wird über eine Laserzuführungseinrichtung 20 dem Bearbeitungskopf 14 zugeführt und von diesem in einem Brennfleck 22 fokussiert. Der Arm 16 des Roboters 12 wird so gegenüber einem Werkstück 24 positioniert, dass der Brennfleck 22 sich am gewünschten Ort auf dem Werkstück 24 befindet und dieses durch Schweißen, Trennen oder in anderer Weise bearbeitet werden kann.To the laser processing device 10 also includes a laser radiation source 18 , which is formed in the illustrated embodiment as Nd: YAG laser or 1 CO 2 laser. Other lasers and other arrangements of the laser radiation source 18 with respect to the robot 12 are of course possible as well. The from the laser radiation source 18 generated laser radiation is transmitted via a laser supply device 20 the machining head 14 fed and from this in a focal spot 22 focused. The arm 16 of the robot 12 becomes so opposite a workpiece 24 positioned that focal spot 22 at the desired location on the workpiece 24 and this can be processed by welding, cutting or otherwise.

1. Strahlzuführeinrichtung1. Beam feeder

Die 2 zeigt schematisch den Strahlengang der Laserstrahlung sowie weitere Einzelheiten der Laserzuführeinrichtung 20 in einer schematischen Darstellung. Im Strahlengang der mit 26 bezeichneten Laserstrahlung zwischen der Laserstrahlungsquelle 18 und dem Bearbeitungskopf 14 befindet sich ein erster adaptiver Spiegel 28a und ein zweiter adaptiver Spiegel 28b. Beide adaptive Spiegel 28a, 28b lenken die Laserstrahlung 26 um jeweils 90° um. Die hier gewählte räumliche Anordnung ist lediglich beispielhaft; in realen Laserbearbeitungsvorrichtungen können weitere Umlenkspiegel, andere räumliche Anordnungen und auch andere Umlenkwinkel vorgesehen sein.The 2 schematically shows the beam path of the laser radiation and further details of the laser supply 20 in a schematic representation. In the beam path with the 26 designated laser radiation between the laser radiation source 18 and the machining head 14 there is a first adaptive mirror 28a and a second adaptive mirror 28b , Both adaptive mirrors 28a . 28b direct the laser radiation 26 at 90 ° each. The spatial arrangement chosen here is merely exemplary; In real laser processing devices, further deflection mirrors, other spatial arrangements and also other deflection angles can be provided.

Der erste adaptive Spiegel 28a ist über eine erste Druckleitung 30a mit einer ersten Druckquelle 32a verbunden. Entsprechendes gilt auch für den zweiten adaptiven Spiegel 28b, d. h. dieser ist über eine zweite Druckleitung 30b mit einer zweiten Druckquelle 32b verbunden.The first adaptive mirror 28a is via a first pressure line 30a with a first pressure source 32a connected. The same applies to the second adaptive mirror 28b ie this is via a second pressure line 30b with a second pressure source 32b connected.

Beide Druckquellen 32a, 32b werden von einer gemeinsamen Steuereinrichtung 34 angesteuert. Dieser werden über eine Signalleitung 36 Messsignale zugeführt, die von einer Messeinrichtung 38 erzeugt und von einer dieser zugeordneten Auswerteeinrichtung 40 aufbereitet wurden. Die Messeinrichtung 38 ist im Bearbeitungskopf 14 angeordnet und misst die Brennweite einer in dem Bearbeitungskopf 14 enthaltenen und in der 2 durch eine einzelne Linse 42 angedeutete Fokussieroptik. Deren Brennweite kann sich während des Betriebs der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 verändern, wenn sich die Linse 42 durch teilweise Absorption der Laserstrahlung 26 erwärmt und dadurch ihre Form verändert.Both pressure sources 32a . 32b be from a common control device 34 driven. This will be via a signal line 36 Measuring signals supplied by a measuring device 38 generated and from one of these associated evaluation 40 were prepared. The measuring device 38 is in the processing head 14 arranged and measures the focal length of a in the processing head 14 contained and in the 2 through a single lens 42 indicated focusing optics. Their focal length may be during operation of the laser processing device 10 change when the lens 42 by partial absorption of the laser radiation 26 heated and thereby changed their shape.

Beispiele für eine geeignete Messeinrichtung 38 sind der EP 2 216 129 A1 und der DE 10 2011 054 941 B3 entnehmbar. Eine besonders geeignete Messeinrichtung 38 ist in einer am gleichen Tag von Marius Jurca eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel ”Bearbeitungskopf für eine Laserbearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zum Messen von Veränderungen der Brennweite einer darin enthaltenen Fokussieroptik” beschrieben.Examples of a suitable measuring device 38 are the EP 2 216 129 A1 and the DE 10 2011 054 941 B3 removable. A particularly suitable measuring device 38 is described in patent application filed Marius Jurca on the same day entitled "Processing head for a laser processing apparatus and method for measuring changes in the focal length of focusing optics contained therein".

Die von der Messeinrichtung 38 erzeugten Messwerte werden von der Auswerteeinrichtung 40 in Werte für die Brennweite umgesetzt und in einem Vergleicher 44 mit einem Sollwert 46 für die Brennweite vergleichen. Der Steuereinrichtung 34 werden somit über die Signalleitung 36 Messsignale zugeführt, die eine Abweichung der tatsächlichen Brennweite der Fokussieroptik 42 vom Sollwert 46 wiedergeben.The of the measuring device 38 measured values are generated by the evaluation device 40 translated into values for the focal length and in a comparator 44 with a setpoint 46 for the focal length compare. The control device 34 are thus over the signal line 36 Measured signals supplied, which is a deviation of the actual focal length of the focusing optics 42 from the setpoint 46 play.

Bevor das Zusammenwirken der Messeinrichtung 38 mit den adaptiven Spiegeln 28a, 28b näher erläutert wird, wird im folgenden Abschnitt zunächst mit Bezug auf die 3 und 4 der konstruktive Aufbau der adaptiven Spiegel 28a, 28b erläutert.Before the interaction of the measuring device 38 with the adaptive mirrors 28a . 28b is explained in more detail in the following section, first with reference to the 3 and 4 the constructive structure of the adaptive mirror 28a . 28b explained.

2. Aufbau der adaptiven Spiegel2. Structure of adaptive mirrors

Die 3a zeigt den ersten adaptiven Spiegel 28a in einem ersten Betriebszustand, in dem ein Spiegelsubstrat 52a des ersten adaptiven Spiegels 28a plan ist. Das Spiegelsubstrat 52a trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine reflektierende Beschichtung 54a, bei der es sich beispielsweise um eine Anordnung mehrerer dünner Einzelschichten mit wechselnden Brechzahlen handeln kann, wie dies im Stand der Technik an sich bekannt ist. Das Spiegelsubstrat 52a ist entlang seines gesamten Umfangs fest in ein Gehäuse 56a eingespannt. Durch diese auch als dreiwertig bezeichnete Lagerung besitzt das Spiegelsubstrat 52a keinen Freiheitsgrad der Bewegung gegenüber dem Gehäuse 56a und kann nur aufgrund der eigenen Elastizität unter Druck deformiert werden.The 3a shows the first adaptive mirror 28a in a first operating state, in which a mirror substrate 52a of the first adaptive mirror 28a plan is. The mirror substrate 52a carries in the illustrated embodiment, a reflective coating 54a , which may be, for example, an arrangement of several thin individual layers with varying refractive indices, as is known per se in the prior art. The mirror substrate 52a is firmly in a housing along its entire circumference 56a clamped. Through this also called trivalent storage has the mirror substrate 52a no degree of freedom of movement relative to the housing 56a and can only be deformed under pressure due to its own elasticity.

Gemeinsam mit dem Gehäuse 56a begrenzt das Spiegelsubstrat 52a eine Druckkammer 58a, in die eine Anschlussleitung 60a mündet. An die Anschlussleitung 60a ist die erste Druckleitung 30a angeschlossen, wodurch die Druckkammer 58a fluidisch mit der ersten Druckquelle 32a verbunden ist.Together with the case 56a limits the mirror substrate 52a a pressure chamber 58a into which a connecting line 60a empties. To the connection line 60a is the first pressure line 30a connected, causing the pressure chamber 58a fluidic with the first pressure source 32a connected is.

Bei dem in der 3a gezeigten Betriebszustand ist der Innendruck in der Druckkammer 58a gegenüber dem außerhalb der Druckkammer 58a herrschenden Normaldruck erhöht. In der 3a ist dies durch Pfeile 62 angedeutet, die zum Spiegelsubstrat 52a hin gerichtet sind. Dadurch soll zum Ausdruck gebracht werden, dass auf das Spiegelsubstrat 52a Druckkräfte wirken, die in dem Spiegelsubstrat 52a Biegemomente erzeugen.In the in the 3a shown operating state is the internal pressure in the pressure chamber 58a opposite to the outside of the pressure chamber 58a prevailing normal pressure increased. In the 3a this is through arrows 62 indicated to the mirror substrate 52a are directed towards. This should be expressed that on the mirror substrate 52a Pressure forces acting in the mirror substrate 52a Create bending moments.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Spiegelsubstrat 52a so geformt, dass es bei erhöhtem Innendruck in der Druckkammer 58a eine plane, von der Druckkammer 58a weg weisende Außenoberfläche 62a hat, welche die reflektierende Beschichtung 54a trägt. Da das Spiegelsubstrat 52a eine konstante Dicke über seine gesamte Fläche hinweg hat, ist auch die zur Druckkammer 58a weisende Innenfläche 64a bei diesem Innendruck plan.In the illustrated embodiment, the mirror substrate 52a shaped so that it is at elevated internal pressure in the pressure chamber 58a a plane, from the pressure chamber 58a wayward outer surface 62a which has the reflective coating 54a wearing. Because the mirror substrate 52a has a constant thickness over its entire surface, is also the pressure chamber 58a facing inner surface 64a at this internal pressure plan.

Sinkt der Druck in der Druckkammer 58a auf Normaldruck ab, so wölbt sich das Spiegelsubstrat 52a konkav, wie dies die 3b illustriert. Der adaptive Spiegel 28a erhält dadurch eine sammelnde optische Wirkung.The pressure in the pressure chamber drops 58a At normal pressure, so the mirror substrate bulges 52a concave, like this 3b illustrated. The adaptive mirror 28a receives thereby a collecting optical effect.

Die 4a und 4b zeigen Querschnitte durch den zweiten adaptiven Spiegel 28b bei erhöhtem Innendruck bzw. Normaldruck. Im Unterschied zum ersten adaptiven Spiegel 28a hat das Spiegelsubstrat 52b des zweiten adaptiven Spiegels 28b eine speziell festgelegte Dickenverteilung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Dicke kontinuierlich vom Rand des Spiegelsubstrats 52b, der fest in das Gehäuse 56b eingespannt ist, zur geometrischen Mitte des Spiegelsubstrats 52b hin zu. Fällt der Innendruck in der Druckkammer 58b auf Normaldruck ab, wie dies in der 4b illustriert ist, verformt sich das Spiegelsubstrat 52b ebenfalls konkav. Im Gegensatz zum ersten adaptiven Spiegel 28a ist diese Verformung jedoch über eine größere Fläche annähernd sphärisch, und zwar selbst bei größeren Deformationen. Solche größeren Deformationen sind erforderlich, um während des Betriebs der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 thermisch induzierte Brennweitenveränderungen der Fokussieroptik 42 kompensieren zu können. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, muss der erste adaptive Spiegel 28a lediglich kleinere Divergenzschwankungen der Laserstrahlung 26 am Ausgang der Laserstrahlungsquelle 18 korrigieren, was mit wesentlich geringeren Deformationshüben möglich ist.The 4a and 4b show cross sections through the second adaptive mirror 28b at elevated internal pressure or normal pressure. Unlike the first adaptive mirror 28a has the mirror substrate 52b of the second adaptive mirror 28b a specially defined thickness distribution. In the illustrated embodiment, the thickness continuously decreases from the edge of the mirror substrate 52b firmly in the housing 56b is clamped to the geometric center of the mirror substrate 52b towards. If the internal pressure falls in the pressure chamber 58b to normal pressure, as in the 4b is illustrated, the mirror substrate deforms 52b also concave. Unlike the first adaptive mirror 28a However, this deformation is approximately spherical over a larger area, even with larger deformations. Such larger deformations are required to during operation of the laser processing apparatus 10 thermally induced focal length changes of the focusing optics 42 to be able to compensate. As will be explained in more detail below, the first adaptive mirror 28a only minor divergence variations of the laser radiation 26 at the output of the laser radiation source 18 Correct what is possible with much lower deformation strokes.

Die 5 zeigt das Spiegelsubstrat 52b des zweiten adaptiven Spiegels 28b in einer Draufsicht sowie in zwei Seitenansichten in dem in der 4a gezeigten Betriebszustand, bei dem die Außenfläche 62b plan ist. Die reflektierende Beschichtung auf der Außenfläche 62b ist in der 5 nicht dargestellt.The 5 shows the mirror substrate 52b of the second adaptive mirror 28b in a plan view and in two side views in the in the 4a shown operating state in which the outer surface 62b plan is. The reflective coating on the outer surface 62b is in the 5 not shown.

Man erkennt, dass die zur Druckkammer 58a weisende Innenfläche 64b die Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Ellipsoids hat. Da die Steifigkeit des Spiegelsubstrats 52b direkt proportional zur Dicke ist, nimmt somit auch die Steifigkeit des Spiegelsubstrats 52b kontinuierlich vom Umfang 66b zur geometrischen Mitte 68b des Spiegelsubstrats 52b hin zu. Die Zunahme der Steifigkeit vom Umfang 66b zur geometrischen Mitte 68b ist dabei entlang der X-Richtung, die sich entlang der langen Halbachse des elliptischen Umfangs 66b erstreckt, kleiner als entlang der Richtung Y, die sich entlang der kurzen Halbachse erstreckt.You can tell that to the pressure chamber 58a facing inner surface 64b has the shape of a section of a surface of an ellipsoid. As the rigidity of the mirror substrate 52b is directly proportional to the thickness, thus also decreases the rigidity of the mirror substrate 52b continuous from the scope 66b to the geometric center 68b of the mirror substrate 52b towards. The increase in the rigidity of the circumference 66b to the geometric center 68b is doing along the X-direction, which is along the long Semi-axis of the elliptical circumference 66b extends smaller than along the direction Y, which extends along the short half-axis.

Eine ähnliche Zunahme der Steifigkeit wird erzielt, wenn anstelle des kontinuierlichen Dickenprofils, wie es in der 5 gezeigt ist, ein gestuftes Dickenprofil verwendet wird, wie es in der 6 gezeigt ist. Bei dem in der 4a gezeigten Zustand mit erhöhtem Innendruck ist auch hier die Außenfläche 62b' plan. Die Innenfläche 64b' hingegen ist entlang der Richtung Z, die senkrecht zu den Richtungen X und Y verläuft, derart gestuft, dass die Innenfläche 64b' die Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Ellipsoids annähert. Die Innenfläche 64b' ist dadurch leichter herstellbar.A similar increase in stiffness is achieved when, instead of the continuous thickness profile, as in the 5 is shown, a stepped thickness profile is used, as in the 6 is shown. In the in the 4a shown state with increased internal pressure is also the outer surface 62b ' plan. The inner surface 64b ' however, along the direction Z, which is perpendicular to the directions X and Y, is stepped such that the inner surface 64b ' approximates the shape of a section of a surface of an ellipsoid. The inner surface 64b ' This makes it easier to produce.

Die Vorteile des in den 4 bis 6 gezeigten Dickenprofils des Spiegelsubstrats 52b wird im Folgenden anhand der 7 und 8 näher erläutert. Die 7 zeigt einen Graphen, in dem für drei unterschiedliche Innendrücke a), b) und c) die Deformation des planparallelen Spiegelsubstrats 52a des ersten adaptiven Spiegels 28a für einen Halbraum in Millimetern gezeigt ist. Die durchgezogenen Linien repräsentieren den Fall einer festen Einspannung, wie sie bei beiden adaptiven Spiegeln 28a, 28b gewählt ist. Zum Vergleich deuten punktgestrichelte Linien die Deformation an, wenn ein derartiges planparalleles Spiegelsubstrat einwertig gelagert ist.The benefits of in the 4 to 6 shown thickness profile of the mirror substrate 52b will be described below on the basis of 7 and 8th explained in more detail. The 7 shows a graph in which for three different internal pressures a), b) and c) the deformation of the plane-parallel mirror substrate 52a of the first adaptive mirror 28a is shown for a half-space in millimeters. The solid lines represent the case of a fixed clamping, as in both adaptive mirrors 28a . 28b is selected. For comparison, dot-dashed lines indicate the deformation when such a plane-parallel mirror substrate is mounted monovalently.

Man erkennt, dass die Annäherung an eine sphärische Deformation bei einer einwertigen Lagerung (strichpunktierte Linie) besonders bei großen Innendrücken (vgl. das Linienpaar c)) über einen größeren Bereich hinweg gelingt als bei einer festen Einspannung am Umfang. Sollen große Deformationshübe möglich sein, so muss deswegen die Gesamtfläche des Spiegelsubstrats bei einer dreiwertigen Lagerung (d. h. feste Einspannung) größer sein als bei einer einwertigen Lagerung.It can be seen that the approximation to a spherical deformation in monovalent storage (dot-dashed line), especially for large internal pressures (see the line pair c)), succeeds over a larger area than with a fixed restraint on the circumference. If large deformation strokes are to be possible, the total area of the mirror substrate must therefore be greater in the case of trivalent storage (that is to say fixed clamping) than in the case of monovalent storage.

Durch das erfindungsgemäße Dickenprofil, wie es in den 4 bis 6 gezeigt ist, verformt sich das Spiegelsubstrat 52b des zweiten adaptiven Spiegels 28b jedoch – trotz der festen Einspannung – ebenfalls wie ein einwertig gelagertes Spiegelsubstrat mit planparallelen Flächen, nur dass die sphärische Annäherung sogar noch über einen größeren Flächenanteil gilt. Die 8 zeigt die Deformation des Spiegelsubstrats 52b des zweiten adaptiven Spiegels 28b für einen bestimmten Innendruck zeigt. Man beachte, dass die Deformation (vertikale Achse) in Mikrometern und der Abstand von der Mitte entlang der langen Ellipsenachse (horizontale Achse) in Millimetern angegeben ist. Der Bereich, über den hinweg sich das Spiegelsubstrat 52b in dieser Schnittebene kreisbogenförmig deformiert, beträgt etwa 70%.By the thickness profile according to the invention, as shown in the 4 to 6 is shown, the mirror substrate deforms 52b of the second adaptive mirror 28b however - despite the fixed clamping - also like a monovalent mirror substrate with plane-parallel surfaces, except that the spherical approach even applies over a larger area ratio. The 8th shows the deformation of the mirror substrate 52b of the second adaptive mirror 28b for a given internal pressure shows. Note that the deformation (vertical axis) is in microns, and the distance from the center along the long ellipse axis (horizontal axis) is in millimeters. The area over which the mirror substrate passes 52b deformed in a circular arc in this sectional plane is about 70%.

Der zweite adaptive Spiegel kann somit wegen der festen Einspannung sehr einfach konstruiert und mit geringer Größe dimensioniert werden. Trotzdem ist eine annähernd sphärische Deformation mit großen Deformationshüben möglich.The second adaptive mirror can thus be designed very simply and dimensioned with small size because of the fixed clamping. Nevertheless, an approximately spherical deformation with large deformation strokes is possible.

Wenn vorstehend von einer sphärischen Deformation die Rede ist, so gilt dies streng genommen bei dem in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel nur entlang einer der Richtungen X oder Y. Infolge der elliptischen Form des Spiegelsubstrats 52b und der nicht rotationssymmetrischen Steifigkeitsverteilung verformt sich das Spiegelsubstrat 52b entlang der Richtung X schwächer als entlang der Richtung Y. Entlang beider Richtungen ist die Deformation jedoch über einen größeren Bereich des Spiegelsubstrats 52b hinweg sphärisch, nur dass sich die Krümmungen entlang den Richtungen X und Y voneinander unterscheiden. Da die Laserstrahlung 26, anschaulich gesprochen, entlang der Richtung X über eine größere Fläche des Spiegelsubstrats 52b hinweg verteilt ist, wenn die Umlenkung in der XZ-Ebene erfolgt, ist die fokussierende Wirkung des adaptiven Spiegels bei dem in der 4b gezeigten konkaven Zustand des Spiegelsubstrats 52b für die Richtungen X und Y gleich.If the above is a spherical deformation, this is strictly speaking the case in the 4 to 6 illustrated embodiment only along one of the directions X or Y. Due to the elliptical shape of the mirror substrate 52b and the non-rotationally symmetric stiffness distribution deforms the mirror substrate 52b However, along both directions, the deformation is weaker along the direction X than along the direction Y. However, along both directions, the deformation is over a larger area of the mirror substrate 52b Spherical, except that the curvatures differ along the X and Y directions. Because the laser radiation 26 to be clear, along the direction X over a larger area of the mirror substrate 52b is distributed when the deflection takes place in the XZ plane, the focusing effect of the adaptive mirror is in the 4b shown concave state of the mirror substrate 52b for the directions X and Y are the same.

Durch gezielte Verstimmungen des Dickenprofils entlang den Richtungen X und Y kann auch eine rotationsasymmetrische Wirkung erzielt werden, um beispielsweise einen Astigmatismus zu korrigieren oder gezielt einzuführen.By deliberately detuning the thickness profile along the directions X and Y, a rotationally asymmetric effect can also be achieved in order, for example, to correct astigmatism or introduce it in a targeted manner.

Berechnungen haben gezeigt, dass bei besonders großen Spiegelsubstraten die Steifigkeit nicht bis zur geometrischen Mitte des Spiegelsubstrats hin zunehmen sollte. Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein solches größeres Spiegelsubstrat 52b''. Dessen Dicke, und damit auch die Steifigkeit, nimmt nur in einem ringförmigen Bereich 72b'', der die geometrische Mitte 68b'' umschließt, aber nicht enthält, hinzu. Innerhalb eines von dem ringförmigen Bereich 72b'' umschlossenen Zentralbereich 74b'', der die geometrische Mitte 68b'' enthält, nimmt die Steifigkeit zur geometrischen Mitte 68b'' hin wieder ab.Calculations have shown that for very large mirror substrates, the stiffness should not increase towards the geometric center of the mirror substrate. The 9 shows an embodiment of such a larger mirror substrate 52b '' , Its thickness, and thus the rigidity, only takes in an annular area 72b '' who is the geometric center 68b '' encloses, but does not contain, added. Within one of the annular area 72b '' enclosed central area 74b '' who is the geometric center 68b '' contains, the rigidity takes to the geometric center 68b '' out again.

Das in der 10 gezeigte Ausführungsbeispiel für ein Spiegelsubstrat 52b''' unterscheidet sich von dem in der 9 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass in dem Zentralbereich 74b''' die Dicke und damit auch die Steifigkeit konstant sind.That in the 10 shown embodiment of a mirror substrate 52b ''' is different from that in the 9 shown embodiment only in that in the central area 74b ''' the thickness and thus the rigidity are constant.

3. Steuerung3. Control

Im Folgenden wird erneut Bezug genommen auf die 2, um die Steuerung der adaptiven Spiegel 28a, 28b zu beschreiben. Der erste adaptive Spiegel 28a ist unmittelbar hinter der Laserstrahlungsquelle 18 angeordnet und hat die Aufgabe, den Querschnitt der Laserstrahlung 26 beim Auftreffen auf den zweiten adaptiven Spiegel 28b konstant zu halten. Dieser Querschnitt kann während der Laserbearbeitung variieren, wenn sich der optische Abstand zwischen den adaptiven Spiegeln 28a, 28b infolge von Verfahrbewegungen des Roboters 12 verändert. Der Steuereinrichtung 34 werden deswegen von einer übergeordneten Maschinensteuerung 45 Veränderungen des optischen Abstandes zwischen den adaptiven Spiegeln 28a, 28b mitgeteilt. Diese steuert die dem ersten adaptiven Spiegel zugeordnete Druckquelle 32a so an, dass der Querschnitt der Laserstrahlung 26 auf dem zweiten adaptiven Spiegel 28b trotz verändertem Abstand konstant bleibt.In the following, reference will be made to the 2 To control the adaptive mirror 28a . 28b to describe. The first adaptive mirror 28a is immediately behind the laser radiation source 18 arranged and has the task, the Cross section of the laser radiation 26 when hitting the second adaptive mirror 28b to keep constant. This cross section may vary during laser processing as the optical distance between the adaptive mirrors increases 28a . 28b due to movement of the robot 12 changed. The control device 34 are therefore from a parent machine control 45 Changes in the optical distance between the adaptive mirrors 28a . 28b communicated. This controls the pressure source associated with the first adaptive mirror 32a so on, that the cross section of the laser radiation 26 on the second adaptive mirror 28b despite the changed distance remains constant.

Da sich eine Verformung des ersten adaptiven Spiegels 28a auch auf die axiale Lage des Brennflecks 22 auswirkt, muss zur Kompensation der zweite adaptive Spiegel 28b, der im Allgemeinen unmittelbar vor dem Bearbeitungskopf 14 angeordnet ist, betätigt werden, um die vom ersten adaptiven Spiegel 30a eingeführte Verlagerung des Brennflecks zu kompensieren. Die Steuereinrichtung 34 steuert deswegen gleichzeitig auch den zweiten adaptiven Spiegel 28b an, wobei der Deformationshub anders festgelegt sein kann.Because a deformation of the first adaptive mirror 28a also on the axial position of the focal spot 22 To compensate, the second adaptive mirror needs to be compensated 28b that is generally right in front of the machining head 14 is arranged to be actuated by the first adaptive mirror 30a to compensate for introduced displacement of the focal spot. The control device 34 therefore simultaneously controls the second adaptive mirror 28b at, wherein the deformation stroke can be set differently.

Erfasst die Messeinrichtung 38 im Bearbeitungskopf 14 eine Veränderung der Brennweite der Fokussieroptik 42, so erfordert eine Kompensation dieser Brennweitenveränderung im Allgemeinen größere Deformationshübe des zweiten adaptiven Spiegels 28b. Die über die Signalleitung 36 zugeführten Abweichungen von der Solllage des Brennflecks 22 werden in der Steuereinrichtung 34 deswegen in Stellsignale für die zweite Druckquelle 32b umgesetzt, die etwaigen Stellsignalen additiv überlagert werden, welche die Steuereinrichtung 34 aus Veränderungen des optischen Abstands zwischen den adaptiven Spiegeln 28a, 28b abgeleitet hat. Solche Veränderungen des optischen Abstandes bewirken somit stets (kleinere) Deformationen beider adaptiver Spiegel 28a, 28b, während von der Messeinrichtung 38 erfasste Brennweitenänderungen der Fokussieroptik 42 zu einer zusätzlichen Ansteuerung des zweiten adaptiven Spiegels 28b mit häufig größeren Deformationshüben führt.Captures the measuring device 38 in the processing head 14 a change in the focal length of the focusing optics 42 Thus, compensation for this focal length change generally requires larger deformation strokes of the second adaptive mirror 28b , The over the signal line 36 supplied deviations from the desired position of the focal spot 22 be in the controller 34 therefore in control signals for the second pressure source 32b implemented, the possible positioning signals are superimposed additively, which the control device 34 from changes in the optical distance between the adaptive mirrors 28a . 28b has derived. Such changes in the optical distance thus always cause (smaller) deformations of both adaptive mirrors 28a . 28b while from the measuring device 38 recorded focal length changes of the focusing optics 42 to an additional control of the second adaptive mirror 28b often with larger deformation strokes leads.

Auf diese Weise kann über alle Betriebszustände hinweg eine axial konstante Lage des Brennflecks 22 erreicht werden. Durch gezielte Modifikation des Dickenprofils des im zweiten adaptiven Spiegels 28b angeordneten Spiegelsubstrats 52b lassen sich überdies Astigmatismus und andere rotationsasymmetrische Abbildungsfehler korrigieren. Dadurch kann auch die Form des Brennflecks 22 besser konstant gehalten werden.In this way, over all operating conditions, an axially constant position of the focal spot 22 be achieved. By targeted modification of the thickness profile of the second adaptive mirror 28b arranged mirror substrate 52b In addition, astigmatism and other rotationally asymmetric aberrations can be corrected. This can also change the shape of the focal spot 22 better kept constant.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 61-137693 A [0007] JP 61-137693A [0007]
  • JP 02-204701 A [0007, 0008] JP 02-204701 A [0007, 0008]
  • EP 2216129 A1 [0007, 0046] EP 2216129 A1 [0007, 0046]
  • DE 102011054941 B3 [0007, 0046] DE 102011054941 B3 [0007, 0046]
  • WO 2007/000171 A1 [0010] WO 2007/000171 A1 [0010]
  • DE 4137832 A1 [0010] DE 4137832 A1 [0010]
  • DE 19832343 A1 [0010] DE 19832343 A1 [0010]
  • DE 3900467 A1 [0013] DE 3900467 A1 [0013]

Claims (12)

Adaptiver Spiegel (28a) für eine Laserbearbeitungsvorrichtung (10), mit a) einem Gehäuse (56b), b) einer in dem Gehäuse angeordneten Druckkammer (58b), in die eine Anschlussleitung (60b) mündet, die mit einer Druckquelle (32b) verbindbar ist, c) einem Spiegelsubstrat (52b; 52b', 52b'', 52b'''), das die Druckkammer begrenzt und fest in dem Gehäuse eingespannt ist, und wobei ein Innendruck in der Druckkammer so mit Hilfe der Druckquelle veränderbar ist, dass sich das Spiegelsubstrat in Abhängigkeit vom Innendruck in der Druckkammer verformt, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsubstrat eine Steifigkeit hat, die zumindest in einem ringförmigen Bereich (72b''; 72b'''), der die geometrische Mitte (68b''; 68b''') des Spiegelsubstrats umschließt, zur geometrischen Mitte hin zunimmt.Adaptive mirror ( 28a ) for a laser processing device ( 10 ), with a) a housing ( 56b ), b) a pressure chamber arranged in the housing ( 58b ) into which a connecting cable ( 60b ), which is connected to a pressure source ( 32b ), c) a mirror substrate ( 52b ; 52b ' . 52b '' . 52b ''' ), which limits the pressure chamber and is firmly clamped in the housing, and wherein an internal pressure in the pressure chamber is variable by means of the pressure source, that the mirror substrate deformed in dependence on the internal pressure in the pressure chamber, characterized in that the mirror substrate has a rigidity has, at least in an annular area ( 72b ''; 72b ''' ), which is the geometric center ( 68b ''; 68b ''' ) of the mirror substrate encloses, increases toward the geometric center. Adaptiver Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsubstrat (52b) eine Steifigkeit hat, die in einem geschlossenen Bereich, der die geometrische Mitte des Spiegelsubstrats enthält, zur geometrischen Mitte hin zunimmt.Adaptive mirror according to claim 1, characterized in that the mirror substrate ( 52b ) has a rigidity that increases toward the geometric center in a closed area containing the geometric center of the mirror substrate. Adaptiver Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Bereich (72b''; 72b''') einen Zentralbereich (74b''; 74b''') umschließt, in dem die Steifigkeit konstant ist oder zur geometrischen Mitte hin abfällt.Adaptive mirror according to claim 1, characterized in that the annular region ( 72b ''; 72b ''' ) a central area ( 74b ''; 74b ''' ), in which the rigidity is constant or decreases towards the geometric center. Adaptiver Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich variierende Steifigkeit die Folge einer örtlich variierenden Dicke des Spiegelsubstrats (52b; 52b', 52b'', 52b''') ist.Adaptive mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the locally varying rigidity results from a locally varying thickness of the mirror substrate ( 52b ; 52b ' . 52b '' . 52b ''' ). Adaptiver Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsubstrat (52b; 52b', 52b'', 52b''') in einer Ebene, in der es in dem Gehäuse (56b) eingespannt ist, in orthogonalen Richtungen X und Y maximale Abmessungen dx bzw. dy hat, wobei dx ≠ dy.Adaptive mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the mirror substrate ( 52b ; 52b ' . 52b '' . 52b ''' ) in a plane in which it is in the housing ( 56b ) is clamped in orthogonal directions X and Y has maximum dimensions d x and d y , respectively, where d x ≠ d y . Adaptiver Spiegel nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfang (66b''; 66b''') des Spiegelsubstrats (52b; 52b', 52b'', 52b''') eine elliptische Form hat.Adaptive mirror according to claim 5, characterized in that a circumference ( 66b ''; 66b ''' ) of the mirror substrate ( 52b ; 52b ' . 52b '' . 52b ''' ) has an elliptical shape. Adaptiver Spiegel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ringförmigen Bereich die Steifigkeit des Spiegelsubstrats (52b; 52b', 52b'', 52b''') entlang den Richtungen X und Y unterschiedlich stark zur Mitte hin zunimmt.Adaptive mirror according to claim 5 or 6, characterized in that in the annular region the rigidity of the mirror substrate ( 52b ; 52b ' . 52b '' . 52b ''' ) increases along the directions X and Y to different degrees towards the center. Adaptiver Spiegel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Spiegelsubstrat (52b; 52b', 52b'', 52b''') bei einer Veränderung des Innendrucks in der Druckkammer (58b) so deformiert, das zumindest ein Teil der Oberfläche des Spiegelsubstrats die Form eines Torus-Ausschnitts annimmt.Adaptive mirror according to claim 8, characterized in that the mirror substrate ( 52b ; 52b ' . 52b '' . 52b ''' ) when the internal pressure in the pressure chamber changes ( 58b ) is deformed so that at least a part of the surface of the mirror substrate takes the form of a torus cutout. Adaptiver Spiegel nach Anspruch 5 und nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsubstrat bei genau einem Innendruck eine von der Druckkammer (58b) weg weisende plane Außenfläche (62b'; 62b''; 62b''') und eine zur Druckkammer hin weisende Innenfläche (64b; 64b''; 64b''') hat, welche die Form eines Ausschnitts einer Oberfläche eines Ellipsoids hat.Adaptive mirror according to claim 5 and any one of claims 6 to 8, characterized in that the mirror substrate at exactly one internal pressure one of the pressure chamber ( 58b ) away facing plane outer surface ( 62b '; 62b ''; 62b ''' ) and an inner surface facing the pressure chamber ( 64b ; 64b ''; 64b ''' ) which has the shape of a section of a surface of an ellipsoid. Adaptiver Spiegel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der genau eine Innendruck größer als Normaldruck ist.Adaptive mirror according to claim 9, characterized in that exactly one internal pressure is greater than normal pressure. Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Laserstrahlungsquelle (18) zur Erzeugung von Laserstrahlung, einem Bearbeitungskopf (14), einer Strahlzuführungseinrichtung (20), die im optischen Weg zwischen der Laserstrahlungsquelle und dem Bearbeitungskopf angeordnet ist, einer Druckquelle (32b) und einem mit der Druckquelle verbundenen und in der Strahlzuführungseinrichtung angeordneten adaptiven Spiegel (28b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Laser processing device with a laser radiation source ( 18 ) for generating laser radiation, a processing head ( 14 ), a beam delivery device ( 20 ) located in the optical path between the laser radiation source and the processing head, a pressure source ( 32b ) and an adaptive mirror connected to the pressure source and arranged in the beam feed device ( 28b ) according to any one of the preceding claims. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungskopf (14) eine Fokussieroptik (42) und eine Messeinrichtung (38) zur Messung der Brennweite der Fokussieroptik während der Laserbearbeitung enthalten ist, und dass die Laserbearbeitungsvorrichtung (10) eine Steuereinrichtung (34) für den adaptiven Spiegel (28b) aufweist, die dazu eingerichtet ist, den adaptiven Spiegel so in Abhängigkeit von Messsignalen der Messeinrichtung zu steuern, dass der adaptive Spiegel eine von der Messeinrichtung gemessene Veränderung der Brennweite der Fokussieroptik kompensiert.Laser processing apparatus according to claim 11, characterized in that in the processing head ( 14 ) a focusing optics ( 42 ) and a measuring device ( 38 ) is included for measuring the focal length of the focusing optics during the laser processing, and that the laser processing apparatus ( 10 ) a control device ( 34 ) for the adaptive mirror ( 28b ), which is adapted to control the adaptive mirror in response to measurement signals of the measuring device such that the adaptive mirror compensates for a change in the focal length of the focusing optic measured by the measuring device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102096A1 (en) 2021-01-29 2022-08-04 Robust AO GmbH Adaptive mirror with different radii of curvature in two orthogonal axes

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61137693A (en) 1984-12-07 1986-06-25 Mitsubishi Electric Corp Laser beam machine
DE3900467A1 (en) 1989-01-10 1990-07-26 Trumpf Lasertechnik Gmbh LASER MIRROR HEAD
JPH02204701A (en) 1989-02-02 1990-08-14 Kawasaki Heavy Ind Ltd Optical system thermal deformation control device and its operating method
DE4137832A1 (en) 1991-11-16 1993-05-19 Kugler Gmbh Feinmechanik & Opt Thin deformable plate mounting, esp. for fixing laser beam reflecting mirror - comprises support blocks and O=rings or corrugated spring, pref. with two elastic hangers
DE19832343A1 (en) 1998-07-19 2000-02-03 Bea Martin Mounting arrangement for thin controllably deformable plate, especially mirror, as reflection device for laser beams
WO2007000171A1 (en) 2005-06-24 2007-01-04 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Adaptive mirror in the optics of a laser machining tool
EP2216129A1 (en) 2009-02-05 2010-08-11 JENOPTIK Automatisierungstechnik GmbH Laser processing head with integrated sensor device for focus position monitoring
DE102011054941B3 (en) 2011-10-28 2013-01-17 Qioptiq Photonics Gmbh & Co. Kg Device useful for correcting thermal displacement of the focal position of a laser beam of a powerful laser guided to a material via optical elements for processing the material, comprises a sensor, an computing unit, and a correcting unit

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61137693A (en) 1984-12-07 1986-06-25 Mitsubishi Electric Corp Laser beam machine
DE3900467A1 (en) 1989-01-10 1990-07-26 Trumpf Lasertechnik Gmbh LASER MIRROR HEAD
JPH02204701A (en) 1989-02-02 1990-08-14 Kawasaki Heavy Ind Ltd Optical system thermal deformation control device and its operating method
DE4137832A1 (en) 1991-11-16 1993-05-19 Kugler Gmbh Feinmechanik & Opt Thin deformable plate mounting, esp. for fixing laser beam reflecting mirror - comprises support blocks and O=rings or corrugated spring, pref. with two elastic hangers
DE19832343A1 (en) 1998-07-19 2000-02-03 Bea Martin Mounting arrangement for thin controllably deformable plate, especially mirror, as reflection device for laser beams
WO2007000171A1 (en) 2005-06-24 2007-01-04 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Adaptive mirror in the optics of a laser machining tool
EP2216129A1 (en) 2009-02-05 2010-08-11 JENOPTIK Automatisierungstechnik GmbH Laser processing head with integrated sensor device for focus position monitoring
DE102011054941B3 (en) 2011-10-28 2013-01-17 Qioptiq Photonics Gmbh & Co. Kg Device useful for correcting thermal displacement of the focal position of a laser beam of a powerful laser guided to a material via optical elements for processing the material, comprises a sensor, an computing unit, and a correcting unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102096A1 (en) 2021-01-29 2022-08-04 Robust AO GmbH Adaptive mirror with different radii of curvature in two orthogonal axes
DE102021102096B4 (en) 2021-01-29 2023-11-09 Robust AO GmbH Adaptive mirror with different radii of curvature in two orthogonal axes

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