JP7175407B2 - 加工物のレーザ加工のための機械加工装置および加工物のレーザ加工のための方法 - Google Patents
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Description
米国特許第8781269(B2)号明細書は、レーザビームのビーム断面特性を変化させるための方法を記載している。
以下では、とりわけ、機械加工ヘッドを用いた例によって、本発明の実施形態に基づく機械加工装置を説明する。本発明はそれらの例に限定されない。本発明の実施形態に基づく機械加工装置および方法は、機械加工ヘッドなしで実現することもできる。
Claims (21)
- 加工物(12)の機械加工ゾーン(13)内のレーザ加工のための機械加工装置、特にレーザ切削のための機械加工装置、特にレーザ加工ヘッドであって、
機械加工レーザビーム(15)を発生させるための機械加工レーザ源のための第1のインタフェース(14)と、
前記機械加工ゾーンによって発射された放射(17)を検出する検出デバイスのための第2のインタフェース(16)と、
前記機械加工レーザビームのための出口開口(18)と、
第1および第2のレーザビーム誘導デバイス(20、22)と
を有し、
前記第1のレーザビーム誘導デバイス(20、20a、20b)が、前記機械加工レーザビームを前記第2のレーザビーム誘導デバイスへ誘導するように、および前記機械加工レーザビームを動的に運動させるように、特に、前記機械加工レーザビームを動的に整形するように配置および設計されており、
前記第2のレーザビーム誘導デバイス(22)が、動的に運動させた前記機械加工レーザビームを前記出口開口を通り抜けるように誘導するように、および前記機械加工ゾーンによって発射され前記出口開口を通り抜けた前記放射を少なくとも部分的に前記第2のインタフェースへ誘導するように配置および設計されており、
前記第1のレーザビーム誘導デバイスが、偏向前の前記機械加工レーザビームに対して、90°よりも小さい角度もしくは90°よりも大きい角度で少なくとも1回、および90°よりも小さい角度で少なくとも1回、前記機械加工レーザビームを偏向させるように設計されている、
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項1に記載の機械加工装置であって、
前記第2のインタフェースが、前記機械加工ゾーンによって発射され前記出口開口を通り抜けた前記放射の少なくとも一部分を検出する検出デバイス(24)に接続されているか、もしくは前記検出デバイス(24)を備え、ならびに/または
前記第2のレーザビーム誘導デバイスが、前記機械加工レーザビームを偏向させるように設計されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項1または2に記載の機械加工装置であって、
前記第1のレーザビーム誘導デバイス(20)が、前記機械加工レーザビームのための少なくとも1つの偏向デバイス(20a;30;40;50;52)を有し、前記少なくとも1つの偏向デバイス(20a;30;40;50;52)が、少なくとも1つの運動ユニット(20b;32a;32b;32c)によって少なくとも部分的に動的に運動可能である
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3に記載の機械加工装置であって、
前記偏向デバイスが、動的に向き付け可能な少なくとも1つのミラー(30)を有する
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3または4に記載の機械加工装置であって、
前記第1のレーザビーム誘導デバイスが少なくとも1つのガルバノメータスキャナ(40)を有し、かつ/または前記偏向デバイスがガルバノメータスキャナ(40)として設計されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3に記載の機械加工装置であって、
前記偏向デバイスが、複数のミラーセグメントを有する少なくとも1つのセグメント化ミラー(50)を有し、前記複数のミラーセグメントがそれぞれ動的に向き付け可能である
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3に記載の機械加工装置であって、
前記偏向デバイスが、動的に変形可能な少なくとも1つのミラー(52)を有する
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項7に記載の機械加工装置であって、
前記偏向デバイスが、少なくとも1つのピエゾアクチュエータによって変形可能なミラー、変形可能なバイモルフミラー、MEMSまたはMOEMSに基づいて変形可能なミラー、および振動コイルに基づいて変形可能なミラーの中から選択された少なくとも1つの要素を有する
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3および4のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記偏向デバイスが、軸の周りを回転することができる少なくとも1つのミラー(30)を有し、前記軸が、前記ミラーの反射平面との間に角度を形成し、前記少なくとも1つのミラー(30)が、前記角度が90°よりも大きくなるようにまたは90°よりも小さくなるように向き付け可能である
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項1および2のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記第1のレーザビーム誘導デバイス(20)が、
少なくとも1つの運動ユニット(71)によって少なくとも部分的に動的に運動可能な少なくとも1つの光学ユニット(70)、特に屈折光学ユニットおよび/または軸外し放物面ミラーと、
任意選択で、前記機械加工レーザビームのための少なくとも1つの第1の偏向デバイス(72)と、
を有し、前記少なくとも1つの第1の偏向デバイス(72)が動的に運動可能でなく、
前記屈折光学ユニットおよび/または軸外し放物面ミラーは、特に動的に運動可能なレーザファイバエンドユニットである、
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3から10のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記運動ユニット(32a;32b;32c;71)が、1つのピエゾアクチュエータ、電動機、空気圧モータ、カム、振動電磁場を発生させるための装置、MEMS発振器、振動コイル、静電的に運動可能なアクチュエータ、複数のピエゾアクチュエータ、電動機、空気圧モータ、カム、振動電磁場を発生させるための装置、MEMS発振器、振動コイル、静電的に運動可能なアクチュエータ、および/またはそれらの組合せの中から選択された少なくとも1つの要素を有する
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項2から11のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記第1のレーザビーム誘導デバイスが、90°よりも小さい角度、90°に等しい角度および/もしくは90°よりも大きい角度で前記機械加工レーザビームを少なくとも1回、偏向させるように設計されており、かつ/または
前記第2のレーザビーム誘導デバイスが、偏向前の前記機械加工レーザビームに対して、90°よりも小さい角度、90°に等しい角度もしくは90°よりも大きい角度で前記機械加工レーザビームを偏向させるように設計されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項2から12のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記第2のレーザビーム誘導デバイス(22)が、前記機械加工レーザビームのための少なくとも1つの第2の偏向デバイス(23)を有し、前記少なくとも1つの第2の偏向デバイス(23)が動的に運動可能でない
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項13に記載の機械加工装置であって、
前記第2のレーザビーム誘導デバイス、特に前記第2の偏向デバイスが、前記機械加工ゾーンによって発射された前記放射に対して少なくとも部分的に透過性であり、ならびに/または
前記第2のレーザビーム誘導デバイス、特に前記第2の偏向デバイスが、動的に運動させた前記機械加工レーザビームを、前記機械加工ゾーンによって発射され前記出口開口を通り抜けた前記放射と少なくとも部分的に同軸で誘導するように配置および設計されており、ならびに/または
前記第2のレーザビーム誘導デバイス、特に前記第2の偏向デバイスが少なくとも1つのダイクロイックミラーを有するか、もしくはダイクロイックミラーとして設計されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記第1のレーザビーム誘導デバイスが、前記第1のインタフェースと前記第2のレーザビーム誘導デバイスの間のエリアに配置されており、ならびに/または
前記第2のレーザビーム誘導デバイスが、前記第2のインタフェースと前記出口開口の間のエリアに配置されており、ならびに/または
前記第1のインタフェースと前記出口開口の間のエリアおよび/もしくは前記第2のインタフェースと前記出口開口の間のエリアに少なくとも1つの光学部材(80)が配置されており、ならびに/または
前記第2のレーザビーム誘導デバイスと前記出口開口の間のエリアに集束光学部材(80)が配置されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項3から11のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記第1のインタフェース(14)が、前記機械加工レーザビームを発生させるための機械加工レーザ源(82)に接続されているか、もしくは前記機械加工レーザ源(82)を備え、および/または
前記機械加工装置、特に前記第1のレーザビーム誘導デバイス、特に前記少なくとも1つの運動ユニットを制御するために制御ユニット(84)が提供されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 請求項2から16のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記検出デバイスが適応光学ユニット(25)を有する
ことを特徴とする、機械加工装置。 - 請求項3から9のいずれか一項に記載の機械加工装置であって、
前記第1のレーザビーム誘導デバイス(20)が、少なくとも1つの運動ユニット(71)によって少なくとも部分的に動的に運動可能な少なくとも1つの光学ユニット(70)を有し、
前記機械加工レーザ源が、少なくとも1kW、好ましくは少なくとも4kW、より好ましくは1から30kWの間、最も好ましくは1から25kWの間のレーザパワーを提供し、ならびに/あるいは
前記第1のレーザビーム誘導デバイスの前記動的に運動可能な偏向デバイスもしくは前記動的に運動可能な光学ユニット(70)が、10Hzから15kHzの間、好ましくは100Hzから10kHzの間の周波数で少なくとも部分的に運動可能であり、ならびに/あるいは
前記第1のレーザビーム誘導デバイスが、前記機械加工レーザビームを動的に運動させたときに、2次元もしくは3次元リサージュ図形または2次元もしくは3次元リサージュ図形の組合せに対応する焦点振動経路を有する、少なくとも1つの振動振幅および少なくとも1つの振動周波数の焦点振動を発生させるように設計されている
ことを特徴とする機械加工装置。 - 加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切削のための請求項1から18のいずれか一項に記載の機械加工装置の使用。
- 請求項1から18のいずれか一項に記載の機械加工装置(10;100;200;201;300;301;400;500)を使用した加工物のレーザ加工のための方法、特にレーザ切削のための方法であって、
機械加工装置の第1のインタフェース(14)に提供された機械加工レーザ源(82)からの機械加工レーザビーム(15)を、前記機械加工装置の出口開口(18)を通して、加工物(12)の機械加工ゾーン(13)に照射するステップと、
前記機械加工ゾーンによって発射され前記出口開口を通り抜けた前記放射(17)の少なくとも一部分を、前記機械加工装置の第2のインタフェース(16)に接続された検出デバイス(24)または前記第2のインタフェース(16)上に提供された検出デバイス(24)によって検出するステップと
を有し、
前記機械加工レーザビームが、前記機械加工装置の第1のレーザビーム誘導デバイス(20)によって動的に運動し、特に、前記機械加工装置の前記第1のレーザビーム誘導デバイス(20)によって動的に整形され、前記機械加工装置の第2のレーザビーム誘導デバイス(22)へ誘導され、動的に運動した前記機械加工レーザビームが、前記第2のレーザビーム誘導デバイスによって前記出口開口を通り抜けるように誘導され、
前記機械加工ゾーンによって発射され前記出口開口を通り抜けた前記放射が、少なくとも部分的に、前記第2のレーザビーム誘導デバイスによって前記第2のインタフェースへ誘導される
ことを特徴とする方法。 - 請求項20に記載の方法であって、前記第2のレーザビーム誘導デバイスが、動的に運動した前記機械加工レーザビームを、前記機械加工ゾーンによって発射され前記出口開口を通り抜けた前記放射と少なくとも部分的に同軸で誘導することを特徴とする方法。
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