(57)【要約】  本発明は、被加工物１１をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、加工装置１００であって、加工レーザビーム１４を生成するための加工レーザ源１０ａと、あるスペクトル範囲を有する照明レーザビーム１６を生成するための出力を有する照明レーザ源１０ｂと、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６のための出口開口部１０ｃと、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６が出口開口部１０ｃを通って同軸で出現するように設計されるレーザビーム誘導デバイス１７とを有し、照明レーザ源１０ｂの出力と照明レーザビーム１６のスペクトル範囲のうちの少なくとも１つの要素が、照明レーザビーム１６による照明が、レーザ加工中、加工領域１１ａ内の被加工物１１の自己放射よりも明るくなるように選択されている、加工装置１００に関する。被加工物１１をレーザ加工するための方法がさらに提供される。
2021536370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、加工装置であって、
加工レーザビーム（１４）を生成するための加工レーザ源（１０ａ）と、
あるスペクトル範囲を有する照明レーザビーム（１６）を生成するための出力を有する照明レーザ源（１０ｂ）と、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームのための出口開口部（１０ｃ）と、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが前記出口開口部（１０ｃ）を通って同軸で出現するように設計されるレーザビーム誘導デバイス（１７）と、
を有し、
前記照明レーザ源の出力と前記照明レーザビームのスペクトル範囲とのうち少なくとも１つの要素が、前記照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域（１１ａ）内の前記被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択されていることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工装置であって、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷ、好ましくは１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、より好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように選択されているか、もしくは調節され得、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が、３００〜１０００ｎｍ、好ましくは３００〜８２０ｎｍ、より好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内であるように選択されているか、もしくは調節され得、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択されている、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加工装置であって、
前記レーザビーム誘導デバイス（１７）と、前記加工レーザ源（１０ａ）と、前記照明レーザ源（１０ｂ）とのうち少なくとも１つの要素が、前記被加工物（１１）の照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、設計されているか、または調節され得ることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置であって、
前記レーザビーム誘導デバイスが、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが同軸で誘導されるように設計される少なくとも１つの伝送ファイバ（１７）と、
前記加工レーザビームおよび／または前記照明レーザビームの焦点を合わせるための少なくとも１つの光学ユニット（１８）と、、
前記照明レーザビームおよび／または前記加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するための少なくとも１つのユニット（１３）、特に、ダイクロイックミラーと、
からなる群のうち少なくとも１つの要素を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記レーザビーム誘導デバイス（１７；１８；１３）と、前記光学ユニット（１８）と、前記加工レーザ源（１０ａ）と、前記照明レーザ源（１０ｂ）とのうち少なくとも１つの要素が、前記照明レーザビームの焦点と前記加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れているように設計されているか、または離れるように調節され得ることを特徴とする加工装置。
【請求項６】
請求項５に記載の加工装置であって、前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成される前記レーザビームのスペクトル範囲が異なるように設計されているか、または調節され得、前記光学ユニット（１８）が、分散型であることを特徴とする加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載の加工装置であって、前記加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記第１の波長よりも短い第２の波長を含むことを特徴とする加工装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか１項に記載の加工装置であって、
前記伝送ファイバ（１７）が、内側ファイバコア（１７ａ）を有し、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、前記加工レーザビームが前記内側ファイバコアを通じて誘導されるように、前記伝送ファイバに結合されていることを特徴とする加工装置。
【請求項９】
請求項８に記載の加工装置であって、
前記伝送ファイバ（１７）が、前記内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア（１７ｂ）、および／または前記内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材（１７ｃ）を有し、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、前記照明レーザビームが少なくとも部分的に、前記外側ファイバコアを通じておよび／または前記ファイバ被覆材を通じて誘導されるように、前記伝送ファイバに結合されていることを特徴とする加工装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の加工装置であって、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記外側ファイバコアが第１の直径を有する、および／または前記ファイバ被覆材が第２の直径を有することを特徴とする加工装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記レーザビーム誘導デバイスが、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように設計されている、前記照明レーザビームの選択的ビーム形成（１８）のためのユニット、特に、選択的ビーム形成のための少なくとも１つの回折光学素子を有することを特徴とする加工装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記被加工物から反射される前記照明レーザビームを検出するための検出器デバイス（１５）を有し、前記検出器デバイス（１５）のスペクトル範囲は、当該スペクトル範囲が、前記照明レーザビーム、特に、反射された前記照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するように選択されているか、または調節可能であることを特徴とする加工装置。
【請求項１３】
被加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切断のための、請求項１から１２のいずれか１項に記載の加工装置の使用。
【請求項１４】
特に、請求項１から１０のいずれか１項に記載の加工装置を使用した、被加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切断のための方法であって、
被加工物に加工レーザ源からの加工レーザビームおよび照明レーザ源からの照明レーザビームを同軸に照射するステップを含み、
前記照明レーザ源の出力と前記照明レーザビームのスペクトル範囲とのうち少なくとも１つの要素は、前記照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域内の前記被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷ、好ましくは１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、より好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように選択もしくは調節され、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が、３００〜１０００ｎｍ、好ましくは３００〜８２０ｎｍ、より好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内であるように選択もしくは調節され、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の方法であって、
前記被加工物の照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが誘導され、および／または、
前記加工レーザ源と前記照明レーザ源とのうち少なくとも１つの要素が、選択もしくは調節される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームを少なくとも１つの伝送ファイバを通じて同軸で誘導するステップと、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームから選択される少なくとも１つの要素の焦点を合わせるステップと、
特にダイクロイックミラーを用いて、前記照明レーザビームおよび／または前記加工レーザビームを、少なくとも部分的に偏向するステップと、
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記加工レーザビームおよび／または前記照明レーザビームが、前記照明レーザビームの焦点と前記加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れるように、焦点を合わせられることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成される前記レーザビームのスペクトル範囲が異なるように選択または調節され、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが、分散型光学ユニットを通じて誘導されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記第１の波長よりも短い第２の波長を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１７から２０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記伝送ファイバが、内側ファイバコア（１７ａ）を備え、
前記加工レーザビームが、前記内側ファイバコアを通じて誘導されることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記伝送ファイバ（１７）が、前記内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア（１７ｂ）、および／または前記内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材（１７ｃ）を有し、
前記照明レーザビームが少なくとも部分的に、前記外側ファイバコアを通じておよび／または前記ファイバ被覆材を通じて誘導されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記外側ファイバコアについては第１の直径、および／または前記ファイバ被覆材については第２の直径が選択されていることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１４から２３のいずれか１項に記載の方法であって、前記照明レーザビームが、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、選択的に形成されている、特に、少なくとも１つの回折光学素子によって誘導されることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１４から２４のいずれか１項に記載の方法であって、前記照明レーザビーム、特に、反射された前記照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するスペクトル範囲が検出されるように、前記被加工物から反射される前記照明レーザビームを検出するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物をレーザ加工するための加工装置、被加工物をレーザ加工するための加工装置の使用、および被加工物をレーザ加工するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平台型切断システムは、典型的には、加工レーザとして１ｋＷを上回る出力を有するファイバレーザで動作される。平板切断設備などのレーザ加工システムは、多くの場合、例えば、ＵＳ２０１８１０４７６９ＡまたはＵＳ２０１８１０４８３８Ａに説明されるような、例えば、加工レーザの位置またはビーム軸を設備のオペレータに示す、補助レーザを含む。補助レーザは、例えば、ＪＰ１１３４４４１７ＡおよびＪＰ２０００１３５５８３Ａから知られているように、加工レーザと同軸で誘導され得る。これらの補助レーザは、典型的には、５ｍＷ未満の低い出力を有する。
【０００３】
平台型切断システムは、通常、プロセス監視を有さないか、または非常に単純なプロセス監視を有する。後者の場合、通常、フォトダイオードが使用され、これにより、被加工物の熱加工中に生じる、プロセス光とも称されるプロセス発光を検出する。場合によっては、複数のダイオードが使用される。しかしながら、フォトダイオードでは、プロセス光の局所分解は表示されない。
【０００４】
レーザ溶接においては、しばらくの間カメラベースのプロセス監視が定着している。加えて、カメラによる能動的なプロセス監視は、ここで自らの能力も示す。プロセス発光が受動的に観察されるだけでなく、プロセスゾーンが人工照明で照明され、（典型的には同軸の）カメラは、主に、被加工物に反射されるこの照明の光を見ることを目的とする。
【０００５】
照明を用いたカメラ観察の利益は（照明なしに対して）主に、プロセスゾーン（カーフ幾何形状など）がより良好に観察され得るように、プロセス自体の熱照明が抑制され得ることである。
【０００６】
ここでは自己放射または熱自己放射と称される、熱プロセス発光が抑制され得るように、加工レーザのスペクトルの外側にある狭帯域照明および対応する狭帯域検出が必要とされる。市販されている費用対効果の高いカメラは、可視から近赤外の電磁スペクトル領域内にあり、これは、照明もこの領域内で選択される必要があることを意味する。しかしながら、熱自己放射、特にレーザ加工される金属の熱自己放射は、典型的には、可視から近赤外のスペクトル領域内にある。言い換えると、特に金属のレーザ加工において、照明、検出、および熱自己放射は、実質的に同じスペクトル範囲で発生するため、プロセス観察の目的のための熱自己照明の抑制は困難である。
【０００７】
狭帯域照明に利用可能な照明源には、例えば、ＬＥＤまたはダイオードレーザがある。既知の利用可能な照明源をレーザ加工システムの加工ヘッドに装着することができるようにするため、例えば、照明源は、通常、この目的のために特別に設計される。ここでの欠点は、通常、加工ヘッド上の利用可能な空間が限られており、加工ヘッドができる限り小さい重量を有さなければならないということである。加えて、プロセスゾーンが十分に照明され得るような照明源のための照明特有の理想の配置は、多くの場合、加工ヘッド上で見つけるのが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１８／１０４７６９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１８／１０４８３８号明細書
【特許文献３】特開平１１−３４４４１７号公報
【特許文献４】特開２０００−１３５５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、照明により被加工物をレーザ加工するための加工装置、および照明により被加工物をレーザ加工するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本目的は、請求項１に記載の被加工物をレーザ加工するための加工装置、請求項１３に記載の加工装置の使用、および請求項１４に記載の被加工物をレーザ加工するための方法によって達成される。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、加工装置であって、加工レーザビームを生成するための加工レーザ源と、あるスペクトル範囲を有する照明レーザビームを生成するための出力を有する照明レーザ源と、加工レーザビームおよび照明レーザビームのための出口開口部と、加工レーザビームおよび照明レーザビームが出口開口部を通って同軸で出現するように設計されているレーザビーム誘導デバイスとを有し、照明レーザ源の出力と照明レーザビームのスペクトル範囲との各要素から選択される少なくとも１つの要素が、照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域内の被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択される、加工装置が提供される。
【００１２】
本実施形態の利点は、同軸の加工レーザおよび照明レーザビームのおかげで、照明部位が、理想的には加工部位と合致することである。加えて、照明レーザビームによる照明が被加工物の自己放射よりも明るいため、加工領域は、レーザ加工中に生成される被加工物の自己放射が抑制または低減されるように、加工レーザビームと同軸に照明される。言い換えると、照明は、照明レーザ源の選択された出力および／または照明レーザビームの選択されたスペクトル範囲において、自己放射よりも強力である。このやり方では、プロセスゾーンとも称される加工領域は、十分に観察され得る。特に、被加工物によって反射される照明レーザビームのスペクトル放射照度は、レーザ加工の際、加工領域内の被加工物の自己放射のスペクトル放射照度よりも大きい。
【００１３】
加えて、照明の出力および／またはスペクトル範囲は、異なる有利な要件が、個々に、または組み合わせて、満たされるように、調節または選択され得る。上に記されるように、被加工物の照明、検出、および熱自己放射は、実質的に、可視から近赤外の電磁スペクトル領域内で発生し得る。例えば、レーザ加工される金属の最大自己放射は、典型的には、近赤外領域（約７６０〜２５００ｎｍ）内にあり、波長が更に短くなるにつれて可視領域（約３００〜７８０ｎｍ）内で減少する。照明レーザビームのスペクトル範囲が、選択または調節される自己放射のスペクトル範囲と比較して、より短い波長、例えば、青色スペクトル範囲内にある場合、照明は、照明レーザビームのより長い波長スペクトル範囲よりも低い照明強度で発生し得る。照明出力はまた、要件またはタスクに従って、例えば、被加工物の表面構造、材料、および／もしくは形状に従って、ならびに／または照明の目的に従って調節され得る。さらには、照明レーザ源の出力は、例えば、加工ヘッドの任意選択的に照射されたノズルから、加工装置の出口開口部に従って調節され得る。さらには、照明レーザの出力を調節することは、加工装置のオペレータの安全性を促進し得る。
【００１４】
特定の実施形態において、照明レーザ源の出力は、少なくとも５０ｍＷ、好ましくは１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、より好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように、選択され得るか、または調節され得る。照明レーザ源のそのような出力は、加工プロセスの自己放射の抑制または低減を可能にする。さらには、照明レーザビームのスペクトル範囲は、その中心波長が、３００〜１０００ｎｍ、好ましくは３００〜８２０ｎｍ、より好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内にあるように選択または調節され得る。照明レーザビームのそのようなスペクトル範囲は、典型的な加工レーザを使用するとき、より高い波長と比較して、明るさの小さい、またはあまり強くない照明が必要とされることを意味し得る。照明レーザビームのスペクトル範囲は、２０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯としてさらに選択され得る。照明レーザビームの、この狭帯域、すなわち、スペクトル波長帯のこの狭い幅は、加工プロセス中、被加工物の自己放射を抑制または低減することを助ける。
【００１５】
さらには、レーザビーム誘導デバイス、加工レーザ源、および照明レーザ源から選択される少なくとも１つの要素は、被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように、設計され得るか、または調節され得る。これが、加工領域の広範な照明を可能にする。
【００１６】
加工装置のさらなる実施形態において、レーザビーム誘導デバイスは、加工レーザビームおよび照明レーザビームが同軸で誘導されるように設計される少なくとも１つの伝送ファイバと、加工レーザビームおよび／または照明レーザビームの焦点を合わせるための少なくとも１つの光学ユニットと、照明レーザビームおよび／または加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するための少なくとも１つのユニット、特に、ダイクロイックミラーの各要素からなる群から選択される少なくとも１つの要素を備え得る。加工レーザビームおよび照明レーザビームが、伝送ファイバによって同軸で誘導される場合、加工装置、特に加工装置の加工ヘッドに取り付けるには不便な、コストをかけて設計された照明レーザ源は必要とされない。加えて、加工装置または加工ヘッドは、そこに追加的に取り付けられる照明レーザ源が理由でより複雑になること、またはより重くなることがない。
【００１７】
さらには、レーザビーム誘導デバイス、光学ユニット、加工レーザ源、および照明レーザ源の各要素から選択される少なくとも１つの要素は、照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れるように設計されるか、または調節され得る。この方策は、十分に大きい面積が加工領域の周りで照明されることを促進し、特に、照明領域は、加工領域よりも大きくなり得る。加えて、加工レーザ源および照明レーザ源は、加工レーザ源および照明レーザ源によってそれぞれ生成されるレーザビームのスペクトル範囲が異なるように設計され得るか、または調節され得、光学ユニットは、分散型であり得る。特に、加工レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長を含み得、照明レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長よりも短い第２の波長を含み得る。この場合、第１の波長は、加工レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得、第２の波長は、照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得る。これらの方策を、個々に、または組み合わせて、用いることにより、照明レーザの焦点が加工レーザの焦点と合致しないということが達成され得る。したがって、特に、加工レーザの焦点が加工部位のところで静止する場合、照明領域が加工領域よりも大きくなることが可能である。
【００１８】
加工装置のさらなる実施形態によると、伝送ファイバは、内側ファイバコアを備え得る。この場合、加工レーザ源および照明レーザ源は、加工レーザビームが内側ファイバコアを通じて誘導されるように、伝送ファイバに結合され得る。これは、特に、加工レーザビームおよび照明レーザビームが伝送ファイバにより同軸で誘導される実施形態に当てはまる。伝送ファイバは、内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア、および／または内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材を備え得る。この場合、加工レーザ源および照明レーザ源は、照明レーザビームが、少なくとも部分的に外側ファイバコアを通じておよび／またはファイバ被覆材を通じて誘導されるように、伝送ファイバに結合され得る。これらの方策を単独で、または組み合わせて用いることにより、照明領域はまた、加工領域よりも大きくされ得る。加えて、この実施形態における照明領域の達成サイズは、有利には、加工および照明レーザ源の焦点の相対位置から独立している。さらには、照明レーザビームが伝送ファイバを介して誘導されるすべての実施形態において、照明レーザ源は、加工レーザにおける汚染から十分に保護される。
【００１９】
上の実施形態の変形において、被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように、外側ファイバコアは、第１の直径を有し得、および／またはファイバ被覆材は、第２の直径を有し得る。
【００２０】
本加工装置のさらなる実施形態によると、レーザビーム誘導デバイスは、被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように設計される、照明レーザビームの選択的ビーム形成のためのユニット、特に、選択的ビーム形成のための少なくとも１つの回折光学素子を有し得る。「選択的ビーム形成のためのユニット」という用語は、特に、加工レーザ波長に対してのみ、または照明レーザ波長に対してのみ作用する１つ以上の回折光学素子を指す。
【００２１】
本実施形態の加工装置は、被加工物から反射される照明レーザビームを検出するための検出器デバイスをさらに備え得、検出器デバイスのスペクトル範囲は、それが、照明レーザビーム、特に、反射された照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するように選択されるか、または調節され得る。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態は、被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、先行する実施形態のいずれか１つに従う加工装置の使用に関する。したがって、本加工装置について記載される利点および機能は、レーザ加工中、特に被加工物のレーザ切断中に実現される。
【００２３】
本発明の１つの実施形態は、特に、先行する実施形態のいずれか１つに従う加工装置を使用した、被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための方法を開示する。本方法は、被加工物を加工レーザ源からの加工レーザビームおよび照明レーザ源からの照明レーザビームで同軸に照射するステップを含み、照明レーザ源の出力と照明レーザビームのスペクトル範囲との各要素から選択される少なくとも１つの要素は、照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域内の被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択される。
【００２４】
本方法において、照明レーザ源の出力は、少なくとも５０ｍＷ、好ましくは１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、より好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように、選択または調節され得る。さらには、照明レーザビームのスペクトル範囲は、その中心波長が、３００〜１０００ｎｍの範囲内、好ましくは３００〜８２０ｎｍ、より好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内にあるように選択または調節され得る。照明レーザビームのスペクトル範囲は、２０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯としてさらに選択され得る。
【００２５】
本実施形態の方法において、被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように、加工レーザビームおよび照明レーザビームが誘導され得、ならびに／または、加工レーザ源および照明レーザ源から選択される少なくとも１つの要素が選択または調節される。
【００２６】
本方法は、加工レーザビームおよび照明レーザビームを少なくとも１つの伝送ファイバを通じて同軸で誘導するステップと、加工レーザビームおよび照明レーザビームから選択される少なくとも１つの要素の焦点を合わせるステップと、特にダイクロイックミラーを用いて、照明レーザビームおよび／または加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するステップと、のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００２７】
本実施形態の方法において、加工レーザビームおよび／または照明レーザビームは、照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れるように、焦点を合わせられ得る。
【００２８】
さらには、本方法において、加工レーザ源および照明レーザ源は、これらにそれぞれよって生成されるレーザビームのスペクトル範囲が異なるように選択または調節され得、加工レーザビームおよび照明レーザビームは、分散型光学ユニットを通じて誘導される。特に、加工レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長を含み得、照明レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長よりも小さい第２の波長を含み得る。この場合、第１の波長は、加工レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得、第２の波長は、照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得る。
【００２９】
１つの実施形態の方法において、伝送ファイバは、内側ファイバコアを含み得る。この場合、加工レーザビームは、内側ファイバコアを通じて誘導され得る。伝送ファイバは、内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア、および／または内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材を備え得る。この場合、照明レーザビームは、少なくとも部分的に外側ファイバコアを通じておよび／またはファイバ被覆材を通じて誘導され得る。
【００３０】
したがって、被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように、外側ファイバコアについては第１の直径、および／またはファイバ被覆材については第２の直径が選択され得る。
【００３１】
本実施形態の方法において、照明レーザビームはさらに、被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように、選択的に形成され得る、特に、少なくとも１つの回折光学素子によって誘導され得る。
【００３２】
本実施形態の方法は、照明レーザビーム、特に、反射された照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するスペクトル範囲が検出されるように、被加工物から反射される照明レーザビームを検出するステップをさらに含み得る。
【００３３】
上の実施形態の被加工物をレーザ加工するための方法を用いて、同じ利点および機能が、特に、同一および／または類似の特徴を有する、被加工物をレーザ加工するための加工装置の実施形態のように実現され得る。
【００３４】
さらなる特徴および利点は、以下の実施形態の説明、図、および従属請求項から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に従う、被加工物をレーザ加工するための加工装置の第１の例を概略的に示す図である。
【図２】プランク放射スペクトルを示す図である。
【図３ａ】第１の例の変形にある伝送ファイバの概略断面図および屈折率プロファイルを示す図である。
【図３ｂ】第１の例の変形にある伝送ファイバの概略断面図および屈折率プロファイルを示す図である。
【図３ｃ】第１の例の変形にある伝送ファイバの概略断面図および屈折率プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に従う、被加工物をレーザ加工するための加工装置の第２の例を概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に従う、加工装置を使用して加工されている被加工物の照明されていない加工領域のビデオカメラの記録を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に従う、加工装置を使用して加工されている被加工物の照明された加工領域のビデオカメラの記録を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本明細書に説明される実施形態のすべての非相互排他的な特徴は、互いに組み合わされ得る。実施形態の同じ要素は、以下の説明において同じ参照符号が付与される。１つの実施形態の個々または複数の要素は、さらなる記載なしに他の実施形態において使用され得る。本発明の実施形態は、これより、図を参照して、以下の例を使用してより詳細に説明されるが、これによるいかなる限定も意図しない。
【００３７】
本発明の実施形態に従う加工装置は、とりわけ加工ヘッドを伴う例により、以下に説明されるが、本発明をそれに限定するものではない。本発明の実施形態に従う加工装置および方法はまた、加工ヘッドなしで実現され得る。
【００３８】
実施形態内の「軸方向において互いに離れた照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点」という用語は、２つの焦点が、被加工物へ向かう照射の方向において互いに軸方向に離れていること、すなわち、加工レーザおよび照明レーザビームが同軸に伸長する光軸に沿って互いに軸方向に離れていることを意味する。
【００３９】
さらには、値範囲がここで説明される場合、より狭い代案を伴う広い範囲または好ましい範囲の指定もまた、指定の下方範囲限界および指定の上方範囲限界の任意の組み合わせによって形成され得る範囲を開示すると考えられる。
【００４０】
図１は、本発明の実施形態に従う、被加工物をレーザ加工するための加工装置１０の第１の例を概略的に表す。
【００４１】
加工装置１０は、加工レーザビーム１４を生成するための加工レーザ源１０ａを有する。さらには、照明レーザビーム１６を生成するための照明レーザ源１０ｂが提供される。加えて、加工装置１０内には、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６のための出口開口部１０ｃが存在する。さらには、レーザビーム誘導デバイスが提供される。レーザビーム誘導デバイスは、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６が、出口開口部１０ｃを通じて同軸で伝導されるようなやり方で設計される。本例では、レーザビーム誘導デバイスは、加工レーザ源１０ａおよび照明レーザ源１０ｂが結合される伝送ファイバ１７を含む。加工レーザ源１０ａは、約６ｋＷの出力を有し、１０７０ｎｍの波長を含むスペクトル範囲内の加工レーザビームを生成する。照明レーザ源１０ｂは、約３００ｍＷの出力を有し、６ｎｍの波長帯であり、９７３〜９７９ｎｍのスペクトル範囲内に中心波長を有する照明レーザビーム１６を生成する。
【００４２】
ステンレス鋼製の被加工物１１を加工するため、加工レーザ源１０ａおよび照明レーザ源１０ｂは、上に説明される出力およびスペクトル範囲で動作される。それによりもたらされる加工レーザ１４および照明レーザビーム１６は、レーザビーム誘導デバイス１７を通過し、および最終的に同軸で出口開口部１０ｃを通過して、被加工物１１の方へ同軸で向けられる。このやり方では、被加工物は、加工レーザビーム１４によって加工領域１１ａ内で加工され、その結果として、被加工物の自己放射が発生する。加えて、加工領域１１ａは、被加工物１１のレーザ加工が観察され得るように、照明レーザビーム１６によって照明される。
【００４３】
レーザ加工における自己放射は、熱であり、すなわち、被加工物の自己放射は、図２に示されるプランクの放射スペクトルに比例する。ステンレス鋼のレーザ加工のプロセス温度は、その融解温度の範囲内にある。ステンレス鋼、加えて、例えば、平台型切断システムにおいてレーザを使用して処理される他の金属は、典型的には、３０００Ｋより低い融解温度を有する。これは、近赤外領域内のこれらの金属の最大熱放射が、ステンレス鋼を含め、７６０〜２５００ｎｍであることを意味する。
【００４４】
照明レーザ源１０ｂの出力および照明レーザビーム１６のスペクトル範囲は、照明レーザビーム１６による照明が、レーザ加工中、加工領域１１ａ内の被加工物の自己放射よりも明るくなるように、上に説明した範囲で選択される。
【００４５】
近赤外領域内のステンレス鋼の最大自己放射の波長、すなわち、１０００ｎｍ波長より長い波長と比較して、それは、より短い波長で照明および観察され得る。したがって、照明レーザビーム１６の選択されたスペクトル範囲については、ステンレス鋼最大自己放射の波長範囲内の照明よりも低い照明強度が必要とされる。このやり方では、被加工物１１の自己放射は、観察されたスペクトル範囲内の照明と比較して明るさが小さいため、加工領域１１ａは、被加工物のより低い自己放射を伴って観察され得る。
【００４６】
照明レーザビーム１６のスペクトル範囲に代替的に、または追加的に、照明出力が、要件もしくはタスクに従って、例えば、被加工物の表面構造、材料、および／もしくは形状、例えば、厚さに従って、ならびに／または要求される照明に従って調節される。さらには、照明レーザ源の出力は、加工装置の出口開口部、例えば、加工ヘッドの任意選択的に照射されたノズル、に従って調節され得る。さらには、照明レーザ源の出力を調節することは、加工装置のオペレータの安全性、特に眼の安全を促進することができる。これは、開いた加工装置または開いた加工ヘッドを保守点検するときに特に有利であり得る。例えば、そのような状況または同様の状況において、照明レーザ源は、例えば、照明レーザ源が眼に実質的に安全であるように、少なくとも５０ｍＷの出力では１ｍＷ未満の出力に低減され得る。
【００４７】
少なくとも５０ｍＷの出力を有する照明レーザ源が使用される場合、出力の調節に加えて、同様の安全予防策が、加工レーザと同様にオペレータの眼を守るために取られ得る。１つの可能性は、加工レーザの安全回路に照明レーザを統合することである。安全回路は、レーザ放出が認識される、および／または機械格納装置が閉じられているときにのみ照明レーザ源がオンにされることを可能にする。代替的に、特に（開いた）レーザヘッド／機械内部の保守点検中、安全眼鏡などの眼の安全予防策なしに、照明レーザがオンに切り替えられることがないように注意が払われ得る。
【００４８】
第１の例の変形において、照明レーザ源１０ｂの出力は、約５０ｍＷであり、生成された照明レーザビーム１６は、約４８６〜４９０ｎｍの範囲に中心波長を有する。照明レーザ源のこのような出力および／または照明レーザビームのこのようなスペクトル範囲であっても、前記スペクトル範囲内のステンレス鋼被加工物の自己放射は、照明と比較して明るさが小さいため、加工領域１１ａは、低減または抑制された自己放射を伴って観察され得る。照明レーザビームのスペクトル範囲は、４ｎｍの波長帯として選択される。この狭帯域が、加工プロセス中、被加工物の自己放射を抑制または低減することを助ける。さらには、照明の第１の例と比較してより短い波長が選択されることが理由で、必要とされる出力がより小さい。
【００４９】
第１の例の別の変形は、伝送ファイバ１７に関する。ここでは、伝送ファイバ１７は、内側ファイバコア１７ａ、内側ファイバコア１７ａを取り囲む外側ファイバコア１７ｂ、および外側ファイバコア１７ｂを取り囲むファイバ被覆材１７ｃを有するように設計される。伝送ファイバ１７は、図３ａでは伝送ファイバ１７に沿った断面図で、また図３ｂでは伝送ファイバ１７に対して横の断面図で示される。図３ｃは、図３ｂの断面に対応する伝送ファイバの屈折率プロファイルを示す。加工レーザ源１０ａおよび照明レーザ源１０ｂは、加工レーザビーム１４が内側ファイバコア１７ａによって誘導され、照明レーザビーム１６もまた、外側ファイバコア１７ｂによって部分的に誘導されるように、伝送ファイバ１７に結合される。この構成は、被加工物の照明領域が被加工物の加工領域１１ａよりも実質的に少なくとも１．５倍大きくなることを引き起こす。さらには、照明レーザビーム１６は、追加的に、ファイバ被覆材１７ｃを通じて誘導され得、同様に、被加工物の照明領域は、加工領域よりも大きい。これらの場合すべてにおいて、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６は、伝送ファイバ１７によって同軸で誘導される。
【００５０】
一部のファイバは、外側コアなしで構成され、（内側）コアが被覆材によって直接囲まれるということに留意されたい。この場合にも、照明レーザビームは、ファイバ被覆材を通じて誘導され得る。そのような例において、ファイバコアは、１００μｍの直径を有し得、コアを囲むファイバ被覆材は、１５０または３６０μｍの直径を有し得る。
【００５１】
図３ａ〜図３ｃの例にあるように、照明レーザビーム１６が、外側ファイバコア１７ｂを介して、または追加的に伝送ファイバ１７のファイバ被覆材１７ｃを介して伝導される場合、照明レーザビーム１６は、加工レーザビーム１４よりも幅広い。加工レーザビーム１４は、内側の明らかにより小さいファイバコア１７ａによってのみ誘導され、図３ａおよび図３ｂを参照されたい。被加工物１１の加工領域１１ａが加工レーザビーム１４の伸長の領域内にあるため、加工領域１１ａは、したがって、照明領域よりも小さい。外側コア１７ｂの直径またはファイバ被覆材１７ｃの直径は、原則として、ファイバ設計中に選択され得る。照明領域の所望の伸長に応じて、それに対応して大きいファイバ被覆材または外側コア直径が選択され得る。加工領域１１ａの周りの照明領域が十分に大きいことを確実にするこの方策は、加工および照明レーザビーム１４および１６の焦点位置から独立している。加工領域１１ａおよび照明領域のサイズ比は、特に、外側コア１７ｂの直径に依存する。ファイバの設計は、ファイバ１７の製造業者に応じて異なり、またそれに応じて選択され得、例えば、内側ファイバコアの直径は、１００μｍであり得、外側ファイバコアは、１５０または３６０μｍであり得る（ファイバの中心から）。
【００５２】
第１の例のさらなる変形において、レーザビーム誘導デバイスは、伝送ファイバ１７を含むか、または伝送ファイバ１７を含まず、以下の群（図１には図示せず）：加工レーザビームおよび／または照明レーザビームの焦点を合わせるための少なくとも１つの光学ユニット、例えば、集束レンズ、ならびに照明レーザビームおよび／または加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するための少なくとも１つのユニット、特に、ダイクロイックミラー、から選択される少なくとも１つの要素を含む。それぞれの場合において、レーザビーム誘導デバイスは、加工レーザビームおよび照明レーザビームが同軸で誘導されることを引き起こす。
【００５３】
本例およびその変形において、加工レーザビームおよび照明レーザビームが、伝送ファイバ１７によって同軸で誘導される場合、加工装置、特に加工装置の加工ヘッドに取り付けるには不便な、コストをかけて設計された照明レーザ源は必要とされない。加えて、加工装置または加工ヘッドは、そこに追加的に取り付けられる照明レーザ源が理由でより複雑になること、またはより重くなることがない。
【００５４】
第１の例の別の変形は、被加工物から反射される照明レーザビームを検出するために、検出器デバイス（図１には図示せず）としてビデオカメラを備え、検出器デバイスのスペクトル範囲は、それが、照明レーザビーム、特に、反射された照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するように選択されるか、または調節可能である。この場合、照明レーザ源の出力および照明レーザビームのスペクトル範囲から選択される要素は、検出された自己放射が、被加工物によって反射され検出される照明レーザビームの出力よりも、検出されたスペクトル範囲が小さくなるように選択され得る。検出器デバイスの検出されたスペクトル範囲は、２０ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択され得る。さらには、検出されたスペクトル範囲は、照明レーザビームのスペクトル範囲内にあり得るか、または実質的にそれを検出し得るか、または実質的にそれと合致し得る。例えば、ビデオカメラは、観察領域を同軸に記録する検出器デバイスとして使用され得る。このやり方では、加工領域は、ビデオカメラによって監視される。カメラなどの、二次元の空間分解検出ユニットの代わりに、一次元検出器アレイも使用され得、その配向は、切断方向に対して横に提供される。切断方向を使用すると、空間分解は、アレイに対して垂直の方向で見ることができる。
【００５５】
図５および図６は、第１の例の上の変形に従う加工装置を用いた、ステンレス鋼被加工物のレーザ切断プロセスにおける、同軸ビデオカメラからの記録を示す。加工される被加工物は、レーザ切断プロセス中、熱放射され、すなわち、広いスペクトル範囲にわたる広帯域である。狭いスペクトル帯でのみ検出される場合、被加工物の自己放射の検出される出力は、それに応じてはるかに低い。レーザは、本質的に狭帯域である。レーザのすべての出力は、狭いスペクトル帯のみに存在することになる。狭帯域が、好ましくはもっぱらレーザが放射するスペクトル範囲内で、検出される場合、著しく小さい照明出力が、自己放射の明るさと比較してより明るい照明を提供するために必要とされる。この場合、視覚印象が特に重要である。
【００５６】
図５は、照明なしのレーザ切断プロセスのカメラ記録を示す。本質的に、プロセスの自己放射を見ることができる。図６では、照明レーザが、追加的に、切断プロセスにおいてオンにされる。図６の記録の場合、照明なしよりも著しく短いカメラ露出時間が必要とされる。自己放射は強力に抑制される（カーフ裂け目の真ん中でそれを依然として弱く見ることができる）が、切断裂け目の環境は明白に目に見える。
【００５７】
さらなる変形において、レーザビーム誘導デバイス、またはその単一もしくは複数の要素は、少なくとも部分的に、照明レーザビームの反射を低減するための外側コーティングを有する。コーティングは、選択された照明および観察スペクトルに適合している。これにより、反射された照明レーザビーム１６のできる限り大きい部分が観察されるようにし、光学ユニットの刺激性の反射が発生するのをできる限り少なくする。特に、このやり方では、平面光学ユニットからの反射を回避することが有利である。この変形では、照明レーザビーム１６の波長において、ダイクロイックミラーは、例えば、約５０％の反射対透過比を有する。すべての他の光学素子は、照明波長において実質的に１００％透過性である。
【００５８】
図４は、本発明の実施形態に従う、被加工物をレーザ加工するための加工装置１００の第２の例を概略的に示す。
【００５９】
図４の例では、伝送ファイバ１７は、加工装置１００の加工ヘッド１２に横方向に結合される。さらには、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６を反射し、照明の波長範囲内で被加工物１１によって反射される放射に対して少なくとも部分的に透過的であるダイクロイックミラー１３が提供される。ダイクロイックミラー１３は、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６が出口開口部１０ｃの方へ偏向されるように、加工ヘッド１２内で配向される。加えて、ダイクロイックミラー１３と出口開口部１０ｃとの間には光学ユニットがあり、これは、本例においては、集束レンズ１８として設計される。さらには、ビデオカメラ１５の形態にある検出器デバイスが提供される。ダイクロイックミラー１３は、集束レンズ１８とビデオカメラ１５との間に設置される。これにより、被加工物によって反射される照明ビーム１４が、集束レンズ１８およびダイクロイックミラー１３を通じて、少なくとも部分的にビデオカメラ１５に当たることを可能にする。
【００６０】
動作中、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６は、伝送ファイバ１７を介して加工ヘッド１２内へ横方向に向けられ、ダイクロイックミラー１３において被加工物１１の方へ偏向され、集束レンズ１８によって被加工物１１の上に集束される。照明レーザビーム１６は、出口開口部１０ｃを通じて加工ヘッド１２内へ少なくとも部分的に反射され、集束レンズ１８およびダイクロイックミラー１３を通じて伝送され、ビデオカメラ１５に当たる。このやり方では、加工レーザ１４によって加工される被加工物１１の加工領域１１ａは、照明レーザビーム１６によって照明され、ビデオカメラ１５上に少なくとも部分的に反射される照明レーザビームによって観察される。
【００６１】
第２の例の変形において、集束レンズ１８と、加工レーザ源１０ａと、照明レーザ源１０ｂの各要素から選択される少なくとも１つの要素は、照明レーザビーム１６の焦点と加工レーザビーム１４の焦点が、特に光学軸上で、軸方向において互いに離れるように設計されるか、または調節され得る。この設計は、加工領域１１ａの周りの十分に大きい面積の照明を促進する。特に、照明領域は、プロセス相互作用ゾーンとも称される加工領域１１ａより大きく、例えば、少なくとも１．５の大きさ、好ましくは２倍の大きさであり得る。
【００６２】
特定の変形によると、加工レーザ源１０ａおよび照明レーザ源１０ｂは、それらによって生成されるレーザビームのスペクトル範囲が異なるように設計されるか、または調節され得、集束レンズ１８は、分散型であるように設計される。
【００６３】
第２の例の上の変形において、照明レーザビーム１６の焦点と加工レーザビーム１４の焦点は、合致せず、光軸上で軸方向に互いから離れる。これは、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６の波長が不一致であること、ならびに光学ユニット、本変形では集束レンズ１８が、分散型であるように設計されること、すなわち、波長依存の屈折率を有することによって達成される。後者は、実質的にすべての既知の光学材料で同じである。
【００６４】
既知のレンズ焦点距離定式を用いると、加工レーザビーム１４および照明レーザビーム１６の２つの波長の焦点距離には差Δｆ＝ｆ２−ｆ１が存在する。
【数１】
2021536370.tif 000003
式中、２つの波長の屈折率は、ｎ1およびｎ2により表され、Δｎ＝ｎ2−ｎ1が使用される。撮像光学ユニット、ここでは集束レンズ１８の、大きい半径ｒ1およびｒ2が使用され、Δｎが大きいとき、Δｆは、有利には、大きい。本例では１０７０ｎｍの波長も有する加工レーザビーム１４では、したがって、１０７０ｎｍ未満の波長、特に青色スペクトル範囲の波長を有する照明レーザビーム１６が、好ましいことになる。
【００６５】
第２の例の別の変形によると、照明のさらなる改善は、ビーム形成によって達成される。この場合、レーザビーム誘導デバイスは、被加工物１１の照明領域が被加工物１１の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域１１ａの２倍の大きさであるように設計される、照明レーザビームの選択的ビーム形成のためのユニット、例えば、修正された集束レンズ１８を備える。このビーム形成は、照明レーザビーム１６に対してのみ作用し、加工レーザビーム１４に対しては作用しない。
【００６６】
前記選択的ビーム形成の例は、照明レーザ波長の範囲内の波長を有する放射にのみ影響を及ぼし、加工レーザビーム１４を未変更のままにする回折光学素子であり得る。回折光学素子として、回折光学格子もまた、（既に存在している）光学素子上で使用され得る。
【００６７】
別の例は、伝送ファイバ１７の外側コアを介して誘導される照明レーザビーム１６のみが影響され、加工レーザビーム１４が未変更のままであるように実装および／または設計される、最適照明のためのビーム形成素子であり得る。
【００６８】
最後に、本発明および例示的な実施形態の説明は、本発明の特定の物理的実現に関して限定すると理解されるべきではないということに留意されたい。本発明の個々の実施形態と関連して説明され、また示される特徴のすべては、それらの有利な効果を同時に実現するために、本発明に従う主題において異なる組み合わせで提供され得る。
【００６９】
本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲によって付与され、説明に例証される、または図に示される特徴によって限定されない。
【００７０】
本発明がレーザ加工システムだけでなく、レーザを備える他のデバイスにも使用され得ることは、当業者には特に明白である。さらには、被加工物をレーザ加工するための加工装置の構成要素は、いくつかの物理的製品にわたって分散されるように生産されてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０  加工装置、  １０ａ  加工レーザ源、  １０ｂ  照明レーザ源、  １０ｃ  出口開口部、  １１  被加工物、  １１ａ  加工領域、  １２  加工ヘッド、  １３  ダイクロイックミラー、  １４  加工レーザビーム、  １５  検出器デバイス、例えば、ビデオカメラ、  １６  照明レーザビーム、  １７  レーザビーム誘導デバイス、例えば、伝送ファイバ、  １７ａ  内側ファイバコア、  １７ｂ  外側ファイバコア、  １７ｃ  ファイバ被覆材、  １８  光学ユニット、例えば、集束レンズ、  １００  加工装置。
【図１】
2021536370.tif 000004
【図２】
2021536370.tif 000005
【図３ａ】
2021536370.tif 000006
【図３ｂ】
2021536370.tif 000007
【図３ｃ】
2021536370.tif 000008
【図４】
2021536370.tif 000009
【図５】
2021536370.tif 000010
【図６】
2021536370.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月27日(2020.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、加工装置であって、
加工レーザビーム（１４）を生成するように構成された加工レーザ源（１０ａ）と、
あるスペクトル範囲を有する照明レーザビーム（１６）を生成するように構成された出力を有する照明レーザ源（１０ｂ）と、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームのための出口開口部（１０ｃ）と、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームを前記出口開口部（１０ｃ）を通じて同軸で誘導するように構成されたレーザビーム誘導デバイス（１７）と、
を有し、
前記照明レーザ源の出力および前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域（１１ａ）内の前記被加工物の自己放射よりも明るい照明レーザビームによる照明を生成するように選択されており、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷであり、前記照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長が、３００〜１０００ｎｍの範囲内であり、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満の幅を有する波長帯であり、
前記レーザビーム誘導デバイス（１７；１８；１３）と、光学ユニット（１８）と、前記加工レーザ源（１０ａ）と、前記照明レーザ源（１０ｂ）とのうち少なくとも１つの要素が、軸方向において互いに離れている照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点を生成するように構成され、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成されるレーザビームの異なるスペクトル範囲を生成するように構成され、
前記光学ユニット（１８）が分散型であり、
前記加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記第１の波長よりも短い第２の波長を含み、
前記レーザビーム誘導デバイスが、前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームを同軸で誘導するように構成される少なくとも１つの伝送ファイバ（１７）を備え、
前記伝送ファイバ（１７）が、内側ファイバコア（１７ａ）を有し、前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、前記内側ファイバコアを通じて前記加工レーザビームを誘導するために前記伝送ファイバに結合され、
前記伝送ファイバ（１７）が、前記内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア（１７ｂ）、および／または前記内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材（１７ｃ）を有し、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、前記照明レーザビームを少なくとも部分的に、前記外側ファイバコアを通じておよび／または前記ファイバ被覆材を通じて誘導するために前記伝送ファイバに結合されている、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工装置であって、
前記照明レーザ源の出力が、１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであり、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長が、３００〜８２０ｎｍ、好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内であり、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯である、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加工装置であって、
前記レーザビーム誘導デバイス（１７）と、前記加工レーザ源（１０ａ）と、前記照明レーザ源（１０ｂ）とのうち少なくとも１つの要素が、前記被加工物（１１）の前記加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさである、前記被加工物（１１）の照明領域を生成するように構成されていることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置であって、
前記レーザビーム誘導デバイスが、
前記加工レーザビームおよび／または前記照明レーザビームの焦点を合わせるための少なくとも１つの光学ユニット（１８）と、
前記照明レーザビームおよび／または前記加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するための少なくとも１つのユニット（１３）、特に、ダイクロイックミラーと、
からなる群のうち少なくとも１つの要素を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記被加工物の前記加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさである前記被加工物の前記照明領域を生成するために、前記外側ファイバコアが第１の直径を有する、および／または前記ファイバ被覆材が第２の直径を有することを特徴とする加工装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記レーザビーム誘導デバイスが、前記被加工物の前記加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさである前記被加工物の前記照明領域を生成するように構成された、前記照明レーザビームの選択的ビーム形成（１８）のためのユニット、特に、選択的ビーム形成のための少なくとも１つの回折光学素子を有することを特徴とする加工装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記被加工物から反射される前記照明レーザビームを検出するための検出器デバイス（１５）を有し、前記検出器デバイス（１５）のスペクトル範囲は、当該スペクトル範囲が、前記照明レーザビーム、特に、反射された前記照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するように選択されているか、または調節可能であることを特徴とする加工装置。
【請求項８】
被加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切断のための、請求項１から７のいずれか１項に記載の加工装置の使用。
【請求項９】
特に、請求項１から７のいずれか１項に記載の加工装置を使用した、被加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切断のための方法であって、
被加工物に加工レーザ源からの加工レーザビームおよび照明レーザ源からの照明レーザビームを同軸に照射するステップを含み、
前記照明レーザ源の出力と前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域内の前記被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択され、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷであるように選択または調節され、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が３００〜１０００ｎｍの範囲内にあるように選択または調節され、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択され、
前記加工レーザビームおよび／または前記照明レーザビームが、前記照明レーザビームの焦点と前記加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れるように焦点を合わせられ、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成されるレーザビームのスペクトル範囲が異なるように選択または調節され、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが、分散型光学ユニットを通じて誘導され、
前記加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記第１の波長より短い第２の波長を含み、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが、少なくとも１つの伝送ファイバを通じて同軸で誘導され、
前記伝送ファイバが内側ファイバコア（１７ａ）を備え、
前記加工レーザビームが前記内側ファイバコアを通じて誘導され、
前記伝送ファイバ（１７）が、前記内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア（１７ｂ）、および／または前記内側もしくは前記外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材（１７ｃ）を有し、
前記照明レーザビームが少なくとも部分的に、前記外側ファイバコアを通じておよび／または前記ファイバ被覆材を通じて誘導される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように選択もしくは調節され、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が、３００〜８２０ｎｍ、好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内であるように選択もしくは調節され、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法であって、
前記被加工物の照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが誘導され、および／または、
前記加工レーザ源と前記照明レーザ源とのうち少なくとも１つの要素が、選択もしくは調節される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームから選択される少なくとも１つの要素の焦点を合わせるステップと、
特にダイクロイックミラーを用いて、前記照明レーザビームおよび／または前記加工レーザビームを、少なくとも部分的に偏向するステップと、
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法であって、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記外側ファイバコアについては第１の直径、および／または前記ファイバ被覆材については第２の直径が選択されていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか１項に記載の方法であって、前記照明レーザビームが、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、選択的に形成されている、特に、少なくとも１つの回折光学素子によって誘導されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法であって、前記照明レーザビーム、特に、反射された前記照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するスペクトル範囲が検出されるように、前記被加工物から反射される前記照明レーザビームを検出するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
狭帯域照明に利用可能な照明源には、例えば、ＬＥＤまたはダイオードレーザがある。既知の利用可能な照明源をレーザ加工システムの加工ヘッドに装着することができるようにするため、例えば、照明源は、通常、この目的のために特別に設計される。ここでの欠点は、通常、加工ヘッド上の利用可能な空間が限られており、加工ヘッドができる限り小さい重量を有さなければならないということである。加えて、プロセスゾーンが十分に照明され得るような照明源のための照明特有の理想の配置は、多くの場合、加工ヘッド上で見つけるのが困難である。
ＵＳ２０１７／００４３４３１Ａ１は、照明用の光源を含むカメラモニタを有するレーザ処理ヘッド装置を開示する。光学フィルタは、処理点放射光および処理点反射レーザビームの透過を阻止し、撮像用の照明光を透過する。ＤＥ１０  ２０１２  ００１  ６０９  Ｂ３は、光ファイバのファイバ端から出現する作業レーザビームをコリメートするためのビーム整形光学系、作業レーザビームを被加工物上に集束させるための集束光学系、および調節可能な撮像光学系を伴うカメラを有する、作業レーザビームによって被加工物を処理するためのレーザ処理ヘッドに関する。ＵＳ２０１６／０１９３６９２Ａ１は、被加工物における切断プロセスを監視するためのデバイスおよび方法に関する。集束素子は、高エネルギービームを被加工物上に集束させる。画像捕捉装置は、監視されるべき被加工物における領域を捕捉する。評価装置は、切断プロセスの少なくとも１つの特性変数を決定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本目的は、請求項１に記載の被加工物をレーザ加工するための加工装置、請求項８に記載の加工装置の使用、および請求項９に記載の被加工物をレーザ加工するための方法によって達成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、加工装置であって、加工レーザビームを生成するように構成された加工レーザ源と、あるスペクトル範囲を有する照明レーザビームを生成するように構成された出力を有する照明レーザ源と、加工レーザビームおよび照明レーザビームのための出口開口部と、加工レーザビームおよび照明レーザビームを出口開口部を通じて同軸で誘導するように構成されたレーザビーム誘導デバイスとを備え、照明レーザ源の出力と照明レーザビームのスペクトル範囲が、レーザ加工中、加工領域内の被加工物の自己放射よりも明るい照明レーザビームによる照明を生成するように選択され、照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷであり、照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長が、３００〜１０００ｎｍの範囲内であり、照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満の幅を有する波長帯であり、レーザビーム誘導デバイスと、光学ユニットと、加工レーザ源と、照明レーザ源とのうち少なくとも１つの要素が、軸方向において互いに離れている照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点を生成するように構成され、加工レーザ源および照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成されるレーザビームの異なるスペクトル範囲を生成するように構成され、光学ユニットが分散型であり、加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、照明レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長よりも短い第２の波長を含み、レーザビーム誘導デバイスが、加工レーザビームおよび照明レーザビームを同軸で誘導するように構成される少なくとも１つの伝送ファイバを備え、伝送ファイバが、内側ファイバコアを有し、加工レーザ源および照明レーザ源が、内側ファイバコアを通じて加工レーザビームを誘導するために伝送ファイバに結合され、伝送ファイバが、内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア、および／または内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材を有し、加工レーザ源および照明レーザ源が、照明レーザビームを少なくとも部分的に、外側ファイバコアを通じておよび／またはファイバ被覆材を通じて誘導するために伝送ファイバに結合される、加工装置が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
特定の実施形態において、照明レーザ源の出力は、１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであり得る。照明レーザ源のそのような出力は、加工プロセスの自己放射の抑制または低減を可能にする。さらには、照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長は、３００〜８２０ｎｍ、好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内にあり得る。照明レーザビームのそのようなスペクトル範囲は、典型的な加工レーザを使用するとき、より高い波長と比較して、明るさの小さい、またはあまり強くない照明が必要とされることを意味し得る。照明レーザビームのスペクトル範囲は、１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯としてさらに選択され得る。照明レーザビームの、この狭帯域、すなわち、スペクトル波長帯のこの狭い幅は、加工プロセス中、被加工物の自己放射を抑制または低減することを助ける。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらには、レーザビーム誘導デバイス、加工レーザ源、および照明レーザ源から選択される少なくとも１つの要素は、被加工物の加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさである被加工物の照明領域を生成するように、構成され得る。これが、加工領域の広範な照明を可能にする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
加工装置のさらなる実施形態において、レーザビーム誘導デバイスは、加工レーザビームおよび／または照明レーザビームの焦点を合わせるための少なくとも１つの光学ユニットと、照明レーザビームおよび／または加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するための少なくとも１つのユニット、特に、ダイクロイックミラーの各要素からなる群から選択される少なくとも１つの要素を備え得る。加工レーザビームおよび照明レーザビームが、伝送ファイバによって同軸で誘導される場合、加工装置、特に加工装置の加工ヘッドに取り付けるには不便な、コストをかけて設計された照明レーザ源は必要とされない。加えて、加工装置または加工ヘッドは、そこに追加的に取り付けられる照明レーザ源が理由でより複雑になること、またはより重くなることがない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上で述べたように、レーザビーム誘導デバイス、光学ユニット、加工レーザ源、および照明レーザ源の各要素から選択される少なくとも１つの要素は、軸方向において互いに離れた照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点を生成するように構成される。この方策は、十分に大きい面積が加工領域の周りで照明されることを促進し、特に、照明領域は、加工領域よりも大きくなり得る。加えて、加工レーザ源および照明レーザ源は、加工レーザ源および照明レーザ源によってそれぞれ生成されるレーザビームの異なるスペクトル範囲を生成するように構成され、光学ユニットは、分散型である。上で述べたように、加工レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長を含み、照明レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長よりも短い第２の波長を含む。この場合、第１の波長は、加工レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得、第２の波長は、照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得る。これらの方策を、個々に、または組み合わせて、用いることにより、照明レーザの焦点が加工レーザの焦点と合致しないということが達成され得る。したがって、特に、加工レーザの焦点が加工部位のところで静止する場合、照明領域が加工領域よりも大きくなることが可能である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上で述べたように、伝送ファイバは、内側ファイバコアを備える。加工レーザ源および照明レーザ源は、加工レーザビームを内側ファイバコアを通じて誘導するために、伝送ファイバに結合される。これは、特に、加工レーザビームおよび照明レーザビームが伝送ファイバにより同軸で誘導される実施形態に当てはまる。伝送ファイバは、内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア、および／または内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材を備える。加工レーザ源および照明レーザ源は、照明レーザビームを少なくとも部分的に外側ファイバコアを通じておよび／またはファイバ被覆材を通じて誘導するために伝送ファイバに結合される。これらの方策を単独で、または組み合わせて用いることにより、照明領域はまた、加工領域よりも大きくされ得る。加えて、この実施形態における照明領域の達成サイズは、有利には、加工および照明レーザ源の焦点の相対位置から独立している。さらには、照明レーザビームが伝送ファイバを介して誘導されるすべての実施形態において、照明レーザ源は、加工レーザにおける汚染から十分に保護される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上の実施形態の変形において、被加工物の加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさである被加工物の照明領域を生成するために、外側ファイバコアは、第１の直径を有し得、および／またはファイバ被覆材は、第２の直径を有し得る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本加工装置のさらなる実施形態によると、レーザビーム誘導デバイスは、被加工物の加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさである被加工物の照明領域を生成するように構成される、照明レーザビームの選択的ビーム形成のためのユニット、特に、選択的ビーム形成のための少なくとも１つの回折光学素子を有し得る。「選択的ビーム形成のためのユニット」という用語は、特に、加工レーザ波長に対してのみ、または照明レーザ波長に対してのみ作用する１つ以上の回折光学素子を指す。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明のさらなる実施形態は、被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、先行する実施形態のいずれか１つに従う加工装置の使用に関する。したがって、レーザ加工中、特にレーザ切断中の、本加工装置について記載される利点および機能が、被加工物により実現される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の１つの実施形態は、特に、先行する実施形態のいずれか１つに従う加工装置を使用した、被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための方法を開示する。本方法は、被加工物を加工レーザ源からの加工レーザビームおよび照明レーザ源からの照明レーザビームで同軸に照射するステップを含み、照明レーザ源の出力と照明レーザビームのスペクトル範囲は、照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域内の被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択され、照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷであるように選択または調節され、照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が３００〜１０００ｎｍの範囲内にあるように選択または調節され、照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択され、加工レーザビームおよび／または照明レーザビームが、照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れるように焦点を合わせられ、加工レーザ源および照明レーザ源が、それらにより生成されるレーザビームのスペクトル範囲が異なるように選択または調節され、加工レーザビームおよび照明レーザビームが、分散型光学ユニットを通じて誘導され、加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、照明レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長より短い第２の波長を含み、加工レーザビームおよび照明レーザビームが、少なくとも１つの伝送ファイバを通じて同軸で誘導され、伝送ファイバが内側ファイバコアを有し、加工レーザビームが内側ファイバコアを通じて誘導され、伝送ファイバが、内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア、および／または内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材を有し、照明レーザビームが少なくとも部分的に外側ファイバコアを通じておよび／またはファイバ被覆材を通じて誘導される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本方法において、照明レーザ源の出力は、１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように、選択または調節され得る。さらには、照明レーザビームのスペクトル範囲は、その中心波長が、３００〜８２０ｎｍ、好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内にあるように選択または調節され得る。照明レーザビームのスペクトル範囲は、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯としてさらに選択され得る。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本方法は、加工レーザビームおよび照明レーザビームから選択される少なくとも１つの要素の焦点を合わせるステップと、特にダイクロイックミラーを用いて、照明レーザビームおよび／または加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するステップと、のうちの少なくとも１つを含み得る。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
上で述べたように、加工レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長を含み、照明レーザビームのスペクトル範囲は、第１の波長よりも小さい第２の波長を含む。この場合、第１の波長は、加工レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得、第２の波長は、照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長であり得る。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
被加工物の照明領域が、被加工物の加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは加工領域の２倍の大きさであるように、外側ファイバコアについては第１の直径、および／またはファイバ被覆材については第２の直径が選択され得る。
【手続補正書】
【提出日】令和3年7月30日(2021.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザ加工するための、特にレーザ切断のための、加工装置であって、
加工レーザビーム（１４）を生成するように構成された加工レーザ源（１０ａ）と、
あるスペクトル範囲を有する照明レーザビーム（１６）を生成するように構成された出力を有する照明レーザ源（１０ｂ）と、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームのための出口開口部（１０ｃ）と、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームを前記出口開口部（１０ｃ）を通じて同軸で誘導するように構成されたレーザビーム誘導デバイス（１７）と、
を有し、
前記照明レーザ源の出力および前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域（１１ａ）内の前記被加工物の自己放射よりも明るい照明レーザビームによる照明を生成するように選択されており、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷであり、前記照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長が、３００〜１０００ｎｍの範囲内であり、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満の幅を有する波長帯であり、
前記レーザビーム誘導デバイスが、前記加工レーザビームおよび／または前記照明レーザビームの焦点を合わせるための少なくとも１つの光学ユニット（１８）を備え、
前記レーザビーム誘導デバイス（１７；１８；１３）と、前記光学ユニット（１８）と、前記加工レーザ源（１０ａ）と、前記照明レーザ源（１０ｂ）とのうち少なくとも１つの要素が、軸方向において互いに離れている照明レーザビームの焦点と加工レーザビームの焦点を生成するように構成され、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成されるレーザビームの異なるスペクトル範囲を生成するように構成され、
前記光学ユニット（１８）が分散型であり、
前記加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記第１の波長よりも短い第２の波長を含み、
前記レーザビーム誘導デバイスが、前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームを同軸で誘導するように構成される少なくとも１つの伝送ファイバ（１７）を備え、
前記伝送ファイバ（１７）が、内側ファイバコア（１７ａ）を有し、前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、前記内側ファイバコアを通じて前記加工レーザビームを誘導するために前記伝送ファイバに結合され、
前記伝送ファイバ（１７）が、前記内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア（１７ｂ）、および／または前記内側もしくは外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材（１７ｃ）を有し、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、前記照明レーザビームを少なくとも部分的に、前記外側ファイバコアを通じておよび／または前記ファイバ被覆材を通じて誘導するために前記伝送ファイバに結合されている、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工装置であって、
前記照明レーザ源の出力が、１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであり、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲の中心波長が、３００〜８２０ｎｍ、好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内であり、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯である、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加工装置であって、
前記レーザビーム誘導デバイス（１７）と、前記加工レーザ源（１０ａ）と、前記照明レーザ源（１０ｂ）とのうち少なくとも１つの要素が、前記被加工物（１１）の前記加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさである、前記被加工物（１１）の照明領域を生成するように構成されていることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置であって、
前記レーザビーム誘導デバイスが、
前記照明レーザビームおよび／または前記加工レーザビームを少なくとも部分的に偏向するための少なくとも１つのユニット（１３）、特に、ダイクロイックミラー、
を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項３に記載の加工装置であって、前記被加工物の前記加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさである前記被加工物の前記照明領域を生成するために、前記外側ファイバコアが第１の直径を有する、および／または前記ファイバ被覆材が第２の直径を有することを特徴とする加工装置。
【請求項６】
請求項３に記載の加工装置であって、前記レーザビーム誘導デバイスが、前記被加工物の前記加工領域よりも大きい、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさである前記被加工物の前記照明領域を生成するように構成された、前記照明レーザビームの選択的ビーム形成（１８）のためのユニット、特に、選択的ビーム形成のための少なくとも１つの回折光学素子を有することを特徴とする加工装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の加工装置であって、前記被加工物から反射される前記照明レーザビームを検出するための検出器デバイス（１５）を有し、前記検出器デバイス（１５）のスペクトル範囲は、当該スペクトル範囲が、前記照明レーザビーム、特に、反射された前記照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するように選択されているか、または調節可能であることを特徴とする加工装置。
【請求項８】
被加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切断のための、請求項１から７のいずれか１項に記載の加工装置の使用。
【請求項９】
特に、請求項１から７のいずれか１項に記載の加工装置を使用した、被加工物のレーザ加工のための、特にレーザ切断のための方法であって、
被加工物に加工レーザ源からの加工レーザビームおよび照明レーザ源からの照明レーザビームを同軸に照射するステップを含み、
前記照明レーザ源の出力と前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記照明レーザビームによる照明が、レーザ加工中、加工領域内の前記被加工物の自己放射よりも明るくなるように選択され、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも５０ｍＷであるように選択または調節され、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が３００〜１０００ｎｍの範囲内にあるように選択または調節され、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、２０ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択され、
前記加工レーザビームおよび／または前記照明レーザビームが、前記照明レーザビームの焦点と前記加工レーザビームの焦点が軸方向において互いに離れるように焦点を合わせられ、
前記加工レーザ源および前記照明レーザ源が、これらによりそれぞれ生成されるレーザビームのスペクトル範囲が異なるように選択または調節され、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが、分散型光学ユニットを通じて誘導され、
前記加工レーザビームのスペクトル範囲が、第１の波長を含み、前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、前記第１の波長より短い第２の波長を含み、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが、少なくとも１つの伝送ファイバを通じて同軸で誘導され、
前記伝送ファイバが内側ファイバコア（１７ａ）を備え、
前記加工レーザビームが前記内側ファイバコアを通じて誘導され、
前記伝送ファイバ（１７）が、前記内側ファイバコアを取り囲む外側ファイバコア（１７ｂ）、および／または前記内側もしくは前記外側ファイバコアを取り囲むファイバ被覆材（１７ｃ）を有し、
前記照明レーザビームが少なくとも部分的に、前記外側ファイバコアを通じておよび／または前記ファイバ被覆材を通じて誘導される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記照明レーザ源の出力が、少なくとも１００ｍＷ〜３０００ｍＷ、好ましくは１３０ｍＷ〜１０００ｍＷ、さらに好ましくは１５０ｍＷ〜３００ｍＷであるように選択もしくは調節され、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、その中心波長が、３００〜８２０ｎｍ、好ましくは３００〜５５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４９０ｎｍの範囲内であるように選択もしくは調節され、および／または
前記照明レーザビームのスペクトル範囲が、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の幅を有する波長帯として選択される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法であって、
前記被加工物の照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームが誘導され、および／または、
前記加工レーザ源と前記照明レーザ源とのうち少なくとも１つの要素が、選択もしくは調節される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記加工レーザビームおよび前記照明レーザビームから選択される少なくとも１つの要素の焦点を合わせるステップと、
特にダイクロイックミラーを用いて、前記照明レーザビームおよび／または前記加工レーザビームを、少なくとも部分的に偏向するステップと、
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、前記外側ファイバコアについては第１の直径、および／または前記ファイバ被覆材については第２の直径が選択されていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記照明レーザビームが、前記被加工物の前記照明領域が、前記被加工物の前記加工領域よりも大きくなる、特に少なくとも１．５倍の大きさ、好ましくは前記加工領域の２倍の大きさであるように、選択的に形成されている、特に、少なくとも１つの回折光学素子によって誘導されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法であって、前記照明レーザビーム、特に、反射された前記照明レーザビームのスペクトル範囲と少なくとも部分的に合致するスペクトル範囲が検出されるように、前記被加工物から反射される前記照明レーザビームを検出するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2021536370.tif 000012
2021536370.tif 000013
2021536370.tif 000014