用于借助于平行的激光射线加工工件的装置

摘要

本发明涉及一种用于通过多条至少接近平行的激光射线(3’、3”、4’、4”)加工工件(2)的装置(1)，所述激光射线构成外部的第一激光射线对(3)和内部的第二激光射线对(4)，在多个反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)上，外部的第一激光射线对(3)的激光射线(3’、3”)转向正好三次，并且内部的第二激光射线对(4)的激光射线(4’、4”)转向正好一次。这个反射比例3∶1导致，即所有激光射线(3’、3”、4’、4”)到各自相邻的激光射线(3’、3”、4’、4”)的距离(a’、a”)与绝对的任意可调节的位置无关地保持恒定。为了避免聚焦面(6)的移动，在此相应配设于激光射线(3’、3”、4’、4”)的聚焦镜组(5)也能与通过反射镜(14’、14”)的反射面(10’、10”、11’、11”、12’、12”)一起借助于一个单独的驱动装置共同地移动。

权利要求

1.一种用于通过多条平行的激光射线(3’、3”、4’、4”)加工工件(2)的装置(1)，其中所述装置(1)设有至少一个聚焦镜组(5)，用于将每条激光射线(3’、3”、4’、4”)聚焦到一个共同的聚焦面(6)上，其特征在于，激光射线(3’、3”、4’、4”)构成至少两个激光射线对(3、

4)，并且每个激光射线对(3、4)通过两条相对于对称轴(7)间隔相同距离的激光射线(3’、

3”和4’、4”)构成，其中为了调节相邻的激光射线(3’、3”、4’、4”)在聚焦面(6)上的相对距离(a’、a”)，每条激光射线(3’、3”、4’、4”)在反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、

12’、12”)上通过两个沿对称轴(7)的方向与聚焦镜组(5)一起能彼此相对移动的反射镜(13、14’、14”)转向，其中第一激光射线对(3)的激光射线(3’、3”)在反射镜(13、14’、14”)上的反射次数相应于第二激光射线对(4)的激光射线(4’、4”)在反射镜(13、14’、14”)上的反射次数的三倍，其中反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)相对于对称轴(7)具有+45°或者-45°角。

2.如权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，第一激光射线对(3)通过关于聚焦面(6)位于外部的激光射线(3’、3”)构成，并且第二激光射线对(4)通过关于聚焦面(6)位于内部的激光射线(4’、4”)构成。

3.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，可移动的反射面(8’、8”、9’、9”、

10’、10”、11’、11”、12’、12”)构造成使得第一激光射线对(3)的每个激光射线(3’、3”)在两个反射镜(13、14’、14”)的反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)上反射正好三次，并且第二激光射线对(4)的每个激光射线(4’、4”)在两个反射镜(13、14’、14”)的反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)上反射正好一次。

4.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，至少一个反射镜(13、14’、14”)具有多个既配设于第一激光射线对(3)、也配设于第二激光射线对(4)的反射面(8’、8”、9’、

9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)，它们借助于一个驱动装置可共同地移动。

5.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，各激光射线(3’、3”、4’、4”)分别配设于一个聚焦镜组(5)。

6.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述反射镜(13、14’、14”)之一的反射面(8’、8”、9’、9”)与配设于激光射线(3’、3”、4’、4”)的聚焦镜组(5)相连并且与所述聚焦镜组一起可移动地设置。

7.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，两个反射镜(13、14’、14”)的反射面(10’、10”、11’、11”、12’、12”)与配设于激光射线(3’、3”、4’、4”)的聚焦镜组(5)相连并且与所述聚焦镜组一起可移动地设置。

8.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，每个反射镜(13、14’、14”)的反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)以及配设于激光射线(3’、3”、4’、4”)的聚焦镜组(5)分别组合成一个组合部件。

9.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、

11’、11”、12’、12”)与聚焦面(6)成+45°或者-45°的角。

10.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，每个反射镜(13、14’、14”)具有至少两个彼此相对成90°角的反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)。

11.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，每个反射镜(13、14’、14”)具有至少一个相对于对称轴(7)成+45°角的反射面(8”、9’、10’、11’、12”)和至少一个相对于对称轴(7)成-45°角的反射面(8’、9”、10”、11”、12’)。

12.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，反射面(8’、9’、11’、12’)构造成使得第一激光射线对(3)的第一激光射线(3’)在反射镜(13、14’、14”)的两个相对于对称轴(7)倾斜-45°的反射面(8’、12’)上反射正好一次并且在反射镜(13、14’、14”)的两个相对于对称轴(7)倾斜+45°的反射面(9’、11’)上反射正好两次。

13.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，反射面(8”、9”、11”、12”)构造成使得第一激光射线对(3)的第二激光射线(3”)在反射镜(13、14’、14”)的两个相对于对称轴(7)倾斜+45°的反射面(8”、12”)上反射正好一次，并且在反射镜(13、14’、14”)的两个相对于对称轴(7)倾斜-45°的反射面(9”、11”)上反射正好两次。

14.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，反射镜(13、14’、14”)分别具有至少两个反射面(8’、8”、9’、9”)，它们平行于相应另外的反射镜(13、14’、14”)的反射面(10’、10”、11’、11”、12’、12”)地设置。

15.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，每个反射镜(13、14’、14”)的在使用中彼此不可相对移动的反射面(8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”)是可调节的。

16.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，至少一个反射镜(13、14’、14”)设计成不可移动的。

17.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，对称轴(7)垂直于加工面地设置。

说明书

用于借助于平行的激光射线加工工件的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于通过多条至少是接近平行的激光射线加工工件的装置，其中，该装置设有至少一个聚焦镜组，用于将每条激光射线聚焦到一个共同的聚焦面中。

背景技术

[0002] 这样的装置在实践中用于通过平行的激光射线同时地、例如并行地加工工件。在一个简单的结构方式的情况下，使用一个半透性的镜作为射线分束器，在至少一条激光射
线光路中在该射线分束器之后设置一反射镜，以便这样生成一个平行的光路。借助于聚焦
镜组，每条激光射线聚焦到工件上的一个共同的聚焦面中。

[0003] 例如通过US 61 03 990 A已知的一种同类型的装置。此外，在EP 0624424A1以及US 69 27 109 B1中也描述了包括一个射线分束器的装置。

[0004] 在实践中所希望的、特别是激光射线的距离的连续的可调节性被证实为有问题的。为此反射镜设计成相对其它激光射线的光路可移动的，以便因此生成所希望的距离。

[0005] 在这个解决方案中被证实为不利的是两条激光射线的中间位置与距离改变同时相关地改变，这必须通过整个装置的叠加运动来补偿。特别是激光射线必须以一个相应偏
离的值移动，这在实践中要求相应的单独的驱动装置。

[0006] US 2006/0072207A1示出一个偏振滤光镜，该偏振滤光镜通过一个电磁辐射被分成不同的线性偏振辐射。在不同的偏振辐射的不同次数的反射之后实现偏转到相同方向
上。

[0007] JP 59218292 A1涉及一个射线分束器，其中在每个分射线的光路中设置一个透镜以及一个反射镜，用于将各分射线沿相互对置的、设置在反射镜之间的偏转面的方向偏转
到平行于聚焦面的共同的平面中。所述偏转面分别相对于聚焦面倾斜45°角地设置并且可
垂直于聚焦面移动地设置。以这种方式，在未改变的对称轴的情况下实现彼此相邻的激光
射线的相对距离的连续调节。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于，提供一种简单的方案，用于改变激光射线的距离和在此由于平行的激光射线的距离改变而避免聚焦面的改变，从而能够保持微小的控制成本。特别是
通过一个单独的驱动装置应可实现距离改变。

[0009] 该目的按照本发明通过具有按照权利要求1所述的特征的装置实现。从属权利要求是本发明的特别符合目的的扩展构造。

[0010] 按照本发明设有一种装置，其中四条激光射线构成至少两个激光射线对，并且每个激光射线对通过两条相对于对称轴间隔相同距离的激光射线构成，其中，为了调节相邻
的激光射线在聚焦面中的相对距离，每条激光射线在反射面上能够由至少两个在对称轴的
方向上与聚焦镜组一起彼此相对、特别是平移运动的反射镜转向，其中第一激光射线对的
激光射线在移动的反射镜上的反射次数相应于第二激光射线对的激光射线在移动的反射
镜上的反射次数的三倍。因此，以预料不到的方式在对称轴未改变的情况下首次达到相邻
的激光射线彼此的相对距离的连续调节。在此，通过关于聚焦面位于外部的激光射线构成
第一激光射线对，并且通过关于聚焦面位于内部的激光射线构成第二激光射线对。由于外
部的激光射线对的多次反射，用于调节激光射线改变后的彼此相对距离，外部的激光射线
到对称轴的距离改变是内部的激光射线到对称轴的距离改变的三倍。以这种方式实现既保
持一个固定的对称轴，也确保所有激光射线彼此的相应的距离。为此，反射镜在对称轴的
方向上彼此相对移动，只要反射镜的至少一个反射面构造在一个共同的可电动移动的平台
上。当然，反射面可以设计成彼此独立地调准。此外，反射镜的不同反射面可以作为单独的
构件组合为一个构成反射镜的功能部件或者在一个组合部件中相互连接。

[0011] 本发明的一个特别有利的实施形式也通过以下措施实现，即：可移动的反射面构造成使得第一激光射线对的每条激光射线在两个反射镜的反射面上反射正好三次，第二激
光射线对的每条激光射线在两个反射镜的反射面上反射正好一次。因此由于激光射线的多
次反射以预料不到简单的方式实现横向于对称轴的三倍位移，这相应于位移所要求的值，
用于保持所有激光射线的相一致的距离。

[0012] 本发明的另一个特别符合目的的构造通过以下措施实现，即：至少一个反射镜具有多个既配设于第一激光射线对的也配设于第二激光射线对的反射面，这些反射面能借助
于一个驱动装置共同移动。因此在同一反射镜上实现特别是所有激光射线在聚焦面中的偏
转，该反射镜因此作为一个组合部件，并且同时能以相对小的费用来制造。

[0013] 原则上该装置可以装备有一个单独的聚焦镜组，其中激光射线借助于一个射线分束器由一个共同的辐射源生成。相反地，特别符合实际的是，每条激光射线配设给一个聚焦
镜组，以至于每条单独的激光射线的聚焦位置能够被相互独立地调准。

[0014] 此外，在此特别符合目的的是，反射镜的反射面能够与配设于激光射线的聚焦镜组共同移动地设置，以便因此确保在聚焦镜组和聚焦面之间恒定的光路。因此每条激光射
线的聚焦位置不改变，以便在工件的加工过程中也能毫无困难地实现距离改变。

[0015] 然后，另一个同样预计特别有效果的变型方案通过以下措施实现，即：每个反射镜的反射面以及配设于激光射线的聚焦镜组组合成一个组合部件。因此使得用于调节各自的
距离的反射面的共同运动明显变得更容易。

[0016] 然后，本发明的另一个同样特别符合实际的实施形式通过以下措施实现，即：反射面与聚焦面形成45°角，以至于实现从聚焦镜组出发交替地平行和垂直于聚焦面或者对称
轴的激光射线的走向。

[0017] 在此，每个反射镜具有至少两个彼此相对成90°角的反射面，以至于从聚焦镜组发出的激光射线和在聚焦面上转向的激光射线形成平行的直线，以便因此保持低的结构成
本以及控制成本。

[0018] 然后实现本发明的另一个同样特别有意义的变型方案，即：反射镜分别具有至少两个反射面，它们与相应另一个反射镜的反射面平行地设置，以至于外部射到聚焦面上的
激光射线在该区域中在反射面之间多次反射，而能够不产生可察觉的外部干扰影响。

[0019] 反射面在使用期间固定在它的各自预先确定的位置中，以便这样保证精确地引导射线。尽管如此反射面构造成使得每个反射镜的在使用中彼此不可相对移动的反射面是可
调节的。

[0020] 两个反射镜可以借助于一个共同的驱动装置沿相反的方向可移动地设置。与此相对地，特别有利的是以下的实施形式：其中一个反射镜构造成不可移动的，以便这样减少结
构成本，例如由于必需的移动导向装置。在此符合目的的是，至少可移动的反射镜的反射面
组合成一个组合部件。

附图说明

[0021] 本发明允许不同的实施形式。为了进一步说明它的基本原理，在附图中示出并且在下面阐述。以原理图示出：

[0022] 图1按照本发明的装置在第一功能位置中，在该第一功能位置中四条平行的激光射线相互具有一个大的距离；

[0023] 图2在图1中示出的装置在第二功能位置中，在该第二功能位置中平行的激光射线相互具有一个微小的距离。

具体实施方式

[0024] 参见图1和2，详细示出按照本发明的用于加工工件2的装置1在两个功能位置中，在所述两个功能位置中，平行的激光射线3’、3”、4’、4”相互一方面具有一个大的距离a’(图1)，另一方面具有一个微小的距离a”(图2)。所述装置1具有多个分别配设于激光
射线3’、3”、4’、4”的聚焦镜组5，用于将激光射线3’、3”、4’、4”聚焦到在工件2上的一个共同的聚焦面6中。激光射线3’、3”、4’、4”构成外部的第一激光射线对3和内部的第二激
光射线对4。每个激光射线对3、4的激光射线3’、3”、4’、4”与各自被调节的距离a’、a”无关地相对于对称轴7相同间距地间隔。在激光射线3’、3”、4’、4”从各自的聚焦镜组5出发
射到工件2上之前，每条激光射线3’、3”、4’、4”在反射面8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、
12’、12”上由两个反射镜13、14’、14”转向。在此，中间的不可动的反射镜13的反射面8’、
8”、9’、9”构成一个组件，而沿箭头方向X可移动的反射镜14’、14”通过单独的反射面10’、
10”、11’、11”、12’、12”的功能组件构成。在反射面8’、8”、9’、9”、10’、10”、11’、11”、12’、12”上，外部的第一激光射线对3的激光射线3’、3”正好三次转向，而内部的第二激光射线对4
的激光射线4’、4”正好一次转向。这个3∶1的反射比例导致反射镜13、14’、14”沿平行
于对称轴7的箭头方向x的相对运动Δx值引起外部的激光射线3’、3”相对于内部的激光
射线4’、4”的移动三倍的值的结果，即：所有激光射线3’、3”、4’、4”到各自相邻的激光射线
3’、3”、4’、4”的距离a’、a”与绝对位置无关地以关系式a”＝a’+2Δx总是保持恒定。为了避免聚焦面6的移动，在此分别配设于激光射线3’、3”、4’、4”的各聚焦镜组5能够共同
地与反射镜14’、14”的反射面10’、10”、11’、11”、12’、12”一起借助于一个未示出的驱动装置共同移动。在此可移动的反射镜14’、14”的每个反射面10’、10”、11’、11”、12’、12”与另外的反射镜13的与其平行的反射面8’、8”、9’、9”相配，它们本身分别与聚焦面6成45°
角，其中，每个反射镜13、14’、14”具有至少两个彼此相对成90°角的反射面。