專利名稱：用于借助激光束和激光束的動態(tài)束轉(zhuǎn)向?qū)ぜM(jìn)行激光加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于借助激光束對工件進(jìn)行激光加工的方法，激光束在轉(zhuǎn)向鏡 的第一鏡面上和在轉(zhuǎn)向鏡的至少一個被第一鏡面至少部分地圍繞的第二鏡面上被轉(zhuǎn)向。 本發(fā)明也涉及一種用于激光加工的激光束的轉(zhuǎn)向鏡，包括第一鏡面和至少一個被第一鏡 面至少部分地圍繞的第二鏡面，以及一種具有至少一個這樣的轉(zhuǎn)向鏡的激光加工頭。
背景技術(shù)：
將具有多個鏡面的轉(zhuǎn)向鏡尤其用于激光加工是眾所周知的，其中，這樣的轉(zhuǎn)向 鏡的用途可能不同。例如，在JP01271088A中描述了一種激光加工機(jī)，其中激光束的外部的部分區(qū) 域和內(nèi)部的部分區(qū)域之間的相位差通過以下方式來補(bǔ)償轉(zhuǎn)向鏡的運(yùn)動的內(nèi)部鏡元件相 對于外部鏡元件的位置借助為此設(shè)置的直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)改變。由JP2005314198A公知一種裝置，其中為了優(yōu)化用于玻璃切割的激光切割機(jī)而 調(diào)節(jié)激光加工束的橫截面形狀和強(qiáng)度分布，其方式是使用具有多個其傾斜度可調(diào)的鏡分 段的棱鏡或形狀可變的鏡使激光束轉(zhuǎn)向。GB1433563也描述了一種用于玻璃切割的激光加工機(jī)，其中，較小的鏡面在激 光束的光路中設(shè)置在較大的鏡面前面。兩個鏡面能夠通過伺服馬達(dá)驅(qū)動，以使激光束轉(zhuǎn) 向到沿著構(gòu)成在玻璃表面上的切割線的兩個不同的焦點(diǎn)上。DE102004043895A1描述一種微加工方法，其中多個可相互獨(dú)立地定位的束控制 元件使在束控制元件裝置中接收到的激光束指向襯底上的可選地點(diǎn)。激光束聚焦模塊的 數(shù)量與束控制元件相適配，以將每個分束會聚到襯底上。DE10220324A1描述了一種用于反(射)折射投影物鏡的作為光瞳濾波器的凹面 鏡，該凹面鏡設(shè)置在物鏡的光瞳面的區(qū)域中。該凹面鏡被分成若干個環(huán)形的或蜂窩形的 鏡分段，這些鏡分段借助壓電驅(qū)動元件相互獨(dú)立地相對于彼此運(yùn)動。該鏡可以作為移相 的光瞳濾波器使用，其中，濾波功能通過這些鏡元件相對于彼此的相對移動來調(diào)節(jié)，其 方式是通過壓電元件抬升或降低這些鏡元件。分段化的轉(zhuǎn)向鏡在激光束焊接中的應(yīng)用通常用于產(chǎn)生更大的蒸汽道(Keyhole)， 由此構(gòu)成更大的熔池體積。蒸汽道的增大可以例如通過雙焦點(diǎn)焊接或串聯(lián)焊接實(shí)現(xiàn)， 其中激光束例如通過V形鏡分成兩個分束，這些分束接著被會聚到兩個緊密相鄰的焦點(diǎn) 上。這允許在焊接過程期間產(chǎn)生的氣體能夠更好地溢出到表面上并且由此將焊縫中的通 過形成氣孔產(chǎn)生的薄弱部位減少到最少。例如由EP0823304A1公知了一種用于雙焦點(diǎn)焊接的光 學(xué)系統(tǒng)。在那里，激光束 在轉(zhuǎn)向鏡上被分成多個具有不同光軸的分束。在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向鏡由外部的鏡元 件和內(nèi)部的鏡元件構(gòu)成，其中，外部的鏡元件具有圓柱形的中心孔，內(nèi)部的鏡元件裝配 在該中心孔中，從而內(nèi)部的鏡元件和外部的鏡元件可相對于彼此旋轉(zhuǎn)以及可軸向移動，由此允許調(diào)節(jié)與第一或第二分束相對應(yīng)的焦點(diǎn)在兩個待接合起來的工件上的相對位置。在調(diào)節(jié)出焦點(diǎn)的期望的相對位置之后，通過鏡元件相對于彼此的固定使調(diào)節(jié)出的位置固定。通過雙焦點(diǎn)焊接增大蒸汽道的缺點(diǎn)在于與僅具有一個焦點(diǎn)的激光焊接相比需要 的區(qū)間能量更大。由電子束焊接已知，借助擺動鏡使束橫向于焊接坡口高頻地擺動，即 以超過2000Hz的頻率和小于一毫米的擺動幅值擺動。在EP0823304A1中，在一種實(shí)施 方式中也設(shè)有用于使分束轉(zhuǎn)向的另外的鏡，該另外的鏡執(zhí)行振蕩運(yùn)動，使得工件上的兩 個焦點(diǎn)能夠在垂直于焊接線的方向上執(zhí)行擺動運(yùn)動。US5690845也描述一種用于激光加工的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具有作為用于將 激光束分裂成多個分束的裝置的第一轉(zhuǎn)向鏡。與第一轉(zhuǎn)向鏡分開的第二轉(zhuǎn)向鏡將這些分 束會聚到多個焦點(diǎn)上。在一種實(shí)施方式中，第一轉(zhuǎn)向鏡具有兩個或更多個平的鏡部分， 這些鏡部分能夠相互獨(dú)立地傾斜。在另一種變換的實(shí)施方式中，第一轉(zhuǎn)向鏡具有多個圍 繞激光束的光軸同心地設(shè)置的凹的、凸的或平的鏡面。第一轉(zhuǎn)向鏡在這里可以分別作為 整體在給定的方向上傾斜或者旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生焦點(diǎn)在工件上的擺動的或螺旋形的運(yùn)動。激光束的用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的動態(tài)轉(zhuǎn)向和運(yùn)動通常如在以上例子中那樣借助所 謂的掃描鏡實(shí)現(xiàn)，其中整個鏡面借助振動子驅(qū)動裝置圍繞一軸線旋轉(zhuǎn)。如果這樣的鏡被 置入到光路中的一個位置上(在該位置上激光束具有大直徑)，則為此需要大的且由此重 的鏡。這將最大可能的擺動頻率限制在<< 1500Hz的值。只有當(dāng)鏡設(shè)置在束腰附近的 焦散面的收斂或發(fā)散部分中(例如對于具有中間焦點(diǎn)的系統(tǒng))或者在光纜的端部附近中 時，才允許實(shí)現(xiàn)較小的鏡和由此較高的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種方法、一種轉(zhuǎn)向鏡和一種具有這樣的轉(zhuǎn)向鏡的激光加 工頭，它們即便在使用大的束橫截面時也允許用于激光加工的激光束高動態(tài)地轉(zhuǎn)向。該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過開頭所述類型的方法解決，其中在激光加工期間第二鏡 面執(zhí)行相對于優(yōu)選位置固定的第一鏡面的擺動運(yùn)動。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)來自轉(zhuǎn)向鏡的整個 鏡面的僅一個小部分(第二鏡面)高動態(tài)地擺動時，尤其當(dāng)激光束的大部分出現(xiàn)在該部 分上時，就足以產(chǎn)生增大蒸汽道(Keyhole)的期望效果。激光束的在擺動的第二鏡面上被 反射的部分接下來被會聚在一個焦點(diǎn)上，該焦點(diǎn)圍繞由激光束的在第一鏡面上被反射的部 分產(chǎn)生的位置固定的焦點(diǎn)執(zhí)行擺動運(yùn)動。不言自明，第一鏡面優(yōu)選直接地連接到第二鏡面 上，以盡可能使所有激光功率轉(zhuǎn)向。在這里，在第一和第二鏡面之間在必要時可以視功能 而定保留寬度約為0.02_的小間隙，該小間隙允許第二鏡面相對于第一鏡面相對運(yùn)動。不言自明，也可以設(shè)置兩個或更多個允許激光束高動態(tài)地轉(zhuǎn)向的第二鏡面，其 中，激光束的各個被這些動態(tài)運(yùn)動的鏡面反射的部分典型地會聚到各自的焦點(diǎn)上。第一 鏡面也可以在必要時被分成多個分面(棱面)。擺動運(yùn)動在本申請的意義上被理解為圍繞 靜止位置的協(xié)調(diào)的振蕩運(yùn)動。在一種優(yōu)選變型中，第二鏡面相對于第一鏡面執(zhí)行具有大于1000Hz、優(yōu)選大于 2000Hz、尤其大于3000Hz的擺動頻率的擺動運(yùn)動。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，第二鏡面 可以選擇得比較小，例如200mm2或者更小，使得其上構(gòu)成鏡面的鏡元件的質(zhì)量可以被選擇得足夠小，以便達(dá)到上面給出的高擺動頻率。在另一種有利的變型中，第二鏡面相對于第一鏡面執(zhí)行形式為傾斜運(yùn)動、旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動和/或直線運(yùn)動的擺動運(yùn)動。尤其地，將擺動運(yùn)動實(shí)現(xiàn)為傾斜運(yùn)動在這里被證明是 有利的，其中，傾斜典型地圍繞一個或 兩個在第一鏡面的平面中延伸的軸進(jìn)行。直線運(yùn) 動可以垂直于第一鏡面地進(jìn)行并且與傾斜運(yùn)動一樣借助壓電致動器轉(zhuǎn)化。為了實(shí)現(xiàn)傾斜 運(yùn)動，第二鏡面或其上構(gòu)成由第二鏡面的鏡元件可以支承在固體鉸鏈上。變換地或附加 地，也可以發(fā)生第二鏡面相對于第一鏡面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中，旋轉(zhuǎn)軸典型地以相對于第 二鏡面的角度(不等于90° )延伸，如在開頭引用的EP0823304A1中對于旋轉(zhuǎn)角的固定 調(diào)節(jié)所述的那樣。如果例如第二鏡面相對于第一鏡面傾斜地設(shè)置并且圍繞垂直于第一鏡 面的軸線旋轉(zhuǎn)，則激光束在工件上執(zhí)行圓形的運(yùn)動。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以使用 例如電動機(jī)來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在一種特別優(yōu)選的變型中，優(yōu)選環(huán)形的第一鏡面和優(yōu)選圓形的第二鏡面同心地 設(shè)置。其上出現(xiàn)大部分激光功率(例如86%)的內(nèi)部鏡面在這里被擺動，以便在激光加 工中產(chǎn)生具有高的束功率的擺動的焦點(diǎn)。環(huán)形的外部鏡面保持位置固定并且引起激光束 (例如以45° )恒定地轉(zhuǎn)向到位置固定的具有較小激光功率(例如14%)的焦點(diǎn)上。不 言自明，不僅環(huán)形的鏡面，而且其它的、尤其橢圓形狀的鏡面可能是有利的。在一種有利的變型中，第一鏡面構(gòu)成在第一鏡元件上，第二鏡面構(gòu)成在第二鏡 元件上，其中，第一鏡元件優(yōu)選以液體冷卻，第二鏡元件優(yōu)選以氣體冷卻。對于在激光 加工中典型地出現(xiàn)的高激光功率而言，鏡元件的冷卻有利于保護(hù)鏡元件免受由過強(qiáng)的溫 度變化引起的損壞和/或變形。尤其地，第二鏡元件在這里應(yīng)以氣體冷卻(例如以氮或 空氣)，因?yàn)橛靡后w冷卻由于附加的質(zhì)量會減小擺動頻率。在一種特別優(yōu)選的變型中，激光束的強(qiáng)度的超過50%、優(yōu)選超過70%、尤其超 過80%的份額在第二鏡面上被轉(zhuǎn)向。在被第一和第二鏡面反射的束份額接下來會聚時， 以這種方式產(chǎn)生功率強(qiáng)的、擺動的焦點(diǎn)，其圍繞具有較小束強(qiáng)度的固定的焦點(diǎn)擺動，這 對于激光加工被證明是特別有利的。不言自明，激光功率的出現(xiàn)在第一或第二鏡面上的 相對份額允許通過改變出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向鏡上的激光束的束直徑來調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一個方面在開頭所述類型的轉(zhuǎn)向鏡中實(shí)現(xiàn)，其中第二鏡面能以大于 1000Hz、優(yōu)選大于2000Hz、尤其大于3000Hz的擺動頻率相對于第一鏡面擺動地被支 承。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)向鏡具有用于產(chǎn)生第二鏡面相對于第一鏡面的擺動運(yùn)動的驅(qū)動裝置。根 據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向鏡尤其可以用于激光加工，以實(shí)現(xiàn)激光束焦點(diǎn)在該/這些待加工工件上 的具有高頻率的擺動運(yùn)動。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，驅(qū)動裝置被設(shè)計用于產(chǎn)生第二鏡面相對于第一鏡面的 形式為傾斜運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和/或直線運(yùn)動的擺動運(yùn)動。如上所述，擺動裝置能夠以各 種方式實(shí)現(xiàn)，其中，必要時也可以使兩個擺動運(yùn)動疊加，例如其方式是疊加的傾斜運(yùn)動 圍繞兩個相互垂直的傾斜軸線進(jìn)行，例如以便達(dá)到焦點(diǎn)的螺旋形運(yùn)動，如在開頭引用的 US5690845中所示，該文獻(xiàn)在這個方面通過引用作為本申請的內(nèi)容。在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，驅(qū)動裝置具有至少一個用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的壓電 致動器。借助壓電致動器尤其能夠?qū)崿F(xiàn)第二鏡面的具有高擺動頻率的傾斜運(yùn)動和/或直 線運(yùn)動。
在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，第一鏡面構(gòu)成在位置固定地被支承的第一鏡元件上，第一鏡元件優(yōu)選具有用于將冷卻氣體輸入到第二鏡元件上的輸入裝置，在第二鏡元件上 構(gòu)成第二鏡面。作為輸入裝置可以在第一鏡元件中設(shè)置例如噴嘴。在一種優(yōu)選的擴(kuò)展構(gòu)型中，第一鏡面構(gòu)成在盤狀元件上并且放置在第一鏡元件 的基體上，其中，在基體中優(yōu)選開設(shè)用于導(dǎo)通冷卻液體的冷卻通道和/或用于導(dǎo)通用于 第二鏡元件的冷卻氣體的另外的冷卻通道。該基體可以由合金鋼制成，由此能夠達(dá)到高 穩(wěn)定性和鏡面的小變形。盤狀鏡面優(yōu)選由銅或鋁組成。基體和鏡面可以例如通過釬焊或 粘接相互連接。為了冷卻第一鏡元件可以使用水，水例如通過基體中的環(huán)形槽流動。將 第一鏡元件一分為二地分成基體和具有鏡面的盤狀元件的優(yōu)點(diǎn)在于，冷卻介質(zhì)可以靠近 鏡表面地沿著傳導(dǎo)。在另一種有利的實(shí)施方式中，第二鏡面構(gòu)成在可運(yùn)動地被支承且優(yōu)選單件式的 第二鏡元件上。第二鏡元件可以支承在一個或多個固體鉸鏈上，以允許擺動運(yùn)動。在一種特別有利的擴(kuò)展構(gòu)型中，在優(yōu)選金屬的第二鏡元件中開設(shè)用于導(dǎo)通冷卻 氣體的槽。第二鏡元件優(yōu)選由銅或鋁組成。因?yàn)榈诙R元件受到高的輻射功率，所以它 必須被冷卻，其中，優(yōu)選氣體通過銑出在第二鏡元件中的槽引導(dǎo)。為了更好的熱交換， 這些槽可以構(gòu)造成香蕉形的。本發(fā)明的另一方面在用于將激光束引導(dǎo)到工件上的激光加工頭中實(shí)現(xiàn)，該激光 加工頭包括至少一個上述的轉(zhuǎn)向鏡，其中，在激光加工頭中優(yōu)選設(shè)有用于激光束的聚 焦裝置。具有這樣的轉(zhuǎn)向鏡的激光加工頭被設(shè)計成將激光束會聚到兩個或更多個焦點(diǎn) 上，其中至少一個焦點(diǎn)在激光加工期間執(zhí)行擺動運(yùn)動。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向鏡設(shè)置在聚焦裝置前面或后面的光路中或者構(gòu)造 成聚焦裝置。在將轉(zhuǎn)向鏡設(shè)置在聚焦裝置后面的收斂的光路中的情況下，待擺動的第二 鏡面可以被縮小，由此可以將擺動頻率選擇得更大。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)向鏡例如設(shè)計成凹面反 射鏡時，轉(zhuǎn)向鏡本身也可以用作聚焦裝置。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)從說明書和附圖中得出。上述的和有待繼續(xù)說明的特征同樣 可以單獨(dú)地或者成組地以任意的組合使用。所示的和所述的實(shí)施方式不應(yīng)理解為窮盡性 列舉，而是具有用于描述本發(fā)明的示例性的特征。


其示出圖la-c以俯視圖和以側(cè)視圖示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向鏡的實(shí)施方式的示意圖，圖2a，b示出根據(jù)本發(fā)明的具有轉(zhuǎn)向鏡的激光加工頭的兩個實(shí)施方式的示意圖，圖3a，b示出圖1的轉(zhuǎn)向鏡的內(nèi)部鏡元件的立體圖，圖4示出圖1的轉(zhuǎn)向鏡的外部鏡元件的立體圖，和圖5a，b示出用于根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向鏡的內(nèi)部鏡元件的支承裝置的例子的示意 圖。
具體實(shí)施例方式圖Ia-C示出用于激光束2的轉(zhuǎn)向鏡1，該轉(zhuǎn)向鏡的圓形鏡面被分成外部的第一鏡面3和內(nèi)部的第二鏡面4。激光束2的束直徑D在這里被這樣地選擇，使得該激光束完全在兩個鏡面3、4上被反射。第一和第二鏡面3、4在這里同心地設(shè)置并且僅通過窄的 間隙5相互隔開，使得激光束2的幾乎100%的強(qiáng)度在轉(zhuǎn)向鏡1上被反射。圓形的第二鏡 面4被可運(yùn)動地支承，環(huán)形的第一鏡面3被靜止地支承，其中，第二鏡面4的支承被這樣 地設(shè)計，使得該第二鏡面能夠執(zhí)行形式為沿著一軸線的傾斜運(yùn)動的擺動運(yùn)動，該軸線經(jīng) 過第二鏡面4的中心點(diǎn)M或者經(jīng)過垂直于第二鏡面4穿過中心點(diǎn)M延伸的軸線上的一個 點(diǎn)以及平行于第一鏡面3的平面延伸。傾斜軸線的方向?qū)?yīng)于在圖Ia中所示的XYZ坐 標(biāo)系的X軸或Y軸的方向。如在圖lb、Ic中所示，第二鏡面4能夠從初始位置(圖lb)運(yùn)動到傾斜位置(圖 Ic)中，在初始位置中第二鏡面位于與第一鏡面3相同的平面中，其中，最大傾斜角α典 型地位于士 1.1毫弧度。第一和第二鏡面3、4之間的間隙5具有一寬度，該寬度被這樣 地選擇，使得第二鏡面4能夠以最大傾斜角相對于第一鏡面3傾斜。在上面給出的最大 傾斜角的選擇情況下，間隙寬度最小為約0.02毫米。入射的激光束2的束橫截面D與鏡面3、4的大小相一致并且被這樣地設(shè)計，使 得(例如)具有86%的激光功率的第二分束2b被第二鏡面4反射，以便使該第二分束實(shí) 施擺動運(yùn)動。為了能夠利用剩下的14%激光功率，環(huán)形的第一鏡面3圍繞第二鏡面4設(shè) 置。激光束2的第一分束2a被第一鏡面3反射，經(jīng)反射的第一分束與入射的激光束2在 XY平面(轉(zhuǎn)向平面)中圍成例如45°的恒定角度。上述類型的束劃分具有以下優(yōu)點(diǎn)可通過小的第二鏡面4實(shí)現(xiàn)高的擺動頻率以 及通過設(shè)置圍繞第二鏡面4的第一鏡面3幾乎不損失激光功率。第二鏡面4在這里可以 具有例如小于15.8毫米的直徑，使得擺動的第二鏡面4足夠小，以至于使第二鏡面達(dá)到 超過3000赫茲的擺動頻率。此外可行的是，通過改變激光束1的直徑D將更多或更少的 功率射入到擺動的第二鏡面4上。尤其地，也可以通過非常小的第二鏡面4使超過一半 的現(xiàn)有激光功率偏擺，因?yàn)榧す馐谑鴻M截面上的強(qiáng)度分布基本上相應(yīng)于高斯分布，在 高斯分布中大部分的束強(qiáng)度集中在第二鏡面4的中心點(diǎn)M附近。圖2a示出激光加工頭6的第一變型，其中安裝有圖la-c的轉(zhuǎn)向鏡1，以便執(zhí)行 用于沿著加工方向8連接兩個工件部分7a、7b的激光加工過程。激光加工頭6為了使來 自未示出的束引導(dǎo)裝置的、平行校準(zhǔn)的激光束2轉(zhuǎn)向而具有第一轉(zhuǎn)向鏡9。被轉(zhuǎn)向的激光 束2隨后遇到圖la-c的轉(zhuǎn)向鏡1并且被該轉(zhuǎn)向鏡分成兩個分束2a、2b，它們?yōu)榱撕喕?圖2a中通過一個唯一的束代表。轉(zhuǎn)向鏡1被這樣地設(shè)置，使得轉(zhuǎn)向鏡的中心點(diǎn)M位于 激光束2的光軸10上。在轉(zhuǎn)向鏡1之后的光路中設(shè)有聚焦鏡11，分束2a、2b被該聚焦 鏡會聚在工件部分7a、b之間的加工區(qū)12上，在加工方向8上在該加工區(qū)后面形成焊縫 13。通過這些分束的會聚在加工區(qū)12上產(chǎn)生兩個焦點(diǎn)(未示出)。功率更強(qiáng)的焦點(diǎn) (例如具有86%激光功率)在此圍繞固定的焦點(diǎn)(例如具有14%激光功率)例如以0.6毫 米的偏移垂直于加工方向8擺動，如在圖2a中通過鋸齒形的線表示的那樣。在這里，擺 動頻率在激光加工期間通常保持不變，但是在必要時也可以改變。在圖2b中所示的轉(zhuǎn)向鏡1在激光加工頭6中的布置的變型與結(jié)合圖2a描述的變 型的區(qū)別僅僅在于，轉(zhuǎn)向鏡1和聚焦鏡11的位置互換，該聚焦鏡使激光束2轉(zhuǎn)向45°。因此 ，轉(zhuǎn)向鏡1被設(shè)置在部分會聚的光路中并且使部分會聚的激光束2進(jìn)一步以45°向加 工區(qū)12轉(zhuǎn)向。在該變型中，轉(zhuǎn)向鏡1的直徑由此可以選擇比結(jié)合圖2a描述的變型的轉(zhuǎn) 向鏡直徑更小，因此在該變型中能夠以典型方式達(dá)到更高的擺動頻率。下面根據(jù)圖3至5描述用于達(dá)到高擺動頻率的轉(zhuǎn)向鏡1的構(gòu)造的例子。圖3a、 3b在這里示出第二鏡元件14，在第二鏡元件的頂面上構(gòu)成第二鏡面4。第二鏡元件14由 金屬材料(銅、鋁等)制成，該第二鏡元件由于高的束功率而必須被冷卻。為此目的， 在第二鏡元件14的底面上銑出作為冷卻通道15的槽，這些冷卻通道為了更好的熱交換被 實(shí)施為香蕉形的。通過冷卻通道15傳導(dǎo)冷卻氣體(空氣、氮等)，因?yàn)槔鋮s液體的使用 由于附加的待運(yùn)動的質(zhì)量并且由于軟管和接頭的衰減作用對第二鏡元件14的擺動頻率具 有負(fù)面影響?；旧媳P狀構(gòu)造的第二鏡元件14在這里具有典型地小于5克的質(zhì)量。圖4示出第一鏡元件16，其中在由合金鋼制成的基體17上構(gòu)成由銅制成的環(huán)形 的盤狀元件18，該盤狀元件的頂面構(gòu)成第一鏡面3，其中，基體17和盤狀元件18例如通 過釬焊相互連接。水被用于冷卻第一鏡元件16，水通過作為冷卻通道19的基本上環(huán)形的 槽傳導(dǎo)。另外的冷卻通道20用于將冷卻氣體導(dǎo)通到噴嘴21a、21b，這些噴嘴作為輸入裝 置用于將冷卻氣體輸入到第二鏡元件14的冷卻通道15并且同樣被銑削到基體17中。顯 然，其它的未示出的冷卻通道被開設(shè)用于排出基體17中的冷卻氣體。通過將第一鏡元件 16分成基體17和盤狀元件18，使得冷卻介質(zhì)能夠幾乎沿著鏡表面3引導(dǎo)。為了達(dá)到第二鏡面4或第二鏡元件14的高運(yùn)動頻率，如在圖5a中所示，該第二 鏡元件可圍繞平行于第一鏡面3的軸線傾斜支承地裝配在作為驅(qū)動裝置的壓電傾斜系統(tǒng) 22a上。該第二鏡元件14在這里設(shè)置在載體元件25上。壓電致動器23組合在該傾斜系 統(tǒng)22a中并且允許驅(qū)動第二鏡元件14，該第二鏡元件支承在固體鉸鏈24上。在作為驅(qū)動 裝置的壓電傾斜系統(tǒng)22a的在圖5b中所示的變換實(shí)施方式中，設(shè)有四個壓電致動器，在 圖5b中示出其中兩個壓電致動器23a、23b，它們允許第二鏡元件14在Z方向上傾斜。兩 個另外的、未示出的壓電致動器允許圍繞垂直于圖面的軸線(X軸，參見圖la)的傾斜， 從而第二鏡元件14能夠在所有方向上傾斜。固體鉸鏈24彈性地構(gòu)造，使得通過以相同的 電壓同時地控制所有的壓電致動器能夠?qū)崿F(xiàn)第二鏡元件14的直線運(yùn)動。顯然，作為在這 里描述的運(yùn)動形式的變換，例如也可以例如借助電動機(jī)實(shí)現(xiàn)第二鏡面4相對于第一鏡面3 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此外顯然的是，轉(zhuǎn)向鏡1不必一定具有圓的鏡面3、4，而是也可以為鏡面選擇 其它的造型，例如橢圓的形狀。轉(zhuǎn)向鏡也不是一定要構(gòu)造成平面鏡，鏡面3、4也可以 (例如橢圓形地、拋物線地)彎曲。在這種情況下，轉(zhuǎn)向鏡也可以作為聚焦鏡使用。
權(quán)利要求
1.用于借助激光束(2)對工件(7a，7b)進(jìn)行激光加工的方法，所述激光束在轉(zhuǎn)向鏡 (1)的第一鏡面(3)上和在轉(zhuǎn)向鏡(1)的至少一個被所述第一鏡面(3)至少部分地圍繞的 第二鏡面(4)上被轉(zhuǎn)向，其特征在于，在所述激光加工期間所述第二鏡面(4)執(zhí)行相對于 優(yōu)選位置固定的所述第一鏡面(3)的擺動運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第二鏡面(4)相對于所述第一鏡面(3) 執(zhí)行具有大于1000Hz、優(yōu)選大于2000Hz、尤其大于3000Hz的擺動頻率的擺動運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述第二鏡面(4)相對于所述第一鏡面(3)執(zhí)行形式為傾斜運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和/或直線運(yùn)動的擺動運(yùn)動。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，優(yōu)選環(huán)形的所述第一鏡面(3)和優(yōu)選 圓形的所述第二鏡面(4)同心地設(shè)置。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述第一鏡面(3)構(gòu)成在第一鏡元件 (16)上，所述第二鏡面(4)構(gòu)成在第二鏡元件(14)上，其中，所述第一鏡元件(16)優(yōu)選 以液體冷卻，所述第二鏡元件(14)優(yōu)選以氣體冷卻。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述激光束(2)的強(qiáng)度的超過 50%,優(yōu)選超過70%、尤其超過80%的份額在所述第二鏡面(4)上被轉(zhuǎn)向。
7.用于激光加工的激光束(2)的轉(zhuǎn)向鏡(1)，包括 第一鏡面⑶，至少一個被所述第一鏡面(3)至少部分地圍繞的第二鏡面(4)， 其特征在于，所述第二鏡面(4)能以大于1000Hz、優(yōu)選大于2000Hz、尤其大于3000Hz的擺動頻 率相對于所述第一鏡面(3)擺動地被支承。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向鏡具有用于產(chǎn)生所述第二鏡面(4)相對于所述第一鏡面(3)的具有大于1000Hz、優(yōu)選大于2000Hz、尤其大于3000Hz的 擺動頻率的擺動運(yùn)動的驅(qū)動裝置(22a，22b)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(22a，22b)被設(shè)計用于產(chǎn) 生所述第二鏡面(4)相對于所述第一鏡面(3)的形式為傾斜運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和/或直線運(yùn) 動的擺動運(yùn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(22a，22b)具有至少 一個用于產(chǎn)生所述擺動運(yùn)動的壓電致動器(23; 23a, 23b)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，所述第一鏡面(3)構(gòu)成在位置 固定地被支承的第一鏡元件(16)上，所述第一鏡元件優(yōu)選具有用于將冷卻氣體輸入到第 二鏡元件(14)上的輸入裝置(21a，21b)，在所述第二鏡元件上構(gòu)成所述第二鏡面(4)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，所述第一鏡面(3)構(gòu)成在盤狀元件(18) 上，所述盤狀元件放置在所述第一鏡元件(16)的基體(17)上，其中，在所述基體(17) 中優(yōu)選開設(shè)用于導(dǎo)通冷卻液體的冷卻通道(19)和/或用于導(dǎo)通用于所述第二鏡元件(14) 的冷卻氣體的另外的冷卻通道(20)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12之一的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，所述第二鏡面(4)構(gòu)成在可運(yùn) 動地被支承且優(yōu)選單件式的第二鏡元件(14)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的轉(zhuǎn)向鏡，其特征在于，在優(yōu)選金屬的所述第二鏡元件(14)中開設(shè)用于導(dǎo)通冷卻氣體的槽(15)。
15.用于將激光束(2)引導(dǎo)到工件(7a，7b)上的激光加工頭(6)，包括至少一個根 據(jù)權(quán)利要求7至14之一的轉(zhuǎn)向鏡(1)，其中，在所述激光加工頭(6)中優(yōu)選設(shè)有用于所述 激光束(2)的聚焦裝置(11)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的激光加工頭，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向鏡(1)設(shè)置在所述聚焦裝 置(11)前面或后面的光路中或者構(gòu)造成聚焦裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助激光束(2)對工件(7a，7b)進(jìn)行激光加工的方法，所述激光束在轉(zhuǎn)向鏡(1)的第一鏡面(3)上和在轉(zhuǎn)向鏡(1)的至少一個被所述第一鏡面(3)至少部分地圍繞的第二鏡面(4)上被轉(zhuǎn)向。在這里，在所述激光加工期間所述第二鏡面(4)執(zhí)行相對于優(yōu)選位置固定的所述第一鏡面(3)的擺動運(yùn)動。本發(fā)明也涉及一種用于激光加工的激光束(2)的轉(zhuǎn)向鏡(1)，包括第一鏡面(3)和至少一個被所述第一鏡面(3)至少部分地圍繞的第二鏡面(4)，其中，所述第二鏡面(4)能以大于1000Hz、優(yōu)選大于2000Hz、尤其大于3000Hz的擺動頻率相對于所述第一鏡面(3)擺動地被支承。本發(fā)明還涉及一種具有這樣的轉(zhuǎn)向鏡(1)的激光加工頭(6)。
文檔編號B23K26/00GK102015189SQ200980115818
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月2日
發(fā)明者S·伯克曼, W·安德烈亞施 申請人:通快激光與系統(tǒng)工程有限公司