[发明专利]用于以激光束进行材料加工的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于引导激光束来加工工件的装置，其中，该激光束通过一反射镜系统和一聚焦光学系统偏转到工件上的能通过适当取向反射镜系统预选的加工点上。

背景技术

用来加工材料的激光辐射示例性地被用于标记、给印刷电路板钻孔、塑料件焊接或者还有烧结。在借助于激光辐射加工材料时，该辐射可以借助于一个所谓的扫描仪偏转到工件上的可选择的位置上，该扫描仪带有两个基本上正交地相对彼此布置的可转动的扫描仪反射镜。该偏转这样进行，使得可以在两维或三维上达到工件上的可选择的扫描场，其中，该扫描场主要是二维的，但也可以扩大到三维。激光辐射的聚焦可以用一个平面场物镜进行，它使激光辐射聚焦在目标上的一个平面中。在此尤其地，焦点的位置取决于激光辐射到该平面场物镜中的入射角度。因为激光束在目标上的偏转典型地大致与辐射到物镜中的接触角度成正比，所以所述扫描仪反射镜大多尽可能接近物镜地布置，以便通过物镜在辐射渐晕(Vignettierung)之前获得尽可能大的加工场。激光辐射的接触角度在平面工件上无关紧要，然而在三维成型的工件上一定会对于加工具有意义。由此，激光辐射到焦平面上的接触角度在平面工件的情况下在该系统的光学轴线上是垂直的，在光学轴线以外从该光学轴线离开地倾斜并朝所述加工场的边沿增大。

替代地，激光辐射在工件上的聚焦还可以用远心物镜进行，其中入射辐射在整个加工场中基本上垂直地接触到工件上。然而，这种远心物镜与较高的购置成本相联系并总是还造成一定的遮挡，从而使得不能令人满意地解决本发明的任务。针对机器视觉的特殊物镜具有这样的射线光程，该射线光程具有在目标侧上向内朝光学轴线倾斜的射线。这些物镜不适用于利用功率密度高的激光辐射的使用，因为它们不具有透镜的为此所需要的覆层。

现在用于引导射线的系统的缺点是：在三维目标的情况下，例如在光学轴线侧向的范围内，但还有在光学轴线上，激光辐射的一部分可能被目标遮挡。这可能导致加工品质下降或工件上的损坏，如果激光辐射接触了工件的一隆起部分的话。因此，按照现有技术通过从侧向安置的附加反射镜使激光辐射偏转到目标上。这要求精确的调整并且可能由于盒式反射镜的污染引起问题。

若这样的三维工件在没有扫描功能的情况下进行加工，则加工速度会降低并在不利的情况下不能进行加工。替代地，为了引导射线可以利用摆动扫描系统或环钻光学装置，其中通过三个楔形板可以达到垂直地在工件上接触的激光辐射的侧向错开。然而，这些光学-机械系统是耗费的并因此与高成本相联系。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种装置，它能够实现借助于激光辐射以改善的偏转，尤其在没有由于自遮挡而带来影响的情况下加工即使三维成型的目标。

本发明的任务这样解决，即该反射镜系统布置得与该光学系统的光学主平面的距离大于一倍焦距。

作为聚焦光学系统，在许多情况下使用所谓F-θ物镜(F-Theta-Objektiv)，它使入射辐射在大致与其在工件上的入射角度成正比的与光学轴线的距离上聚焦在一焦点上。这些反射镜定位得尽可能接近所述聚焦光学系统，以便可以实现很大的入射角度进而很大的加工面积。该激光辐射在一个背离光学轴线的角度下在离开光学轴线的情况下接触并因此可能被工件上的突起遮挡。按照本发明与此相反设置，激光辐射在一个面向光学轴线的角度下在离开光学轴线的情况下接触。这通过如下方式实现，即，设置扫描仪反射镜布置得与聚焦光学系统的距离大于按照现有技术的距离。现在这些反射镜安置在该聚焦光学系统的一倍焦距之内，从而使得可以达到希望的大的加工区。由此，光路径从光学轴线离开地倾斜，其中，该角度随着与光学轴线的距离增大而增大。若反射镜定位在该光学系统的焦点上，则所述出射射线会定向得基本上平行于光学轴线。通过按照本发明布置得超过焦点距离，所述出射射线按照希望朝所述光学轴线倾斜并可以加工工件上的位置，而不会被工件中间的突起自遮挡。在此，还可能使用简单的物镜来满足这些要求，正如作为示例在焊接塑料构件时的要求，其中往往1毫米或更大点的焦点直径就足够了。利用所述系统例如可行的是，使两个插在一起的管子相互焊接。采用传统的系统，只有在走绕道的情况下这才可能做到。

若该反射镜系统具有各带有一个转动轴的两个能运动的反射镜，则这些反射镜可以用电流计式(galvanometrischen)驱动装置特别迅速地移动并因此把该激光束定位和引导到工件上的加工点上。由此能够在工件上达到短的加工持续时间、高的加工速度或移动速度(示例性地用于准同时焊接)和高的生产能力。