DE19954518A1

DE19954518A1 - Processing workpieces involves directing laser radiation onto workpiece, rotating laser spot formed on workpiece about radiation axis or essentially parallel axis during processing

Info

Publication number: DE19954518A1
Application number: DE19954518A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Bauer; Guenther Kamlage; Frank Kork; Stefan Nolte
Original assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Current assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-07-05

Abstract

The method involves directing laser radiation onto the workpiece to be processed and rotating a laser spot formed on the workpiece by the laser radiation relative to the workpiece about the radiation axis or an essentially parallel axis during processing. The workpiece is essentially fixed and the spot rotated or vice-versa. Independent claims are also included for the following: an arrangement for processing workpieces using laser radiation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 13 ge nannten Art zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung.The invention relates to a method in Preamble of claim 1 mentioned type and a Device of the ge in the preamble of claim 13 named type for processing workpieces by means of Laser radiation.

Durch DE 197 44 368 A1 ist ein Verfahren der betreffenden Art bekannt, bei dem Laserstrahlung auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet wird. Bei dem bekannten Verfahren wird zur Erzeugung eines im we sentlichen rotationssymmetrischen Materialabtrages an dem Werkstück die Polarisationsrichtung der Laser strahlung relativ zu dem Werkstück gedreht. Auf diese Weise wird beispielsweise beim Laserbohren die Rota tionssymmetrie der Bohrung verbessert.DE 197 44 368 A1 describes a method of known type in the case of laser radiation the workpiece to be machined is straightened. In which known method is used to generate a we considerable rotationally symmetrical material removal the direction of polarization of the laser radiation rotated relative to the workpiece. To this The Rota, for example, is used for laser drilling tional symmetry of the hole improved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann ten Art sowie eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 13 genannten Art anzugeben, bei dem bzw. bei der die Gleichmäßigkeit des Bearbeitungsergeb nisses noch weiter verbessert ist.The invention is based on the object Method called in the preamble of claim 1 ten kind as well as a device which in the preamble of Specify claim 13 type in which or where the uniformity of the machining result nisses is even further improved.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 13 angegebene Lehre gelöst.With regard to the method, this task by the teaching specified in claim 1 and with regard the device by the in claim 13 specified teaching solved.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lehre besteht darin, einen durch die Laserstrahlung auf dem zu bearbeitenden Werkstück gebildeten Strahlfleck während des Bearbeitungsvorganges derart um die Strahlachse oder eine zur Strahlachse im wesentlichen parallele Drehachse zu drehen, daß sich die Orientie rung des Strahlflecks relativ zu dem Werkstück ändert und hierdurch Ungleichmäßigkeiten des Bearbeitungs ergebnisses, die von einer Unsymmetrie des Strahl flecks herrühren, ausgeglichen werden. Unter der Strahlachse wird hierbei diejenige Achse verstanden, die in Strahlrichtung durch den geometrischen Mittel punkt des Strahlflecks verläuft.The basic idea of the teaching according to the invention is one by the laser radiation on the beam spot to be machined workpiece so during the machining process Beam axis or essentially to the beam axis to rotate parallel axis of rotation that the Orientie tion of the beam spot changes relative to the workpiece and thereby processing irregularities result from an asymmetry of the beam Spots come from, be balanced. Under the Beam axis is understood to mean that axis that in the beam direction by the geometric mean point of the beam spot runs.

Ist der Strahlfleck beispielsweise beim Bohren mittels Laserstrahlung elliptisch, so wird mit der erfindungsgemäßen Lehre durch Drehung des Strahl flecks um die Strahlachse eine rotationssymmetrische Bohrung erzielt, ohne daß hierzu aufwendige Maßnahmen zur Formung eines kreisförmigen Strahlflecks erfor derlich sind.Is the beam spot for example when drilling by means of laser radiation, so with the teaching according to the invention by rotating the beam spots around the beam axis a rotationally symmetrical Drilled hole achieved without expensive measures to form a circular beam spot are such.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann der Strahlfleck der Laserstrahlung um die Strahlachse oder um eine zur Strahlachse im wesentlichen paralle le und zu dieser beabstandete Drehachse gedreht wer den. Bei Drehung um die Stahlachse läßt sich bei spielsweise eine im wesentlichen rotationssymmetri sche Bohrung erzeugen, während sich bei Drehung um eine zu der Strahlachse parallele Drehachse bei spielsweise ein zu der Drehachse beabstandeter und zu dieser koaxialer Schnitt erzeugen läßt.According to the respective requirements the beam spot of the laser radiation around the beam axis or about an essentially parallel to the beam axis le and rotated to this spaced axis of rotation the. When rotating around the steel axis, for example an essentially rotationally symmetrical create a hole while rotating around an axis of rotation parallel to the beam axis for example, a spaced from the axis of rotation and this coaxial section can be generated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchführbar, und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach im Aufbau und damit kostengünstig her stellbar.The method according to the invention is simple feasible, and the device according to the invention is simple in construction and therefore inexpensive adjustable.

Um eine Drehung der Strahlflecks relativ zu dem Werkstück zu erzielen, kann das Werkstück im wesent lichen ortsfest gehalten und der Strahlfleck gedreht werden, wie dies eine Ausführungsform vorsieht.To rotate the beam spots relative to that To achieve the workpiece, the workpiece can essentially held stationary and the beam spot rotated as an embodiment provides.

Es ist jedoch auch möglich, den Strahlfleck im wesentlichen ortsfest zu halten und das Werkstück zu drehen, wie dies eine andere Ausführungsform vor sieht.However, it is also possible to find the beam spot in the essential to keep stationary and the workpiece rotate like this before another embodiment sees.

Vorteilhafterweise wird der Strahlfleck relativ zu dem Werkstück kontinuierlich gedreht. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders gleichmäßiges Bear beitungsergebnis.The beam spot advantageously becomes relative continuously rotated to the workpiece. To this This results in a particularly even bear processing result.

Es ist jedoch auch möglich, den Strahlfleck re lativ zu dem Werkstück schrittweise zu drehen, wie dies eine andere Ausführungsform vorsieht.However, it is also possible to re right the beam spot to rotate relative to the workpiece gradually, like this provides another embodiment.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der erfin dungsgemäßen Lehre wird der Strahlfleck während des Bearbeitungsvorganges relativ zu dem Werkstück wenig stens einmal um wenigstens etwa 180°, vorzugsweise wenigstens 360° gedreht. Wird beispielsweise beim Laserbohren ein achsensymmetrischer, beispielsweise elliptischer Strahlfleck verwendet, so ist es zum Erzielen eines rotationssymmetrischen Abtrages an dem Werkstück und damit einer rotationssymmetrischen Boh rung grundsätzlich ausreichend, den Strahlfleck wäh rend des Bearbeitungsvorganges relativ zu dem Werk stück wenigstens einmal um 180° zu drehen. Wird hin gegen beim Laserbohren ein vollständig unsymmetri scher Strahlfleck verwendet oder ein symmetrischer Strahlfleck um eine zur Strahlachse versetzte Achse gedreht, so wird der Strahlfleck zur Erzielung eines rotationssymmetrischen Abtrages während des Bearbeitungsvorganges wenigstens einmal um etwa 360° ge dreht. Beim Trepanieren kann der Strahlfleck entlang des Schnittweges so oft gedreht werden, daß sich un abhängig von der Form des Strahlflecks ein gleich mäßiger Schnitt ergibt. In entsprechende Weise kann beim Perkussionsbohren während eines Bohrvorganges der Strahlfleck so oft gedreht werden, daß sich eine rotationssymmetrische Bohrung ergibt.According to another development of the inventor teaching according to the beam spot during the Machining process relatively little to the workpiece least once by at least about 180 °, preferably rotated at least 360 °. For example, when Laser drilling an axisymmetric, for example elliptical beam spot is used, so it is for Achieve a rotationally symmetrical removal on the Workpiece and thus a rotationally symmetrical Boh Generally sufficient, select the beam spot rend the machining process relative to the plant piece at least once by 180 °. Will go against a completely asymmetrical when laser drilling used beam spot or a symmetrical one Beam spot around an axis offset from the beam axis rotated, the beam spot is used to achieve a rotationally symmetrical removal during the machining process at least once by about 360 ° turns. When trepanning, the beam spot can go along of the cutting path are rotated so often that un depending on the shape of the beam spot an equal moderate cut results. In a similar way percussion drilling during a drilling process the beam spot is rotated so often that a rotationally symmetrical bore results.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann der Strahlfleck relativ zu dem Werkstück in einer gleichbleibenden Drehrichtung oder in einer wechseln den Drehrichtung gedreht werden, wie dies Aus führungsformen vorsehen.According to the respective requirements the beam spot relative to the workpiece in one constant direction of rotation or change in one the direction of rotation can be turned like this off provide for management forms.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige Arten der Materialbearbeitung, beispielsweise zum Schneiden mittels Laserstrahlung geeignet. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Bearbeitung Bohren um faßt, wie dies eine Ausführungsform vorsieht. Auf grund der erfindungsgemäßen Lehre ergeben sich hier bei Bohrungen mit hoher Rotationssymmetrie.The method according to the invention is for any Types of material processing, for example Suitable for cutting with laser radiation. Especially It is useful if the machining is drilling around summarizes how this provides an embodiment. On based on the teaching of the invention here for bores with high rotational symmetry.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann das Bohren beispielsweise Perkussionsbohren oder Wendel bohren umfassen, wie das andere Ausführungsformen vorsehen.In the aforementioned embodiment, this can Drilling, for example, percussion drilling or helix drilling include, like the other embodiments provide.

Die Bearbeitung kann jedoch auch Trepanieren umfassen, wie dies eine andere Weiterbildung vor sieht.However, the processing can also be trepanning include how this is another training course sees.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Mit tel zur Drehung des Strahlflecks eine um eine Dreh achse drehbare optische Einrichtung aufweisen, die die Strahlrichtung von Teilstrahlen der Laserstrah lung, die auf einer Seite einer gedachten Ebene, in der die Drehachse liegt, oder einer zu der Drehachse parallelen gedachten Ebene beabstandet zu der Ebene in die Einrichtung eintreten, derart beeinflußt, daß diese Teilstrahlen nach Durchtritt durch die optische Einrichtung auf der anderen Seite der Ebene beabstan det zu dieser aus der optischen Einrichtung austre ten. Die optische Einrichtung bewirkt eine Verschie bung der Strahlrichtung der Teilstrahlen parallel zu der gedachten Ebene zwischen ihrem Eintritt in die optische Einrichtung und ihrem Austritt aus dieser, derart, daß die Strahlrichtung der Teilstrahlen beim Austritt aus der optischen Einrichtung zu ihrer Strahlrichtung beim Eintritt in die optische Einrich tung spiegelbildlich ist, wobei die gedachte Ebene die Spiegelebene ist. In Verbindung mit der Drehung der optischen Einrichtung um ihre Drehachse ergibt sich so die gewünschte Drehung des Strahlflecks rela tiv zu dem Werkstück. Da eine Drehung des Werkstücks grundsätzlich nicht erforderlich ist, ist diese Aus führungsform einfach im Aufbau und damit kostengün stig herstellbar.A particularly advantageous development of The device according to the invention provides that the Mit tel to rotate the beam spot one by one Have axis rotatable optical device, the the beam direction of partial beams of the laser beam on one side of an imaginary plane, in which is the axis of rotation, or one to the axis of rotation parallel imaginary plane spaced from the plane enter the facility so influenced that these partial beams after passing through the optical Facility on the other side of the beabstan plain det to this from the optical device The optical device causes a shift Practice the beam direction of the partial beams parallel to the imaginary level between entering the optical device and its exit from it, such that the beam direction of the partial beams at Exit from the optical device to their Beam direction when entering the optical device tion is mirror image, with the imaginary level is the mirror plane. In connection with the rotation the optical device reveals about its axis of rotation the desired rotation of the beam spot rela tiv to the workpiece. Because a rotation of the workpiece is basically not required, this is off form of management simple in construction and therefore inexpensive producible.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann die optische Einrichtung eine Spiegelanordnung mit wenig stens zwei Spiegeln aufweisen, wobei die Spiegel die Strahlrichtung von Teilstrahlen der Laserstrahlung, die auf einer Seite einer gedachten Ebene, in der die Drehachse liegt, oder einer zu der Drehachse paralle len gedachten Ebene beabstandet zu der Ebene in die optische Einrichtung eintreten, derart beeinflussen, daß diese Teilstrahlen nach Durchtritt durch die op tische Einrichtung auf der anderen Seite der Ebene beabstandet zu dieser aus der Einrichtung austreten. Die hierfür erforderlichen Spiegel sind einfach und kostengünstig herstellbar, so daß die erfindungsgemä ße Vorrichtung einfach im Aufbau und damit kostengünstig herstellbar ist.In the aforementioned embodiment, the optical device a mirror arrangement with little have at least two mirrors, the mirrors the Beam direction of partial beams of laser radiation, that on one side of an imaginary plane, in which the Axis of rotation, or one parallel to the axis of rotation len imaginary plane spaced from the plane in the enter optical device, influence such that these partial beams after passing through the op table set up on the other side of the level emerge at a distance from the device. The mirrors required for this are simple and inexpensive to manufacture, so that the invention esse device simple in construction and therefore inexpensive can be produced.

Anzahl, Form und Anordnung der Spiegel der Spie gelanordnung sind entsprechend den jeweiligen Anfor derungen in weiten Grenzen wählbar. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Spiegelanordnung einen zu der Drehachse der optischen Einrichtung ge neigten ersten Spiegel aufweist, der die Laserstrah lung auf einen in Einstrahlrichtung hinter dem ersten Spiegel angeordneten, zur Drehachse im wesentlichen parallelen zweiten Spiegel reflektiert, der die La serstrahlung auf einen in Einstrahlrichtung hinter dem zweiten Spiegel angeordneten, zur Drehachse ge neigten dritten Spiegel reflektiert, wobei der erste Spiegel und der dritte Spiegel relativ zueinander derart geneigt sind, daß Teilstrahlen der Laserstrah lung, die auf einer Seite einer gedachten Ebene, in der die Drehachse liegt, oder einer zu der Drehachse parallelen gedachten Ebene beabstandet zu der Ebene in die Einrichtung eintreten, derart reflektiert wer den, daß diese Teilstrahlen nach Durchtritt durch die optische Einrichtung auf der anderen Seite der Ebene beabstandet zu dieser aus der Einrichtung austreten. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und damit kostengünstig herstellbar.Number, shape and arrangement of the mirrors of the game Gel arrangement are according to the respective requirements changes can be selected within wide limits. An advantageous one Embodiment provides that the mirror arrangement one ge to the axis of rotation of the optical device inclined first mirror, which has the laser beam in the direction of radiation behind the first Mirror arranged, to the axis of rotation essentially parallel second mirror reflecting the La radiation onto one behind in the direction of radiation the second mirror arranged, ge to the axis of rotation inclined third mirror reflected, the first Mirror and the third mirror relative to each other are inclined so that partial beams of the laser beam on one side of an imaginary plane, in which is the axis of rotation, or one to the axis of rotation parallel imaginary plane spaced from the plane enter the facility, so who reflects the that these partial beams after passing through the optical device on the other side of the plane emerge at a distance from the device. This embodiment is particularly simple and therefore inexpensive to manufacture.

Eine andere Weiterbildung der Ausführungsform mit der um ihre optische Achse drehbaren optischen Einrichtung sieht vor, daß diese einen Kristall auf weist, in dem eine Totalreflexion der Laserstrahlung derart auftritt, daß Teilstrahlen der Laserstrahlung, die auf einer Seite einer gedachten Ebene, in der die Drehachse liegt, oder einer zu der Drehachse paralle len gedachten Ebene beabstandet zu der Ebene in die Einrichtung eintreten, nach Durchtritt durch den Kri stall auf der anderen Seite der Ebene beabstandet zu dieser aus der Einrichtung austreten. Diese Ausfüh rungsform ist ebenfalls einfach und kostengünstig herstellbar. Sie ist außerdem besonders robust im Aufbau. Material und Form des Kristalls wählt der Fachmann entsprechend den jeweiligen Anforderungen.Another development of the embodiment with the optical rotating around its optical axis Facility provides that this is a crystal points in a total reflection of the laser radiation occurs in such a way that partial beams of laser radiation, that on one side of an imaginary plane, in which the Axis of rotation, or one parallel to the axis of rotation len imaginary plane spaced from the plane in the Enter facility after passing through the Kri stall on the other side of the plane this exit the facility. This execution Form is also simple and inexpensive producible. It is also particularly robust in Construction. He chooses the material and shape of the crystal Specialist according to the respective requirements.

Eine andere zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß die optische Einrichtung einen Kristall aufweist, dessen Brechungsindex sich entlang der Ab messungen des Kristalls in wenigstens einer Richtung, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Einstrahl richtung, derart ändert, daß Teilstrahlen der Laser strahlung, die auf einer Seite einer gedachten Ebene, in der die Drehachse liegt, oder einer zu der Dreh achse parallelen gedachten Ebene beabstandet zu der Ebene in die Einrichtung eintreten, nach Durchtritt durch den Kristall auf der anderen Seite der Ebene beabstandet zu dieser aus der Einrichtung austreten. Diese Ausführungsform ist ebenfalls einfach im Aufbau und damit kostengünstig herstellbar sowie robust.Another expedient embodiment sees before that the optical device is a crystal has, whose refractive index along the Ab measurements of the crystal in at least one direction, preferably essentially perpendicular to the radiation direction, so changes that partial beams of the laser radiation on one side of an imaginary plane, in which the axis of rotation lies, or one to the axis of rotation axis parallel imaginary plane spaced from the Enter the level after passing through through the crystal on the other side of the plane emerge at a distance from the device. This embodiment is also simple in construction and therefore inexpensive to manufacture and robust.

Umfaßt die Bearbeitung Laserbohren, so ist es bei den Ausführungsformen mit der drehbaren optischen Einrichtung bei ortsfestem Werkstück zur Erzielung einer Drehung des Strahlflecks grundsätzlich ausrei chend, wenn sich die optische Einrichtung um ihre optische Achse dreht. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht jedoch vor, daß die optische Ein richtung mittels einer Antriebseinrichtung wenigstens senkrecht zu ihrer optischen Achse verstellbar ist. Auf diese Weise kann auf eine Zusatzeinrichtung zum Schneiden oder Trepanieren verzichtet werden. Durch entsprechende Verstellung der optischen Einrichtung können beispielsweise Schnitte beliebiger Geometrie erzeugt werden.If the machining includes laser drilling, it is in the embodiments with the rotatable optical Setup with stationary workpiece to achieve a rotation of the beam spot is generally sufficient if the optical device is concerned with their optical axis rotates. A particularly beneficial one Training provides, however, that the optical one direction by means of a drive device at least is adjustable perpendicular to its optical axis. In this way, an additional device for No cutting or trepanning. By appropriate adjustment of the optical device can, for example, cut any geometry be generated.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es grundsätzlich ausreichend, wenn die optische Einrich tung eindimensional verstellbar ist. Auf diese Weise lassen sich geradlinige Schnitte erzielen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die optische Einrich tung zweidimensional verstellbar ist. Auf diese Weise lassen sich beim Trepanieren durch geeignete Verstel lung der optischen Einrichtung während des Bearbei tungsvorganges beispielsweise kreisförmige Schnitte erzielen.In the aforementioned embodiment, it is basically sufficient if the optical setup tion is one-dimensionally adjustable. In this way straight cuts can be achieved. Especially However, it is advantageous if the optical device tion is two-dimensionally adjustable. In this way can be adjusted with suitable adjusters when trepanning development of the optical device during processing tion process, for example circular cuts achieve.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der bei gefügten Zeichnung näher erläutert, in der Ausfüh rungsbeispiele dargestellt sind.The invention is based on the attached drawing explained in more detail in the Ausfü Examples are shown.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen elliptischen Strahlfleck, Fig. 1 shows a schematic representation of an elliptical beam spot,

Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 eine Kontur einer Bohrung, die sich beim Trepanieren gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik mit dem Strahlfleck gemäß Fig. 1 ergibt, Fig. 2 in the same representation as Fig. 1 shows an outline of a hole, which results in the trepanning by a method according to the prior art with the beam spot shown in FIG. 1,

Fig. 3 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 den Strahlfleck gemäß Fig. 1 sowie eine Kontur einer Bohrung, die sich beim Bohren mit dem Strahlfleck gemäß Fig. 1 mit einem erfindungsgemäßen Verfah ren ergibt, Fig. 3 in the same representation as Fig. 1 gives the beam spot shown in FIG. 1 and a contour of a hole, which ren in drilling with the beam spot shown in FIG. 1 with an inventive procedural,

Fig. 4 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 eine Kontur einer Bohrung, die sich beim Trepanieren gemäß dem erfindungs gemäßen Verfahren mit dem Strahlfleck gemäß Fig. 1 ergibt, Fig. 4 in the same representation as Fig. 2 shows a contour of a hole, which results in the trepanning according to the Inventive process according to the beam spot shown in FIG. 1,

Fig. 5 in schematischer, geschnittener Seitenansicht ein erstes Ausführungsbei spiel einer erfindungsgemäßen Vorrich tung, Fig. 5 is a schematic, sectional side view of a first Ausführungsbei play a Vorrich invention tung,

Fig. 6 in gleicher Darstellung wie Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 6, in the same representation as Fig. 5 shows a second embodiment of he inventive device

Fig. 7 in gleicher Darstellung wie Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 7 is the same view as Fig., A third embodiment of he inventive device 5,

Fig. 8 in gleicher Darstellung wie Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 8 in the same representation as Fig. 5, a fourth embodiment of an inventive device and

Fig. 9 einen Schnitt entlang einer Linie A-A in Fig. 6. Fig. 9 is a sectional view taken along a line AA in Fig. 6.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugs zeichen versehen.In the figures of the drawing the same or corresponding components with the same reference characters.

In Fig. 1 ist ein elliptischer Strahlfleck 2 dargestellt, der durch Laserstrahlung auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Werkstück gebildet wird.In Fig. 1, an elliptical beam spot 2 is shown, which is formed by laser radiation on a workpiece, not shown in the drawing.

Bei einem Verfahren zum Trepanieren gemäß dem Stand der Technik wird der elliptische Strahlfleck 2 mit seinem Mittelpunkt entlang einer Kreisbahn 4 in Richtung eines Pfeiles 6 geführt. Aufgrund der ellip tischen Form des Strahlflecks 2 ergibt sich nicht in der gewünschten Weise eine rotationssymmetrische Boh rung, sondern eine Bohrung mit einer im wesentlichen elliptischen Kontur 8. Zur Erzielung einer rotations symmetrischen Bohrung ist es bei dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik erforderlich, einen kreisförmi gen Strahlfleck zu bilden. Hierzu sind aufwendige Maßnahmen zur Strahlformung erforderlich. Die zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Stand der Tech nik erforderliche Vorrichtung ist daher aufwendig im Aufbau und teuer in der Herstellung.In a method for trepanning according to the prior art, the elliptical beam spot 2 is guided with its center along a circular path 4 in the direction of an arrow 6 . Due to the elliptical shape of the beam spot 2 does not result in a rotationally symmetrical Boh tion in the desired manner, but a bore with an essentially elliptical contour 8th To achieve a rotationally symmetrical bore, it is necessary in the method according to the prior art to form a circular beam spot. This requires complex measures for beam shaping. The device required to carry out the method according to the prior art is therefore complex in construction and expensive to produce.

Fig. 3 dient zur Verdeutlichung der erfindungs gemäßen Lehre. Erfindungsgemäß wird der bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 3 elliptische Strahlfleck 2 während des Bearbeitungsvorganges, beispielsweise während eines Bohrvorganges, um die in Fig. 3 in die Zeichenebene hinein verlaufende Strahlachse 10 in Richtung eines Pfeiles 12 gedreht. Aufgrund der auf diese Weise erzielten zeitlichen Veränderung der Orientierung des Strahlflecks 12 relativ zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Werkstück wird der Einfluß von Unsymmetrien des Strahlflecks 12 auf das Bearbeitungsergebnis aufgehoben, so daß sich in der gewünschten Weise eine im wesentlichen rotationssym metrische Bohrung mit kreisförmiger Kontur 14 ergibt. Fig. 3 serves to illustrate the teaching of the Invention. According to the invention the rotated at the off operation example according to FIG. 3 elliptical beam spot 2 during the machining operation, for example during a drilling operation, to the ingoing in Fig. 3 in the plane of the beam axis 10 in the direction of an arrow 12. Due to the change in the orientation of the beam spot 12 relative to the workpiece (not shown in the drawing) achieved in this way, the influence of asymmetries of the beam spot 12 on the machining result is eliminated, so that an essentially rotationally symmetrical bore with a circular shape is removed in the desired manner Contour 14 results.

Der Drehwinkel, um den der Strahlfleck während eines Bearbeitungsvorganges gedreht wird, wird ent sprechend den jeweiligen Anforderungen gewählt.The angle of rotation by which the beam spot during a machining process is rotated, ent chosen according to the respective requirements.

Ist beispielweise der Strahlfleck 2, wie in Fig. 3 dargestellt, achsensymmetrisch und wird um die Strahlachse 10 gedreht, so ist zur Erzielung der kreisförmigen Kontur 14 eine Drehung des Strahlflecks 2 um 180° während des Bearbeitungsvorganges ausrei chend.If, for example, the beam spot 2 , as shown in FIG. 3, is axisymmetric and is rotated about the beam axis 10 , rotation of the beam spot 2 by 180 ° during the machining process is sufficient to achieve the circular contour 14 .

Ist der Strahlfleck hingegen gänzlich unsymme trisch oder wird ein symmetrischer Strahlfleck um eine zur Strahlachse versetzte Achse gedreht, so wird der Strahlfleck während des Bearbeitungsvorganges wenigstens einmal um 360° gedreht, so daß wiederum der Einfluß von Unsymmetrien des Strahlflecks auf das Bearbeitungsergebnis aufgehoben ist.However, the beam spot is completely asymmetrical or a symmetrical beam spot around an axis offset from the beam axis is rotated the beam spot during the machining process rotated at least once by 360 °, so that again the influence of asymmetries of the beam spot on the Machining result is canceled.

Fig. 4 dient zur Verdeutlichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trepanieren, bei dem der Strahlfleck 2 relativ zu dem nicht dargestellten Werkstück entlang der Kreisbahn 4 in Richtung des Pfeiles 6 bewegt wird. Gleichzeitig wird der Strahl fleck kontinuierlich um die Strahlachse 10 gedreht, so daß sich beim Trepanieren eine Bohrung mit kreis förmiger Kontur 16 ergibt. Fig. 4 is showing an inventive method for trepanning, wherein the beam spot 2 is moved relative to the workpiece, not shown, along the circular path 4 in the direction of the arrow 6. At the same time, the beam spot is continuously rotated about the beam axis 10 , so that a hole with a circular contour 16 results when trepanning.

Durch die erfindungsgemäße Lehre lassen sich in einfacher und zuverlässiger Weise in hohem Maße rota tionssymmetrische Ausnehmungen bilden, ohne daß hier zu aufwendige Maßnahmen zur Formung des Strahlflecks erforderlich sind. Bei den anhand der Fig. 3 und 4 erläuterten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkstück im wesentlichen orts fest gehalten und der Strahlfleck 2 gedreht. Es ist jedoch möglich, den Strahlfleck 2 im wesentlichen ortsfest zu halten und das Werkstück zu drehen oder sowohl den Strahlfleck 2 als auch das Werkstück zu drehen.The teaching according to the invention makes it possible to form recesses which are symmetrical in rotation to a high degree in a simple and reliable manner, without the need for expensive measures for shaping the beam spot. In the embodiments of the method according to the invention explained with reference to FIGS . 3 and 4, the workpiece is essentially held in place and the beam spot 2 rotated. However, it is possible to keep the beam spot 2 essentially stationary and to rotate the workpiece or to rotate both the beam spot 2 and the workpiece.

In Fig. 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 18 dargestellt, die nicht dargestellte Mittel zur Erzeugung von La serstrahlung aufweist, die auf dem ebenfalls nicht dargestellten zu bearbeitenden Werkstück einen Strahlfleck bilden.In Fig. 5, a first embodiment of an inventive device 18 is illustrated, the means not shown, for generating La rays which workpiece to be processed on the form is also not shown a beam spot.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 18 weist Mittel zur Drehung des Strahlflecks relativ zu dem Werkstück um die Strahlachse oder eine zur Strahlachse im we sentlichen parallele Drehachse während des Bearbei tungsvorganges auf.The device 18 according to the invention has means for rotating the beam spot relative to the workpiece about the beam axis or an axis of rotation which is essentially parallel to the beam axis during the processing operation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 18 weist eine optische Einrichtung 20 auf, die um eine Drehachse, die bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Strahl achse 10 der Laserstrahlung zusammenfällt, drehbar gelagert und während des Bearbeitungsvorganges durch eine nicht dargestellte Drehantriebseinrichtung dre hangetrieben wird. Die optische Einrichtung 20 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen zur Drehachse 22 geneigten ersten Spiegel 24 auf, der die Laserstrah lung auf einen in Einstrahlrichtung hinter dem ersten Spiegel 24 angeordneten, zur Drehachse 22 im wesent lichen parallelen zweiten Spiegel 26 reflektiert, der die Laserstrahlung auf einen in Einstrahlrichtung hinter dem zweiten Spiegel 26 angeordneten, zur Dreh achse 22 geneigten dritten Spiegel 28 reflektiert.The device 18 according to the invention has an optical device 20 which is rotatably mounted about an axis of rotation, which coincides with the beam axis 10 of the laser radiation in this exemplary embodiment, and is driven during the machining process by a rotary drive device (not shown). The optical device 20 has an inclined to the rotational axis 22 the first mirror 24 in this embodiment, the Laserstrah lung to a arranged in irradiation direction behind the first mirror 24, parallel to the rotational axis 22 in the Wesent union second mirror 26 reflects the laser radiation onto a arranged in the beam direction behind the second mirror 26 , to the axis 22 inclined third mirror 28 reflected.

Der erste Spiegel 24 und der dritte Spiegel 28 sind relativ zueinander derart geneigt, daß ein Teil strahl 30, der auf einer dem zweiten Spiegel 26 zu gewandten Seite einer gedachten Ebene 29, in der die Drehachse 22 liegt, parallel und beabstandet zu die ser Ebene 29 in die Einrichtung 20 eintritt, auf der dem zweiten Spiegel 26 abgewandten Seite der gedach ten Ebene 29 parallel und beabstandet zu dieser aus der Einrichtung 20 austritt.The first mirror 24 and the third mirror 28 are inclined relative to one another in such a way that a partial beam 30 , which on a side facing the second mirror 26 of an imaginary plane 29 , in which the axis of rotation 22 lies, is parallel and spaced apart from this plane 29 enters the device 20 , on the side facing away from the second mirror 26 of the roof plane 29 parallel and spaced from the device 20 exits.

In entsprechender Weise beeinflußt die Einrich tung 20 die Strahlrichtung eines Teilstrahls 32, der auf der dem zweiten Spiegel 26 abgewandten Seite par allel und beabstandet zu der gedachten Ebene 29 in die optische Einrichtung 20 eintritt, derart, daß dieser Teilstrahl auf der dem zweiten Spiegel 26 zu gewandten Seite der gedachten Ebene 29 parallel und beabstandet zu dieser aus der Einrichtung 20 aus tritt.In a corresponding manner, the device 20 influences the beam direction of a partial beam 32 , which enters on the side facing away from the second mirror 26 in parallel and at a distance from the imaginary plane 29 into the optical device 20 , such that this partial beam on the second mirror 26 to the opposite side of the imaginary plane 29 parallel and spaced from the device 20 occurs.

In der optischen Einrichtung 20 findet also zwi schen dem Eintritt der Laserstrahlung in diese und zwischen dem Austritt der Laserstrahlung aus dieser eine Verschiebung der Strahlrichtung der Teilstrahlen derart statt, daß die Strahlrichtung beim Austritt aus der optischen Einrichtung 20 zur Strahlrichtung beim Eintritt spiegelbildlich ist, wobei die gedachte Ebene 29, die in Fig. 5 senkrecht zur Zeichenebene verläuft und in der die Drehachse liegt, die Spie gelebene ist.In the optical device 20 takes place between the entry of the laser radiation into this and between the exit of the laser radiation from this, a shift in the beam direction of the partial beams takes place such that the beam direction upon exit from the optical device 20 is mirror image of the beam direction upon entry, whereby the imaginary plane 29 , which is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 5 and in which the axis of rotation lies, the mirror plane is gel.

Während des Bearbeitungsvorganges dreht die nicht dargestellte Antriebseinrichtung die optische Einrichtung 20 um ihre Drehachse 22, wie dies in Fig. 5 durch einen Pfeil 34 angedeutet ist. Aufgrunddessen dreht sich der Strahlfleck um die mit der Strahlachse 10 zusammenfallende Drehachse 22, wie dies in Fig. 5 durch einen Pfeil 36 angedeutet ist, so daß sich in der zuvor beschriebenen Weise eine zeitliche Verände rung der Orientierung des Strahlflecks relativ zu dem Werkstück ergibt und so der Einfluß von Unsymmetrien des Strahlflecks auf das Bearbeitungsergebnis aufge hoben ist.During the machining process, the drive device (not shown) rotates the optical device 20 about its axis of rotation 22 , as indicated by an arrow 34 in FIG. 5. Because of this, the beam spot rotates about the axis of rotation 22 coinciding with the beam axis 10 , as is indicated in FIG. 5 by an arrow 36 , so that, in the manner described above, the orientation of the beam spot relative to the workpiece is changed over time and so the influence of asymmetries of the beam spot on the processing result is canceled.

In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 18 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dadurch unterscheidet, daß anstelle der Spiegel 24, 26, 28 ein Kristall 38 vorgesehen ist, in dem eine Totalreflexion der Laserstrahlung derart auftritt, daß die Teilstrahlen 30, 32 der Laserstrahlung, die jeweils auf einer Seite der gedachten Ebene 29 par allel und beabstandet zu dieser in die Einrichtung 20 eintreten, jeweils auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene 29 parallel und beabstandet zu dieser aus der Einrichtung 20 austreten. Während des Bearbei tungsvorganges wird die optische Einrichtung 20 um ihre Drehachse 22 gedreht, so daß sich in zu Fig. 5 entsprechender Weise eine Drehung des Strahlflecks relativ zu dem Werkstück ergibt. FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a device 18 according to the invention, which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 5 in that a crystal 38 is provided instead of the mirrors 24 , 26 , 28 , in which a total reflection of the laser radiation occurs in such a way that that the partial beams 30, 32 of the laser radiation, which respectively enter 29 par allel to one side of the imaginary plane and spaced therefrom in the means 20, each exit 29 in parallel on the opposite side of said plane and spaced therefrom from the device 20th During the machining process, the optical device 20 is rotated about its axis of rotation 22 , so that there is a rotation of the beam spot relative to the workpiece in a manner corresponding to FIG. 5.

In Fig. 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 18 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 dadurch unterscheidet, daß sich der Brechungsindex des Kristalls 38 senkrecht zur Einstrahlrichtung der art ändert, daß die Teilstrahlen 30, 32 der Laser strahlung, die jeweils auf einer Seite der Ebene 29 parallel und beabstandet zu dieser in die Einrichtung 20 eintreten, jeweils auf der gegenüberliegenden Sei te der Ebene parallel und beabstandet zu dieser aus der Einrichtung 20 austreten, so daß sich bei Drehung der Einrichtung 20 um ihre Drehachse 22 in der zuvor beschriebenen Weise eine Drehung des Strahlflecks relativ zu dem Werkstück ergibt.In Fig. 7 shows a third embodiment of an apparatus 18 according to the invention, which differs from the embodiment according to FIG. 6, that the refractive index of the crystal 38 changes vertically art to the irradiation direction, that the partial beams 30, 32 of the laser radiation, each entering the device 20 parallel and spaced apart on one side of the plane 29 , respectively exiting the device 20 parallel and spaced apart on the opposite side of the plane, so that when the device 20 rotates about its axis of rotation 22 results in a rotation of the beam spot relative to the workpiece in the manner described above.

In Fig. 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 18 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 zunächst dadurch unterscheidet, daß die optische Ein richtung 20 um eine Drehachse 22 drehbar ist, die zu der Strahlachse parallel und zu dieser beabstandet ist, so daß sich, beispielsweise beim Trepanieren ein zu der Drehachse 22 koaxialer Schnitt erzeugen läßt.In Fig. 8, a fourth embodiment of a device 18 according to the invention is shown, which differs from the embodiment of FIG. 6 first in that the optical device 20 is rotatable about an axis of rotation 22 which is parallel to and spaced from the beam axis , so that a coaxial cut to the axis of rotation 22 can be produced, for example when trepanning.

Zusätzlich ist die Einrichtung 20 noch senkrecht zu ihrer optischen Achse 22 in Richtung eines Doppel pfeiles 40 sowie in die Zeichenebene hinein und aus der Zeichenebene heraus verstellbar. Die Verstellung der optischen Einrichtung 20 erfolgt durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Antriebseinrichtung. Die Vorrichtung 18 gemäß Fig. 8 ermöglicht aufgrund der zweidimensionalen Verstellbarkeit der optischen Einrichtung 20 in Richtung senkrecht zu ihrer opti schen Achse 22 in besonders einfacher Weise nicht nur eine Drehung des Strahlflecks 2 relativ zu dem Werk stück, sondern auch eine Bewegung des Strahlflecks auf einer beliebigen Bahn entlang des Werkstücks, beispielsweise auf einer Kreisbahn. Die Vorrichtung 18 ermöglicht damit beispielsweise in besonders ein facher Weise das Trepanieren, ohne daß hierzu eine Zusatzeinrichtung erforderlich ist.In addition, the device 20 is still perpendicular to its optical axis 22 in the direction of a double arrow 40 and into the plane of the drawing and out of the plane of the drawing. The optical device 20 is adjusted by a drive device, not shown in the drawing. The device 18 shown in FIG. 8 allows due to the two-dimensional adjustability of the optical device 20 in the direction perpendicular to its optical axis 22 in a particularly simple manner not only a rotation of the beam spot 2 relative to the workpiece, but also a movement of the beam spot on a any path along the workpiece, for example on a circular path. The device 18 thus enables trepanning in a particularly simple manner, without the need for an additional device.

Durch entsprechende Verstellung der optischen Einrichtung 20 während des Bearbeitungsvorganges las sen sich Schitte beliebiger Geometrie erzeugen. Bei Verstellbarkeit in lediglich einer Richtung lassen sich beispielweise geradlinige Schnitte erzeugen.By appropriate adjustment of the optical device 20 during the machining process, cuts of any geometry can be produced. With adjustability in only one direction, straight cuts can be created, for example.

Claims

1. A method for machining workpieces with means of laser radiation, in which laser radiation is directed to the workpiece to be machined, characterized in that during the machining process a beam spot formed by the laser radiation on the workpiece to be machined is relative to the workpiece about the beam axis or around a substantially parallel axis of rotation to the beam axis is rotated.

2. The method according to claim 1, characterized in net that the workpiece ge substantially stationary hold and the beam spot is rotated.

3. The method according to claim 1, characterized in net that the beam spot is essentially stationary held and the workpiece is rotated.

4. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the beam spot right is continuously rotated relative to the workpiece.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, because characterized in that the beam spot relative to the workpiece is rotated step by step.

6. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the beam spot selects rend the machining process relative to the plant piece at least once by at least about 180 ° is preferably rotated by at least about 360 °.

7. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the beam spot right relative to the workpiece in a constant Direction of rotation is rotated.

8. The method according to any one of claims 1 to 4, because characterized in that the beam spot relative to the workpiece in an alternating direction of rotation is turning.

9. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the processing Boh ren includes.

10. The method according to claim 9, characterized in net that drilling includes percussion drilling.

11. The method according to claim 9, characterized in net that drilling involves twist drilling.

12. The method according to any one of claims 1 to 8, there characterized by that machining trepanning includes.

13. Device for processing workpieces using laser radiation,
with means for generating laser radiation which forms a beam spot on the workpiece to be machined,
marked by
Means for rotating the beam spot ( 2 ) relative to the workpiece about the beam axis ( 10 ) or an axis of rotation substantially parallel to the beam axis ( 10 ) during the machining process.

14. The apparatus according to 13, characterized in that the means for rotating the beam spot ( 2 ) rotate it at least once during the machining process relative to the workpiece by at least about 180 °, preferably by at least about 360 °.

15. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that the means for rotating the beam spot ( 2 ) about an axis of rotation ( 22 ) rotatable optical device ( 20 ) which the beam direction of partial beams ( 30 ; 32 ) of the laser beam development, on a side of an imaginary plane in which the axis of rotation (22), or an axle to the pivot (22) parallel imaginary plane spaced from the plane in which means (20) occur, affected such that these sub-beams ( 30 ; 32 ) after passing through the optical device ( 20 ) on the other side of the plane at a distance from the optical device ( 20 ).

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the optical device ( 20 ) has a mirror arrangement with at least two mirrors ( 24 , 26 , 28 ), the mirrors ( 24 , 26 , 28 ) the beam direction of partial beams ( 30 ; 32 ) of the laser radiation, which on a side of an imaginary plane in which the axis of rotation ( 22 ) lies, or an imaginary plane parallel to the axis of rotation ( 22 ) spaced from the plane, enter the optical device ( 20 ) that these sub-beams len ( 30 ; 32 ) after passing through the optical device ( 20 ) on the other side of the plane spaced out to the device ( 20 ).

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the mirror arrangement has a to the axis of rotation ( 22 ) of the optical device ( 20 ) inclined first mirror ( 24 ) which the laser radiation in a direction of radiation behind the first mirror ( 24 ) arranged, to the axis of rotation ( 22 ) essentially parallel second mirror ( 26 ) is reflected, which reflects the laser radiation onto a third mirror ( 28 ) arranged in the direction of irradiation behind the second mirror ( 26 ), inclined to the axis of rotation ( 22 ), wherein the first mirror ( 24 ) and the third mirror ( 28 ) are inclined relative to one another in such a way that partial beams ( 30 ; 32 ) of the laser radiation which are on one side of an imaginary plane in which the axis of rotation ( 22 ) lies, or one to the axis of rotation ( 22 ) parallel imaginary plane spaced from the plane in the device ( 20 ), the type are reflected that these partial beams ( 30 ; 32 ) after passing through the optical e device ( 20 ) on the other side of the plane at a distance from the device ( 20 ) emerge.

18. Device according to one of claims 15 to 17, characterized in that the optical device ( 20 ) has a crystal ( 38 ) in which a total reflection of the laser radiation occurs in such a way that partial beams ( 30 ; 32 ) of the laser radiation which one side of an imaginary plane in which the axis of rotation ( 22 ) lies, or an imaginary plane parallel to the axis of rotation at a distance from the plane enter the device ( 20 ) after passing through the crystal ( 38 ) on the other side of the Level spaced from this step out of the device ( 20 ).

19. Device according to one of claims 15 to 20, characterized in that the optical device ( 20 ) has a crystal ( 38 ), the refractive index of which along the dimensions of the crystal in at least one direction, preferably substantially perpendicular to the direction of irradiation changes that partial beams (30; 32) of the laser radiation, which lies on a side of an imaginary plane in which the axis of rotation (22), or to the rotation axis (22) parallel imaginary plane spaced from the plane in the device (20 ) occur, after passing through the crystal ( 38 ) on the other side of the plane spaced apart from the device ( 20 ).

20. Device according to one of claims 15 to 18, characterized in that the optical device ( 20 ) is adjustable by means of a drive device at least in the direction perpendicular to its axis of rotation ( 22 ).

21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the optical device ( 20 ) is two-dimensionally adjustable.