DD158622A1 - Verfahren zur strahlfokussierung fuer bearbeitungslaser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strahlfokussierung fuer Bearbeitungslaser, d. insbesondere mit Fokussierungslinsen ausgeruestet sind, vorzugsweise fuer Laser zum Schneiden, Schweissen und Abtragen von Werkstoffen. Ziel ist die Bearbeitungslasertechnik effektiver zu gestalten. Das Verfahren ist so zu gestalten, dass einerseits der Fertigungsaufwand insbesondere fuer Stufenlinsen verringert und andererseits der technologische Aufwand fuer die Bearbeitung spezieller Werkstoffe vereinfacht wird. Erfindungsgemaess wird vorgeschlagen, dass der unfokussierte in sich parallele Eingangsstrahl, ausgenommen bis auf ein zentrales Strahlenbuendel von vorzugsweise 0,2 bis 5 mm Durchmesser, in einer entsprechend abgeflacht gefertigten Sammellinse fokussiert wird, so dass sich der entstehende Fokus inmitten des zentralen unfokussierten Parallelstrahlenbuendels befindet.

Description

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- Verfahren zur Strahlfokussierung für Bearbeitungslaser

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strahlfokussierung für Bearbeitungslaser, welche insbesondere mit Fokussierungslinsen ausgerüstet sind, vorzugsweise für Laser zum Schneiden, Schweißen und Abtragen von Werkstoffen.

ÄPR 1981*93102·

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-Z-Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ss ist bekannt, daß für Bearbeitungszwecke einzusetzende Laseranlagen mit fokussiertem Strahl arbeiten (DE-OS 1927088). Die Fokussierung des Laserstrahls wird entweder mit Einzellinsen oder Linsensystemen oder Spiegeln vorgenommen. Zur Strahlfokussierung sind dabei entweder an sich bekannte Linsenkörper mit gekrümmter Oberfläche oder Stufenlinsen geeignet. Zur Erzielung hoher Schneid- bzw. Bearbeitungsleistungen sind die bekannten Fokussierungssysteme so ausgelegt, daß ein minimaler Brennfleckdurchmesser entsteht, wobei die Bearbeitungsoptik zum Werkstück so positioniert wird, daß der Brennfleck in der Nähe der Werkstückoberfläche liegt. Außerdem werden für Bearbeitungszwecke vorteilhaft solche Laser verwendet, die im TSM Mode arbeiten, d.h. daß die Energie im Laserstrahl etwa G-auß'sche Verteilung aufweist. Stufenlinsen haben den Vorteil, daß eine außergewöhnlich hohe Energiekonzentration im Fokus erreichbar ist, aber andererseits den Nachteil, daß für ihre Herstellung infolge der Vielzahl der erforderlichen Stufen, zumeist mehrere Tausend, und der Feinheit der Stufensprünge die Linsenfertigung kompliziert und aufwendig ist. 'Weiterhin ist festgestellt worden, daß die übliche Strahlfokussierung für Bearbeitungslaser nicht allen Werkstoffen gerecht wird. So zum Beispiel hat es sich in einigen Fällen als vorteilhaft herausgestellt, den zu bearbeitenden Werkstoff vor bzw. während der Laserbearbeitung zu erwärmen. Dies ist jedoch ein zusätzlicher Aufwand, der sich insbesondere in automatisierten-Anlagen nachteilig, weil komplizierend, auf den Bearbeitungsablauf auswirkt.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist die Bearbeitungslasertechnik effektiver zu· gestalten.

Das Wesen der Erfindung

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Strahlfokussierung für Bearbeitungslaser zu entwickeln und dieses so zu gestalten, daß einerseits der Fertigungsaufwand insbesondere für Stufenlinsen verringert und andererseits der technologische Aufwand für die Bearbeitung spezieller Werkstoffe vereinfacht wird. Erfindungsgeinäß wird die Aufgabe durch ein "Verfahren zur Strahlfokussierung dadurch gelöst, daß der unfokussierte in sich parallele Eingangsstrahl, ausgenommen bis auf ein zentrales Strahlenbündel τοη -vorzugsweise 0,2 bis 5 mm Durchmesser, in einer entsprechend abgeflacht gefertigten Sammellinse fokussiert wird, so daß der entstehende Fokus sich inmitten des zentralen unfokussierten Parallelstrahlbündels befindet;.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es einerseits möglich, den Fertigungsaufwand insbesondere für Stufenlinsen zu verringern, Yieil die Stufenanzahl geringer bleiben kann und andererseits den besonderen Vorwärmaufwand zur Laserbearbeitung spezieller Werkstoffe zu vermeiden, weil das den Fokus umgebende unfokussierte Parallelst rahlenbündel einen vorlaufenden und allseitigen Wärmeeffekt auf den zu. bearbeitenden Werkstoff ausübt, ohne selbst abtragend zu wirken.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ein in üblicher Weise mit Hilfe eines COp-Gaslasers erzeugter Laserstrahl im TSM^OO-Mode von etwa 12 mm Außendurchmesser und 1 kV/ Gesamtleistung wird in einer an sich bekannten Stufenlinse, die jedoch in einem Bereich von 2,5 mm Hadius um die Linsenachse ohne Stufen, d.h. völlig eben gefertigt ist, mit 100 mm Brennweite und 20 mm Außendurchmesser so fokussiert, daß der Brennfleck von etwa 0,1 mm Durchmesser mit ungebündeltem, d.h. parallelem Laserlicht mit der Energiedichte des Eingangsstrahls eingehüllt ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wurde die Stufenzahl der Stufenlinse von 94 auf 87 in abgeflachter Form reduziert.

Claims (1)

1. -⁵- 229541 8

   Srf indungsanspruch

   '/erfahreα zur Strahlfokussierung für Bearbeitungslaser, Vielehe insbesondere mit ITokussierungslinsen ausgerüstet sind, -vorzugsweise für Laser zum Schneiden, Schweißen und Äbtragen von Werkstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß der unfokussierte in sich parallele 'Eingangsstrahl, ausgenommen bis auf ein zentrales Strahlenbündel von vorzugsweise 0,2 bis 5 nun. Durchmesser, in einer entsprechend abgeflacht gefertigten Sammellinse fokussiert wird, so daß sich der entstehende Fokus inmitten des zentralen unfokussierten Parallelstrahlbündels befindet,