DE2214884A1 - Method and device for the optical processing of materials - Google Patents
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Description
United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street,United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street,
London, S.V/". 1, EnglandLondon, S.V / ". 1, England
Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Mr. 7983/71 vom 26· März 1971 beansprucht.For this application, the priority will be taken from the UK Patent application Mr. 7983/71 dated March 26, 1971 claimed.
Verfahren und Gerät zum optischen Bearbeiten von WerkstoffenMethod and device for the optical processing of materials
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Geräte zum optischen Ver- und Bearbeiten von Werkstoffen und besonders, aber nicht ausschließlich, auf Vorrichtungen zur Herstellung eines Musters von Perforationen oder Schweißungen in plattenförmigen Werkstoffen.The invention relates to methods and devices for the optical processing and processing of materials and particularly, but not exclusively, on devices for producing a pattern of perforations or welds in plate-shaped Materials.
In ihrem weitesten Rahmen wird bei der Erfindung jede beliebige Lichtquelle in Verbindung mit einem Medium benutzt, um den zu bearbeitenden Werkstoff im Bedarfsfalle lichtempfindlich für das benutzte Licht zu machen. Im besonderen ist die Vorrichtung zur Benutzung oder Verwendung mit einer Laser-Lichtquelle vorgesehen. Der Begriff "Licht" soll so verstanden werden,In the broadest scope of the invention, each Any light source used in conjunction with a medium to make the material to be processed light-sensitive if necessary to make for the light used. In particular, the device is for use or use with a laser light source intended. The term "light" should be understood as
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ORiQ(NAL INSf-ECTBDORiQ (NAL INSf-ECTBD
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daß er eine elektromagnetische Strahlung, die Wellenlängen innerhalb der ultravioletten und infraroten Bereiche des Spektrums aufweist, abdeckt, wie auch sichtbares Licht.that it emits electromagnetic radiation, the wavelengths within the ultraviolet and infrared ranges of the Has spectrum, covers, as well as visible light.
Das erfindungsgemäße Gerät zum optischen Ver- oder Bearbeiten eines Werkstoffkörpers umfaßt Einrichtungen zur Anordnung eines Materialkörpers, derart, daß ein Teil des zu bearbeitenden Körpers in einer gegebenen Ebene liegt, Einrichtungen zur Leitung eines Lichtstrahles von einer stationären Lieferquelle zu einem Fokus bzw. Brennpunkt in der vorgegebenen Ebene, Einrichtungen zur Unterbrechung des Lichtstrahles, Einrichtungen zur Bewegung des Werkstoffkörpers relativ zu dem Lichtstrahl und Einrichtungen zur Änderung der Phasenbeziehung bzw. Phasenlage zwischen der Bewegung des Körpers und den Unterbrechungen des Lichtstrahls.The device according to the invention for optical processing or processing a body of material comprises means for arranging a body of material, such that a part of the to be machined Body lies in a given plane, means for directing a beam of light from a stationary one Supply source to a focus or focal point in the specified plane, devices for interrupting the light beam, devices for moving the material body relative to the light beam and means for changing the phase relationship or phase position between the movement of the body and the interruptions of the light beam.
Das Gerät kann außerdem Einrichtungen zum Modulieren der Intensität des Lichtes ebenso wie zum Unterbrechen desselben aufweisen.The device can also have means for modulating the intensity of the light as well as for interrupting it exhibit.
Der zu bearbeitende Körper kann Plattenform aufweisen. Beispiele für optische Verfahren, bei welchen das erfindungsgemäße Gerät eingesetzt werden kann, sind das lokalisierte Schmelzen eines Körpers, das Punktverschweißen einer Platte mit einer anderen oder die Herstellung eines Musters bzw. einer Schablone von Perforationen in einer Platte. Ein Verfahren, das eine Kombination des vorstehenden Verfahrens verwendet, ist in der anhängigen Patentanmeldung Nr« 7913/71 beschrieben. Weitere Verfahren sind die Herstellung von Abdeckblenden für fotolithografische Verfahren oder die lokalisierte Änderung der Färbfähigkeit von Stoffen. In jedem Falle soll eine Lichtquelle mit angemessenen Energiecharakteristiken verwendet werden. Für das Schweißen oder Perforieren von Platten ist eine Laser-Strahlquelle geeignet. Hingegen ist für fotolithografische Verfahren ein ultraviolettes oder sichtbares Licht geeignet.The body to be machined can have a plate shape. Examples of optical methods in which the inventive Device that can be used are the localized melting of a body, the spot welding of a plate to a others or the production of a pattern or a template of perforations in a plate. A process that is a combination of the above process is described in pending patent application no. 7913/71. Further procedures are the production of cover panels for photolithographic processes or the localized change in colorability of fabrics. In any case, a light source with adequate energy characteristics should be used. For welding or perforating plates, a laser beam source is suitable. On the other hand, for photolithographic processes, an ultraviolet one is used or visible light.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen ausführlich erläutert, und zwar zeigen:The invention will now be based on it, for example reproducing drawings explained in detail, namely show:
Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Geräts,Pig. 1 a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention,
Pig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teiles des Gerätes nach Pig. 1,Pig. Figure 2 is a perspective view of part of the Pig device. 1,
Pig. 3 eine Einrichtung zur Änderung der Phasenbeziehung zwischen den Unterbrechungen des Lichtstrahls und der Bewegung des zu bearbeitenden Werkstoffkörpers, währendPig. 3 a device for changing the phase relationship between the interruptions of the light beam and the movement of the material body to be processed, while
i'ig. 4 zeigt, wie ein größeres Skalenmuster einem kleineren Skalenmuster von Perforationen in einer Platte aufgedrückt werden kann.i'ig. 4 shows how a larger scale pattern corresponds to a smaller one Scale pattern of perforations in a plate can be imprinted.
Gemäß Pig. 1 und 2 erzeugt ein 100 Watt Kohlendioxyd-Laser einen Bestrahlungsstrahl 2 von ungefähr 1 cm Durchmesser. Der Strahl 2 fällt durch eine Öffnung 3 von 1 cm Durchmesser auf eine Asbestplatte und von dort auf eine wassergekühlte Linse 5f die den Strahl 2 auf die Oberfläche einer zylindrischen Trommel bündelt, auf der ein Werkstück 7 in der Porm eines Gewebes bzw. Bandes oder einer flächigen Werkstoffplatte befestigt ist, auf denen ein Muster von Perforationen hergestellt werden soll. Zwischen dem Ausgangsfenster 8 des Lasers 1 und der Asbestplatte befindet sich ein Spiegel 9, der durch eine nicht dargestellte Magnetspule bewegt werden kann, so daß der Strahl 2 in eine Absorptionsvorrichtung, beispielsweise einen Leistungsmesser 10, geleitet werden kann. Zwischen der Asbestplatte 4 und der wassergekühlten Linse 5 ist ein Unterbrecher angeordnet, der aus einer Scheibe 11 besteht, die aus einer Aluminiumlegierung mit einem Durchmesser von 152,4 mm (6 Zoll) und einer Dicke von 1,5875 mm (1/16 Zoll) hergestellt ist, in die Schlitze verschiedener Pormen geschnitten sind, um Variationen des Bestrahlungsmusters des Werk-According to Pig. 1 and 2, a 100 watt carbon dioxide laser generates an irradiation beam 2 approximately 1 cm in diameter. The beam 2 falls through an opening 3 of 1 cm diameter onto an asbestos plate and from there onto a water-cooled lens 5 f which focuses the beam 2 onto the surface of a cylindrical drum on which a workpiece 7 in the form of a fabric or tape or a flat sheet of material is attached, on which a pattern of perforations is to be made. Between the exit window 8 of the laser 1 and the asbestos plate there is a mirror 9 which can be moved by a magnetic coil (not shown) so that the beam 2 can be directed into an absorption device, for example a power meter 10. Between the asbestos plate 4 and the water-cooled lens 5 is a breaker consisting of a disk 11 made of an aluminum alloy 152.4 mm (6 inches) in diameter and 1.5875 mm (1/16 inch) thick ), in which slots of different porms are cut in order to avoid variations in the irradiation pattern of the work-
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Stückes 7 für den Strahl 2 zu bilden« Die Unterbrecherscheibe ist an einem Elektromotor 12 befestigt und wird von diesem angetrieben, wobei der Motor mit Drehzahlen zwischen 300 und 3000 Umdrehungen pro Minute läuft und somit einen weiten Bereich von Bestrahlungszeiten schafft. Die Asbestplatte 4 wirkt als eine Absorptionsvorrichtung für licht, welches von der Unterbrecherscheibe 11 reflektiert wird. Zwischen der Unterbrecherscheibe und der wassergekühlten Linse 5 befindet sich ein Strahlungsteiler 13, der einen geringen Bruchteil der Strahlungsenergie in ein Thermokreuz 14 /thermocouple detector/ zur ständigen Kontrolle der Strahlenenergie ableitet. Die Trommel 6 weist einen Durchmesser von ungefähr 304,8 mm (12") und eine Länge von 1o16 mm (40") auf und ist aus einem gelochten Flußstahl hergestellt. In Pig. 2 ist die Trommel 6 dargestellt, die an jedem Ende in einem Schlitten 15 mittels zweier Rollen 16 gelagert ist und durch eine weitere federbelastete Rolle 17 stabilisiert wird. Die Rollen 16 und 17 laufen in Nuten 18, die maschinell in Endflanschen 19 aus rostfreiem Stahl der Trommel 6 hergestellt sind. Eine Rolle 16 wird ausschließlich dafür verwendet, um eine Querbewegung der Trommel 6 in den Schlitten 15 zu verhindern. Der Schlitten 15 ist auf drei Kugel-Laufrollen 20 gelagert. Zwei Laufrollen 20 laufen in einer V-förmigen Nute 23 in einer Flußstahlschiene 24, und die dritte nicht dargestellte Laufrolle läuft auf einer flachen Schiene 25. Ein Elektromotor 26, der mit Drehzahlen zwischen 300 und 3000 Umdrehungen pro Minute laufen kann, treibt die Trommel 6 über eine genutete Welle 27, mit Zähnen versehene Steuerriemen 28- und Riemenscheiben 29 an. Die Welle 27 treibt außerdem über ein Untersetzungsgetriebe 31 ein Stahlritzel 30 an, das mit einer Messingschiene 32 in Eingriff steht, um der Trommel 6 zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung eine Querbewegung zu geben. Eine Synchronisierung zwischen der Drehung der Trommel 6 und der Rotation der Unterbrecherscheibe 7 wird durch den AntriebPiece 7 for the beam 2 to form «The interrupter disc is attached to an electric motor 12 and is driven by this, whereby the motor runs at speeds between 300 and 3000 revolutions per minute and thus a wide range of Creates irradiation times. The asbestos plate 4 acts as an absorber for light emitted from the breaker plate 11 is reflected. Between the interrupter disk and the water-cooled lens 5 there is a radiation splitter 13 which generates a small fraction of the radiation energy in a thermal cross 14 / thermocouple detector / for constant control of the radiation energy. The drum 6 has is approximately 304.8 mm (12 ") in diameter and 1016 mm (40") long and is made of perforated mild steel manufactured. In Pig. 2 shows the drum 6, which is mounted in a carriage 15 by means of two rollers 16 at each end is and is stabilized by a further spring-loaded roller 17. The rollers 16 and 17 run in grooves 18, the are machined in end flanges 19 made of stainless steel of the drum 6. A role 16 is used exclusively for in order to prevent the drum 6 from moving transversely in the carriage 15. The carriage 15 is on three ball rollers 20 stored. Two rollers 20 run in a V-shaped groove 23 in a mild steel rail 24, and the third is not shown The roller runs on a flat rail 25. An electric motor 26, which rotates at between 300 and 3000 revolutions can run per minute, the drum 6 drives via a grooved shaft 27, toothed timing belts 28- and pulleys 29 on. The shaft 27 is also overdriving a reduction gear 31 connects a steel pinion 30 meshing with a brass rail 32 to rotate the drum 6 to give a transverse movement in addition to their rotational movement. A synchronization between the rotation of the drum 6 and the rotation of the breaker disk 7 is controlled by the drive
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der Unterbrecherscheibe 11 mittels eines Paares sogenannter Drehfeld-Stellungsanzeiger 12, 33 /mag-slip position indicator nach Fig. 3 erzielt. Der Drehfeld-Geber 33 /transmitter mag-slip/ ist direkt mit dem Motor 26 verbunden, der die Trommel 6 antreibt, und ist elektrisch mit dem Drehfeld-Empfänger /receiver mag-slip/ verbunden, der als Unterbrechermotor' 12 verwendet wird.the interrupter disk 11 by means of a pair of so-called rotating field position indicators 12, 33 / mag-slip position indicators according to Fig. 3 achieved. The rotary field encoder 33 / transmitter mag-slip / is directly connected to the motor 26, which drives the drum 6, and is electrically connected to the rotating field receiver / receiver mag-slip / which uses' 12 as an interrupter motor will.
Die Intensität des gebündelten Strahles 2 ist ausreichend, um das Material zu verdampfen, aus dem das Werkstück 7 hergestellt ist. Infolge der Unterbrechung des Strahles 2 durch den Unterbrecher und die Bewegung des Werkstückes 7 wird ein Muster bzw. eine Schablone von Perforationen über die Breite des Werkstückes 7 hergestellt.The intensity of the focused beam 2 is sufficient to vaporize the material from which the workpiece 7 is made is. As a result of the interruption of the beam 2 by the interrupter and the movement of the workpiece 7, a Pattern or a template made of perforations across the width of the workpiece 7.
Muster bzw. Schablonen von Perforationen können in dem Werkstück 7 hergestellt werden, welche Variationen in den lochpo'sitionen relativ zueinander aufweisen, und zwar zuerst durch die Synchronisierung der Rotation der Trommel 6 und der Unterbrecherscheibe 11 und dann durch die Variierung der Phasenbeziehung zwischen der Trommel 6 und der Unterbrecherscheibe 11 durch den mechanischen Drehantrieb des Unterbrechermotors 12 (d.h., den Drehfeldempfänger /receiver mag-slip/) um das Rotationszentrum der Unterbrecherscheibe 11β Diese Rotation wird durch einen Mechanismus gemäß Pig. 3 ausgeführt. Eine Nockenscheibe 34 wird über eine Welle 35 und ein Getriebe 36 angetrieben mit ungefähr einem 1/1000 der Drehgeschwindigkeit der Trommel 6. Eine Verbindungsstange 37 stützt sich auf der Nockenscheibe 34 ab und versetzt ein Getriebezahnrad 38 in Drehung, das mit einem anderen Getrieberad 39 kämmt, das an dem Gehäuse des Unterbrechermotors 12 befestigt ist und koaxial zu diesem angeordnet ist. Der Unterbrechermotor 12 ist drehbar auf einerPatterns of perforations can be made in the workpiece 7 which have variations in the hole positions relative to one another, first by synchronizing the rotation of the drum 6 and the breaker disk 11 and then by varying the phase relationship between the drum 6 and the interrupter disk 11 by the mechanical rotary drive of the interrupter motor 12 (ie, the rotary field receiver / receiver mag-slip /) around the center of rotation of the interrupter disk 11 β This rotation is controlled by a mechanism according to Pig. 3 executed. A cam disk 34 is driven via a shaft 35 and a gear 36 at about 1/1000 the speed of rotation of the drum 6. A connecting rod 37 is supported on the cam disk 34 and sets a gear wheel 38 in rotation which meshes with another gear wheel 39 , which is attached to the housing of the interrupter motor 12 and is arranged coaxially therewith. The chopper motor 12 is rotatable on a
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Halterung 40 befestigt. Die Drehung der Nockenscheibe 34 versetzt deshalb den Unterbrechermotor 12 um seine Achse in Drehung. Verschiedene Muster bzw. Schablonen können durch die Änderung der Form der Nockenscheibe 34 hergestellt werden.Bracket 40 attached. The rotation of the cam 34 therefore causes the chopper motor 12 to rotate about its axis. Different Patterns can be made by changing the shape of the cam 34.
Ein breiteres Skalenmuster kann auf das gesamte Muster von Perforationen durch eine hochreflektierende Abdeckblende 41 /highly reflecting mask/ aufgedrückt werden, die oben auf dem Werkstück angeordnet ist, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.A wider scale pattern can be applied to the entire pattern of perforations through a highly reflective masking panel 41 / highly reflecting mask /, which is arranged on top of the workpiece, as shown in FIG. 4.
Weitere Änderungen in der Muster- bzw. Schablonenherstellung können durch die Modulation der Intensität des Lichtstrahles erzielt werden, um so das Vorkommen oder die Größe der Löcher in dem Werkstück 7 zu ändern. Eine Art, in der dies erreicht werden kann und welche nicht dargestellt ist, besteht in der Verwendung eines Kodierers zum Erzeugen eines Steuersignals, das für die gewünschte Änderung in der Größe oder dem Vorkommen der Löcher in dem Werkstück 7 kennzeichnend ist, und in der anschließenden Übermittlung des Steuersignals an einen Modulator, der in dem Hohlraum /cavity/ des Lasers 1 angeordnet ist.Further changes in the pattern or stencil production can be made by modulating the intensity of the light beam can be achieved so as to change the occurrence or size of the holes in the workpiece 7. One way in which this is accomplished can be and which is not shown, consists in the use of an encoder to generate a control signal, which is indicative of the desired change in the size or occurrence of the holes in the workpiece 7, and in the subsequent one Transmission of the control signal to a modulator which is arranged in the cavity / of the laser 1.
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.The invention also concerns and relates to modifications of the embodiment outlined in the appended claim 1 especially to all features of the invention, which individually - or in combination - in the entire description and Drawing are disclosed.
PatentansprücheClaims
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Claims (6)
72 .018 Pü/Schm 2 5. Ml. - 7 -
72 .018 Pü / Schm 2 5th Ml.
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Also Published As
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| FR2130699A1 (en) | 1972-11-03 |
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