JP2023524166A - レーザー加工用の加工ヘッド及び加工方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、被加工物のレーザー加工用の加工ヘッド(100)であって、加工用レーザービームを発光する加工用レーザー光源の第1のインターフェース(102)と、直線偏光照射光ビームを発光する照射光源の第2のインターフェース(104)と、加工用レーザービーム及び照射光ビームの出射開口部(112)と、被加工物から反射された照射光ビームを検出する検出器デバイスの第3のインターフェース(106)と、発光された照射光ビームを出射開口部を通過させ、且つ被加工物から反射された照射光ビームを出射開口部を通過するように第3のインターフェースへ少なくとも部分的に同軸的に誘導する導光部品(116、117)を有する加工ヘッドに関する。導光部品は、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を出射開口部の方向に誘導する偏光ビームスプリッタ(116)と、偏光ビームスプリッタと出射開口部の間に配置された位相差板(117)を有している。本発明はまた被加工物をレーザー加工する方法にも関する。

Description

本発明は、請求項1に記載の被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断に用いる加工ヘッド、更なる独立請求項に記載された加工ヘッドの使用、及び更なる独立請求項に記載された特に加工ヘッドを用いる被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断方法に関する。
プロセス監視、すなわち加工プロセス監視が、被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断において益々重要になっている。切断動作中に生成されるプロセス光を監視及び制御目的に利用可能にする試みがこれまでなされてきた。この目的のため、被加工物のプロセスゾーンとも称される加工ゾーンを、カメラ技術その他の検出器により空間的に解像して見ることができる。これはプロセス光の強度に加え、特にカーフに関する形状的情報を得ることができるため、プロセス解析に大いに役立ち得る。しかし、プロセス光は形状的情報の取得に用いられるだけでなく、追加的又は代替的にプロセスゾーンを能動的に照射することができる。
レーザー加工用の加工ヘッドの場合、加工用レーザー光及び照射光を、出射口を通過するように被加工物に誘導することができる。被加工物から反射された照射光が加工ヘッド内のカメラで検出されたならば、照射光は、照射光源からプロセスゾーンへ、及び再びカメラの方向へ出射開口部を2回通過する必要がある。出射開口部はレーザー加工の種類に応じて相対的に小さい場合がある。例えばレーザー切断動作中、切断プロセス及び使用する切断ガスに応じて、加工ヘッドの(ノズルとも称する)出射開口部のシャッター径が非常に狭い場合がある。このような場合、照射光の入射角が非常に鋭いことが望ましい。
加工ヘッドの場合、出射開口部及びカメラは同軸的に配置されていてよい。また、加工用レーザービームと照射レーザービームを、例えば1個以上の結合ミラーを介して被加工物へ同軸的に誘導することができる。図1に、出射開口部12を有するレーザー切断ヘッド10、出射開口部と同軸的に配置されたカメラ14、照射光のビームスプリッタ16、照射光源18、加工用レーザー光源20、加工用レーザービームを屈折させるダイクロイックミラー22、及び処理対象である被加工物24を模式的に示す。
米国特許第2006/0196860A1号明細書 独国特許第102011119478B4号明細書 米国特許第2016/0193692A1号明細書 独国特許第102018205545A1号明細書 独国特許第102015121988A1号明細書 米国特許第2017/0043431A1号明細書 欧州特許第2886239A1号明細書
典型的に、照射光の50%を反射し、50%を透過させる50:50ビームスプリッタをビームスプリッタ16として用いる。照射光は最初にビームスプリッタで出射開口部12及び被加工物24の方向に屈折され、被加工物24で反射されて再び出射開口部12を通過した後でビームスプリッタ16を通過してカメラ14へ伝送されため、照射光の強度を反射光と透過光に分割することが望ましい。しかし、50:50ビームスプリッタでは発光された照射光の最大25%しか利用できない。照射光が屈折された際に50%の光が失われ、照射光が透過する際に更に50%の光が失われる。従って加工プロセスは、照射光収率が低い状態でカメラ14により監視される。更に、照射光ビームの不要な反射が、例えばレーザー光学部品及びシャッター等の光学素子及び加工ヘッドの他の要素の境界面及び境界層で生じ得る。図2に、照射光ビーム28と共に、照射光ビーム28の不要な反射が典型的に生じるレーザー切断ヘッド10の問題となる反射点29を示す。図3に、そのような干渉反射32が生じた状態でカーフ30の例示的なカメラ録画を示す。しかし、カメラにおける低い照射光収率及び/又は干渉反射に起因して、加工プロセスの監視中に得られるカメラ録画の情報価値が低下する。
例示的レーザー光学部品がUS2006/0196860A1に記述されており、回転可能な加工用レーザービームが、2個のラムダ/2プレート及びそれらの間の回転可能な屈折光学部品により生成される。DE102011119478B4に中心付近が反射性で周縁部が透過性の照射光結合ミラーが提案されている。レーザー加工装置の更なる光学部品がUS2016/0193692A1、DE102018205545A1、DE102015121988A1、US2017/0043431A1に記述されている。EP2886239A1は、レーザー接合プロセスにおける加工経路を監視及び調節する方法及び装置に関する。ダイクロイックビームスプリッタの上方に偏光ビームスプリッタ及びλ/4板が設置されている。被加工物の表面から拡散的に散乱された照射レーザー光が円偏光されてλ/4プレートの上方で直線偏光放射に変換され、偏光ビームスプリッタにより伝送される。しかし、照射レーザー光の干渉反射が生じる可能性がある。
本発明の目的は、加工プロセスの有意味な監視を可能にする加工ヘッド及び加工方法を提供することである。
上述の目的は、請求項1に記載の加工ヘッド、請求項9に記載の加工装置、請求項10に記載の使用、及び請求項11に記載の被加工物のレーザー加工方法により実現される。
本発明の第1の実施形態は、被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断に用いる加工ヘッドであって、加工用レーザービームを発光する加工用レーザー光源の第1のインターフェースと、直線偏光された照射光ビームを発光する照射光源の第2のインターフェースと、加工用レーザービーム及び照射光ビームの出射開口部と、被加工物から反射された照射光ビームを検出する検出装置の第3のインターフェースと、発光された照射光ビームを出射開口部を通過させ、且つ被加工物から反射された照射光ビームを出射開口部を通過するように第3のインターフェースへ少なくとも部分的に同軸的に誘導する導光部品を有する加工ヘッドに関する。従って導光部品には、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を出射開口部の方向に誘導する偏光ビームスプリッタと、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を円偏光照射光ビームに変換すべく、且つ被加工物から反射された円偏光照射光ビームの少なくとも一部を直線偏光照射光ビームに変換すべく偏光ビームスプリッタと出射開口部の間に配置された位相差板が設けられている。
偏光ビームスプリッタと位相差板の組み合わせにより、導光部品は、照射光源により発光された照射光の偏光を有利に利用できることを意味する。加工ヘッドの動作中、発光された照射光の最大100%、すなわち50:50ビームスプリッタよりも4倍多くが出射開口部の方向に誘導され、最終的に加工プロセスの検出従って監視に利用できる。従ってプロセス監視用の照射光収率が最適化される。別の利点として干渉反射が減少する。その理由は、発光された直線偏光照射光の照射光源と位相差板の間での反射により、発光された照射光の直線偏光が変化しないためである。不要な反射が生じ得る場合、照射光は最悪の場合偏光ビームスプリッタにより照射光源に戻され、検出器の録画と干渉しない。また、発光及び反射された照射光の導光部品における干渉が避けられる。また、容易に入手でき、実績があって安価な光学素子を用いることができる。
偏光ビームスプリッタ及び位相差板は各々、ある波長範囲、特に照射光ビームの波長範囲、特に照射光ビームの波長付近の波長範囲で選択できる。このように、検出装置における照射光収率を向上させることができる。
偏光ビームスプリッタは、直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を位相差板の方向に屈折及び/又は反射すべく設計及び/又は配置されていてよい。偏光ビームスプリッタはまた、被加工物から反射された照射光の少なくとも一部、特に80%超、好適には80%~100%、より好適には90%~99%を、特に第3のインターフェースの方向に透過させるべく設計及び/又は配置されていてよい。これにより、偏光ビームスプリッタが照射光を出射開口部の方向に屈折させ、且つ反射された照射光を第3のインターフェースの方向に透過させることができるため、導光部品の光学素子を小さいスペースに配置することができる。
位相差板は、ラムダ/4プレートとして設計されていてよい。位相差板はまた、発光された直線偏光照射光ビーム、特に発光された直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を円偏光照射光ビームに変換すべく設計及び/又は配置されていてよい。位相差板は更に、被加工物から反射された円偏光照射光ビーム、特に被加工物から反射された円偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を直線偏光照射光ビームに変換すべく設計及び/又は配置されていてよい。特に、位相差板は、反射された照射光ビームを、発光された直線偏光照射光ビームの偏光面に垂直な偏光面を有する直線偏光照射光ビームに変換すべく設計されていてよい。これらの位相差板の設計により、発光された反射された照射光からの干渉を最小化又は除去することができる。
第1のインターフェースは、加工用レーザービームを発光する加工用レーザー光源と接続又は一体化されていてよい。
第2のインターフェースは、直線偏光照射光ビームを発光する照射光源と接続又は一体化されていてよい。照射光源、偏光ビームスプリッタ、及び/又は位相差板の配置、特に照射光ビームの光路の中心軸に対する各々の回転配置が互いに調整されていてよい。調整は特に、発光された直線偏光照射光ビームの偏光面に対して実行することができる。偏光ビームスプリッタにおける発光された照射光ビームの屈折及び/又は位相差板における発光された照射光ビームの変換をこのように最適化することができる。第2のインターフェース、照射光源、偏光ビームスプリッタ及び位相差板から選択された少なくとも1個の素子は、特に照射光ビームの光路の中心軸に関して回転的に調整可能及び/又は回転可能に設計されていてよい。例えば、偏光ビームスプリッタの回転配置は照射光ビームの光路の中心軸に関して指定され、照射光源及び位相差板の回転配置が照射光ビームの光路の中心軸に関して選択又は調整されているため、偏光ビームスプリッタにおける照射光ビームが位相差板の方向に少なくとも部分的に屈折され、位相差板により少なくとも部分的に円偏光照射光ビームに変換される。
更に、第3のインターフェースは、出射開口部を通過して被加工物から反射された照射光ビームを検出する、特に位相差板により直線偏光された照射光を検出する検出装置と接続又は一体化されていてよい。
位相差板は、出射開口部に最も近い導光部品の光学素子であってよい。更に、導光部品は、照射光ビームを視準及び/又は合焦する少なくとも1個の光学素子を有していてよい。導光部品において、照射光ビームを視準及び/又は合焦する少なくとも1個の光学素子は、位相差板と偏光ビームスプリッタの間に配置されていてよい。これにより、導光部品の少なくとも1個の光学素子が、加工ゾーンから発光されたプロセス光及び/又は加工ゾーンから反射された照射光を検出装置上に鮮明に結像させるべく設定、例えば調整されている場合に、有利な仕方で照射光ビームを被加工物の加工ゾーンに同時に誘導、特に合焦及び/又は視準することができる。これにより、照射光に対して行われる両方の結像処理(加工ゾーンへの誘導及び検出装置への結像)の同期化、両方の結像処理に必要な光学素子の数の削減、及び加工ヘッド内の導光部品のコスト削減と省スペースが実現される。
また、導光部品は、出射開口部と第3のインターフェースの間に少なくとも1個のシャッターを含んでいてよい。加工用レーザー光学部品、特に導光部品と出射開口部の間に配置された加工用レーザー光学部品も設けられていてよい。更に、導光部品及び加工用レーザー光学部品は、照射レーザービーム及び加工用レーザービームを、出射開口部を通過するよう同軸的に誘導すべく設計されていてよい。
検出装置の出射開口部及び第3のインターフェースは同軸的に、特に加工用レーザービームの被加工物への入射方向に関して同軸的に配置されていてよい。出射開口部はまた円形、及び/又は0.8~6mmの直径を有していてよい。
別の実施形態は、被加工物のレーザー加工を行うための前記実施形態のいずれか1項に記載の加工ヘッドを有する加工装置に関する。
別の実施形態は、上述の実施形態のいずれか1項に記載の加工ヘッドの使用、又は被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断を行う上の実施形態に記載の加工装置を提供する。
一実施形態は、特に上述の実施形態の一つによる加工ヘッド又は加工装置を用いて被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断を行う方法に関し、以下のステップ、すなわち加工ヘッドの第1のインターフェースにおいて加工用レーザー光源から加工用レーザービームを発光して、加工ヘッドの出射開口部を通過する加工用レーザービームにより被加工物、特に被加工物の加工ゾーンを照射するステップと、加工ヘッドの第2のインターフェースにおいて照射光源から直線偏光照射光ビームを発光するステップと、発光された照射光ビームを加工ヘッドの導光部品により出射開口部を通過すべく誘導して被加工物を照射する、特に加工ゾーンを照射するステップと、被加工物から反射された照射光ビームを導光部品により出射開口部を通過するように加工ヘッドの第3のインターフェースの検出装置に誘導するステップを含み、発光及び反射された照射光ビームが少なくとも部分的に同軸的に誘導され、導光部品は、偏光ビームスプリッタ、及び偏光ビームスプリッタと出射開口部の間に配置された位相差板を有し、偏光ビームスプリッタにより、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部が出射開口部の方向、特に位相差板の方向に誘導され、位相差板により、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部が円偏光照射光ビームに変換され、被加工物から反射された円偏光照射光ビームの少なくとも一部が直線偏光照射光ビームに変換される。
本方法において、偏光ビームスプリッタ及び位相差板は各々、ある波長範囲、特に照射光ビームの波長範囲、特に照射光ビームの波長付近の波長範囲で選択的に選択又は調整されていてよい。位相差板と偏光ビームスプリッタの間に配置された導光部品の少なくとも1個の光学素子が、発光された直線偏光照射光ビーム及び変換された直線偏光照射光ビームを視準及び/又は合焦することができる。
更に、本方法において、偏光ビームスプリッタは、直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を、位相差板の方向に屈折及び/又は反射させることができる。また、偏光ビームスプリッタは、被加工物から反射された照射光の少なくとも一部、特に80%超、好適には80%~100%、より好適には90%~99%を特に第3のインターフェースの方向に透過させることができる。更に、偏光ビームスプリッタは、発光された直線偏光照射光ビームを屈折及び/又は反射すべく位相差板の方向に配置されていてよい。代替的又は追加的に、照射光源は、偏光ビームスプリッタにより直線偏光された照射光ビームを位相差板の方向に屈折及び/又は反射すべく配置されていてよい。更に、偏光ビームスプリッタは、被加工物から反射された照射光を、偏光ビームスプリッタを通して透過させるべく配置されていてよい。
本方法において、λ/4プレートを位相差板として選択することができる。また、発光された直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を位相差板により円偏光照射光ビームに変換することができる。特に、位相差板は、発光された直線偏光照射光ビームの90%超を円偏光照射光ビームに変換すべく配置されていてよい。また、位相差板により、被加工物により反射された円偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を、直線偏光照射光ビームに、特に、発光された直線偏光照射光ビームの偏光面に垂直な偏光面を有する直線偏光照射光ビームに変換することができる。位相差板は、被加工物から反射された円偏光照射光ビームの90%超を直線偏光照射光ビームに変換すべく配置されていてよい。
本方法は、加工用レーザービームにより被加工物を加工するステップ、及び/又は被加工物から反射されて出射開口部を通過した照射光ビームの少なくとも一部、特に被加工物から反射されて位相差板により直線偏光された照射光ビームに変換された円偏光照射光ビームの少なくとも一部を検出装置により検出するステップを更に含んでいてよい。本方法において、位相差板と偏光ビームスプリッタの間に配置された導光部品の少なくとも1個の光学素子を、被加工物により発光されたプロセス光の少なくとも一部及び/又は変換された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を検出装置上に鮮明に結像すべく設定、例えば調整されていてよい。これにより、発光された直線偏光照射光ビームを被加工物の加工ゾーンに同時に誘導すること、特に合焦及び/又は視準することができる。
上述の実施形態の被加工物のレーザー加工用装置により、特に同一及び/又は同様の特徴を有する被加工物のレーザー加工方法の実施形態と同様の利点及び機能を実現することができる。
更なる特徴及び効率が例示的な実施形態、図面、及び従属請求項の以下の記述から得られる。上述の特徴及び以下に記述する特徴は、言及する各々の組み合わせだけでなく他の組み合わせ又は単独で本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。
本発明について、例示的な実施形態に基づき、同様に本発明に固有の特徴を開示する添付図面を参照しながら以下により詳細に説明する。これらの例示的な実施形態は、専ら説明目的で用いるものであり、限定的に解釈すべきではない。例えば、多数の素子又は要素を含む例示的な実施形態の記述を、これらの素子又は要素の全てが実装に必要との趣旨で解釈すべきではない。むしろ、他の例示的な実施形態もまた代替的な素子及び要素、より少ない素子又は要素、或いは追加的な素子又は要素を含んでいてよい。別途明記しない限り、異なる例示的な実施形態の素子又は要素を互いに組み合わせてもよい。複数の例示的な実施形態の一つに対して記述した変更及び変形は他の複数の例示的な実施形態にも適用できる。反復を避けるべく、同一又は互いに一致する要素は異なる図面で同一参照符号により示し、重複して説明しない。
例示的な公知のレーザー切断ヘッド10の模式図を示す。 照射光源動作中のレーザー切断ヘッド10の模式図を示す。 レーザー切断ヘッド10に構造的に対応する加工ヘッドで得られた、干渉反射を伴うカーフの例示的なカメラ録画の実写図を示す。 被加工物のレーザー加工用の加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源動作中に被加工物をレーザー加工するための加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源及び加工用レーザー光源の動作中におぇる、加工用レーザー光源120、ダイクロイックミラー122、照射光源118及び検出装置114を有する加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源動作中の加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源動作中の加工ヘッド100の模式図を示す。
以下、記述された値の範囲の場合、広い範囲及びより狭い代替的又は好適な範囲を記述する本明細書が、指定された範囲の下限と指定された範囲の上限の任意の組み合わせにより得られる範囲も開示していることが理解されよう。用語「発光された」照射光又は「発光された」照射光ビーム及びそれらの変化形は、照射光源から発光された後で被加工物に至るまでの照射光又は照射光ビームを指す。用語「反射された」照射光又は「反射された」照射光ビーム及びそれらの変化形は、被加工物で反射された後で第3のインターフェース又は検出装置に至るまでの照射光又は照射光ビームを指す。
図4a、4bに、本発明の例示的な実施形態として、被加工物をレーザー加工するための加工ヘッド100を示す。加工ヘッドは、加工用レーザービーム(図示せず)を発光する加工用レーザー光源の第1のインターフェース102と、直線偏光照射光ビーム128を発光する照射光源の第2のインターフェース104と、加工用レーザービーム及び照射光ビームの出射開口部112と、被加工物から反射された照射光ビームを検出する検出装置の第3のインターフェース106と、発光された照射光ビームを出射開口部を通過させ、且つ被加工物から反射された照射光ビームを出射開口部を通過するように第3のインターフェースへ少なくとも部分的に同軸的に誘導する導光部品116,117を有している。動作中に生成された照射光ビーム128を図4bに破線で示している。導光部品は、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を出射開口部112の方向に誘導する偏光ビームスプリッタ116と、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を円偏光照射光ビームに変換し、且つ被加工物から反射した円偏光照射光ビームの少なくとも一部を直線偏光照射光ビームに変換する、偏光ビームスプリッタ116と出射開口部112の間に配置された位相差板117を有している。
図5に、第1のインターフェース102に設けられた加工用レーザー光源120、加工用レーザー光129を屈折させるダイクロイックミラー122、第2のインターフェース104に取り付けられた照射光源118、検出装置として第3のインターフェース106に取り付けられたカメラ114を有する加工ヘッド100を示す。本例において、400~800nmの波長範囲に感応する単色CMOSカメラを用いる。カメラ114の前方、すなわち第3のインターフェース106に、中心照射波長付近を通過帯域フィルタリングする狭帯域フィルタが設けられている。また、本実施形態では位相差板117と偏光ビームスプリッタ116の間に配置されている照射光ビームのレンズ124をオプションの光学素子、例えば合焦レンズ又は視準レンズとして示している。別のオプション素子はシャッター125であってよい。例えば、シャッター125は、図5に示すようにレンズ124の上方に、又は第3のインターフェース106に配置されていてよい。シャッター(絞り)は、カメラ録画の被写界深度に関して有利な場合がある。
一代替例において、カメラ114が第2のインターフェース104に設け、照射光源118を第3のインターフェース106に設けられていて、すなわち図5の例と比較してカメラ114と照射光源118を入れ替えてもよい。この場合、偏光ビームスプリッタ116は、光源118から発光された照射光ビーム128を透過させ、被加工物24で反射された照射光ビーム128を反射させるように配置されている。偏光ビームスプリッタは従って、発光された照射光ビーム128を出射開口部112の方向に少なくとも部分的に通過させ、被加工物24で反射された照射光ビーム128をカメラ114の方へ少なくとも部分的に屈折させることができる。
被加工物を加工するには、図5の例において、加工用レーザー光源120及び照射光源118を動作させて加工用レーザービーム129(図5に破線で示す)及び照射光ビーム128を加工ヘッド100内へ横方向に誘導する。偏光ビームスプリッタ116により、又は照射光ビームを透過させるダイクロイックミラー122により、発光された照射光ビーム128及び加工用レーザービームは屈折されて出射開口部112に同軸的に誘導される。被加工物から反射されて出射開口部112を通過した照射光ビームは、加工用レーザービーム及び照射光ビームと同軸的にカメラ114に誘導される。
加工ヘッド100を例えば切削加工で使用する場合、検出波長の同時フィルタリングを伴う狭帯域照射が切削加工中の最適なカメラ録画条件に有利である。このように、特にカーフ形状に関して高レベルの情報が得られる。照射光源の配置及び照射光の誘導により、出射開口部112を通過する照射を実行することができる。プロセスゾーンの良好な照射及び可能な最も高い照射光収率を得るには照射光の平行なビーム伝播も有利であり、これは光学素子124としての視準レンズにより実現できる。光学素子124は代替的に、調整可能であってカメラの焦点をプロセスゾーンに合わさせるべく使用可能な合焦レンズであってよい。照射光源118及びカメラ114が図5の例のようにプロセスゾーンからほぼ等距離にある場合、合焦レンズ124により両方で同様の合焦を有利に実現することができる。
本例における加工用レーザー光源120の出力は約12kWであり、中心波長が1070nmの加工用レーザービームを生成する。狭帯域且つ空間指向性の光源、本実施形態ではダイオードレーザー(レーザーダイオードとも称される)を照射光源118として用いる。これは直線偏光光を送出する。本実施形態において、照射光源118は約1000mWの出力で動作して、6nmの波長帯で中心波長が約638nmの照射レーザービーム128を生成する。代替的に、波長範囲が400~1000nmの直線偏光レーザービームを生成する照射光源を用いてもよい。照射光源の出力は調整可能であってよい。加工用レーザー光源の出力及び/又は被加工物の特性に応じて、異なる照射光出力が有利な場合がある。例えば、照射光源は、約100mW~2000mWの間で調整可能であってよい。更なる代替方式において、光源を下流の偏光子と共に用いてもよい。本実施形態において、ダイオードレーザーにより発光された照射光ビーム128の偏光方向はS偏光である。
偏光ビームスプリッタ116は誘電体材料で形成されて市販されている。直線偏光光は(光伝播の)単一平面において発光され、直交する(光伝播)平面内で光を反射する。この動作モードは波長選択的である。このケースにおいて、偏光ビームスプリッタ116は、記述された動作モードをダイオードレーザーにより指定された波長範囲に有するように選択される。ビームスプリッタ116は、発光されたS偏光照射光の約100%がビームスプリッタで出射開口部112の方向に反射されるように、照射光ビーム128の光路の中心軸上に、照射光ビーム128の偏光面に対して回転可能に配置されている。
複屈折水晶製のλ/4プレートが本実施形態において偏光ビームスプリッタ116と出射開口部112の間に配置された位相差板117として設けられている。本実施形態において、λ/4プレート117はまた、出射開口部112に最も近い導光部品の光学素子でもある。このように、λ/4プレート117は、図5に示すレンズ124等、導光部品のオプションとしての追加的な結像光学部品の後に、且つ導光部品の境界面の後に設置されている。ラムダ/4プレートは、ラムダ/4プレートを通過する発光されたS偏光照射光が円偏光照射光に変換されるように設置されている。
ラムダ/4プレートは、光学位相差板又は波長板の要素群に属している。一般に、このような光学要素は、通過する電磁波、特に光の偏光及び位相を変化させ得る。これは、偏光面の位置に応じて適切な向き置かれた複屈折材料内を光が異なる波長で伝播するという事実を利用している。
本実施形態において、ラムダ/4プレート117は、入射する発光されたS偏光照射光ビーム128の直線偏光が左円偏光に変換されるように選択及び配置される。ラムダ/4プレート117は、直線S偏光照射光の約100%が透過して左円偏光照射光に変換されるように、照射光ビーム128の光路の中心軸上に、入射する発光された照射光ビームの偏光面に対して回転可能に配置されている。λ/4プレートの動作モードは波長選択的である。本実施形態において、ラムダプレート116は、ダイオードレーザーにより指定された波長範囲に合致させられる。
図6A、6Bに模式的に示すように、加工ヘッド100が動作中の場合、照射光源118により発光されたS偏光照射光ビーム128は、偏光ビームスプリッタ116においてλ/4プレート117及び出射開口部112の方向に約100%反射及び屈折される。ラムダ/4プレート117は、照射光ビーム128のS偏光の約100%を円偏光(本例では左円偏光)に変換する。左円偏光照射光ビーム128は出射開口部112を更に通過して被加工物24まで伝播する。照射光ビーム128は被加工物24で反射され、円偏光は保持された状態で左円偏光の方向だけが右円に変更される。
ラムダ/4プレート117は、透過した右円偏光照射光の約100%がP偏光に変換されるように設計及び配置されている。更に、ビームスプリッタ116は、入射するP偏光照射光の少なくとも80%を透過させるべく設計及び配置されている。
帰路において、被加工物24により反射された照射光ビーム128は再びラムダ/4プレート117を通過し、その右円偏光が直線偏光に変換される。直線偏光照射光ビーム128の偏光面は現在、発光された直線偏光照射光ビーム128の偏光面に垂直である。λ/4プレート117の前方伝播方向における発光された照射光ビーム128の直線偏光は、本実施形態においてS偏光である。これに対応して、直交(垂直)直線偏光は、P偏光である。従って、被加工物により反射され、ラムダ/4プレートを透過した照射光ビーム128は、P偏光である。偏光ビームスプリッタ116はP偏光照射光ビーム128を少なくとも80%透過させる。
説明のため、図6bに、偏光状態が照射光ビーム128の光路に沿って変化する様子を模式的に示す。照射光ビーム128の被加工物24への伝播方向を矢印130で示す。矢印132は、被加工物からカメラ114へ反射された照射光ビーム128の伝播方向に対応している。照射光ビーム128は伝播方向130において、照射光源118とλ/4プレート117の間でS偏光される。ラムダ/4プレート117を通過した後、照射光ビーム128は伝播方向130において左円偏光される。被加工物24で反射された後、照射光ビーム128は伝播方向132において右円偏光される。ラムダ/4プレート117を通過した後、照射光ビーム128はP偏光され、伝播方向132に偏光ビームスプリッタ116を通過し、最終的にカメラ114に到達する。
発光された照射光ビームのほぼ100%が偏光ビームスプリッタ116で屈折され、発光又は反射された照射光ビームのほぼ100%がラムダ/4プレート117により変換され、反射された照射光ビームの80%超がビームスプリッタ116でカメラ114まで透過されるため、当初照射光源118により生成された照射光ビーム128の高い割合、例えば80%~100%を用いて加工プロセスを監視することができる。従って、加工プロセスを監視する照射光の収率が加工ヘッド100により最大化される。
本例において、ラムダ/4プレート117が導光部品の最後の光学素子として、発光された照射光ビーム128の光路に設置されている事実は、加工プロセスの監視に極めて有意味であることを意味する。このように、ラムダ/4プレート117は偏光ビームスプリッタ116と協働して、カメラ114の方向における発光されたS偏光照射光ビームの光学インターフェースからの干渉反射を回避することができる。照射光源118とλ/4プレート117の間で照射光ビーム128の干渉反射が生じたとしても、その偏光は変更されない。しかし、S偏光照射光の反射は偏光ビームスプリッタ116により透過されず、むしろ反射されるためカメラ114には到達しない。
また、偏光ビームスプリッタ116とラムダ/4プレート117と合わせて導光部品が存在することにより、発光及び反射された照射光の干渉が回避される。照射ビーム128の偏光は、伝播方向130及び伝播方向132とは方向が異なる(S又はP偏光及び右/左円)ため、これらの光線の干渉は最小限に抑えられるか又は干渉が回避される。
10 レーザー切断ヘッド
12 出射開口部
14 カメラ
16 ビームスプリッタ
18 照射光源
20 加工用レーザー光源
22 ダイクロイックミラー
24 被加工物
28 照射光ビーム
29 反射点
30 カーフ
32 反射
100 加工用ヘッド
102 第1のインターフェース
104 第2のインターフェース
106 第3のインターフェース
112 出射開口部
114 検出装置、カメラ
116 偏光ビームスプリッタ
117 位相差板、ラムダ/4プレート
118 照射光源、ダイオードレーザー
120 加工用レーザー光源
122 ダイクロイックミラー
124 レンズ、光学素子
125 シャッター
128 照射光ビーム
129 加工用レーザービーム
130 矢印、伝播方向
132 矢印、伝播方向
本発明は、請求項1に記載の被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断に用いる加工ヘッド、更なる独立請求項に記載された加工ヘッドの使用、及び更なる独立請求項に記載された特に加工ヘッドを用いる被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断方法に関する。
プロセス監視、すなわち加工プロセス監視が、被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断において益々重要になっている。切断動作中に生成されるプロセス光を監視及び制御目的に利用可能にする試みがこれまでなされてきた。この目的のため、被加工物のプロセスゾーンとも称される加工ゾーンを、カメラ技術その他の検出器により空間的に解像して見ることができる。これはプロセス光の強度に加え、特にカーフに関する形状的情報を得ることができるため、プロセス解析に大いに役立ち得る。しかし、プロセス光は形状的情報の取得に用いられるだけでなく、追加的又は代替的にプロセスゾーンを能動的に照射することができる。
レーザー加工用の加工ヘッドの場合、加工用レーザー光及び照射光を、出射口を通過するように被加工物に誘導することができる。被加工物から反射された照射光が加工ヘッド内のカメラで検出されたならば、照射光は、照射光源からプロセスゾーンへ、及び再びカメラの方向へ出射開口部を2回通過する必要がある。出射開口部はレーザー加工の種類に応じて相対的に小さい場合がある。例えばレーザー切断動作中、切断プロセス及び使用する切断ガスに応じて、加工ヘッドの(ノズルとも称する)出射開口部のシャッター径が非常に狭い場合がある。このような場合、照射光の入射角が非常に鋭いことが望ましい。
加工ヘッドの場合、出射開口部及びカメラは同軸的に配置されていてよい。また、加工用レーザービームと照射レーザービームを、例えば1個以上の結合ミラーを介して被加工物へ同軸的に誘導することができる。図1に、出射開口部12を有するレーザー切断ヘッド10、出射開口部と同軸的に配置されたカメラ14、照射光のビームスプリッタ16、照射光源18、加工用レーザー光源20、加工用レーザービームを屈折させるダイクロイックミラー22、及び処理対象である被加工物24を模式的に示す。
米国特許第2006/0196860A1号明細書 独国特許第102011119478B4号明細書 米国特許第2016/0193692A1号明細書 独国特許第102018205545A1号明細書 独国特許第102015121988A1号明細書 米国特許第2017/0043431A1号明細書 欧州特許第2886239A1号明細書
典型的に、照射光の50%を反射し、50%を透過させる50:50ビームスプリッタをビームスプリッタ16として用いる。照射光は最初にビームスプリッタで出射開口部12及び被加工物24の方向に屈折され、被加工物24で反射されて再び出射開口部12を通過した後でビームスプリッタ16を通過してカメラ14へ伝送されため、照射光の強度を反射光と透過光に分割することが望ましい。しかし、50:50ビームスプリッタでは発光された照射光の最大25%しか利用できない。照射光が屈折された際に50%の光が失われ、照射光が透過する際に更に50%の光が失われる。従って加工プロセスは、照射光収率が低い状態でカメラ14により監視される。更に、照射光ビームの不要な反射が、例えばレーザー光学部品及びシャッター等の光学素子及び加工ヘッドの他の要素の境界面及び境界層で生じ得る。図2に、照射光ビーム28と共に、照射光ビーム28の不要な反射が典型的に生じるレーザー切断ヘッド10の問題となる反射点29を示す。図3に、そのような干渉反射32が生じた状態でカーフ30の例示的なカメラ録画を示す。しかし、カメラにおける低い照射光収率及び/又は干渉反射に起因して、加工プロセスの監視中に得られるカメラ録画の情報価値が低下する。
例示的レーザー光学部品がUS2006/0196860A1に記述されており、回転可能な加工用レーザービームが、2個のラムダ/2プレート及びそれらの間の回転可能な屈折光学部品により生成される。DE102011119478B4に中心付近が反射性で周縁部が透過性の照射光結合ミラーが提案されている。レーザー加工装置の更なる光学部品がUS2016/0193692A1、DE102018205545A1、DE102015121988A1、US2017/0043431A1に記述されている。EP2886239A1は、レーザー接合プロセスにおける加工経路を監視及び調節する方法及び装置に関する。ダイクロイックビームスプリッタの上方に偏光ビームスプリッタ及びλ/4板が設置されている。被加工物の表面から拡散的に散乱された照射レーザー光が円偏光されてλ/4プレートの上方で直線偏光放射に変換され、偏光ビームスプリッタにより伝送される。しかし、照射レーザー光の干渉反射が生じる可能性がある。
本発明の目的は、加工プロセスの有意味な監視を可能にする加工ヘッド及び加工方法を提供することである。
上述の目的は、請求項1に記載の加工ヘッド、請求項10に記載の加工装置、及び請求項11に記載の被加工物のレーザー加工方法により実現される。
本発明の第1の実施形態は、被加工物のレーザー切断に用いる加工ヘッドであって、加工用レーザービームを発光する加工用レーザー光源の第1のインターフェースと、直線偏光された照射光ビームを発光する照射光源の第2のインターフェースと、加工用レーザービーム及び照射光ビームの出射開口部と、被加工物から反射された照射光ビームを検出する検出装置の第3のインターフェースと、発光された照射光ビームを出射開口部を通過させ、且つ被加工物から反射された照射光ビームを出射開口部を通過するように第3のインターフェースへ少なくとも部分的に同軸的に誘導する導光部品を有する加工ヘッドに関する。従って導光部品には、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を出射開口部の方向に誘導する偏光ビームスプリッタと、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を円偏光照射光ビームに変換すべく、且つ被加工物から反射された円偏光照射光ビームの少なくとも一部を直線偏光照射光ビームに変換すべく偏光ビームスプリッタと出射開口部の間に配置された位相差板が設けられている。導光部品と出射開口部の間に配置された加工用レーザー光学部品が設けられている。
偏光ビームスプリッタと位相差板の組み合わせにより、導光部品は、照射光源により発光された照射光の偏光を有利に利用できることを意味する。加工ヘッドの動作中、発光された照射光の最大100%、すなわち50:50ビームスプリッタよりも4倍多くが出射開口部の方向に誘導され、最終的に加工プロセスの検出従って監視に利用できる。従ってプロセス監視用の照射光収率が最適化される。別の利点として干渉反射が減少する。その理由は、発光された直線偏光照射光の照射光源と位相差板の間での反射により、発光された照射光の直線偏光が変化しないためである。不要な反射が生じ得る場合、照射光は最悪の場合偏光ビームスプリッタにより照射光源に戻され、検出器の録画と干渉しない。また、発光及び反射された照射光の導光部品における干渉が避けられる。また、容易に入手でき、実績があって安価な光学素子を用いることができる。
偏光ビームスプリッタ及び位相差板は各々、ある波長範囲、特に照射光ビームの波長範囲、特に照射光ビームの波長付近の波長範囲で選択できる。このように、検出装置における照射光収率を向上させることができる。
偏光ビームスプリッタは、直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を位相差板の方向に屈折及び/又は反射すべく設計及び/又は配置されていてよい。偏光ビームスプリッタはまた、被加工物から反射された照射光の少なくとも一部、特に80%超、好適には80%~100%、より好適には90%~99%を、特に第3のインターフェースの方向に透過させるべく設計及び/又は配置されていてよい。これにより、偏光ビームスプリッタが照射光を出射開口部の方向に屈折させ、且つ反射された照射光を第3のインターフェースの方向に透過させることができるため、導光部品の光学素子を小さいスペースに配置することができる。
位相差板は、ラムダ/4プレートとして設計されていてよい。位相差板はまた、発光された直線偏光照射光ビーム、特に発光された直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を円偏光照射光ビームに変換すべく設計及び/又は配置されていてよい。位相差板は更に、被加工物から反射された円偏光照射光ビーム、特に被加工物から反射された円偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を直線偏光照射光ビームに変換すべく設計及び/又は配置されていてよい。特に、位相差板は、反射された照射光ビームを、発光された直線偏光照射光ビームの偏光面に垂直な偏光面を有する直線偏光照射光ビームに変換すべく設計されていてよい。これらの位相差板の設計により、発光された反射された照射光からの干渉を最小化又は除去することができる。
第1のインターフェースは、加工用レーザービームを発光する加工用レーザー光源と接続又は一体化されていてよい。
第2のインターフェースは、直線偏光照射光ビームを発光する照射光源と接続又は一体化されていてよい。照射光源、偏光ビームスプリッタ、及び/又は位相差板の配置、特に照射光ビームの光路の中心軸に対する各々の回転配置が互いに調整されていてよい。調整は特に、発光された直線偏光照射光ビームの偏光面に対して実行することができる。偏光ビームスプリッタにおける発光された照射光ビームの屈折及び/又は位相差板における発光された照射光ビームの変換をこのように最適化することができる。第2のインターフェース、照射光源、偏光ビームスプリッタ及び位相差板から選択された少なくとも1個の素子は、特に照射光ビームの光路の中心軸に関して回転的に調整可能及び/又は回転可能に設計されていてよい。例えば、偏光ビームスプリッタの回転配置は照射光ビームの光路の中心軸に関して指定され、照射光源及び位相差板の回転配置が照射光ビームの光路の中心軸に関して選択又は調整されているため、偏光ビームスプリッタにおける照射光ビームが位相差板の方向に少なくとも部分的に屈折され、位相差板により少なくとも部分的に円偏光照射光ビームに変換される。
更に、第3のインターフェースは、出射開口部を通過して被加工物から反射された照射光ビームを検出する、特に位相差板により直線偏光された照射光を検出する検出装置と接続又は一体化されていてよい。
位相差板は、出射開口部に最も近い導光部品の光学素子である。更に、導光部品は、照射光ビームを視準及び/又は合焦する少なくとも1個の光学素子を有していてよい。導光部品において、照射光ビームを視準及び/又は合焦する少なくとも1個の光学素子は、位相差板と偏光ビームスプリッタの間に配置されている。これにより、導光部品の少なくとも1個の光学素子が、加工ゾーンから発光されたプロセス光及び/又は加工ゾーンから反射された照射光を検出装置上に鮮明に結像させるべく設定、例えば調整されている場合に、有利な仕方で照射光ビームを被加工物の加工ゾーンに同時に誘導、特に合焦及び/又は視準することができる。これにより、照射光に対して行われる両方の結像処理(加工ゾーンへの誘導及び検出装置への結像)の同期化、両方の結像処理に必要な光学素子の数の削減、及び加工ヘッド内の導光部品のコスト削減と省スペースが実現される。
また、導光部品は、出射開口部と第3のインターフェースの間に少なくとも1個のシャッターを含んでいてよい。導光部品と出射開口部の間に配置された加工用レーザー光学部品が設けられている。更に、導光部品及び加工用レーザー光学部品は、照射レーザービーム及び加工用レーザービームを、出射開口部を通過するよう同軸的に誘導すべく設計されていてよい。
検出装置の出射開口部及び第3のインターフェースは同軸的に、特に加工用レーザービームの被加工物への入射方向に関して同軸的に配置されていてよい。出射開口部はまた円形、及び/又は0.8~6mmの直径を有していてよい。
別の実施形態は、被加工物のレーザー加工を行うための前記実施形態のいずれか1項に記載の加工ヘッドを有する加工装置に関する。
別の実施形態は、上述の実施形態のいずれか1項に記載の加工ヘッドの使用、又は被加工物のレーザー加工、特にレーザー切断を行う上の実施形態に記載の加工装置を提供する。
一実施形態は、上述の実施形態の一つによる加工ヘッド又は加工装置を用いて被加工物のレーザー切断を行う方法に関し、以下のステップ、すなわち加工ヘッドの第1のインターフェースにおいて加工用レーザー光源から加工用レーザービームを発光して、加工ヘッドの出射開口部を通過する加工用レーザービームにより被加工物、特に被加工物の加工ゾーンを照射するステップと、加工ヘッドの第2のインターフェースにおいて照射光源から直線偏光照射光ビームを発光するステップと、発光された照射光ビームを加工ヘッドの導光部品により出射開口部を通過すべく誘導して被加工物を照射する、特に加工ゾーンを照射するステップと、被加工物から反射された照射光ビームを導光部品により出射開口部を通過するように加工ヘッドの第3のインターフェースの検出装置に誘導するステップを含み、発光及び反射された照射光ビームが少なくとも部分的に同軸的に誘導され、導光部品は、偏光ビームスプリッタ、及び偏光ビームスプリッタと出射開口部の間に配置された位相差板を有し、偏光ビームスプリッタにより、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部が出射開口部の方向、特に位相差板の方向に誘導され、位相差板により、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部が円偏光照射光ビームに変換され、被加工物から反射された円偏光照射光ビームの少なくとも一部が直線偏光照射光ビームに変換される。
本方法において、偏光ビームスプリッタ及び位相差板は各々、ある波長範囲、特に照射光ビームの波長範囲、特に照射光ビームの波長付近の波長範囲で選択的に選択又は調整されていてよい。位相差板と偏光ビームスプリッタの間に配置された導光部品の少なくとも1個の光学素子が、発光された直線偏光照射光ビーム及び変換された直線偏光照射光ビームを視準及び/又は合焦することができる。
更に、本方法において、偏光ビームスプリッタは、直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を、位相差板の方向に屈折及び/又は反射させることができる。また、偏光ビームスプリッタは、被加工物から反射された照射光の少なくとも一部、特に80%超、好適には80%~100%、より好適には90%~99%を特に第3のインターフェースの方向に透過させることができる。更に、偏光ビームスプリッタは、発光された直線偏光照射光ビームを屈折及び/又は反射すべく位相差板の方向に配置されていてよい。代替的又は追加的に、照射光源は、偏光ビームスプリッタにより直線偏光された照射光ビームを位相差板の方向に屈折及び/又は反射すべく配置されていてよい。更に、偏光ビームスプリッタは、被加工物から反射された照射光を、偏光ビームスプリッタを通して透過させるべく配置されていてよい。
本方法において、λ/4プレートを位相差板として選択することができる。また、発光された直線偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を位相差板により円偏光照射光ビームに変換することができる。特に、位相差板は、発光された直線偏光照射光ビームの90%超を円偏光照射光ビームに変換すべく配置されていてよい。また、位相差板により、被加工物により反射された円偏光照射光ビームの90%超、好適には90%~100%、より好適には95%~99%を、直線偏光照射光ビームに、特に、発光された直線偏光照射光ビームの偏光面に垂直な偏光面を有する直線偏光照射光ビームに変換することができる。位相差板は、被加工物から反射された円偏光照射光ビームの90%超を直線偏光照射光ビームに変換すべく配置されていてよい。
本方法は、加工用レーザービームにより被加工物を加工するステップ、及び/又は被加工物から反射されて出射開口部を通過した照射光ビームの少なくとも一部、特に被加工物から反射されて位相差板により直線偏光された照射光ビームに変換された円偏光照射光ビームの少なくとも一部を検出装置により検出するステップを更に含んでいてよい。本方法において、位相差板と偏光ビームスプリッタの間に配置された導光部品の少なくとも1個の光学素子を、被加工物により発光されたプロセス光の少なくとも一部及び/又は変換された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を検出装置上に鮮明に結像すべく設定、例えば調整されていてよい。これにより、発光された直線偏光照射光ビームを被加工物の加工ゾーンに同時に誘導すること、特に合焦及び/又は視準することができる。
上述の実施形態の被加工物のレーザー加工用装置により、特に同一及び/又は同様の特徴を有する被加工物のレーザー加工方法の実施形態と同様の利点及び機能を実現することができる。
更なる特徴及び効率が例示的な実施形態、図面、及び従属請求項の以下の記述から得られる。上述の特徴及び以下に記述する特徴は、言及する各々の組み合わせだけでなく他の組み合わせ又は単独で本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。
本発明について、例示的な実施形態に基づき、同様に本発明に固有の特徴を開示する添付図面を参照しながら以下により詳細に説明する。これらの例示的な実施形態は、専ら説明目的で用いるものであり、限定的に解釈すべきではない。例えば、多数の素子又は要素を含む例示的な実施形態の記述を、これらの素子又は要素の全てが実装に必要との趣旨で解釈すべきではない。むしろ、他の例示的な実施形態もまた代替的な素子及び要素、より少ない素子又は要素、或いは追加的な素子又は要素を含んでいてよい。別途明記しない限り、異なる例示的な実施形態の素子又は要素を互いに組み合わせてもよい。複数の例示的な実施形態の一つに対して記述した変更及び変形は他の複数の例示的な実施形態にも適用できる。反復を避けるべく、同一又は互いに一致する要素は異なる図面で同一参照符号により示し、重複して説明しない。
例示的な公知のレーザー切断ヘッド10の模式図を示す。 照射光源動作中のレーザー切断ヘッド10の模式図を示す。 レーザー切断ヘッド10に構造的に対応する加工ヘッドで得られた、干渉反射を伴うカーフの例示的なカメラ録画の実写図を示す。 被加工物のレーザー加工用の加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源動作中に被加工物をレーザー加工するための加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源及び加工用レーザー光源の動作中におぇる、加工用レーザー光源120、ダイクロイックミラー122、照射光源118及び検出装置114を有する加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源動作中の加工ヘッド100の模式図を示す。 照射光源動作中の加工ヘッド100の模式図を示す。
以下、記述された値の範囲の場合、広い範囲及びより狭い代替的又は好適な範囲を記述する本明細書が、指定された範囲の下限と指定された範囲の上限の任意の組み合わせにより得られる範囲も開示していることが理解されよう。用語「発光された」照射光又は「発光された」照射光ビーム及びそれらの変化形は、照射光源から発光された後で被加工物に至るまでの照射光又は照射光ビームを指す。用語「反射された」照射光又は「反射された」照射光ビーム及びそれらの変化形は、被加工物で反射された後で第3のインターフェース又は検出装置に至るまでの照射光又は照射光ビームを指す。
図4a、4bに、本発明の例示的な実施形態として、被加工物をレーザー加工するための加工ヘッド100を示す。加工ヘッドは、加工用レーザービーム(図示せず)を発光する加工用レーザー光源の第1のインターフェース102と、直線偏光照射光ビーム128を発光する照射光源の第2のインターフェース104と、加工用レーザービーム及び照射光ビームの出射開口部112と、被加工物から反射された照射光ビームを検出する検出装置の第3のインターフェース106と、発光された照射光ビームを出射開口部を通過させ、且つ被加工物から反射された照射光ビームを出射開口部を通過するように第3のインターフェースへ少なくとも部分的に同軸的に誘導する導光部品116,117を有している。動作中に生成された照射光ビーム128を図4bに破線で示している。導光部品は、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を出射開口部112の方向に誘導する偏光ビームスプリッタ116と、発光された直線偏光照射光ビームの少なくとも一部を円偏光照射光ビームに変換し、且つ被加工物から反射した円偏光照射光ビームの少なくとも一部を直線偏光照射光ビームに変換する、偏光ビームスプリッタ116と出射開口部112の間に配置された位相差板117を有している。
図5に、第1のインターフェース102に設けられた加工用レーザー光源120、加工用レーザー光129を屈折させるダイクロイックミラー122、第2のインターフェース104に取り付けられた照射光源118、検出装置として第3のインターフェース106に取り付けられたカメラ114を有する加工ヘッド100を示す。本例において、400~800nmの波長範囲に感応する単色CMOSカメラを用いる。カメラ114の前方、すなわち第3のインターフェース106に、中心照射波長付近を通過帯域フィルタリングする狭帯域フィルタが設けられている。また、本実施形態では位相差板117と偏光ビームスプリッタ116の間に配置されている照射光ビームのレンズ124をオプションの光学素子、例えば合焦レンズ又は視準レンズとして示している。別のオプション素子はシャッター125であってよい。例えば、シャッター125は、図5に示すようにレンズ124の上方に、又は第3のインターフェース106に配置されていてよい。シャッター(絞り)は、カメラ録画の被写界深度に関して有利な場合がある。
一代替例において、カメラ114が第2のインターフェース104に設け、照射光源118を第3のインターフェース106に設けられていて、すなわち図5の例と比較してカメラ114と照射光源118を入れ替えてもよい。この場合、偏光ビームスプリッタ116は、光源118から発光された照射光ビーム128を透過させ、被加工物24で反射された照射光ビーム128を反射させるように配置されている。偏光ビームスプリッタは従って、発光された照射光ビーム128を出射開口部112の方向に少なくとも部分的に通過させ、被加工物24で反射された照射光ビーム128をカメラ114の方へ少なくとも部分的に屈折させることができる。
被加工物を加工するには、図5の例において、加工用レーザー光源120及び照射光源118を動作させて加工用レーザービーム129(図5に破線で示す)及び照射光ビーム128を加工ヘッド100内へ横方向に誘導する。偏光ビームスプリッタ116により、又は照射光ビームを透過させるダイクロイックミラー122により、発光された照射光ビーム128及び加工用レーザービームは屈折されて出射開口部112に同軸的に誘導される。被加工物から反射されて出射開口部112を通過した照射光ビームは、加工用レーザービーム及び照射光ビームと同軸的にカメラ114に誘導される。
加工ヘッド100を例えば切削加工で使用する場合、検出波長の同時フィルタリングを伴う狭帯域照射が切削加工中の最適なカメラ録画条件に有利である。このように、特にカーフ形状に関して高レベルの情報が得られる。照射光源の配置及び照射光の誘導により、出射開口部112を通過する照射を実行することができる。プロセスゾーンの良好な照射及び可能な最も高い照射光収率を得るには照射光の平行なビーム伝播も有利であり、これは光学素子124としての視準レンズにより実現できる。光学素子124は代替的に、調整可能であってカメラの焦点をプロセスゾーンに合わさせるべく使用可能な合焦レンズであってよい。照射光源118及びカメラ114が図5の例のようにプロセスゾーンからほぼ等距離にある場合、合焦レンズ124により両方で同様の合焦を有利に実現することができる。
本例における加工用レーザー光源120の出力は約12kWであり、中心波長が1070nmの加工用レーザービームを生成する。狭帯域且つ空間指向性の光源、本実施形態ではダイオードレーザー(レーザーダイオードとも称される)を照射光源118として用いる。これは直線偏光光を送出する。本実施形態において、照射光源118は約1000mWの出力で動作して、6nmの波長帯で中心波長が約638nmの照射レーザービーム128を生成する。代替的に、波長範囲が400~1000nmの直線偏光レーザービームを生成する照射光源を用いてもよい。照射光源の出力は調整可能であってよい。加工用レーザー光源の出力及び/又は被加工物の特性に応じて、異なる照射光出力が有利な場合がある。例えば、照射光源は、約100mW~2000mWの間で調整可能であってよい。更なる代替方式において、光源を下流の偏光子と共に用いてもよい。本実施形態において、ダイオードレーザーにより発光された照射光ビーム128の偏光方向はS偏光である。
偏光ビームスプリッタ116は誘電体材料で形成されて市販されている。直線偏光光は(光伝播の)単一平面において発光され、直交する(光伝播)平面内で光を反射する。この動作モードは波長選択的である。このケースにおいて、偏光ビームスプリッタ116は、記述された動作モードをダイオードレーザーにより指定された波長範囲に有するように選択される。ビームスプリッタ116は、発光されたS偏光照射光の約100%がビームスプリッタで出射開口部112の方向に反射されるように、照射光ビーム128の光路の中心軸上に、照射光ビーム128の偏光面に対して回転可能に配置されている。
複屈折水晶製のλ/4プレートが本実施形態において偏光ビームスプリッタ116と出射開口部112の間に配置された位相差板117として設けられている。本実施形態において、λ/4プレート117はまた、出射開口部112に最も近い導光部品の光学素子でもある。このように、λ/4プレート117は、図5に示すレンズ124等、導光部品のオプションとしての追加的な結像光学部品の後に、且つ導光部品の境界面の後に設置されている。ラムダ/4プレートは、ラムダ/4プレートを通過する発光されたS偏光照射光が円偏光照射光に変換されるように設置されている。
ラムダ/4プレートは、光学位相差板又は波長板の要素群に属している。一般に、このような光学要素は、通過する電磁波、特に光の偏光及び位相を変化させ得る。これは、偏光面の位置に応じて適切な向き置かれた複屈折材料内を光が異なる波長で伝播するという事実を利用している。
本実施形態において、ラムダ/4プレート117は、入射する発光されたS偏光照射光ビーム128の直線偏光が左円偏光に変換されるように選択及び配置される。ラムダ/4プレート117は、直線S偏光照射光の約100%が透過して左円偏光照射光に変換されるように、照射光ビーム128の光路の中心軸上に、入射する発光された照射光ビームの偏光面に対して回転可能に配置されている。λ/4プレートの動作モードは波長選択的である。本実施形態において、ラムダプレート116は、ダイオードレーザーにより指定された波長範囲に合致させられる。
図6A、6Bに模式的に示すように、加工ヘッド100が動作中の場合、照射光源118により発光されたS偏光照射光ビーム128は、偏光ビームスプリッタ116においてλ/4プレート117及び出射開口部112の方向に約100%反射及び屈折される。ラムダ/4プレート117は、照射光ビーム128のS偏光の約100%を円偏光(本例では左円偏光)に変換する。左円偏光照射光ビーム128は出射開口部112を更に通過して被加工物24まで伝播する。照射光ビーム128は被加工物24で反射され、円偏光は保持された状態で左円偏光の方向だけが右円に変更される。
ラムダ/4プレート117は、透過した右円偏光照射光の約100%がP偏光に変換されるように設計及び配置されている。更に、ビームスプリッタ116は、入射するP偏光照射光の少なくとも80%を透過させるべく設計及び配置されている。
帰路において、被加工物24により反射された照射光ビーム128は再びラムダ/4プレート117を通過し、その右円偏光が直線偏光に変換される。直線偏光照射光ビーム128の偏光面は現在、発光された直線偏光照射光ビーム128の偏光面に垂直である。λ/4プレート117の前方伝播方向における発光された照射光ビーム128の直線偏光は、本実施形態においてS偏光である。これに対応して、直交(垂直)直線偏光は、P偏光である。従って、被加工物により反射され、ラムダ/4プレートを透過した照射光ビーム128は、P偏光である。偏光ビームスプリッタ116はP偏光照射光ビーム128を少なくとも80%透過させる。
説明のため、図6bに、偏光状態が照射光ビーム128の光路に沿って変化する様子を模式的に示す。照射光ビーム128の被加工物24への伝播方向を矢印130で示す。矢印132は、被加工物からカメラ114へ反射された照射光ビーム128の伝播方向に対応している。照射光ビーム128は伝播方向130において、照射光源118とλ/4プレート117の間でS偏光される。ラムダ/4プレート117を通過した後、照射光ビーム128は伝播方向130において左円偏光される。被加工物24で反射された後、照射光ビーム128は伝播方向132において右円偏光される。ラムダ/4プレート117を通過した後、照射光ビーム128はP偏光され、伝播方向132に偏光ビームスプリッタ116を通過し、最終的にカメラ114に到達する。
発光された照射光ビームのほぼ100%が偏光ビームスプリッタ116で屈折され、発光又は反射された照射光ビームのほぼ100%がラムダ/4プレート117により変換され、反射された照射光ビームの80%超がビームスプリッタ116でカメラ114まで透過されるため、当初照射光源118により生成された照射光ビーム128の高い割合、例えば80%~100%を用いて加工プロセスを監視することができる。従って、加工プロセスを監視する照射光の収率が加工ヘッド100により最大化される。
本例において、ラムダ/4プレート117が導光部品の最後の光学素子として、発光された照射光ビーム128の光路に設置されている事実は、加工プロセスの監視に極めて有意味であることを意味する。このように、ラムダ/4プレート117は偏光ビームスプリッタ116と協働して、カメラ114の方向における発光されたS偏光照射光ビームの光学インターフェースからの干渉反射を回避することができる。照射光源118とλ/4プレート117の間で照射光ビーム128の干渉反射が生じたとしても、その偏光は変更されない。しかし、S偏光照射光の反射は偏光ビームスプリッタ116により透過されず、むしろ反射されるためカメラ114には到達しない。
また、偏光ビームスプリッタ116とラムダ/4プレート117と合わせて導光部品が存在することにより、発光及び反射された照射光の干渉が回避される。照射ビーム128の偏光は、伝播方向130及び伝播方向132とは方向が異なる(S又はP偏光及び右/左円)ため、これらの光線の干渉は最小限に抑えられるか又は干渉が回避される。
10 レーザー切断ヘッド
12 出射開口部
14 カメラ
16 ビームスプリッタ
18 照射光源
20 加工用レーザー光源
22 ダイクロイックミラー
24 被加工物
28 照射光ビーム
29 反射点
30 カーフ
32 反射
100 加工用ヘッド
102 第1のインターフェース
104 第2のインターフェース
106 第3のインターフェース
112 出射開口部
114 検出装置、カメラ
116 偏光ビームスプリッタ
117 位相差板、ラムダ/4プレート
118 照射光源、ダイオードレーザー
120 加工用レーザー光源
122 ダイクロイックミラー
124 レンズ、光学素子
125 シャッター
128 照射光ビーム
129 加工用レーザービーム
130 矢印、伝播方向
132 矢印、伝播方向

Claims (15)

  1. 被加工物(24)のレーザー切断に用いる加工ヘッド(100)であって、
    加工用レーザービーム(129)を発光する加工用レーザー光源(120)の第1のインターフェース(102)と、
    直線偏光された照射光ビーム(128)を発光する照射光源(118)の第2のインターフェース(104)と、
    前記加工用レーザービーム(129)及び前記照射光ビーム(128)の出射開口部(112)と、
    前記被加工物(24)から反射された前記照射光ビーム(128)を検出する検出装置(114)の第3のインターフェース(106)と、
    前記発光された照射光ビーム(128)を前記出射開口部(112)を通過させ、且つ前記被加工物(24)から反射された前記照射光ビーム(128)を前記出射開口部(112)を通過するように前記第3のインターフェース(106)へ少なくとも部分的に同軸的に誘導する導光部品(116,117)と、
    を備え、
    前記導光部品(116,117)が、
    前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の少なくとも一部を前記出射開口部(112)の方向に誘導する偏光ビームスプリッタ(116)と、
    前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の少なくとも一部を円偏光照射光ビーム(128)に変換すべく、且つ前記被加工物(24)から反射された前記円偏光照射光ビーム(128)の少なくとも一部を直線偏光照射光ビーム(128)に変換すべく前記偏光ビームスプリッタ(116)と前記出射開口部(112)の間に配置された位相差板(117)と、
    を有し、
    前記位相差板(117)が、前記出射開口部(112)に最も近い前記導光部品の光学素子であり、
    前記導光部品において、前記照射光ビーム(128)を視準及び/又は合焦する少なくとも1個の光学素子(124)が、前記位相差板(117)と前記偏光ビームスプリッタ(116)の間に配置されている、
    ことを特徴とする加工ヘッド(100)。
  2. 前記偏光ビームスプリッタ(116)及び前記位相差板(117)が各々、ある波長範囲、特に前記照射光ビーム(128)の波長範囲、特に前記照射光ビーム(128)の波長付近の波長範囲で選択的である、請求項1に記載の加工ヘッド(100)。
  3. 前記偏光ビームスプリッタ(116)が、前記直線偏光照射光ビーム(128)の90%超を前記位相差板(117)の方向に屈折及び/又は反射すべく設計及び/又は配置され、及び/又は
    前記偏光ビームスプリッタ(116)が、前記被加工物(24)から反射された照射光の少なくとも一部、特に80%超を、特に前記第3のインターフェース(106)の方向に透過させるべく設計及び/又は配置されている、
    請求項1~2のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)。
  4. 前記位相差板(117)がラムダ/4プレートとして設計され、及び/又は、
    前記位相差板(117)が、前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)、特に前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の90%超を円偏光照射光ビーム(128)に変換すべく設計及び/又は配置され、及び/又は、
    前記位相差板(117)が、前記被加工物(24)から反射された前記円偏光照射光ビーム(128)、特に前記被加工物(24)から反射された前記円偏光照射光ビーム(128)の90%超を直線偏光照射光ビーム(128)に変換すべく、特に前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の偏光面に垂直な偏光面を有する直線偏光照射光に変換すべく設計及び/又は配置されている、
    請求項1~3のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)。
  5. 前記第1のインターフェース(102)が、加工用レーザービーム(129)を発光する加工用レーザー光源(120)と接続又は一体化され、及び/又は
    前記第2のインターフェース(104)が、直線偏光照射光ビーム(128)を発光する照射光源(118)と接続又は一体化され、及び/又は
    前記第3のインターフェース(106)が、前記被加工物(24)から反射されて前記出射開口部(112)を通過した前記照射光ビーム(128)を検出する、特に前記位相差板(117)により直線偏光された照射光を検出する検出装置(114)と接続又は一体化されている、
    請求項1~4のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)。
  6. 前記導光部品が、前記照射光ビーム(128)を視準及び/又は合焦する少なくとも1個の光学素子(124)を有している、請求項1~5のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)。
  7. 加工用レーザー光学部品(122)、特に導光部品と出射開口部(112)の間に配置された加工用レーザー光学部品が設けられ、及び/又は、
    前記導光部品(116、117)及び前記加工用レーザー光学部品(122)が、前記照射レーザービーム及び前記加工用レーザービーム(129)を、前記出射開口部(112)を通過するよう同軸的に誘導すべく設計されている、
    請求項6に記載の加工ヘッド(100)。
  8. 前記検出装置(114)の前記出射開口部(112)及び前記第3のインターフェース(106)が同軸的に、特に前記加工用レーザービーム(129)の前記被加工物(24)への入射方向に関して同軸的に配置され、及び/又は
    前記出射開口部(112)が円形に形成され、及び/又は0.8~6mmの直径を有している、
    請求項1~7のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)。
  9. 被加工物(24)をレーザー切断すべく、請求項1~8のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)を有している加工装置。
  10. 被加工物(24)をレーザー切断すべく、請求項1から8のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)又は請求項9に記載の加工装置の使用。
  11. 加工ヘッド(100)の第1のインターフェース(102)において加工用レーザー光源から加工用レーザービーム(129)を発光して、前記加工ヘッド(100)の出射開口部(112)を通過する前記加工用レーザービーム(129)により被加工物(24)、特に前記被加工物の加工ゾーンを照射するステップと、
    前記加工ヘッド(100)の第2のインターフェース(104)において照射光源(118)から直線偏光照射光ビーム(128)を発光するステップと、
    前記発光された照射光ビーム(128)を前記加工ヘッド(100)の導光部品(116,117)により前記出射開口部(112)を通過すべく誘導して前記被加工物(24)を照射する、特に前記加工ゾーンを照射するステップと、前記被加工物から反射された前記照射光ビーム(128)を前記導光部品(116,117)により前記出射開口部(112)を通過するように前記加工ヘッド(100)の第3のインターフェース(106)の検出装置(114)に誘導するステップと、
    を含み、前記発光及び反射された照射光ビーム(128)が少なくとも部分的に同軸的に誘導され、
    前記導光部品が、偏光ビームスプリッタ(116)、及び前記偏光ビームスプリッタ(116)と前記出射開口部(112)の間に配置された位相差板(117)を有し、
    前記偏光ビームスプリッタ(116)により、前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の少なくとも一部が出射開口部(112)の方向、特に前記位相差板の方向に誘導され、
    前記位相差板(117)と前記偏光ビームスプリッタ(116)の間に配置され前記導光部品の少なくとも1個の光学素子(124)が、前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)および前記変換された直線偏光照射光ビーム(128)を視準及び/又は合焦することを特徴とする、
    請求項1~8のいずれか1項に記載の加工ヘッド(100)、又は、請求項9に記載の加工装置、を用いて被加工物(24)をレーザー切断する方法。
  12. 前記偏光ビームスプリッタ(116)及び前記位相差板(117)が各々、ある波長範囲、特に前記照射光ビーム(128)の波長範囲、特に前記照射光ビーム(128)の波長付近の波長範囲で選択的に選択又は調整されている、或いは将来的に選択又は調整される、請求項11に記載に記載の方法。
  13. 前記偏光ビームスプリッタ(116)が、前記直線偏光照射光ビーム(128)の90%超を前記位相差板(117)の方向に屈折及び/又は反射し、及び/又は
    前記偏光ビームスプリッタ(116)が、前記被加工物(24)により反射された前記照射光の少なくとも一部、特に80%超を、特に前記第3のインターフェース(106)の方向に透過させる、
    請求項11又は12のいずれか1項に記載に記載の方法。
  14. ラムダ/4プレートが前記位相差板(117)として将来選択されるか又は現在選択されていて、及び/又は
    前記位相差板(117)が、前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の90%超を円偏光照射光ビーム(128)に変換する、及び/又は
    前記位相差板(117)が、前記被加工物(24)から反射された前記円偏光照射光ビーム(128)の90%超を直線偏光照射光ビームに、特に前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)の偏光面に垂直な偏光面を有する直線偏光照射光ビームに変換する、
    請求項11~13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 前記加工用レーザービーム(129)による前記被加工物(24)の加工するステップ、及び/又は
    前記検出装置(114)により、前記被加工物(24)から反射されて前記出射開口部(112)を通過した照射光ビーム(128)の少なくとも一部、特に前記被加工物(24)から反射されて前記位相差板(117)により直線偏光された照射光(128)に変換された前記円偏光照射光(128)の少なくとも一部を検出するステップを含み、及び/又は
    前記位相差板(117)と前記偏光ビームスプリッタ(116)の間に配置された前記導光部品の少なくとも1個の光学素子(124)が、前記被加工物(24)により発光されたプロセス光の少なくとも一部及び/又は前記変換された直線偏光照射光ビーム(128)の少なくとも一部を検出装置(114)に鮮明に結像すべく設定されているため、前記発光された直線偏光照射光ビーム(128)が前記被加工物(24)の加工ゾーンへ同時に誘導される、特に合焦及び/又は視準される、
    請求項11~14のいずれか1項に記載の方法。
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JP (1) JP7329704B2 (ja)
WO (1) WO2021260003A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012165389A1 (ja) * 2011-05-31 2012-12-06 古河電気工業株式会社 レーザ装置および加工装置
JP2013528495A (ja) * 2010-05-11 2013-07-11 プレシテック カーゲー レーザ切断ヘッドおよびレーザ切断ヘッドを用いて被加工物を切断する方法
DE102013022085A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Regelung der Bearbeitungsbahn bei einem Laser-Fügeprozess
WO2015137179A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 三菱電機株式会社 カメラモニタ付レーザ加工ヘッド装置
JP2016032831A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 株式会社キーエンス レーザ加工装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19852302A1 (de) * 1998-11-12 2000-05-25 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Hochenergiestrahlung
US7804043B2 (en) * 2004-06-15 2010-09-28 Laserfacturing Inc. Method and apparatus for dicing of thin and ultra thin semiconductor wafer using ultrafast pulse laser
US20060011592A1 (en) * 2004-07-14 2006-01-19 Pei-Chung Wang Laser welding control
EP1698426B1 (en) 2005-03-04 2007-06-20 BETTONVILLE INTEGRATED SOLUTIONS, naamloze vennootschap Device for cutting material by means of a laser beam
GB0803559D0 (en) * 2008-02-27 2008-04-02 Univ Kent Canterbury Multiple path intererometer and method
DE102010011253B4 (de) * 2010-03-12 2013-07-11 Precitec Kg Laserbearbeitungskopf, Robotervorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
HUE065575T2 (hu) * 2010-09-25 2024-06-28 Ipg Photonics Canada Inc Koherens képalkotó és visszacsatolásos vezérlõ eljárás anyagok módosításához
US10124410B2 (en) * 2010-09-25 2018-11-13 Ipg Photonics Corporation Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials
JP5252026B2 (ja) * 2011-05-10 2013-07-31 パナソニック株式会社 レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法
FR2981287B1 (fr) * 2011-10-13 2013-12-27 Commissariat Energie Atomique Appareil et procede de decoupe au laser a impulsions de gaz asservies en frequence ou en pression
DE102011119478B4 (de) 2011-11-25 2016-01-07 Lessmüller Lasertechnik GmbH Vorrichtung zur fremdbeleuchteten Visualisierung eines mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls erfolgenden Bearbeitungsprozesses sowie Umlenkelement
DK2972479T3 (da) * 2013-03-13 2020-11-30 Ipg Photonics Canada Inc Fremgangsmåder og systemer til beskrivelse af laserbearbejdningsegenskaber ved at måle keyholedynamik ved hjælp af interferometri
JP5947741B2 (ja) * 2013-03-29 2016-07-06 トヨタ自動車株式会社 溶接部の検査装置とその検査方法
DE102013218421A1 (de) 2013-09-13 2015-04-02 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung, insbesondere zur Regelung, eines Schneidprozesses
DE102014011569B4 (de) * 2014-08-02 2016-08-18 Precitec Optronik Gmbh Verfahren zum Messen des Abstands zwischen einem Werkstück und einem Bearbeitungskopf einer Laserbearbeitungsvorrichtung
DE102015121988B4 (de) 2015-12-16 2021-06-10 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Laserbearbeitungsanlage mit wählbarer Wellenlänge des Bearbeitungsstrahls
DE102017117413B4 (de) * 2017-08-01 2019-11-28 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zur optischen Messung der Einschweißtiefe
DE102018205545A1 (de) 2018-04-12 2019-10-17 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung, Laserbearbeitungsmaschine und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks
WO2019198441A1 (ja) * 2018-04-13 2019-10-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ溶接方法
DE102019103734A1 (de) * 2019-02-14 2020-08-20 Precitec Gmbh & Co. Kg Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls und Verfahren zum Steuern eines Laserbearbeitungssystems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013528495A (ja) * 2010-05-11 2013-07-11 プレシテック カーゲー レーザ切断ヘッドおよびレーザ切断ヘッドを用いて被加工物を切断する方法
WO2012165389A1 (ja) * 2011-05-31 2012-12-06 古河電気工業株式会社 レーザ装置および加工装置
DE102013022085A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Regelung der Bearbeitungsbahn bei einem Laser-Fügeprozess
WO2015137179A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 三菱電機株式会社 カメラモニタ付レーザ加工ヘッド装置
JP2016032831A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 株式会社キーエンス レーザ加工装置

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