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激光加工裝置的制造方法

文檔序號(hào):8490965閱讀:1261來源:國知局
激光加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有用于偏轉(zhuǎn)激光束的設(shè)備的用于加工工件的激光加工裝置,具體地,涉及一種特別地用于標(biāo)記工件的激光加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了標(biāo)記工件,已知激光加工裝置,其中根據(jù)待施加的所需標(biāo)記,激光束借助于掃描光學(xué)器偏轉(zhuǎn),并且激光束被聚焦到工件。
[0003]掃描光學(xué)器包括沿兩個(gè)方向偏轉(zhuǎn)激光束的兩個(gè)可移動(dòng)鏡片。入射到工件的表面上的激光束接下來標(biāo)記表面。例如由所謂的“矢量標(biāo)識(shí)”(vector-labeling)完成的標(biāo)記通過許多由點(diǎn)形成的單一線條組成,或在由其中區(qū)域被篩選的“位圖標(biāo)識(shí)”(bitmap-labeIing)完成時(shí)通過由單一點(diǎn)形成的區(qū)域組成。為此,激光束以極快速度被導(dǎo)引跨過工件。鏡片通常借助于所謂的Galvo (即檢流計(jì))移動(dòng),所述Galvo相應(yīng)地包括配置在被磁性地驅(qū)動(dòng)的軸線上的鏡片。通過在線圈處施加電壓,磁場被形成并且包括永磁體的軸線根據(jù)電流強(qiáng)度克服彈簧的作用旋轉(zhuǎn),由此鏡片被偏轉(zhuǎn)(移動(dòng)磁體)。還存在以下選項(xiàng),磁體被固定地附著并且線圈被移動(dòng)(移動(dòng)線圈)。
[0004]鏡片的定向的檢測,即鏡片的旋轉(zhuǎn)角度的檢測,能夠借助于檢測器(例如光敏傳感器)執(zhí)行。
[0005]根據(jù)Galvo的原理結(jié)構(gòu),附帶的是每個(gè)具有一個(gè)鏡片的至少兩個(gè)Galvo對于工件的平面加工而言是必要的。這與對于擴(kuò)大的空間和較高的成本而言的需求相關(guān)聯(lián),因?yàn)閿?shù)個(gè)元件是必要的并且Galvo的功率需求高并且需要適當(dāng)控制。
[0006]另一個(gè)缺點(diǎn)是對于每個(gè)Galvo而言用于相應(yīng)軸線的單獨(dú)位置檢測系統(tǒng)是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是消除上文中的缺點(diǎn)并且提供一種激光加工裝置,所述激光加工裝置具有用于偏轉(zhuǎn)掃描具有小空間要求的區(qū)域的激光束的設(shè)備并且所述激光加工裝置能夠以廉價(jià)的方式制造和操作。
[0008]所述目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的進(jìn)一步開發(fā)為從屬權(quán)利要求的主題。
[0009]通過形成根據(jù)本發(fā)明的一方面的的激光加工裝置,偏轉(zhuǎn)單元能夠以緊湊且廉價(jià)的方式構(gòu)建在安裝本體中,結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括反射表面和第一施力部件,以及與第一施力部件互相作用的至少一個(gè)第二施力部件,從而結(jié)構(gòu)構(gòu)件圍繞任意空間軸線可偏轉(zhuǎn)。因此,反射表面可偏轉(zhuǎn),從而使得由反射表面偏轉(zhuǎn)的激光束能夠掃描區(qū)域。作為結(jié)果,可以以兩個(gè)維度的方式標(biāo)記相對于設(shè)備靜止的工件。由于被移動(dòng)質(zhì)量低,因此僅低電流對于操作而言是必要的。
【附圖說明】
[0010]本發(fā)明借助于實(shí)施方式利用附圖的協(xié)助解釋。
[0011]圖1示出具有用于偏轉(zhuǎn)激光束的設(shè)備的第一實(shí)施方式的激光加工裝置的示意圖;
[0012]圖2示出具有用于偏轉(zhuǎn)激光束的設(shè)備的激光加工裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖;
[0013]圖3示出用于偏轉(zhuǎn)圖1或2的激光束的設(shè)備的放大剖視圖;
[0014]圖4示出激光加工裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖,其中激光諧振器和用于偏轉(zhuǎn)激光束的設(shè)備被設(shè)置在公用安裝板上;
[0015]圖5示出具有用于偏轉(zhuǎn)激光束的設(shè)備的第二實(shí)施方式的激光加工裝置的又一個(gè)實(shí)施方式的示意圖;
[0016]圖6示出用于偏轉(zhuǎn)激光束的設(shè)備的第三實(shí)施方式的一部分的示意圖;
[0017]圖7A示出掃描器在不進(jìn)行任何預(yù)補(bǔ)償?shù)那闆r下針對驅(qū)動(dòng)信號(hào)的階躍響應(yīng)的結(jié)果;以及
[0018]圖7B示出掃描器在進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償?shù)那闆r下針對驅(qū)動(dòng)信號(hào)的階躍響應(yīng)的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出激光加工裝置I的示意圖,所述激光加工裝置具有激光束源22和用于偏轉(zhuǎn)激光束2的設(shè)備4的第一實(shí)施方式。激光束源22在此為呈光纖激光器形式的固態(tài)激光器,然而,所述激光束源還能夠替代地為例如碟形激光器或棒狀激光器。在另一個(gè)替代實(shí)施方式中,激光束源22被形成為氣態(tài)激光器。
[0020]圖1中的激光加工裝置I包括傳輸纖維25,所述傳輸纖維引導(dǎo)激光束2經(jīng)由光學(xué)解耦器到達(dá)偏轉(zhuǎn)設(shè)備4。偏轉(zhuǎn)設(shè)備4和光學(xué)解耦器26 (例如光學(xué)視準(zhǔn)器)被設(shè)置在公用安裝板3上。替代地,光學(xué)解耦器26還能夠被設(shè)置在單獨(dú)安裝板上。
[0021]在圖1中示出用于激光傳遞的傳輸纖維25。替代地,也能夠提供在激光束源22與偏轉(zhuǎn)設(shè)備4之間的自由光束耦合。
[0022]圖2示出激光加工裝置I的另一個(gè)實(shí)施方式。在此,與圖1中的激光加工裝置I不同的是,偏轉(zhuǎn)設(shè)備4不從激光束源22空間地分離,而是偏轉(zhuǎn)設(shè)備4的安裝板3被附著(例如被螺固或黏合)到激光束源22。由此,光學(xué)解耦器能夠被整合在激光束源中。
[0023]圖3示出用于偏轉(zhuǎn)圖1或2的激光束2的設(shè)備4的放大剖視圖。設(shè)備4包括安裝本體3。緊湊偏轉(zhuǎn)單元11包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件12、柔性元件13、以及作為攜帶電流元件的兩個(gè)線圈對14。
[0024]安裝本體3被處理,例如被部分鍍金并且被結(jié)構(gòu)化。此外,設(shè)備4的一部分可選地由所謂的MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))元件制成,所述MEMs元件被單獨(dú)地制造。由此,所述設(shè)備為由借助于MEMS技術(shù)制造的部件以及被“傳統(tǒng)地”制造(即借助于材料去除和非切割成型)的部件組成的混合結(jié)構(gòu)。
[0025]所謂的MEMS元件具體地包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件12和柔性元件13,所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括反射表面15和結(jié)合元件16。結(jié)構(gòu)構(gòu)件12至少在反射表面15的部分中由石英玻璃組成并且具有介電涂層。替代地,反射表面15的部分也能夠由硅、陶瓷或金屬組成和/或所述反射表面能夠具有金屬涂層。介電/金屬涂層配置在反射表面15上,然而,所述介電/金屬涂層也能夠替代地附加地配置在相反側(cè)上。
[0026]通過制造過程,腔室18被形成在安裝本體3中。腔室18容置載流元件14、柔性元件13和具有作為第一施力部件17的磁體的結(jié)合元件16。替代地,腔室18不必必須形成,而是僅能配置在其中能設(shè)置構(gòu)件的構(gòu)造空間。
[0027]反射表面15必須盡可能大,以使得盡可能大的激光斑能夠被重定向以便能夠接下來在工件上產(chǎn)生小激光斑。然而,反射表面15越大,結(jié)構(gòu)構(gòu)件12的慣性質(zhì)量就越大,由此更大的運(yùn)動(dòng)力是必要的。因此,增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)元件,即載流元件14和/或磁體是必要的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件12的方形反射表面15的寬度和長度在此為7.5mm乘7.5mm。替代地,所述寬度和長度為至少2mm乘2mm但小于15mm乘15mm并且優(yōu)選地小于1mm乘10mm。由于激光束2以并非垂直入射的角度入射,因此反射表面15上的激光斑不是圓形的而具體地是橢圓形的。為了將反射表面15設(shè)計(jì)得盡可能小并且必要地大,反射表面15因此還能夠具有橢圓、圓形或其它適當(dāng)?shù)男螤詈推渌叽?。反射表?5的形狀和尺寸于是等同于激光斑的預(yù)定形狀和最大尺寸。反射表面為平面,然而,所述反射表面也能夠被設(shè)計(jì)為彎曲的。
[0028]此外,結(jié)構(gòu)構(gòu)件12配置有結(jié)合元件16。結(jié)合元件16被設(shè)置在遠(yuǎn)離反射表面15扭轉(zhuǎn)的部分中。結(jié)合元件16在與反射表面15相反的部分中、在此為在端部處包括磁體17。然而,磁體17替代地不必配置在結(jié)合元件16的端部處,而是所述磁體也能夠配置在結(jié)合元件16的任意位置處或在結(jié)構(gòu)構(gòu)件12的另一個(gè)適當(dāng)位置處。同樣替代地,在任意位置處的數(shù)個(gè)磁體能夠被設(shè)置。
[0029]結(jié)合元件16經(jīng)由柔性元件13被結(jié)合到安裝本體3。柔性元件13被設(shè)計(jì)為將結(jié)合元件16和安裝本體3結(jié)合的彈簧元件。柔性元件13被設(shè)置在反射表面15的下方。此外,替代在反射表面15下方布置的是,柔性元件13還能夠被設(shè)置在反射表面15側(cè)向。因此,設(shè)備4的高度被減小。通過提供柔性元件13,結(jié)構(gòu)構(gòu)件12圍繞任意空間軸線可樞轉(zhuǎn)。
[0030]圍繞任意空間軸線的樞轉(zhuǎn)能夠被理解為圍繞一個(gè)軸線的樞轉(zhuǎn)或圍繞空間坐標(biāo)系統(tǒng)的兩個(gè)軸線的疊加樞轉(zhuǎn),由此沒有軸線被設(shè)置成相對于反射表面15垂直。這將僅導(dǎo)致反射表面15的旋轉(zhuǎn)而不改變激光束2的偏轉(zhuǎn)。通過圍繞任意空間軸線的樞轉(zhuǎn),結(jié)構(gòu)構(gòu)件12以及因此反射表面15圍繞偏轉(zhuǎn)角度的偏轉(zhuǎn)被允許。這允許激光束2到表面的由反射表面15的樞轉(zhuǎn)范圍劃定的任意點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)。
[0031]第一線圈對14由相對于磁體17相反地處于平面中的兩個(gè)線圈組成。在電流被施加到所述兩個(gè)線圈時(shí),第一線圈對14從而產(chǎn)生具有軸線的合成磁場。另一個(gè)線圈對14旋
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