DE102020131405A1 - Device for material processing with multiple applications - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien mittels elektromagnetischer Strahlung, wobei die zu bearbeitenden Materialien vorzugsweise flexible Materialien sind, umfassend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, ein den elektromagnetischen Strahl ablenkendes Spiegelablenksystem und eine Fokussierlinse. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass im Strahlengang des elektromagnetischen Strahls zwischen dem Spiegelablenksystem und der Fokussierlinse ein diffraktives optisches Element „DOE“ zur Aufteilung des Strahlengangs in zwei oder mehrere Strahlengänge angeordnet ist, um ein Muster von Bearbeitungspunkten auf dem zu bearbeitenden Material zu erzeugen und/oder um eine Positionierung des Bearbeitungspunkts oder der Bearbeitungspunkte auf dem Material zu bewirken. The invention relates to a device for processing materials by means of electromagnetic radiation, the materials to be processed preferably being flexible materials, comprising a radiation source for generating an electromagnetic beam, in particular a laser beam, a mirror deflection system deflecting the electromagnetic beam and a focusing lens. This is characterized by the fact that a diffractive optical element "DOE" is arranged in the beam path of the electromagnetic beam between the mirror deflection system and the focusing lens to split the beam path into two or more beam paths in order to generate a pattern of processing points on the material to be processed and /or to effect positioning of the edit point or points on the material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien mittels elektromagnetischer Strahlung, einem Spiegelablenksystem und einer Fokussierlinse nach Anspruch 1, sowie eine Strahlvervielfachungsvorrichtung nach Anspruch 12.The invention relates to a device for processing materials by means of electromagnetic radiation, a mirror deflection system and a focusing lens according to claim 1, and a beam multiplication device according to claim 12.
Stand der Technik:State of the art:
Zur Erzeugung von Perforationen, Linien oder Freiformkonturen in unterschiedlicher Materialien werden unter anderem Laserstrahlquellen verwendet. Diese finden insbesondere zusammen mit einem Spiegelablenksystem (Scanner) und einer Fokussierlinse (F-Theta Objektiv) Verwendung mittels dem der Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück/Produkt gelenkt wird.Laser beam sources, among other things, are used to generate perforations, lines or free-form contours in different materials. These are used in particular in conjunction with a mirror deflection system (scanner) and a focusing lens (F-Theta lens) by means of which the laser beam is directed onto the workpiece/product to be processed.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:Object and advantages of the invention:
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine effizientere Bearbeitungsweise zur Erzeugung von Perforationen, Linien, Freiformkonturen oder dgl. Bearbeitungsvorgänge in unterschiedlicher Materialien unter Verwendung von Laserstrahlquellen bereitzustellen.The object of the invention is to provide a more efficient processing method for producing perforations, lines, free-form contours or similar processing operations in different materials using laser beam sources.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.The object is achieved by the features of claims 1 and 12. Advantageous and expedient developments are specified in the dependent claims.
Dementsprechend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien mittels elektromagnetischer Strahlung, wobei die zu bearbeitenden Materialien vorzugsweise flexible Materialien sind, umfassend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, ein den elektromagnetischen Strahl ablenkendes Spiegelablenksystem und eine Fokussierlinse. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Strahlengang des elektromagnetischen Strahls zwischen dem Spiegelablenksystem und der Fokussierlinse ein diffraktives optisches Element „DOE“ zur Aufteilung des Strahlengangs in zwei oder mehrere Strahlengänge angeordnet ist, um ein Muster von Bearbeitungspunkten auf dem zu bearbeitenden Material zu erzeugen und/oder um eine Positionierung des Bearbeitungspunkts oder der Bearbeitungspunkte auf dem Material durchzuführen.Accordingly, the invention relates to a device for processing materials by means of electromagnetic radiation, the materials to be processed preferably being flexible materials, comprising a radiation source for generating an electromagnetic beam, in particular a laser beam, a mirror deflection system deflecting the electromagnetic beam and a focusing lens. This device is characterized by the fact that a diffractive optical element "DOE" is arranged in the beam path of the electromagnetic beam between the mirror deflection system and the focusing lens to split the beam path into two or more beam paths in order to generate a pattern of processing points on the material to be processed and/or to perform a positioning of the processing point or points on the material.
Durch die Aufteilung des Laserstrahls in mindestens zwei, vorzugsweise jedoch mehrere Strahlenbündel kann eine entsprechende, gleichzeitige Vervielfachung des Bearbeitungsvorgangs an dem betreffenden Material bewirkt werden.By dividing the laser beam into at least two, but preferably several beams of rays, a corresponding, simultaneous multiplication of the machining process on the material in question can be effected.
Durch die Positionierung des „DOE“ im Strahlengang des Lasers nach dem Spiegelablenksystem und vor der Fokussierlinse kann, aufgrund der dadurch kurzen Strahllänge, die Aufweitung der Strahlabstände der einzelnen Strahlenbündel gegeneinander noch soweit zusammengehalten werden, dass auch bei einer Ablenkung des primären Laserstrahls innerhalb der ihm von dem Spiegelablenksystem ermöglichten, überstreichbaren Fläche alle einzelnen Strahlenbündel des durch das „DOE“ vervielfachten Laserstrahls noch auf die Fokussierlinse gelenkt und damit entsprechend fokussiert werden können.By positioning the "DOE" in the beam path of the laser after the mirror deflection system and in front of the focusing lens, due to the resulting short beam length, the widening of the beam distances of the individual beams of rays can still be kept together to such an extent that even if the primary laser beam is deflected within the all individual beams of the laser beam multiplied by the "DOE" can still be directed onto the focusing lens and thus focused accordingly.
Dabei können die Einzelstrahlen auch in verschiedener Geometrie und in verschiedenen Abständen zueinander angeordnet sein.The individual beams can also be arranged in different geometries and at different distances from one another.
Abhängig von der Brennweite der Fokussierlinse und der diffraktiven Optik können zum Beispiel 8 Fokuspunkte in Linie in einem Abstand von jeweils 10 mm (gesamt 80mm) abgebildet werden.Depending on the focal length of the focusing lens and the diffractive optics, for example, 8 focus points can be imaged in a line at a distance of 10 mm each (total 80mm).
Das zu bearbeitenden Material kann insbesondere in der Form mindestens einer Materialbahn zur Bearbeitung bereitgestellt werden, die z.B. von einer Materialrolle gespeist wird.The material to be processed can in particular be provided in the form of at least one material web for processing, which is fed from a material roll, for example.
Die so erzielte, vervielfachte Bearbeitung kann insbesondere auch bei hohen Bahnlaufgeschwindigkeiten des zu bearbeitenden Materials bei unterschiedlichsten, insbesondere flexiblen Materialien bewirkt werden. Dadurch kann eine hohe Flexibilität bezogen auf die Anzahl, Anordnung und Durchmesser der Laserbearbeitung des Materials, insbesondere der Erzeugung von Löchern erreicht werden. Es können mit dieser Anordnung viele Laserprozesse, wie Perforieren, Ritzen, Schneiden, Markieren oder Strukturieren vervielfacht werden.The multiplied processing achieved in this way can be effected in particular even at high web running speeds of the material to be processed with a wide variety of, in particular flexible, materials. This allows a high degree of flexibility in relation to the number, arrangement and diameter of the laser processing of the material, in particular the production of holes, to be achieved. Many laser processes such as perforating, scribing, cutting, marking or structuring can be multiplied with this arrangement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das diffraktive optische Element dreh- und/oder schwenkbar angeordnet, um einen Ablenkwinkel wenigstens eines der zwei oder mehreren Strahlengänge gegenüber einer anderen Dreh- und/oder Schwenkposition des diffraktiven optischen Elements zu verändern.According to a preferred embodiment, the diffractive optical element is rotatable and/or pivotable in order to change a deflection angle of at least one of the two or more beam paths relative to another rotational and/or pivot position of the diffractive optical element.
Dadurch ist z.B. eine Einstellung der betreffenden Strahlausrichtung auf die gewünschte Bearbeitungsposition auf dem zu bearbeitenden Material möglich.This makes it possible, for example, to adjust the relevant beam alignment to the desired processing position on the material to be processed.
Das diffraktive optische Element kann hierfür z. B. gemeinsam mit der Fokussierlinse dreh- und/oder schwenkbar angeordnet sein. The diffractive optical element can do this, for. B. together with the focusing lens can be rotated and / or pivoted.
Weiterhin ist es möglich, dass das diffraktive optische Element die Strahlengänge in gleichen Abständen zueinander ausrichtet. Dadurch können z.B. mehrere gleich voneinander beabstandete Materialbearbeitungen vorgenommen werden, z.B. parallel verlaufende Perforationslinien oder dgl.Furthermore, it is possible for the diffractive optical element to align the beam paths at equal distances from one another. This allows E.g. several material processings are carried out at the same distance from each other, e.g. parallel perforation lines or the like.
Es ist auch möglich, dass das diffraktive optische Element die Strahlengänge in unterschiedlichen Abständen zueinander ausrichtet. Beispielsweise kann damit unterschiedlich gewünschten Bearbeitungspositionen an dem zu bearbeitenden Material Rechnung getragen werden. Z. B. können damit Materialbearbeitungen wie beispielsweise die Ausbildung von Schnitten, Perforationen und/oder dgl. für Strukturen mit unterschiedlichen Teilgeometrien erzeugt werden.It is also possible for the diffractive optical element to align the beam paths at different distances from one another. For example, different desired machining positions on the material to be machined can be taken into account. For example, material processing such as the formation of cuts, perforations and/or the like can be generated for structures with different partial geometries.
Hierfür kann gem. einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das diffraktive optische Element die Strahlengänge in gleiche Geometrien, insbesondere gleiche Querschnittsformen der Strahlengänge aufteilt.For this purpose, according to one embodiment, it can be provided that the diffractive optical element divides the beam paths into identical geometries, in particular identical cross-sectional shapes of the beam paths.
Alternativ oder zusätzlich kann das diffraktive optische Element die Strahlengänge in unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedliche Querschnittsformen der Strahlengänge aufteilen. Damit können unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, wie z.B. die Aufprägung unterschiedlich strukturierter Materialabträge. Solche mit kleinen und/oder vergleichsweise nur seichten Materialabträgen, beispielsweise durch einen Laserspot mit einem vergleichsweise kleinen Strahlquerschnitt.Alternatively or additionally, the diffractive optical element can divide the beam paths into different geometries, in particular different cross-sectional shapes of the beam paths. This allows different processing operations to be carried out, such as the embossing of differently structured material removals. Those with small and/or comparatively only shallow material removals, for example by a laser spot with a comparatively small beam cross section.
Demgegenüber könnte z.B. mittels einem -in Bewegungsrichtung des Materialbandes des zu bearbeitenden Materials- länglich ausgebildeten Strahlquerschnitts und einer dadurch länger andauernden Strahleinwirkung auf das Material an der selben Stelle eine vergleichsweise tiefer gehende Materialbearbeitung / tiefergehender Materialabtrag möglich, zusätzlich zur vergleichsweise länglicheren Kontur.On the other hand, a comparatively more in-depth material processing / more in-depth material removal could be possible, e.g. by means of a jet cross-section that is elongated in the direction of movement of the material strip of the material to be processed and a resulting longer-lasting jet effect on the material at the same point, in addition to the comparatively longer contour.
Im Weiteren kann das diffraktive optische Element an oder auf der Fokussierlinse angeordnet sein, insbesondere direkt an oder auf der Fokussierlinse.Furthermore, the diffractive optical element can be arranged on or on the focusing lens, in particular directly on or on the focusing lens.
Dadurch kann die Länge der Strahlen zwischen dem „DOE“ und der Fokussierlinse extrem kurz gehalten werden. Auch können die Einzelstrukturen des „DOEs“ sehr eng aneinander ausgebildet werden. Dies wiederum wirkt sich, zusätzlich zur Ermöglichung kleiner Geometrien für die Vorrichtung und deren einzelnen Bauteilen, auch kostenreduzierend aus. Denn, diffraktive Optiken „DOEs“ werden mit zunehmendem Durchmesser sehr teuer.This allows the length of the beams between the "DOE" and the focusing lens to be kept extremely short. The individual structures of the “DOE” can also be formed very closely together. This in turn has a cost-reducing effect, in addition to enabling small geometries for the device and its individual components. Because diffractive optics "DOEs" become very expensive with increasing diameter.
Gemäß einer Ausführung der Vorrichtung kann die Fokussierlinse in der Form eines F-Theta Objektivs (Fernfeldlinse) ausgebildet sein.According to one embodiment of the device, the focusing lens can be designed in the form of an F-Theta lens (far-field lens).
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Fokussierlinse in der Form eines Mehrlinsensystems ausgebildet sein, insbesondere in der Form eines telezentrischen Objektivs. Ein telezentrisches Objektiv hat den Vorteil, dass die Randstrahlen besser auf die Bearbeitungsebene fokussiert werden.According to an alternative embodiment, the focusing lens can be in the form of a multi-lens system, in particular in the form of a telecentric lens. A telecentric lens has the advantage that the edge rays are better focused on the processing plane.
Das den elektromagnetischen Strahl ablenkende Spiegelablenksystem kann ein 1-Achsen-Scanner oder ein Mehr-Achsen-Scanner, vorzugsweise ein 2-Achsen-Scanner sein. Das heißt, im Falle des 2-Achsne-Scanners wird zuerst von einem ersten, in seiner Ausrichtung verstellbaren Spiegel abgelenkt und anschließend von einem, ebenfalls in seiner Ausrichtung verstellbaren, zweiten Spiegel. Damit kann der primäre Laserstrahl grundsätzlich auf jeden Punkt eines zugehörigen X-Y-Koordinatensystem gelenkt werden.The mirror deflection system deflecting the electromagnetic beam can be a 1-axis scanner or a multi-axis scanner, preferably a 2-axis scanner. This means that in the case of the 2-axis scanner, deflection is first carried out by a first mirror, which can be adjusted in its orientation, and then by a second mirror, whose orientation can also be adjusted. In principle, the primary laser beam can thus be directed to any point of an associated X-Y coordinate system.
Die Erfindung betrifft im Weiteren auch eine Strahlvervielfachungsvorrichtung, umfassend ein Gehäuse, ein einen elektromagnetischen Strahl, insbesondere einen Laserstrahl ablenkendes Spiegelablenksystem und eine Fokussierlinse. Diese Strahlvervielfachungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Strahlengang des elektromagnetischen Strahls zwischen dem Spiegelablenksystem und der Fokussierlinse ein diffraktives optisches Element „DOE“ angeordnet ist.The invention also relates to a beam multiplication device, comprising a housing, a mirror deflection system that deflects an electromagnetic beam, in particular a laser beam, and a focusing lens. This beam multiplication device is characterized in that a diffractive optical element "DOE" is arranged in the beam path of the electromagnetic beam between the mirror deflection system and the focusing lens.
Mit dieser Strahlvervielfachungsvorrichtung sind die gleichen Wirkungen erzielbar, wie bereits oben zur Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien mittels elektromagnetischer Strahlung erläutert.The same effects can be achieved with this beam multiplication device as already explained above for the device for processing materials by means of electromagnetic radiation.
Bei der Strahlvervielfachungsvorrichtung ist auch vorgesehen, dass das den elektromagnetischen Strahl ablenkende Spiegelablenksystem vorzugsweise ein 2-Achsen-Scanner ist.In the case of the beam multiplication device, it is also provided that the mirror deflection system that deflects the electromagnetic beam is preferably a 2-axis scanner.
Im Weiteren ist die Fokussierlinse der Strahlvervielfachungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform in der Form eines F-Theta Objektivs ausgebildet.Furthermore, according to one embodiment, the focusing lens of the beam multiplication device is designed in the form of an F-Theta lens.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Strahlvervielfachungsvorrichtung kann die Fokussierlinse auch in der Form eines Mehrlinsensystems ausgebildet sein, insbesondere in der Form eines telezentrischen Objektivs.According to an alternative embodiment of the beam multiplication device, the focusing lens can also be designed in the form of a multi-lens system, in particular in the form of a telecentric lens.
Nachfolgend wird die Erfindung kurz mit anderen Worten wie folgt beschrieben.In the following, the invention will be briefly described in other words as follows.
Sie betrifft eine Anordnung von optischen Komponenten, um z.B. eine Vielfachperforation bei hohen Bahnlaufgeschwindigkeiten in unterschiedlichste flexible Materialien einzubringen. Dabei wird eine hohe Flexibilität bezogen auf die Anzahl, Anordnung und Durchmesser der Löcher erreicht. Ebenfalls können mit dieser Anordnung auch viele andere Laserprozesse, wie Perforieren, Ritzen, Schneiden, Markieren oder Strukturieren mit diesem Verfahren vervielfacht werden.It relates to an arrangement of optical components in order, for example, to introduce multiple perforations into a wide variety of flexible materials at high web speeds. A high degree of flexibility is achieved in relation to the number, arrangement and diameter of the holes. With this arrangement, many other laser processes such as perforating, scribing, cutting, marking or structuring can also be multiplied with this method.
Unter Verwendung einer Laserstrahlquelle in Verbindung mit einem Spiegelablenksystem (z.B. einem Scanner) und einer Fokussierlinse (z.B. einem F-Theta Objektiv) können auf einer Ebene Perforationen, Linien oder Freiformkonturen abgebildet werden. Diese können zum Markieren, Schneiden, Strukturieren oder Perforieren unterschiedlicher Materialien eingesetzt werden. Begrenzt wird dieses System dadurch, dass nur ein Laserstrahl auf das Material auftrifft.Using a laser beam source in connection with a mirror deflection system (e.g. a scanner) and a focusing lens (e.g. an F-Theta lens) perforations, lines or free-form contours can be imaged on a plane. These can be used for marking, cutting, structuring or perforating different materials. This system is limited by the fact that only one laser beam hits the material.
Trifft jedoch ein Laserstrahl, der in ein Spiegelablenksystem über vorzugsweise 2 Spiegel in x- und y-Richtung ausgelenkt wird nach diesem auf eine diffraktive Optik, auch diffraktives optisches Element „DOE“ bezeichnet, so teilt diese diffraktive Optik den Strahl je nach Auslegung in mehrere Teilstrahlen. Dabei können die Einzelstrahlen in verschiedener Geometrie und verschiedenen Abständen zueinander angeordnet sein. Über die Fokussierlinse, z.B. einer sogenannten Fernfeldlinse (F-Theta Objektiv) wird der Laserstrahl auf die Ebene fokussiert.However, if a laser beam, which is deflected in a mirror deflection system via preferably 2 mirrors in the x and y direction, then hits diffractive optics, also referred to as a diffractive optical element "DOE", this diffractive optic divides the beam into several, depending on the design partial beams. The individual beams can be arranged in different geometries and at different distances from one another. The laser beam is focused on the plane via the focusing lens, e.g. a so-called far-field lens (F-Theta lens).
Entscheidend ist die Position der diffraktiven Optik (DOE). Würde die DOE vor den Ablenkspiegeln im Eingang des Scanners (Apertur) eingebaut werden, so würde mit zunehmender Aufteilung der Einzelstrahlen (größer werdendem Abstand der Fokussierpunkte) ein Teil der Strahlung (Randstrahlen) nicht mehr auf die Ablenkspiegel im Scanner treffen. D. h., der Randbereich der Strahlung würde nicht über die Ablenkspiegel reflektiert sondern im Scanner Gehäuse absorbiert und somit könnte nicht mehr die volle Laserleistung für den Bearbeitungsprozess zur Verfügung stehen.The position of the diffractive optics (DOE) is crucial. If the DOE were installed in front of the deflection mirrors in the entrance of the scanner (aperture), then with increasing distribution of the individual beams (increasing distance between the focusing points), part of the radiation (marginal rays) would no longer hit the deflection mirrors in the scanner. This means that the edge area of the radiation would not be reflected via the deflection mirror but would be absorbed in the scanner housing and the full laser power could therefore no longer be available for the processing process.
Der Einbau der DOE nach den Ablenkspiegeln hat den Vorteil, dass der Laserstrahl durch die Apertur des Scanners das Spiegelablenksystem wie bisher passiert und erst dann auf die DOE auftrifft. Da die Ablenkpositionen in x- und y-Richtung direkt nach den Spiegeln noch sehr gering ist, kann der Durchmesser der DOE auf den Strahldurchmesser und die geringe Positionsänderung angepasst werden.Installing the DOE after the deflection mirrors has the advantage that the laser beam passes through the aperture of the scanner through the mirror deflection system as before and only then hits the DOE. Since the deflection positions in the x and y directions directly after the mirrors are still very small, the diameter of the DOE can be adapted to the beam diameter and the small change in position.
Zusätzlich werden die diffraktiven Optiken mit zunehmendem Durchmesser sehr teuer.In addition, the diffractive optics become very expensive with increasing diameter.
Nach der diffraktiven Optik treffen dann die durch Beugung erzeugten Einzelstrahlen auf die Fokussierlinse, z.B. eine Fernfeldlinse (F-Theta Objektiv) und werden von dort auf die Bearbeitungsebene fokussiert.After the diffractive optics, the individual beams generated by diffraction then hit the focusing lens, e.g. a far-field lens (F-Theta lens) and are focused from there on the processing plane.
Abhängig von der Brennweite der Fokussierlinse und der diffraktiven Optik können zum Beispiel 8 Fokuspunkte in Linie in einem Abstand von jeweils 10 mm (gesamt 80mm) abgebildet werden. Das wäre beim Einbau der DOE am Eingang eines Scanners und einer Apertur von 15 mm nicht möglich. Der Strahl würde bereits an der DOE aufgeweitet und wäre dann an den Ablenkspiegeln bereits zu groß.Depending on the focal length of the focusing lens and the diffractive optics, for example, 8 focus points can be imaged in a line at a distance of 10 mm each (total 80mm). This would not be possible when installing the DOE at the entrance of a scanner and an aperture of 15 mm. The beam would already be expanded at the DOE and would then already be too large at the deflection mirrors.
Anstelle einer Fernfeldlinse (F-Theta Objektiv) kann zur Fokussierung der Laserstrahlen auch ein Mehrlinsensystem, wie zum Beispiel ein telezentrisches Objektiv eingesetzt werden. Ein telezentrisches Objektiv hat den Vorteil, dass die Randstrahlen besser auf die Bearbeitungsebene fokussiert werden.Instead of a far-field lens (F-Theta lens), a multi-lens system, such as a telecentric lens, can also be used to focus the laser beams. A telecentric lens has the advantage that the edge rays are better focused on the processing plane.
Zusätzlich: ist der Einsatz einer Drehachse vorgesehen, um die DOE (alleine oder gemeinsam mit der Fernfeldlinse) in verschiedene Winkelpositionen zu stellen oder rotieren lassen zu können.In addition: the use of a rotary axis is planned in order to be able to set the DOE (alone or together with the far-field lens) in different angular positions or to be able to rotate it.
Die durch die DOE erzeugten Teilstrahlen können damit:
- 1) in der Drehachse unter verschiedenen Winkeln angeordnet werden. Werden zum Beispiel über die DOE 8x Fokuspunkte in Reihe im Abstand von jeweils 10 mm in die Bearbeitungsebene abgebildet, so können auf einer laufenden Materialbahn 8 Spuren nebeneinander geschnitten, geritzt oder im Pulsbetrieb Löcher erzeugt werden. Beim Drehen der DOE wird der Abstand der Linien kleiner. Im Falle des Pulsbetriebs wird der Lochabstand in Bahnlaufrichtung kleiner und die Löcher werden versetzt angeordnet (unterschiedliches Pattern möglich). Ein Pattern kann auch dadurch erreicht werden, dass zum Beispiel die beispielsweise 8 Fokuspunkte in Bahnlaufrichtung angeordnet werden (8 Löcher Abstand fix durch DOE) und das Spiegelablenksystem eine verschiedene Anzahl an Löcher und frei wählbarem Lochabstand quer zur Bahnlaufrichtung anordnet.
- 2) Der sogenannte „Marking on-the-fly“ (MOF) Betrieb eines Scanners ermöglicht das Bearbeiten (z.B. Markieren, Perforieren etc.) von Einzel- und Endlosteilen oder Materialbahnen verzerrungsfrei, während der Bewegung (auch bei sehr hohen Bahnlaufgeschwindigkeiten). Mit den Einzelstrahlen können somit zum Beispiel 8 ineinander liegende Kreise mit nur einer Kreisbewegung des Spiegelablenksystems erzeugt werden. Auch im Pulsbetrieb des Lasers können mehrere Löcher gleichzeitig verzerrungsfrei (rund) auch bei hohen Bahnlaufgeschwindigkeiten erzeugt werden.
- 1) can be placed at different angles in the axis of rotation. If, for example, 8x focus points are imaged in a row at a distance of 10 mm in the processing plane via the DOE, 8 tracks can be cut next to each other on a running material web, scratched or holes can be created in pulse mode. When rotating the DOE, the distance between the lines becomes smaller. In the case of pulsed operation, the hole spacing becomes smaller in the direction of web travel and the holes are arranged in a staggered manner (different patterns possible). A pattern can also be achieved, for example, by arranging the 8 focus points in the direction of web travel (8 hole distance fixed by DOE) and the mirror deflection system arranging a different number of holes and freely selectable hole distance transverse to the direction of web travel.
- 2) The so-called "marking on the fly" (MOF) operation of a scanner enables the processing (e.g. marking, perforating, etc.) of individual and endless parts or material webs without distortion during movement (even at very high web speeds). With the individual beams, for example, 8 circles lying one inside the other can be generated with only one circular movement of the mirror deflection system will. Even in pulsed operation of the laser, several holes can be created simultaneously without distortion (round) even at high web speeds.
Es könnte hier noch eine Vielzahl an Anwendungen (Perforieren, Linien, Freiformkonturen etc.) aufgeführt werden. Das Prinzip bleibt jedoch immer das gleiche.A large number of applications (perforating, lines, free-form contours, etc.) could also be listed here. However, the principle always remains the same.
Eingesetzt werden kann dieses Verfahren z.B. auch bei der Zigarettenherstellung (light Zigarette) - Stichwort: Tipping Paper.This process can also be used, for example, in the manufacture of cigarettes (light cigarettes) - keyword: tipping paper.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:Description of an example:
Nachfolgend wird unter Bezugnehme auf die beigefügten Figuren die Erfindung beispielhaft noch näher beschrieben.The invention is described in more detail below by way of example with reference to the attached figures.
Es zeigen beispielhaft und schematisch:
-
1 : Eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien mittels elektromagnetischer Strahlung, umfassend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahls, ein den elektromagnetischen Strahl ablenkendes Spiegelablenksystem und eine Fokussierlinse, bei der im Strahlengang des elektromagnetischen Strahls zwischen dem Spiegelablenksystem und der Fokussierlinse ein diffraktives optisches Element „DOE“ zur Aufteilung des Strahlengangs in zwei oder mehrere Strahlengänge angeordnet ist, um ein Muster von Bearbeitungspunkten auf dem zu bearbeitenden Material zu erzeugen und/oder um eine Positionierung des Bearbeitungspunkts oder der Bearbeitungspunkte auf dem Material zu bewirken. -
2 : Eine Strahlvervielfachungsvorrichtung einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien mittels elektromagnetischer Strahlung wie in1 , mit Fokus auf den Aufbau der den elektromagnetischen Strahl beeinflussenden Bauteile. -
3 : Eine gegenüber der2 abgewandelte Ausführungsform einer Strahlvervielfachungsvorrichtung.
-
1 : A device for processing materials by means of electromagnetic radiation, comprising a radiation source for generating an electromagnetic beam, a mirror deflection system deflecting the electromagnetic beam and a focusing lens, in which a diffractive optical element "DOE" is located in the beam path of the electromagnetic beam between the mirror deflection system and the focusing lens for splitting the beam path into two or more beam paths, in order to generate a pattern of processing points on the material to be processed and/or to bring about a positioning of the processing point or points on the material. -
2 : A beam multiplication device of a device for processing materials by means of electromagnetic radiation as in1 , with a focus on the structure of the components influencing the electromagnetic beam. -
3 : One opposite the2 modified embodiment of a beam multiplication device.
In diesem Sinne zeigt die
Diese Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 4 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahls 3, insbesondere eine Laservorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls, ein den elektromagnetischen Strahl 3 ablenkendes Spiegelablenksystem 5 und eine Fokussierlinse 6.This device comprises a
Im Strahlengang des in Richtung des Pfeils 3.1 einfallenden, elektromagnetischen Strahls 3 ist zwischen dem Spiegelablenksystem 5 und der Fokussierlinse 6 ein diffraktives optisches Element „DOE“ 7 zur Aufteilung des Strahlengangs in zwei oder mehrere Strahlengänge 3, 3' angeordnet, um ein Muster 2.2, 2.2' von Bearbeitungspunkten 2.1, 2.1' auf dem zu bearbeitenden Material 2 zu erzeugen und/oder um eine Positionierung des Bearbeitungspunkts 2.1 oder der Bearbeitungspunkte 2.1, 2.1' auf dem Material 2 zu bewirken.In the beam path of the
Im dargestellten Beispiel sind die Bearbeitungspunkte 2.1' zur Offenbarung einer flexiblen Gestaltungsmöglichkeit der einzelnen erzeugbaren Muster 2.2, 2.2' beispielhaft größer und weiter auseinandergezogen als die Bearbeitungspunkte 2.1.In the example shown, the processing points 2.1' are larger and further apart than the processing points 2.1 to reveal a flexible design option for the individual patterns 2.2, 2.2' that can be produced.
Die
In dieser Darstellung ist durch den Pfeil 6.1.1 symbolisch auch eine Drehbarkeit der Fokussierlinse 6 offenbart. Dies kann z.B. die Möglichkeit einer mechanischen Verbindung des DOEs 7 mit der Fokussierlinse 6 eröffnen, bei der das DOE 7 gemeinsam mit der Fokussierlinse verdreht werden und deren Musterbeeinflussung gemäß der Bewegungsmöglichkeit entsprechend eines oder beider der Pfeile 3.1.1, 7.2.1 weiterhin zur Verfügung stehen kann. Z. B. kann das diffraktive Element 7 auf der Fokussierlinse 6 aufgebracht sein.In this representation, the arrow 6.1.1 also symbolically reveals a rotatability of the focusing
Das Spiegelablenksystem 5 ist in dieser Darstellung beispielhaft als 2-Spiegel-Scanner dargestellt. Dieser umfasst ein erstes, um eine Achse 5.1.1 drehbare Spiegeleinheit 5.1 mit einem Spiegel 5.1.2 und eine zweite, um eine Achse 5.2.1 drehbare Spiegeleinheit 5.2 mit einem Spiegel 5.2.2.In this illustration, the
Der Spiegel 5.1.1 lenkt den in Richtung des Pfeils 3.1 einfallenden, elektromagnetischen Strahl 3, in der Bildebene der
Das diffraktive Element „DOE“ 7 teilt dabei, wiederum beispielhaft, den primären elektromagnetischen Strahl in drei Strahlenbündel 3.1.1, 3.1.1', 3.1.1"'auf.The diffractive element “DOE” 7 divides the primary electromagnetic beam into three beams 3.1.1, 3.1.1′, 3.1.1″′, again by way of example.
Im Übrigen stellen die gleichen Positionszeichen in allen Figuren die gleichen Merkmale dar.For the rest, the same position symbols in all figures represent the same features.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Materialienmaterials
- 2.12.1
- Bearbeitungspunktedit point
- 2.22.2
- Mustersample
- 33
- Strahlungradiation
- 3.13.1
- PfeilArrow
- 44
- Strahlungsquelleradiation source
- 55
- Spiegelablenksystemmirror deflection system
- 5.15.1
- Spiegeleinheitmirror unit
- 5.1.15.1.1
- Achseaxis
- 5.1.25.1.2
- Spiegelmirror
- 5.25.2
- Spiegeleinheitmirror unit
- 5.2.15.2.1
- Achseaxis
- 5.2.25.2.2
- Spiegelmirror
- 66
- Fokussierlinsefocusing lens
- 6.1.16.1.1
- PfeilArrow
- 77
- diffraktives optisches Element „DOE“diffractive optical element "DOE"
- 7.17.1
- Achseaxis
- 7.1.17.1.1
- PfeilArrow
- 7.27.2
- Achseaxis
- 7.2.17.2.1
- Pfeil Arrow
- 1010
- Strahlvervielfachungsvorrichtungbeam multiplier device
- 1111
- GehäuseHousing
Claims (18)
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|---|---|---|---|
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| PCT/EP2021/068745 WO2022111867A1 (en) | 2020-11-26 | 2021-07-07 | Laser machining device having multiple applications |
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|---|---|---|---|
| DE102020131405.1A DE102020131405A1 (en) | 2020-11-26 | 2020-11-26 | Device for material processing with multiple applications |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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