DE602005001440T2

DE602005001440T2 - Laserschneidgerät

Info

Publication number: DE602005001440T2
Application number: DE602005001440T
Authority: DE
Inventors: Dirk Emiel Jozef Verschueren
Original assignee: BETTONVILLE INTEGRATED SOLUTIO; BETTONVILLE INTEGRATED SOLUTIONS NV
Current assignee: BETTONVILLE INTEGRATED SOLUTIO; BETTONVILLE INTEGRATED SOLUTIONS NV
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2025-03-05
Also published as: ATE365092T1; IL171585A; DE602005001440D1; EP1698426B1; US20060196860A1; US7176406B2; EP1698426A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von Material mittels eines Laserstrahls.
Spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Schneiden von Material mittels eines Laserstrahls, welche Vorrichtung eine Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls und eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Laserstrahls auf das Material umfasst.
Bekannte Vorrichtungen sind mit einem Spiegel zum Umlenken des von der Laserquelle kommenden Strahls zu der Linse versehen, wobei der Spiegel in der Längsrichtung der optischen Achse der Vorrichtung vor- und zurückbewegt wird.
Infolgedessen wird eine Vor- und Rückwärtsbewegung des Laserstrahls in einer Querrichtung auf eine Fokussierlinse verwirklicht, welche den Strahl auf ein zu schneidendes Material fokussiert, wie beispielsweise einen Edelstein, wobei der Einfallswinkel auf dieses Material ständig verändert wird.
Durch Bewegen des Materials wird darin ein Schnitt erzeugt.
Ein Nachteil solcher bekannten Vorrichtungen ist, dass der Laserstrahl einen V-förmigen Schnitt in dem Material erzeugt und dass er nicht zulässt, einen Schnitt mit Seiten, die parallel zur optischen Achse der Vorrichtung sind, herzustellen.
Ein anderer Nachteil solcher bekannter Vorrichtungen ist, dass aufgrund der konstanten Bewegung des Spiegels diese Vorrichtungen leicht aufgrund von Versagen eines der sich konstant bewegenden Teile defekt werden können.
Ein Versuch zur Überwindung dieser Nachteile ist aus US-A-4822974 bekannt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Vorrichtung zum Schneiden von Material, welche Vorrichtung die vorgenannten und andere Nachteile nicht aufweist.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Schneiden von Material mittels eines Laserstrahls, welche Vorrichtung eine Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls und eine Fokussierlinse zum Fokussieren dieses Strahls umfasst, wobei zwischen der Laserquelle und der Fokussierlinse eine erste und eine zweite Verzögerungsplatte und zwischen diesen ein Refraktionselement angebracht ist, das rotierbar und kippbar in Bezug zu der optischen Achse des eintretenden Lichtstrahls angebracht ist.
Ein wichtiger Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der Laserstrahl durch Steuerung der Bewegung des Refraktionselements in jede gewünschte Position zum Schneiden eines Materials gerichtet werden kann, sodass er die Erzeugung von Schnitten ermöglicht, deren Seiten parallel in Bezug zur Längsrichtung der optischen Achse sind.
Ein anderer Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass das Kippen und Rotieren besagten Refraktionselements keine kontinuierlich wiederholte Bewegung ist und in einer nahezu unbegrenzten Spanne verschiedener Bewegungen ausgeführt werden kann, sodass weniger Verschleiß der bewegenden Teile vorliegt als bei den bekannten Vorrichtungen.
Mit der Absicht, die Merkmale der Erfindung besser darzustellen, sind hiernach, als Beispiel ohne jeden einschränkenden Charakter, einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt;
2 in einem größeren Maßstab schematisch einen Querschnitt, wie durch Linie II-II in 1 angedeutet, darstellt;
3 eine Ansicht gemäß 2 für eine unterschiedliche Orientierung des Laserstrahls darstellt.
1 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dar, welche Vorrichtung 1 im Wesentlichen aus einer Laserquelle 2 besteht, die in der Lage ist, einen hochenergetischen, linear polarisierten Laserstrahl 3 zu erzeugen.
Ein Beispiel für eine solche Laserquelle 2 ist ein YAG-Laser.
In der optischen Bahn des Laserstrahls sind eine erste und eine zweite Verzögerungsplatte 4 beziehungsweise 5 plaziert, welche in diesem Fall beide aus einer sogenannten Lambda-Viertel-Platte bestehen.
Solche Lambda-Viertel-Platten sind in der Technik bekannt und bestehen beispielsweise aus zwei Stücken Quarzkristallmaterial, die mit ihren optischen Achsen senkrecht zueinander geklebt sind.
Zwischen den Verzögerungsplatten 4 und 5 ist ein Refraktionselement montiert, das in diesem Fall aus einem transparenten Zylinder 6 besteht und das mittels eines beliebigen Steuer- und Antriebsmechanismus rotierbar und kippbar in Bezug zu der optischen Achse des einfallenden Lichts angebracht ist.
In diesem Fall ist der Zylinder 6 aus Glas hergestellt, wie beispielsweise Natronkalksilikatglas, sogenanntes Flintglas, das Bleioxid enthält, oder Bariumoxidglas.
Es ist deutlich, dass als Alternative zu diesen Glasarten auf Silikatbasis auch andere Basisstoffe verwendet werden können, wie etwa Boroxid, Phosphorpentoxid und Germaniumoxid.
In diesem Fall ist die Vorrichtung 1 zusätzlich mit einem Spiegel 7 versehen, der nach der zweiten Verzögerungsplatte 5 plaziert ist.
Schließlich ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einer Fokussierlinse 8 zum Fokussieren des Laserstrahls 3 auf ein zu schneidendes Material 9, wie beispielsweise einen Edelstein oder dergleichen, versehen.
Die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist wie folgt.
Die Laserquelle 2 erzeugt einen hochenergetischen, linear polarisierten Laserstrahl 3 mit einer optischen Achse 10.
Wenn der Laserstrahl 3 die erste Verzögerungsplatte 4 durchquert, die in diesem Fall aus einer Lambda-Viertel-Platte besteht, so wird er kreisförmig polarisiert.
Anschließend passiert das Licht durch den Glaszylinder 6.
Wenn der Zylinder 6 um die optische Achse 10 über einen Winkel A rotiert und über einen Winkel B in Bezug zu der optischen Achse 10 gekippt wird, wird der Lichtstrahl 3 diffraktiert.
Der austretende Lichtstrahl wird auf die zweite Verzögerungsplatte 5 gerichtet, welche das kreisförmig polarisierte Licht wieder in linear polarisiertes Licht umwandelt.
Nachdem das Laserlicht die zweite Verzögerungsplatte 5 durchlaufen hat, erreicht es den Spiegel 7 und wird zu der Fokussierlinse 8 zurückgerichtet, welche den Strahl zu dem zu schneidenden Material 9 hin konvergiert.
Durch Rotieren und/oder Kippen des Zylinders 6 kann die Orientierung des einfallenden Lichts in Bezug auf das Material 9 verändert werden.
Dies ermöglicht es, Schnitte in das Material 9 zu machen, deren Seitenwände 11 verschiedene Neigungen in Bezug zu der optischen Achse 10 der Schneidvorrichtung 1 haben können und sogar parallel zu dieser Achse 10 sein können, an einer oder mehreren Seiten des anfänglich V-förmigen Schnitts.
In 1 ist gezeigt, dass das einfallende Licht über einen Winkel C in Bezug zu der optischen Achse 10 gekippt wird, der von dem Kippwinkel B des Zylinders 6 abhängt.
Auch wird der Laserstrahl 3 über einen Winkel D in Bezug zu der durch die optische Achse 10 definierten Oberfläche rotiert, welcher Winkel in diesem Fall gleich dem Rotationswinkel A des Zylinders 6 ist.
Die 2 und 3 stellen verschiedene Orientierungen des in das Material 9 schneidenden einfallenden Laserstrahls 3 dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die zweite Verzögerungsplatte 5 um die optische Achse 10 rotiert werden, sodass die Polarisierung des austretenden Lichts durch Rotieren der Verzögerungsplatte 5 verändert werden kann.
Es ist deutlich, dass der Zylinder 6 nicht unbedingt aus Glas hergestellt sein muss, da er auch aus einem Kunststoff- und transparenten Material, wie beispielsweise Polyethylen, hergestellt sein kann.
Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die vorangehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr kann eine solche Vorrichtung 1 zum Schneiden von Material 9 mittels eines Laserstrahls 3 in verschiedenen Formen und Abmessungen verwirklicht werden, ohne von der Reichweite der Erfindung abzuweichen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Vorrichtung zum Schneiden von Material mittels eines Laserstrahls, welche Vorrichtung (1) eine Laserquelle (2) zum Erzeugen eines Laserstrahls (3) mit einer optischen Achse (10) und eine Fokussierlinse (8) zum Fokussieren dieses Strahls (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserquelle (2) und der Fokussierlinse (8) eine erste und eine zweite Verzögerungsplatte (4 und 5) und zwischen diesen ein Refraktionselement angebracht ist, das rotierbar und kippbar in Bezug zu der optischen Achse (10) des eintretenden Lichtstrahls angebracht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich mit einem Spiegel (7) versehen ist, der sich zwischen der Verzögerungsplatte (5) und der Fokussierlinse (8) befindet.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsplatten (4 und 5) Lambda-Viertel-Platten sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Refraktionselement aus einem transparenten Zylinder (6) besteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (6) aus Glas hergestellt ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungsplatte (5) um die optische Achse (10) rotierbar vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierlinse (8) in der Längsrichtung der optischen Achse (10) bewegt werden kann.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter mit Antriebsmitteln zur Veränderung der Position des Refraktionselements versehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter mit Steuermitteln zur Steuerung der Position des Refraktionselements versehen ist.