JP2020522387A - ビーム整形器及びその使用、ワークピースのレーザビーム処置装置及びその使用、ワークピースのレーザビーム処置方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明によれば、諸実施形態のビーム整形器によりレーザビームを形成することで、伝搬方向に対し垂直な方向に沿ったビーム形状即ちビームスポット及び/又はその伝搬方向に対し垂直な方向に沿った強度分布を、ある鋭敏限定されたワークピース領域内でエネルギ及び熱の輸送が生じるものとすることができる。一例としては、その強度分布を、ビーム方向に対し垂直な方向に沿い略均質なもの、例えば略平坦均一強度分布とすることができる。加えて、その強度分布を、急な縁を有するものとし、ひいてはそのレーザビームの外側境界にて鋭敏限定することができる。幾つかの例によれば、そのレーザビームを、円形のビームスポットと、その伝搬方向に対し垂直な方向に沿った円形強度分布とを、有するものとすることができる。幾つかの実施形態によれば、トップハットエネルギ分布のレーザビームを達成することができる。更に、伝搬するレーザビームに、様々なレーザビーム長手方向位置、例えば伝搬方向に沿いウェストの背後にありそのレーザビームのウェストから遠距離に位置するビームスポットにて、そうした有利な形状及び強度分布を反映させることができる。それにより、レーザビームウェスト背後のビームスポットを用いることで、例えば切削中の切削深さ増大に伴う熔融素材単位表面積当たり熱輸送を減らすことができ、それにより表面皺が少なく高品質な切削面を得ること、とりわけその切削面の全深度に亘り得ることができる。
Claims (23)
- レーザビーム処置、とりわけレーザビーム切削用の装置向けにレーザビームを整形するビーム整形器であって、
上記レーザビームの中央部を整形することで少なくとも部分的に球状な第1波面をそのレーザビームに持たせるよう設計された第1ビーム整形部(2)と、
上記レーザビームの周辺部を整形することで、少なくとも部分的に平行な第2波面をそのレーザビームに持たせ第1波面と少なくとも部分的に非コヒーレント重畳させるよう、設計された第2ビーム整形部(3)と、
を備えるビーム整形器。 - 請求項1に係るビーム整形器であって、
第1ビーム整形部(2)が自ビーム整形器の中央部分を形成し、第2ビーム整形部(3)が自ビーム整形器の周辺部分を形成するビーム整形器。 - 請求項1又は2に係るビーム整形器であって、
少なくとも1個の光学素子(4,5)を有するビーム整形器(1,10,20,30,40,50,60,70)であるビーム整形器。 - 請求項1〜3のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
第1及び第2ビーム整形部(2,3)のうち少なくとも一方が集束性光学部分であり又はそれを有するビーム整形器。 - 請求項1〜4のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
第1及び第2ビーム整形部(2,3)のうち少なくとも一方が収差性光学部分であり又はそれを有するビーム整形器。 - 請求項1〜5のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
整形されたレーザビームのうち対応する部分が5°以下、好ましくは3°以下、より好ましくは1°以下の発散変化を呈するよう、第1及び第2ビーム整形部(2,3)のうち少なくとも一方が設計されたビーム整形器。 - 請求項1〜6のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
第1ビーム整形部(2)が少なくとも1個の球状又は非球状形状面(12,42)を有し、及び/又は、
第2ビーム整形部(3)が少なくとも1個のアキシコン状形状面(13)を有するビーム整形器。 - 請求項7に係るビーム整形器であって、上記球状又は非球状形状面(12,42)が凹又は凸であるビーム整形器。
- 請求項7又は8に係るビーム整形器であって、
第1ビーム整形部(2)が少なくとも1個の球状又は非球状形状面(12,42)を有し、第2ビーム整形部(3)が少なくとも1個のアキシコン状形状面(13)を有し、当該球状又は非球状形状面が当該アキシコン状形状面の隣にあり、当該アキシコン状形状面から当該球状又は非球状形状面への遷移が連続的なビーム整形器。 - 請求項1〜9のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
少なくとも部分的に球状又は少なくとも部分的に非球状な尖端を有するアキシコン、とりわけ扁円尖端アキシコンを少なくとも部分的に有し又はそれにより形成されているビーム整形器。 - 請求項1〜10のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
第1ビーム整形部(2)、第2ビーム整形部(3)及び自ビーム整形器から選択された少なくとも1個の要素が回転対称であるビーム整形器。 - 請求項1〜11のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
第1ビーム整形部の自由数値開口(14a)が自ビーム整形器の自由数値開口(14b)の50%以下となるよう設計されたビーム整形器。 - 請求項1〜12のうちいずれか一項に係るビーム整形器であって、
近赤外(NIR)有効素材及び抗反射被覆から選択された少なくとも1個の要素を備えるビーム整形器。 - ワークピースのレーザビーム処置用、とりわけレーザビーム切削用の装置であって、請求項1〜13のうちいずれか一項に係るビーム整形器(1,10,20,30,40,50,60,70)を少なくとも1個備える装置。
- 請求項14に係る装置であって、更に、上記ビーム整形器のうち少なくとも1個に入射する際の上記レーザビームの幅又は直径を変化させる装置を備える装置。
- 請求項14又は15に係る装置であって、更に、
レーザ光源、とりわけ500W以上のレーザビームパワーを提供する光源と、
上記ビーム整形器のうち少なくとも1個が設けられた処理ヘッドと、
そのビーム方向に関し上記ビーム整形器のうち少なくとも1個の手前に配置されたアパーチャと、
上記ビーム方向に関し上記ビーム整形器のうち少なくとも1個の手前又は背後に配置された集束レンズ(82)と、
上記ビーム方向に関し上記ビーム整形器のうち少なくとも1個の背後に配置された保護窓(83)と、
上記レーザビーム方向に対し横方向に沿い上記ビーム整形器のうち少なくとも1個を調整する調整装置と、
上記レーザビーム内及び/又は外に上記ビーム整形器のうち少なくとも1個を位置決めする位置決め装置と、
上記レーザビームのレーザビームウェスト(87a)又はその背後にあるレーザビーム処置面(92)、とりわけ切削面と、
のうち少なくとも1個の部材を備える装置。 - 請求項14〜16のうちいずれか一項に係る装置であって、
上記ビーム整形器のうち少なくとも1個が、個別に交換されるよう設計された装置。 - 請求項16又は17に係る装置であって、
上記ビーム整形器(1,10,20,30,40,50,60,70)のうち少なくとも1個と、保護窓(83)とが、個別又は一緒に交換されるよう設計された装置。 - 請求項1〜13のうちいずれか一項に係るビーム整形器をワークピースのレーザビーム処置、とりわけレーザビーム切削に使用する方法。
- 請求項14〜18のうちいずれか一項に係る装置をワークピースのレーザビーム処置、とりわけレーザビーム切削に使用する方法。
- ワークピースのレーザビーム処置向け、とりわけレーザビーム切削向けの方法であって、請求項1〜13のうちいずれか一項に係るビーム整形器(1,10,20,30,40,50,60,70)によりレーザビームを整形するステップを有する方法。
- 請求項21に係る方法であって、上記レーザビームがレーザビームウェスト(87a)及びビーム方向(15)を有し、そのビーム方向に関し少なくともそのレーザビームウェストの背後にて、そのビーム方向に対し垂直な方向に沿い均質強度分布を形成するステップを有する方法。
- 請求項21又は22に係る方法であって、
上記ビーム整形器を上記レーザビーム内に位置決めするステップと、
そのレーザビーム方向に対し横方向に沿い上記ビーム整形器を調整するステップと、
上記ビーム方向に関しレーザビームウェスト(87a)又はその背後に上記ワークピース(100)を位置決めするステップと、
0.1〜10mmの幅又は直径を有するレーザビームスポットを上記ワークピースのところに形成するステップと、
上記ビーム方向に対し垂直な方向に沿った強度分布を転換するステップと、
上記ビーム整形器上に入射する際のレーザビーム幅又はレーザビーム直径を変化させるステップと、
レーザビーム外に上記ビーム整形器を位置決めするステップと、
のうち少なくとも1個を有する方法。
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