WO2025190889A1 - Verfahren zum betreiben einer polygonscanner-einrichtung, laserbearbeitungsvorrichtung und laseranwendungs-vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer polygonscanner-einrichtung, laserbearbeitungsvorrichtung und laseranwendungs-vorrichtung

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WO2025190889A1
WO2025190889A1 PCT/EP2025/056510 EP2025056510W WO2025190889A1 WO 2025190889 A1 WO2025190889 A1 WO 2025190889A1 EP 2025056510 W EP2025056510 W EP 2025056510W WO 2025190889 A1 WO2025190889 A1 WO 2025190889A1
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WO
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beam path
laser radiation
polygon scanner
scanner device
laser
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PCT/EP2025/056510
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English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Kumkar
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Trumpf Laser GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/123—Multibeam scanners, e.g. using multiple light sources or beam splitters

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a polygon scanner device, a laser processing device and a laser application device.
  • Laser processing devices that process workpieces using laser radiation are often used for machining.
  • these laser processing devices typically have a polygon scanner device.
  • the object of the invention is to provide a method for operating a polygon scanner device that, in particular, enables high utilization of the polygon scanner device. Furthermore, the object of the present invention is to provide a laser processing device configured to carry out the method. Furthermore, the object of the present invention is to provide a laser application device.
  • the invention solves this problem by providing a method having the features of claim 1, a laser processing device having the features of claim 18 and a laser application device having the features of claim 19. Advantageous further developments and/or embodiments of the invention are described in the dependent claims.
  • a method according to the invention is suitable for operating a polygon scanner device.
  • the polygon scanner device has a plurality, in particular 4, 6, 8, or 10, of mirror segments arranged side by side.
  • the method comprises the steps: a) rotating the mirror segments of the polygon scanner device about a rotation axis; b) alternately applying laser radiation to a first beam path and alternately applying laser radiation to a second beam path different from the first beam path while the mirror segments rotate, so that laser radiation via the first beam path and laser radiation via the second beam path impinge on the polygon scanner device simultaneously; and c) deflecting the laser radiation of the first beam path by reflecting the laser radiation of the first beam path by means of the mirror segments of the polygon scanner device, and deflecting the laser radiation of the second beam path by reflecting the laser radiation of the second beam path by means of the mirror segments of the polygon scanner device.
  • the simultaneous impingement of the laser radiation from the first beam path and the laser radiation from the second beam path allows the polygon scanner device to achieve particularly high utilization. This allows a workpiece to be processed simultaneously with laser radiation from the first beam path and with laser radiation from the second beam path, thereby reducing the workpiece's processing time.
  • the laser radiation of the first beam path and/or the laser radiation of the second beam path may be suitable for processing and/or measuring a workpiece.
  • Beam path can be pulsed or modulated laser radiation. If the polygon scanner device has eight mirror segments arranged side by side, a cross-section perpendicular to the axis of rotation of the mirror segments arranged side by side can have the shape of a regular octagon.
  • Each mirror segment can be designed to reflect the laser radiation. All mirror segments can be designed identically. In other words, the mirror segments can be structurally identical.
  • the point of impact of the laser radiation of the first beam path on the polygon scanner device and the point of impact of the laser radiation of the second beam path on the polygon scanner device can differ from each other.
  • the laser radiation of the first beam path and the laser radiation of the second beam path can impact the polygon scanner device with a spatial offset.
  • the first beam path and the second beam path can each extend from a laser beam source for generating the laser radiation to the polygon scanner device.
  • Each beam path can also be referred to as an input beam path.
  • the method can comprise the step: e) generating the laser radiation using the laser beam source.
  • the laser beam source can have a number of resonators and/or amplifier chains for generating the laser radiation, with each resonator or amplifier chain being assigned to a beam path. This allows the laser beam source to apply laser radiation to each beam path independently of the other beam paths.
  • the laser radiation can propagate along the first beam path.
  • the laser radiation can propagate along the second beam path.
  • the application of laser radiation to the first beam path and/or the application of laser radiation to the second beam path in step b) can be carried out by means of an electro-optical switching element, an acousto-optical switching element and/or coherent beam superposition.
  • the line frequency can be referred to as the scan frequency.
  • the alternating exposure of the first beam path with laser radiation and/or the alternating exposure of the second beam path with laser radiation can each occur at the scan frequency.
  • the resulting exposure frequency is proportional to the number of beam paths provided.
  • the alternating exposure of the first beam path and the second beam path to laser radiation in step b) can be carried out such that the laser radiation from the first beam path and the laser radiation from the second beam path impinge on the polygon scanner device simultaneously for a period of time. Either the laser radiation from the first beam path or the laser radiation from the second beam path can impinge on the polygon scanner device before or after the period of time.
  • step b) laser radiation can impinge on the polygon scanner device without interruption.
  • the alternating exposure of the first beam path and the second beam path with laser radiation in step b) can be carried out in such a way that at no time does laser radiation not impinge on the polygon scanner device.
  • laser radiation can impinge on the polygon scanner device continuously and be made available for use.
  • the point of impact of the laser radiation from the first beam path on a workpiece to be processed and the point of impact of the laser radiation from the second beam path on the workpiece can differ from each other.
  • the laser radiation from the first beam path and the laser radiation from the second beam path can impact the workpiece with a spatial offset.
  • the individual pulses of the pulsed laser radiation can be disregarded for the assessment of whether the laser radiation of the beam paths simultaneously hits the polygon scanner device.
  • the individual pulses of the pulsed laser radiation can define an envelope of the pulses.
  • the envelope can envelop the pulses.
  • the assessment of whether the laser radiation of the beam paths in the case of The determination of whether the laser radiation from the beam paths hits the polygon scanner simultaneously in the case of pulsed laser radiation can be made based on the envelope.
  • whether the laser radiation from the beam paths hits the polygon scanner simultaneously in the case of pulsed laser radiation can be determined based on the envelope instead of the individual pulses. Simultaneity in this sense can also occur if there are multiple changes between different beam paths within a scan period, resulting in overlapping envelopes, but the modulation occurs in such a way that the beam paths are staggered.
  • Step c) and step a) can be performed simultaneously.
  • the names of individual steps can only serve to distinguish the individual steps from one another.
  • the names of the individual steps can neither be used to interpret nor to establish a sequence.
  • the names of the steps can aim to present the procedure clearly without establishing a chronological sequence or hierarchy between the steps.
  • the names of the steps can only serve as an aid to better understand and trace the individual steps.
  • the polygon scanner device can be designed as a double polygon scanner.
  • the double polygon scanner can have a plurality, in particular 4, 6, 8, or 10, of additional mirror segments arranged next to one another, wherein the additional mirror segments are arranged such that laser radiation is directed from the mirror segments onto the additional mirror segments.
  • a further aspect of the invention may be that the method enables highly dynamic scanning beam movement with high utilization and great flexibility in the selection of application zones within an addressable scan length. This great flexibility can relate to the length of an application zone, the location of an application zone, and/or the division into application segments, which can be achieved without modifications or significant losses in utilization.
  • the high utilization can enable increased availability of output beams usable for the application and/or the laser output beam(s) provided by at least one laser source.
  • the alternating exposure of the first beam path and the alternating exposure of the second beam path in step b) occurs such that laser radiation impinges on a mirror segment of the polygon scanner device via the first beam path, and simultaneously, laser radiation impinges on a mirror segment of the polygon scanner device via the second beam path adjacent to the mirror segment exposed to the laser radiation of the first beam path.
  • a scanning area of the laser radiation of the first beam path can be arranged on the workpiece next to a scanning area of the laser radiation of the second beam path.
  • the alternating exposure of the first beam path and the alternating exposure of the second beam path in step b) occurs such that laser radiation via the first beam path strikes a mirror segment of the polygon scanner device, and laser radiation via the second beam path simultaneously strikes the mirror segment of the polygon scanner device exposed to the laser radiation from the first beam path.
  • a scanning area of the laser radiation of the first beam path on the workpiece can at least partially spatially overlap with a scanning area of the laser radiation of the second beam path on the workpiece.
  • the alternating application of the first beam path and the alternating application of the second beam path in step b) can be carried out in such a way that laser radiation alternately strikes adjacent mirror segments via both beam paths simultaneously and laser radiation strikes the same mirror segment via both beam paths simultaneously.
  • the laser radiation of the first beam path and/or the laser radiation of the second beam path strikes the mirror segments at an angle orthogonal to the axis of rotation.
  • Polygon scanner device and the second beam path directed to the Polygon scanner device directed beam path in a plane perpendicular to the rotation axis with respect to the amount of a difference with an amount in a range from 0° to 3607n, preferably from 0° to 3607(3*n) or from 0° to 2*3607(3*n), where n is a number of mirror segments.
  • the first beam path and the second beam path have an angle between them with an amount in a range from 0° to 3607n, preferably from 0° to 3607(3*n) or from 0° to 2*3607(3*n), where n is a number of mirror segments.
  • the first beam path has an angle between itself and a plane perpendicular to the axis of rotation, with an amount in a range from 0° to 30°, preferably from 3° to 10°.
  • the second beam path has an angle between itself and a plane perpendicular to the axis of rotation, with an amount in a range from 0° to 30°, preferably from 3° to 10°.
  • the angle between the first beam path and the plane perpendicular to the axis of rotation and the angle between the second beam path and the plane perpendicular to the axis of rotation can be the same or different from one another.
  • an extension of the first beam path which extends from the laser beam source for generating the laser radiation to the polygon scanner device, in the propagation direction of the laser radiation
  • an extension of the second beam path which extends from the laser beam source for generating the laser radiation to the polygon scanner device, in the propagation direction of the laser radiation
  • the alternating exposure in step b) is carried out in such a way that no laser radiation impinges on a transition between two adjacent mirror segments of the polygon scanner device. This prevents the transition between two adjacent mirror segments from being illuminated with laser radiation, thus preventing uncontrolled reflection of laser radiation.
  • the method comprises the step before step b): d) determining a rotational position of the mirror segments. The alternating application of radiation to the first beam path and the alternating application of radiation to the second beam path in step b) takes place as a function of the determined rotational position of the mirror segments and, in particular, taking into account the transitions between adjacent mirror segments.
  • Determining the rotational position of the mirror segments can comprise a pre-calculation of the rotational position.
  • the determined rotational position of the mirror segments can be a rotational position which the mirror segments have at the time the laser radiation strikes the mirror segments.
  • step b) comprises alternately applying laser radiation to a third beam path, which is different from the first beam path and the second beam path, such that laser radiation via the third beam path and laser radiation via the first or second beam path impinge on the polygon scanner device simultaneously.
  • step c) comprises deflecting the laser radiation of the third beam path by reflecting the laser radiation of the third beam path using the mirror segments of the polygon scanner device.
  • step b) comprises an alternating application of more than two beam paths.
  • the alternating loading in step b) takes place several times in a scanning period.
  • the alternating application in step b) is carried out such that a scanning area is less than 80%, preferably 50%, of a maximum scanning area limited by the plurality of mirror segments and/or the beam conditioning device. If the power provided by the beam source can be used over time, more than 80% can be achieved.
  • the alternating application in step b) is carried out by distributing the laser radiation between the first beam path and the second beam path by means of coherent coupling.
  • the alternating application in step b) can be carried out by distributing the laser radiation between the first beam path and the second beam path using a beam source for generating the laser radiation by means of coherent coupling.
  • the laser radiation of the first beam path impinges on the polygon scanner device at a first angle of incidence
  • the laser radiation of the second beam path (30) impinges on the polygon scanner device at a second angle of incidence.
  • the method comprises the step: f) changing the first angle of incidence and/or the second angle of incidence by changing the first beam path and/or the second beam path. Step f) and step b) can be performed simultaneously or sequentially.
  • the change in step f) is carried out based on a measurement of a distance between the laser radiation of the first beam path and the laser radiation of the second beam path on a workpiece.
  • a combined effect is achieved by applying power to two beam paths on the workpiece in close succession, in that the effect occurs over a period of time that exceeds the period when only one beam path is applied by at least a factor of two.
  • a laser processing device comprises a polygon scanner device having a plurality of mirror segments arranged side by side.
  • the laser processing device is designed to carry out a method described above.
  • a laser application device has a rotating multi-segment mirror and several different feed beam paths directed onto the multi-segment mirror. Reflection from the rotating mirror segments results in deflection beam paths.
  • the device enables laser power to be supplied to an application area simultaneously from several deflection beam paths via a beam conditioning device. By alternating modulation of the power application to individual feed beam paths, a spatially controlled Power application within the application range is permitted. Alternating modulation supports both simultaneous and alternating power application to different beam paths.
  • the method according to the invention and/or the laser processing device according to the invention can have at least one of the following aspects:
  • Two input beam paths can be selected such that, when projected onto a plane perpendicular to the axis of rotation, they have an angular offset from the input-side center axis in opposite directions, wherein the amount of the angular offset lies in the range between 0° and 3607n, preferably between 3607(3*n) and 2*3607(3*n), where n is the number of mirror segments in the circumferential direction.
  • This opposite angular alignment allows for greater flexibility in the design of the scan fields in terms of position and overlap. With a small angular offset, closely spaced output beams with a combined effect can be enabled.
  • an increased exposure time even at high scanning speeds and/or greater precision can be achieved if the alignment of the workpiece to the output beams increases over time.
  • the two output beams can be used consecutively, each with 50% of a scan period of the single beam, in completely overlapping scan fields.
  • the angular offset of two input beam paths in the projection plane perpendicular to the rotation axis in opposite directions can have a deviation of less than 20%, preferably 10%, for a similar amount. Symmetry allows for high flexibility in the use of the scan fields in terms of position and overlap.
  • Each sub-beam can be switchable at least with the line frequency.
  • the high switching frequency can enable switching between different Beams are switched.
  • the short switching time allows for high utilization.
  • Switching and/or switched and/or modulated redistribution between input beam paths using switching concepts can enable flexible control and synchronization with application requirements.
  • switching can be achieved with the rotation of the multifaceted deflection mirror, preferably based on electro-optical or acousto-optical switching elements and/or coherent beam superposition. This advantageously allows for free triggerability.
  • the multi-facet deflection mirror can be referred to as a polygon scanner device. This allows not only a single scanning period but also a complete rotation to be taken into account, for example, to compensate for deviations between the individual facets or to be used specifically. For example, errors in facet alignment can be compensated for by adjusting the angle of the input beam paths to a specific facet, especially in directions outside the plane spanned by the direction of rotation.
  • alternating power application can shift the scanning area on the workpiece, especially within limits, even at 50% and 100% utilization, depending on the timing.
  • a correspondingly high utilization can result with even lower utilization of the individual beam paths. This can be achieved particularly efficiently on small and widely shiftable scan fields.
  • Switching between input beam paths can occur multiple times within a scan period. This can, for example, allow for high utilization and efficiency in applications segmented in the scan direction.
  • the axes of the input beam paths can be actively adjustable with respect to the angle and/or position relative to the multifacet deflection mirror with respect to the components in the plane perpendicular to the rotation plane and/or also deviating components, preferably using galvanometer deflection mirrors, acousto-optical deflectors, and/or coherent beam deflection according to the phased array concept. Active adjustment can be advantageous, for example, to compensate for misalignments of individual facets.
  • Active adjustment can be advantageous to select between output beams in close succession with combined effect and/or widely spaced decoupled effect. Active adjustment can be advantageous to shift the scan areas in addition to timing. Active adjustment can be advantageous to enable an offset of individual scans from one another perpendicular to the scan direction.
  • a beam path can be aligned during operation by rotating the multifacet deflection mirror. This can be used to reposition the beam without applying power and, if necessary, optionally accelerate it further so that a suitable deflection is achieved when applied. Dynamic alignment can also occur while power is applied, in order to superimpose an additional movement on the scanning movement. For example, the scanning movement can be fully or partially compensated during application. In this case, the beam path is typically repositioned and a compensation speed is applied while power is not applied to the beam path, so that the target position is possible while compensating for the scanning speed when applied. This enables a variety of point-shaped applications with one beam path within a single scan period, such as the perforation of a layer or film.
  • Such an intermittent application within a scanning period can be carried out under pulsed or modulated operation of the beam source, but is particularly advantageous in conjunction with the sixth aspect, wherein one beam path is used alternately while the other beam path is repositioned.
  • the active adjustment can be advantageous in order to realize a superimposed movement during a scan, such as temporarily compensating for the scanning movement induced by rotation.
  • a perforation in which the beam is to be held in one position over a processing period, can otherwise be switched off. Repositioning and adjustment of the target speed can take place during the pauses. This can be particularly advantageous in conjunction with the sixth aspect, working alternately with one beam while repositioning the other beam.
  • At least three input beam paths can be provided, each with controllable power input.
  • the additional beams allow for increased flexibility, particularly in increasing the number of scanned application beams per scan period.
  • Each beam path exposed to laser radiation can be referred to as an application beam.
  • At least three input beam paths with angular components of the axes in the plane spanned perpendicular to the rotation axis relative to the input central axis can be provided in an angular range of ⁇ 2*3607(3*n).
  • the extensions of the two input beam paths with the greatest difference in the angular components, when projected onto a plane orthogonal to the rotation axis, can have an intersection point that is closer to the rotation axis than the mirror segments.
  • the angular components preferably differ by no more than 10% from the input central axis, with different signs.
  • Further input beam paths preferably have different angular components such that the angular range is divided into segments of similar angular segments and/or that further input beam paths have a difference in the plane directed out of the plane.
  • Such differences in the alignment with the plane spanned by the rotation axis enable the application of further partial beams without disadvantageously reducing the angular differences of the input beams.
  • multiple application beams can be used simultaneously in different ways. In connection with the seventh aspect, this can be particularly advantageous with reduced and thus movable scan areas of the individual application beams if they are alternately supplied with power. Alternatively or additionally, instead of a correspondingly shortened scan time per application beam, multiple output beams can also be used simultaneously over a larger scan area. This can be particularly advantageous with more than two input beam paths. For example, in the case of three beam paths at the facet transition, only one input beam path can be switched off at a time, while the other two can pass through, thus increasing the scan time per beam from 33% to 66%. The scan field can accordingly be enlarged from 33% to 66% (of the ideal scan field). This can be particularly efficient if individual lasers are not used for each input beam path, but the available total power is distributed over the individual input beam paths in a time-variable manner.
  • pulsed or modulated/modulatable laser radiation can be used in a pulse-synchronized manner such that the time window for switching between the input beam paths, predetermined by application requirements and rotation, occurs when no or only low laser power is applied.
  • the switching edges are adjusted accordingly.
  • switching is preferably synchronized with the seed frequency.
  • Many laser systems can offer a high degree of flexibility, so it may be sufficient to trigger the laser accordingly, possibly even shifting the pulses slightly, so that synchronization is derived from application requirements and rotation.
  • ultrashort-pulse lasers there may be systems with a fixed repetition frequency, so that it is advantageous to synchronize rotation, application, and laser with each other for improved application.
  • Other ultrashort pulse lasers can offer the possibility of selecting and amplifying individual pulses from the seed source using pulse pickers, so that the switching processes can be advantageously synchronized with the seed pulses to minimize jitter.
  • Supplied input beam paths can have a supporting beam shaping feature, in particular an angular spectrum, that allows an application with multi-spot profiles and/or with adapted intensity profiles, in particular with so-called flat-top profiles, to be carried out via this input beam path.
  • This can enable processing with parallel, offset scan tracks from an input beam path and/or more efficient/quality-enhanced processing through beam shaping.
  • Angular offset between input beam paths can be provided with an additional angular component to that in the plane perpendicular to the rotation axis. This can enable processing with parallel offset scan tracks from different input beam paths in one scan period.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a laser processing device with a polygon scanner device
  • Fig. 6 is a schematic representation of trajectories along which
  • Laser radiation of the laser processing device of Fig. 1 is guided by deflection by means of the polygon scanner device,
  • Fig. 10 is a schematic flow chart of a method for operating the
  • the laser beam source 12 has three optical switches (not shown in Fig. 1) with which the first beam path 28, the second beam path 30, and the third beam path 32 can be independently exposed to laser radiation 18.
  • Each optical switch can be configured as an acousto-optical modulator.
  • the beam source offers an alternative way of distributing the laser power across the three beam paths, whereby, in particular, two beam paths can be supplied with power simultaneously.
  • This distribution can be achieved, for example, using an acousto-optical deflector, a sequential arrangement of several acousto-optical modulators with the diffracted beam portion applied to the beam paths, or even via coherent coupling.
  • the laser radiation 18 strikes the polygon scanner device 14.
  • the polygon scanner device 14 has a plurality of adjacently arranged mirror segments 20.
  • the polygon scanner device 14 has eight adjacently arranged mirror segments 20.
  • a cross-section of the adjacently arranged mirror segments 20 has the shape of a regular octagon.
  • Each mirror segment 20 is designed to reflect the laser radiation 18.
  • the mirror segments 20 rotate about a rotational axis.
  • the rotation of the mirror segments 20 deflects the laser radiation by reflection depending on the rotational position of the mirror segments 20.
  • the laser radiation 18 strikes the rotating mirror segments 20 in such a way that the reflected laser radiation 18 undergoes an angular deflection.
  • the maximum angular deflection 22 is shown in Fig. 1.
  • the reflected laser radiation 18 strikes the beam conditioning device 16 in the form of an F-theta lens.
  • Fig. 1 shows an example of a telecentric arrangement of the F-theta lens 16.
  • the beam conditioning device 16 converts the angular deflection of the reflected laser radiation 18 into a translation.
  • the laser radiation 18 is guided over a workpiece 24 by the rotation of the mirror segments 20, with the laser radiation 18 striking the workpiece 24 at a constant angle of incidence. Based on the maximum angular deflection 22, a maximum width 26 of a scanning area on the workpiece 24 results.
  • the workpiece 24 can be moved in a feed direction. This allows the laser radiation 18 to be guided over a region of the workpiece 24. In other words, the laser radiation can be directed over an area that is larger than the scanning area.
  • Fig. 2 to 5 each show a schematic representation of the polygon scanner device 14 in different rotational positions.
  • Fig. 2 shows that the first beam path 28 is exposed to laser radiation 18.
  • the second beam path 30 is not exposed to laser radiation 18.
  • the third beam path 32 is exposed to laser radiation 18.
  • the first beam path 28, the second beam path 30, and the third beam path 32 each extend from the laser beam source 12 to the mirror segments 20.
  • the first beam path 28, the second beam path 30, and the third beam path 32 do not change direction while the mirror segments 20 rotate.
  • An imaginary extension of the first beam path 28, the second beam path 30, and the third beam path 32 in the propagation direction of the laser radiation 18 can intersect at an intersection point 34.
  • a distance 36 between the rotation axis 38 and the intersection point 34 is smaller than distances 40 between the rotation axis 38 and the mirror segments 20.
  • a point of incidence 42 of the laser radiation 18 of the first beam path 28 on the mirror segments 20 and a point of incidence 44 of the laser radiation 18 of the third beam path 32 on the mirror segments 20 differ from one another.
  • the laser radiation 18 of the first beam path 28 and the laser radiation 18 of the third beam path 32 impinge on the polygon scanner device 14 with a spatial offset.
  • the laser radiation 18 of the first beam path 28 strikes a mirror segment 20 and at the same time laser radiation 18 of the third beam path 32 strikes a mirror segment 20 adjacent to the mirror segment 20 exposed to the laser radiation 18 of the first beam path 28.
  • the second beam path 30 is not exposed to laser radiation 18. This prevents a transition 46 from occurring between the two adjacent mirror segments 20 exposed to laser radiation 18 of the first beam path 28 and laser radiation 18 of the third beam path 32.
  • Fig. 3 shows a further rotational position of the polygon scanner device 14.
  • Fig. 3 shows that the first beam path 28 is exposed to laser radiation 18.
  • the second beam path 30 is exposed to laser radiation 18.
  • the third beam path 32 is no longer exposed to laser radiation 18. This prevents laser radiation 18 of the third beam path 32 from striking a transition 46 between two mirror segments 20 during further rotation.
  • the laser radiation 18 of the first beam path 28 strikes a mirror segment 20 and at the same time laser radiation 18 of the second beam path 30 strikes the same mirror segment 20.
  • Fig. 4 shows a further rotational position of the polygon scanner device 14.
  • Fig. 4 shows that in this rotational position, the application of laser power 18 ends at beam path 28. This prevents laser radiation 18 of the first beam path 28 from impinging on a transition 46 between two mirror segments 20.
  • the third beam path 32 is again applied with power 18, and beam path 30 continues to be applied with power 18.
  • the laser radiation 18 of the second beam path 30 strikes a mirror segment 20 and at the same time laser radiation 18 of the third beam path 32 strikes the same mirror segment 20.
  • Fig. 5 shows a further rotational position of the polygon scanner device 14. Fig. 5 shows that the first beam path 28 is exposed to laser radiation 18. For the second beam path 30, the exposure to laser power 18 ends. The third beam path 32 is exposed to laser radiation 18. This prevents laser radiation 18 of the second beam path 30 from impinging on a transition 46 between two mirror segments 20.
  • the laser radiation 18 of the first beam path 28 strikes a mirror segment 20 and at the same time laser radiation 18 of the third beam path 32 strikes a mirror segment 20 adjacent to the mirror segment 20 exposed to the laser radiation 18 of the first beam path 28.
  • the sequence shown in Figs. 2 to 5 is repeated. This results in the first beam path 28, the second beam path 30, and the third beam path 32 being alternately exposed to laser radiation 18 while the mirror segments 20 rotate, so that laser radiation 18 via the first beam path 28 and laser radiation 18 via the second beam path 30; or laser radiation 18 via the second beam path 30 and laser radiation 18 via the third beam path 32; or laser radiation via the first beam path 28 and laser radiation via the third beam path 32 impinge on the polygon scanner device 14 simultaneously.
  • laser radiation 18 strikes the polygon scanner device 14 without interruption.
  • no laser radiation strikes the polygon scanner device 14 at any time.
  • the points of incidence of the laser radiation 18 of the first beam path 28, the second beam path 30 and the third beam path 32 on the polygon scanner device 14 differ from one another.
  • Fig. 2 to 5 show that when laser radiation 18 strikes a mirror segment 20, the laser radiation 18 is deflected by reflection of the laser radiation 18 at the mirror segment 20 depending on the rotational position of the polygon scanner device 14.
  • the laser processing device 10 has a sensor 48 for detecting the rotational position of the mirror segments 20.
  • the sensor 48 is connected to the laser beam source 12 for signal transmission.
  • the laser beam source 12 applies laser radiation 18 to the beam paths 28, 30, 32 depending on the rotational position detected by the sensor 48. In the illustrated initial example, this is done by controlling the optical switches, resulting in the sequence shown in Fig. 2 to Fig. 5 during the rotation of the mirror segments 20.
  • Fig. 6 shows the workpiece 24 being processed with the laser processing device 10 using the laser radiation 18.
  • the workpiece 24 is moved in the feed direction 52 during processing with the laser processing device 10.
  • the polygon scanner device 14 can be designed in such a way, for example by a suitable selection of the number of mirror segments, that an ideal scanning area 54 results on the workpiece 24. Taking into account that the transitions between two adjacent mirror segments 20 are not exposed to laser radiation 18, a maximum scanning area 56 results on the workpiece 24. In the illustrated embodiment in Fig. 6, the maximum scanning area 56 is not utilized.
  • the laser radiation 18 of the beam paths 28, 30, 32 impinges on the player segments 20 in such a way that a scanning area 58 results within the maximum scanning area 56.
  • the scanning area 58 can be shifted within the maximum scanning area 56 by changing the alternating exposure of the beam paths 28, 30, 32. In other words, the difference between the maximum scanning range 56 and the scanning range 58 allows the scanning range 58 to be moved within the maximum scanning range 56.
  • the rotating mirror segments 20 guide the laser radiation 18 across the workpiece 24 within the scanning area 58.
  • the first beam path 28 is exposed to laser radiation 18 at an impact point 60 on the workpiece 24.
  • the laser radiation 18 of the second beam path 30 strikes the workpiece 24 at an impact point 62.
  • the third beam path 32 is exposed to laser power 18 and ends at an impact point 64 on the workpiece. Due to the rotation of the mirror segments 20, the impact points 60, 62, 64 are guided in the scanning direction 66 across the workpiece 24 along trajectories a, b, c. At the time shown in Fig. 6, the system switches from trajectory c to trajectory b, while the power application continues on trajectory a.
  • Fig. 7a) to 7c) each show a graph of amplitudes over a rotation angle of the polygon scanner device 14 for the trajectories a, b, c of Fig. 6.
  • Fig. 7a) shows a temporal development of the exposure of the first beam path 28 with the laser radiation 18 over the rotation angle of the polygon scanner device 14.
  • Fig. 7b) shows a temporal development of the exposure of the second beam path 30 with the laser radiation 18 over the rotation angle of the polygon scanner device 14.
  • Fig. 7c) shows a temporal development of the exposure of the third beam path 32 with the laser radiation 18 over the rotation angle of the polygon scanner device 14.
  • Fig. 7d) shows a temporal development of the total laser radiation 18 that strikes the workpiece 24 and/or the polygon scanner device 14 over the rotation angle the polygon scanner device 14.
  • Fig. 7a) to 7c) show that the beam paths 28, 30, 32 are alternately exposed to laser radiation 18, whereby, regardless of the rotational position of the mirror segments 20, laser radiation 18 from at least two beam paths strikes the polygon scanner device 14 simultaneously.
  • Fig. 8 and 9a) to 9e) show a further embodiment for the application of beam paths corresponding to Fig. 6 and 7a) to d), wherein the same reference numerals are used for identical and functionally equivalent elements and in this respect reference can be made to the above explanations regarding Fig. 1 to 7d), so that essentially only the existing differences are discussed.
  • Fig. 8 shows that laser radiation 18 is guided along four trajectories a, b, c, d over the workpiece 24.
  • four beam paths are alternately applied for the purpose of guiding the laser radiation 18 along the trajectories a, b, c, d.
  • Each trajectory a, b, c, d has a plurality of interruptions 61.
  • the interruptions 61 are formed by exposing the beam paths to pulsed laser radiation 18.
  • the formation of the interruptions 61 depends on a pulse duration and a pulse repetition frequency of the pulsed laser radiation 18.
  • the Interruption or pulsing or modulation of the laser radiation 18 of the individual beam paths by switching the laser power 18 between the beam paths.
  • the length of the interruptions and the trajectory during the power application on the workpiece can also be advantageously influenced by a scanning movement superimposed on the movement caused by the rotation of the polygon scanner device.
  • the maximum scanning area 56 is utilized.
  • the scanning area 58 and the maximum scanning area 56 are of equal size.
  • Fig. 9a) to d) each show a graph for an amplitude of the laser radiation 18 of one of the four beam paths versus a rotation angle of the polygon scanner device 14 for the purpose of guiding the laser radiation 18 along the trajectories of Fig. 8.
  • the individual pulses 63 of the pulsed laser radiation 18 can be seen in Fig. 9a) to d).
  • the application occurs with a temporal phase shift 65 between the pulses 63 of one beam path and the pulses 63 of a beam path following the beam path.
  • Fig. 9e) shows a temporal development of the entire laser radiation 18 impinging on the workpiece 24 and/or the polygon scanner device 14 versus the rotation angle of the polygon scanner device 14.
  • Fig. 10 shows an exemplary sequence of a method for operating the polygon scanner device 14.
  • the method comprises the steps: a) rotating the mirror segments 20 of the polygon scanner device 14 about the rotation axis 38; e) generating the laser radiation 18 by means of the laser beam source 12; d) detecting the rotational position of the mirror segments 20; b) alternately applying laser radiation 18 to the first beam path 28 and alternately applying laser radiation 18 to the second beam path 30, which is different from the first beam path 28, while the mirror segments 20 rotate, so that laser radiation 18 of the first beam path 28 and laser radiation 18 of the second beam path 30 impinge on the polygon scanner device 14 simultaneously, wherein the alternating application of the first beam path 28 and the alternating application of the second beam path 30 in step b) take place depending on the detected rotational position of the mirror segments 20; and c) deflecting the laser radiation 18 of the first beam path 28 by reflecting the laser radiation 18 of the first beam path 28 by means of the
  • Mirror segments 20 of the polygon scanner device 14 and deflecting the laser radiation 18 of the second beam path 28 by reflecting the laser radiation 18 of the second beam path 30 by means of the mirror segments 20 of the polygon scanner device 14.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Polygonscanner-Einrichtung (14), wobei die Polygonscanner- Einrichtung (14) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten (20) aufweist.

Description

Titel: Verfahren zum Betreiben einer Polygonscanner-Einrichtung,
Laserbearbeitungsvorrichtung und Laseranwendungs-Vorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Polygonscanner-Einrichtung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung und eine Laseranwendungs-Vorrichtung.
Häufig werden für das Bearbeiten von Werkstücken Laserbearbeitungsvorrichtungen eingesetzt, welche die Werkstücke mittels Laserstrahlung bearbeiten. Für das Ablenken der Laserstrahlung, beispielsweise für das Führen der Laserstrahlung über das Werkstück, verfügen die Laserbearbeitungsvorrichtungen typischerweise über eine Polygonscanner- Einrichtung.
Der Erfindung liegt als Aufgabe die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Polygonscanner-Einrichtung zugrunde, das insbesondere eine hohe Auslastung der Polygonscanner-Einrichtung ermöglicht. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Laseranwendungs- Vorrichtung bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und einer eine Laseranwendungs-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte Weiterbildungen und/oder Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Betreiben einer Polygonscanner-Einrichtung geeignet. Die Polygonscanner-Einrichtung weist eine Mehrzahl, insbesondere 4, 6, 8 oder 10, von nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten auf. Das Verfahren weist die Schritte auf: a) Rotieren der Spiegelsegmente der Polygonscanner-Einrichtung um eine Drehachse; b) alternierendes Beaufschlagen eines ersten Strahlwegs mit Laserstrahlung und alternierendes Beaufschlagen eines von dem ersten Strahlweg unterschiedlichen zweiten Strahlwegs mit Laserstrahlung während die Spiegelsegmente rotieren, so dass Laserstrahlung über den ersten Strahlweg und Laserstrahlung über den zweiten Strahlweg gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung trifft; und c) Ablenken der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs durch Reflektieren der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs mittels den Spiegelsegmenten der Polygonscanner-Einrichtung, und Ablenken der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs durch Reflektieren der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs mittels den Spiegelsegmenten der Polygonscanner-Einrichtung.
Vorteilhafterweise kann durch das gleichzeitige Auftreffen der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs erreicht werden, dass die Polygonscanner-Einrichtung eine besonders hohe Auslastung aufweist. Dadurch kann ein Werkstück gleichzeitig mit Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und mit Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs bearbeitet werden, wodurch eine Bearbeitungszeit des Werkstücks reduziert wird.
Die Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und/oder die Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs können dazu geeignet sein, ein Werkstück zu bearbeiten und/oder zu vermessen.
Die Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und/oder die Laserstrahlung des zweiten
Strahlwegs können gepulste oder modulierte Laserstrahlung sein. Wenn die Polygonscanner-Einrichtung acht nebeneinander angeordnete Spiegelsegmente aufweist, kann ein Querschnitt senkrecht zur Drehachse der nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten die Form eines regelmäßigen Achtecks aufweisen.
Jedes Spiegelsegment kann dazu ausgebildet sein, die Laserstrahlung zu reflektieren. Alle Spiegelsegmente können gleich ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die Spiegelsegmente können baugleich sein.
Ein Auftreffpunkt der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs auf die Polygonscanner- Einrichtung und ein Auftreffpunkt der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs auf die Polygonscanner-Einrichtung können sich voneinander unterscheiden. Die Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und die Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs können mit einem räumlichen Versatz auf die Polygonscanner-Einrichtung auftreffen.
Der erste Strahlweg und der zweite Strahlweg können sich jeweils von einer Laserstrahlquelle für das Erzeugen der Laserstrahlung bis zu der Polygonscanner- Einrichtung erstrecken. Jeder Strahlweg kann auch als Eingangsstrahlweg bezeichnet werden. Das Verfahren kann den Schritt aufweisen: e) Erzeugen der Laserstrahlung mittels der Laserstrahlquelle. Die Laserstrahlquelle kann eine Anzahl von Resonatoren und/oder Verstärkerketten für das Erzeugen der Laserstrahlung aufweisen, wobei jeder Resonator oder Verstärkerkette einem Strahlweg zugeordnet ist. Dadurch kann die Laserstrahlquelle jeden Strahlweg unabhängig von den übrigen Strahlwegen mit Laserstrahlung beaufschlagen.
Durch das Beaufschlagen des ersten Strahlwegs mit Laserstrahlung kann die Laserstrahlung sich entlang des ersten Strahlwegs ausbreiten. Durch das Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs mit Laserstrahlung kann die Laserstrahlung sich entlang des zweiten Strahlwegs ausbreiten.
Das Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und/oder das Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs mit Laserstrahlung im Schritt b) kann mittels eines elektrooptischen Schaltelement, eines akustooptischen Schaltelement und/oder kohärenter Strahlüberlagerung erfolgen. Aus einer Umdrehungszahl Rf und einer Anzahl der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Spiegelsegmente n kann eine Zeilenfrequenz Zf=RF*n bzw. eine Scanperiode T=1/Zf resultieren. Die Zeilenfrequenz kann als Scanfrequenz bezeichnet werden. Das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs mit Laserstrahlung und/oder das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs mit Laserstrahlung kann jeweils mit der Scanfrequenz erfolgen. Es kann eine Beaufschlagungsfrequenz proportional zur Anzahl der bereitgestellten Strahlwege resultieren.
Das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und des zweiten Strahlwegs mit Laserstrahlung im Schritt b) kann derart erfolgen, dass Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs für einen Zeitraum gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung auftrifft. Zeitlich vor oder nach dem Zeitraum kann entweder Laserstrahlung des ersten Strahlwegs oder Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs auf die Polygonscanner-Einrichtung auftreffen.
Während dem Ausführen des Schritts b) kann ohne Unterbrechung Laserstrahlung auf die Polygonscanner-Einrichtung auftreffen. Mit anderen Worten, das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und des zweiten Strahlwegs mit Laserstrahlung im Schritt b) kann derart erfolgen, dass zu keinem Zeitraum keine Laserstrahlung auf die Polygonscanner-Einrichtung auftrifft. Mit anderen Worten, Laserstrahlung kann ununterbrochen auf die Polygonscanner-Einrichtung auftreffen und zur Anwendung bereitgestellt werden.
Ein Auftreffpunkt der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs auf ein zu bearbeitendes Werkstück und ein Auftreffpunkt der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs auf das Werkstück können sich voneinander unterscheiden. Die Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und die Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs können mit einem räumlichen Versatz auf das Werkstück auftreffen.
Für den Fall, dass die Strahlwege mit gepulster oder modulierter Laserstrahlung beaufschlagt werden, kann für die Beurteilung, ob die Laserstrahlung der Strahlwege gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung trifft, die einzelnen Pulse der gepulsten Laserstrahlung unberücksichtigt bleiben. Insbesondere können die einzelnen Pulse der gepulsten Laserstrahlung eine Einhüllende der Pulse definieren. Die Einhüllende kann die Pulse einhüllen. Die Beurteilung, ob die Laserstrahlung der Strahlwege im Falle von gepulster Laserstrahlung gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung trifft, kann anhand der Einhüllenden erfolgen. Anders formuliert, ob die Laserstrahlung der Strahlwege im Falle von gepulster Laserstrahlung gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung trifft, kann anstelle der Betrachtung von einzelnen Pulsen anhand einer Betrachtung der Einhüllenden erfolgen. Gleichzeitigkeit kann in diesem Sinne auch dann vorliegen, wenn innerhalb einer Scanperiode mehrfach zwischen verschiedenen Strahlwegen gewechselt wird, so dass sich überlappende Einhüllende ergeben, die Modulation jedoch derart erfolgt, dass die Strahlwege zeitversetzt beaufschlagt werden.
Der Schritt c) und der Schritt a) können zeitgleich ausgeführt werden.
Die Bezeichnungen von einzelnen Schritten, wie beispielsweise a), b) und c), können lediglich zur Unterscheidung der einzelnen Schritte voneinander dienen. Die Bezeichnungen der einzelnen Schritte können weder zur Interpretation einer Reihenfolge noch zur Festlegung einer Reihenfolge herangezogen werden. Die Bezeichnungen der Schritte können darauf abzielen, das Verfahren übersichtlich darzustellen, ohne dabei eine chronologische Abfolge oder Hierarchie zwischen den Schritten festzulegen. Die Bezeichnungen der Schritte können lediglich als Hilfsmittel zur besseren Verständlichkeit und Nachvollziehbarkeit der einzelnen Schritte dienen.
Die Polygonscanner-Einrichtung kann als Doppel-Polygonscanner ausgebildet sein. Der Doppel-Polygonscanner kann eine Mehrzahl, insbesondere 4, 6, 8 oder 10, von weiteren nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten aufweisen, wobei die weiteren Spiegelsegmente derart angeordnet sind, dass Laserstrahlung von den Spiegel Segmenten auf die weiteren Spiegelsegmente gelenkt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann sein, dass durch das Verfahren eine hochdynamisch scannende Strahlbewegung mit hoher Auslastung bei großer Flexibilität in der Wahl der Anwendungszonen innerhalb einer adressierbaren Scanlänge ermöglicht wird. Die große Flexibilität kann sich auf die Länge einer Anwendungszone, die Lage einer Anwendungszone und/oder die Aufteilung in Anwendungssegmente, die ohne Umbauten oder nennenswerte Einbußen in der Auslastung erzielbar sind, beziehen. Die hohe Auslastung kann eine gesteigerte Verfügbarkeit von zur Anwendung einsetzbarer Ausgangsstrahlen und/oder des oder der von mindestens einer Laserquelle bereitgestellten Laserausgangsstrahlen ermöglichen. In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs im Schritt b) derart, dass Laserstrahlung über den ersten Strahlweg auf ein Spiegelsegment der Polygonscanner-Einrichtung trifft und gleichzeitig Laserstrahlung über den zweiten Strahlweg auf ein dem mit der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs beaufschlagten Spiegelsegment benachbartes Spiegelsegment der Polygonscanner-Einrichtung trifft. Vorteilhafterweise kann dadurch ein größerer Scanbereich auf einem zu bearbeitenden Werkstück erzielt werden. Beispielsweise kann ein Scanbereich der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs auf dem Werkstück neben einem Scanbereich der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs auf dem Werkstück angeordnet sein.
In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs im Schritt b) derart, dass Laserstrahlung über den ersten Strahlweg auf ein Spiegelsegment der Polygonscanner-Einrichtung trifft und Laserstrahlung über den zweiten Strahlweg gleichzeitig auf das mit der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs beaufschlagten Spiegelsegment der Polygonscanner-Einrichtung trifft. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Bearbeitungszeit eines Werkstücks reduziert werden. Ein Scanbereich der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs auf dem Werkstück kann sich mit einem Scanbereich der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs auf dem Werkstück zumindest teilweise räumlich überlappen.
Zur Erzielung einer hohen Auslastung kann das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs im Schritt b) derart erfolgen, dass abwechselnd Laserstrahlung über beide Strahlwege gleichzeitig auf benachbarte Spiegelsegmente trifft und Laserstrahlung über beide Strahlwege gleichzeitig auf dasselbe Spiegelsegment trifft.
In einer Weiterbildung des Verfahrens trifft die Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und/oder die Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs mit einem zu der Drehachse orthogonalen Winkel auf die Spiegelsegmente.
In einer Weiterbildung des Verfahrens weisen die Winkelkomponenten des ersten auf die
Polygonscanner-Einrichtung gerichteten Strahlwegs und des zweiten auf die Polygonscanner-Einrichtung gerichteten Strahlwegs in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse bzgl. des Betrages eine Differenz mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 3607n, bevorzugt von 0° bis 3607(3*n) oder von 0° bis 2*3607(3*n), auf, wobei n eine Anzahl der Spiegelsegmente ist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens weisen der erste Strahlweg und der zweite Strahlweg zwischen sich einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 3607n, bevorzugt von 0° bis 3607(3*n) oder von 0° bis 2*3607(3*n), auf, wobei n eine Anzahl der Spiegelsegmente ist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens weist der erste Strahlweg zwischen sich und einer zu der Drehachse senkrechten Ebene einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 30°, bevorzugt von 3° bis 10° auf. Zusätzlich oder alternativ weist der zweite Strahlweg zwischen sich und einer zu der Drehachse senkrechten Ebene einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 30°, bevorzugt von 3° bis 10° auf. Der Winkel zwischen dem ersten Strahlweg und der zu der Drehachse senkrechten Ebene und der Winkel zwischen dem zweiten Strahlweg und der zu der Drehachse senkrechten Ebene können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens bilden eine in Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung gedachte Verlängerung des ersten Strahlwegs, der sich von der Laserstrahlquelle für das Erzeugen der Laserstrahlung bis zu der Polygonscanner- Einrichtung erstreckt, und eine in Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung gedachte Verlängerung des zweiten Strahlwegs, der sich von der Laserstrahlquelle für das Erzeugen der Laserstrahlung bis zu der Polygonscanner-Einrichtung erstreckt, bei Projektion auf eine zur Rotationsachse orthogonalen Ebene in einen Schnittpunkt. Ein Abstand zwischen der Drehachse und dem Schnittpunkt ist kleiner als Abstände zwischen der Drehachse und den Spiegelsegmenten.
In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) derart, dass keine Laserstrahlung auf einen Übergang zwischen zwei benachbarten Spiegelsegmenten der Polygonscanner-Einrichtung trifft. Dadurch kann vermieden werden, dass der Übergang zwischen zwei benachbarter Spiegelsegmenten mit Laserstrahlung beleuchtet wird, wodurch ein unkontrolliertes Reflektieren von Laserstrahlung vermieden werden kann. In einer Weiterbildung des Verfahrens weist das Verfahren vor dem Schritt b) den Schritt auf: d) Ermitteln einer Drehstellung der Spiegelsegmente. Das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs im Schritt b) erfolgt in Abhängigkeit von der ermittelten Drehstellung der Spiegelsegmente und, insbesondere unter Berücksichtigung der Übergänge zwischen benachbarten Spiegelsegmenten. Vorteilhafterweise kann dadurch besonders einfach ein Beleuchten der Übergänge zwischen benachbarten Spiegelsegmenten mit Laserstrahlung vermieden und/oder ein Schalten bei vorgegebener Auslenkung erzielt werden. Das Ermitteln der Drehstellung der Spiegelsegmente kann eine Vorausberechnung der Drehstellung umfassen. Die ermittelten Drehstellung der Spiegelsegmente kann eine Drehstellung sein, welche die Spiegelsegmente zum Zeitpunkt des Auftreffens der Laserstrahlung auf die Spiegelsegmente aufweist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst der Schritt b) ein alternierendes Beaufschlagen eines von dem ersten Strahlweg und dem zweiten Strahlweg unterschiedlichen dritten Strahlwegs mit Laserstrahlung, so dass Laserstrahlung über den dritten Strahlweg und Laserstrahlung über den ersten oder zweiten Strahlweg gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung trifft. Der Schritt c) umfasst ein Ablenken der Laserstrahlung des dritten Strahlwegs durch Reflektieren der Laserstrahlung des dritten Strahlwegs mittels den Spiegelsegmenten der Polygonscanner-Einrichtung. Die zuvor beschriebenen Merkmale zu dem ersten Strahlweg und/oder zu dem zweiten Strahlweg können entsprechend für den dritten Strahlweg gelten.
In einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst der Schritt b) ein alternierendes Beaufschlagen von mehr als zwei Strahlwege.
In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) mehrfach in einer Scanperiode.
In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) derart, dass ein Scanbereich weniger als 80%, bevorzugt 50%, eines durch die Mehrzahl von Spiegelsegmenten und/oder der Strahlaufbereitung-Einrichtung begrenzten maximalen Scanbereichs beträgt. Bei zeitlicher Nutzbarkeit der durch die Strahlquelle bereitgestellten Leistung kann mehr als 80% erzielbar sein. In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) durch ein Verteilen der Laserstrahlung auf den ersten Strahlweg und den zweiten Strahlweg mittels kohärente Kopplung. Das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) kann durch ein Verteilen der Laserstrahlung auf den ersten Strahlweg und den zweiten Strahlweg mittels einer Strahlquelle für das Erzeugen der Laserstrahlung durch kohärente Kopplung erfolgen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens trifft die Laserstrahlung des ersten Strahlwegs unter einen ersten Einfallswinkel und die Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs (30) unter einen zweiten Einfallswinkel auf die Polygonscanner-Einrichtung. Das Verfahren weist den Schritt auf: f) Verändern des ersten Einfallswinkels und/oder des zweiten Einfallswinkels durch Verändern des ersten Strahlwegs und/oder des zweiten Strahlwegs. Der Schritt f) und der Schritt b) können zeitgleich oder nacheinander ausgeführt werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Verändern im Schritt f) basierend auf einer Messung eines Abstandes zwischen der Laserstrahlung des ersten Strahlwegs und der Laserstrahlung des zweiten Strahlwegs auf einem Werkstück.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird durch Leistungsbeaufschlagung von zwei Strahlwegen am Werkstück eine kombinierte Wirkung durch dichtes Aufeinanderfolgen erzielt, indem eine Einwirkung über einen Zeitraum erfolgt, der den Zeitraum bei Beaufschlagung nur eines Strahlweges mindestens um einen Faktor zwei überschreitet.
Eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung weist eine Polygonscanner- Einrichtung auf, die eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten aufweist. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, ein zuvor beschriebenes Verfahren auszuführen.
Eine erfindungsgemäße Laseranwendungs-Vorrichtung hat einen rotierenden Multisegmentspiegel und mehrere unterschiedliche auf den Multisegmentspiegel gerichtete Zuführ-Strahlwege. Mittels Reflexion an den rotierenden Spiegelsegmenten resultieren Auslenk-Strahlwege. Die Vorrichtung ermöglicht einem Anwendungsbereich über eine Strahlaufbereitungs-Einrichtung gleichzeitig aus mehreren Auslenk-Strahlwegen Laserleistung zuzuführen. Durch eine alternierende Modulation der Leistungsbeaufschlagung einzelner Zuführ-Strahlwege ist eine räumlich kontrollierte Leistungsbeaufschlagung im Anwendungsbereich erlaubt. Die alternierende Modulation unterstützt sowohl eine gleichzeitige als auch eine abwechselnde Leistungsbeaufschlagung verschiedener Strahlwege.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung zumindest einen der folgenden Aspekte aufweisen:
Erster Aspekt: Zwei Eingangsstrahlwege können so gewählt werden, dass diese in der Projektion auf eine Ebene senkrecht zu der Drehachse einen Winkelversatz zur eingangsseitigen Mittenachse in entgegengesetzte Richtung aufweisen, wobei der Betrag des Winkelversatzes im Bereich zwischen 0° und 3607n liegt, bevorzugt zwischen 3607(3*n) und 2*3607(3*n), wobei n die Anzahl der Spiegelsegmente in Umfangsrichtung ist. Durch diese entgegengesetzte Winkelausrichtung kann eine größere Flexibilität bei der Gestaltung der Scanfelder in Lage und Überlapp erreicht werden. Bei einem kleinen Winkelversatz können dicht aufeinanderfolgende, gering beabstandete Ausgangsstrahlen mit kombinierter Wirkung ermöglicht werden, insbesondere kann eine gesteigerte Einwirkzeit auch bei hoher Scangeschwindigkeit und/oder eine höhere Präzision erreicht werden, falls die Ausrichtung Werkstück zu Ausgangsstrahlen über die Zeit Toleranzen sich erhöht. Bei einem Winkelversatz von 3607(2*n) können die beiden Ausgangsstrahlen mit je 50% einer Scanperiode des Einzelstrahls in vollständig überlappend genutzten Scanfeldern aufeinanderfolgend genutzt werden.
Zweiter Aspekt: Der Winkelversatz von zwei Eingangsstrahlwegen in der Projektionsebene senkrecht zur Rotationsachse in entgegengesetzter Richtung kann bei einem ähnlichen Betrag eine Abweichung von weniger als 20%, bevorzugt 10%, aufweisen. Durch Symmetrie kann eine hohe Flexibilität in der Nutzung der Scanfelder in Lage und Überlapp erreicht werden.
Dritter Aspekt: Das Schalten zwischen Eingangsstrahlwegen kann mit einer erzielbaren Beaufschlagungsfrequenz von mindestens der doppelten Zeilenfrequenz Zf = n*Rf und einer Schaltzeit von max. 10% der Scanperiode T = 1 / Zf, für Zeilenfrequenzen > 10kHz, insbesondere > 50kHz erfolgen, wobei Rf die Umdrehungszahl ist. Jeder Teilstrahl kann mindestens mit der Zeilenfrequenz schaltbar sein. Die hohe Schaltfrequenz kann ermöglichen, dass mindestens innerhalb einer Scanperiode zwischen unterschiedliche Strahlen geschaltet wird. Durch die kurze Schaltzeit kann eine hohe Auslastung erzielt werden.
Vierter Aspekt: Das Umschalten und/oder die geschaltete und/oder modulierte Umverteilung zwischen Eingangsstrahlwegen mit Schaltkonzepten kann eine flexible Ansteuerung und eine Synchronisation mit den Anwendungserfordernissen ermöglicht. Insbesondere kann das Schalten mit der Rotation des Multifacetten-Umlenkspiegels, bevorzugt basierend auf elektrooptischen, oder akustooptischen Schaltelementen und/oder kohärenter Strahlüberlagerung erfolgen. Vorteilhafterweise kann dadurch eine freie Triggerbarkeit erreicht werden.
Fünfter Aspekt: Wenn mehr als zwei Strahlwege mit Laserstrahlung alternierend beaufschlagt werden, kann ein Umschaltvorgang zwischen zwei Strahlwege synchronisiert zur Drehstellung des Multifacetten-Umlenkspiegels durch Verarbeiten eines Echtzeit- Encodersignals der Polygonposition und unter Berücksichtigung aller Übergänge zwischen in Rotationsrichtung benachbarten Spiegelflächen erfolgen. Der Multifacetten-Umlenkspiegel kann als Polygon-Scanner-Einrichtung bezeichnet werden. Dadurch kann nicht nur eine einzelne Scanperiode sondern auch eine komplette Umdrehung berücksichtigt werden, um beispielsweise Abweichungen zwischen den einzelnen Facetten zu kompensieren oder auch gezielt nutzen zu können. Beispielsweise können Fehler in der Facettenausrichtung durch einen facettenspezifisch angepassten Winkel der Eingangsstrahlwege, insbesondere auch in Richtung außerhalb der durch die Rotationsrichtung aufgespannten Ebene, kompensiert werden. Durch zeitliches Verschieben der Schaltzeitpunkte kann der Start bzw. das Ende der Bearbeitung kontrolliert werden. Im Falle von zwei Eingangsstrahlwegen kann bei abwechselnder Leistungsbeaufschlagung auch bei jeweils 50% und insgesamt 100% Auslastung durch das Timing der Scanbereich auf dem Werkstück, insbesondere in Grenzen, verschoben werden. Bei mehr als zwei Eingangsstrahlwegen kann sich eine entsprechend hohe Auslastung bei noch geringerer Nutzung der einzelnen Strahlwege ergeben. Insbesondere kann dies besonders effizient auf kleinen und weiter verschiebbaren Scanfelder realisiert werden.
Sechster Aspekt: Umschaltvorgang zwischen Eingangsstrahlwegen kann mehrfach innerhalb einer Scanperiode erfolgen. Dies kann z.B. hohe Auslastung und Effizienz bei in Scanrichtung segmentierter Anwendung erlauben. Siebter Aspekt: Die Achsen der Eingangsstrahlwege können bzgl. des Winkels und/oder der Position zum Multifacetten-Umlenkspiegels bzgl. der Komponenten in der Ebene senkrecht zur Rotationsebene und/oder auch abweichenden Komponenten aktiv einstellbar sein, bevorzugt mittels Galvanometer-Umlenkspiegel, akustooptischer Deflektoren und/oder kohärenter Strahlablenkung nach Phased-Array-Konzept. Die aktive Einstellung kann vorteilhaft sein, um beispielsweise Fehlausrichtungen einzelner Facetten zu kompensieren. Die aktive Einstellung kann vorteilhaft sein, um zwischen Ausgangsstrahlen dicht aufeinanderfolgend mit kombinierter Wirkung und/oder weit beabstandet entkoppelter Wirkung wählen zu können. Die aktive Einstellung kann vorteilhaft sein, um die Scanbereiche ergänzend zu Timing verschieben zu können. Die aktive Einstellung kann vorteilhaft sein, um einen Versatz einzelner Scans zueinander senkrecht zur Scanrichtung zu ermöglichen.
Achter Aspekt: Ein Strahlweg kann bei laufender Anwendung, unter Rotation des Multifacetten-Umlenkspiegels, ausgerichtet werden. Die kann genutzt werden, um den Strahl ohne Leistungsbeaufschlagung umzupositionieren und ggf. optional zusätzlich zu beschleunigen, so dass damit bei Beaufschlagung geeignete Auslenkung vorliegt. Die dynamische Ausrichtung kann aber auch während der Leistungsbeaufschlagung erfolgen, um der Scanbewegung eine zusätzliche Bewegung zu überlagern. Beispielsweise kann die Scanbewegung während Beaufschlagung vollständig oder teilweise kompensiert werden. In diesem Fall erfolgt typisch eine Umpositionierung des Strahlweges sowie die Aufprägung eine Kompensationsgeschwindigkeit, während der Strahlweg nicht mit Leistung beaufschlagt wird, so dass an der Sollposition unter Kompensation der Scangeschwindigkeit bei Beaufschlagung möglich wird. Dies ermöglicht mit einem Strahlweg innerhalb einer Scanperiode eine Vielzahl von punkförmigen Anwendungen, wie beispielsweise zur Perforation einer Schicht oder Folie. Eine derartige in einer Scanperiode intermittierende Anwendung kann unter gepulstem oder moduliertem Betrieb der Strahlquelle erfolgen, insbesondere aber vorteilhaft in Verbindung mit dem sechsten Aspekt, wobei abwechselnd mit einem Strahlweg gearbeitet wird, während der andere Strahlweg umpositioniert wird. Die aktive Einstellung kann vorteilhaft sein, um während eines Scans eine überlagerte Bewegung zu realisieren, wie beispielsweise eine temporäre Kompensation der durch Rotation induzierten Scanbewegung zu bewirken. Beispielsweise kann eine Perforation, bei der der Strahl über eine Bearbeitungsdauer an einer Position zu halten ist, ansonsten auszuschalten sein. In den Pausen kann ein Umpositionieren und Einstellung der Sollgeschwindigkeit erfolgen. Besonders vorteilhaft kann dies in Verbindung mit dem sechsten Aspekt sein, wobei abwechselnd mit einem Strahl gearbeitet wird, während der andere Strahl umpositioniert wird.
Neunter Aspekt: Es können mindestens drei Eingangsstrahlwege mit jeweils kontrollierbarer Leistungsbeaufschlagung bereitgestellt werden. Durch die weiteren Strahlen kann eine gesteigerte Flexibilität, insbesondere die Anzahl gescannter Anwendungsstrahlen pro Scanperiode gesteigert werden. Jeder Strahlweg, der mit der Laserstrahlung beaufschlagt ist, kann als Anwendungsstrahl bezeichnet werden.
Zehnter Aspekt: Es können mindestens drei Eingangsstrahlwege mit Winkelkomponenten der Achsen in der senkrecht zur Rotationsachse aufgespannten Ebene relativ zur Eingang- Mittelachse in einem Winkelbereich ± 2*3607(3*n) bereitgestellt werden. Dabei können die Verlängerungen der zwei Eingangsstrahlwege mit der größten Differenz in den Winkelkomponenten bei einer Projektion auf eine zur Rotationsachse orthogonalen Ebene einen Schnittpunkt aufweisen, der einen kleineren Abstand zur Rotationsachse aufweist als die Spiegelsegmente. Bevorzugt weisen die Winkelkomponenten einen höchstens um 10% abweichenden Betrages zur Eingangs-Mittenachse bei unterschiedlichem Vorzeichen auf. Weitere Eingangsstrahlwege weisen bevorzugt abweichende Winkelkomponenten derart auf, dass der Winkelbereich in Segmente ähnlicher Winkelsegmente aufgeteilt wird und/oder dass weitere Eingangsstrahlwege eine Differenz in den aus der Ebene gerichteten Ebene aufweisen. Derartige Differenzen in der Ausrichtung zu der durch die Rotationsachse aufgespannten Ebene ermöglicht weitere Teilstrahlen anzuwenden, ohne die Winkeldifferenzen der Eingangsstrahlen unvorteilhaft zu reduzieren.
Elfter Aspekt: mehrere Anwendungsstrahlen können zeitgleich auf verschiedene Weise genutzt werden. Im Zusammenhang mit dem siebten Aspekt kann dies mit verkleinerten und damit verschiebbaren Scanbereichen der einzelnen Anwendungsstrahlen besonders vorteilhaft sein, wenn diese alternierend mit Leistung beaufschlagt werden. Alternativ oder ergänzend können statt entsprechend verkürzter Scanzeit pro Anwendungsstrahl auch mehrere Ausgangsstrahlen zeitgleich über größeren Scanbereich genutzt werden. Das kann insbesondere bei mehr als 2 Eingangsstrahlwegen vorteilhaft sein. Es kann beispielsweise im Fall von 3 Strahlwegen am Facettenübergang immer nur ein Eingangsstrahlweg ausgeschaltet sein, die beiden anderen können jedoch durchlaufen, so kann die Scandauer pro Strahl von 33% auf 66% gesteigert werden. Das Scanfeld kann dementsprechend von 33% auf 66% (des idealen Scanfeldes) vergrößert werden. Besonders kann das effizient werden, wenn pro Eingangsstrahlweg nicht einzelne Laser genutzt werden, sondern die verfügbare Gesamtleistung zeitlich variabel auf die einzelnen Eingangsstrahlwege verteilt wird.
Zwölfter Aspekt: es kann gepulste oder modulierte/modulierbare Laserstrahlung derart pulssynchronisiert verwendet werden, dass das durch Anwendungserfordernisse und Rotation vorbestimmte Zeitfenster für das Schalten zwischen den Eingangsstrahlwegen dann erfolgt, wenn keine oder nur geringe Laserleistung anliegt, wobei bei Verwendung von Strahlquellen eingeschränkter Triggerbarkeit die Schaltflanken entsprechend angepasst werden, insbesondere bei Verwendung ultrakurzgepulster Strahlquellen die Schaltung bevorzugt synchronisiert mit der Seedfrequenz erfolgt. Viele Lasersysteme können eine hohe Flexibilität bieten, so dass es ausreichend sein kann den Laser entsprechend zu triggern, die Pulse ggf. auch etwas zu schieben, so dass Synchronisation aus Anwendungserfordernissen und Rotation abgeleitet wird. Insbesondere bei Ultrakurzpulslasern kann es Systeme mit fester Repetitionsfrequenz geben, so dass es für eine verbesserte Anwendung vorteilhaft ist Rotation, Anwendung und Laser zueinander zu synchronisieren. Andere Ultrakurzpulslaser können die Möglichkeit bieten mittel Pulse- Picker einzelner Pulse der Seedquelle zu selektieren und zu verstärken, so dass vorteilhaft die Schaltvorgänge zur Minimierung des Jitters mit den Seedpulsen synchronisiert werden.
Dreizehnter Aspekt: Zugeführte Eingangsstrahlwege können unterstützend eine Strahlformung, insbesondere ein Winkelspektrum, aufweisen, dass es erlaubt über diesen Eingangsstrahlweg eine Anwendung mit Multispotprofilen und/oder mit angepassten Intensitätsprofilen, insbesondere mit sogenannten FlatTop-Profilen durchzuführen. Dies kann eine Bearbeitung mit parallel versetzen Scanspuren aus einem Eingangsstrahlweg und/oder effizientere/qualitätsgesteigerte Bearbeitung durch Strahlformung ermöglichen.
Vierzehnter Aspekt: Es kann bereitgestellt werden: Winkelversatz zwischen Eingangsstrahlwegen mit zusätzlicher Winkelkomponente zu der in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Dies kann eine Bearbeitung mit parallel versetzen Scanspuren aus unterschiedlichen Eingangsstrahlwegen in einer Scanperiode ermöglichen.
Fünfzehnter Aspekt: Es kann bereitgestellt werden: Relativbewegung zwischen Vorrichtung und Werkstück mit Komponente senkrecht zur Scanrichtung. Dadurch kann ein Durchsatz oder eine R2R-Tauglichkeit gesteigert werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Figuren, deren Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar. Alle in den Figuren, deren Beschreibung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Polygonscanner-Einrichtung,
Fig. 2 bis 5 jeweils eine schematische Darstellung der Polygonscanner-Einrichtung von Fig. 1 während einem Rotieren von Spiegelsegmenten der Polygonscanner-Einrichtung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung von Trajektorien, entlang denen
Laserstrahlung der Laserbearbeitungsvorrichtung von Fig. 1 durch Ablenkung mittels der Polygonscanner-Einrichtung geführt ist,
Fig. 7a) bis 7d) Graphen von Amplituden über einen Drehwinkel der Polygonscanner- Einrichtung für die Trajektorien von Fig. 6,
Fig. 8 eine schematische Darstellung von weiteren Trajektorien für eine Variante des Beaufschlagens von Strahlwegen der Laserbearbeitungsvorrichtung von Fig. 1 ,
Fig. 9a) bis 9e) Graphen von Amplituden über einen Drehwinkel der Polygonscanner- Einrichtung für die Trajektorien von Fig. 8, und
Fig. 10 ein schematischer Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben der
Polygonscanner-Einrichtung von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung 10. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 hat eine Laserstrahlquelle 12, eine Polygonscanner-Einrichtung 14 und eine Strahlaufbereitung- Einrichtung 16. Die Laserstrahlquelle 12 ist für das Erzeugen von Laserstrahlung 18 eingerichtet. Die Laserstrahlung 18 der Laserstrahlquelle 12 breitet sich entlang eines ersten Strahlwegs 28, eines zweiten Strahlwegs 30 und eines dritten Strahlwegs 32 aus. Der erste Strahlweg 28, der zweite Strahlweg 30 und der dritte Strahlweg 32 unterscheiden sich voneinander.
Die Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28, die Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 und die Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 sind jeweils dazu geeignet, ein Werkstück zu bearbeiten.
Die Laserstrahlquelle 12 hat drei in Fig. 1 nicht dargestellte optische Schalter, mit denen der erste Strahlweg 28, der zweite Strahlweg 30 und der dritte Strahlweg 32 unabhängig voneinander mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt werden können. Jeder optische Schalter kann als akustooptischer Modulator ausgebildet sein.
Anstatt der drei optischen Schaltern bietet die Strahlquelle eine alternative Möglichkeit einer Verteilung der Laserleistung auf die drei Strahlwege, wobei insbesondere zwei Strahlwege gleichzeitig mit Leistung beaufschlagt werden können. Die Verteilung kann beispielsweise mittels eine akustooptischen Deflektors, einer aufeinanderfolgenden Anordnung mehrerer akustooptischer Modulatoren unter Beaufschlagung der Strahlwege über den gebeugten Strahlanteil oder auch über kohärente Kopplung erfolgen.
Die Laserstrahlung 18 trifft auf die Polygonscanner-Einrichtung 14. Die Polygonscanner- Einrichtung 14 hat eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten 20. In dem dargestellten Ausgangsbeispiel hat die Polygonscanner-Einrichtung 14 acht nebeneinander angeordnete Spiegelsegmente 20. Ein Querschnitt der nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten 20 hat die Form eines regelmäßigen Achtecks. Jedes Spiegelsegment 20 ist dazu ausgebildet, die Laserstrahlung 18 zu reflektieren.
Die Spiegelsegmente 20 rotieren um eine Drehachse. Durch die Rotation der Spiegelsegmente 20 wird die Laserstrahlung in Abhängigkeit von einer Drehstellung der Spiegelsegmente 20 mittels Reflexion abgelenkt. Die Laserstrahlung 18 trifft derart auf die rotierenden Spiegelsegmente 20, dass die reflektierte Laserstrahlung 18 eine Winkelablenkung erfahren. In Fig. 1 ist die maximale Winkelablenkung 22 dargestellt. Die reflektierte Laserstrahlung 18 trifft auf die Strahlaufbereitung-Einrichtung 16 in Form eines F-Theta-Objektivs. In Fig. 1 ist beispielhaft eine telezentrische Anordnung des F- Theta-Objektivs 16 dargestellt. Durch die Strahlaufbereitung-Einrichtung 16 wird die Winkelablenkung der reflektierten Laserstrahlung 18 in eine Translation überführt. Dadurch wird die Laserstrahlung 18 durch die Rotation der Spiegelsegmente 20 über ein Werkstück 24 geführt, wobei die Laserstrahlung 18 mit einem konstanten Einfallswinkel auf das Werkstück 24 auftrifft. Basierend auf der maximalen Winkelablenkung 22 ergibt sich eine maximale Breite 26 eines Scanbereichs auf dem Werkstück 24.
Während die Laserstrahlung 18 über das Werkstück 24 geführt wird, kann das Werkstück 24 in eine Vorschub-Richtung bewegt werden. Dadurch kann die Laserstrahlung 18 über einen Bereich des Werkstücks 24 geführt werden. Anders formuliert, die Laserstrahlung kann einen gegenüber dem Scanbereich ausgedehnterer Bereich zugeführt werden.
Fig. 2 bis 5 zeigen jeweils eine schematische Darstellung der Polygonscanner-Einrichtung 14 in voneinander unterschiedliche Drehstellungen.
Fig. 2 zeigt, dass der erste Strahlweg 28 mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt ist. Der zweite Strahlweg 30 ist nicht mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt. Der dritte Strahlweg 32 ist mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt.
Der erste Strahlweg 28, der zweite Strahlweg 30 und der dritte Strahlweg 32 erstrecken sich jeweils von der Laserstrahlquelle 12 bis zu den Spiegelsegmenten 20 erstreckt. Der erste Strahlweg 28, der zweite Strahlweg 30 und der dritte Strahlweg 32 erfahren, während die Spiegelsegmente 20 rotieren, keine Richtungsänderung. Eine in Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung 18 gedachte Verlängerung des ersten Strahlwegs 28, des zweiten Strahlwegs 30 und des dritten Strahlwegs 32, kann sich in einem Schnittpunkt 34 schneiden. Ein Abstand 36 zwischen der Drehachse 38 und dem Schnittpunkt 34 ist kleiner als Abstände 40 zwischen der Drehachse 38 und den Spiegelsegmenten 20.
Ein Auftreffpunkt 42 der Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 auf die Spiegelsegmente 20 und ein Auftreffpunkt 44 der Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 auf die Spiegelsegmente 20 unterscheiden sich voneinander. Mit anderen Worten, die Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 und die Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 treffen mit einem räumlichen Versatz auf die Polygonscanner-Einrichtung 14. Die Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 trifft auf ein Spiegelsegment 20 und gleichzeitig trifft Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 auf ein dem mit der Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 beaufschlagten Spiegelsegment 20 benachbartes Spiegelsegment 20.
Der zweite Strahlweg 30 ist in der in Fig. 2 dargestellten Drehstellung der Polygonscanner- Einrichtung 14 nicht mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt. Dadurch wird verhindert, dass ein Übergang 46 zwischen den beiden mit Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 und Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 beaufschlagten benachbarten Spiegelsegmenten 20 trifft.
Fig. 3 zeigt eine weitere Drehstellung der Polygonscanner-Einrichtung 14. Fig. 3 zeigt, dass der erste Strahlweg 28 mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt ist. Der zweite Strahlweg 30 ist mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt. Bei dieser Drehstellung endet für den dritten Strahlweg 32 die Beaufschlagung mit Laserstrahlung 18. Dadurch wird verhindert, dass unter weiterer Rotation Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 auf einen Übergang 46 zwischen zwei Spiegelsegmenten 20 trifft
Die Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 trifft auf ein Spiegelsegment 20 und gleichzeitig trifft Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 auf dasselbe Spiegelsegment 20.
Fig. 4 zeigt eine weitere Drehstellung der Polygonscanner-Einrichtung 14. Fig. 4 zeigt, dass in dieser Drehstellung bei Strahlweg 28 die Beaufschlagung mit Laserleistung 18 endet. Dadurch wird verhindert, dass Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 auf einen Übergang 46 zwischen zwei Spiegelsegmenten 20 trifft.. In dieser gegenüber der Drehstellung aus Fig. 3 zeitlich nachfolgenden Drehstellung wird der dritte Strahlweg 32 wieder mit Leistung 18 beaufschlagt und Strahlweg 30 weiterhin mit Leistung 18 beaufschlagt.
Die Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 trifft auf ein Spiegelsegment 20 und gleichzeitig trifft Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 auf dasselbe Spiegelsegment 20. Fig. 5 zeigt eine weitere Drehstellung der Polygonscanner-Einrichtung 14. Fig. 5 zeigt, dass der erste Strahlweg 28 mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt ist. Für den zweiten Strahlweg 30 endet die Beaufschlagung mit Laserleistung 18. Der dritte Strahlweg 32 ist mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt. Dadurch wird verhindert, dass Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 auf einen Übergang 46 zwischen zwei Spiegelsegmenten 20 trifft.
Die Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 trifft auf ein Spiegelsegment 20 und gleichzeitig trifft Laserstrahlung 18 des dritten Strahlwegs 32 auf ein dem mit der Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 beaufschlagten Spiegelsegment 20 benachbartes Spiegelsegment 20.
Durch das kontinuierliche rotierende Spiegelsegmente 20 um die Drehachse 38, wiederholt sich der in Fig. 2 bis 5 dargestellte Ablauf. Dadurch ergibt sich ein alternierendes Beaufschlagen des ersten Strahlwegs 28, des zweiten Strahlwegs 30 und des dritten Strahlwegs 32 mit Laserstrahlung 18 während die Spiegelsegmente 20 rotieren, so dass Laserstrahlung 18 über den ersten Strahlweg 28 und Laserstrahlung 18 über den zweiten Strahlweg 30; oder Laserstrahlung 18 über den zweiten Strahlweg 30 und Laserstrahlung 18 über den dritten Strahlweg 32; oder Laserstrahlung über den ersten Strahlweg 28 und Laserstrahlung über den dritten Strahlweg 32 gleichzeitig auf die Polygonscanner- Einrichtung 14 trifft.
Durch das alternierende Beaufschlagen der Strahlwege 28, 30, 32 trifft ohne Unterbrechung Laserstrahlung 18 auf die Polygonscanner-Einrichtung 14. Während des alternierenden Beaufschlagens der Strahlwege 28, 30, 32 trifft zu keinem Zeitraum keine Laserstrahlung auf die Polygonscanner-Einrichtung 14 auf.
Die Auftreffpunkte der Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28, des zweiten Strahlwegs 30 und des dritten Strahlwegs 32 auf die Polygonscanner-Einrichtung 14 unterscheiden sich voneinander.
Fig. 2 bis 5 zeigen, dass wenn Laserstrahlung 18 auf ein Spiegelsegment 20 trifft, die Laserstrahlung 18 durch Reflexion der Laserstrahlung 18 an dem Spiegelsegment 20 in Abhängigkeit von der Drehstellung der Polygonscanner-Einrichtung 14 abgelenkt wird. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 hat einen Sensor 48 zum Erfassen der Drehstellung der Spiegelsegmente 20. Der Sensor 48 ist signaltechnisch mit der Laserstrahlquelle 12 verbunden. Die Laserstrahlquelle 12 beaufschlagt die Strahlwege 28, 30, 32 mit Laserstrahlung 18 in Abhängigkeit von der mit dem Sensor 48 erfassten Drehstellung. In dem dargestellten Ausgangsbeispiel erfolgt dies durch Ansteuerung der optischen Schalter, so dass sich der in Fig. 2 bis Fig. 5 dargestellte Ablauf während dem Rotieren der Spiegelsegmente 20 ergibt.
Fig. 6 zeigt das Werkstück 24, das mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 mittels der Laserstrahlung 18 bearbeitet wird. Das Werkstück 24 wird während der Bearbeitung mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 in Vorschub-Richtung 52 bewegt.
Die Polygonscanner-Einrichtung 14 kann derart, beispielsweise durch eine geeignete Wahl der Anzahl von Spiegelsegmenten, ausgelegt sein, dass sich ein idealer Scanbereich 54 auf dem Werkstück 24 ergibt. Unter Berücksichtigung, dass die Übergänge zwischen zwei benachbarten Spiegelsegmenten 20 nicht mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt werden, ergibt sich ein maximaler Scanbereich 56 auf dem Werkstück 24. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 6 wird nicht der maximale Scanbereich 56 ausgenutzt. Die Laserstrahlung 18 der Strahlwege 28, 30, 32 trifft derart auf die Spielersegmente 20, dass sich ein Scanbereich 58 innerhalb des maximalen Scanbereich 56 ergibt. Der Scanbereich 58 kann durch ein Verändern des alternierenden Beaufschlagens der Strahlweg 28, 30, 32 innerhalb des maximalen Scanbereich 56 verschoben werden. Mit anderen Worten, die Differenz zwischen dem maximalen Scanbereich 56 und dem Scanbereich 58 lässt ein Verschieben des Scanbereich 58 innerhalb des maximalen Scanbereichs 56 zu.
Durch die rotierenden Spiegelsegmente 20 wird die Laserstrahlung 18 über das Werkstück 24 innerhalb des Scanbereich 58 geführt. Zum dargestellten Zeitpunkt startet die Beaufschlagung des ersten Strahlwegs 28 mit Laserstrahlung 18 in einem Auftreffpunkt 60 auf dem Werkstück 24. Die Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 trifft in einem Auftreffpunkt 62 auf das Werkstück 24. Die Beaufschlagung des dritten Strahlwegs 32 mit Laserleistung 18 endet in einem Auftreffpunkt 64 auf dem Werkstück. Durch die Rotation der Spiegelsegmente 20 werden die Auftreffpunkte 60, 62, 64 in Scan-Richtung 66 über das Werkstück 24 entlang von Trajektorien a, b, c geführt. Zum in Fig. 6 dargestellten Zeitpunkt wird von Trajektorie c auf Trajektorie b umgeschaltet, während auf Trajektorie a die Leistungsbeaufschlagung fortgesetzt wird.
Fig. 7a) bis 7c) zeigen jeweils einen Graphen von Amplituden über einen Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14 für die Trajektorien a, b, c von Fig. 6. Fig. 7a) zeigt eine zeitliche Entwicklung der Beaufschlagung des ersten Strahlwegs 28 mit der Laserstrahlung 18 über den Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14. Fig. 7b) zeigt eine zeitliche Entwicklung der Beaufschlagung des zweiten Strahlwegs 30 mit der Laserstrahlung 18 über den Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14. Fig. 7c) zeigt eine zeitliche Entwicklung der Beaufschlagung des dritten Strahlwegs 32 mit der Laserstrahlung 18 über den Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14. Fig. 7d) zeigt eine zeitliche Entwicklung der gesamten Laserstrahlung 18, die auf das Werkstück 24 und/oder die Polygonscanner- Einrichtung 14 trifft, über den Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14.
Fig. 7a) bis 7c) zeigen, dass die Strahlwege 28, 30, 32 abwechselnd mit Laserstrahlung 18 beaufschlagt wird, wobei unabhängig von der Drehstellung der Spiegelsegmente 20 Laserstrahlung 18 von mindestens zwei Strahlweg gleichzeitig auf die Polygonscanner- Einrichtung 14 trifft.
Fig. 8 und 9a) bis 9e) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Beaufschlagen von Strahlwege entsprechend Fig. 6 und 7a) bis d), wobei für identische und funktionell äquivalente Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die obigen Ausführungen zu den Fig. 1 bis 7d) verwiesen werden kann, so dass im Wesentlichen nur auf die bestehenden Unterschiede eingegangen wird.
Fig. 8 zeigt, dass Laserstrahlung 18 entlang von vier Trajektorien a, b, c, d über das Werkstück 24 geführt ist. Mit anderen Worten, vier Strahlwege werden zum Zweck des Führens der Laserstrahlung 18 entlang den Trajektorien a, b, c, d abwechselnd beaufschlagt.
Jede Trajektorie a, b, c, d hat eine Mehrzahl von Unterbrechungen 61. Die Unterbrechungen 61 werden durch Beaufschlagung der Strahlwege mit gepulster Laserstrahlung 18 gebildet. Eine Ausbildung der Unterbrechungen 61 ist von einer Pulsdauer und einer Impulsfolgefrequenz der gepulsten Laserstrahlung 18 abhängig. Bevorzugt erfolgt die Unterbrechung bzw. das Pulsen oder Modulieren der Laserstrahlung 18 der einzelnen Strahlwege durch ein Umschalten der Laserleistung 18 zwischen der Strahlwegen.
In Erweiterung kann die Länge der Unterbrechungen und die Trajektorie während der Leistungsbeaufschlagung auf dem Werkstück zusätzlich auch durch eine der durch die Rotation der Polygonscanner-Einrichtung bedingen Bewegung überlagerten Scanbewegung vorteilhaft beeinflusst werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 8 wird der maximale Scanbereich 56 ausgenutzt. Anders formuliert, der Scanbereich 58 und der maximale Scanbereich 56 sind gleich groß.
Fig. 9a) bis d) zeigen jeweils einen Graphen für eine Amplitude der Laserstrahlung 18 eines der vier Strahlwege über einen Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14 zum Zweck des Führens der Laserstrahlung 18 entlang den Trajektorien von Fig. 8. Die einzelnen Pulse 63 der gepulsten Laserstrahlung 18 sind in Fig. 9a) bis d) erkennbar. Die Beaufschlagung erfolgt mit einer zeitlichen Phasenverschiebung 65 zwischen den Pulsen 63 eines Strahlwegs und den Pulsen 63 eines den Strahlweg nachfolgend beaufschlagten Strahlwegs. Fig. 9e) zeigt eine zeitliche Entwicklung der gesamten Laserstrahlung 18, die auf das Werkstück 24 und/oder die Polygonscanner-Einrichtung 14 trifft, über den Drehwinkel der Polygonscanner-Einrichtung 14.
Durch das Umschalten der Leistung innerhalb der Scanperiode wird eine effiziente Nutzung der Strahlquelle durch kontinuierliche Nutzung der Strahlquelle ermöglicht, ohne dass insgesamt eine gegenüber der für die einzelnen Strahlwege Amplitude erforderlich ist. Bezüglich der Einhüllenden der Laserbeaufschlagung werden die Strahlwege also gleichzeitig mit Laserleistung 18 beaufschlagt, durch die intermittierende und zeitversetzte Beaufschlagung der einzelnen Strahlwege in einer Scanperiode kann also eine kontinuierlich betriebene Strahlquelle effizient genutzt werden.
Fig. 10 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben der Polygonscanner-Einrichtung 14.
Das Verfahren weist die Schritte auf: a) Rotieren der Spiegelsegmente 20 der Polygonscanner-Einrichtung 14 um die Drehachse 38; e) Erzeugen der Laserstrahlung 18 mittels der Laserstrahlquelle 12; d) Erfassen der Drehstellung der Spiegelsegmente 20; b) alternierendes Beaufschlagen des ersten Strahlwegs 28 mit Laserstrahlung 18 und alternierendes Beaufschlagen des von dem ersten Strahlweg 28 unterschiedlichen zweiten Strahlwegs 30 mit Laserstrahlung 18 während die Spiegelsegmente 20 rotieren, so dass Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 und Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung 14 trifft, wobei das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs 28 und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs 30 im Schritt b) in Abhängigkeit von der erfassten Drehstellung der Spiegelsegmente 20 erfolgen; und c) Ablenken der Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 durch Reflektieren der Laserstrahlung 18 des ersten Strahlwegs 28 mittels den
Spiegelsegmenten 20 der Polygonscanner-Einrichtung 14, und Ablenken der Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 28 durch Reflektieren der Laserstrahlung 18 des zweiten Strahlwegs 30 mittels den Spiegelsegmenten 20 der Polygonscanner-Einrichtung 14.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Polygonscanner-Einrichtung (14), wobei die Polygonscanner-Einrichtung (14) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten (20) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Rotieren der Spiegelsegmente (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) um eine Drehachse (38), b) alternierendes Beaufschlagen eines ersten Strahlwegs (28) mit Laserstrahlung (18) und alternierendes Beaufschlagen eines von dem ersten Strahlweg (28) unterschiedlichen zweiten Strahlwegs (30) mit Laserstrahlung (18) während die Spiegelsegmente (20) rotieren, so dass Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) und Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft, und c) Ablenken der Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) durch Reflektieren der Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) mittels den Spiegelsegmenten (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14), und Ablenken der Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) durch Reflektieren der Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) mittels den Spiegelsegmenten (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs (28) und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs (30) im Schritt b) derart erfolgen, dass Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) auf ein Spiegelsegment (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft und gleichzeitig Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) auf ein dem mit der Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) beaufschlagten Spiegelsegment (20) benachbartes Spiegelsegment (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs (28) und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs (30) im Schritt b) derart erfolgen, dass Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) auf ein Spiegelsegment (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft und Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) gleichzeitig auf das mit der Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) beaufschlagten Spiegelsegment (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) und/oder die Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) mit einem zu der Drehachse (38) orthogonalen Winkel auf die Spiegelsegmente (20) trifft.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Strahlweg (28) und der zweite Strahlweg (30) zwischen sich einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 3607n, bevorzugt von 0° bis 3607(3*n) oder von 0° bis 2*3607(3*n), aufweisen, wobei n eine Anzahl der Spiegelsegmente (20) ist.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Strahlweg (28) zwischen sich und einer zu der Drehachse (38) senkrechten Ebene einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 30°, bevorzugt von 3° bis 10° aufweist, und/oder wobei der zweite Strahlweg (30) zwischen sich und einer zu der Drehachse (38) senkrechten Ebene einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 30°, bevorzugt von 3° bis 10° aufweist.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine gedachte Verlängerung des ersten Strahlwegs (28) und eine gedachte Verlängerung des zweiten Strahlwegs (30) in einer Projektion auf eine Ebene orthogonal zu der Drehachse (38) einen Schnittpunkt (34) aufweisen, wobei ein Abstand (36) zwischen der Drehachse (38) und dem Schnittpunkt (34) kleiner ist als Abstände (40) zwischen der Drehachse (38) und den Spiegelsegmenten (20).
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) derart erfolgt, dass keine Laserstrahlung (18) auf einen Übergang (46) zwischen zwei benachbarten Spiegelsegmenten (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren vor dem Schritt b) den Schritt aufweist: d) Ermitteln einer Drehstellung der Spiegelsegmente (20), wobei das alternierende Beaufschlagen des ersten Strahlwegs (28) und das alternierende Beaufschlagen des zweiten Strahlwegs (30) im Schritt b) in Abhängigkeit von der ermittelten Drehstellung der Spiegelsegmente (20) erfolgen.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Schritt b) ein alternierendes Beaufschlagen eines von dem ersten Strahlweg (28) und dem zweiten Strahlweg (30) unterschiedlichen dritten Strahlwegs (32) mit Laserstrahlung (18) umfasst, so dass Laserstrahlung (18) des dritten Strahlwegs (32) und Laserstrahlung (18) des ersten oder zweiten Strahlwegs (28, 30) gleichzeitig auf die Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft, wobei der Schritt c) ein Ablenken der Laserstrahlung (18) des dritten Strahlwegs (32) durch Reflektieren der Laserstrahlung (18) des dritten Strahlwegs (32) mittels den Spiegelsegmenten (20) der Polygonscanner-Einrichtung (14) umfasst.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Schritt b) ein alternierendes Beaufschlagen von mehr als zwei Strahlwege umfasst.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) mehrfach in einer Scanperiode erfolgt.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) derart erfolgt, dass ein Scanbereich (58) weniger als 80%, bevorzugt 50%, eines durch die Mehrzahl von Spiegelsegmenten (20) und/oder der Strahlaufbereitung-Einrichtung (16) begrenzten maximalen Scanbereichs (56) beträgt.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das alternierende Beaufschlagen im Schritt b) durch ein Verteilen der Laserstrahlung (18) auf den ersten Strahlweg (28) und den zweiten Strahlweg (30) mittels kohärenter Kopplung erfolgt.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) unter einen ersten Einfallswinkel und die Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) unter einen zweiten Einfallswinkel auf die Polygonscanner-Einrichtung (14) trifft, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: f) Verändern des ersten Einfallswinkels und/oder des zweiten Einfallswinkels durch Verändern des ersten Strahlwegs (28) und/oder des zweiten Strahlwegs (30).
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verändern im Schritt f) basierend auf einer Messung und/oder einer Berechnung eines Abstandes zwischen der Laserstrahlung (18) des ersten Strahlwegs (28) und der Laserstrahlung (18) des zweiten Strahlwegs (30) auf einem Werkstück (24) erfolgt.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch Leistungsbeaufschlagung von zwei Strahlwegen am Werkstück eine kombinierte Wirkung durch dichtes Aufeinanderfolgen erzielt wird, indem eine Einwirkung über einen Zeitraum erfolgt, der den Zeitraum bei Beaufschlagung nur eines Strahlweges mindestens um einen Faktor zwei überschreitet.
18. Laserbearbeitungsvorrichtung (10), aufweisend: eine Polygonscanner-Einrichtung (14), die eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spiegelsegmenten (20) aufweist, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
19. Laseranwendungs-Vorrichtung mit rotierendem Multisegmentspiegel, mit mehreren unterschiedlich auf den Multisegmentspiegel gerichteten Zuführ- Strahlwegen, mittels Reflexion an den rotierenden Spiegelsegmenten resultierende Auslenk- Strahlwege, wobei die Vorrichtung ermöglicht, einem Anwendungsbereich über eine Strahlaufbereitungs-Einrichtung gleichzeitig aus mehreren Auslenk-Strahlwegen Laserleistung zuzuführen, wobei durch eine alternierende Modulation der Leistungsbeaufschlagung einzelner Zuführ-Strahlwege eine räumlich kontrollierte Leistungsbeaufschlagung im Anwendungsbereich erlaubt ist, wobei die alternierende Modulation sowohl eine gleichzeitige als auch eine abwechselnde Leistungsbeaufschlagung verschiedener Strahlwege unterstützt.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288818B1 (en) * 1998-12-22 2001-09-11 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning apparatus
US6351324B1 (en) * 2000-03-09 2002-02-26 Photera Technologies, Inc. Laser imaging system with progressive multi-beam scan architecture
US20060215139A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Hitachi Via Mechanics Ltd. Pattern exposure method and apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10170637A (ja) * 1996-12-16 1998-06-26 Omron Corp 光走査装置
DE102010032781B4 (de) * 2010-04-01 2015-03-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur trennenden Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlen
DE102012010191A1 (de) * 2011-05-19 2012-11-22 Hochschule Mittweida (Fh) Einrichtung zur Hochgeschwindigkeits-Lasermaterialbearbeitung
JP6434360B2 (ja) * 2015-04-27 2018-12-05 株式会社ディスコ レーザー加工装置
DE102019204032B4 (de) * 2019-03-25 2021-09-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur Erzeugung einer räumlich modulierbaren Leistungsdichteverteilung aus Laserstrahlung
DE102019006932A1 (de) * 2019-10-01 2021-04-01 MOEWE Optical Solutions GmbH Einrichtung zur Lasermaterialbearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahlungen mehrerer Laser
DE202023000818U1 (de) * 2023-04-04 2023-05-22 MOEWE Optical Solutions GmbH Einrichtung zur Lasermaterialbearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahlungen mehrerer Laser oder eines Lasers und Verwendung mehrerer Laser oder einer Laserquelle mit einem Strahlteiler und mehreren optischen Verstärkern

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288818B1 (en) * 1998-12-22 2001-09-11 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning apparatus
US6351324B1 (en) * 2000-03-09 2002-02-26 Photera Technologies, Inc. Laser imaging system with progressive multi-beam scan architecture
US20060215139A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Hitachi Via Mechanics Ltd. Pattern exposure method and apparatus

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