[发明专利]用于材料加工的方法和设备

说明书

用于材料加工的设备，所述设备具有电磁辐射的至少一个射束源和使辐射变化地成形并且聚焦的射束成形光学装置。被发出的辐射具有第一射束参数乘积并且在其中辐射与材料处于相互作用的加工区中的辐射具有第二射束参数乘积。调整装置通过改变至少一个光学元件的光学特性或位置而使第二射束参数乘积变化，其中射束成形光学装置的至少一个第一光学元件产生和/或扩大像差的数值，并且所述射束成形光学装置的至少一个第二光学元件通过调整该调整装置通过改变至少一个第一光学元件或第二光学元件的光学特性或位置而使按照数值地产生的或扩大的像差这样改变，使得在加工区中的辐射具有要调整的第二射束参数乘积。此外说明一种用于材料加工的相应的方法。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于材料加工的设备以及根据权利要求16的前序部分所述的方法。

背景技术

这样的用于材料加工的设备具有至少一个电磁辐射的射束源，该射束源以限定的功率密度分布发出辐射。该射束源的辐射通过使辐射变化地成形的和聚焦的射束成形光学装置来被引导。被聚焦的辐射的光轴也被表示为射束轴，其对准加工区。此外存在如下装置，所述装置将该辐射保持在辐射和材料的在加工区中形成的和移动的相互作用面的区域中。所发出的辐射具有第一射束参数乘积（beam parameter product）并且在其中辐射与材料处于相互作用的加工区中的辐射具有第二射束参数乘积。

辐射的变化的成形在此情况下意味着：辐射鉴于其射束参数乘积、尤其是关于其径向和轴向功率密度分布方面而被成形，以便将工件中的辐射作用、也即例如沿着切割前沿或在切割前沿在钻孔中或在焊接毛细管中的辐射作用适合地调整。

相应的、已知的用于材料加工的方法使用电池辐射的至少一个射束源、尤其是激光射束源，其中该射束源以限定的功率密度分布发出辐射，该辐射具有第一射束参数乘积（beam parameter product）并且该射束源的辐射通过射束成形光学装置来变化地被成形和聚焦。如已经提及的，经聚焦的辐射的光轴被称为射束轴，其对准加工区，并且该辐射被保持在辐射和材料的在加工区中形成的和移动的相互作用面的区域中。在其中辐射与材料处于相互作用的加工区中的辐射具有第二射束参数乘积。

电磁辐射的射束源尤其是包括激光射束源，但是也包括MASER（相干的微波源）或者包括在远紫外的或者x射线波长范围内的相干的、极短波的射束源。

被表示为BPP的射束参数乘积如上文提及的那样涉及辐射的射束质量以及其可聚焦性并且通过以下公式来定义：

BPP =·r₀=M²·λ/π，其中

=辐射的在远场中的半个张角，

r₀=射束在自身腰部处的半径

M²=衍射指数 。

λ =射束的波长。

该射束在自身的腰部处的半径相应于半个焦点直径。该射束的可聚焦性随着增大的衍射指数M²而劣化；衍射指数一直大于等于1。该设备在任何处都有利地得以应用，在此使用至少一个射束源的辐射，以便对材料或原料进行加工，并且在此通过三维的维度和射束功率密度的分布、也称为射束分布来影响该辐射与材料的相互作用。在其中辐射的所述特性具有特殊意义的加工方法是其中通过射束材料相互作用而使相互作用面渗入到该材料中的那种方法。对此，例如包括：切割、剥蚀、钻孔、刻刮、打孔和深层焊接。根据要应用的方法和其力求的特性而定，三维的维度和射束功率密度的分布以及必要时的坡印廷矢量的局部方向的分布应该适合地被调整，其中该分布说明能量传输的密度和方向、也即电磁场的功率密度。

在现有技术中，已知利用激光辐射来对材料加工的不同的设备和方法，其中能够调整激光射束分布的特性。