JP7308286B2 - レーザビームの焦点位置を決定するための装置および方法 - Google Patents
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Claims (15)
- レーザ加工ヘッド(101)の加工レーザビーム(102)の焦点位置を決定するための装置(81)であって、
- 前記加工レーザビーム(102)のビーム経路から部分ビーム(51)を分離するための光学分離素子(814)と、
- 前記部分ビーム(51)の少なくとも1つのビームパラメータを検出するための検出器(811)と、
- 調節可能な焦点距離を有し、前記光学分離素子(814)と前記検出器(811)との間の前記分離された部分ビーム(51)のビーム経路に配置された少なくとも1つの光学素子(812)と、
前記光学素子(812)の異なる設定焦点距離と、前記部分ビーム(51)の前記少なくとも1つのビームパラメータの対応する値とに基づいて、前記加工レーザビーム(102)の焦点位置を決定するように構成されている評価ユニット(813)と、
を備えることを特徴とする装置(81)。 - 請求項1に記載の装置(81)であって、
前記検出器(811)が、前記少なくとも1つの光学素子(812)の異なる設定焦点距離で前記少なくとも1つのビームパラメータの値を検出するように構成され、
前記評価ユニット(813)が、前記少なくとも1つのビームパラメータの極値に対応する前記光学素子(812)の設定焦点距離の値を決定するように構成されていることを特徴とする装置(81)。 - 請求項1または2に記載の装置(81)であって、前記部分ビーム(51)の前記少なくとも1つのビームパラメータが、前記部分ビーム(51)のレーザ強度および/またはビーム直径を含むことを特徴とする装置(81)。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の装置(81)であって、調節可能な焦点距離を有する前記少なくとも1つの光学素子(812)が、変形可能な光学素子、変形可能なレンズ、変形可能なミラー、MEMSベースの変形可能なミラー、圧電的に変形可能なミラー、互いに対して回転可能な圧力ベースの変形可能なミラー、複数の光学素子、および/またはモアレレンズ対を含むことを特徴とする装置(81)。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の装置(81)であって、調節可能な焦点距離を有する前記少なくとも1つの光学素子(812)が、前記部分ビーム(51)の伝搬方向に対して静止して配置されていることを特徴とする装置(81)。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の装置(81)であって、前記光学素子(812)の異なる焦点距離を設定するように構成されている制御ユニットをさらに備えることを特徴とする装置(81)。
- 請求項6に記載の装置(81)であって、
調節可能な焦点距離を有する前記少なくとも1つの光学素子(812)が、調節可能な焦点距離を有する第1の光学素子と、調節可能な焦点距離を有する第2の光学素子とを含み、
前記制御ユニットが、前記加工レーザビーム(102)の目標焦点位置に基づいて前記第1の光学素子の焦点距離を設定し、前記第2の光学素子の焦点距離を変化させるように構成されていることを特徴とする装置(81)。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の装置(81)であって、
前記光学分離素子(814)が、部分反射によって前記加工レーザビーム(102)の前記ビーム経路から前記部分ビーム(51)を分離するように構成され、ならびに/または、
前記光学分離素子(814)が保護ガラスである、および/もしくはミラーを含むことを特徴とする装置(81)。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の装置(81)であって、
前記検出器(811)が、単一ピクセルセンサ、放射照度感知光検出器、フォトダイオードアレイ、もしくはCCDカメラを含み、および/または、
ダイアフラムが、前記検出器(811)と調節可能な焦点距離を有する前記光学素子(812)との間に配置されることを特徴とする装置(81)。 - 加工レーザビーム(102)によってワークピースを加工するためのレーザ加工ヘッド(101)であって、
前記加工レーザビーム(102)の焦点位置を設定するための集束ユニット(20)と、
請求項1~9のいずれか1項に記載の装置(81)と、を備え、
光学分離素子(814)が前記加工レーザビーム(102)のビーム経路に配置されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド(101)。 - 請求項10に記載のレーザ加工ヘッド(101)であって、前記装置(81)によって決定された焦点位置に基づいて、前記集束ユニット(20)を用いて、前記ワークピースに対して前記加工レーザビーム(102)の焦点位置を制御するように構成されている閉ループ制御ユニット(31)をさらに備えることを特徴とするレーザ加工ヘッド(101)。
- 請求項10または11に記載のレーザ加工ヘッド(101)であって、前記光学分離素子(814)は、焦点に向かって収束する前記加工レーザビーム(102)の部分に、および/または、前記集束ユニット(20)と前記ワークピースとの間に、および/または、前記ワークピースの前の、前記加工レーザビーム(102)のビーム経路における最後の光学素子として、および/または、前記加工レーザビーム(102)の前記ビーム経路におけるすべての結像光学素子もしくはビーム整形光学素子の後に配置されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド(101)。
- レーザ加工ヘッド(101)の加工レーザビーム(102)の焦点位置を決定するための方法であって、
- 前記加工レーザビーム(102)から部分ビーム(51)を分離するステップと、
- 調節可能な焦点距離を有し、前記分離された部分ビーム(51)のビーム経路に配置された少なくとも1つの光学素子(812)の焦点距離を設定するステップと、
- 調節可能な焦点距離を有する前記少なくとも1つの光学素子(812)を通過した後に、設定焦点距離に対応する前記部分ビーム(51)の少なくとも1つのビームパラメータを検出するステップと、
- 検出されたビームパラメータと設定焦点距離とに基づいて、前記加工レーザビーム(102)の焦点位置を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
- 前記光学素子(812)の少なくとも1つのさらなる設定焦点距離を用いて、前記設定するステップと前記検出するステップとを繰り返すステップをさらに含み、設定焦点距離が互いに異なることを特徴とする方法。 - 請求項13または14に記載の方法であって、前記少なくとも1つのビームパラメータの値が、前記少なくとも1つの光学素子(812)の異なる設定焦点距離で検出され、前記少なくとも1つのビームパラメータの極値に対応する前記光学素子(812)の設定焦点距離の値が決定されて、前記値に基づいて焦点位置を決定することを特徴とする方法。
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