DE102011054941B3

DE102011054941B3 - Device useful for correcting thermal displacement of the focal position of a laser beam of a powerful laser guided to a material via optical elements for processing the material, comprises a sensor, an computing unit, and a correcting unit

Info

Publication number: DE102011054941B3
Application number: DE201110054941
Authority: DE
Inventors: Dieter Bürckner-Koydl
Original assignee: Qioptiq Photonics GmbH and Co KG
Current assignee: Qioptiq Photonics GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-10-29

Abstract

Device (1) for correcting thermal displacement of the focal position of a laser beam (4) of a powerful laser (3) for processing the material, which is guided to a material (2) via optical elements (5) comprises: a sensor for detecting an actual focal position of the laser beam; an computing unit for comparing the actual focal position with a target focal position stored in a memory and for deriving correction data from the comparison of the actual and the target focal position; and a correcting unit with a modifiable optical element for varying focal position relative to the correction data. Device (1) for correcting thermal displacement of the focal position of a laser beam (4) of a powerful laser (3) for processing the material, which is guided to a material (2) via optical elements (5), comprises: a sensor for detecting an actual focal position of the laser beam; an computing unit for carrying out a comparison the actual focal position with a target focal position stored in a memory and for deriving correction data from the comparison of the actual and the target focal position; and a correcting unit with at least one modifiable optical element for varying the focal position with respect to the correction data, where the sensor is arranged in the beam direction in front of the material to be processed at the location of the focus of a rear reflex of a surface of a last optical element. An independent claim is also included for correcting thermal displacement of the focal position of the laser beam of a powerful laser for processing the material, which is guided to the material via the optical elements, comprising (a) directing the focus of the rear reflexes of the surfaces of the last optical elements in the beam direction in front of the material to be processed, to the sensor, which determines the displacement of the focus of the position, (b) determining a pre-defined correlation between the displacement of the focal position of the focus and the displacement of the focus of the laser beam on the material of the actual focal position of the laser beam, using the computing unit, (c) comparing the actual focal position with the predetermined target focal position, (d) deriving the correction data from the comparison of the actual and the target focal position, and (e) varying at least one optical element using the correction unit, in order to change the focal position with respect to the correction data.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage von über Optiken geführten Laserstrahlen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 17.The invention relates to a device for correcting the thermal shift of the focus position of optics guided laser beams according to the preamble of claim 1 and a corresponding method according to claim 17.

In der Materialbearbeitung von Werkstücken, z. B. bei Schweiß- und Schneidevorgängen, werden immer leistungsfähigere Laser eingesetzt. Auch für die Führung dieser werden immer bessere optische Elemente entwickelt, deren Absorption gering ist. Oftmals werden hier Quarzgläser verwendet. Trotz ihrer geringen Absorption führt die Belastung durch die hohe Energie eines Hochleistungslasers aber zu einer Erwärmung der Optiken, der optischen Elemente. Dies führt zu einer thermisch induzierten Brechkraftänderung, was wiederum eine Verschiebung der Fokuslage der geführten Laserstrahlen zur Folge hat und sich damit negativ bei der Bearbeitung eines Werkstücks auswirkt, insbesondere wenn dies hochpräzise erfolgen soll.In the material processing of workpieces, z. As in welding and cutting operations, more powerful lasers are used. Also for the leadership of these ever better optical elements are developed, the absorption is low. Often quartz glasses are used here. Despite their low absorption, however, the stress caused by the high energy of a high-power laser leads to a warming of the optics, the optical elements. This leads to a thermally induced refractive power change, which in turn results in a shift of the focus position of the guided laser beams and thus has a negative effect on the machining of a workpiece, especially if this is to be done with high precision.

Dieses Problem ist bereits seit längerem bekannt und es gibt hierfür einige Lösungsansätze, in denen versucht wird, diese Verschiebung der Fokuslage zu minimieren. So ist es bekannt, die optischen Elemente zu kühlen und Materialien wie Quarze zu verwenden, welche auch bei Erwärmung ihre Brechkraft möglichst wenig verändern. Nachteilig ist, dass diese Materialien sehr teuer sind und dass auch hiermit eine Verschiebung der Fokuslage letztlich nur verringert, nicht aber verhindert wird.This problem has been known for some time and there are some approaches to this in which attempts are made to minimize this shift in focus position. Thus, it is known to cool the optical elements and to use materials such as quartz, which change their refractive power as little as possible even when heated. The disadvantage is that these materials are very expensive and that hereby a shift in the focal position ultimately only reduced, but not prevented.

Darüber hinaus sind bspw. aus der Mikroskopie Verfahren bekannt, bei denen die Temperaturänderung der optischen Elemente gemessen wird und anhand der bekannten Abhängigkeit der Brechkraftänderung von der Temperaturänderung eine Korrektur der Fokuslage erfolgt. Ein solches Verfahren ist in der DE 102 46 274 B4 beschrieben. Diese Verfahren sind jedoch nur bei großen Temperaturänderungen zuverlässig einsetzbar, bei kleinen Temperaturänderungen, wie sie bei hochwertigen Materialien, wie Quarzen auftreten, arbeiten sie nicht zuverlässig genug. Gerade bei sehr leistungsstarken Hochleistungslasern ist es aber unumgänglich hochwertige Materialien für die optischen Elemente zu verwenden, da andere Materialien der Belastung durch die Laserstrahlen nicht Stand halten.In addition, methods are known, for example, from microscopy, in which the temperature change of the optical elements is measured and the focus position is corrected on the basis of the known dependence of the refractive power change on the temperature change. Such a method is in the DE 102 46 274 B4 described. However, these methods can be used reliably only with large temperature changes, with small temperature changes, as they occur in high-quality materials such as quartz, they do not work reliably enough. Especially with very powerful high-power lasers, however, it is essential to use high-quality materials for the optical elements, since other materials do not withstand the load of the laser beams.

Um die Verschiebung der Fokuslage von Hochleistungslaserstahlen, welche insbesondere durch Quarz-Optiken gelenkt werden, bei der hochpräzisen Materialbearbeitung während des gesamten Materialbearbeitungsprozesses kompensieren zu können, wurde deshalb in der DE 20 2007 018 689 U1 vorgeschlagen, die momentane Fokuslage zu ermitteln, diese mit einer Sollposition zu vergleichen und eine Abweichung mittels einer Verschiebung von optischen Komponenten zu kompensieren. Zur Verschiebung von optischen Komponenten wird ein Stellmotor vorgeschlagen, die zu verschiebende optische Komponente ist hierfür axial beweglich gelagert. Zur Erfassung der Fokuslage wird ein Fokuslagesensor verwendet, der die Fokuslage auf dem Werkstück anhand der vom Werkstück rückreflektierte Strahlung ermittelt. Da bei der Materialbearbeitung mit Hochleistungslasern jedoch Hitze und Rauch entsteht, ist dieses rückreflektierte Signal oft stark beeinträchtigt, wodurch diese Methode nicht immer zuverlässig funktioniert. Dieses Problem beeinträchtigt auch das Resultat des Verfahrens, welches in der DE 36 26 944 A1 offenbart ist und die Fokuslage in direkter Umgebung des Werkstücks beobachtet, um diese dann zu korrigieren. Derselbe Nachteil gilt für die JP 08 174 255 A , welche einen Fokusdetektor offenbart für eine Lasermaterialbearbeitungsvorrichtung bei der ein Teil des Arbeitslaserstrahls mittels eines Strahlteilers nach Durchstrahlen der Kondensorlinse in der Nähe des Werkstücks auf einen Sensor geleitet wird.In order to compensate for the shift in the focus position of high-power laser steels, which are directed in particular by quartz optics, in the high-precision material processing during the entire material processing process, was therefore in the DE 20 2007 018 689 U1 proposed to determine the current focus position to compare this with a desired position and to compensate for a deviation by means of a shift of optical components. For the displacement of optical components, a servo motor is proposed, the optical component to be moved is axially movably mounted for this purpose. For detecting the focus position, a focus position sensor is used which determines the focus position on the workpiece on the basis of the radiation reflected back from the workpiece. However, as heat and smoke are generated during material processing with high-power lasers, this back-reflected signal is often severely compromised, making this method not always reliable. This problem also affects the result of the method, which in the DE 36 26 944 A1 is disclosed and observes the focal position in the immediate vicinity of the workpiece in order to then correct them. The same disadvantage applies to the JP 08 174 255 A , which discloses a focus detector for a laser material processing apparatus in which a part of the working laser beam is guided by means of a beam splitter after irradiating the condenser lens in the vicinity of the workpiece to a sensor.

Aus der EP 2 216 129 A1 ist ebenfalls ein Laserbearbeitungskopf zur Materialbearbeitung mit einer integrierten Sensoreinrichtung zur Fokuslagenüberwachung bekannt. Hier wird ein Messstrahlenbündel aus dem Bearbeitungsstrahlenbündel ausgekoppelt und in einem Winkel zur optischen Achse der Fokussierlinse durch die letzten beiden optischen Elemente des Laserbearbeitungskopfs transmittiert und von einem Sensor erfasst.From the EP 2 216 129 A1 Also, a laser processing head for material processing with an integrated sensor device for focus position monitoring is known. Here, a measuring beam is coupled out of the processing beam and transmitted at an angle to the optical axis of the focusing lens through the last two optical elements of the laser processing head and detected by a sensor.

In der JP 61 137 693 A wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben, in der ein Messstrahl eines Korrekturlasers über einen Spiegel, der sich in der Nähe des zu bearbeitenden Materials befindet, zur Fokussierlinse des Arbeitslasers geführt wird. Der Korrekturlaserstrahl tritt durch die Fokussierlinse und wird danach von einem Sensor erfasst. Seine Position wird zur Korrektur des Fokus des Arbeitslasers verwendet, welche über eine Bewegung des Laserkopfs erfolgt.In the JP 61 137 693 A a laser processing apparatus is described in which a measuring beam of a correcting laser is guided over a mirror, which is located in the vicinity of the material to be processed, to the focusing lens of the working laser. The corrective laser beam passes through the focusing lens and is subsequently detected by a sensor. Its position is used to correct the focus of the working laser, which takes place via a movement of the laser head.

Die JP 61 238 487 A offenbart eine Anordnung zum Ermitteln der Verschiebung des Fokus eines aus dem Laser austretenden Laserstrahls. Dies geschieht indem ein Korrekturlaserstrahl in einem Winkel auf den teildurchlässigen Auskoppelspiegel des Lasers gelenkt und der davon reflektierte Strahl an einem Sensor erfasst wird.The JP 61 238 487 A discloses an arrangement for determining the shift of the focus of a laser beam emerging from the laser. This is done by directing a correction laser beam at an angle to the partially transmitting coupling-out mirror of the laser and the reflected beam is detected at a sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage von über Optiken geführten Laserstrahlen sowie ein entsprechendes Verfahren so auszubilden, dass auch während der Bearbeitung eines Werkstücks mittels der Laserstrahlen eine Nachführung der Fokuslage fortwährend zuverlässig möglich ist.The invention has for its object to form a device for correcting the thermal displacement of the focus position of optics guided laser beams and a corresponding method so that even during the processing of a workpiece by means of laser beams a Tracking the focus position is constantly reliable possible.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage von über Optiken geführten Laserstrahlen mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 17.The object is achieved according to the invention by a device for correcting the thermal shift of the focus position of optics guided laser beams having the features of claim 1 and a corresponding method having the features of claim 17.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage von, über optische Elemente zu einem Material geführten Laserstrahlen eines leistungsstarken Lasers zur Materialbearbeitung, einen Sensor zur Ermittlung der aktuellen Fokuslage der Laserstrahlen auf, eine Recheneinheit zum Vergleichen der aktuellen Fokuslage mit einer, in einem Speicher abgelegten Soll-Fokuslage und zum Ableiten von Korrekturdaten aus dem Vergleich von aktueller und Soll-Fokuslage und eine Korrektureinheit mit wenigstens einem veränderbaren optischen Element, zum Verändern der Fokuslage gemäß der Korrekturdaten, wobei der Sensor am Ort des Fokus, eines Rückreflexes, einer der Flächen, eines der letzten optischen Elemente in Strahlrichtung vor dem zu bearbeitenden Material, angeordnet ist. Die Strahlrichtung ist als Einstrahlrichtung des Material bearbeitenden Lasers in Richtung des Materials definiert. Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Laseranlage zur Materialbearbeitung eines Werkstücks, wie z. B. dem Schweißen, Schneiden, Bohren oder Feinschneiden von Metallen und Keramiken, dem Kunststoffschweißen, dem Strukturieren bzw. Perforieren von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen oder dem Beschriften oder dem Reinigen von Industrieprodukten, wie z. B. Wafern. In all diesen Anwendungen kommen leistungsstarke oder Hochleistungslaser zum Einsatz wie z. B. Faserlaser, Scheibenlaser oder CO₂-Laser, Laser deren Leistung so hoch ist, dass die optischen Elemente, welche die Laserstrahlen lenken, sich maßgeblich erwärmen und damit die Lage des Fokus des durch sie geführten Laserstrahls sich verändert. Als Sensoren für die Lage des Fokus können Fokussensoren oder Wellenfrontsensoren mit ausreichender Genauigkeit, wie z. B. der in der DE 198 23 951 C2 offenbarte, verwendet werden oder die aus dem genannten Stand der Technik bekannt sind. Der Sensor ermittelt die jeweilige Fokuslage nicht unbedingt absolut. Es kann ausreichend sein, die Verschiebung der Fokuslage oder eine mit der Fokuslage korrelierte Größe zu ermitteln, aus der sich die Fokuslage dann ableiten lässt. Das Bestimmen der absoluten Fokuslage ist für die Nachführung des Fokus nicht zwingend notwendig, es kann ausreichend sein, die Verschiebung der Fokuslage oder eine dazu korrelierte Größe zu ermitteln und daraus dann Korrekturdaten abzuleiten. Die Recheneinheit zur Ermittlung der Korrekturdaten aus einem Vergleich der aktuellen mit der Soll-Fokuslage kann Bestandteil des Sensors sein, sie kann aber auch nur mit ihm verbunden sein. In der Recheneinheit oder einem zugeordneten Speicher sind Korrelationsdaten bzw. eine Korrelationsfunktion abgelegt, welche die Korrelation der tatsächlich ermittelten Lage des Fokus des Rückreflexes mit der Lage des Fokus auf dem zu bearbeitenden Material beschreiben. Diese können bspw. in Form einer Look-up-Tabelle abgelegt sein. Mittels dieser Korrelationsdaten kann aus der ermittelten aktuellen Lage des Fokus des Rückreflexes die Lage des Fokus am Werkstück ermittelt werden und anhand des Vergleichs dieses mit der Soll-Position die Korrekturdaten. Die Lage des Fokus des Rückreflexes einer der letzten Flächen eines optischen Elements vor dem zu bearbeitenden Material ist am genauesten mit dem Fokus des Laserstrahls auf dem Material korreliert, wenn es sich um den Rückreflex an einer der Flächen des letzten optischen Elements vor dem Material handelt, denn an jedem erwärmten optischen Element kann die Fokuslage des Laserstrahls eine Verschiebung erfahren und in diesem Fall haben beide Fokuslagen im Wesentlichen dieselben optischen Elemente durchlaufen und damit dieselbe Verschiebung erfahren. Deshalb wird vorgeschlagen, vorzugsweise den Rückreflex der letzten Fläche des letzten optischen Elements vor dem Material zu verwenden. Diese Fokuslage des Rückreflexes ist durch keine Störungen durch die Materialbearbeitung, welche durch Rauch- oder Hitzeentwicklung auftreten können beeinträchtig und kann zuverlässig jederzeit während der Materialbearbeitung ermittelt werden. Um die Fokuslage nachzuführen werden die Korrekturdaten an eine Korrektureinheit weitergegeben. Bei dieser kann es sich um eine Linse mit Antriebseinheit handeln, die verschiebbar im Strahlengang des Lasers angeordnet ist oder ein bewegliches Spiegelsystem oder einen, z. B. mittels Piezoelementen verformbaren Spiegel, wie er für adaptive Optiken verwendet wird. Wird ein verformbarer Spiegel als Korrektureinheit verwendet, so können über die Fokuslage hinaus auch noch Beeinträchtigungen der Wellenfront des Laserstrahls an sich, wie sie bspw. durch Aberration verursacht werden, beseitigt werden.According to the invention, the device for correcting the thermal shift of the focus position of, via optical elements to a material guided laser beams of a high-power laser for material processing, a sensor for determining the current focus position of the laser beams, a computing unit for comparing the current focus position with a, in one Memory stored target focus position and for deriving correction data from the comparison of current and target focus position and a correction unit with at least one variable optical element, for changing the focus position according to the correction data, wherein the sensor at the location of the focus, a back-reflection, one of the Areas, one of the last optical elements in the beam direction in front of the material to be processed, is arranged. The beam direction is defined as the direction of irradiation of the material-processing laser in the direction of the material. The device is preferably a laser system for material processing of a workpiece, such. As the welding, cutting, drilling or fine blanking of metals and ceramics, plastic welding, the structuring or perforating of metallic and non-metallic materials or the labeling or cleaning of industrial products, such. B. wafers. In all these applications, powerful or high-power lasers are used, such as As fiber laser, disk laser or CO ₂ laser, laser whose power is so high that the optical elements that direct the laser beams, significantly increase and thus the position of the focus of the guided through them laser beam changes. As sensors for the position of the focus focus sensors or wavefront sensors with sufficient accuracy, such as. B. in the DE 198 23 951 C2 disclosed, used or known from the cited prior art. The sensor does not necessarily determine the respective focus position absolutely. It may be sufficient to determine the shift in the focus position or a variable correlated with the focus position, from which the focal position can then be derived. The determination of the absolute focus position is not absolutely necessary for the tracking of the focus, it may be sufficient to determine the displacement of the focus position or a correlated quantity and then derive correction data therefrom. The arithmetic unit for determining the correction data from a comparison of the current and the desired focus position may be part of the sensor, but it may also be connected to it only. In the arithmetic unit or an associated memory correlation data or a correlation function are stored, which describe the correlation of the actually determined position of the focus of the back-reflection with the position of the focus on the material to be processed. These can be stored, for example, in the form of a look-up table. By means of this correlation data, the position of the focus on the workpiece can be determined from the determined current position of the focus of the back-reflection and, based on the comparison of this with the desired position, the correction data. The location of the focus of the back reflection of one of the last surfaces of an optical element in front of the material to be processed is most accurately correlated with the focus of the laser beam on the material, if it is the back reflection on one of the surfaces of the last optical element in front of the material, because at each heated optical element, the focus position of the laser beam can undergo a shift and in this case have both focal positions substantially the same optical elements and thus undergo the same shift. Therefore, it is proposed to preferably use the back reflection of the last surface of the last optical element in front of the material. This focal position of the back-reflection is not affected by any disturbances caused by the processing of materials, which can occur due to smoke or heat, and can be reliably determined at any time during material processing. To track the focus position, the correction data are forwarded to a correction unit. This can be a lens with drive unit, which is arranged displaceably in the beam path of the laser or a movable mirror system or a, z. B. by means of piezoelectric elements deformable mirror, as it is used for adaptive optics. If a deformable mirror is used as a correction unit, it is also possible to eliminate, beyond the focus position, even impairments of the wavefront of the laser beam per se, as caused, for example, by aberration.

Vorzugsweise ist ein Auskoppelelement im Strahlengang der Laserstrahlen angeordnet, um den Fokus des Rückreflexes an einer der Flächen der letzten optischen Elemente vor dem Material auf den Sensor zu lenken. Bevorzugt geht der Rückreflex durch die gleiche Blende oder optische Pupille des Systems zurück, durch die der eintretende Laserstrahl geht, so dass er nach Durchtreten dieser, vorzugsweise nach Durchtreten aller abbildenden optischen Elemente, bspw. des, den Laserstrahl auf das Material abbildenden Objektives, aus dem Strahlengang ausgekoppelt werden kann. Hierfür eignet sich z. B. ein teildurchlässiger Spiegel.Preferably, a decoupling element is arranged in the beam path of the laser beams to direct the focus of the back reflection on one of the surfaces of the last optical elements in front of the material on the sensor. Preferably, the back reflection passes through the same aperture or optical pupil of the system through which the incoming laser beam passes, so that it after passing through this, preferably after passing through all the imaging optical elements, for example., Of the, the laser beam on the material imaging objective from can be coupled out of the beam path. For this purpose, z. B. a partially transparent mirror.

Bevorzugt wird die Fokuslage des Reflexes der Laserstrahlung an einer Fläche, vorzugsweise der Lichtaustrittsfläche des Schutzglases bzw. Deckglases des Objektivs, welches zwischen den optischen Elementen und dem Material angeordnet ist, verwendet. Dies ist die letzte Fläche vor dem Material, hier hat der Laserstrahl bereits alle thermischen Verschiebungen erfahren, die Fokuslage des Reflexes an dieser Fläche ist am besten mit der Fokuslage des Laserstrahls auf dem Material korreliert. Ein Schutzglas ist üblicherweise bei allen Laseranlagen zur Materialbearbeitung vor den optischen Elementen wie Linse oder Spiegeln angeordnet, um diese vor Verunreinigung und Beschädigung zu schützen. Allerdings wird es von Zeit zu Zeit ausgetauscht, wobei man bei diesem Aufbau darauf achten muss, dass es in exakt derselben Position angeordnet ist und dieselben Eigenschaften hat wie das vorherige Schutzglas oder die Korrelation der Fokuslagen überprüfen muss. The focus position of the reflection of the laser radiation is preferably used on a surface, preferably the light exit surface of the protective glass or cover glass of the objective, which is arranged between the optical elements and the material. This is the last surface in front of the material, here the laser beam has already experienced all thermal shifts, the focus position of the reflex on this surface is best correlated with the focus position of the laser beam on the material. A protective glass is usually arranged in all laser equipment for material processing in front of the optical elements such as lens or mirrors to protect them from contamination and damage. However, it is exchanged from time to time, and in this structure, care must be taken to ensure that it is arranged in exactly the same position and has the same properties as the previous protective glass or the correlation of the focal positions must check.

Deshalb kann es auch vorteilhaft sein, die Fokuslage eines Rückreflexes der Lichtaustrittsfläche des letzten Licht lenkenden optischen Elements, welches vor dem Material angeordnet ist, also die letzte optische Fläche in Strahlrichtung des Material bearbeitenden Strahles vor dem Schutzglas, mit dem Sensor zu detektieren. Es ist davon auszugehen, dass das Schutzglas allein die Lage des Fokus nicht wesentlich verändert, dass dessen Einfluss auf die Fokuslage vernachlässigt werden kann. Deshalb ist auch die Verschiebung der Fokuslage des Rückreflexes an der Lichtaustrittsfläche des letzten abbildenden optischen Elements, z. B. der letzten Linse, vor dem Material ausreichend gut mit der Fokuslage des Laserstrahls auf dem Material korreliert.Therefore, it may also be advantageous to detect the focus position of a back reflection of the light exit surface of the last light-directing optical element which is arranged in front of the material, ie the last optical surface in the beam direction of the material-processing beam in front of the protective glass, with the sensor. It can be assumed that the protective glass alone does not significantly change the position of the focus, that its influence on the focal position can be neglected. Therefore, the shift of the focus position of the back reflection at the light exit surface of the last imaging optical element, for. B. the last lens in front of the material sufficiently well correlated with the focus position of the laser beam on the material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die, den Laserstrahl lenkenden optischen Elemente Bestandteile eines F-Theta Objektives. F-Theta Objektive werden oftmals zur Materialbearbeitung verwendet, insbesondere für Laserstrahlen von UV, VIS bis IR. Für Hochleistungslaser-Anwendungen sind diese vorzugsweise als Vollquarzobjektive mit einer sehr hohen Zerstörungsschwelle ausgebildet. Die thermische Beeinträchtigung der Fokuslage von Quarzgläsern ist zwar geringer, dennoch verschiebt sich bei Hochleistungslasern auch bei einer Abbildung mit diesen Gläsern die Fokuslage so stark, dass eine, vorzugsweise fortlaufende Nachführung der Fokuslage bei qualitativ hochwertigen Anwendungen notwendig ist. Zumeist handelt es sich hierbei um scannende Systeme und optische Elemente des scannenden Systems können besonders vorteilhaft als Korrektureinheit verwendet werden. Hierfür ist wenigstens ein Scanspiegel beweglich gelagert und mit einem Antrieb verbunden, um als Korrektureinheit zu dienen. In hochpräzisen Anwendungen ist es vorteilhaft, einen zur Korrektur der Fokuslage verwendeten Scanspiegel verformbar auszubilden und mit Piezoelementen zu bestücken. In Verbindung mit einem Wellenfrontsensor als Sensor für die Fokuslage können damit Veränderungen der Wellenfront, welche bspw. durch Aberration verursacht werden, korrigiert werden. Für ein scannendes System mit F-Theta Objektiv ist die Fokuslage aller Strahlenbündel, erzeugt mittels der möglichen Spiegelstellungen, auf dem Material bzw. dessen Korrelation mit den jeweiligen Strahlenbündeln des rückreflektierten Laserstrahls, vorzugsweise als Look-up-Tabelle in einem Speicher der Recheneinheit abgelegt.In a further advantageous embodiment, the optical elements guiding the laser beam are components of an F-theta objective. F-Theta lenses are often used for material processing, especially for laser beams from UV, VIS to IR. For high-power laser applications, these are preferably designed as full-quartz objectives with a very high destruction threshold. Although the thermal impairment of the focus position of quartz glasses is lower, the focus position shifts so much in high-power lasers even when imaging with these glasses that a preferably continuous tracking of the focus position is necessary in high-quality applications. In most cases, these are scanning systems and optical elements of the scanning system can be used particularly advantageously as a correction unit. For this purpose, at least one scanning mirror is movably mounted and connected to a drive in order to serve as a correction unit. In high-precision applications, it is advantageous to deformably form a scanning mirror used to correct the focal position and to equip it with piezo elements. In conjunction with a wavefront sensor as a sensor for the focus position can thus changes the wavefront, which are caused, for example. By aberration, be corrected. For a scanning system with F-theta objective, the focus position of all the radiation beams generated by the possible mirror positions on the material or its correlation with the respective beams of the back-reflected laser beam, preferably stored as a look-up table in a memory of the arithmetic unit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein telezentrisches F-Theta Objektiv in Kombination mit der erfindungsgemäßen Korrektur der Fokuslage verwendet. Gerade für diese Objektive, welche in hochgenauen Scansystemen, auch in hochpräzisen Printsystemen, eingesetzt werden ist eine zuverlässige Korrektur der Fokuslage wichtig. Der Aufbau ist prinzipiell entsprechend dem anderer Laseranlagen zur Materialbearbeitung mit F-Theta Objektiven.In a further advantageous embodiment, a telecentric F-theta objective is used in combination with the correction of the focal position according to the invention. Especially for these lenses, which are used in high-precision scanning systems, even in high-precision print systems, a reliable correction of the focus position is important. The structure is in principle similar to that of other laser equipment for material processing with F-theta lenses.

Bevorzugt sind die optischen Elemente so angeordnet, dass ein großer Anteil der rückreflektierten Laserstrahlen durch die Blende bzw. die Pupille des optischen Systems treten, in entgegengesetzter Richtung zu dem, das Material bearbeitenden Laserstrahl, der ebenfalls durch diese Blende bzw. Pupille auf das Material geführt wird. So durchläuft der rückreflektierte Laserstrahl alle abbildenden optischen Elemente, durch die der bearbeitende Laserstahl abgelenkt wird, zweimal. Er erfährt die thermische Verschiebung des Fokus deutlicher als der Laserstrahl selbst, die Verschiebung kann ausreichend genau ermittelt werden.Preferably, the optical elements are arranged so that a large portion of the back-reflected laser beams pass through the aperture or the pupil of the optical system, in the opposite direction to the material processing laser beam, which is also passed through this aperture or pupil on the material becomes. Thus, the back-reflected laser beam passes through all the imaging optical elements by which the machining laser beam is deflected twice. He experiences the thermal shift of the focus more clearly than the laser beam itself, the shift can be determined with sufficient accuracy.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird nicht der Rückreflex des, das Material bearbeitenden Laserstrahls selbst verwendet, sondern ein zusätzlicher Laserstrahl. Dieser wird vor den, sich thermisch erwärmenden, den Laserstrahl führenden, optischen Elementen in den Strahlengang des Material bearbeitenden Laserstrahls eingeblendet, so dass er, ebenso wie dieser, die optischen Elemente durchläuft und dabei eine Verschiebung seiner Fokuslage erfährt, die zu der Verschiebung der Fokuslage des Material bearbeitenden Laserstrahls korreliert ist. Auch von diesem zusätzlichen Korrekturlaser wird der Rückreflex aus dem Strahlengang auf einen Fokussensor ausgekoppelt, an dem seine aktuelle Fokuslage ermittelt wird. Die Wellenlänge des Korrekturlasers unterscheidet sich von der Wellenlänge des Material bearbeitenden Lasers. Somit besteht die Möglichkeit, die Fläche, an welcher der Laserstrahl des Korrekturlasers reflektiert wird, so auszubilden, z. B. so zu beschichten, dass Licht der Wellenlänge des Korrekturlasers optimal reflektiert wird, während Licht der Wellenlänge des Material bearbeitenden Lasers optimal transmittiert wird. Die Materialbearbeitung wird durch die Ermittlung der Fokuslage nicht beeinträchtigt, obwohl für die Ermittlung der Fokuslage ein ausreichend starkes Signal zur Verfügung steht. Somit kann das System optimal auf die Arbeitswellenlänge vergütet sein, die Arbeitswellenlänge, des Material bearbeitenden Lasers optimal transmittiert werden, so dass möglichst geringe Erwärmung und Beeinträchtigung der optischen Elemente entsteht und dennoch steht ein ausreichend starkes Signal für die Korrektur der Fokuslage in Form eines Rückreflexes zur Verfügung. Vorzugsweise kann als Korrekturlaser ein sogenannter Pilot-Laser verwendet werden, ein Laser, der bei der Materialbearbeitung ohnehin häufig verwendet wird, um den Arbeitspunkt auf dem Werkstück festzulegen, bevor der Material bearbeitende Laser aktiviert wird. In diesem Fall ist die reflektierende Fläche so ausgebildet, z. B. beschichtet, dass nur ein Teil des Lichts des Korrekturlasers reflektiert wird, um die Fokuslage zu ermitteln, ein Teil seines Lichts wird transmittiert, so dass auch der Arbeitspunkt festgelegt werden kann. Da Beschichtungen Kosten verursachen und das Schutzglas von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden muss, wird in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine der letzten Flächen eines optischen Elements in Strahlrichtung des Material bearbeitenden Lasers, vor dem Schutzglas als reflektierende Fläche verwendet und entsprechend beschichtet.In a particularly advantageous embodiment, the back reflection of the laser beam processing the material itself is not used, but an additional laser beam. This is displayed in front of the, thermally heating, the laser beam leading optical elements in the beam path of the material processing laser beam, so that he, as well as this, passes through the optical elements and thereby undergoes a shift in focus position, which leads to the shift of focus position the material processing laser beam is correlated. Also from this additional correction laser, the back-reflection from the beam path is coupled to a focus sensor, on which its current focus position is determined. The wavelength of the correction laser differs from the wavelength of the material-processing laser. Thus, it is possible to form the surface on which the laser beam of the correcting laser is reflected, for. B. to be coated so that light of the wavelength of the correcting laser is optimally reflected, while light of the wavelength of the material-processing laser is optimally transmitted. The material processing is not affected by the determination of the focus position, although a sufficiently strong signal is available for determining the focus position. Thus, the system can be optimally tempered to the working wavelength, the working wavelength, the material-processing laser are optimally transmitted so that the lowest possible heating and deterioration of the optical elements and yet is a sufficiently strong signal for the correction of the focus position in the form of a back reflection to available. Preferably, as a correction laser, a so-called pilot laser can be used, a laser that is often used in material processing anyway to set the operating point on the workpiece before the material-processing laser is activated. In this case, the reflective surface is formed, for. B. coated, that only a part of the light of the correction laser is reflected to determine the focus position, a part of its light is transmitted, so that the operating point can be determined. Since coatings cause costs and the protective glass must be replaced from time to time, in this embodiment, preferably one of the last surfaces of an optical element in the beam direction of the material-processing laser, before the protective glass used as a reflective surface and coated accordingly.

Vorzugsweise werden die Daten für die Fokuslage über den reflektierten Laserstrahl fortlaufend, auch während der Materialbearbeitung ermittelt und auch die Korrektur der Fokuslage erfolgt fortlaufend. Dies ist zuverlässig möglich, da der, an einer der Flächen eines der letzten optischen Elemente vor dem Material reflektierte Laserstrahl nicht von der Bearbeitung des Materials beeinträchtigt ist und somit seine Fokuslage bzw. seine Wellenfront immer zuverlässig bestimmt werden kann. So ist gewährleistet, dass die Fokuslage fortlaufend korrigiert werden kann und immer zuverlässig genau mit der Soll-Fokuslage übereinstimmt.Preferably, the data for the focal position on the reflected laser beam continuously, even during the material processing is determined and also the correction of the focus position is carried out continuously. This is reliably possible since the laser beam reflected on one of the surfaces of one of the last optical elements in front of the material is not impaired by the processing of the material and thus its focal position or wavefront can always be reliably determined. This ensures that the focus position can be continuously corrected and always reliably exactly matches the target focus position.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, welche anhand der Zeichnungen eingehend erläutert werden.Further details and advantages of the invention will become apparent from the subclaims in connection with the description of exemplary embodiments, which are explained in detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 schematisch eine erfindungsgemäße Laseranlage zur Materialbearbeitung mit integrierter Nachführung der Fokuslage, 1 schematically a laser system according to the invention for material processing with integrated tracking of the focus position,

2 schematisch eine erfindungsgemäße Laseranlage zur Materialbearbeitung mit integrierter Nachführung der Fokuslage mittels eines Pilot-Lasers, 2 schematically a laser system according to the invention for material processing with integrated tracking of the focus position by means of a pilot laser,

3 schematisch eine erfindungsgemäße Laseranlage zur Materialbearbeitung mit einem F-Theta-Objektiv und integrierter Nachführung der Fokuslage und 3 schematically a laser system according to the invention for material processing with an F-theta lens and integrated tracking of the focus position and

4 schematisch eine erfindungsgemäße Laseranlage zur Materialbearbeitung mit einem telezentrischen F-Theta-Objektiv und integrierter Nachführung der Fokuslage. 4 schematically a laser system according to the invention for material processing with a telecentric F-theta lens and integrated tracking of the focus position.

Die 1 zeigt eine Laseranlage 1 zur Bearbeitung, z. B. dem Schweißen, Bohren, Schneiden oder der Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks 2 mit einem Hochleistungslaser 3, zum Erzeugen eines Laserstrahls 4, welcher über die Linsen 5, 6 und 7 auf das Werkstück 2 fokussiert wird. Das Werkstück 2 kann in ein nicht dargestelltes Bewegungssystem eingespannt sein, mit dem es in seine jeweilige Bearbeitungsposition gebracht wird. Im Strahlengang nach den Linsen 5, 6 und 7 auf Seiten des Werkstücks 2 ist ein Schutzglas 8 angeordnet, das die Linsen 5, 6 und 7 vor, bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 auftretende Verschmutzung durch Spritzer, Splitter oder Rauch schützt. Zur Bestimmung der aktuellen Fokuslage weist die Laseranlage 1 darüber hinaus eine Detektionseinheit 9 auf, bestehend aus einem Teilerspiegel 10, einem Objektiv 11 und einem Fokussensor 12. Die Detektionseinheit 9 bildet den Fokus des Rückreflexes 13 des Laserstrahls 4 am Schutzglas 8 über den Teilerspiegel 10 und das Objektiv 11 auf den Fokussensor 12 ab. Im Strahlengang des Laserstrahls 4 befindet sich ein Fokussierelement 14, das eine schnelle Nachfokussierung des Laserstrahls 4 auf dem Werkstück 2 während der Bearbeitung des Werkstücks 2 erlaubt. Die Linsen 5, 6 und 7 sind aus einem Material gefertigt, das eine möglichst geringe Absorption für die Wellenlänge des Laserstrahls 4 aufweist. Hierfür kommt, auch wegen ihrer Hitzebeständigkeit, z. B. Quarzglas in Frage. Als Hochleistungslaser 3 wird bspw. ein Faserlaser, Scheibenlaser oder CO₂-Laser verwendet. Genau genommen wird über die Detektionseinheit 9 nicht direkt die tatsächliche Fokuslage des Fokus des Laserstrahls 4 auf dem Werkstück 2 beobachtet sondern die Fokuslage des Fokus des Rückreflexes 13 des Schutzglases 8. Dieser Rückreflex läuft genau entgegengesetzt zur Richtung des einfallenden Laserstrahls 4 zurück und tritt dabei annähernd mittig durch die Blende 16 des optischen Systems. Der Fokus des Rückreflexes ist aber mit dem Fokus des Laserstrahls 4 auf dem Werkstück 2 korreliert. Die Korrelationsvorschrift ist in einem Speicher einer Recheneinheit 15, z. B. in Form einer Look-up-Tabelle abgelegt. Die Recheneinheit 15 ist mit dem Fokussensor 12 und dem Fokussierelement 14 verbunden. In ihr wird aus den, am Fokussensor 12 ermittelten aktuellen Fokuslagen des Fokus des Rückreflexes 13 am Schutzglas 8 anhand der Korrelationsvorschrift die aktuelle Fokuslage des Fokus des Laserstrahls 4 abgeleitet und daraus im Vergleich zu einer vorabgelegten Sollposition die Korrekturdaten für die Nachfokussierung des Fokus des Laserstrahls 4 am Werkstück 2 berechnet. Diese werden von der Recheneinheit 15 an das Fokussierelement 14 geleitet, an dem z. B. über die Verschiebung einer Linse die Fokuslage des Laserstrahls 4 verändert wird. Als Fokussensor 12 kann jeder Fokussensor verwendet werden, der die Lage des Fokus ausreichend genau bestimmt, wie bspw. ein Fokussensor, wie er in der DE 198 23 951 A1 offenbart ist.The 1 shows a laser system 1 for editing, z. As welding, drilling, cutting or the surface treatment of a workpiece 2 with a high power laser 3 , for generating a laser beam 4 , which about the lenses 5 . 6 and 7 on the workpiece 2 is focused. The workpiece 2 can be clamped in an unillustrated motion system, with which it is brought into its respective processing position. In the beam path after the lenses 5 . 6 and 7 on the side of the workpiece 2 is a protective glass 8th arranged the lenses 5 . 6 and 7 before, when machining the workpiece 2 pollution caused by splashes, splinters or smoke. The laser system determines the current focus position 1 In addition, a detection unit 9 on, consisting of a divider mirror 10 , a lens 11 and a focus sensor 12 , The detection unit 9 forms the focus of the back reflex 13 of the laser beam 4 on the protective glass 8th over the splitter mirror 10 and the lens 11 on the focus sensor 12 from. In the beam path of the laser beam 4 there is a focusing element 14 that provides a fast refocusing of the laser beam 4 on the workpiece 2 during machining of the workpiece 2 allowed. The lenses 5 . 6 and 7 are made of a material that has the lowest possible absorption for the wavelength of the laser beam 4 having. This comes, also because of their heat resistance, for. As quartz glass in question. As a high-power laser 3 For example, a fiber laser, disk laser or CO ₂ laser is used. Strictly speaking, the detection unit 9 not directly the actual focus position of the focus of the laser beam 4 on the workpiece 2 but observes the focal position of the focus of the back reflex 13 of the protective glass 8th , This return reflex is exactly opposite to the direction of the incident laser beam 4 back and occurs almost midway through the aperture 16 of the optical system. The focus of the back reflection is with the focus of the laser beam 4 on the workpiece 2 correlated. The correlation rule is in a memory of a computing unit 15 , z. B. filed in the form of a look-up table. The arithmetic unit 15 is with the focus sensor 12 and the focusing element 14 connected. In it will be out of, on the focus sensor 12 determined current focal positions of the focus of the reflex 13 on the protective glass 8th Based on the correlation rule the current focus position of the focus of the laser beam 4 derived and compared to it a pre-set target position, the correction data for the refocusing of the focus of the laser beam 4 on the workpiece 2 calculated. These are from the arithmetic unit 15 to the focusing element 14 directed at the z. B. on the displacement of a lens, the focus position of the laser beam 4 is changed. As a focus sensor 12 Any focus sensor can be used that determines the position of the focus with sufficient accuracy, such as a focus sensor, as in the DE 198 23 951 A1 is disclosed.

Die, in der 2 dargestellte Laseranlage 31 entspricht im Wesentlichen der in der 1 dargestellten Laseranlage 1. Allerdings wird hier neben dem Arbeitslaser 33 ein Pilot-Laser 47 verwendet, dessen Wellenlänge sich von der des Arbeitslasers 33 stark unterscheidet. Der Laserstrahl des Pilot-Lasers 47 wird über einen Einkoppelspiegel 48 in den Laserstrahl 34 eingekoppelt und wie dieser über die Linsen 35, 36 und 37 auf das Werkstück 32 gelenkt, um dort den Arbeitspunkt auf dem Werkstück 32 festzulegen, bevor der Arbeitslaser 33 eingesetzt wird. Der Einkoppelspiegel 48 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Arbeitslaser 33 und dem Fokussierelement 44.The, in the 2 illustrated laser system 31 corresponds essentially to that in the 1 illustrated laser system 1 , However, here is next to the working laser 33 a pilot laser 47 used, whose wavelength is different from that of the working laser 33 strongly different. The laser beam of the pilot laser 47 is via a Einkoppelspiegel 48 in the laser beam 34 coupled and like this over the lenses 35 . 36 and 37 on the workpiece 32 steered to there the working point on the workpiece 32 set before the work laser 33 is used. The coupling mirror 48 is located in this embodiment between the working laser 33 and the focusing element 44 ,

Dadurch ist gewährleistet, dass er all die optischen Elemente durchläuft, die auch der Laserstrahl 34 des Arbeitslasers 33 durchläuft und dabei erwärmt, so dass die Verschiebung seines Fokus eindeutig zu der Verschiebung des Fokus des Arbeitslasers 33 auf dem Werkstück 32 korreliert ist. Prinzipiell könnte der Einkoppelspiegel 48 aber auch zwischen dem Fokussierelement 44 und dem Teilerspiegel 40 angeordnet sein, da der Einfluss des Fokussierelements 44 auf die Lage des Fokus nicht dominant ist. Zum Festlegen des Arbeitspunktes ist ein kleiner Anteil des Laserstrahls des Pilot-Lasers 47 ausreichend. So wird des Schutzglas 38 so ausgebildet, dass ein großer Anteil des Laserstrahls des Pilot-Lasers 47 an ihm reflektiert wird und der Fokus dieses Rückreflexes 43 wird über den Teilerspiegel 40 der Detektionseinheit 39 und das Objektiv 41 auf den Fokussensor 42 abgebildet. Um den Laserstrahl des Pilot-Lasers 47 besonders gut zu reflektieren und gleichzeitig den Laserstahl 34 des Arbeitslasers 33 möglichst ungehindert passieren zu lassen, ohne seine Leistung zu reduzieren, ist das Schutzglas 38 mit einer auf die Reflexion des Laserstrahls des Pilot-Lasers 47 und die Transmission des Laserstrahls 34 des Arbeitslasers 33 optimierten Beschichtung versehen. Generelle wäre auch möglich, als reflektierende Fläche für den Laserstrahl des Pilot-Lasers 47 eine der letzten Flächen der Linsen 35, 36 oder 37, vorzugsweise die Lichtaustrittsfläche der letzten Linse 37 vor dem Schutzglas 38 zu verwenden, denn nach dieser muss nur noch das Schutzglas 38 durchtreten werden und dessen Einfluss auf die Verschiebung der Lage des Fokus ist ebenfalls nicht dominant. Hierfür wäre die Beschichtung an der Lichtaustrittsfläche der Linse 37 angebracht. Dies kann vorteilhaft sein, da diese Linse 37 erhalten bleibt, während das Schutzglas 38 immer wieder ausgetauscht werden muss, wenn es zu stark beschädigt ist und somit sinnvoll ist, seine Kosten gering zu halten. Es ist zu bemerken, dass die Eingangsschnittweite (die für eine perfekte ebene Wellenfront am Eingang „unendlich” bedeutet) für beide Laserstrahlengänge nicht identisch sein muss. Bei diesem Aufbau tritt der Rückreflex des Laserstrahls des Pilot-Lasers 47 an Stelle des Rückreflexes des Laserstrahls 34 des Arbeitslasers 33, die Richtung des reflektierten Laserstrahls des Pilot-Lasers 47 ist ebenfalls genau entgegengesetzt zur Einfallsrichtung, so dass der Rückreflex im Wesentlichen mittig durch die Blende 46 des optische Systems der Laseranlage 31 tritt. Die Verschiebung der Fokuslage des Rückreflexes des Pilot-Lasers 47 ist dadurch auch in diesem Ausführungsbeispiel zu der Verschiebung des Fokus des Arbeitslasers 33 auf dem Werkstück 32 korreliert. Die Korrelationsfunktion wird ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel vorab ermittelt und z. B. in Form einer Look-up-Tabelle in einer Recheneinheit 45 abgelegt, welche mit dem Fokussensor 42 und dem Fokussierelement 44 verbunden ist und die anhand der ermittelten Fokuslage des Rückreflexes 43 des Pilot-Lasers 47 die Fokuslage des Laserstrahls 34 auf dem Werkstück 32 berechnet und daraus die Korrekturgröße, mit der dieser Fokus nachgeführt wird. Die Nachführung erfolgt über das Fokussierelement 44, welches, ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel hierfür eine beweglich gelagerte Linse aufweisen kann, welche bspw. über einen nicht dargestellten Hilfsmotor entsprechend der ermittelten Korrekturgröße bewegt wird. Denkbar wäre als Fokussierelement 44 auch eine adaptive Optik, z. B. ein Spiegel, welcher für die Fokusnachführung (zum Beispiel mit Hilfe von Piezoelementen) entsprechend verformt wird; ein solches Verfahren würde zusätzlich eine Korrektur der Veränderung der Wellenfront ermöglichen, welche wegen einer Erwärmung der optischen Elemente, wie der Linsen 35, 36 und 37, durch die hohe Leistung des Arbeitslasers 33 eingeführt wird.This ensures that it passes through all the optical elements, including the laser beam 34 the working laser 33 traverses and thereby heats up, allowing the shift of its focus clearly to the shift of the focus of the working laser 33 on the workpiece 32 is correlated. In principle, the Einkoppelspiegel 48 but also between the focusing element 44 and the splitter mirror 40 be arranged because of the influence of the focusing element 44 on the location of the focus is not dominant. To set the operating point is a small proportion of the laser beam of the pilot laser 47 sufficient. So is the protective glass 38 designed so that a large proportion of the laser beam of the pilot laser 47 is reflected on him and the focus of this back reflex 43 is above the splitter mirror 40 the detection unit 39 and the lens 41 on the focus sensor 42 displayed. To the laser beam of the pilot laser 47 particularly good at reflecting and at the same time the laser steel 34 the working laser 33 to pass as unhindered as possible, without reducing its performance, is the protective glass 38 with a reflection on the laser beam of the pilot laser 47 and the transmission of the laser beam 34 the working laser 33 Optimized coating provided. In general, it would also be possible as a reflecting surface for the laser beam of the pilot laser 47 one of the last surfaces of the lenses 35 . 36 or 37 , preferably the light exit surface of the last lens 37 in front of the protective glass 38 to use, because after this only has the protective glass 38 will pass through and its influence on the shift in the position of the focus is also not dominant. For this purpose, the coating would be at the light exit surface of the lens 37 appropriate. This can be beneficial as this lens 37 is preserved while the protective glass 38 must be replaced again and again if it is too damaged and therefore makes sense to keep its costs low. It should be noted that the input cut-off (which means "infinite" for a perfect flat wavefront at the input) need not be identical for both laser beam paths. In this structure, the back reflection of the laser beam of the pilot laser occurs 47 in place of the return reflection of the laser beam 34 the working laser 33 , the direction of the reflected laser beam of the pilot laser 47 is also exactly opposite to the direction of incidence, so that the return reflex is essentially centered through the aperture 46 the optical system of the laser system 31 occurs. The shift of the focus position of the back reflection of the pilot laser 47 is thereby also in this embodiment to the shift of the focus of the working laser 33 on the workpiece 32 correlated. The correlation function is determined in advance as well as in the first embodiment and z. B. in the form of a look-up table in a computing unit 45 stored, which with the focus sensor 42 and the focusing element 44 is connected and based on the determined focal position of the return reflex 43 of the pilot laser 47 the focus position of the laser beam 34 on the workpiece 32 calculates and from this the correction quantity with which this focus is tracked. The tracking takes place via the focusing element 44 which, as in the first embodiment, may have a movably mounted lens for this purpose, which is moved, for example, via an auxiliary motor, not shown, in accordance with the determined correction quantity. It would be conceivable as a focusing element 44 also an adaptive optics, z. B. a mirror which is deformed accordingly for the focus tracking (for example by means of piezoelectric elements); Such a method would additionally allow correction of the wavefront change due to heating of the optical elements, such as the lenses 35 . 36 and 37 , due to the high power of the working laser 33 is introduced.

Die, in der 3 dargestellte Laseranlage 51 zeigt ein scannendes System mit einer F-Theta-Linse 66. Die F-Theta-Linse 66 weist drei Linsenelemente 55, 56 und 57 auf und ein gekrümmtes Schutzglas 58, welches zwischen den Linsen 55, 56 und 57 und dem zu bearbeitenden Werkstück 52 angeordnet ist, um die Linsen 55, 56 und 57 vor Verschmutzung und Beschädigung zu schützen. Derartige Laseranlagen 51 werden zur Materialbearbeitung, wie z. B. Bohren und Feinschneiden von Metallen und Keramiken, zu Kunststoffschweißen, zum Strukturieren bzw. Perforieren von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen, zum Beschriften oder zum Reinigen von Industrieprodukten, wie z. B. Wafern, verwendet. Die Strahlenbündel des Laserstrahls 54 eines Arbeitslasers 53 werden über einen ersten und einen zweiten Scan-Spiegel 67 und 68 über die Oberfläche des Werkstücks 52 bewegt und dabei über die F-Theta-Linse 66 fokussiert. Ein Teil des Laserstrahls 54 wird am Schutzglas 58 reflektiert. Das Schutzglas 58 ist so gekrümmt, dass die Richtung der reflektierten Strahlenbündel des Laserstrahls 54 genau entgegengesetzt zur Richtung der ursprünglichen Strahlenbündel läuft. Dadurch ist gewährleistet, dass der rückreflektierte Laserstrahl 54, ebenso wie der ursprüngliche Laserstrahl 54 selbst, mittig durch die optische Pupille der Laseranlage 51 tritt und den Teilerspiegel 60 erreicht, von dem er über das Objektiv 61 auf den Fokussensor 62 gelenkt wird. Prinzipiell erfolgt die Korrektur der Verschiebung der Lage der Foki der Strahlenbündel des Laserstrahls 54 auf dem Werkstück 52 ebenso wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen darüber, dass die Verschiebung der Fokuspositionen der Rückreflexe der reflektierten Strahlenbündel 63, welche weitergelenkt über den Teilerspiegel 60 und das Objektiv 61, am Fokussensor 62 festgestellt werden, über Korrelationsdaten an der Recheneinheit 65 in eine Korrekturgröße umgesetzt wird, welche die Nachführung der Fokuslagen am Werkstück 52 über ein Fokussierelement 64 ermöglicht. Das Fokussierelement 64 kann zu diesem Zweck als, vor dem Teilerspiegel 60 angeordnete beweglich gelagerte Linse ausgebildet sein, bei diesem Ausführungsbeispiel wäre es allerdings auch möglich, die Scanspiegel 67 und 68 als Fokussierelemente zu verwenden. Hierfür könnten diese bspw. mit Piezoelementen gemäß der Korrekturdaten bewegt werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann, wie in der 2 beschrieben ein Pilot-Laser zur Ermittlung der aktuellen Fokuslage verwendet werden.The, in the 3 illustrated laser system 51 shows a scanning system with an F-theta lens 66 , The F-theta lens 66 has three lens elements 55 . 56 and 57 on and a curved protective glass 58 which is between the lenses 55 . 56 and 57 and the workpiece to be machined 52 is arranged to the lenses 55 . 56 and 57 to protect against contamination and damage. Such laser systems 51 are used for material processing, such. B. drilling and fine blanking of metals and ceramics, plastic welding, structuring or perforating metallic and non-metallic materials, for labeling or cleaning of industrial products, such. As wafers used. The beams of the laser beam 54 a work laser 53 be about a first and a second scan mirror 67 and 68 over the surface of the workpiece 52 moved while using the F-theta lens 66 focused. Part of the laser beam 54 is on the protective glass 58 reflected. The protective glass 58 is curved so that the direction of the reflected beam of the laser beam 54 exactly opposite to the direction of the original bundle of rays. This ensures that the back-reflected laser beam 54 as well as the original laser beam 54 itself, centered through the optical pupil of the laser system 51 occurs and the splitter mirror 60 from which he passes the lens 61 on the focus sensor 62 is steered. In principle, the correction of the displacement of the position of the foci of the beam of the laser beam 54 on the workpiece 52 as well as in the previous embodiments, that the shift of the focus positions of the back reflections of the reflected beams 63 , which deflected over the divider mirror 60 and the lens 61 , on the focus sensor 62 be determined via correlation data on the arithmetic unit 65 is converted into a correction quantity, which the tracking of the focal positions on the workpiece 52 via a focusing element 64 allows. The focusing element 64 can for this purpose as, in front of the splitter mirror 60 arranged movably mounted lens be formed, in this embodiment, however, it would also be possible, the scanning mirror 67 and 68 to be used as focusing elements. For this purpose, these could be moved, for example, with piezo elements according to the correction data. Also in this embodiment, as in the 2 described a pilot laser used to determine the current focus position.

In 4 ist eine weitere Laseranlage 71 zur Bearbeitung eines Werkstücks 72 dargestellt, welche ebenfalls wie die Laseranlage 51 aus der 3 mit einer F-Theta-Linse 86 arbeitet, welche drei Linsen 75, 76 und 77 und ein Schutzglas 78 aufweist. Ebenso wie in der Laseranalage der 3 wird auch hier ein Laserstrahl 74, eines Arbeitslasers 73 über ein Scansystem, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Scanspiegel 87 und 88 über ein Werkstück 72 bewegt. Im Unterschied zu der vorherigen Ausführungsform handelt es sich bei der F-Theta-Linse 86 aber um eine telezentrische Linse, d. h. die Strahlenbündel, bewegt durch die kontrollierte Verkippungen der beiden Scanspiegel 87 und 88, des Laserstrahls 74 verlassen die F-Theta-Linse 86 praktisch parallel zueinander und treffen jeweils im gleichen Winkel auf das Werkstück 72, wodurch die Qualität der Bearbeitung deutlich erhöht wird. Somit kann das Schutzglas 78, an dem ein Teil des Laserstrahls 74 reflektiert wird, als planparallele Platte ausgebildet sein, um die reflektierten Strahlen mittig durch die Blende des optischen Systems zurück auf den Teilerspiegel 80 und von dort über das Objektiv 81 auf den Fokussensor 82 abzubilden, um dort jede Abweichung der Fokuslage von der Soll-Position sofort zu detektieren und anhand der in der Recheneinheit 85 abgelegten Korrelationsdaten von Fokuslagen der reflektierten Strahlenbündel 83 und Fokuslagen des Strahlenbündels des Laserstrahls 74 auf dem Werkstück 72, die Korrekturdaten zu ermitteln, mittels derer die Fokuslagen auf dem Werkstück 72 über ein Fokussierelement 84 korrigiert werden. Auch in dieser Laseranlage 71 ist es möglich, auf ein zusätzliches Fokussierelement 84 zu verzichten und stattdessen wenigstens einen der Scanspiegel 87 und 88 beweglich zu lagern und mittels eines Antriebes, der z. B. in Form von Piezoelementen realisiert sein kann, so zu bewegen, dass der Fokus auf dem Werkstück 72 gemäß der Korrekturdaten nachgeführt wird. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich, ebenso wie in den anderen Beispielen ein Pilot-Laser zur Ermittlung der Fokuslage vorteilhaft eingesetzt werden.In 4 is another laser system 71 for machining a workpiece 72 shown, which also like the laser system 51 from the 3 with an F-theta lens 86 works, which three lenses 75 . 76 and 77 and a protective glass 78 having. Just as in the laser analysis of 3 Here, too, becomes a laser beam 74 , a work laser 73 via a scanning system consisting of a first and a second scanning mirror 87 and 88 over a workpiece 72 emotional. Unlike the previous embodiment, the F-theta lens is 86 but around a telecentric lens, ie the beams, moved by the controlled tilting of the two scanning mirrors 87 and 88 , the laser beam 74 leave the F-theta lens 86 practically parallel to each other and meet at the same angle to the workpiece 72 , which significantly improves the quality of the processing. Thus, the protective glass 78 on which a part of the laser beam 74 is reflected, be formed as a plane-parallel plate to the reflected rays centrally through the aperture of the optical system back to the splitter mirror 80 and from there via the lens 81 on the focus sensor 82 Imagine there to detect any deviation of the focus position of the target position immediately and based on the in the arithmetic unit 85 stored correlation data of focal positions of the reflected beam 83 and focal positions of the beam of the laser beam 74 on the workpiece 72 To determine the correction data by means of which the focal positions on the workpiece 72 via a focusing element 84 Getting corrected. Also in this laser system 71 It is possible to use an additional focusing element 84 to do without and at least one of the scanning mirrors 87 and 88 to store movable and by means of a drive, the z. B. can be realized in the form of piezoelectric elements, so to move that the focus on the workpiece 72 is tracked according to the correction data. Of course, in this exemplary embodiment, just as in the other examples, a pilot laser for determining the focal position can be advantageously used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Laseranlagelaser system
22: Werkstückworkpiece
33: HochleisungslaserHochleisungslaser
44: Laserstrahllaser beam
55: Linselens
66: Linselens
77: Linselens
88th: Schutzglasprotective glass
99: Detektionseinheitdetection unit
1010: Teilerspiegelsplitter mirror
1111: Objektivlens
1212: Fokussensorfocus sensor
1313: Fokus des RückreflexesFocus of the back reflex
1414: Fokussierelementfocusing
1515: Recheneinheitcomputer unit
1616: Blendecover
3131: Laseranlagelaser system
3232: Werkstückworkpiece
3333: Arbeitslaserworking laser
3434: Laserstrahllaser beam
3535: Linselens
3636: Linselens
3737: Linselens
3838: Schutzglasprotective glass
3939: Detektionseinheitdetection unit
4040: Teilerspiegelsplitter mirror
4141: Objektivlens
4242: Fokussensorfocus sensor
4343: Fokus des RückreflexesFocus of the back reflex
4444: Fokussierelementfocusing
4545: Recheneinheitcomputer unit
4646: Blendecover
4747: Pilot-LaserPilot Laser
4848: Einkoppelspiegelcoupling mirror
5151: Laseranlagelaser system
5252: Werkstückworkpiece
5353: Arbeitslaserworking laser
5454: Laserstrahllaser beam
5555: Linselens
5656: Linselens
5757: Linselens
5858: Schutzglasprotective glass
6060: Teilerspiegelsplitter mirror
6161: Objektivlens
6262: Fokussensorfocus sensor
6363: Foki der rückreflektierten StrahlenbündelFocuses of the back-reflected beams
6464: Fokussierelementfocusing
6565: Recheneinheitcomputer unit
6666: F-Theta-LinseF-Theta lens
6767: Ersten ScanspiegelFirst scan mirror
6868: Zweiter ScanspiegelSecond scan mirror
7171: Laseranlagelaser system
7272: Werkstückworkpiece
7373: Arbeitslaser working laser
7474: Laserstrahl laser beam
7575: Linse lens
7676: Linse lens
7777: Linse lens
7878: Schutzglas protective glass
8080: Teilerspiegel splitter mirror
8181: Objektiv lens
8282: Fokussensor focus sensor
8383: Foki der reflektierten Strahlenbündel Foci of reflected beams
8484: Fokussierelement focusing
8585: Recheneinheit computer unit
8686: F-Theta-Linse F-Theta lens
8787: Ersten Scanspiegel First scan mirror
8888: Zweiter Scanspiegel Second scan mirror

Claims

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage eines, über optische Elemente (5, 6, 7, 8, 35, 36, 37, 38, 55, 56, 57, 58, 67, 68, 75, 76, 77, 78, 87, 88) zu einem Material (2, 32, 52, 72) geführten Laserstrahls (4, 34, 54, 74) eines leistungsstarken Lasers (3, 33, 53, 73) zur Bearbeitung des Materials (2, 32, 52, 72), mit einem Sensor (12, 42, 62, 82) zur Ermittlung der aktuellen Fokuslage des Laserstrahls (4, 34, 54, 74), einer Recheneinheit (15, 45, 65, 85) zum Durchführen eines Vergleichs der aktuellen Fokuslage mit einer, in einem Speicher abgelegten Soll-Fokuslage und zum Ableiten von Korrekturdaten aus dem Vergleich von aktueller und Soll-Fokuslage und einer Korrektureinheit (14, 44, 64, 84) mit wenigstens einem veränderbaren optischen Element zum Verändern der Fokuslage gemäß der Korrekturdaten, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12, 42, 62, 82) am Ort des Fokus eines Rückreflexes (13, 43, 63, 83) einer der Flächen eines der letzten optischen Elemente (7, 8, 37, 38, 57, 58, 77, 78) in Strahlrichtung vor dem zu. bearbeitenden Material (2, 32, 52, 72) angeordnet ist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focal position of a, via optical elements ( 5 . 6 . 7 . 8th . 35 . 36 . 37 . 38 . 55 . 56 . 57 . 58 . 67 . 68 . 75 . 76 . 77 . 78 . 87 . 88 ) to a material ( 2 . 32 . 52 . 72 ) guided laser beam ( 4 . 34 . 54 . 74 ) of a powerful laser ( 3 . 33 . 53 . 73 ) for processing the material ( 2 . 32 . 52 . 72 ), with a sensor ( 12 . 42 . 62 . 82 ) for determining the current focus position of the laser beam ( 4 . 34 . 54 . 74 ), a computing unit ( 15 . 45 . 65 . 85 ) for carrying out a comparison of the current focus position with a desired focus position stored in a memory and for deriving correction data from the comparison of the current and desired focus position and a correction unit ( 14 . 44 . 64 . 84 ) with at least one variable optical element for changing the focal position according to the correction data, characterized in that the sensor ( 12 . 42 . 62 . 82 ) at the location of the focus of a back reflex ( 13 . 43 . 63 . 83 ) one of the surfaces of one of the last optical elements ( 7 . 8th . 37 . 38 . 57 . 58 . 77 . 78 ) in the beam direction before. processing material ( 2 . 32 . 52 . 72 ) is arranged.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auskoppelelement (10, 40, 60, 80) im Strahlengang des Laserstrahls (4, 34, 54, 74) angeordnet ist, um den Fokus des Rückreflexes (13, 43, 63, 83) auf den Sensor (12, 42, 62, 82) zu lenken.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 1, characterized in that a decoupling element ( 10 . 40 . 60 . 80 ) in the beam path of the laser beam ( 4 . 34 . 54 . 74 ) is arranged to the focus of the back-reflection ( 13 . 43 . 63 . 83 ) on the sensor ( 12 . 42 . 62 . 82 ) to steer.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche die Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche eines Schutzglases (8, 38, 58, 78) ist, welches zwischen einem in Strahlrichtung letzten Licht lenkenden optischen Element (7, 37, 57, 77) und dem zu bearbeitenden Material (2, 32, 52, 72) angeordnet ist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the light entry or light exit surface of a protective glass ( 8th . 38 . 58 . 78 ), which is arranged between an optical element (FIG. 7 . 37 . 57 . 77 ) and the material to be processed ( 2 . 32 . 52 . 72 ) is arranged.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche die Lichtaustrittsfläche eines letzten Licht lenkenden optischen Elements (7, 37, 57, 77) ist, welche vor dem Material (2, 32, 52, 72) angeordnet ist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the light exit surface of a last light-directing optical element ( 7 . 37 . 57 . 77 ), which before the material ( 2 . 32 . 52 . 72 ) is arranged.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorgesehen ist, zum Hinterlegen von Korrelationsdaten zwischen dem Fokus auf dem zu bearbeitenden Material (2, 32, 52, 72) und dem Fokus des Rückreflexes (13, 43, 63, 83).Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 1 or 2, characterized in that a memory is provided for storing correlation data between the focus on the material to be processed ( 2 . 32 . 52 . 72 ) and the focus of the back reflex ( 13 . 43 . 63 . 83 ).

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (14, 44, 64, 84) als veränderbares optisches Element ein bewegliches optisches Element und eine Antriebseinheit aufweist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the correction unit ( 14 . 44 . 64 . 84 ) has a movable optical element and a drive unit as a variable optical element.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (14, 44, 64, 84) als veränderbares optisches Element ein verformbares optisches Element aufweist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the correction unit ( 14 . 44 . 64 . 84 ) has a deformable optical element as a variable optical element.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optische Elemente (55, 56, 57, 75, 76, 77) Bestandteile eines F-Theta Objektives sind.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to one of the preceding claims, characterized in that optical elements ( 55 . 56 . 57 . 75 . 76 . 77 ) Are components of an F-theta lens.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass optische Elemente (67, 68, 87, 88) Spiegel einer Scananordnung sind.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal displacement of the focus position according to claim 8, characterized in that optical elements ( 67 . 68 . 87 . 88 ) Are mirrors of a scanning arrangement.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanspiegel (67, 68, 87, 88) zur Korrektur der Fokuslage beweglich gelagert sind. Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 9, characterized in that the scanning mirrors ( 67 . 68 . 87 . 88 ) are movably mounted to correct the focus position.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Fokuslagen der zugehörigen reflektierten Strahlen für mehrere Strahlenbündel der durch die optischen Elemente (55, 56, 57, 75, 76, 77) des F-Theta Objektiv tretenden Laserstrahlen in Abhängigkeit von der Stellung der Scanspiegel (67, 68, 87, 88) als Look-up-Tabelle in dem Speicher hinterlegt sind.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 10, characterized in that the desired focal positions of the associated reflected beams for a plurality of radiation beams passing through the optical elements ( 55 . 56 . 57 . 75 . 76 . 77 ) of the F-theta lens passing laser beams as a function of the position of the scanning mirror ( 67 . 68 . 87 . 88 ) are stored as a look-up table in the memory.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (5, 6, 7, 8, 35, 36, 37, 38, 55, 56, 57, 58, 67, 68, 75, 76, 77, 78, 87, 88) so angeordnet sind, dass ein wesentlicher Anteil eines durch einen rückreflektierten Laserstrahls gebildeten Rückreflexes durch die optische Pupille des einfallenden Laserstrahls (4, 34, 54, 74) tritt.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to one of the preceding claims, characterized in that the optical elements ( 5 . 6 . 7 . 8th . 35 . 36 . 37 . 38 . 55 . 56 . 57 . 58 . 67 . 68 . 75 . 76 . 77 . 78 . 87 . 88 ) are arranged so that a substantial portion of a back reflection formed by a back-reflected laser beam through the optical pupil of the incident laser beam ( 4 . 34 . 54 . 74 ) occurs.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturlaser (47) vorgesehen ist, um den Rückreflex zu erzeugen.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to one of the preceding claims, characterized in that a correction laser ( 47 ) is provided to generate the back-reflection.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rückreflex erzeugende Fläche des optischen Elements (37, 38) auf die Reflexion der Wellenlänge des Korrekturlasers (47) optimiert ist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal displacement of the focus position according to claim 13, characterized in that the back-reflection-generating surface of the optical element ( 37 . 38 ) on the reflection of the wavelength of the correction laser ( 47 ) is optimized.

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturlaser (47) ein Pilot-Laser zum Festlegen des Ortes der Bearbeitung des Materials (2, 32, 52, 72) ist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 13 or 14, characterized in that the correction laser ( 47 ) a pilot laser for determining the location of processing of the material ( 2 . 32 . 52 . 72 ).

Vorrichtung (1, 31, 51, 71) zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche des optischen Elements (37, 38) eine Beschichtung aufweist, welche auf die Transmission der Laserstrahlung des leistungsstarken Lasers (33) und auf die Reflexion der Laserstrahlung des Korrekturlasers (47) optimiert ist.Contraption ( 1 . 31 . 51 . 71 ) for correcting the thermal displacement of the focus position according to claim 13, 14 or 15, characterized in that the reflective surface of the optical element ( 37 . 38 ) has a coating, which on the transmission of the laser radiation of the powerful laser ( 33 ) and on the reflection of the laser radiation of the correction laser ( 47 ) is optimized.

Verfahren zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage eines über optische Elemente (5, 6, 7, 8, 35, 36, 37, 38, 55, 56, 57, 58, 67, 68, 75, 76, 77, 78, 87, 88) zu einem Material (2, 32, 52, 72) geführten Laserstrahls (4, 34, 54, 74) eines leistungsstarken Lasers (3, 33, 53, 73) zur Bearbeitung des Materials, wobei der Fokus eines Rückreflexes (13, 43, 63, 83) einer der Flächen eines der letzten optischen Elemente in Strahlrichtung vor dem zu bearbeitenden Material (2, 32, 52, 72) auf einen Sensor (12, 42, 62, 82) gelenkt wird, welcher die Verschiebung der Lage dieses Fokus bestimmt, und wobei mit einer Recheneinheit (15, 45, 65, 85) anhand einer vorabgelegten Korrelation zwischen der Verschiebung der Fokuslage dieses Fokus und der Verschiebung des Fokus des Laserstrahls auf dem Material (2, 32, 52, 72) die aktuelle Fokuslage des Laserstrahls ermittelt wird, und wobei die aktuelle Fokuslage mit einer vorbestimmten Soll-Fokuslage verglichen wird und Korrekturdaten aus dem Vergleichen von aktueller und Soll-Fokuslage abgeleitet werden und mit einer Korrektureinheit (14, 44, 64, 84) wenigstens ein optisches Element verändert wird, um die Fokuslage gemäß der Korrekturdaten zu verändern.Method for correcting the thermal shift of the focal position of an optical element ( 5 . 6 . 7 . 8th . 35 . 36 . 37 . 38 . 55 . 56 . 57 . 58 . 67 . 68 . 75 . 76 . 77 . 78 . 87 . 88 ) to a material ( 2 . 32 . 52 . 72 ) guided laser beam ( 4 . 34 . 54 . 74 ) of a powerful laser ( 3 . 33 . 53 . 73 ) for processing the material, wherein the focus of a back reflection ( 13 . 43 . 63 . 83 ) one of the surfaces of one of the last optical elements in the beam direction in front of the material to be processed ( 2 . 32 . 52 . 72 ) to a sensor ( 12 . 42 . 62 . 82 ), which determines the displacement of the position of this focus, and wherein with a computing unit ( 15 . 45 . 65 . 85 ) based on an advanced correlation between the shift of the focal position of this focus and the shift of the focus of the laser beam on the material ( 2 . 32 . 52 . 72 ), the current focal position of the laser beam is determined, and wherein the current focus position is compared with a predetermined desired focus position and correction data are derived from the comparison of current and desired focus position and with a correction unit ( 14 . 44 . 64 . 84 ) at least one optical element is changed to change the focus position according to the correction data.

Verfahren zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Fokuslage laufend während der Materialbearbeitung erfolgt.Method for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 17, characterized in that the correction of the focus position is carried out continuously during the material processing.

Verfahren zur Korrektur der thermischen Verschiebung der Fokuslage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher Anteil des rückreflektierten Lichts durch die Pupille des einfallenden Laserstrahls tritt.Method for correcting the thermal shift of the focus position according to claim 17 or 18, characterized in that a substantial portion of the back-reflected light passes through the pupil of the incident laser beam.