WO1999054082A1 - Verfahren zum ablenken eines laserstrahls - Google Patents

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WO1999054082A1
WO1999054082A1 PCT/DE1999/001182 DE9901182W WO9954082A1 WO 1999054082 A1 WO1999054082 A1 WO 1999054082A1 DE 9901182 W DE9901182 W DE 9901182W WO 9954082 A1 WO9954082 A1 WO 9954082A1
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laser beam
optical axis
polar vector
circumference
wedge plates
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Gunter Blank
Ulrich Kalusa
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Lpkf Laser & Electronics Ag
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    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Definitions

  • the invention relates to a method for deflecting a laser beam along a circumference of a polar vector figure, such as. B. a circle or an ellipse, the method and the device are particularly suitable for trepanning.
  • a disadvantage of moving the laser head is its relatively large mass of about 30 to 40 kg, which makes it difficult to achieve high precision with the desired structure. If the object is moved, it proves to be a disadvantage that the resolution of the measuring and control system must be designed depending on the processing area.
  • the laser beam is fed to focusing optics in such a way that the beam strikes a deflection system substantially parallel to the optical axis of the focusing optics.
  • the beam is deflected by the deflection system, which has two wedge plates arranged at a distance from one another in the beam direction and rotatable about the optical axis, in such a way that it is focused on the focusing axis at a non-zero angle to the optical axis and with a rotational movement about the optical axis Optics meet.
  • the laser beam reaches an object to be processed, specifically outside the focal point of the focusing optics lying on the optical axis.
  • the two wedge plates are rotated at angular speeds, which are initially held or changed so differently that the movement path of the
  • the invention is based on the principle that the focal point of a converging lens migrates when the beam or the laser beam hits the lens at an angle to the optical axis. This means that if a deflection system is placed in front of a converging lens in a laser beam that is incident parallel to the optical axis and this is rotated by the deflection system around the optical axis, the focal point of the beam or laser beam that arises behind the converging lens describes a circular path, provided that Deflection angle, ie the angle between the laser beam and the optical axis, is kept constant.
  • the deflection system Since the deflection system has a small mass and small dimensions and can therefore be easy to move, it is possible to cut or process very small structures with a high throughput.
  • the resolution of the measuring and control system can be designed independently of the area to be processed. By doing that Deflection system for deflecting the laser beam is rotated symmetrically about the optical axis, it is achieved that parasitic vibrations are minimal.
  • the deflection system can also have one or more additional wedge plates in addition to the two wedge plates.
  • the laser beam which strikes the first wedge plate parallel to the optical axis, is deflected by the refractive index by a fixed angle. By then hitting the second wedge plate, the laser beam is deflected again.
  • the total deflection angle which determines the extent of the shift of the focal point behind the focusing optics, depends on the relative angular position of the two wedge plates.
  • the two wedge plates which are preferably circular, assume a fixed angle of rotation relative to one another, the resulting total deflection angle of the laser beam is constant.
  • the two wedge plates can be rotated at different angular speeds in order to be able to change the total deflection angle of the laser beam by changing the relative angle of rotation of the wedge plates with respect to one another.
  • the two wedge plates are rotated at angular velocities, which are initially held or changed so differently that the path of movement of the laser beam extends from a starting point at which the laser beam lies within the polar vector figure to be cut to the circumference of the polar vector figure. This ensures that the circumference of the desired structure is only approached after the "piercing" of the laser beam. In this way, crater formation which arises when the "piercing" of the laser beam is shifted into an area of the object to be processed which Completion of the cutting will be cut out. The same can also be done when the desired cutting path is ended or when the laser beam is “taken out” in order to ensure that the system is again in its basic position.
  • the two angular velocities can be kept the same from the point in time at which the focal point is on the circumference of the polar vector figure to be cut, until the entire circumference of the polar vector figure is covered. In this way, a circular circular path is obtained.
  • the difference between the two rotation angles is also varied - i.e. H.
  • the angular velocities are set differently - while the focal point is on the circumference of the polar vector figure to be cut.
  • How the time course of the difference in the rotation angles or the angular velocities should look depends, of course, on the shape of the polar vector figure, but on the other hand also on the wedge angles of the two wedge plates.
  • an ellipse, a rounded rectangular figure and a finger mask figure can be easily cut using this method. It is also possible to cut a rectangle.
  • the angular velocities can be kept or changed differently again, in such a way that the path of movement of the laser beam reaches the starting point again.
  • the laser beam is thus again in its defined starting position, which is preferably the focal point of the focusing optics lying on the optical axis, and a new cutting process can be started.
  • the laser beam is interrupted by a shutter until an adjustment of the wedge plates is reached in which the laser beam lies on the circumference of the polar vector figure to be cut when the shutter is opened. Accordingly, it can be provided that the shutter is closed when the entire circumference of the polar vector figure has been covered.
  • the polar vector figures can also be generated from its movement.
  • the deflection system is preferably designed such that the total deflection angle can be zero degrees.
  • the starting point of the laser beam can be the focal point of the focusing optics lying on the optical axis.
  • the object to be processed is additionally moved.
  • the device provided for carrying out the method according to the invention has focusing optics and an optical deflection system arranged in the beam path in front of this optics.
  • the deflection system contains at least two wedge plates, which are arranged at a distance from one another along the optical axis of the focusing optics and can be rotated about the optical axis.
  • the wedge plates can be rotated at different angular speeds. In this way, as explained above, polar vector figures that differ from a circle can be cut.
  • the wedge plates can be designed and arranged in such a way that the total deflection angle can be zero at a certain angular position with respect to one another. This is the case when the deflection angles caused by the wedge plates cancel each other out. This is e.g. B. possible if exactly two wedge plates are provided which have the same wedge angle and the wedges are rotated by 180 ° to each other.
  • the wedge plates are preferably arranged such that the non-inclined surfaces of the wedge plates are opposite one another.
  • other arrangements of the two wedge plates are also possible, namely an arrangement in which the two inclined surfaces lie opposite one another and also an arrangement in which the inclined surface of one wedge plate lies opposite the non-inclined surface of the other wedge plate.
  • the two wedge plates are preferably each set in rotation by their own drive. A rotational movement of the two wedge plates relative to one another is then achieved by different speeds of the motors of the drives.
  • both wedge plates it is also possible for both wedge plates to be rotated at the same angular speed by the same drive. In this case, a further drive attached to a rotating element can be provided for the relative angular position. In both cases, the two drives z. B. Toothed belt drives.
  • the device preferably has a movable positioning table which receives the object to be processed, so that the object to be processed can also be moved relative to the laser beam.
  • the method according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. Reference is made to the single figure, which schematically shows a device provided for carrying out the method.
  • a laser beam 1 intended for processing an object initially runs parallel to the optical axis 2 of a converging lens 3.
  • the laser beam 1 strikes a deflection system 4 having two wedge plates 7 and 8, which deflects the laser beam 1 in this way that it meets the converging lens 3 at an angle other than 90 °.
  • the laser beam 2 is focused by the converging lens 3, although the focal point lies in the focal plane 5 of the converging lens, but not on the optical axis 2.
  • the deflection angle is kept constant.
  • the object to be processed is arranged so that its corresponding surface lies in the focal plane 5.
  • the deflection system 4 consists of two wedge plates 7, 8, which are arranged at a distance from one another in the beam path.
  • the wedge angles of the two wedge plates 7, 8 are the same size.
  • the wedge plates 7, 8 can be rotated together or relative to one another about the optical axis 2 of the converging lens 3.
  • the deflection angle of the laser beam 1 changes relative to the optical axis 2.
  • the laser beam 1 can also run parallel to the optical axis 2 with a corresponding relative angle of rotation, which has the consequence that the laser beam 1 is focused by the converging lens 3 into the focal point of the converging lens 3 lying on the optical axis 2.
  • a relative angular position of the two wedge plates 7, 8 is shown so that the laser beam 1 is deflected by the wedge plate 8 by the same angle as by the wedge plate 7. In this way the maximum total deflection angle is obtained.
  • the deflection angle can be varied from zero degrees to the maximum total deflection angle.
  • the laser beam 1 can accordingly be guided from the focal point on the optical axis 2 to a maximum deflection position.
  • different polar vector figures can thus be generated.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls entlang einem Umfang einer Polarvektorfigur, insbesondere zum Trepanieren. Dabei wird der Laserstrahl einer fokussierenden Optik derartig zugeführt, dass er parallel zur optischen Achse auf ein Ablenksystem fällt, das ihn so ablenkt, dass er in einem Winkel zur optischen Achse und unter einer Drehbewegung um die optische Achse auf die fokussierende Optik und außerhalb des auf der optischen Achse liegenden Brennpunktes auf ein zu bearbeitendes Objekt trifft. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer fokussierenden Optik (3) und einem vor dieser angeordneten Ablenksystem (4), das mindestens zwei Keilplatten (7, 8) aufweist, die entlang der optischen Achse (2) in einem Abstand zueinander und drehbar um die optische Achse (2) angeordnet sind. Auf diese Weise ist erreicht, dass mit einfachen Mitteln in kürzester Zeit sehr kleine runde Löcher mit hoher Formgenauigkeit geschnitten werden können.

Description

Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls entlang einem Umfang einer Polarvektorfigur, wie z. B. einem Kreis oder einer Ellipse, wobei sich das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere zum Trepanieren eignen.
Es ist bekannt, Laser nach dem Trepanierverfahren zum Schneiden bzw. Bearbeiten von Strukturen in bestimmten Gegenständen, wie z. B. dünnen Metallblättchen, zu verwenden. Mit Hilfe der dabei eingesetzten Laser-Schneidanlagen können kleine Strukturen in der Größenordnung von bis zu 50 μm geschnitten werden.
Es ist bekannt, den gesamten Laserkopf oder das zu bearbeitende Objekt zu bewegen bzw. Laserkopf und Objekt zueinander zu bewegen. Nachteilig beim Bewegen des Laserkopfes ist dessen relativ große Masse von etwa 30 bis 40 kg, die das Erreichen einer hohen Präzision bei der gewünschten Struktur aufwendig macht. Wenn das Objekt bewegt wird, erweist sich als Nachteil, daß die Auflösung des Meß- und Regelsystems abhängig von der Bearbeitungsfläche ausgelegt werden muß.
Ferner ist bekannt, zur Materialbearbeitung einen Galvo-Scankopf zu verwenden, der mit zwei Spiegeln den Laserstrahl ablenken und somit sehr schnelle beliebige Geometrien zeichnen kann. Nachteilig sind bei diesem System die hohen Kosten und die aufwendige Kopplung mit einer standardmäßigen Laser-Schneidanlage.
Aus der US 4 940 881 ist ein Ablationsverfahren bekannt, bei dem ein Laserstrahl mittels einer drehbaren Keilplatte abgelenkt und über eine Sammellinse schräg auf ein zu bearbeitendes Werkstück gerichtet wird, um in diesem Kreisstrukturen mit einem Wandungswinkel von beispielsweise 45 ° bis 50 ° herzustellen.
Ferner ist aus der WO 97/06 462 A1 bekannt, zwei hintereinander angeordnete, gemeinsam rotierende Keilplatten zur Ablenkung eines Laserstrahls zu verwenden. Die beiden Keilplatten sind so angeordnet, daß sie zwei stets parallel zueinander orientierte, das Licht brechende Flächen aufweisen. Auf diese Weise wird ein parallel zur optischen Achse auf das System treffender Strahl um eine Strecke, die kleiner als der Strahldurchmesser ist, zur optischen Achse versetzt. Durch Drehung der Keilplatten um die optische Achse kann so eine verbesserte Gleichförmigkeit der Laserstrahlintensität über die zu bearbeitende Fläche erreicht werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit dem Strukturen verschiedener Geometrien von deutlich weniger als 200 μm geschnitten bzw. bearbeitet werden können, wobei mit einfachen Mitteln eine Ablenkung des Laserstrahls während des Schneidvorgangs ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Laserstrahl wird einer fokussierenden Optik derartig zugeführt, daß der Strahl im wesentlichen parallel zur optischen Achse der fokussierenden Optik auf ein Ablenksystem fällt. Durch das Ablenksystem, das zwei in Strahlrichtung in einem Abstand zueinander angeordnete, um die optische Achse drehbare Keilplatten aufweist, wird der Strahl so abgelenkt, daß er in einem von Null verschiedenen Winkel zur optischen Achse und unter einer Drehbewegung um die optische Achse auf die fokussierende Optik trifft. Von der fokussierenden Optik gelangt der Laserstrahl auf ein zu bearbeitendes Objekt, und zwar außerhalb des auf der optischen Achse liegenden Brennpunktes der fokussierenden Optik.
Dabei werden die beiden Keilplatten mit Winkelgeschwindigkeiten gedreht, die zunächst derartig unterschiedlich gehalten bzw. verändert werden, daß die Bewegungsbahn des
Laserstrahls von einem Startpunkt, bei dem der Laserstrahl innerhalb der zu schneidenden Polarvektorfigur liegt, zum Umfang der Polarvektorfigur hin verläuft.
Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, daß der Brennpunkt einer Sammellinse auswandert, wenn das Strahlenbündel bzw. der Laserstrahl unter einem Winkel zur optischen Achse auf die Linse trifft. Das bedeutet, daß, wenn ein Ablenksystem vor einer Sammellinse in einen parallel zur optischen Achse einfallenden Laserstrahl gebracht und dieser durch das Ablenksystem um die optische Achse gedreht wird, der hinter der Sammellinse entstehende Brennpunkt des Strahlenbündels bzw. des Laserstrahls eine Kreisbahn beschreibt, sofern der Ablenkwinkel, also der Winkel zwischen Laserstrahl und optischer Achse, konstant gehalten ist.
Auf diese Weise ist erreicht, daß mit einfachen Mitteln in kürzester Zeit kleine runde Löcher mit hoher Formgenauigkeit geschnitten werden können.
Da das Ablenksystem eine geringe Masse und geringe Abmessungen aufweisen und somit leicht zu bewegen sein kann, ist es möglich, sehr kleine Strukturen mit einem hohen Durchsatz zu schneiden bzw. zu bearbeiten. Dabei kann die Auflösung des Meß- und Regelsystems unabhängig von der zu bearbeitenden Fläche ausgelegt werden. Indem das Ablenksystem zur Ablenkung des Laserstrahls symmetrisch um die optische Achse gedreht wird, ist erreicht, daß entstehende parasitäre Schwingungen minimal sind. Das Ablenksystem kann auch zusätzlich zu den beiden Keilplatten eine oder mehrere weitere Keilplatten aufweisen.
Der Laserstrahl, der parallel zur optischen Achse auf die erste Keilplatte trifft, wird von dieser aufgrund des Brechungsindexes um einen festen Winkel abgelenkt. Indem der Laserstrahl anschließend auf die zweite Keilplatte trifft, wird er wiederum abgelenkt. Der Gesamtablenkwinkel, der das Ausmaß der Verschiebung des Brennpunktes hinter der fokussierenden Optik bestimmt, hängt von der relativen Winkelstellung der beiden Keilplatten zueinander ab.
Wenn die beiden Keilplatten, die vorzugsweise kreisförmig sind, einen festen Drehwinkel zueinander einnehmen, ist der resultierende Gesamtablenkwinkel des Laserstrahls konstant. In diesem Fall wird durch eine Drehung der beiden Keilplatten um die optische Achse eine kreisförmige Bewegungsbahn auf einem zu bearbeitenden Objekt, dessen Oberfläche in der Brennebene der fokussierenden Optik liegt, erzeugt. Erfindungsgemäß können die beiden Keilplatten mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten gedreht werden, um durch eine auf diese Weise erhaltene Veränderung des relativen Drehwinkels der Keilplatten zueinander den Gesamtablenkwinkel des Laserstrahls verändern zu können.
Es ist vorgesehen, daß die beiden Keilplatten mit Winkelgeschwindigkeiten gedreht werden, die zunächst derartig unterschiedlich gehalten bzw. verändert werden, daß die Bewegungsbahn des Laserstrahls von einem Startpunkt, bei dem der Laserstrahl innerhalb der zu schneidenden Polarvektorfigur liegt, zum Umfang der Polarvektorfigur hin verläuft. Dadurch ist erreicht, daß erst nach dem „Einstechen" des Laserstrahls an den Umfang der gewünschten Struktur herangefahren wird. Auf diese Weise kann eine Kraterbildung, die beim „Einstechen" des Laserstrahls entsteht, in einen Bereich des zu bearbeitenden Objektes verlagert werden, der nach Beendigung des Schneidens herausgeschnitten sein wird. Auch beim Beenden der gewünschten Schneidbahn bzw. beim „Herausnehmen" des Laserstrahls kann entsprechend verfahren werden, um zu erreichen, daß das System sich wieder in seiner Grundstellung befindet.
Die beiden Winkelgeschwindigkeiten können ab dem Zeitpunkt, in dem sich der Brennpunkt auf dem Umfang der zu schneidenden Polarvektorfigur befindet, gleich gehalten werden, und zwar so lange, bis der gesamte Umfang der Polarvektorfigur überstrichen ist. Auf diese Weise wird eine kreisförmige Kreisbahn erhalten.
Um andere Polarvektorfiguren, als einen Kreis zu erhalten, wird die Differenz der beiden Drehwinkel auch variiert - d. h. die Winkelgeschwindigkeiten werden verschieden eingestellt - , während sich der Brennpunkt auf dem Umfang der zu schneidenden Polarvektorfigur befindet. Wie der zeitliche Verlauf der Differenz der Drehwinkel bzw. der Winkelgeschwindigkeiten auszusehen hat, hängt natürlich von tier Form der Polarvektorfigur ab, zum anderen aber auch von den Keilwinkeln der beiden Keilplatten.
Beispielsweise können mit Hilfe dieses Verfahrens auf einfache Weise eine Ellipse, eine abgerundete Rechteckfigur und eine Fingerblendenfigur geschnitten werden. Auch das Schneiden eines Rechtecks ist möglich.
Nach Überstreichen des gesamten Umfangs der Polarvektorfigur können die Winkelgeschwindigkeiten erneut bzw. weiterhin unterschiedlich gehalten bzw. verändert werden, und zwar so, daß die Bewegungsbahn des Laserstrahls wieder den Startpunkt erreicht. Damit befindet sich der Laserstrahl wieder in seiner definierten Ausgangsstellung, die vorzugsweise der auf der optischen Achse liegende Brennpunkt der fokussierenden Optik ist, und es kann ein neuer Schneidvorgang gestartet werden.
Es ist zweckmäßig, wenn der Laserstrahl durch einen Shutter so lange unterbrochen wird, bis eine Einstellung der Keilplatten erreicht ist, bei der der Laserstrahl bei Öffnung des Shutters auf dem Umfang der zu schneidenden Polarvektorfigur liegt. Entsprechend kann vorgesehen sein, daß der Shutter geschlossen wird, wenn der gesamte Umfang der Polarvektorfigur überstrichen ist. Bei Verwendung eines Shutters lassen sich die Polarvektorfiguren auch aus dessen Bewegung heraus erzeugen.
Vorzugsweise ist das Ablenksystem so ausgebildet, daß der Gesamtablenkwinkel null Grad betragen kann. In diesem Fall kann der Startpunkt des Laserstrahls der auf der optischen Achse liegende Brennpunkt der fokussierenden Optik sein.
Es kann auch vorgesehen sein, daß zusätzlich das zu bearbeitende Objekt verfahren wird.
Dies ist dann von Vorteil, wenn z. B. Figuren geschnitten werden sollen, die relativ groß sind und - wie z. B. Rechteckfiguren - mit Hilfe einer Bewegung des Objektes entlang zwei rechtwinkeliger Achsen einfach zu schneiden sind. Es ist vorteilhaft, wenn dazu das System vorher, wie oben beschrieben, in seine Grundeinstellung gebracht worden ist, um eine möglichst hohe Positioniergenauigkeit beim Verfahren des Objektes zu erzielen.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Vorrichtung weist eine fokussierende Optik und ein im Strahlengang vor dieser Optik angeordnetes optisches Ablenksystem auf. Dabei enthält das Ablenksystem mindestens zwei Keilplatten, die entlang der optischen Achse der fokussierenden Optik in einem Abstand zueinander und drehbar um die optische Achse angeordnet sind.
Die Keilplatten sind mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten drehbar. Auf diese Weise können, wie oben erläutert, Polarvektorfiguren geschnitten werden, die sich von einem Kreis unterscheiden.
Die Keilplatten können so ausgebildet und angeordnet sein, daß bei einer bestimmten Winkelstellung zueinander der Gesamtablenkwinkel gleich Null sein kann. Dies ist dann der Fall, wenn die Ablenkwinkel, die durch die Keilplatten hervorgerufen werden, sich insgesamt aufheben. Dies ist z. B. dann möglich, wenn genau zwei Keilplatten vorgesehen sind, die denselben Keilwinkel aufweisen und die Keile um 180° zueinander verdreht sind.
Vorzugsweise sind die Keilplatten so angeordnet, daß die nicht-schrägen Flächen der Keilplatten einander gegenüberliegen. Es sind aber auch andere Anordnungen der beiden Keilplatten möglich, nämlich eine Anordnung, bei der die beiden schrägen Flächen einander gegenüberliegen und auch eine Anordnung, bei der die schräge Fläche der einen Keilplatte der nicht-schrägen Fläche der anderen Keilplatte gegenüberliegt.
Die beiden Keilplatten werden vorzugsweise durch jeweils einen eigenen Antrieb in Rotation versetzt. Eine Drehbewegung der beiden Keilplatten relativ zueinander wird dann durch unterschiedliche Drehzahlen der Motoren der Antriebe erreicht. Alternativ ist es auch möglich, daß beide Keilplatten mit gleicher Winkelgeschwindigkeit durch denselben Antrieb gedreht werden. In diesem Fall kann ein weiterer, auf einem rotierenden Element befestigter Antrieb für die relative Winkelstellung vorgesehen sein. In beiden Fällen können die beiden Antriebe z. B. Zahnriemenantriebe sein.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen verfahrbaren, das zu bearbeitende Objekt aufnehmenden Positioniertisch auf, um auch das zu bearbeitende Objekt relativ zu dem Laserstrahl verfahren zu können. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei wird auf die einzige Figur Bezug genommen, die schematisch eine zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung zeigt.
Wie in der Figur gezeigt ist, verläuft ein zur Bearbeitung eines nicht gezeigten Objektes vorgesehener Laserstrahl 1 zunächst parallel zu der optischen Achse 2 einer Sammellinse 3. Der Laserstrahl 1 trifft auf ein zwei Keilplatten 7 und 8 aufweisendes Ablenksystem 4, das den Laserstrahl 1 derartig ablenkt, daß er unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf die Sammellinse 3 trifft. Durch die Sammellinse 3 wird der Laserstrahl 2 fokussiert, wobei jedoch der Brennpunkt zwar in der Brennebene 5 der Sammellinse, jedoch nicht auf der optischen Achse 2 liegt. Wenn der Laserstrahl 1 durch das Ablenksystem um die optische Achse 2 gedreht wird, wird, wie in der Figur dargestellt, eine kreisförmige Bewegungsbahn des Brennpunktes erzeugt, sofern der Ablenkwinkel konstant gehalten wird. Das zu bearbeitende Objekt wird so angeordnet, daß seine entsprechende Oberfläche in der Brennebene 5 liegt.
Das Ablenksystem 4 besteht aus zwei Keilplatten 7, 8, die in einem Abstand zueinander im Strahlengang angeordnet sind. Die Keilwinkel der beiden Keilplatten 7, 8 sind gleich groß. Die Keilplatten 7, 8 sind um die optische Achse 2 der Sammellinse 3 gemeinsam bzw. relativ zueinander drehbar. Je nach dem relativen Drehwinkel der beiden Keilplatten 7, 8 zueinander ändert sich der Ablenkwinkel des Laserstrahls 1 relativ zu der optischen Achse 2. Da die Keilwinkel gleich groß sind, kann der Laserstrahl 1 bei einem entsprechenden relativen Drehwinkel auch parallel zur optischen Achse 2 verlaufen, was zur Folge hat, daß der Laserstrahl 1 durch die Sammellinse 3 in den auf der optischen Achse 2 liegenden Brennpunkt der Sammellinse 3 fokussiert wird. In der Figur ist eine relative Winkelstellung der beiden Keilplatten 7, 8 so dargestellt, daß der Laserstrahl 1 durch die Keilplatte 8 um denselben Winkel wie durch die Keilplatte 7 abgelenkt wird. Auf diese Weise wird der maximale Gesamtablenkwinkel erhalten.
Durch Veränderung des relativen Drehwinkels der beiden Keilplatten 7, 8 zueinander kann der Ablenkwinkel von null Grad bis zu dem maximalen Gesamtablenkwinkel variiert werden. Dadurch kann entsprechend der Laserstrahl 1 von dem Brennpunkt auf der optischen Achse 2 bis zu einer maximalen Auslenkposition geführt werden. Durch eine gleichzeitige, entsprechend gesteuerte Drehung der beiden Keilplatten 7, 8 um die optische Achse 2 können somit verschiedene Polarvektorfiguren erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls (1) entlang einem Umfang einer Polarvektorfigur (6), wie z. B. einem Kreis oder einer Ellipse, insbesondere zum Trepanieren, wobei der Laserstrahl (1) einer fokussierenden Optik (3) derartig zugeführt wird, daß der Strahl (1) im wesentlichen parallel zur optischen Achse (2) auf ein Ablenksystem (4) fällt, das zwei in Strahlrichtung in einem Abstand zueinander angeordnete, um die optische Achse drehbare Keilplatten (7, 8) aufweist und den Strahl (1) so ablenkt, daß er in einem von Null verschiedenen Winkel zur optischen Achse (2) und unter einer Drehbewegung um die optische Achse (2) auf die fokussierende Optik (3) und außerhalb des auf der optischen Achse (2) liegenden Brennpunktes auf ein zu bearbeitendes Objekt trifft, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Keilplatten (7, 8) mit Winkelgeschwindigkeiten gedreht werden, die zunächst derartig unterschiedlich gehalten bzw. verändert werden, daß die Bewegungsbahn des Laserstrahls (1) von einem Startpunkt, bei dem der Laserstrahl (1) innerhalb der zu schneidenden Polarvektorfigur (6) liegt, zum Umfang der Polarvektorfigur hin verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ab dem Zeitpunkt, in dem der Laserstrahl (1) sich auf dem Umfang der Polarvektorfigur (6) befindet, die beiden Winkelgeschwindigkeiten gleich gehalten werden, bis der gesamte Umfang der Polarvektorfigur (6) überstrichen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ab dem Zeitpunkt, in dem der Laserstrahl (1) sich auf dem Umfang der zu schneidenden Polarvektorfigur (6) befindet, die beiden Winkelgeschwindigkeiten derartig unterschiedlich gehalten bzw. verändert werden, daß die zu schneidende Polarvektorfigur (6) erhalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überstreichen des Umfangs der Polarvektorfigur (6) die beiden Winkelgeschwindigkeiten derartig unterschiedlich gehalten bzw. verändert werden, daß die Bewegungsbahn des Laserstrahls (6) wieder den Startpunkt erreicht.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtablenkwinkel null Grad betragen kann. 8
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das zu bearbeitende Objekt verfahren wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7123394B2 (en) 2002-06-27 2006-10-17 Eads Deutschland Gmbh System and method for the laser beam deflection for optical measuring systems
CN105382425A (zh) * 2015-12-14 2016-03-09 武汉隽龙科技有限公司 用于激光旋转打孔的光学扫描系统及打孔方法
CN106312335A (zh) * 2016-09-14 2017-01-11 张立国 一种激光钻孔与钻孔填充系统及方法
WO2020244200A1 (zh) * 2019-06-04 2020-12-10 西安中科微精光子制造科技有限公司 光束扫描系统及激光加工设备

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10018253C2 (de) * 2000-04-13 2003-08-21 Leica Microsystems Laser-Mikro-Dissektionsgerät
DE10045973A1 (de) * 2000-09-16 2002-04-04 Bosch Gmbh Robert Optische Vorrichtung zum Bohren mittels Laserstrahl
EP1219381A1 (de) * 2000-12-27 2002-07-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Laserschweissen eines Werkstückes
DE10243229B4 (de) * 2002-09-17 2005-03-03 Bundesrepublik Deutschland, vertr. d. d. Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, dieses vertr. d. d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Optischer Kleinwinkelgenerator
EP2594357A1 (de) * 2011-11-16 2013-05-22 Optec S.p.A. Vorrichtung und Verfahren zum Laserschweißen mit einer Refraktierelemente aufweisenden Kalibrationseinheit
DE102012003202A1 (de) 2012-02-17 2013-08-22 Vollmer Werke Maschinenfabrik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Schneiden oder mit Schneiden versehenen Werkstücken, mit einem Nasslaser
JP2013180298A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd レーザ加工装置
CN105033470B (zh) * 2015-05-08 2017-05-24 英诺激光科技股份有限公司 一种锥度可控的高质量钻孔加工设备及方法
DE102016109909A1 (de) 2016-05-30 2017-11-30 Precitec Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Prozessüberwachung bei der Laserbearbeitung
CN106624391B (zh) * 2016-09-23 2018-02-16 张立国 一种基于空间组合激光焦点的多层材料分层铣削加工系统及方法
CN106312333A (zh) * 2016-10-09 2017-01-11 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种激光加工孔的方法以及系统
CN110449732A (zh) * 2018-05-07 2019-11-15 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光加工系统及激光加工方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4079230A (en) * 1974-11-01 1978-03-14 Hitachi, Ltd. Laser working apparatus
EP0192125A1 (de) * 1985-02-15 1986-08-27 Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH Vorrichtung zur Abtastung eines Gesichtfeldes
US4822974A (en) * 1988-02-18 1989-04-18 United Technologies Corporation Laser hold drilling system with lens and two wedge prisms including axial displacement of at least one prism
US4940881A (en) * 1989-09-28 1990-07-10 Tamarack Scientific Co., Inc. Method and apparatus for effecting selective ablation of a coating from a substrate, and controlling the wall angle of coating edge portions
WO1992003187A1 (en) * 1990-08-22 1992-03-05 Phoenix Laser Systems, Inc. System for scanning a surgical laser beam
WO1997006462A1 (en) * 1995-08-09 1997-02-20 Minnesota Mining And Manufacturing Company Rotating optical system for laser machining apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4079230A (en) * 1974-11-01 1978-03-14 Hitachi, Ltd. Laser working apparatus
EP0192125A1 (de) * 1985-02-15 1986-08-27 Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH Vorrichtung zur Abtastung eines Gesichtfeldes
US4822974A (en) * 1988-02-18 1989-04-18 United Technologies Corporation Laser hold drilling system with lens and two wedge prisms including axial displacement of at least one prism
US4940881A (en) * 1989-09-28 1990-07-10 Tamarack Scientific Co., Inc. Method and apparatus for effecting selective ablation of a coating from a substrate, and controlling the wall angle of coating edge portions
WO1992003187A1 (en) * 1990-08-22 1992-03-05 Phoenix Laser Systems, Inc. System for scanning a surgical laser beam
WO1997006462A1 (en) * 1995-08-09 1997-02-20 Minnesota Mining And Manufacturing Company Rotating optical system for laser machining apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7123394B2 (en) 2002-06-27 2006-10-17 Eads Deutschland Gmbh System and method for the laser beam deflection for optical measuring systems
CN105382425A (zh) * 2015-12-14 2016-03-09 武汉隽龙科技有限公司 用于激光旋转打孔的光学扫描系统及打孔方法
CN106312335A (zh) * 2016-09-14 2017-01-11 张立国 一种激光钻孔与钻孔填充系统及方法
WO2020244200A1 (zh) * 2019-06-04 2020-12-10 西安中科微精光子制造科技有限公司 光束扫描系统及激光加工设备

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