JP5666141B2 - 加工物を機械加工するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、独立項の前提部分にあるように、パルス状に脈動する（pulsating）レーザビームにより加工物（ワークピース：workpiece）を機械加工（machining：以下、単に、「加工」とも言う）するための方法及び装置に関する。かかる内容は、国際出願公開公報ＷＯ００／１８５３５号により既に知られている。

図１ａは、レーザ加工のための装置の一般的な構造を示している。符号１はレーザ源を示し、２はレーザ光のためのオン／オフ・スイッチを示し、３は加工物（ワークピース）の表面上にレーザビームをフォーカスするための光学システムを示し、４はレーザビームをワークピース上及びその上方で、それぞれ、ガイド可能とするためのビームガイド装置を示し、５は加工物（ワークピース）を示し、６はワークピーステーブルを示し、７は空間の少なくとも２つの方向に沿ってワークピーステーブルを調整する調整装置を示し、そして、８は固定点としての意味での機械のフレーム（枠組）を示す。直交座標系もまた示されている。そのｘ−軸及びｙ−軸は、平行軸であり、そのｚ−軸が垂直軸であってもよい。

レーザ源１はレーザビーム９、好ましくは、パルス状に脈動したレーザビームを出射し、このレーザビームは、ビームガイド装置４により、加工物（ワークピース）の表面の上で、要求されるようにガイドされる。このようなプロセスの間に、ワークピースの加工としては、例えば、そこでは、レーザビームが、曲がりくねった方法で、所定の時間において完全にスキミング（skimming）することによって剥離する表面を横断して包括的にガイドされるところの、空洞（cavity）の形成であり、そこでは、所定の厚さでかつ正確に規定された境界の層が除去され、そして、この層状の除去が深さ方向に繰り返して実行される。しかしながら、それは、また、表面加工でもあり、それは、如何なる体積の除去（voluminous removal）も望ましくない方法で処理され、むしろ、特別な光学的又は機械的な特性を与えるための、既存の表面の加工である。

ビームガイド装置４は、それぞれの駆動ユニット４ｃ、４ｄにより駆動される、交差する可動なミラー４ａ、４ｂを含んでもよい。それらは、各々、対応して、レーザビームを加工物（ワークピース）表面の特定の領域においてガイドさせるための特定の偏向領域を持っている。図１ａでは、領域の境界が、参照番号１０ｌと１０ｒによって左右に破線で輪郭付けられている。

図１ｂは、配置の平面図を示す。同じ参照番号は同じ構成を示している。図示の実施例では、二つの可動ミラーは、水平方向において間隔が保たれ、そして、垂直方向においてワークピースの上方に配置されている。可動ミラー４ｂは、ｚ−軸の周りに可逆的に回転し、可動ミラー４ａは、ｘ−軸の周りに可逆的に回転する。これらミラーのそれぞれの瞬時的位置により、レーザビームは、下方のワークピース５上の特定のスポットに衝突する。ここで、５ｃは空洞の端を示しており、即ち、究極的には、所望の方法で空洞を製造可能とするために要求されるレーザビームの最大の偏向である。

偏向境界１０ｌと１０ｒの投射が、加工物（ワークピース）の表面上に破線で描かれている。左右でも同様、これらの境界は、また、前後においても存在し（図１ａを参照）、従って、境界１０ｖと１０ｈが、同様に、その偏向の可能性において存在する。即ち、概して言えば、加工ウィンドウ（working window）がワークピースの表面に規定され、その内部において、ワークピースは、ビームガイド装置とワークピース相互の予め定められた相対的な位置で加工される。この加工ウィンドウ１０は、勿論、論理的な大きさとして存在し、物理的には認識できないが、限界１０ｌ、１０ｒ、１０ｖ、１０ｈによって記述することができる。これらの境界は、可動ミラーの偏向可能性によって規定することができる。しかしながら、それらは、他の与えられたファクター、例えば、スクリーン又は制御に関連する限界によっても規定することができる。平行方向のビームの振れの開始点は、異なって配置されたミラーに従ってその位置が異なることから、可動ミラーだけで、一の次元（dimension）に沿ってくびれた加工ウィンドウを発生するであろうことが指摘される。それらの中から、例えば、くびれが最小となる次元を当該ウィンドウのサイズとして選ぶような方法によって、矩形の、好ましくは、正方形の加工ウィンドウを選択することができる。

図１ｃは、空洞（cavity）が大きく、そのため単一の加工ウィンドウ内では加工することが出来ない状況を示している。ライン５ｃは、空洞５の外側の境界を示している。ここでは、空洞５は大きいため、図１ｂに示すように、単一の加工ウィンドウ１０内では加工できない。即ち、加工物（ワークピース）５とガイド装置４は、第１の相対的位置や第２の相対的位置からは加工することが出来ないワークピースのそのような領域を加工することを可能とするように、互いにずらさなければならない。その手順が図１ｃに図示されている。ここでは、ワークピース（テーブル）とビームガイド装置との相対的な位置決めによって順次調整される個別の加工ウィンドウ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが示されている。それから、かかる位置決めによって、望ましい加工動作が実行される。その後、相対的な位置決めが他のウィンドウに移され、そして、レーザビームガイド装置により、加工がそこで実行される。このようにして、その内部で加工動作がそれぞれ実行される複数の相対的位置へ移動することができる。ウィンドウ１０ａに対し、限界１０ａｈ、１０ａｒ、１０ａｖ及び１０ａｌが輪郭付けられている。

図１ｄは、拡大された部分を示す。通常、加工ウィンドウは、直接、互いに隣接するように、互いに隣り合って配置される。これにより、例えば、ウィンドウ１０ａの右側の限界１０ａｒが、また、ウィンドウ１０ｂの左側の限界１０ａｌとなることとなる。国際出願公開公報ＷＯ００／１８５３５号は、かかる方法を記載している。他の関連する従来技術は、ドイツ特許公開公報１００ ３２ ９８１号、ドイツ特許第４２ ０９ ９３３号である。

次に、図１ｅ、１ｆは、加工プロセス（工程）を図示している。再び、ワークピースの表面の（拡大された）一部が図示されている。４つの隣接する加工ウィンドウ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが示されている。例えば、加工ウィンドウ１０ａへ導く相対的な位置から、材料を連続的に取り除くため、トラック９ａ１が右側の限界１０ａｒまで引かれ、これは、更に、新たな相対位置から新たな加工ウィンドウ１０ｂへ導くトラック９ｂ１として続くこととなる。例えば、もしもレーザビームによって、連続的な除去を行わず、その表面だけでポイント毎に又は幾つかのスポットで加工を行う場合にも、同様のことが適用される。その場合にも、中断する加工（machining）９ａ２を、ウィンドウ１０ａに対応する一の相対位置から調整することができ、これによって、中断する加工９ｂ２を、ウィンドウ１０ｂに導かれる他の相対位置から継続させることができる。このようにして、レーザガイド装置４の加工ウィンドウよりも大きな空洞や表面領域を、それぞれ、加工することができる。

国際公開公報ＷＯ ００／１８５３５号 ドイツ特許公開公報１００ ３２ ９８１号 ドイツ特許公開公報４２ ０９ ９３３号

しかしながら、完全に加工された表面上において、転移（transition）が目に見えるということがこの方法の不利点である。その理由は、加工物（ワークピース）とビームガイド装置とに対する調整及び相対的位置が互いの関係において不正確であり、これが一のウィンドウ（例えば、１０ａ）に対する一の相対的加工位置（relative working position）からのトラックの終点が他の相対位置（他の加工ウィンドウ、例えば、１０ｂに対応する）と正確に接触していないという事実によるということである。ここで、オーバラップ又はギャップ又は置換（displacement）が発生しうる。かかる「連続性の流れ」のための他の理由が、レーザビームがオン及びオフに切り替えられるときに生じ、これによって、それぞれのトラックの終わり及び開始領域は、理想的には好ましい互いに隣接するという事実には導かれずに、目視可能な不連続性を伴って製造されてしまう。ミラーの又はミラーガイド装置内におけるエッジ効果もまた不正確さとなりうる。

これに関しては、単一の非連続性が際立っているものでないことが指摘される。例えば、もしも、ｘ−ｙ方向における調整の正確さを１０μｍと仮定すれば、この大きさの単一のエラーは確かに気付かれることはなかろう。しかしながら、システムによってエラーが繰り返され、そして、加工ウィンドウの境界において、相互に厳密に関連する方法で発生すると、中でも、それは加工ウィンドウの境界に沿って走るラインとして、光学的に認知可能ともなり、その限りにおいて、光学的にも製造に関連する問題を引き起こす。ついでながら、このことは、空洞が深さ方向に形成される場合、そして、層状に材料を除去することが望まれる場合だけではなく、単に表面を加工する場合にも、そこでガイダンス９ａ２、９ｂ２に対応したポイント毎の加工だけが行われる場合にも当て嵌まる。また、加工ウィンドウに沿ったオーバラップ又はギャップ又は置換（displacement）は、それ故、明らかに、目視可能な効果を有するであろう。

本発明の目的は、レーザビームによってワークピース（加工物：workpiece）を加工するための方法と装置であって、より均一で、特に、加工物とレーザビームガイド装置との相互の様々な相対位置からも、目視が不可能な加工物の加工を可能にする方法と装置を提供することである。

かかる目的は、独立の特許請求項の特徴によって達成される。独立の特許請求項は、本発明の好ましい実施例に関連している。

レーザビームによってワークピースを加工するための方法では、レーザビームは、ビームガイド装置を使用することによって、加工ウィンドウ内において、加工物の表面上でガイド（案内）され、ビームガイド装置と加工物は、それらが置換距離のために置換の方向に互いに可動であり、かつ、それらが相互に第１と第２の相対加工位置を占めることができるように配置されている。置換方向で見たときに、第１の相対加工位置（relative working position）から加工されたスポットの反対側に位置する第２の相対加工位置から、加工物上のスポットが加工される。

ビームガイド装置によってガイドされるレーザビームによって加工物を加工するための方法では、加工物とビームガイド装置は、互いに置換距離（displacement distance）だけ移され、その置換距離は、加工ウィンドウの移置方向における延長分よりも小さい。

加工物とビームガイド装置の互いに異なる相対的な位置付けによって順次調整される加工ウィンドウはオーバラップする。オーバラップしている領域では、加工物のスポットは、光学的に、一のウィンドウ（一の相対位置）からも、又は、後に調整される他のウィンドウ（他の相対位置）からも加工することができる。これを利用して、エラーを空間的に分布し、より目視が不可能に、又は、全く目視を不可能にすることができる。

オーバラップしている領域では、種々の方策を実行することができる。一のトラック内で、一方の相対位置からの加工スポット（working spot）を、他の相対位置からの加工スポットと組み合わせる（交差させる）ことができる。好ましくは、前者を作製されたものとしてメモリ内に格納しておき、後者を間に入れてもよい。しかしながら、また、ほぼ連続で互いにほぼ並列なトラックを、それらをそれぞれの位置でそれぞれの位置から連続するようにするため、転移領域（transition area）内のガイド方向（トラックの方向）における異なる位置で、終わらせるようにすることもできる。トラックの方向において異なるそれらの終点は、統計的に調整され、又は、準ランダムなパターン又は正規のパターンに従ってもよい。上述したように決定され（統計的に、準統計的に）そして製造された、それぞれのトラックの終点は、格納され、それ故、それらは後に他の適切な加工ウィンドウから取って来て、継続することができる。

加工ウィンドウの調整と変更は、加工物（ワークピース）５をビームガイド装置に対して相対的に動かすことによって行われる。この目的のために、例えば、加工物テーブル（workpiece table）６を、調整手段７によって、少なくとも２つの空間方向に沿って、好ましくは加工物表面の平面で、マシンフレーム８に対して移動してもよい。それに加え、又はそれに代えて、光学的にはレーザ１、スイッチ２、そして光学システム３と一緒に、ビームガイド装置４をマシンフレームに対して移動可能としてもよい。

異なる加工ウィンドウによる異なる相対的な位置決めと相対的に比較されることよる位置エラー自体は、本発明による方法では修正することはなく、むしろ、許容される。しかしながら、それは表面上に「地理的に」分布され、それ故、より相関しないように現れ、即ち、それぞれ、より乱されることなく、そして、より目視されないものとなる。

述べられた方法を実行する装置も、また、本発明の主題である。上述した構成要素からは離れ、それは、制御部とメモリとを備えており、制御部は通常の制御タスク（特に、ビームガイダンス、レーザのブランクイン／アウト、加工物とビームガイド装置との相対的な位置決め）を決定し、そして、それに加え、加工ウィンドウの重なり設定（overlapping setting）と、各加工ウィンドウでの加工限界又はスポットを決定する。これらの準備は、後に入手可能なように、メモリ内に格納することができる。

以下、本発明の個別の実施例を、図面を参照しながら、述べる。
従来技術を図解する図である。 従来技術を図解する図である。 従来技術を図解する図である。 従来技術を図解する図である。 従来技術を図解する図である。 従来技術を図解する図である。 本発明になる一連の行為を示す図である。 本発明になる更なる一連の行為を示す図である。 本発明になる加工方法を示す図である。 転移（移行）領域における分布の可能性を示す図である。 トラックガイダンスの可能性を示す図である。 特定の実施例における比を示す図である。

図２は、本発明により、加工ウィンドウが如何にして加工物（ワークピース）表面上で調整され得るかを示している。再び、その中で４つの加工ウィンドウ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが互いに隣接した領域が示されている。加工ウィンドウのそれぞれの限界もまた描かれており、それらは実際には認識可能ではなく、しかし、システムの支配的な状態を理由として存在するものであることが、再度、参照される。ウィンドウ（窓）は、それらがオーバラップ（重なる）するように調整される。例えば、オーバラップ領域１１ａｂは、加工ウィンドウ１０ａ内にも、同じく、加工ウィンドウ１０ｂ内にも存在する。オーバラップ領域１１ｂｄは、加工ウィンドウ１０ｂ内にも、同じく、加工ウィンドウ１０ｄ内にも存在する。一のオーバラップ領域での加工物（ワークピース）表面上の位置は、一方又は他方の加工ウィンドウから随意に加工することができる。図２は、オーバラップ（重なり）によって、加工ウィンドウの限界がもはや互いにその上に存在しないことを正確に示している。一の加工ウィンドウの限界は、むしろ、隣接する加工ウィンドウの内部に存在する。加工ウィンドウは矩形であっても、又は、正方形であってもよい。

オーバラップのサイズは調整することが可能である。オーバラップの程度「ｕｅ」は、以下のように規定される。
ｕｅ＝ｄｕｅ／ｄＡ
ここで（加工物表面の一次元で見て）、「ｄｕｅ」はオーバラップの次元であり、「ｄＡ」は加工ウィンドウ全体の次元（寸法）である。オーバラップは、加工ウィンドウの次元「ｄＡ」よりも小さな距離「ｖ」に沿って相対的に置換することにより生じる。以下の式が適用される。
ｄＡ＝ｖ＋ｄｕｅ

換言すれば、ビームガイド装置と加工物との互いの相対的な置換距離「ｖ」は、分数、又は、置換の方向における加工ウィンドウ「ｄＡ」の次元の比例係数「ｎ」でもよい。「ｎ」は０．９又はそれより小さく、０．５５又はそれより小さく、０．３５又はそれよりも小さい。

考慮された加工ウィンドウとその次元「ｄＡ」に関しては、ウィンドウが或る程度「自発的に（voluntarily）」制限されている限りにおいて、その程度は、また、技術的に可能な程度よりも小さいものに選択されるであろう。例えば、レーザビームの加工物表面での衝突角度を或る領域内に保持し、あるいは、ビームの制御においてエッジ効果を排除することが望ましいであろう。角度の制限は、ビームを中央（衝突の方向に直角）から左又は右へ、頂上（トップ）から底部（ボトム）へ少ない量だけ偏位させることによって達成され、それによれば、技術的に可能なそれに比較してより小さな「ｄＡ」を持った、対応するより小さな加工ウィンドウが発生される。上限としての次元「ｄＡ」は、技術的に可能な次元の９０％、８０％、７０％、又は、６０％でよい。かかる自発的に制限された加工ウィンドウは、所望の制限が生じるような加工スポットだけを技術的に可能な加工ウィンドウに割り当てる（allocating）ことにより、調整することができる。望ましいオーバラップは、その後、任意の制限により発生されたウィンドウの次元を考慮することにより調整される。

図３（ａ）は、考慮された大きさを図示している。ここで、太線は、加工ウィンドウの表面次元の一つへの、例えば、ｘ−方向への伸長を図解的に象徴化している。重畳されたラインは、ｚ−方向におけるウィンドウの特定の配置を輪郭付けるものではないが（ウィンドウは縦方向にのみ存在している）、しかし、それぞれのウィンドウが、どの程度互いにオーバラップしているかを示すものである。棒１０ａｘは、ｘ−方向における加工ウィンドウ１０ａの次元を象徴しており、棒１０ｂｘは、加工ウィンドウ１０ｂの次元を象徴している。通例、レーザの構造的な特性、即ち、加工ウィンドウを変更するためにビームガイド装置４と加工物５を相互に相対的に置換することによっては変化しない光学システムとビームガイド装置に依存していることから、通常、これらの値は等しい。

オーバラップの程度「ｕｅ」を設定するためには、加工ウィンドウの境界に並行な方向で、設定する大きさ（magnitude）を測定することが好ましい。オーバラップ「ｕｅ」は１％よりも大きくても、５％より大きくても、１０％より大きくてもよい。それは、また、５０％又はそれより大きくてもよい（図３（ｂ））。その結果、加工物上での各スポットが、少なくとも二つの加工ウィンドウから加工される。それは、また、６６．６％又はそれより大きくてもよい（図３（ｃ））。その結果、加工物上での各スポットが、少なくとも二つの加工ウィンドウから加工される。オーバラップの程度「ｕｅ」は、加工物の表面の異なる方向（ｘ，ｙ）において異なってもよい。左と右側でのオーバラップは等しくても、又は、異なってもよい。左と右、そして、前方及び後方でのオーバラップは対称でもよく、そして、加工物表面の両次元において調整される。

図４（ａ）は、オーバラップ領域１１の内部及び外部での一連の行為を示している。オーバラップ領域の外部では、加工物上の加工スポット又は加工ラインは、単一の加工位置からだけ排他的に近づけられることができる。加工ウィンドウ１０ａにとって、それらは、相対位置４０ａから作られる、図４（ａ）における位置４１ａである。同様にして、ウィンドウ１０ｂ内の位置４１ｂが相対位置４０ｂから作られる。それに替わるものは、位置４１ａと４１ｂがオーバラップ領域の外側に又はそこから突出して存在していることから、それぞれの場合では不可能である。これとは反対に、加工位置４１ｕはオーバラップ領域内に存在し、一方又は他方の相対位置から随意に作り出すことができる。図４（ａ）は、位置４１ｕａを、相対位置４０ａから作り出されたものとして示し、他方、位置４１ｕｂは、相対位置４０ｂから作り出されたとして示す。

このように、二つのウィンドウの間には、如何なる目視可能な「接合部（joint）」も発生されない。むしろ、転移領域は、より幅の広い表面を備え、そして、−不可避な−「連続性の流れ」は、より分散されて、即ち、より少なく集中され、それ故、より不可視となる。以上に示した詳細に対し、ライン部分に代えて、ポイント毎に加工することも可能であり、その決定は、オーバラップ領域内部の各スポットに対し、それが可能な相対位置の一方又は他方の何れかから製造されるべきかにかよって、行われる。加工位置に関する最初に加工された加工ウィンドウに対して行われた加工の決定は、後に加工すべき加工ウィンドウにおいて、それに従って加工位置を決定し又は排除するために、格納してもよい。

図４（ａ）において、左から右へのｘ−方向は、加工ウィンドウの置換の方向であるものと仮定される。第二の遅れた相対位置から製造される加工スポット４１ｕｂは、第一の相対位置４０ａから製造される加工スポット４１ｕａの後ろに存在する。図４（ａ）は、ライン状の個別の加工動作を示している。しかしながら、それらは、その個々は、単一のレーザパルスにより、又は、表面を移動させることによって製造できる面積状のスポット（「島」）であってもよい。

図４（ｂ）は、異なる転移の方策を示している。ここでは、連続するラインが製造される。それらの接合部（連続性）も、また、不規則性を有してもよい。しかしながら、転移はｘ−方向に分散されている。接合部は、常に、同じｘ−位置に位置されるのではなく、しかし、置換の方向（図４（ｂ）では、ｘ−方向）において種々の場所に配置される。加工物の上には、また、第２の相対加工位置４０ｂから加工され、そして置換の方向（ｘ−方向）において、第１の相対的加工位置から加工された加工場所４２ａの後ろに位置するという、この種の連続性と共に、加工場所４２ｂが存在している。

図４（ａ）の実施例及び図４（ｂ）の実施例の双方では、場所を加工するための相対的な加工位置の選択（図４（ａ））、又は、相対的加工位置４０ａから相対的加工位置４０ｂへ向かうラインのガイドのための置換点の選択は、いずれも、所定の基準に従って選択することができる。その基準とは、例えば、固定されたパターンであって、しかしながら、それは比較的広い領域に亘って分散され、そして、準ランダムに現われることが出来る。この基準は、また、実際には、統計的な関数であってもよい。図５は、これに対応する例を示している。

確率Ｐａが、ｘ−座標に亘って示されており、これにより、特定のスポットが加工ウィンドウ１０ａから加工される。転移領域内には存在しない加工ウィンドウの領域において、カバーしている加工ウィンドウから加工を行う確率は、カバーしている加工ウィンドウだけが可能であり、他の全てのウィンドウはそこに到達していないことから、１である。これに対し、確率は、転移領域１１ａｂ内では変わり得る。例えば、それは、曲線５１ａで示すように、一定として０．５でもあり得る。このことは、それが、加工ウィンドウ１０ａ、又は、加工ウィンドウ１０ｂの、何れか一方から加工されるべきオーバラップ領域内の各加工位置にとって等しく可能であることを意味する。

しかしながら、コースは、また、加工ウィンドウ内、又は、オーバラップ領域内において、その位置に応じて考えられるものである。曲線５１ｂは、転移領域内において１から０へ連続的に落下する可能性を示し、曲線５１ｃはｓ字状の可能性のカーブを示している。二つのウィンドウだけがオーバラップする限りでは、二つのウィンドウから加工されるべきスポットの加工の可能性は、合計で１となる。従って、図５（ａ）に示されるコースは、１から、加工ウィンドウから加工される確率を引き算したコースである。これが、グラフの右側において下に向かう座標により、図解的に描かれている。

加工物は、また、多くの非コヒーレント（non-coherent）な場所で加工されてもよく、そのそれぞれの次元ｓ（最大の又は均等な直径）は、オーバラップ領域の延長である「ｄｕｅ」よりも小さい。そこでは、加工が、可能な加工ウィンドウの一方から、又は、他方から実行されるかを、選択することが可能である。その選択は、統計的に又は準統計的に行うことができる。「ｓ」と「ｄｕｅ」との間の寸法入れ規則（dimensioning rule）は、
ｄｕｅ＞ｎ＊ｓ
であり、ここで、「ｎ」は４又は７又は１０である。この寸法入れ規則に関しては、「ｓ」の代わりに、非コヒーレントな場所の間の距離「ｄｓ」を使用することもでき、そこでは、不均等な距離の場合には、「ｄｓ」は最小の距離となろう。

加工物の表面の全ての領域がオーバラップ領域であれば、一のウィンドウからの加工の確率は連続的であり得、そして、好ましくは対称な曲線となる。例えば、それらは、それぞれの加工ウィンドウを中心としたベル曲線ともなり得る。

これに関連し、統計的又は準統計的な加工の決定は、最初の加工されたウィンドウに対して行うことはできるが、しかし、それらの決定は、他のウィンドウからの「流れ」を介して、その後、システム的に行われ得るように、格納されてもよいことが指摘される。

図４（ｂ）による接合技術においては、連続するラインが終わるｘ−方向におけるオーバラップ領域での位置（「接合部」）は、転移領域内では一定の確率濃度を有している。しかしながら、この場合も、また、５１ｂ又は５１ｃに従った、それらに類似したコースを選択することとなる。

図３（ｃ）で図解的に描かれた実施例のように、加工物の上の場所が、三つ、又は、それ以上の加工ウィンドウから加工することができることとなると、状況は更に複雑になる。そして、確率曲線、即ち、ベル曲線など、それぞれの残った加工場所に対して、選択することができるようになる。これらの加工の決定は、また、格納されたデータに従って、少なくとも最後の加工ウィンドウから、以前の「流れ」をシステム的に閉めるために、格納することが出来る。

図６は、組み合わされた複数の更なる実施例を示す。ライン６１はビームガイド装置によって導入される連続するラインを示す。それが零又は９０度とは等しくない角度α又はβを、各加工ウィンドウの限界により、取り囲んでいることが認識される。換言すれば、それに沿ってレーザビームがガイドされるラインは、加工ウィンドウに並列には移動せず、しかしながら、そのために予め設定された最小角度又は角度範囲を維持することができる。即ち、各ラインガイドは、許容可能な角度で加工ウィンドウを切り分け、もって、転移領域内では、加工ウィンドウの設定における位置決めの不正確さに関連して、差別的で好ましくない重畳をもたらすこととなる如何なる切削カット（grinding cut）も生じないことが保証される。特に、即ち、並列なラインが互いに押し上げられることが避けられる。このことは、たとえ全てのラインが互いのために入れ替えられても、幾つかの寸法入れ（dimensioning）において明らかに認識できるものであり、これは、例えば、図４（ｂ）によるガイダンスにおいて、ここでは、転移が互いに左右に隣接する加工ウィンドウの間だけではなく、しかも互いに上下に隣接する加工ウィンドウの間でも保証されるのであれば、可能である。

もしも加工物の表面が想像のラインに沿って加工されれば、それらは加工ウィンドウの限界により３０°〜６０°の間の角度を取り囲み、その角度は好ましくは４５°であり、それ故、対称な割合（proportion）が両限界の方向に生じる。しかしながら、もしもこれに反し、例えば、トラックと加工ウィンドウとの間の角度が６０°よりも大きくなる一般的に決定された角度設定が認められるような場合は、湾曲されたビームガイド軌道を導入することもできる。

更に、図６は、隣接する加工ウィンドウのオーバラップ領域が両次元（ｘ，ｙ）に整列される必要がないことを示している。これに対し、それらは、一の次元において、互いに対して、オフセットされてもよい。

ビームガイダンス装置と加工物の相互の転移は、レーザ加工が停止された時、又は、レーザ加工の間にもまた行われ得る。

複数又は多くの層を領域という広さで切除することにより空洞（cavity）を製造する場合には、外表面に隣接又は直近にあるそれらの層の中でのみオーバラップ領域を準備する上述した方法が使用されるというアプローチとなる。かかる層は、好ましくはフォーカシング光学系を介し、レーザ内に導入することができる可変なｚ−次元を有することも可能である。

本発明の特別な点は、加工するための方法にあり、そこではポイント毎の、又は「島状」の加工の適用が準備され、そのことは、そこでは多くの層を順次取り除くことによって材料が多量に取り除かれることなく、しかし、そこでは単に浅い表面加工動作が、又は、単にポイント毎の方法で、又は、非コヒーレントな領域で、少ない数のサイクル（好ましくは、表面領域当たり１回）で実行されるような適用であることを意味している。この文脈における「島」又は「ポイント」とは、隔離された加工領域であり、その最も大きな次元は、２００μｍ、１００μｍ、５０μｍ又は２０μｍの上限を有し、又は、それはパルス状のレーザビームの限定された数（≦１０又は５又は２又は１）によって製造される。連続するパルスが、より大きな深さのポイントを作るために、同じｘ−ｙ位置に衝突する。

このようにして、加工ウィンドウよりも大きな、例えば、ラップトップの層状の背景照明（laminar background illumination）のためのスキャタープレート（scatter plates）又はそのための金型（モールド：molds）を製造することが可能である。それらは、プレート内において横に照射される光をその外に拡散する表面にまたがって分散される光のための拡散中心（scatter center）を持っている。これらの拡散中心とそのためのモールドは、それぞれ、ポイントポイントの、又は、島状のレーザビームの衝撃で発生される。ポイントや島は、ｘ−ｙ平面において、非コヒーレントで、そして、統計的又は準統計的に又は正規に配置されてもよい。しかしながら、個別のポイントや島は、また、仮想のラインに沿って配置されてもよく、これは、それから、それぞれの（仮想の）ライン上のそれらの位置が、統計的又は準統計的又は正規の方法で決定されることを意味する。島やポイントの数は、例えば、一の加工物に対して百万以上又は一千万以上と、比較的に高く（多く）てもよい。

一般的に言えば、加工の選択（即ち、そこから個別のポイント又は島が製造される加工ウィンドウの選択）は、上述したようにして行うことができる。

特に、５０％又は６６．６％のオーバラップ度合い「ｕｅ」は、加工物表面の二重又は三重のカバーに従って選択することができる（図３（ｂ）及び図３（ｃ））。図７（ａ）は、ｕｅ＝６６．６％に対する比を示している。７０ｒは、加工ウィンドウ１０ｒが属する相対位置の輪郭を描いている。７０ｓ〜７０ｚは、それぞれが自身の加工ウィンドウを備えている更なる相対位置の輪郭を描いている。相対位置７０ｖに関連付けられた加工ウィンドウ１０ｖは、単に、その上になお接触しているに過ぎない。明快さのために、他の位置に対する境界は省略されている。即ち、加工物の表面上の各位置は、９つの異なる相対位置から到達することが可能である。ウィンドウ１０ｒ内部の正方形に対し、それらは、図示のように、相対位置７０ｒ〜７０ｚとなっている。

一般に、制御は、個別のポイント又は島の加工動作が、なお、対角方向に沿ってではあるが、全ての可能性のある隣り合うもと交差して組み合わされるように実行される。転移の方向で見たときに、第１の相対的な加工位置から加工される場所、ポイント、又は、島の後方に位置する、加工物の上の１又はそれ以上の場所、ポイント、又は、島を、第１の相対的な加工位置と比較して転移された第２の相対的な加工位置から加工することは可能である。このことは、平面次元（ｘ−軸、ｙ−軸）の両方に沿う転移の方向に対して、また、対角方向に沿う転移に対して、適用してもよい。

図７（ｂ）は特定の相対位置から特定の位置を加工するためのｘ−軸に沿った可能な分散確立濃度を示している。曲線７１ｓ、７１ｒ、７１ｗは、相対位置７０ｓ、７０ｒ、７０ｗの加工ウィンドウ１０ｓ、１０ｒ、１０ｗに対応している。それらは可動で、例えば、図示のように、ベル形状であり、又は、反転した「Ｖ」に対応している。それらは、量的にも質的にも均等な方法で、ｙ−軸に沿って、又は、対角方向において生じる。図７（ｂ）に示した図解とは反対に、可動濃度に代えて、一定の確率濃度も使用することができる。

再度、特定の加工ウィンドウへポイント又は島状の加工動作を統計的又は準統計的に割り当てることを、最初に処理が完了した加工ウィンドウ（例えば、図７（ａ）における１０ｒ）においてのみ選択可能として、その後は、格納することが出来るようにすることが指摘さる。後に加工を完了するウィンドウ（例えば、１０ｖ）は、適切な方法で、例えば、適切に変更された統計的な設定が残った自由な（未加工）表面に排他的に提供されるよう、既存の加工動作を考慮せざるをえないであろう。結果の観点から考慮すると、しかしながら、曲線７１ｓ、ｒ、ｗに従った比が生じる（現れる）であろう。

複数の可能な加工ウィンドウの一つに対する加工場所、特に、ポイント又は島の割り当ては、加工が始められる前に、完全に又はその一部が、又は、加工の期間中に、完全に又はその一部が行われる。

従って、表面を構成し、又は、拡散板又は拡散板のモールドを加工するための方法が、本発明の主題である。加工物は、分散板又はそのためのモールドの素材（blank）である。それはレーザ加工装置の加工ウィンドウよりも大きい。分散の中心又はそのためのモールドは、ポイントポイントでの又は島状のレーザの衝撃によって生じる、表面での多数の非コヒーレントな凹部である。個々の分散の中心は、上述した特定の方法によって、分布させることができる。二つの加工ウィンドウのオーバラップ領域では、それらの製造が決定され、そして、上述したように、一の又は他のウィンドウから実行される。オーバラップする度合いは、それぞれの一つに沿って６６．６％、又は、加工物表面の完全に覆う三つ折りによる平面次元の両者に沿ったものでもよい。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…加工ウィンドウ、１１ａｂ、１１ｂｄ…オーバラップ領域、４０ａ、４０ｂ…相対位置、４１ａ、４１ｂ…位置、４１ｕａ、４１ｕｂ…加工スポット。

Claims (15)

1. レーザビームによって加工物を加工するための方法であり、レーザビームが、ビームガイド装置により加工物の表面上に規定される加工領域内において、前記ビームガイド装置により加工物の表面上に案内され、前記ビームガイド装置と前記加工物とは、移動距離のための移動の方向において、相互に可動であり、そして、互いに、それぞれ、第１の相対的な加工位置及び第２の相対的な加工位置を取ることができ、
   加工時において、
   前記ビームガイド装置と前記加工物は、前記第１の相対的加工位置に移され、
   前記加工物上の複数の第一のスポットは、前記第１の相対的な加工位置から加工され、
   前記ビームガイド装置と前記加工物は、前記移動距離のための移動の方向に沿って互いに相対的に移動され、もって、互いに前記第２の相対的加工位置を取り、
   前記移動距離は、オーバラップ領域を形成するため、前記第２の相対的加工位置における第２の加工領域が、前記第１の相対的加工位置における第１の加工領域と重なるように選択され、そして、
   前記加工物上の複数の第２のスポットが前記第２の相対的な加工位置から加工され、前記第２のスポットは、前記移動の方向に見たとき、前記オーバラップ領域において前記第１の相対的な加工位置から加工される前記第１のスポットの後ろに位置されていることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
2. 前記請求項１に記載した、レーザビームによって加工物を機械加工するための方法において、前記移動距離は、前記移動方向に見たときの加工領域内に存在することを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
3. 前記請求項１又は２に記載した方法において、前記移動距離ｖは、以下の条件を満たしており、
   ｖ＜０．９＊ｄＡ
   ここで、ｄＡは、移動の方向における前記加工領域の寸法であることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
4. 前記請求項１〜３のいずれか一の請求項に記載した方法において、スポットがオーバラップ領域における相対位置から加工され、又は、相対位置からの加工が他の相対位置から連続するように、そのスポットが停止するところの前記第１及び第２の加工領域のオーバラップ領域におけるスポットの位置を、確率機能に従って決定することを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
5. 前記請求項４に記載した方法において、一定の確率が、前記複数の相対位置の一つからスポットを加工するための前記オーバラップ領域において存在しており、又は、前記複数の相対位置の一つからスポットを加工するための確率が、前記オーバラップ領域における前記それぞれのスポットの位置に依存していることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
6. 前記請求項１〜５のいずれか一の請求項に記載した方法において、少なくとも幾つかのスポットが三つの相対的な加工領域から加工することが出来るように、前記移動距離が或る方向に沿って選択されることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
7. 前記請求項１〜６のいずれか一の請求項に記載した方法において、当該方法が、移動距離に対して、前記加工物の表面の両次元（ｘ、ｙ）に適用されることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
8. 前記請求項１〜７のいずれか一の請求項に記載した方法において、前記加工物の表面における前記レーザビームは、加工物の表面におけるその通路が、前記加工領域の各境界において、１０°〜６０°の角度となるように加工領域の内部でガイドされ、又は、３０°〜６０°の角度となるように、加工領域の内部でガイドされることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
9. 前記請求項２〜８のいずれか一の請求項に記載した方法において、前記加工物は複数の非コヒーレントなポイントで加工され、その次元は前記オーバラップ領域の伸長部分よりも小さく、そこでは、加工領域からの前記加工スポットによる加工の選択が、統計的又は準統計的に行われることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
10. 前記請求項２〜９のいずれか一の請求項に記載した方法において、加工領域が隣接する前記複数のオーバラップ領域は、前記両次元（ｘ，ｙ）において互いに整列していないことを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
11. 前記請求項１〜１０のいずれか一の請求項に記載した方法において、前記加工領域は、矩形又は正方形によって規定される技術的に導入可能な加工領域よりも小さく、その寸法は、前記レーザビームのエッジ効果又は衝突角に応じて選択可能であることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
12. 表面構造のための前記請求項２〜１１のいずれか一の請求項に記載した方法であって、特に、拡散板又は拡散板金型を製造するための方法であり、前記加工物が前記加工領域よりも大きな前記拡散板又は拡散板金型であり、そこでは、前記拡散板の拡散中心やそのための金型を加工する加工スポットが、ポイントポイントで又は島状のレーザ照射により、前記加工物の表面に製造され、そして、少なくとも二つの加工領域の選択された一方からの加工スポットによる製造が、二つの加工領域のオーバラップ領域において実行されるものにおいて、
    加工領域（１０ｒ）に対する相対位置（７０ｒ）から出発し、表面次元の対角方向において、それぞれ、相対位置（７０ｔ、７０ｖ、７０ｘ、７０ｚ）まで、そして、表面の両方向において、それぞれ、相対位置（７０ｓ、７０ｕ、７０ｗ、７０ｙ）まで、前記加工領域の前記次元の３３．３％で、移動を実行することによって、特定の加工領域（１０ｓ−ｚ）を設定することができ、そして、
    制御が、前記個別のポイント又は島による前記加工動作が織り交ざるように実行され、もって、移動の方向に見たとき、第１の相対的な加工位置から加工されたスポット、ポイント、又は、島の後方に存在する、前記加工物上の一又はそれ以上のスポット、ポイント、又は、島を、前記第１の相対的な加工位置に対比して転移された第２の相対的な加工位置から加工することによって、対角方向においても、全ての隣接する加工領域との交差が行われて、この事実が両次元に沿った移動の方向、そして、対角方向の移動にも適用されることを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
13. 前記請求項１０〜１２のいずれか一の請求項に記載した方法において、前記加工物は、１，０００，０００よりも大きな数の複数の非コヒーレントなスポットによって加工され、又は、１０，０００，０００よりも大きな数の複数の非コヒーレントなスポットによって加工され、そして、そのそれぞれの最大の寸法は、前記加工物の表面、又は、個別のレーザパルスによって製造されうるものであって、１００μｍよりも小さく、又は、より好ましくは、５０μｍよりも小さいことを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
14. 前記請求項１〜１３のいずれか一の請求項に記載した方法において、前記加工物上のスポットは、前記移動の方向に見たとき、第１の相対的な加工位置から加工されたと同じ軌道上のスポットの後方に存在する前記第２の相対的な加工位置の内部で加工することを特徴とする加工物を機械加工するための方法。
15. 前記請求項１〜１４のいずれか一の請求項に記載した方法を実行するための制御手段を有することを特徴とする装置。

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