[发明专利]具有多棱镜的激光材料加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光材料加工装置，其具有可旋转地支承的用于偏转激光束的多棱镜以及具有在光路中在下游的聚焦单元，该聚焦单元具有用于使由多棱镜偏转到聚焦单元上的激光束聚焦到待加工工件上的聚焦器件。

背景技术

例如由US 4,099,830已经公开这种类型的装置。在那里描述的用于加工塑胶跑道的装置具有绕两个轴线可旋转地支承的多棱镜，其中，激光束通过聚焦单元作为线状焦点投射到工件上。为了产生线状焦点，激光束在使用柱面透镜的情况下以不同的方式在两个垂直于传播方向延伸的方向上转向或成像。在光路上设在多棱镜下游的透镜一方面用于使激光束在第一方向上聚焦并且另一方面用于激光在第二方向上的准直。对于要将多个线状焦点同时用于加工的应用，在多棱镜前面可以设置用于分光的光学元件。通过使用多个分光束，能够并行地进行多个加工过程，因而提高加工速度。

如果将通过这种用于提高处理速度的分光形成的分光束看成组，那么虽然能够通过多棱镜的转速的变化调整多个组相互的间距，但是所述组内部的分光束此时处于恒定的间距比。因此，所有的线条间距的灵活选择是不可实现的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种激光材料加工装置，对不同的加工应用，其不仅能够实现高的处理速度，还能够实现高度的灵活性。

这个目的通过开头所述类型的激光材料加工装置解决，其中，聚焦单元具有至少一个分光器，用于将偏转的激光束分成至少两个分光束以在工件上产生至少两个焦点，其中，分光器构造用于产生在工件上的焦点的可变间距，并且为此通常具有至少一个可运动的光学部件。

在上述装置中，这些分光束彼此的间隔距离及因此焦点之间的间距可针对特定应用来协调，并且也能够在加工过程期间进行适配。有利地，在这里，分光器是可控制的，使得除针对特定应用的预调整以外，间隔距离也可根据多棱镜的转速(以及因此根据这些分光束的组的间隔距离)适配。分光器可以附加地这样构造，使得每个分光束的辐射强度或激光束的功率在各个分光束上的分配是可调整的，如下面所更详细地描述的。

在第一实施形式中，分光器自身构造成聚焦器件。在这种情况下，关于“分光和聚焦”的功能，在聚焦单元中或在聚焦单元和多棱镜之间不必设置另外的光学元件。优选地，在这种情况下，聚焦器件构造成反射式的，并且对每个待形成的分光束具有至少一个相应的镜区段或相应的镜弧段。

在另一种实施形式中，分光器构造成在光束传播方向上设在聚焦器件上游的光学元件。在光束路径中设在上游的光学元件在这里可以是聚焦单元的一部分，或者替代地，在光束路径中设置在多棱镜和聚焦单元之间。也在这种情况下，用于分光的光学元件优选构造成反射式的。特别优选地，在这种情况下，设置在该装置中的偏转镜被构造成使得它能够实现分光。因此可以取消附加的光学部件，并且反正已经设置在装置中的光学元件提供作为分光器的附加功能。

在一种实施形式中，分光器具有至少一个可运动的镜区段。该或这些可运动的镜区段能够相对彼此在光束传播方向上可移动地构造用于调整焦点的间距或分光束的定向。镜区段相对彼此的相对运动优选通过一个固定的和(至少)一个可运动的镜区段实现。

在一种改进方案中，所述至少一个镜区段构造成可摆动的和/或可移动的。为此可使用对于本领域技术人员已知的驱动部件，例如，压电致动器、直线驱动装置、旋转驱动装置或类似装置。

在使用一个设在聚焦器件上游的光学元件进行分光时，例如在使用一个设置在准直的光路中的偏转镜时，所述光学元件可以被分成与分光束相对应的(尤其是平面的)镜区段。这些镜区段优选可绕垂直于光束传播方向的(对应于扫描方向的)轴线摆动地被支承，其中，由镜面或镜区段包围的角度是关于这些分光束的间隔距离的量度。

特别地，在使用构造成设在聚焦器件上游的光学元件的分光器时，优选这些镜区段中的仅一个镜区段构造成可摆动的。该可摆动的镜区段将其分光束成像到激光束的聚焦器件的边缘区域上，而其余区域(至少当这可通过摆动角实现时)可以被通过可摆动的镜区段偏转的分光束扫过。因此，分光束的最大间隔距离的调整可通过仅一个镜区段的运动实现，由此导致在分光器的结构、启动和控制上的简化。在这里，除了镜区段的摆动外，可以附加地或替代地设置用于在光束传播方向上移动镜区段的机构。

当分光器相对于激光束适当定向时，可以通过平行于入射的激光束的光轴(即在激光传播方向上)移动至少一个可运动的镜区段来调整这些分光束之间的间距，以及由此调整焦点之间的间距。