本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)激光剝除來(lái)對(duì)輥進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的裝置，該裝置具有：輥容納設(shè)備，其設(shè)置用于容納待結(jié)構(gòu)化的輥；激光源，其設(shè)置用于產(chǎn)生一系列激光脈沖；以及光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置用于將從激光源產(chǎn)生的激光脈沖對(duì)準(zhǔn)到容納在輥容納設(shè)備中的輥的表面上。此外，本發(fā)明還涉及到一種用于通過(guò)激光剝除、特別是通過(guò)使用前述的裝置來(lái)對(duì)輥進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的方法，其中以光學(xué)系統(tǒng)來(lái)將激光脈沖對(duì)準(zhǔn)到待結(jié)構(gòu)化的輥的表面上，從而在通過(guò)激光脈沖照射的加工場(chǎng)中通過(guò)激光剝除將輥結(jié)構(gòu)化。

背景技術(shù)：

為了制造例如像是具有結(jié)構(gòu)化(紋理化的)表面的鋼板這樣的扁平制品，在現(xiàn)有技術(shù)中使用到了所謂的修整輥，這些修整輥具有結(jié)構(gòu)化的表面。這些結(jié)構(gòu)化的表面在軋制品上滾軋過(guò)程中產(chǎn)生傳遞，從而在軋制品上產(chǎn)生相應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)化。

為了給像是前述的修整輥這樣的輥配設(shè)適合的表面結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)中已知不同的方法。這些方法總體上分為用于制造確定性的表面結(jié)構(gòu)的方法以及用于制造隨機(jī)的表面結(jié)構(gòu)的方法。

為了制造隨機(jī)的表面結(jié)構(gòu)尤其使用到噴丸法(Shot-Blast-Verfahren)，其中將由硬鑄物組成的、有棱角的鋼粒拋擲到旋轉(zhuǎn)中的輥的待結(jié)構(gòu)化的輥表面上。這樣得到的粗糙結(jié)構(gòu)與類似山形的、相互過(guò)渡的、塑料的單一變形處的隨機(jī)分布相應(yīng)。然而由于過(guò)程參數(shù)的過(guò)大的分散范圍，這種噴丸法的可再現(xiàn)性是不足夠的。

用于以隨機(jī)的表面結(jié)構(gòu)來(lái)制造結(jié)構(gòu)化的薄板的另一方法從發(fā)表物“Stahl und Eisen(鋼和鐵)”118(1998)編號(hào).3，第75-80頁(yè)中已知。在此，用于薄板結(jié)構(gòu)化的輥在封閉的反應(yīng)系統(tǒng)中以耐磨的鉻-多層系統(tǒng)覆層。鉻-多層系統(tǒng)的粗糙結(jié)構(gòu)的特征在于不同大小的半球的相對(duì)均勻的隨機(jī)分布，其在修整時(shí)以相應(yīng)的拱頂?shù)男螤顐鬟f到薄板上。

用于制造具有隨機(jī)的表面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化的扁平制品、特別是薄板的另一中方法從EP 2 006 037 B1中已知。在此，用于薄板結(jié)構(gòu)化的輥借助于電火花結(jié)構(gòu)化(Electro Discharge Texturing,EDT)而結(jié)構(gòu)化。在該方法中，通過(guò)電火花來(lái)使輥表面粗糙化。這通過(guò)使工作輥在一個(gè)槽內(nèi)引導(dǎo)經(jīng)過(guò)側(cè)向擺動(dòng)的電極而實(shí)現(xiàn)，介電質(zhì)(例如油)位于該槽內(nèi)。在電極與輥之間短暫地、可能周期性地在電機(jī)與輥之間施加既定的電壓。在此，由電解質(zhì)構(gòu)成的電荷載體(離子)通過(guò)電火花通道出來(lái)加速向輥表面并產(chǎn)生凹處。在這種類型的輥結(jié)構(gòu)化中，輥的轉(zhuǎn)動(dòng)用作快速的偏轉(zhuǎn)軸。確定性的結(jié)構(gòu)化不能借助于這類EDT設(shè)備實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@涉及到的是一種隨機(jī)的電火花工藝。

從CN 101642778 B中已知另一種用于使輥表面結(jié)構(gòu)化的方法。

從DE 10 2012 017703 A1的現(xiàn)有技術(shù)中已知一種方法，通過(guò)該方法能夠確定性地使修整輥結(jié)構(gòu)化。在此借助于脈沖的激光射線在修整輥上制造期望的結(jié)構(gòu)。針對(duì)該目的使聚焦的激光束移動(dòng)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的輥，該激光束在表面上的直徑與結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)。輥的轉(zhuǎn)動(dòng)在此通常是快速的偏轉(zhuǎn)軸和激光射線橫向移動(dòng)，即，在輥軸方向上的運(yùn)動(dòng)、緩慢的偏轉(zhuǎn)軸，從而使激光束幾乎螺旋狀地掃描輥表面。

通過(guò)激光脈沖照射的區(qū)域中，由于脈沖的高強(qiáng)度而造成了局部的材料剝蝕，其特征在于，直徑和剝蝕深度。激光脈沖的放射能夠在對(duì)輥進(jìn)行掃描的過(guò)程中通過(guò)調(diào)整以預(yù)設(shè)的方式打開(kāi)或關(guān)閉，從而通過(guò)該方法基本上能夠在輥上制造任意一種結(jié)構(gòu)。

通過(guò)激光束或激光脈沖傳遞到輥表面上的單位面積的能量稱為注量并且通常表示為J/cm²。能夠在基礎(chǔ)研究中為了每種輥材料確定出理想的單位面積的能量(注量)，其稱為最佳剝除注量Φ_o。最佳剝除注量Φ_o取決于材料和脈沖長(zhǎng)度。在最佳剝除注量Φ_o的情況下達(dá)到了每個(gè)使用功率的最高剝除率(B.Lauer，B.Neuenschwander，B.Jaeggi，B.Schmid,“From fs-ns:Influence of he pulse duration onto the material removal rate and machining quality for metals”,ICALEO 2013,論文M309(2013))。

在現(xiàn)有技術(shù)中僅以一個(gè)激光光斑在輥上進(jìn)行掃描。在輥表面上所使用激光的平均功率從以下公式中得出：

其中f_rep是激光脈沖的重復(fù)率、W₀是在輥的表面上通過(guò)激光脈沖照射的面積的半徑并且由此A是通過(guò)激光脈沖照射的面積。以激光脈沖在輥表面上照射的或者能夠照射的面積總體上稱為相關(guān)的激光脈沖的加工場(chǎng)。

為了照射大面積A_w、例如整個(gè)輥表面而所需的加工時(shí)間t_w能夠如下地計(jì)算：

如公式(1)和(2)示出的，在使用高的平均功率P_m的情況下的加工時(shí)間t_w能夠通過(guò)相應(yīng)增大的重復(fù)率f_rep或照射的面積A而縮短。

在已知的用于結(jié)構(gòu)化輥的脈沖的激光束的方法中，使用到橢圓形的或者矩形的斑點(diǎn)并且因此使用到橢圓形的或矩形的加工場(chǎng)。為了在輥表面上制造確定的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)性使斑點(diǎn)移動(dòng)經(jīng)過(guò)表面。斑點(diǎn)的最大直徑或最大側(cè)面長(zhǎng)度通過(guò)兩個(gè)在輥表面上待生成的結(jié)構(gòu)元素的最小間距而確定。因此斑點(diǎn)尺寸、也即通過(guò)激光脈沖照射的面積A不能夠任意地增大，因?yàn)榉駝t的話不能夠達(dá)到對(duì)于待制造的結(jié)構(gòu)而言必要的分辨率。

在現(xiàn)有技術(shù)中像是在cw激光器的開(kāi)發(fā)中一樣也在脈沖激光器的情況下呈現(xiàn)出，原本僅幾10W的較小的平均功率P_m能夠升高到幾100W。因此原則上僅僅就平均功率P_m而言創(chuàng)造了對(duì)于短時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)化幾m²的表面大小的修正輥的前提條件。

然而證實(shí)出，在已知的方法中盡管使最大的平均功率P_m提高到平均幾100W，卻不能以脈沖激光器來(lái)顯著縮短加工時(shí)間t_w，因?yàn)閒_rep和A為此所必需的升高當(dāng)前出于以下原因而受限。

一方面，在(特別是在MHz范圍內(nèi)的)高重復(fù)率f_rep的情況下，由于調(diào)控技術(shù)的限制而不再能夠接通這些單個(gè)脈沖。然而為了確保以復(fù)雜的圖案來(lái)盡可能快速地結(jié)構(gòu)化，必須控制單個(gè)激光脈沖的放射，換言之，必須能夠在兩個(gè)脈沖之間打開(kāi)或關(guān)閉放射，從而為了在輥表面上制造特定的結(jié)構(gòu)而例如僅使每第二個(gè)激光脈沖到達(dá)輥表面。

如果這種切換并不足夠精確，那么會(huì)導(dǎo)致在輥表面上剝離的期望位置與實(shí)際位置偏差。就此引起了，為了在輥表面上的一個(gè)且同一個(gè)位置上達(dá)到足夠的剝除深度可能必須定位多個(gè)激光脈沖。因此在高重復(fù)率的情況下不再能夠確保結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度。

因?yàn)橥ǔ⑤佫D(zhuǎn)動(dòng)用作快速偏轉(zhuǎn)軸，必須此外使激光器的重復(fù)率適應(yīng)于輥旋轉(zhuǎn)速率，以便于以單獨(dú)的激光脈沖來(lái)掃描表面。然而在高重復(fù)率的情況下，由于機(jī)械的限制為了確保相應(yīng)的脈沖間隔(即通過(guò)兩個(gè)前后相繼的脈沖而在輥表面上照射出的加工場(chǎng)的間距)而不再能夠達(dá)到輥的必要的偏轉(zhuǎn)速度。

在1MHz的重復(fù)率f_rep以及30μm的脈沖到脈沖的間隔的情況下，必須以30m/s來(lái)偏轉(zhuǎn)輥表面。通過(guò)大的幾何尺寸以及由此引起的大的重量而使得輥的轉(zhuǎn)動(dòng)不能夠任意快速地實(shí)施。輥的轉(zhuǎn)動(dòng)限制在約8轉(zhuǎn)每秒(U/s)。由此在輥直徑為約0.45m的情況下得到一個(gè)表面速度并且因此得到了最大11m/s的偏轉(zhuǎn)速度。

也通過(guò)由光學(xué)系統(tǒng)橫向地掃描輥，不能夠顯著提高偏轉(zhuǎn)速率。因此，在像是電流計(jì)式掃描器或多邊形掃描器等這樣的掃描器系統(tǒng)的情況下，出于機(jī)械原因而使偏轉(zhuǎn)速度受限。在該系統(tǒng)中，移動(dòng)的部分的慣性對(duì)于最大偏轉(zhuǎn)速率是決定性的。例如在高加速的情況下，電流計(jì)式掃描器的鏡變形，由此使得激光斑點(diǎn)在輥表面上的偏轉(zhuǎn)嚴(yán)重受影響。電子光學(xué)的以及聲光的系統(tǒng)(KTN、AOD等)不適合于激光脈沖的高重復(fù)率和高峰值能量。就此，掃描理解為加工場(chǎng)位置的逐漸偏移。掃描儀或掃描儀系統(tǒng)相應(yīng)地理解為這樣的系統(tǒng)，即，通過(guò)這些系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)了這樣的掃描，即，在輥表面上加工場(chǎng)位置的偏移。

為了盡管在重復(fù)率f_rep受限的情況下仍實(shí)現(xiàn)面積A_w的更短加工時(shí)間t_w，替代性地能夠擴(kuò)大通過(guò)光脈沖照射的加工場(chǎng)。然而為了在輥上施加特定的確定性的結(jié)構(gòu)，卻不能夠任意地增大斑點(diǎn)大小，也就是說(shuō)在表面上聚焦的直徑。在表面上的兩個(gè)結(jié)構(gòu)元素的最小間距在此確定了最大斑點(diǎn)直徑。如果在兩個(gè)結(jié)構(gòu)元素之間的最小間距例如為30μm，那么能夠使表面上的激光光斑具有30μm的最大直徑。由此能夠通過(guò)激光脈沖而在輥表面上加工僅一個(gè)小的加工場(chǎng)，從而使每個(gè)光脈沖的加工場(chǎng)的面積A受限。

在現(xiàn)有技術(shù)中的該方法中，在沒(méi)有剝除的加工場(chǎng)中關(guān)閉激光器并且沒(méi)有利用到為相應(yīng)的激光脈沖而提供的能量。由此，額外地減小了有效的重復(fù)率有效的重復(fù)率描述了輥表面實(shí)際上達(dá)到的＝時(shí)間單位的激光脈沖的數(shù)量。該有效的重復(fù)率最大和激光脈沖的重復(fù)率f_rep一樣大，然而通過(guò)激光脈沖的泄漏而使待施加的結(jié)構(gòu)相應(yīng)地更小。

由于上述限制，在目前已知的方法中，并不能夠利用到激光器的最大平均功率P_m。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在該背景下，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于通過(guò)激光剝除來(lái)對(duì)輥進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的裝置以及方法，通過(guò)該方法縮短了加工時(shí)間t_w并且更好地利用激光器的最大平均功率P_m。

在用于通過(guò)激光剝除使輥結(jié)構(gòu)化的裝置中，該裝置具有：輥容納設(shè)備，其設(shè)置用于容納待結(jié)構(gòu)化的輥；激光源，其設(shè)置用于產(chǎn)生一系列激光脈沖；以及光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置用于將從激光源產(chǎn)生的激光脈沖對(duì)準(zhǔn)到在輥容納設(shè)備中容納的輥的表面上，根據(jù)本發(fā)明達(dá)到這樣達(dá)到該目的，即，使光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)元件，該光學(xué)元件設(shè)置用于修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形并且修改、特別是擴(kuò)大通過(guò)激光脈沖而在輥的表面上照射的加工場(chǎng)。

光學(xué)元件能夠特別設(shè)置用于使通過(guò)激光脈沖而在輥表面上照射出的加工場(chǎng)根據(jù)對(duì)于由激光脈沖的空間的強(qiáng)度圖形的修改而匹配。如果例如這樣修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形以使得激光脈沖具有更低強(qiáng)度的范圍，那么能夠例如相應(yīng)地?cái)U(kuò)大照射的加工場(chǎng)，例如基本上擴(kuò)大了通過(guò)該更低強(qiáng)度的區(qū)域照射在輥表面上的面積。

根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)元件配置用于修改激光脈沖空間上的強(qiáng)度圖形并且使通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)根據(jù)最大平均功率P_m而擴(kuò)大和/或適應(yīng)于得出最佳剝除注量Φ_o。

輥容納設(shè)備優(yōu)選地構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)設(shè)備并且設(shè)置用于轉(zhuǎn)動(dòng)輥。為此，輥容納設(shè)備優(yōu)選地具有用于可旋轉(zhuǎn)地支撐輥軸的軸承以及用于驅(qū)動(dòng)輥的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。

激光源優(yōu)選涉及短脈沖激光源或者超短脈沖激光源。激光源特別設(shè)置用于生成激光脈沖，該激光脈沖適用于對(duì)輥表面的激光剝除。例如，作為激光源能夠使用脈沖光纖激光器，其具有500W的最大平均功率和在約1070nm的波長(zhǎng)情況下具有約1μs的脈沖持續(xù)時(shí)間的約100kHz的脈沖重復(fù)頻率。

光學(xué)的系統(tǒng)優(yōu)選地具有成像光學(xué)裝置，通過(guò)該裝置能夠?qū)⒂杉す庠串a(chǎn)生的激光脈沖成像到容納在輥容納設(shè)備中的輥的表面上。

光學(xué)元件為此構(gòu)造用于修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形。激光脈沖的空間的強(qiáng)度圖形理解為橫向于激光脈沖的擴(kuò)散方向的激光脈沖的強(qiáng)度分布。通過(guò)對(duì)于激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形的修改因此實(shí)現(xiàn)了，在輥表面上由激光脈沖照射的加工場(chǎng)以激光脈沖的強(qiáng)度分布來(lái)施加。特別是能夠這樣更改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形，即，使得強(qiáng)度圖形具有高強(qiáng)度的空間區(qū)域，從而在照射的加工場(chǎng)的相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行激光剝除，并且使強(qiáng)度圖形具有較低強(qiáng)度的空間區(qū)域，從而在照射的加工場(chǎng)的相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行任何激光剝除。優(yōu)選地，由光學(xué)元件修改的強(qiáng)度圖形具有至少一個(gè)由高強(qiáng)度的區(qū)域圍繞的較小強(qiáng)度的區(qū)域，即，內(nèi)部的強(qiáng)度最小值。

光學(xué)元件優(yōu)選地為此設(shè)置用于為激光脈沖印出預(yù)設(shè)的強(qiáng)度圖形。

光學(xué)元件進(jìn)一步配置用于對(duì)通過(guò)激光脈沖在輥表面照射出的加工場(chǎng)進(jìn)行修改，特別是擴(kuò)大。優(yōu)選地，光學(xué)元件特別設(shè)置為，使通過(guò)激光脈沖在輥表面照射出的加工場(chǎng)取決于最大平均功率P_m而擴(kuò)大和/或這樣匹配，即，得出最佳剝除注量Φ_o。以這種方式能夠在預(yù)設(shè)的、特別是技術(shù)上可控的重復(fù)率f_rep的情況下縮短加工時(shí)間t_w，從而能以更短的時(shí)間結(jié)構(gòu)化輥表面。加工場(chǎng)的尺寸能夠通過(guò)光學(xué)輔助裝置來(lái)匹配。加工場(chǎng)理解為以激光脈沖而在輥表面上照射到的或可照射到的面積。加工場(chǎng)的修改理解為，在輥表面上的加工場(chǎng)的面積具有與沒(méi)有相應(yīng)的光學(xué)元件的情況下不同的尺寸。加工場(chǎng)的擴(kuò)大相應(yīng)地理解為，在輥表面上的加工場(chǎng)的面積比沒(méi)有相應(yīng)光學(xué)元件情況下更大。為此目的，能夠特別將光學(xué)元件設(shè)置用于使激光脈沖橫向于傳播方向擴(kuò)展。

已知的是，通過(guò)設(shè)置所述的光學(xué)元件能夠?qū)崿F(xiàn)激光脈沖的空間上的結(jié)構(gòu)化，這允許了，擴(kuò)大以激光脈沖照射的加工場(chǎng)，而不會(huì)由此損害要在輥表面上施加的結(jié)構(gòu)的分辨率。此外已知的還有，通過(guò)以激光脈沖照射的加工場(chǎng)的擴(kuò)大也能夠更好利用到激光源的最大平均激光功率，因?yàn)槟軌驅(qū)⒖捎玫墓β史植荚诟蟮拿娣e上。

特別是能夠在技術(shù)上可控的重復(fù)率f_rep的情況下以這樣的程度來(lái)匹配激光脈沖的照射的加工場(chǎng)，即，以可購(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)、特別是掃描儀系統(tǒng)利用最大平均激光功率。以理想的方式，能夠這樣修改激光脈沖的強(qiáng)度圖形，即，在應(yīng)該進(jìn)行激光剝除的區(qū)域內(nèi)基本上達(dá)到對(duì)于剝除而言最佳的剝除注量Φ_o。

因此能夠利用所述的裝置對(duì)輥表面實(shí)現(xiàn)最佳表面加工。這既涉及到取決于激光功率的加工時(shí)間也涉及到了相應(yīng)地照射的、用于制造期望的目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)的加工場(chǎng)中的強(qiáng)度分布及其精確度。

另外，在用于通過(guò)激光剝除、特別是通過(guò)使用前述裝置使輥結(jié)構(gòu)化的方法中，以光學(xué)系統(tǒng)將激光脈沖對(duì)準(zhǔn)到待結(jié)構(gòu)化的輥的表面，從而使得輥在通過(guò)激光脈沖照射的加工場(chǎng)通過(guò)激光剝除得到結(jié)構(gòu)化，按照本發(fā)明相應(yīng)地由此實(shí)現(xiàn)該目的，即，通過(guò)光學(xué)元件、特別是衍射光學(xué)元件或者空間光調(diào)制器修改脈沖激光的空間上的強(qiáng)度圖形并且修改、特別是擴(kuò)大通過(guò)光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)。

特別是，通過(guò)光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)能夠通過(guò)光學(xué)元件根據(jù)激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形的修改而匹配。如果對(duì)激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形例如這樣進(jìn)行修改，即，使得激光脈沖具有較小強(qiáng)度的區(qū)域，那么能夠例如相應(yīng)地?cái)U(kuò)大照射的加工場(chǎng)，例如基本上擴(kuò)大了通過(guò)該較小強(qiáng)度的區(qū)域而在輥的表面上照射的面積。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)光學(xué)元件來(lái)修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形，并且使得通過(guò)激光脈沖在輥的表面上照射出的加工場(chǎng)以取決于最大平均功率P_m的方式擴(kuò)大和/或適應(yīng)于得到最佳剝除注量Φ_o。

在下文中，描述該裝置以及該方法的不同實(shí)施例，其中單個(gè)實(shí)施例能夠任意地相互結(jié)合并且既能夠應(yīng)用到該裝置上也能夠應(yīng)用到該方法上

在一種實(shí)施方式中，光學(xué)元件是衍射的光學(xué)元件或者空間光調(diào)制器。衍射的光學(xué)元件以及和空間光調(diào)制器已經(jīng)證實(shí)適合于，為激光脈沖而配設(shè)期望的空間上的強(qiáng)度圖形。能夠通過(guò)這些元件形成鐳射光束，從而在加工場(chǎng)中生成期望的結(jié)構(gòu)幾何圖形。

作為衍射光學(xué)元件(DOE)特別涉及到的是玻璃載體，通過(guò)光刻法能夠?qū)⑽⒔Y(jié)構(gòu)施加在該玻璃載體上。其中，像是在透鏡的情況下，通過(guò)部分光束的不同光程長(zhǎng)度而產(chǎn)生相位調(diào)制，由此產(chǎn)生干涉圖樣。額外地，通過(guò)結(jié)構(gòu)性的和破壞性振幅重疊而進(jìn)行調(diào)制。因此，能夠通過(guò)在合適的設(shè)計(jì)而操縱激光束中的強(qiáng)度圖形。DOE能夠履行兩種任務(wù)：它們能夠形成激光束(英文：beam shaping)或者將該激光束分成多個(gè)部分激光束(英文：beam splitting)。在DOE中的微結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)折射率或者高度調(diào)制而形成。好的構(gòu)件在此實(shí)現(xiàn)了80-99的效率以及95-99％的透射率。如果以激光束而穿射DOE，那么在以激光脈沖照射的面積上，即，在相應(yīng)的加工場(chǎng)中，得到期望的結(jié)構(gòu)。

以空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator,SLM)能夠幾乎任意地調(diào)整光束的波前。SLM的工作方式與DOE的類似。通過(guò)局部的相位匹配，能夠?qū)LM之后的光束的波前自由地控制。能夠以SLM制造的光脈沖的結(jié)構(gòu)的分辨率僅僅取決于SLM的像素結(jié)構(gòu)，其中像素代表激光束或激光脈沖的最小的、能夠不相關(guān)地調(diào)制出的區(qū)域。關(guān)于SLM的工作方式和使用的其他信息能夠從以下發(fā)表物中得到：Z.Kuang等著的“Ultrafast laser parallel microprocessing using high uniformity binary Dammann grating generated beam array”，Appl.Surf.Sci.(2013),273卷,101頁(yè),和A.Jesacher等著的“Parallel direct laser writing in three dimensions with spatially dependent aberration correction,”O(jiān)ptics Express(2010),18卷,21090頁(yè)”。

與DOE相比之下，能夠以SLM在線地改變激光脈沖的強(qiáng)度圖形并由此改變?cè)谝约す饷}沖照射的面積(即在加工場(chǎng)中)上的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。因此，SLM能夠在對(duì)輥加工的期間制造任意多的不同結(jié)構(gòu)。

在另一實(shí)施方式中，將光學(xué)元件配置用于這樣修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形，即，僅在通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)的部分區(qū)域內(nèi)進(jìn)行激光剝除。在該方法的相應(yīng)的實(shí)施方式中，激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形這樣得以修改，即，僅在通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)的部分區(qū)域內(nèi)進(jìn)行激光剝除。

以這種方式實(shí)現(xiàn)了，制造在以激光脈沖照射的輥表面的加工場(chǎng)中的次級(jí)結(jié)構(gòu)，其中次級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸比加工場(chǎng)的尺寸更小。加工場(chǎng)的總面積上的、由激光脈沖照射的部分區(qū)域的比例在此以剝除比例α來(lái)表示。在α＝0.3的情況下，進(jìn)行激光剝除的部分面積例如是通過(guò)激光脈沖照射的加工場(chǎng)的30％。

在另一種實(shí)施方式中，光學(xué)元件配置用于使通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)這樣擴(kuò)大，即，該加工場(chǎng)在至少一個(gè)方向上具有比輥表面上待施加的結(jié)構(gòu)的最小結(jié)構(gòu)尺寸更大的范圍。在本方法的一種相應(yīng)的實(shí)施方式中，通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)這樣擴(kuò)大，即，該加工場(chǎng)在至少一個(gè)方向上具有比輥表面上待施加的結(jié)構(gòu)的最小結(jié)構(gòu)尺寸更大的范圍。

以這種方式實(shí)現(xiàn)了，能夠以激光脈沖照射出比現(xiàn)有技術(shù)的方法中更大的面積A。由此能夠在預(yù)設(shè)的重復(fù)率f_rep的情況下縮短用于更大面積A_w的加工時(shí)間t_w。

在另一種實(shí)施方式中，光學(xué)元件配置用于這樣修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形并且對(duì)通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)這樣修改、特別是取決于最大平均功率而這樣適配，即，使得在加工場(chǎng)的進(jìn)行激光剝除的部分區(qū)域內(nèi)的注量基本上與規(guī)定的最佳剝除注量相應(yīng)。在本方法相應(yīng)的實(shí)施方式中，這樣修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形并且對(duì)于通過(guò)激光脈沖在輥表面上照射的加工場(chǎng)這樣修改、特別是取決于最大平均功率而這樣適配，即，使得在加工場(chǎng)的進(jìn)行激光剝除的部分區(qū)域內(nèi)的注量基本上與規(guī)定的最佳剝除注量相應(yīng)。最大平均功率理解為激光源的最大平均功率。

以這種方式，能夠最佳地利用激光源的最大平均功率并且同時(shí)通過(guò)對(duì)于剝除注量的最優(yōu)化而改善激光剝除。照射區(qū)域的最佳尺寸A_opt特別取決于剝除比例α、材料特定的最佳剝除注量Φ_o、激光器的平均功率P_m和重復(fù)率f_rep。相應(yīng)地適用公式(1)：

在一種實(shí)施方式中，該裝置配置用于以由激光源生成的激光脈沖來(lái)掃描在輥容納設(shè)備中的容納的輥的表面，特別是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)在容納裝置中的輥并且通過(guò)借助于光系統(tǒng)而在橫向上偏移、特別是移動(dòng)加工場(chǎng)位置。在本方法的一種相應(yīng)的實(shí)施方式中以激光脈沖掃描輥的表面。為此目的，特別能夠轉(zhuǎn)動(dòng)輥以及使加工場(chǎng)位置橫向借助于光系統(tǒng)偏移、特別是移動(dòng)。為了橫向地通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)加工場(chǎng)位置，能夠例如使光學(xué)系統(tǒng)自身或光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)部件(例如鏡)橫向地偏移或移動(dòng)。替代性地，能夠也將光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)部件移動(dòng)以使得激光脈沖橫向偏轉(zhuǎn)。為此目的，能夠使光學(xué)系統(tǒng)例如具有可轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡，借助于該鏡能夠使激光脈沖以不同方向偏轉(zhuǎn)。

以前述的實(shí)施方式能夠逐步地使整個(gè)輥表面結(jié)構(gòu)化。輥轉(zhuǎn)動(dòng)例如涉及到的是快速的偏轉(zhuǎn)軸以及在橫向偏移的加工場(chǎng)位置的情況下涉及到的是緩慢的偏轉(zhuǎn)軸，從而激光束幾乎以螺旋狀掃描輥表面。

在另一種實(shí)施方式中，該裝置配置用于這樣掃描輥表面，即，使得在輥表面上由這些單獨(dú)的激光脈沖照射的加工場(chǎng)基本上無(wú)空隙地并且無(wú)重疊地處于相鄰。在本方法一種相應(yīng)的實(shí)施方式中，這樣掃描輥表面，即，由這些單獨(dú)的激光脈沖照射的加工場(chǎng)在輥表面上基本上無(wú)空隙地并且無(wú)重疊地處于相鄰。

通過(guò)基本上不重疊的設(shè)置加工場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)盡可能少的加工時(shí)間t_w。進(jìn)一步，通過(guò)基本上無(wú)間隙的設(shè)置加工場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了均勻且精準(zhǔn)地結(jié)構(gòu)化輥表面。“基本上無(wú)間隙”理解為，在兩個(gè)相鄰的加工場(chǎng)的邊棱之間的移位是在移位方向上加工場(chǎng)的范圍的最大10％、優(yōu)選最大5％、特別是最大2％?！盎旧蠠o(wú)重疊”理解為，兩個(gè)相鄰的加工場(chǎng)的重疊是加工場(chǎng)的面積的最大5％、優(yōu)選最大2％。

在另一種實(shí)施方式中，光學(xué)元件配置用于這樣修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形，并且這樣配置該裝置，即，以激光脈沖掃描在輥容納設(shè)備中容納的輥的表面以便于在輥的表面上得到預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)。在本方法一種相應(yīng)的實(shí)施方式中這樣修改激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形，并且這樣以激光脈沖掃描輥的表面，即，在輥的表面上得到預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)選涉及到超出單個(gè)加工場(chǎng)的結(jié)構(gòu)、特別是輥的整個(gè)表面的預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)。

在一種實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置用于這樣補(bǔ)償在輥容納設(shè)備中容納的輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，即，使得在輥表面上的兩個(gè)在橫向上相鄰的加工場(chǎng)以旋轉(zhuǎn)方向相互對(duì)齊。在本方法的一種相應(yīng)的實(shí)施方式中，這樣補(bǔ)償在輥容納設(shè)備中容納的輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，即，使得在輥表面上的兩個(gè)在橫向相鄰的加工場(chǎng)以旋轉(zhuǎn)方向相互對(duì)齊。兩個(gè)加工場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)方向上的對(duì)齊理解為，加工場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)方向上相互基本上不具有任何錯(cuò)位，特別是具有在旋轉(zhuǎn)方向上加工場(chǎng)尺寸的最大5％的錯(cuò)位。

為此目的，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償系統(tǒng)例如包括移動(dòng)的鏡，通過(guò)該鏡激光束的焦點(diǎn)能夠在一系列的激光脈沖上與旋轉(zhuǎn)的輥一起得到引導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)在橫向上相鄰的并且在旋轉(zhuǎn)方向上相互對(duì)齊的加工場(chǎng)的照射。

替代性地，該裝置也能夠以沒(méi)有旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞焦ぷ鳌Ｔ谠撉闆r下，橫向相鄰的加工場(chǎng)相互間具有與輥的旋轉(zhuǎn)速度下相應(yīng)的、在輥旋轉(zhuǎn)方向上的錯(cuò)位。

在另一種實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)配置用于在輥的表面上以輥軸向這樣偏移加工場(chǎng)的位置，即，在第一加工場(chǎng)的照射與第二加工場(chǎng)的照射之間，照射至少一個(gè)第三加工場(chǎng)，第二加工場(chǎng)相對(duì)于第一加工場(chǎng)在輥的旋轉(zhuǎn)方向上偏移，第三加工場(chǎng)相對(duì)于第一加工場(chǎng)在橫向上偏移。在本方法的相應(yīng)的實(shí)施方式中，在第一加工場(chǎng)的照射與第二加工場(chǎng)的照射之間，照射至少一個(gè)第三加工場(chǎng)，第二加工場(chǎng)相對(duì)于第一加工場(chǎng)在輥的旋轉(zhuǎn)方向上偏移，第三加工場(chǎng)相對(duì)于第一加工場(chǎng)在橫向上偏移。

通常輥旋轉(zhuǎn)形成了快速的偏轉(zhuǎn)軸并且加工場(chǎng)位置在橫向上的偏移構(gòu)成了緩慢的偏轉(zhuǎn)軸，從而激光束幾乎螺旋狀地掃描輥表面。通過(guò)輥轉(zhuǎn)動(dòng)造成的輥表面的偏轉(zhuǎn)速率可能不足以使該表面在確定的重復(fù)率f_rep的情況下在兩個(gè)激光脈沖之間以加工場(chǎng)的側(cè)邊長(zhǎng)度而偏轉(zhuǎn)。在這種情況下可以減小重復(fù)率f_rep或者縮小加工場(chǎng)。然而在能夠?qū)崿F(xiàn)激光器的最大功率的、激光系統(tǒng)的最小重復(fù)率的情況下，不再在兩個(gè)脈沖之間保留加工場(chǎng)的側(cè)邊長(zhǎng)，從而在結(jié)構(gòu)化過(guò)程中不利用全部的激光器功率。

在前述的實(shí)施例中，該問(wèn)題這樣得以解決，即，除了轉(zhuǎn)動(dòng)之外還進(jìn)行在橫向上快速的偏移從而能夠照射在橫向上相鄰的加工場(chǎng)，特別是直到輥的表面在旋轉(zhuǎn)方向上覆蓋加工場(chǎng)的側(cè)邊長(zhǎng)的時(shí)間點(diǎn)。在該時(shí)間點(diǎn)，由此能夠?qū)υ谵D(zhuǎn)動(dòng)方向上相鄰的加工場(chǎng)進(jìn)行照射。

為了在橫向上理想地偏移，必須有效地達(dá)到在等式(4)中所要求的偏轉(zhuǎn)速率。出于此原因，光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選地包括用于在輥表面上對(duì)照射的加工場(chǎng)進(jìn)行定位快速掃描儀。掃描儀的速度不必要是“實(shí)際的”，即，位移不必要是實(shí)際上以這個(gè)速度進(jìn)行，而是必須在這個(gè)時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)脈沖之間實(shí)現(xiàn)期望的偏移。因此，為了偏移，路徑速度并非是決定性的，而偏移的最終位置才是決定性的。在此不重要的是，如何達(dá)到最終位置。該偏移應(yīng)該僅以預(yù)設(shè)的分散的步驟、特別是以距離l_a進(jìn)行。優(yōu)選地，掃描儀相繼實(shí)施這些工作步驟，在這些工作步驟中，掃描儀分別以預(yù)設(shè)的分散的步驟使加工場(chǎng)位置在輥的寬度上偏移。在這種情況下，以每個(gè)工作步驟照射在橫向上的輥表面的一條。優(yōu)選地，掃描儀在每個(gè)工作步驟中達(dá)到同一個(gè)橫向的加工場(chǎng)位置，從而使加工場(chǎng)以多個(gè)單獨(dú)的照射的條帶的形式相鄰地對(duì)齊。

在另一種實(shí)施方式中，裝置包括控制器，控制器配置用于使該裝置對(duì)應(yīng)于前述的方法或其實(shí)施方式而運(yùn)行。為此目的，該控制器能夠例如具有微處理器并且因此具有連接的存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)器包含多個(gè)指令，這些指令在微處理器上的運(yùn)行促使實(shí)施上述方法。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)在下文對(duì)實(shí)施例的描述中得出，其中參照了附圖。其中：

圖1示出了與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相應(yīng)地借助于脈沖的激光器對(duì)修整輥進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的原理圖；

圖2至4示出了在輥的材料區(qū)段上激光束作用或交互作用的示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例的示意圖；

圖6a-c示出了具有不同的剝除比例的、通過(guò)各一個(gè)激光脈沖照射的加工場(chǎng)的示意圖；

圖7a-b示出了兩個(gè)在輥表面上通過(guò)各一個(gè)激光脈沖照射的加工場(chǎng)的示意圖，具體為一次沒(méi)有以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償進(jìn)行以及一次以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償來(lái)進(jìn)行；以及

圖8a-b示出了由一系列的激光脈沖照射的加工場(chǎng)的示意圖，并且具體為依次沒(méi)有以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償進(jìn)行以及一次以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償來(lái)進(jìn)行。

具體實(shí)施方式

圖1示出了一種與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相應(yīng)地借助于脈沖的激光來(lái)對(duì)修整輥進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的原理圖。

待結(jié)構(gòu)化的輥1設(shè)置在構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)裝置的輥容納設(shè)備中并且在此處旋轉(zhuǎn)。在輥1快速旋轉(zhuǎn)期間(快速偏轉(zhuǎn)軸)，光學(xué)系統(tǒng)的成像光學(xué)部件2以相對(duì)較小的速度、橫向于輥軸方向而移動(dòng)(緩慢的偏轉(zhuǎn)軸)。成像光學(xué)部件2在輥1的表面上投射由激光源14生成的激光脈沖。通過(guò)輥轉(zhuǎn)動(dòng)與成像光學(xué)部件2的橫向移動(dòng)的重疊，所脈沖出的激光束在輥表面上描繪出螺旋狀的軌跡(圖1)。

激光束3在約為1μs的脈沖期間滲入到輥1的材料4中直至確定的深度。材料4或輥1的表面材料由自由的帶電子5和金屬陽(yáng)離子6組成(圖2)。

通過(guò)激光束3的電磁場(chǎng)使電子5加速并且最終在交互作用期間將其動(dòng)能傳遞到金屬離子6。由此使這些金屬離子偏移擺動(dòng)并且將擺動(dòng)能量傳遞給相鄰的、在激光束與輥的材料之間的純交互作用區(qū)域之外的金屬離子(圖3)。以這種方式在照射的輥材料4中產(chǎn)生熱量。在脈沖時(shí)間期間(圖4)，通過(guò)進(jìn)一步的激光能量輸入將材料熔化。最后，達(dá)到了蒸發(fā)溫度，并且熔融物7的一部分蒸發(fā)。在熔融物7上方形成的金屬蒸汽云8快速擴(kuò)張，其中后坐力效應(yīng)引起以熔液態(tài)的噴濺物9的形式的剩余熔融物的射出。短脈沖激光法的特征在于每個(gè)脈沖的相對(duì)大的材料剝除體積。

通過(guò)選擇參數(shù)：脈沖頻率、脈沖能量、轉(zhuǎn)動(dòng)的輥表面上的痕跡間距、光激點(diǎn)直徑(光斑直徑)、激光強(qiáng)度曲線和/或輥的轉(zhuǎn)數(shù)而確定了在輥表面上的杯狀物的分布和幾何形狀。通過(guò)多個(gè)單獨(dú)杯狀物的疊加而結(jié)構(gòu)化或制造出山谷形的、相連的區(qū)域。

為了在輥1的表面上制造出預(yù)設(shè)的、確定性的結(jié)構(gòu)，將快速且連續(xù)的一系列激光脈沖有目的性地中斷。激光脈沖的中斷能夠借助于快速的光學(xué)的開(kāi)關(guān)、AOM(Akustoopischer Modulator(聲光調(diào)制器))10而實(shí)現(xiàn)(圖1)。通過(guò)快速地打開(kāi)和關(guān)閉AOM 10能夠因此確定性地或者在輥表面上投影單個(gè)激光脈沖或者也偏轉(zhuǎn)到冷阱11上并且在那里消失。在激光脈沖投影到輥表面上時(shí)，激光器的能量導(dǎo)致在相應(yīng)的位置上的激光剝除(輥1上的黑點(diǎn))，而當(dāng)激光脈沖在相應(yīng)的位置上消失時(shí)表面則保持不變(輥1上的白點(diǎn))。

為此使用的激光器(脈沖光纖激光器)具有500W的最大平均功率和在約1070nm的波長(zhǎng)情況下約100kHz的脈沖重復(fù)頻率。脈沖時(shí)長(zhǎng)例如為約1μs。

在AOM 10經(jīng)過(guò)之后，激光束3借助于光導(dǎo)線12傳遞到聚焦光學(xué)部件2。箭頭13表示出投影光學(xué)部件2的移動(dòng)方向。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種實(shí)施例的示意圖。該裝置20包括(未示出的)輥容納設(shè)備，其配置用于容納輥22。輥容納設(shè)備在此構(gòu)造為用于轉(zhuǎn)動(dòng)輥22的旋轉(zhuǎn)裝置。此外，裝置20還包括脈沖的激光源24以及光學(xué)系統(tǒng)26，該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置用于將從激光源24產(chǎn)生的激光脈沖對(duì)準(zhǔn)到輥22的表面上。為此目的，光學(xué)系統(tǒng)26包括掃描儀，通過(guò)該掃描儀將激光脈沖以輥22的橫向方向?qū)?zhǔn)到不同的加工場(chǎng)。

此外，裝置20還包括光學(xué)元件28，其中特別涉及到的是衍射的光學(xué)元件或者空間光調(diào)制器。通過(guò)該光學(xué)元件能夠修改由激光源24產(chǎn)生的激光脈沖的強(qiáng)度圖形并且修改通過(guò)激光脈沖照射在輥22的表面上的加工場(chǎng)，特別是根據(jù)最大平均功率來(lái)擴(kuò)大和/或這樣匹配該加工場(chǎng)，即，得到最佳剝除注量。

圖6a-c示出了以不同的剝除比例α而通過(guò)各一個(gè)激光脈沖照射出的加工場(chǎng)的示意圖。

圖6a首先示出了在輥22的表面上的加工場(chǎng)，該加工場(chǎng)通過(guò)激光脈沖來(lái)照射，其強(qiáng)度圖形并不通過(guò)光學(xué)元件28來(lái)改變。加工場(chǎng)在該實(shí)施例中以側(cè)邊長(zhǎng)度I_a而平方。相應(yīng)的激光脈沖具有基本上恒定的強(qiáng)度分布，從而在加工場(chǎng)的整個(gè)面積上進(jìn)行激光剝除(圖6a中的陰影面積)。剝除比例α在該面積的情況下因此為數(shù)值1。

通過(guò)利用光學(xué)元件28而對(duì)激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形的修改，強(qiáng)度分布能夠在激光脈沖以內(nèi)這樣改變，即，得到所照射的加工場(chǎng)的結(jié)構(gòu)化。特別是，激光脈沖能夠具有包含強(qiáng)度最小值的部分區(qū)域，從而使得在輥表面上的加工場(chǎng)的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行任何激光剝除。因此圖6b和6c示出了與照射的加工場(chǎng)相應(yīng)的實(shí)施例，這些加工場(chǎng)具有各一個(gè)其中進(jìn)行激光剝除的外部區(qū)域(陰影部分)以及各一個(gè)其中不進(jìn)行任何激光剝除的內(nèi)部區(qū)域(非陰影部分)。剝除比例α在圖6b的情況下為0.5并且在圖6c的情況下為0.3。

如圖6b和6c中示出的，能夠通過(guò)由光學(xué)元件28而對(duì)空間上的強(qiáng)度圖形進(jìn)行的修改在輥表面制造出結(jié)構(gòu)尺寸，這些結(jié)構(gòu)尺寸的范圍比通過(guò)激光脈沖照射的加工場(chǎng)的尺寸更小。

此外，通過(guò)光學(xué)元件28而引起了照射的加工場(chǎng)的擴(kuò)大，從而能夠以激光脈沖照射更大面積。照射的加工場(chǎng)的尺寸能夠特別根據(jù)剝除比例α而調(diào)整。如果在圖6a中示出的以α＝1而照射出的加工場(chǎng)具有范圍I_a，那么具有更小剝除比例α的相應(yīng)的加工場(chǎng)則能夠具有以因數(shù)而增大的范圍，而無(wú)需為此減小進(jìn)行剝除的區(qū)域中的強(qiáng)度。

照射的加工區(qū)域的尺寸以及激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形通過(guò)光學(xué)元件28而這樣進(jìn)行匹配，即，在進(jìn)行了激光剝除的部分區(qū)域內(nèi)的注量處于最佳的剝除注量Φ_o的范圍內(nèi)。

以這種方式，在可轉(zhuǎn)換的重復(fù)率f_rep的情況下的激光的最大平均功率P_m能夠用于輥表面的加工。為了確保盡可能快速的加工，所照射的加工場(chǎng)優(yōu)選地盡量無(wú)重疊并且無(wú)間隙相鄰地在輥表面上定位，即，盡可能尺寸精確地相鄰地照射加工場(chǎng)，以便于能夠確保輥表面的期望的結(jié)構(gòu)。

因此，優(yōu)選這樣地掃描輥表面，即，使得激光聚焦的偏轉(zhuǎn)或偏移速率v_s，即，加工場(chǎng)位置(在該位置上，無(wú)關(guān)于由激光脈沖照射的加工場(chǎng)的面積A的側(cè)面長(zhǎng)度I_a以及重復(fù)率f_rep而調(diào)整輥表面)優(yōu)選是如下地:

v_s＝l_a·f_rep, (4)

其中

在激光器的預(yù)設(shè)的最大平均功率P_m以及材料特定的理想的剝除注量Φ₀的情況下，面積A因此僅取決于重復(fù)率f_rep。因?yàn)闉榱诉_(dá)到期望的結(jié)構(gòu)并不應(yīng)該剝除加工場(chǎng)的全部面積，剝除比例α規(guī)定所期望的結(jié)構(gòu)的應(yīng)該剝除的一部分。

在圖6a-c中剝除比例α從圖6a到圖6c減少，其中所剝除的面積(陰影)保持不變。由于減少的剝除的面積比例，由此使各個(gè)加工場(chǎng)的總面積A相應(yīng)地增大。

針對(duì)在輥表面上的理想的定位，優(yōu)選地以激光脈沖照射矩形的、特別是正方形的加工場(chǎng)。

最大的平均功率P_m以及重復(fù)率f_rep對(duì)掃描速度(即，激光在輥表面偏移或移動(dòng)的速度)造成影響。在理想的定位的情況下，能夠以沒(méi)有值得注意的損失的條件下利用全部的激光功率。在此得到了理想的加工時(shí)間：

因此，加工時(shí)間t_w僅取決于輥表面A的最佳剝除注量Φ_o以及最大平均功率P_m。剝除比例α通過(guò)在輥上的期望的結(jié)構(gòu)而確定。加工時(shí)間t_w因此無(wú)關(guān)于重復(fù)率f_rep，從而能在對(duì)于激光器而言可能的區(qū)域的范圍內(nèi)自由地選擇重復(fù)率。激光器聚焦的偏轉(zhuǎn)速率能夠由此通過(guò)公式(4)來(lái)確定。

激光器的最大平均功率P_m由此確定出具有期望的結(jié)構(gòu)的表面的加工時(shí)間t_w。平均功率P_m和重復(fù)率f_rep彼此脫離關(guān)聯(lián)。因此能夠在較小的重復(fù)率f_rep的情況下將激光器的最大平均功率實(shí)際上完全地用于輥表面的加工。這特別由此實(shí)現(xiàn)，即，通過(guò)激光脈沖照射的加工場(chǎng)的尺寸不再通過(guò)最小的、待施加的結(jié)構(gòu)尺寸而限制。相反，照射的加工場(chǎng)的尺寸僅由光學(xué)元件28的分辨率而限制。換言之，加工場(chǎng)的面積僅以這樣的程度增大，即，能以光學(xué)元件來(lái)解決兩個(gè)結(jié)構(gòu)元素的最小間距。

圖7a示出了具有兩個(gè)通過(guò)各一個(gè)激光脈沖而在沒(méi)有旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)那闆r下照射出的加工場(chǎng)42、44的輥表面40的示意圖。圖7b示出了輥表面46的相應(yīng)的示意圖，該輥表面具有兩個(gè)通過(guò)各一個(gè)激光脈沖以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償而照射的加工場(chǎng)48、50。

輥表面40或46通過(guò)激光剝除制造的結(jié)構(gòu)(紋理)在圖7a-b中通過(guò)由星形的結(jié)構(gòu)元素52組成的均勻的格表示。最小結(jié)構(gòu)尺寸、特別是在兩個(gè)結(jié)構(gòu)元素之間的間距小于各個(gè)通過(guò)激光脈沖照射的加工場(chǎng)42、44、48、50的范圍。這在前述的裝置中通過(guò)光學(xué)元件28實(shí)現(xiàn)，該光學(xué)元件這樣修改這些單獨(dú)的激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形，即，在各個(gè)輥表面40、46上得到在所照射的加工場(chǎng)42、44、48、50之內(nèi)的結(jié)構(gòu)化。

所照射的加工場(chǎng)42、44或48、50分別彼此橫向地設(shè)置。由于在照射期間輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，加工場(chǎng)44在圖7a中相對(duì)于加工場(chǎng)42而以旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)開(kāi)。由此產(chǎn)生了在各個(gè)加工場(chǎng)中待制造的結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的錯(cuò)開(kāi)。為了實(shí)現(xiàn)在輥表面上的期望的結(jié)構(gòu)，因此必要的是，使各個(gè)的激光脈沖的空間上的強(qiáng)度圖形的修改相應(yīng)地與所照射的加工場(chǎng)的相對(duì)位置相互獨(dú)立地適配。

圖7b示出了一種替代性的并且更不復(fù)雜的方法。通過(guò)預(yù)設(shè)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償系統(tǒng)，在加工場(chǎng)48、50的照射中對(duì)輥的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，從而使加工場(chǎng)理想地以沒(méi)有在旋轉(zhuǎn)方向上的錯(cuò)位的方式彼此相鄰。為了實(shí)現(xiàn)輥表面的期望的結(jié)構(gòu)，在該情況下能夠在每個(gè)加工場(chǎng)48、50中制造相同的結(jié)構(gòu)。

作為旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償系統(tǒng)特別能夠使用已知的掃描儀系統(tǒng)，因?yàn)闉榱诵D(zhuǎn)補(bǔ)償而必要的偏轉(zhuǎn)速率與輥表面的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)并且因此是適當(dāng)?shù)?。針?duì)加工場(chǎng)位置在橫向上的錯(cuò)位，優(yōu)選地使用更快的掃描儀，因?yàn)閽呙鑳x必須有效地達(dá)到公式(4)中所要求的偏轉(zhuǎn)速率。優(yōu)選地，也能夠使用一個(gè)掃描儀系統(tǒng)，為了這兩個(gè)偏轉(zhuǎn)移動(dòng)(即，轉(zhuǎn)動(dòng)方向和橫向)而配置該掃描儀系統(tǒng)。

圖8示出了以沒(méi)有旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞?圖8a)和以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞?圖8b)而通過(guò)一系列的激光脈沖照射的加工場(chǎng)的示意圖。加工場(chǎng)照射的順序在圖8a-b中分別通過(guò)增大的數(shù)序1-5而給出。光學(xué)系統(tǒng)在橫向上移動(dòng)輥表面上的加工場(chǎng)的位置并且照射出在橫向上的這樣一列加工場(chǎng)(加工場(chǎng)1至4)，直到通過(guò)輥轉(zhuǎn)動(dòng)而以加工場(chǎng)的側(cè)邊長(zhǎng)度移動(dòng)輥表面。隨后繼續(xù)以旋轉(zhuǎn)方向上錯(cuò)位的一列(加工場(chǎng)5)進(jìn)行照射。