JP6560678B2 - レーザー光線、レーザー工具、レーザー機械、機械コントローラを用いた工作物の機械加工方法 - Google Patents
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Description
両方とも望ましくない。
より大きい楕円形衝突面積において、面積当たりの導入される出力を一定に保つようにレーザー出力を増加させるステップ、
面積当たりの出力の入力を実質的に一定に保つため、衝突位置を引き離すためにトレース方向で走査速度を増加させるステップ、
境界領域における異なる衝突ジオメトリが、ビーム整形によって、特に例えば非点収差レンズ、楕円形のアパーチャなどによって、光線断面を整形することによって補償されるように、ビーム整形するステップ。
波長:100〜2,000nm、特に300〜1,100nm
レーザーパルス周波数 >20kHz、>50kHz、>500kHz、>1MHz、>2MHz、>5MHz
パルス周波数及び/又は振幅の調節性:「低速の」トレース方向又は「高速の」パルス方向
セグメントサイズ >10mm、>20mm、>50mm、>100mm
工作物上のセグメント数 >10、>50、>100
垂直方向の合集入射におけるパルス衝突の直径に対応する焦点におけるレーザー径:10μm〜100μm
楕円率ov=dmax/dmin >1.1,>1.4,>2
パルスのアブレーション深さに対応する層厚d:下限1μm又は2μm、上限5μm又は10μm
レーザーパルス出力:下限0.1mJ又は0.2mJ又は0.5mJ、上限2mJ又は5mJ又は10mJ
レーザー光線の偏向:±30以下
局所的な工作物表面に対するレーザー光線の入射角:90°±30°〜90°±70°
レーザー光線の経路速度 >500mm/s、>1000mm/s、>2000mm/s、>5000mm/s
工作物サイズ >0.1m2若しくは>1m2又は>30cm若しくは>1m
Claims (24)
- レーザー光線が工具ヘッド内の光学部品及びビームガイダンスによって集束されガイドされる、工具ヘッドから出るパルス状のパルスレーザー光線によって工作物を機械加工する、工作物の機械加工方法であって、
焦点位置が、前記工作物表面上における前記パルスレーザー光線の入射角に従って深さ方向で制御され方向で制御され、
ほぼ直角の入射では前記工作物表面の上方又は下方に前記焦点位置があり、斜め入射では、前記焦点位置が前記工作物表面内に位置決めされる、
ことを特徴とする工作物の機械加工方法。 - 請求項1に記載の工作物の機械加工方法であって、
工作物と工具ヘッドとの間の一定の相対位置において、工具ヘッドから出る前記パルスレーザー光線によって、前記パルスレーザー光線が工作物表面を横切ってガイドされ、前記工作物が第1の相対位置、及び前記第1の相対位置とは別の第2の相対位置で連続的に機械加工され、
前記第2の相対位置で発生する1つ以上のレーザーパルス衝突位置が、前記第1の相対位置から発生する1つ以上のレーザーパルス衝突位置を基準にして規定された位置を有し、前記工作物表面上において複数のレーザーパルス衝突位置によって規定される一次元又は二次元グリッド内にあるように、前記第1の相対位置から前記第2の相対位置における動作パラメータが制御される、ことを特徴とする工作物の機械加工方法。 - 前記制御された動作パラメータが、以下の1つ、または1つ以上を含む、請求項2に記載の工作物の機械加工方法:
第2の相対位置、
前記パルスレーザー光線のスイッチ投入タイミング、
光弁の開放タイミング、
スイッチ投入タイミングにおける前記レーザー光線の偏向、
前記レーザー光線のパルス周波数、および
前記工作物表面上におけるレーザー光線の経路速度。 - 前記第2の相対位置から行われる前記レーザーパルス衝突位置の制御が更に、測定結果に従って、かつ/又は前記第1の相対位置からの工作物の機械加工量の格納値に従って行われる、請求項2又は3に記載の工作物の機械加工方法。
- 前記第2の相対位置において、1つ以上の機械的パラメータが、レーザーパラメータに従って制御される、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
- 工作物と工具ヘッドとの間の一定相対位置において、パルスレーザー光線が工作物表面上の位置を横切ってガイドされ、
連続的に、第1の工作物表面セグメントの第1の工作物位置及び隣接した第2の工作物表面セグメントの第2の工作物位置がそれぞれ、第1の相対位置及び前記第1の相対位置とは別の第2の相対位置から機械加工され、前記セグメントが重なり合っても又は重なり合わなくてもよい、請求項2乃至5のいずれか一項による、工具ヘッドから出るパルスレーザー光線によって工作物の機械加工方法であって、
前記第1および第2のセグメント並びに前記第1及び第2の相対位置が第1の基準と第2の基準に従って設定され、
前記第1の基準が、前記第1及び第2の相対位置で入射角を最適化することであり、
前記第2の基準が、平行な断面で見て、一方の相対位置における前記工作物表面に対する前記レーザー光線の考慮された入射角が、他方の相対位置における前記工作物表面に対する前記レーザー光線の隣り合った入射角に対して選ばれるようにして、前記入射角を設定することであり、
それによって、前記考慮された入射角の差が低減されるか又は所定の最大値以下である、工作物の機械加工方法。 - 少なくとも1つの相対位置に対して考慮された前記入射角が、該相対位置における平均入射角であるか、又は前記セグメントの境界領域における工作物位置での入射角であり、他方の相対位置における工作物位置に隣接した対応する工作物位置の入射角である、請求項6に記載の工作物の機械加工方法。
- 前記第2の基準下で、平行な断面で考慮される差分量が、20°未満、又は15°未満、又は10°未満に設定される、請求項6又は7に記載の工作物の機械加工方法。
- 最初に前記第1の基準が使用され、得られた設定が前記第2の基準に従って修正されるか、最初に前記第2の基準が使用され、得られた設定が前記第1の基準に従って修正される、請求項6から8のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
- 工作物と工具ヘッドとの間の一定相対位置において、パルスレーザー光線が工作物表面上の位置を横切ってガイドされる、請求項2乃至9のいずれか一項による、工具ヘッドから出るパルス状のレーザー光線によって工作物の機械加工方法であって、
工作物位置及び前記相対位置が、該相対位置におおける前記工作物表面に対する前記レーザー光線の平均入射角が90±3°の範囲内にないようにして選ばれる、工作物の機械加工方法。 - 工作物と工具ヘッドとの間の一定相対位置において、パルス状のレーザー光線が工作物表面上の位置を横切ってガイドされ、
連続的に、第1の工作物表面セグメントの第1の工作物位置及び隣接した第2の工作物表面セグメントの第2の工作物位置がそれぞれ、第1の相対位置及び別の第2の相対位置から機械加工され、前記セグメントが重なり合う形又は重なり合わない形で隣接される、
請求項2乃至10のいずれか一項による、工具ヘッドから出るパルス状のレーザー光線によって工作物を機械加工する方法であって、
前記セグメントが、前記工具ヘッドの利用可能な作業窓よりも小さく、予備セグメントを分割することによって決定され、前記分割が、前記予備セグメント及び場合によっては更にそれに隣接したセグメントにおいて、前記工作物表面に対するレーザー光線の入射角の考慮に従って行われる、工作物の機械加工方法。 - パルスレーザー光線が工作物表面を横切ってガイドされ、工作物を、1つ以上の自動制御可能な制御軸によって工具ヘッドに対して相対的に調節することができる、請求項2乃至11のいずれか一項による、工具ヘッドから出るパルス状のレーザー光線によって工作物を機械加工する方法であって、
前記制御軸の1つ以上及び前記工具ヘッドからの前記パルスレーザー光線が、同時に操作され、共同で駆動される、工作物の機械加工方法。 - 工作物と工具ヘッドとの間の一定相対位置において、パルスレーザー光線が工作物表面を横切ってガイドされ、
連続的に、第1の工作物表面セグメントの第1の工作物位置及び隣接した第2の工作物表面セグメントの第2の工作物位置がそれぞれ、第1の相対位置及び第2の相対位置から機械加工され、セグメントが重なり合うか又は重なり合わない形で隣接することができ、境界領域において、前記レーザー光線が前記第2の相対位置からとは別の角度で一方の相対位置から衝突する、請求項2乃至12のいずれか一項による、工具ヘッドから出るパルス状のレーザー光線によって工作物を機械加工する方法であって、
前記一方の相対位置におけるレーザーパルス衝突位置が、前記入射角の差に従って設定され、他の設定に対してシフトされる、工作物の機械加工方法。 - 複数行程において材料の複数層が前記工作物表面の同じ位置でアブレーションされる、請求項2乃至13のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
- 工作物と工具ヘッドとの間の一定の相対位置において、パルス状のレーザー光線が工作物表面を横切ってガイドされ、規定された工作物領域が第1の相対位置及び前記第1の相対位置とは別の第2の相対位置から続いて機械加工され、複数行程において材料の複数層がアブレーションされる、請求項2乃至14のいずれか一項による、工具ヘッドから出るパルス状のレーザー光線によって工作物を機械加工する方法であって、
1つの層における工作物領域の境界が、直上若しくは直下の層における境界とは異なるように、定性的に異なるように選ばれるか、又は層の1つにおける前記境界が前記層の直上若しくは直下の層における前記境界に対して並進方向でのみシフトされるようにして選ばれる、機械加工方法。 - 前記入射角が90°に近付くにしたがって、前記焦点位置と前記工作物表面との間の距離が増加する、請求項1に記載の工作物の機械加工方法。
- 表面の構造化が、単一又は複数の連続的なレーザーパルス衝突点によって行われる請求項1乃至16のいずれか一項に記載の工作物の機械加工方法。
- 請求項1乃至17のいずれか一項による工作物の機械加工方法を行う装置。
- レーザー源と、レーザー光を整形する光学部品と、前記レーザー光をガイドするビームガイダンスとを備える、工具から出るパルスレーザー光線によって工作物を機械加工する工具であって、
前記光学部品が、互いに対して捻れた面内で見たときに異なる焦点長さを有し、前記パルスレーザー光線を搬送する、調整可能な非点収差レンズを備える、機械加工工具。 - レーザー源と、レーザー光を整形する光学部品と、前記レーザー光をガイドするビームガイダンスとを備える、工具から出るパルスレーザー光線によって工作物を機械加工する工具であって、
前記光学部品が、互いに対して捻れた面内で見たときに異なるアパーチャサイズを有し、前記パルスレーザー光線を搬送する、異方性において調節可能なアパーチャを備える、機械加工工具。 - 前記アパーチャサイズの調整性が、前記ビームガイダンス内への前記アパーチャの挿入又は前記ビームガイダンスからの前記アパーチャからの抜去を含む、
請求項20に記載の機械加工工具。 - 請求項18に記載の装置に対するコントローラ。
- 実行時に、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法、又は請求項18に記載の装置、又は請求項22に記載のコントローラを与える、コンピュータ可読コードを備えたデータキャリア。
- 前記焦点位置は、レーザー源と振動ミラーとの間に位置する調整可能な光学素子によって制御される、ことを特徴とする請求項1に記載の工作物の機械加工方法。
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