[发明专利]用于引导激光束的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于引导激光束用来加工工件的设备，所述设备包括具有可移动的镜的镜装置，用于产生激光束到聚焦光学系统上的定位角用来调整激光束在工件上的横向偏移，并且用于产生激光束在聚焦光学系统上的横向偏移用来调整激光束在工件上的入射角。

此外，本发明涉及用于引导激光束用来加工工件的方法，其中利用具有可移动的镜的镜装置，产生激光束到聚焦光学系统上的定位角，用于调整激光束在工件上的横向偏移，并且产生激光束在聚焦光学系统上的横向偏移，用于调整激光束在工件上的入射角，并且其中通过相应地移动镜，在预先给定的围绕光轴伸展的轨道上以预先给定的角度在工件上引导激光束。

背景技术

由WO2006/021442已知这样的设备。该文件将扫描头描述为激光钻孔和切割装置的部分，所述激光钻孔和切割装置具有在激光的光程中所布置的一系列以下组件：

与对平行的射束位移进行调节的摆动单元连接的强度调节射束衰减单元、对激光的射束横截面进行放大的射束扩展器望远镜、引导激光束的焦点的扫描块和将激光束聚焦到试样上的工作单元以及可选地在光程中可耦合输入的附加的检验和控制单元。

摆动单元由两个平面平行的、可转动的窗构建，并且能够实现穿透的激光束的侧向偏移。通过窗的旋转，激光束遵循围绕光轴的闭合的轨道。侧向偏移并且因此闭合的轨道的直径通过射束扩展器望远镜被放大。此外，激光束的焦点可以通过射束扩展器望远镜在传播方向上被推移。由于射束偏移，在光轴之外的激光束被转向到聚焦工作单元上，使得激光束在工作单元之后以与所调整的偏移有关的角度射到要加工的工件上。通过布置在射束扩展器望远镜之后的扫描块，激光束利用镜装置在X或者Y方向上被偏转。这样以一角度射到聚焦工作单元上的激光束相应地在光轴之外射到工件上。通过摆动单元和紧接着的射束扩展器望远镜，因此预先给定激光束到工件上的入射角，而扫描块的镜装置能够实现激光束在工件上的侧向偏移。通过相应地旋转摆动单元的窗和由扫描块动态地偏转激光束，激光束以可预先给定的角度在闭合的在其伸展中通过扫描块可预先给定的轨道上围绕光轴旋转地被引导到工件上。这例如能够实现具有与圆形形状不同的几何形状和负圆锥度的孔的钻孔。

在根据WO2006/021442构建的系统情况下，扫描块中的大的所需要的扫描镜是不利的，因为射束以前通过射束扩展器望远镜已经被扩张和侧向偏移。此外，摆动单元的旋转的窗需要非常大的扫描角度或者具有高惯性的厚的窗，以便产生所需要的射束偏移。两个要求导致对系统的动力学的明显限制。扫描镜的大小此外要求最大定位角和可获得的动力学之间的折衷。由此在典型的系统中，最大定位角被限制为大约5°。利用两个旋转的窗构建的摆动单元的另一缺点在于由温度波动引起的焦点转移。

文件DE102011006152描述用于调整和改变电磁辐射、尤其用于应用在加工系统中的激光束的横向位移和传播角度的穿孔光学系统（Trepanieropik）。

穿孔光学系统的特征在于：

-用于反射入射的电磁辐射的输入侧的、以致动器方式（aktuatorisch）被驱动的倾斜镜装置，和

-用于将所反射的电磁辐射继续传导到穿孔光学系统的输出侧的至少一个输出侧的、以致动器方式被驱动的倾斜镜装置，

-其中所述至少两个倾斜镜装置借助于控制装置分别地围绕两个正交的倾斜轴彼此无关地可倾斜地这样被驱动，使得电磁辐射的传播角度（φ）和横向位移（v）可以彼此无关地可变地被调整。以致动器方式被驱动的倾斜镜装置在此可以通过压电致动器或者线性驱动器被操作或者被实施为电流计镜。激光束的角度以及侧向偏移纯反射地在聚焦单元之前被调整。通过聚焦单元，侧向偏移被转换为角度并且定位角被转换为侧向偏移，并且激光束被转向到要加工的工件上。倾斜镜装置通过其可自由移动的镜能够实现入射角和轨道的自由的预设，在所述轨道上激光束被转向到工件上方。在此，倾斜镜的小的质量能够实现系统的高动力学。

然而为了在聚焦单元之前获得激光束的足够的横向偏移用来在聚焦单元之后产生期望的传播角度，需要以倾斜镜装置内的精确地对准的折叠镜形式的昂贵的光学系统或者长的非紧凑的光路。

因此，本发明的任务是提供相对简单地构建的光学设备，所述光学设备将激光束以高的动力学以期望的角度并且在界限中自由可选择的轨道上转向到要加工的工件上。本发明的任务此外是提供相应的方法。

发明内容