DE102020112472A1

DE102020112472A1 - Objective for a material processing device, material processing device and method for operating a material processing device

Info

Publication number: DE102020112472A1
Application number: DE102020112472.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Franz
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objektiv (420) für eine Materialbearbeitungsvorrichtung (400). Das Objektiv (420) umfasst zumindest eine Kollimationslinse (440) zum Beeinflussen eines Strahlengangs von mittels einer Strahlungsquelle (402) auf ein Zielobjekt (410) zur Materialbearbeitung ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung (406). Das Objektiv (420) umfasst auch einen Strahlteiler (450) zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung (406) durch die zumindest eine Kollimationslinse (440) zu dem Zielobjekt (490) und zum Lenken von Beobachtungslicht (408) aus Richtung des Zielobjekts (490) von der zumindest einen Kollimationslinse (440) zu einer Prozessbeobachtungseinrichtung (410) aufweist. Der Strahlteiler (450) ist auf einer der Strahlungsquelle (402) zugewandten Seite der zumindest einen Kollimationslinse (440) angeordnet.The invention relates to an objective (420) for a material processing device (400). The objective (420) comprises at least one collimation lens (440) for influencing a beam path of electromagnetic radiation (406) emitted by means of a radiation source (402) onto a target object (410) for material processing. The objective (420) also comprises a beam splitter (450) for directing the electromagnetic radiation (406) through the at least one collimation lens (440) to the target object (490) and for directing observation light (408) from the direction of the target object (490) from which has at least one collimation lens (440) for a process observation device (410). The beam splitter (450) is arranged on a side of the at least one collimation lens (440) facing the radiation source (402).

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für eine Materialbearbeitungsvorrichtung, eine Materialbearbeitungsvorrichtung mit dem Objektiv sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Materialbearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Lasermaterialbearbeitung.The invention relates to an objective for a material processing device, a material processing device with the objective and a method for operating a material processing device, in particular for laser material processing.

Herkömmliche Systeme zur Materialbearbeitung insbesondere mittels Laser können unter anderem einen Kollimator und einen Scanner aufweisen. Hierbei kann ein Strahlteiler in einem kollimierten Strahl angeordnet sein. Beispielsweise weist gemäß der DE 102009050784 A1 eine Kamera ein eigenes Objektiv auf und steht ein Strahlteiler im kollimierten Strahl. Auch in der DE 19852302 A1 ist gezeigt, dass der Strahlteiler zwischen Bearbeitungsfläche und Strahlquelle im kollimierten Strahl steht. Ferner steht auch gemäß der DE 10222786 A1 der Strahlteiler im kollimierten Strahl steht, wobei Laser und Kamera jeweils einen eigenen Kollimator bzw. ein eigenes Objektiv aufweisen.Conventional systems for material processing, in particular by means of lasers, can have, inter alia, a collimator and a scanner. Here, a beam splitter can be arranged in a collimated beam. For example, according to the DE 102009050784 A1 a camera has its own lens and there is a beam splitter in the collimated beam. Also in the DE 19852302 A1 it is shown that the beam splitter is located between the processing surface and the beam source in the collimated beam. Furthermore, according to the DE 10222786 A1 the beam splitter is in the collimated beam, the laser and camera each having their own collimator or lens.

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Objektiv für eine Materialbearbeitungsvorrichtung, eine Materialbearbeitungsvorrichtung, eine Verwendung des Objektivs in einer Materialbearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.Against this background, with the approach presented here, an objective for a material processing device, a material processing device, a use of the objective in a material processing device and a method for operating a material processing device according to the main claims are presented. Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the following subclaims.

Gemäß Ausführungsformen kann insbesondere ein Objektiv zur Materialbearbeitung, beispielsweise ein Objektiv zur Lasermaterialbearbeitung, bereitgestellt werden, bei dem die Funktion der Strahlkollimation mit der Funktion der Prozessbeobachtung beispielsweise mittels einer Kamera kombiniert ist. Hierbei kann der Strahlteiler für beide Strahlwege vor einer Linse stehen, welche den Strahl kollimiert und die einen maßgeblichen Anteil der Brechkraft des Kamerastrahlenganges hat. Somit können gemäß Ausführungsformen eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung und eine Prozessbeobachtungseinrichtung, beispielsweise ein Faserende einer mit der Strahlungsquelle verbundenen optischen Faser und eine Kamera, auf einer Seite zumindest einer gemeinsamen Kollimationslinse angeordnet sein. Das Objektiv kann insbesondere als ein Laserkollimator mit Kameraausgang fungieren.According to embodiments, in particular an objective for material processing, for example an objective for laser material processing, can be provided in which the function of beam collimation is combined with the function of process observation, for example by means of a camera. The beam splitter for both beam paths can stand in front of a lens which collimates the beam and which has a significant share of the refractive power of the camera beam path. Thus, according to embodiments, a radiation source for electromagnetic radiation and a process monitoring device, for example a fiber end of an optical fiber connected to the radiation source and a camera, can be arranged on one side of at least one common collimation lens. In particular, the lens can function as a laser collimator with a camera output.

Es gibt eine Vielzahl von Materialbearbeitungsverfahren und -systemen mit Lasern oder anderer elektromagnetischer Strahlung. Zur Prozesskontrolle können beispielsweise Kammerabbildungen der Bearbeitungsstelle herangezogen werden. Herkömmliche optische Systeme zur sogenannten inline-Beobachtung der Bearbeitungsstelle trennen den Kamerakanal vom Laserkanal in einem Teil des Strahlenganges, in dem die Strahlen kollimiert sind. Ist der Strahlteiler näher an der Strahlungsquelle angeordnet, können beispielsweise Verbesserungen erzielt werden, wie stabilere Lagebeziehung zwischen beiden Kanälen, d.h. Kamerakanal und Laserkanal, weniger Vignettierung bzw. größeres Bildfeld, kleinerer Bauraumbedarf, gemeinsame Wirkung von Fokussierung bzw. Maßstabsänderung in beiden Kanälen aus einem Aktorelement sowie Kostenreduktion.There are a variety of material processing methods and systems using lasers or other electromagnetic radiation. For process control, for example, chamber images of the processing point can be used. Conventional optical systems for so-called inline observation of the processing point separate the camera channel from the laser channel in a part of the beam path in which the beams are collimated. If the beam splitter is arranged closer to the radiation source, improvements can be achieved, for example, such as a more stable positional relationship between the two channels, i.e. camera channel and laser channel, less vignetting or larger image field, smaller installation space requirement, joint effect of focusing or change of scale in both channels from one actuator element as well as cost reduction.

Ein solches optisches System mit vorverlegtem bzw. in Richtung der Strahlungsquelle vorverlegten Strahlteiler kann eine einfache, kostengünstige und Platz sparende Realisierung eines Kamerakanals insbesondere für Lasermaterialbearbeitungsoptiken ermöglichen. So kann beispielsweise ein minimaler Abstand zwischen Abbildungsoptik und Scanner erreicht werden, was eine Vignettierung in der Abbildung verringert, sodass das Bildfeld groß gewählt werden kann. Auf diese Weise kann insbesondere ein Durchsatz im Bildkanal erhöht werden, was zu einer kürzeren Einmesszeit und so zu einem höheren Teiledurchsatz der Anlage führen kann. Der Strahlweg bzw. optische Weg von Laser und Kamera kann gemäß Ausführungsformen zu einem maximalen Teil gemeinsam verlaufen. Ein sogenannter nicht-common-path-Anteil des Strahlweges kann somit verringert werden. Dadurch kann beides Weise ein Einfluss von Verformungen, Wärmedriften und Dejustierungen auf einen Overlay-Fehler zwischen beiden Kanälen reduziert werden. Eine Langzeitstabilität einer optischen Funktion des Objektivs kann verbessert werden, wodurch eine Zuverlässigkeit der Anlage beim Kunden verbessert werden kann. Ferner können insbesondere ein benötigter Bauraum sowie ein Materialbedarf für die Anlage bzw. Materialbearbeitungsvorrichtung verringert werden, sodass dieser Anlagenteil leichter gemacht werden kann. Eine gemeinsame Nutzung eines Kollimators bzw. zumindest einer Kollimationslinse für beide Strahlwege kann bei vereinfachter Anwendung Kosten für den Kamerakanal stabil halten. Bei Anwendungen, in denen Aktoren zur Kollimation und/oder zur Änderung der Brennweite verwendet werden, können diese auf beide Kanäle wirken und brauchen nicht dupliziert zu werden, was einen Kostenvorteil ergibt.Such an optical system with a beam splitter which is moved forward or in the direction of the radiation source can enable a simple, inexpensive and space-saving implementation of a camera channel, in particular for laser material processing optics. For example, a minimal distance between imaging optics and scanner can be achieved, which reduces vignetting in the image so that the image field can be selected to be large. In this way, in particular, a throughput in the image channel can be increased, which can lead to a shorter measurement time and thus to a higher throughput of parts in the system. According to embodiments, the beam path or optical path of the laser and camera can run together to a maximum extent. A so-called non-common-path component of the beam path can thus be reduced. As a result, the influence of deformations, thermal drifts and misalignments on an overlay error between the two channels can be reduced in both ways. Long-term stability of an optical function of the lens can be improved, as a result of which the reliability of the system at the customer can be improved. Furthermore, in particular a required installation space and a material requirement for the system or material processing device can be reduced, so that this system part can be made lighter. A common use of a collimator or at least one collimation lens for both beam paths can keep costs for the camera channel stable with a simplified application. In applications in which actuators are used for collimation and / or for changing the focal length, these can act on both channels and do not need to be duplicated, which results in a cost advantage.

Es wird ein Objektiv für eine Materialbearbeitungsvorrichtung vorgestellt, wobei das Objektiv zumindest eine Kollimationslinse zum Beeinflussen eines Strahlengangs von mittels einer Strahlungsquelle auf ein Zielobjekt zur Materialbearbeitung ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung und einen Strahlteiler zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung durch die zumindest eine Kollimationslinse zu dem Zielobjekt und zum Lenken von Beobachtungslicht aus Richtung des Zielobjekts von der zumindest einen Kollimationslinse zu einer Prozessbeobachtungseinrichtung aufweist, wobei der Strahlteiler auf einer der Strahlungsquelle zugewandten Seite der zumindest einen Kollimationslinse angeordnet ist.An objective for a material processing device is presented, the objective having at least one collimation lens for influencing a beam path of electromagnetic radiation emitted by means of a radiation source onto a target object for material processing and a beam splitter for directing the electromagnetic radiation through the at least one collimation lens to the target object and for steering of observation light from the direction of the target object from the has at least one collimation lens for a process observation device, the beam splitter being arranged on a side of the at least one collimation lens facing the radiation source.

Unter einer elektromagnetischen Strahlung kann beispielsweise eine Lichtstrahlung verstanden werden, die beispielsweise durch eine Lichtquelle oder eine Laserquelle als Strahlungsquelle ausgesandt wird. Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich um Laserlicht handeln. Bei dem Zielobjekt kann es sich ein mittels der Materialbearbeitungsvorrichtung zu bearbeitendes Werkstück handeln. Die Materialbearbeitungsvorrichtung kann ausgebildet sein, um das Zielobjekt mittels der elektromagnetischen Strahlung zu bearbeiten oder anders ausgedrückt eine Materialbearbeitung an dem Zielobjekt mittels der elektromagnetischen Strahlung durchzuführen. Bei der Materialbearbeitung kann es sich beispielsweise um Laserschweißen, Laserschneiden oder Laserablation handeln. Das Beobachtungslicht kann elektromagnetische Strahlung im für die Prozessbeobachtungseinrichtung und zusätzlich oder alternativ für das menschliche Auge sichtbaren Spektrum sein. Die Prozessbeobachtungseinrichtung kann als eine Kamera oder ein ähnlicher Sensor ausgeführt sein. Das Objektiv kann zusätzlich mindestens eine weitere Einrichtung zur optischen Abbildung bzw. optische Abbildungseinrichtung aufweisen. Hierbei kann die zumindest eine Kollimationslinse zwischen der mindestens einen weiteren Abbildungseinrichtung und dem Strahlteiler angeordnet sein.Electromagnetic radiation can be understood to mean, for example, light radiation that is emitted, for example, by a light source or a laser source as the radiation source. The electromagnetic radiation can be laser light. The target object can be a workpiece to be processed by means of the material processing device. The material processing device can be designed to process the target object by means of the electromagnetic radiation or, in other words, to perform material processing on the target object by means of the electromagnetic radiation. The material processing can be, for example, laser welding, laser cutting or laser ablation. The observation light can be electromagnetic radiation in the spectrum visible to the process observation device and additionally or alternatively to the human eye. The process monitoring device can be designed as a camera or a similar sensor. The objective can additionally have at least one further device for optical imaging or optical imaging device. Here, the at least one collimation lens can be arranged between the at least one further imaging device and the beam splitter.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Objektiv für die elektromagnetische Strahlung und für das Beobachtungslicht zwischen dem Strahlteiler und dem Zielobjekt einen gemeinsamen optischen Weg aufweisen. Anders ausgedrückt können ein Bearbeitungskanal oder Laserkanal und ein Beobachtungskanal oder Kamerakanal zwischen dem Strahlteiler und dem Zielobjekt gemeinsam verlaufen. Auf diese Weise kann eine Materialbearbeitung mit hohem Durchsatz mittels eines kostengünstigen und gegenüber Verformungen, Wärmedriften und Dejustierungen robuste und Objektivs erreicht werden.According to one embodiment, the objective for the electromagnetic radiation and for the observation light can have a common optical path between the beam splitter and the target object. In other words, a processing channel or laser channel and an observation channel or camera channel can run jointly between the beam splitter and the target object. In this way, material processing with high throughput can be achieved by means of an inexpensive lens that is robust with regard to deformations, thermal drifts and misalignments.

Auch können die zumindest eine Kollimationslinse und der Strahlteiler als Teile eines Kollimators ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die Anordnung des Strahlteilers im Kollimator das Objektiv platzsparend und für exakte Abbildung ausgeführt werden kann.The at least one collimation lens and the beam splitter can also be designed as parts of a collimator. Such an embodiment offers the advantage that, by arranging the beam splitter in the collimator, the objective can be designed in a space-saving manner and for exact imaging.

Ferner kann das Objektiv eine feldnahe Linse aufweisen, insbesondere eine Plankonkavlinse oder eine Meniskuslinse. Auf diese Weise können eine aufgrund der zumindest einen Kollimationslinse vorteilhafte Bildfeldebnung und Feldkomakorrektur auf einfache Weise erreicht werden.Furthermore, the objective can have a lens close to the field, in particular a plano-concave lens or a meniscus lens. In this way, image field flattening and field coma correction which are advantageous due to the at least one collimation lens can be achieved in a simple manner.

Zudem kann die zumindest eine Kollimationslinse eine Linse mit variabler Brechkraft aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die zumindest eine Kollimationslinse entlang der optischen Achse verschiebbar angeordnet sein. Dadurch kann eine Divergenz des kollimierten Strahlengangs der elektromagnetischen Strahlung verändert werden. Durch eine solche Dekollimation kann eine einfache und zuverlässige Verschiebung des Fokus erreicht werden.In addition, the at least one collimation lens can have a lens with variable refractive power. Additionally or alternatively, the at least one collimation lens can be arranged displaceably along the optical axis. As a result, a divergence of the collimated beam path of the electromagnetic radiation can be changed. A simple and reliable shift of the focus can be achieved by such a decollimation.

Auch kann das Objektiv eine Mehrzahl von Kollimationslinsen aufweisen. Hierbei kann eine erste Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe als eine Sammellinse ausgeführt sein und kann eine zweite Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe als eine Zerstreuungslinse ausgeführt sein. Dabei kann insbesondere ein Abstand zwischen der ersten Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe und der zweiten Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe variabel einstellbar sein. Auf diese Weise kann ebenfalls eine einfache und genaue Fokussierung erzielt werden. Da diese Brechkraftänderung gleichzeitig auf beide Kanäle wirken kann, lässt sich ein konstantes Verhältnis zwischen Laserspotgröße und Kamerapixelgröße auf dem Werkstück bzw. Zielobjekt realisieren. Es kann also eine Kombination aus zwei Sammellinsen oder Sammellinsengruppen vorgesehen sein.The objective can also have a plurality of collimation lenses. Here, a first collimation lens or collimation lens group can be designed as a converging lens and a second collimation lens or collimation lens group can be designed as a diverging lens. In particular, a distance between the first collimation lens or collimation lens group and the second collimation lens or collimation lens group can be variably adjustable. Simple and precise focusing can also be achieved in this way. Since this change in refractive power can act simultaneously on both channels, a constant ratio between the size of the laser spot and the size of the camera pixel can be achieved on the workpiece or target object. A combination of two converging lenses or groups of converging lenses can therefore be provided.

Gemäß einer Ausführungsform können zwischen einer Strahlteilerplatte des Strahlteilers und dem Zielobjekt eine Mehrzahl von Planplatten im transmittierten Kanal angeordnet sein, die unter Neigungswinkeln mit dem gleichen oder ähnlichen Winkelbetrag schräg zum Strahlengang angeordnet sein können. Hierbei können die Neigungswinkel in unterschiedlichen Ebenen liegen und zusätzlich oder alternativ voneinander verschiedene Vorzeichen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können dabei die Planplatten von gleicher Dicke wie die Strahlteilerplatte sein. Zusätzlich oder alternativ können die Planplatten und/oder die Strahlteilerplatte aus einem gemeinsamen Substrat gefertigt und mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen sein. Zusätzlich oder alternativ können die Planplatten und/oder die Strahlteilerplatte aus unterschiedlichen Substraten gefertigt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein durch den Strahlteiler eingebrachter Fehler einfach und sicher korrigiert werden kann.According to one embodiment, a plurality of plane plates can be arranged in the transmitted channel between a beam splitter plate of the beam splitter and the target object, which plane plates can be arranged obliquely to the beam path at angles of inclination with the same or a similar angular amount. Here, the angles of inclination can lie in different planes and additionally or alternatively have different signs from one another. Additionally or alternatively, the plane plates can be of the same thickness as the beam splitter plate. Additionally or alternatively, the plane plates and / or the beam splitter plate can be manufactured from a common substrate and provided with different coatings. Additionally or alternatively, the plane plates and / or the beam splitter plate can be made from different substrates. Such an embodiment offers the advantage that an error introduced by the beam splitter can be corrected simply and reliably.

Insbesondere kann der Strahlteiler eine Strahlteilerplatte und drei Planplatten aufweisen. Alternativ kann der Strahlteiler eine Strahlteilerplatte, eine Planplatte und ein optisches Brechungselement aufweisen. Hierbei kann das Brechungselement eine Zylinderlinse oder ein computergeneriertes Hologramm aufweisen. Unter einem Brechungselement oder Brechelement kann ein optisches Element verstanden werden, welches die Strahlen einer elektromagnetischen Strahlung bricht. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Korrektion eines durch den Strahlteiler eingebrachten Fehlers erzielt werden kann.In particular, the beam splitter can have a beam splitter plate and three plane plates. Alternatively, the beam splitter can have a beam splitter plate, a plane plate and an optical refractive element. Here, the refractive element can have a cylindrical lens or a computer-generated hologram. A refractive element or refractive element can be understood to mean an optical element which refracts the rays of electromagnetic radiation. Such Embodiment offers the advantage that a reliable correction of an error introduced by the beam splitter can be achieved.

Auch kann zumindest eine der Planplatten im Kamerakanal als Strahlteilerplatte verwendet werden, die ausgebildet ist, um Licht in Richtung Zielobjekt oder Prozessbeobachtungseinrichtung auszusenden oder zu empfangen.At least one of the plane plates in the camera channel can also be used as a beam splitter plate, which is designed to transmit or receive light in the direction of the target object or process monitoring device.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Strahlteiler einen Strahlteilerwürfel oder eine Prismenkombination aufweisen. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Korrektion eines durch den Strahlteiler verursachten Fehlers erreicht werden.According to another embodiment, the beam splitter can have a beam splitter cube or a combination of prisms. In this way, a particularly simple correction of an error caused by the beam splitter can be achieved.

Weiterhin ist es auch möglich, die Kanäle zu tauschen: Kamerakanal in Reflektion und Laserkanal in Transmission. Die optische Korrektion der Teilerplattenfehler kann im Transmissionskanal bleiben.It is also possible to swap the channels: camera channel in reflection and laser channel in transmission. The optical correction of the splitter plate errors can remain in the transmission channel.

Ferner kann das Objektiv abhängig von dem Beobachtungslicht und zusätzlich oder alternativ abhängig von der Prozessbeobachtungseinrichtung farbkorrigierte Optiken aufweist. Eine Farbkorrektur der Optiken hierbei an das verwendete Beobachtungslicht und zusätzlich oder alternativ an die verwendete Prozessbeobachtungseinrichtung angepasst sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Farbfehler minimiert werden kann.Furthermore, the objective can have color-corrected optics depending on the observation light and additionally or alternatively depending on the process observation device. A color correction of the optics can be adapted to the observation light used and additionally or alternatively to the process observation device used. Such an embodiment offers the advantage that a color error can be minimized.

Es wird auch eine Materialbearbeitungsvorrichtung vorgestellt, die folgende Merkmale aufweist:

eine Ausführungsform des vorstehend genannten Objektivs; und
die Strahlungsquelle zum Ausstrahlen der elektromagnetischen Strahlung in das Objektiv.

A material processing device is also presented which has the following features:

an embodiment of the above lens; and
the radiation source for emitting the electromagnetic radiation into the lens.

In Verbindung mit der Materialbearbeitungsvorrichtung kann eine Ausführungsform des vorstehend genannten Objektivs vorteilhaft eingesetzt oder verwendet werden, um die elektromagnetische Strahlung auf ein Zielobjekt bzw. Werkstück zu richten und das Beobachtungslicht zu der Prozessbeobachtungseinrichtung zu lenken.In connection with the material processing device, an embodiment of the above-mentioned objective can advantageously be used or used in order to direct the electromagnetic radiation onto a target object or workpiece and to direct the observation light to the process observation device.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Materialbearbeitungsvorrichtung die Prozessbeobachtungseinrichtung aufweisen. So kann eine Komplettlösung mit aufeinander abgestimmten Komponenten zur Materialbearbeitung angeboten werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Materialbearbeitungsvorrichtung ein Farbfilter zwischen dem Strahlteiler und der Prozessbeobachtungseinrichtung aufweisen. Auf diese Weise kann ein Farbfehler auf besonders einfache Weise korrigiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Materialbearbeitungsvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zum Einkoppeln des Beobachtungslichts in das Objektiv aufweisen. So kann auf einfache Weise eine sogenannte inline-Beleuchtung realisiert werden. Hierbei kann die Strahlungsquelle zusätzlich oder alternativ ausgebildet sein, um schmalbandige elektromagnetische Strahlung auszustrahlen. Auch auf diese Weise kann ein Farbfehler zuverlässig korrigiert werden.According to one embodiment, the material processing device can have the process monitoring device. A complete solution with coordinated components for material processing can be offered. Additionally or alternatively, the material processing device can have a color filter between the beam splitter and the process monitoring device. In this way, a color error can be corrected in a particularly simple manner. Additionally or alternatively, the material processing device can have an illumination device for coupling the observation light into the objective. In this way, so-called inline lighting can be implemented in a simple manner. In this case, the radiation source can additionally or alternatively be designed to emit narrow-band electromagnetic radiation. In this way, too, a color error can be corrected reliably.

Ferner kann die Materialbearbeitungsvorrichtung zumindest eine Analyseeinrichtung zum Analysieren der auf das Zielobjekt gerichteten elektromagnetischen Strahlung und zusätzlich oder alternativ zumindest einen Fokussensor und zusätzlich oder alternativ zumindest einen Prozessanalysesensor aufweisen. So kann eine genau überwachte und präzise Materialbearbeitung erreicht werden.Furthermore, the material processing device can have at least one analysis device for analyzing the electromagnetic radiation directed onto the target object and additionally or alternatively at least one focus sensor and additionally or alternatively at least one process analysis sensor. In this way, precisely monitored and precise material processing can be achieved.

Es wird ferner eine Verwendung einer Ausführungsform des vorstehend genannten Objektivs in einer Materialbearbeitungsvorrichtung vorgestellt. Das Objektiv kann insbesondere als ein Lasermaterialbearbeitungsobjektiv für eine Maschine zur Lasermaterialbearbeitung verwendet werden.A use of an embodiment of the above-mentioned objective in a material processing device is also presented. The objective can in particular be used as a laser material processing objective for a machine for laser material processing.

Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform der vorstehend genannten Materialbearbeitungsvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Ausstrahlen der elektromagnetischen Strahlung in das Objektiv; und
Erfassen des Beobachtungslichts aus dem Objektiv zum Durchführen einer Prozessbeobachtung.

A method for operating an embodiment of the aforementioned material processing device is also presented, the method comprising the following steps:

Emitting the electromagnetic radiation into the lens; and
Acquiring the observation light from the lens to carry out process observation.

Besonders günstig können Varianten dieses Verfahrens beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.Variants of this method can be implemented particularly favorably, for example in software or hardware, or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.

Auch schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. The object on which the invention is based can also be achieved quickly and efficiently by means of this embodiment variant of the invention in the form of a control device.

Auch wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Computerprogramm vorgestellt, das auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium gespeichert sein kann. Das Programm kann zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.With the approach presented here, a computer program is also presented that can be stored on a machine-readable carrier or storage medium. The program can be used to carry out and / or control the steps of the method according to one of the embodiments described above when the program product or program is executed on a computer or a device.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung;
3 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung eines Teils eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kollimators eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Teilschnittdarstellung des Teils des Kollimators aus 6;
8 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kollimators eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kollimators eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine teilweise auseinandergezogene, schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungs-vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungs-vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel.

An embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and is described in more detail below. It shows

1 a schematic representation of a material processing device;
2 a schematic representation of a material processing device;
3 a schematic partial sectional view of a material processing device;
4th a schematic representation of a material processing device according to an embodiment;
5 a schematic representation of part of an objective for a material processing device according to an embodiment;
6th a schematic representation of part of a collimator of an objective for a material processing device according to an embodiment;
7th a schematic partial sectional view of the part of the collimator 6th ;
8th a schematic representation of part of a collimator of an objective for a material processing device according to an embodiment;
9 a schematic representation of part of a collimator of an objective for a material processing device according to an embodiment;
10 a partially exploded, schematic partial sectional view of a material processing device according to an embodiment;
11 a schematic partial sectional view of a material processing device according to an embodiment;
12th a schematic partial sectional view of a material processing device according to an embodiment; and
13th a flowchart of a method for operation according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of advantageous exemplary embodiments of the present invention, identical or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, a repeated description of these elements being dispensed with.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 100. Genauer gesagt ist ein Fluss von Laserstrahlung bei einem Freistrahllaser in der Materialbearbeitungsvorrichtung 100 gezeigt. Die Laserstrahlung verläuft von einer Quelle 102 durch einen Strahlaufweiter 104, einen Strahlteiler 106, einen optionalen Scanner 108 und ein Objektiv 110 zu einem Werkstück 120. Licht von dem Werkstück 120 läuft rückwärts durch das System, d.h. vom Werkstück 120 durch das Objektiv 110, den optionalen Scanner 108 und den Strahlteiler 106 zu einer Kamera 115. 1 shows a schematic representation of a material processing device 100 . More precisely, a flow of laser radiation in the case of a free-beam laser is in the material processing device 100 shown. The laser radiation emanates from a source 102 through a beam expander 104 , a beam splitter 106 , an optional scanner 108 and a lens 110 to a workpiece 120 . Light from the workpiece 120 runs backwards through the system, ie from the workpiece 120 through the lens 110 , the optional scanner 108 and the beam splitter 106 to a camera 115 .

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 200. hierbei ist ein Fluss von Laserstrahlung mit Faserkopplung in der Materialbearbeitungsvorrichtung 200 gezeigt. Die Laserstrahlung verläuft von einer Quelle 202 durch eine Faser 203, einen Kollimator 204 und optional einen Strahlaufweiter, einen Strahlteiler 206, einen optionalen Scanner 208 und ein Objektiv 210 zu einem Werkstück 220 Licht von dem Werkstück 220 läuft rückwärts durch das System, d.h. vom Werkstück 220 durch das Objektiv 210, den optionalen Scanner 208 und den Strahlteiler 206 zu einer Kamera 215. Ein Kamerabild entsteht auf dieselbe Weise wie bei Strahlengängen für freistrahl-gekoppelte Laser, wie in 1 gezeigt. 2 shows a schematic representation of a material processing device 200 . here is a flow of laser radiation with fiber coupling in the material processing device 200 shown. The laser radiation emanates from a source 202 through a fiber 203 , a collimator 204 and optionally a beam expander, a beam splitter 206 , an optional scanner 208 and a lens 210 to a workpiece 220 Light from the workpiece 220 runs backwards through the system, ie from the workpiece 220 through the lens 210 , the optional scanner 208 and the beam splitter 206 to a camera 215 . A camera image is created in the same way as with beam paths for free-beam coupled lasers, as in 1 shown.

3 zeigt eine Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 300. Die in 3 dargestellte Materialbearbeitungsvorrichtung 300 entspricht oder ähnelt der Materialbearbeitungsvorrichtung aus 1 oder 2. Zur Veranschaulichung ist in 3 lediglich ein Strahlteiler 306 der Materialbearbeitungsvorrichtung 300 explizit bezeichnet. Bei Kamerastrahlengängen in herkömmlichen Lasermaterialbearbeitungssystemen wie der Materialbearbeitungsvorrichtung 300 kann beispielsweise ein Abstand zwischen der Stelle mit der kleinsten geometrischen Öffnung und der Pupille des Kameraobjektivs zu einer Vignettierung führen, die ein für die Kamera sichtbares Feld limitieren kann. 3 shows a partial sectional view of a material processing device 300 . In the 3 illustrated material processing device 300 corresponds or resembles the material processing device 1 or 2 . To illustrate this, in 3 just a beam splitter 306 the material processing device 300 explicitly designated. With camera beam paths in conventional laser material processing systems such as the material processing device 300 For example, a distance between the point with the smallest geometric opening and the pupil of the camera lens can lead to vignetting, which can limit a field visible to the camera.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 ist ausgebildet, um ein Zielobjekt 490 bzw. Werkstück zu bearbeiten, gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mittels Laserstrahlung. Die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 umfasst eine Strahlungsquelle 402 zum Ausstrahlen von elektromagnetischer Strahlung 406, hier Laserstrahlung, und ein Objektiv 420. Die Strahlungsquelle 402 ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die elektromagnetische Strahlung 406 über eine optische Faser 404 bzw. einen Lichtleiter 404 in das Objektiv 420 auszustrahlen. Anders ausgedrückt ist die optische Faser 404 ausgebildet, um die die elektromagnetische Strahlung 406 von der Strahlungsquelle 402 in das Objektiv 420 einzukoppeln. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 ferner eine Prozessbeobachtungseinrichtung 410. Die Prozessbeobachtungseinrichtung 410 ist beispielsweise als eine Kamera ausgeführt. 4th shows a schematic representation of a material processing device 400 according to an embodiment. The material processing device 400 is trained to be a target object 490 or to process the workpiece, according to the embodiment shown here by means of laser radiation. The material processing device 400 includes a radiation source 402 for emitting electromagnetic radiation 406 , here laser radiation, and a lens 420 . The radiation source 402 is designed according to the embodiment shown here to the electromagnetic radiation 406 via an optical fiber 404 or a light guide 404 into the lens 420 to broadcast. In other words, is the optical fiber 404 designed to control the electromagnetic radiation 406 from the radiation source 402 into the lens 420 to couple. According to the embodiment shown here, includes Material processing device 400 also a process monitoring device 410 . The process monitoring facility 410 is designed, for example, as a camera.

Das Objektiv 420 umfasst zumindest eine Kollimationslinse 440 oder Kollimationslinsengruppe zum Beeinflussen eines Strahlengangs der mittels der Strahlungsquelle 402 auf das Zielobjekt 490 zur Materialbearbeitung ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung 406. Ferner umfasst das Objektiv 420 einen Strahlteiler 450 zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung 406 durch die zumindest eine Kollimationslinse 440 zu dem Zielobjekt 490 und zum Lenken von Beobachtungslicht 408 aus Richtung des Zielobjekts 490 von der zumindest einen Kollimationslinse 440 zu der Prozessbeobachtungseinrichtung 410. Der Strahlteiler 450 ist auf einer der Strahlungsquelle 402 zugewandten Seite der zumindest einen Kollimationslinse 440 angeordnet.The objective 420 comprises at least one collimation lens 440 or a collimation lens group for influencing a beam path by means of the radiation source 402 on the target object 490 Electromagnetic radiation emitted for material processing 406 . The lens also includes 420 a beam splitter 450 to direct the electromagnetic radiation 406 through the at least one collimation lens 440 to the target object 490 and for directing observation light 408 from the direction of the target object 490 of the at least one collimating lens 440 to the process monitoring facility 410 . The beam splitter 450 is on one of the radiation source 402 facing side of the at least one collimation lens 440 arranged.

Somit weist das Objektiv 420 für die elektromagnetische Strahlung 406 und für das Beobachtungslicht 408 einen gemeinsamen optischen Weg zwischen dem Strahlteiler 450 und dem Zielobjekt 490 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zumindest eine Kollimationslinse 440 und der Strahlteiler 450 als Teile eines Kollimators 430 ausgeführt. Anders ausgedrückt umfasst das Objektiv 420 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel den Kollimator 430, der die zumindest eine Kollimationslinse 440 und den Strahlteiler 450 aufweist.Thus, the lens has 420 for electromagnetic radiation 406 and for the observation light 408 a common optical path between the beamsplitter 450 and the target object 490 on. According to the exemplary embodiment shown here, the at least one collimation lens 440 and the beam splitter 450 as parts of a collimator 430 executed. In other words, the lens includes 420 according to the embodiment shown here, the collimator 430 that has at least one collimation lens 440 and the beam splitter 450 having.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die zumindest eine Kollimationslinse 440 eine Linse mit variabler Brechkraft. Zusätzlich oder alternativ ist die zumindest eine Kollimationslinse 440 entlang der optischen Achse verschiebbar angeordnet. Somit kann ein System mit Fokus-Freiheitsgrad realisiert werden. Die die zumindest eine Kollimationslinse 440 bzw. Kollimatorlinse kann manuell oder mit einem Antrieb in der Z-Achse bewegt werden. Dadurch kann eine Divergenz des kollimierten Strahles verändert werden. Eine solche Dekollimation bewirkt im Lasersystem eine Verschiebung des Fokus in Z. Die Verschiebung der Kollimationslinse 440 kann somit zur Fokussierung bei Bearbeitungsaufgaben mit wechselndem Arbeitsabstand oder zur Fokussierung auf Werkstücke bzw. Zielobjekte 490 mit wechselnden Höhenprofil verwendet werden. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn eine Kollimationslinse 440 mit variabler Brechkraft verwendet wird, wie beispielsweise eine elektronisch fokussierbare Linse.According to one embodiment, the at least one collimation lens comprises 440 a lens with variable refractive power. Additionally or alternatively, there is at least one collimation lens 440 arranged displaceably along the optical axis. Thus, a system with a focus degree of freedom can be realized. The at least one collimation lens 440 or collimator lens can be moved manually or with a drive in the Z-axis. As a result, a divergence of the collimated beam can be changed. Such a decollimation causes a shift of the focus in Z in the laser system. The shift of the collimation lens 440 can thus be used to focus on machining tasks with changing working distances or to focus on workpieces or target objects 490 can be used with changing elevation profiles. The same effect is achieved when using a collimating lens 440 with variable refractive power is used, such as an electronically focusable lens.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Objektiv 420 eine Mehrzahl von Kollimationslinsen 440. Dabei ist eine erste Kollimationslinse als eine Sammellinse ausgeführt und ist eine zweite Kollimationslinse als eine Zerstreuungslinse ausgeführt. Ein Abstand zwischen der ersten Kollimationslinse und der zweiten Kollimationslinse ist hierbei insbesondere variabel einstellbar. Es kann somit ein System mit Maßstabs-Freiheitsgrad realisiert werden, indem der Kollimator 430 als mehrlinsiges System ausgeführt wird. Durch Kombination von beispielsweise einer sammelnden und einer streuenden Linse kann durch Änderung des Abstandes zwischen denselben deren resultierende Brechkraft geändert werden. Werden Positionen solcher Linsen entsprechend eingestellt, kann man einen kollimierten Strahl erzeugen, der stets kollimiert bleibt. Da eine solche Brechkraftänderung gleichzeitig auf beide Kanäle wirkt, bleibt das Verhältnis zwischen Laserspotgröße und Kamerapixelgröße auf dem Zielobjekt 490 konstant.According to one embodiment, the lens comprises 420 a plurality of collimating lenses 440 . A first collimation lens is designed as a converging lens and a second collimation lens is designed as a diverging lens. A distance between the first collimation lens and the second collimation lens can in particular be set variably. A system with a degree of freedom of scale can thus be implemented by using the collimator 430 is executed as a multi-lens system. By combining, for example, a converging lens and a scattering lens, the resulting refractive power of the lens can be changed by changing the distance between them. If the positions of such lenses are adjusted accordingly, a collimated beam can be generated that always remains collimated. Since such a change in refractive power acts simultaneously on both channels, the ratio between the size of the laser spot and the size of the camera pixel remains on the target object 490 constant.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Objektiv 420 ferner einen Scanner 460 bzw. ein Scanner-Objektiv 460 und eine optische Abbildungseinrichtung 470, beispielsweise ein weiteres Objektiv. Der Scanner 460 ist hierbei zwischen dem Kollimator 430, genauer gesagt der zumindest einen Kollimationslinse 440, und der Abbildungseinrichtung 470 angeordnet. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Scanner 460 auch weggelassen sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 zumindest eine Analyseeinrichtung zum Analysieren der auf das Zielobjekt 490 gerichteten elektromagnetischen Strahlung 406 und/oder durch zumindest einen Fokussensor und/oder durch zumindest einen Prozessanalysesensor umfassen.According to one embodiment, the lens comprises 420 also a scanner 460 or a scanner lens 460 and an optical imaging device 470 , for example another lens. The scanner 460 is here between the collimator 430 , more precisely the at least one collimation lens 440 , and the imaging device 470 arranged. According to another exemplary embodiment, the scanner can 460 also be omitted. According to a further exemplary embodiment, the material processing device 400 at least one analysis device for analyzing the data on the target object 490 directed electromagnetic radiation 406 and / or by at least one focus sensor and / or by at least one process analysis sensor.

Auf die folgenden Arten können Farbfehler bzw. kann ein Einfluss von Farbfehlern auf eine Schärfe eines Kamerabildes minimiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 ein Farbfilter umfassen, das zwischen dem Strahlteiler 450 und der Prozessbeobachtungseinrichtung 410 angeordnet ist. Anders ausgedrückt kann ein Farbfilter im Kamerakanal angeordnet sein. Mit einer Bandbreite von beispielsweise 10 Nanometer werden Farbfehler in typischen Strahlengängen klein genug, sodass diese im Kamerabild nicht mehr stören. Dies ist einfach umzusetzen. Zusatzkosten für den Filter sind gering. Zusätzlich oder alternativ ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel die Strahlungsquelle 402 ausgebildet, um schmalbandige elektromagnetische Strahlung 406 auszustrahlen. Mit einer angepassten schmalbandigen Lichtquelle bzw. Strahlungsquelle 400 zu kann eine hohe Intensität direkt erzeugt und vollständig zur Bildgebung genutzt werden. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das Objektiv 420 Optiken, die abhängig von dem Beobachtungslicht 408 und/oder abhängig von der Prozessbeobachtungseinrichtung 410 farbkorrigiert sind. Bei einem Einsatz farbkorrigierter Optiken kann bei Verwendung einfacher Lichtquellen zur Arbeitsfeld-Beleuchtung ein helles Kamerabild bei kurzen Belichtungszeiten erhalten werden.Color errors or the influence of color errors on the sharpness of a camera image can be minimized in the following ways. According to one embodiment, the material processing device 400 include a color filter placed between the beam splitter 450 and the process monitoring facility 410 is arranged. In other words, a color filter can be arranged in the camera channel. With a bandwidth of 10 nanometers, for example, color errors in typical beam paths are small enough that they no longer interfere with the camera image. This is easy to do. Additional costs for the filter are low. According to a further exemplary embodiment, the radiation source is additionally or alternatively 402 designed to narrow-band electromagnetic radiation 406 to broadcast. With an adapted narrow-band light source or radiation source 400 a high intensity can be generated directly and used completely for imaging. According to another exemplary embodiment, the objective comprises 420 Optics that depend on the observation light 408 and / or depending on the process monitoring device 410 are color corrected. When using color-corrected optics, the use of simple light sources for working area Illumination a bright camera image can be obtained with short exposure times.

Mittels der Materialbearbeitungsvorrichtung 400 wird elektromagnetische Strahlung 406 aus der Strahlungsquelle 402 bzw. Laserquelle fokussiert auf dem Zielobjekt 490 bzw. Werkstück zur Wirkung gebracht. Dazu wird die elektromagnetische Strahlung 406 bzw. der Laserstrahl durch freie Propagation oder wie gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über den Lichtleiter 404 zu einer fokussierenden Optik gebracht. Für gewöhnlich wird die elektromagnetische Strahlung 406 vollständig oder nahezu kollimiert zu der Abbildungseinrichtung 470 gebracht und im Bedarfsfall im Durchmesser so angepasst, dass die Bearbeitungsaufgabe ideal gelöst werden kann. Bei der Materialbearbeitungsvorrichtung 400 ist der Strahlteiler 450 innerhalb des Objektivs 420 nächstmöglich an der Strahlungsquelle 402 positioniert. Der Strahlteiler 450 ist hierbei Teil des Kollimators 430 und zwischen der zumindest einen Kollimationslinse 440 und der Strahlungsquelle 402 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ zu der zumindest einen Kollimationslinse 440 kann das Objektiv 420 einen Strahlaufweiter umfassen.By means of the material processing device 400 becomes electromagnetic radiation 406 from the radiation source 402 or laser source focused on the target object 490 or workpiece brought into effect. This is done by the electromagnetic radiation 406 or the laser beam by free propagation or, as in the exemplary embodiment shown here, via the light guide 404 brought to a focusing optics. Usually electromagnetic radiation 406 completely or nearly collimated to the imaging device 470 brought and, if necessary, adjusted in diameter so that the machining task can be solved ideally. At the material processing device 400 is the beam splitter 450 inside the lens 420 as close as possible to the radiation source 402 positioned. The beam splitter 450 is part of the collimator 430 and between the at least one collimating lens 440 and the radiation source 402 arranged. Additionally or alternatively to the at least one collimation lens 440 can the lens 420 comprise a beam expander.

Eigenschaften des Objektivs 420 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind durch die Funktion der Kollimation bestimmt. Mit einer Asphäre bzw. asphärischen Kollimationslinse 440, einem sogenannten Singlet, oder zwei Kollimationslinsen 440, einem sogenannten Doublett, kann der Laserstrahl bzw. die elektromagnetische Strahlung 406 kollimiert werden. Für hohe Laserleistung wird z. B. ausschließlich Quarzglas verwendet. In den folgenden Figuren ist lediglich beispielhaft jeweils ein Singlet gezeigt. Es soll stets als Symbol für eine Asphäre oder ein Doublett oder einen Mehrlinser im Kollimator 430 verstanden werden.Properties of the lens 420 according to the embodiment shown here are determined by the function of collimation. With an asphere or aspherical collimation lens 440 , a so-called singlet, or two collimating lenses 440 , a so-called doublet, can be the laser beam or the electromagnetic radiation 406 be collimated. For high laser power z. B. used exclusively quartz glass. A singlet is shown in each of the following figures by way of example only. It should always be used as a symbol for an asphere or a doublet or a multiple lens in the collimator 430 be understood.

Ein Anschluss der Strahlungsquelle 402 bzw. Laserquelle kann mittels Direktkopplung, mittels Faserkopplung, wie in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, oder mittels Freistrahlkopplung erfolgen. Für die Direktkopplung kann in der Objektebene des Kollimators 430 bzw. der zumindest einen Kollimationslinse 440 eine divergent strahlende Strahlungsquelle 402 direkt angebracht sein bzw. werden. Für die Faserkopplung bzw. zur Verwendung einer Faserlichtquelle als Strahlungsquelle 402 können bekannte Steckersysteme verwendet werden, beispielsweise ein SMA-Anschluss oder für Laser mit hoher Leistung z. B. QBH, RQB, QD oder dergleichen. Für die Freistrahlkopplung, bei der eine Laserquelle eingekoppelt wird, die einen kollimierten Strahl abgibt, ist eine weitere Linse vorzusehen, welche dem Strahl eine für den Kollimator 430 bzw. den Bearbeitungszweck angepasste Divergenz verleiht. Diese Linse kann als Sammellinse oder als Zerstreuungslinse ausgeführt sein. Weiterhin kann diese Linse aus mehr als einem Element bestehen, sodass z. B. durch Änderung der resultierenden Brechkraft die Divergenz des Strahles auch im Betrieb geändert werden kann.A connection of the radiation source 402 or laser source can take place by means of direct coupling, by means of fiber coupling, as shown in the exemplary embodiment shown here, or by means of free beam coupling. For direct coupling, in the object plane of the collimator 430 or the at least one collimation lens 440 a divergent radiation source 402 be or will be directly attached. For fiber coupling or for using a fiber light source as a radiation source 402 Known connector systems can be used, for example an SMA connector or for high-power lasers such. B. QBH, RQB, QD or the like. For the free beam coupling, in which a laser source is coupled in, which emits a collimated beam, a further lens is to be provided, which the beam one for the collimator 430 or gives the processing purpose adapted divergence. This lens can be designed as a converging lens or as a diverging lens. Furthermore, this lens can consist of more than one element, so that, for. B. by changing the resulting refractive power, the divergence of the beam can also be changed during operation.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Objektivs 420 für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Objektiv 420 entspricht oder ähnelt hierbei dem Objektiv aus 4. Von dem Objektiv 420 sind in der Darstellung von 5 lediglich eine Kollimationslinse 440 und eine feldnahe Linse 580 gezeigt. Die feldnahe Linse 580 ist beispielsweise als eine Plankonkavlinse oder eine Meniskuslinse, wie in 5 gezeigt, ausgeführt. Die feldnahe Linse 580 kann auch als ein Teil des Kollimators aus 4 ausgeführt sein. Unter Verwendung der feldnahen Linse 580 können eine Bildfeldebnung und/oder eine Feldkomakorrektur durchgeführt werden. Die zumindest eine Kollimationslinse 440 ist im Allgemeinen nicht für eine Kameraabbildung korrigiert. Dabei können Bildfeldwölbung und Feldkoma entstehen. Mit der feldnahen Linse 580 lassen sich diese Fehler weitgehend korrigieren. Eine Plankonkavlinse ebnet das Feld hinreichend. Mit einer Meniskuslinse ist auch die Feldkoma korrigierbar. Das wird hier am Beispiel einer Asphäre gezeigt, welche selbst so korrigiert ist, dass sie für die Kollimation Laser-Faserende nach Unendlich korrigiert ist. Wird der Transmissionskanal für den Laser verwendet, kann die feldnahe Linse 580 bzw. Feldebnungslinse entfallen. 5 shows a schematic representation of part of an objective 420 for a material processing device according to an embodiment. The objective 420 corresponds or is similar to the lens 4th . From the lens 420 are in the representation of 5 just a collimation lens 440 and a lens close to the field 580 shown. The lens close to the field 580 is, for example, as a plano-concave lens or a meniscus lens as in FIG 5 shown, executed. The lens close to the field 580 can also be made as part of the collimator 4th be executed. Using the near-field lens 580 image field flattening and / or field coma correction can be carried out. The at least one collimation lens 440 is generally not corrected for a camera image. This can result in field curvature and field coma. With the near-field lens 580 these errors can be largely corrected. A planoconcave lens levels the field sufficiently. The field coma can also be corrected with a meniscus lens. This is shown here using the example of an asphere, which is itself corrected in such a way that it is corrected to infinity for the collimation of the laser fiber end. If the transmission channel is used for the laser, the lens close to the field can 580 or field flattening lens are omitted.

Unter Bezugnahme auf die 6 bis 16 wird nachfolgend eine Korrektur eines Strahlteilerplattenfehlers erläutert. Für den Strahlteiler des Objektivs der Materialbearbeitungsvorrichtung aus 4 wird beispielsweise eine Strahlteilerplatte zur Trennung der Strahlwege von elektromagnetischer Strahlung und Beobachtungslicht verwendet. Da der Laserstrahl mit einer möglichst hohen Effizienz umgelenkt werden soll, wird für gewöhnlich dieser Strahl von dem Strahlteiler reflektiert. Der Kamerakanal benutzt den transmittierten Weg. In einen jetzt konvergenten Strahl kann die schräg stehende Platte im transmittierten Weg jedoch möglicherweise Abbildungsfehler wie Achs-Astigmatismus und Achs-Koma erzeugen. Sollen Vorteile einer Planplatte, wie beispielsweise keine in Transmission genutzten Grenzflächen, kein Streulicht und kein Glasweg sowie keine Absorption, dennoch genutzt werden, können solche potentiellen Abbildungsfehler wie nachfolgend erläutert kompensiert bzw. korrigiert werden.With reference to the 6th until 16 a correction of a beam splitter plate defect is explained below. For the beam splitter of the lens of the material processing device 4th For example, a beam splitter plate is used to separate the beam paths from electromagnetic radiation and observation light. Since the laser beam should be deflected with as high an efficiency as possible, this beam is usually reflected by the beam splitter. The camera channel uses the transmitted path. In a now convergent beam, however, the inclined plate in the transmitted path can possibly produce imaging errors such as axial astigmatism and axial coma. If advantages of a plane plate, such as no interfaces used in transmission, no scattered light and no glass path and no absorption, are nevertheless to be used, such potential imaging errors can be compensated or corrected as explained below.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kollimators 430 eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 6th shows a schematic representation of part of a collimator 430 of an objective for a material processing device according to an embodiment.

7 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung des Teils des Kollimators 430 aus 6. Dabei entspricht oder ähnelt der in 6 bzw. 7 gezeigte Kollimator 430 dem Kollimator aus 4. In der Darstellung von 6 bzw. 7 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Kollimator 430 hierbei die zumindest eine Kollimationslinse 440, der Strahlteiler 450 und die feldnahe Linse 580 aus 5 gezeigt. Der Strahlteiler 450 umfasst gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Platten, eine Strahlteilerplatte und drei Planplatten. 7th shows a schematic partial sectional view of the part of the collimator 430 the end 6th . This corresponds to or is similar to that in 6th respectively. 7th shown collimator 430 the collimator 4th . In the representation of 6th respectively. 7th are of the collimator according to the embodiment shown here 430 here the at least one collimation lens 440 , the beam splitter 450 and the lens close to the field 580 the end 5 shown. The beam splitter 450 comprises, according to the exemplary embodiment shown here, four plates, a beam splitter plate and three plane plates.

Die Strahlteilerplatte und/oder Planplatten des Strahlteilers 450 sind unter Neigungswinkeln mit dem gleichen Winkelbetrag schräg zum Strahlengang angeordnet. Die Neigungswinkel liegen in unterschiedlichen Ebenen bzw. weisen voneinander verschiedene Vorzeichen auf. Zusätzlich oder optional weisen die Strahlteilerplatte und/oder Planplatten jeweils die gleiche Dicke auf. So kann eine 4-Platten-Korrektion zum Ausgleich der Fehler einer Platte durch drei weitere Platten erreicht werden, die unter dem gleichen Winkelbetrag schräg zum Strahl stehen. Die Winkel liegen jedoch alle in unterschiedlichen Ebenen bzw. haben das umgekehrte Vorzeichen.The beam splitter plate and / or plane plates of the beam splitter 450 are arranged obliquely to the beam path at angles of inclination with the same angular amount. The angles of inclination are in different planes or have different signs from one another. Additionally or optionally, the beam splitter plate and / or plane plates each have the same thickness. A 4-plate correction to compensate for the errors in one plate can be achieved by using three additional plates that are at the same angle to the beam. However, the angles are all in different planes or have the opposite sign.

Der Kippwinkel der Platten des Strahlteilers 450 kann 45 Grad sein. So ergibt sich ein einfacher mechanischer Aufbau. Zur Verringerung von Restfehlern, z. B. vierwertiger Wellenfrontfehler, zur Verringerung des Fehlereinflusses von Dickentoleranzen und zur Entspannung des Schichtdesign ist es vorteilhaft, die Platten weniger als 45 Grad zu kippen, beispielsweise 35 Grad, 30 Grad, 25 Grad oder 20 Grad. Sind kleine Dickentoleranzen gewünscht, z. B. bei 45 Grad Plattenwinkel, sind die Platten aus einem gemeinsamen Substrat gefertigt und unterschiedlich beschichtet. Mit einem größeren Budget für die Dickentoleranzen der Platten, z. B. 30 Grad Plattenwinkel, sind die Platten einzeln gefertigt, was die Logistik vereinfacht, die Herstellerwahlmöglichkeiten erweitert und so die Kosten senken kann. Ein zusätzlicher Öffnungsfehler der Plattenkombination des Strahlteilers 450 wird bei einer Auslegung der Feldebnungslinse bzw. feldnahen Linse 580 berücksichtigt oder mit einem zusätzlichen Element korrigiert.The tilt angle of the beamsplitter plates 450 can be 45 degrees. This results in a simple mechanical structure. To reduce residual errors, e.g. B. tetravalent wavefront error, to reduce the error influence of thickness tolerances and to relax the layer design, it is advantageous to tilt the plates less than 45 degrees, for example 35 degrees, 30 degrees, 25 degrees or 20 degrees. If small thickness tolerances are desired, e.g. B. at a 45 degree plate angle, the plates are made from a common substrate and coated differently. With a larger budget for the thickness tolerances of the panels, e.g. B. 30 degree plate angle, the plates are manufactured individually, which simplifies logistics, expands manufacturer options and can thus reduce costs. An additional opening error of the plate combination of the beam splitter 450 is used when designing the field flattening lens or near-field lens 580 taken into account or corrected with an additional element.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kollimators 430 eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht oder ähnelt der in 8 gezeigte Kollimator 430 dem Kollimator aus 4. In der Darstellung von 8 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Kollimator 430 hierbei die zumindest eine Kollimationslinse 440 und der Strahlteiler 450 gezeigt. Der Strahlteiler 450 umfasst gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Strahlteilerplatte, eine Planplatte und ein optisches Brechungselement. Das Brechungselement ist bzw. umfasst eine Zylinderlinse oder ein computergeneriertes Hologramm. 8th shows a schematic representation of part of a collimator 430 of an objective for a material processing device according to an embodiment. This corresponds to or is similar to that in 8th shown collimator 430 the collimator 4th . In the representation of 8th are of the collimator according to the embodiment shown here 430 here the at least one collimation lens 440 and the beam splitter 450 shown. The beam splitter 450 comprises, according to the exemplary embodiment shown here, a beam splitter plate, a plane plate and an optical refractive element. The refractive element is or comprises a cylindrical lens or a computer-generated hologram.

Die durch eine Strahlteilerplatte induzierten Fehler werden gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine zusätzliche Planplatte bzw. eine Korrektionsplatte und ein optisches Brechungselement beispielsweise in Gestalt einer Zylinderlinse korrigiert. Eine Asphäre kann ein Bündel öffnungfehlerfrei fokussieren, wobei in dem gesuchten NA-Bereich nur der konische Koeffizient als Designfreiheitsgrad ausreicht. Eine einzelne Korrektionsplatte erzeugt Astigmatismus und Koma auf der Achse. Mit einer Korrektionsplatte, die in derselben Ebene gekippt ist, wie der Strahlteiler 450, kann man den Komaanteil löschen. Der Astigmatismus verdoppelt sich jedoch. Bei dem in 6 und 7 gezeigten Strahlteiler mit vier Platten wird dieser Achs-Ast durch dieselbe Plattenkombination behoben, welche jedoch um 90 Grad um die optische Achse gedreht angeordnet ist. Mit einer einzelnen Korrektionsplatte, die in der gedrehten Ebene gekippt ist, kann man den Astigmatismus löschen und reine Achs-Koma erzeugen. Mit einem Element, das genau den jeweiligen Fehler, der nahezu in Reinform vorliegt, korrigiert, kann die Korrektion erreicht werden. Für die Koma kann ein solches Element ein computergeneriertes Hologramm (CGH) sein. So kann man auch Astigmatismus erzeugen. Mit einem klassischen optischen Bauteil wie mit einer Zylinderlinse und einem Plattenkippwinkel von beispielsweise 30 Grad lässt sich ein vorteilhafter Strahlteiler 450 realisieren.The errors induced by a beam splitter plate are corrected in accordance with the exemplary embodiment shown here by an additional plane plate or a correction plate and an optical refractive element, for example in the form of a cylindrical lens. An asphere can focus a bundle without opening errors, with only the conical coefficient being sufficient as a degree of design freedom in the NA area sought. A single correction plate creates astigmatism and coma on the axis. With a correction plate tilted in the same plane as the beam splitter 450 , you can delete the coma component. However, the astigmatism doubles. The in 6th and 7th The beam splitter shown with four plates, this axis branch is eliminated by the same plate combination, which is, however, arranged rotated by 90 degrees around the optical axis. With a single correction plate, which is tilted in the rotated plane, one can erase the astigmatism and generate pure axial coma. The correction can be achieved with an element that precisely corrects the respective error, which is almost in its pure form. For the coma, such an element can be a computer generated hologram (CGH). This is also how you can create astigmatism. With a classic optical component such as a cylindrical lens and a plate tilt angle of, for example, 30 degrees, an advantageous beam splitter can be created 450 realize.

9 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kollimators 430 eines Objektivs für eine Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht oder ähnelt der in 9 gezeigte Kollimator 430 dem Kollimator aus 4. In der Darstellung von 9 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Kollimator 430 hierbei die zumindest eine Kollimationslinse 440, der Strahlteiler 450 und die feldnahe Linse 580 aus 5 gezeigt. Der Strahlteiler 450 umfasst gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Strahlteilerwürfel oder eine Prismenkombination. 9 shows a schematic representation of part of a collimator 430 of an objective for a material processing device according to an embodiment. This corresponds to or is similar to that in 9 shown collimator 430 the collimator 4th . In the representation of 9 are of the collimator according to the embodiment shown here 430 here the at least one collimation lens 440 , the beam splitter 450 and the lens close to the field 580 the end 5 shown. The beam splitter 450 comprises, according to the exemplary embodiment shown here, a beam splitter cube or a prism combination.

Ist für die elektromagnetische Strahlung bzw. den Laserstrahlengang ein Würfel als Strahlteiler 450 einsetzbar, z. B. bei moderater Laserleistung, akzeptablen Verlusten an Grenzschichten und im Material und einer herstellbaren Teilerschicht, kann die Korrektion eines Strahlteilerwürfel-Fehlers vereinfacht werden. Ein Öffnungsfehler, den der Strahlteilerwürfel einführt, wirkt in beiden Kanälen gleich. Die Kollimatorlinse bzw. Kollimationslinse 440 ist somit ausgeformt, um den Öffnungsfehler für den Laserkanal gegenzuhalten. Im Kamerakanal brauchen keine weiteren Elemente vorgesehen zu werden. Der Strahlteilerwürfel kann als herkömmlicher Teilerwürfel ausgeführt sein oder eine Prismenkombination umfassen, welche die Strahlen unter einem anderen Winkel als 90 Grad trennt. Das kann insbesondere dann nützlich sein, wenn ein Schichtentwurf dadurch entspannt wird oder Bauraumforderungen dies erfordern.Is a cube as a beam splitter for the electromagnetic radiation or the laser beam path 450 can be used, e.g. B. with moderate laser power, acceptable losses at boundary layers and in the material and a producible splitter layer, the correction of a beam splitter cube error can be simplified. An opening error introduced by the beam splitter cube has the same effect in both channels. The collimator lens or collimating lens 440 is thus shaped in order to counteract the opening error for the laser channel. No further elements need to be provided in the camera channel. The beam splitter cube can be used as a conventional splitter cube be designed or comprise a prism combination that separates the beams at an angle other than 90 degrees. This can be particularly useful if a layer design is relaxed as a result or space requirements require it.

10 zeigt eine teilweise auseinandergezogene, schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht oder ähnelt die 10 gezeigte Materialbearbeitungsvorrichtung 400 der Materialbearbeitungsvorrichtung aus 4. Von der Materialbearbeitungsvorrichtung 400 sind in der Darstellung von 10 der Strahlteiler 450, die zumindest eine Kollimationslinse 440 und die Abbildungseinrichtung 470 sowie lediglich zur Veranschaulichung die Strahlungsquelle 402, die elektromagnetische Strahlung 406 und die Prozessbeobachtungseinrichtung 410 gezeigt. Der Strahlteiler 450 entspricht oder ähnelt gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dem Strahlteiler aus 8. 10 shows a partially exploded, schematic partial sectional view of a material processing device 400 according to an embodiment. The corresponds to or is similar to 10 Material processing device shown 400 the material processing device 4th . From the material processing device 400 are in the representation of 10 the beam splitter 450 who have at least one collimating lens 440 and the imaging device 470 as well as the radiation source for illustration purposes only 402 who have favourited Electromagnetic Radiation 406 and the process observer 410 shown. The beam splitter 450 corresponds to or is similar to the beam splitter according to the exemplary embodiment shown here 8th .

11 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei entspricht die in 11 gezeigte Materialbearbeitungsvorrichtung 400 der Materialbearbeitungsvorrichtung aus 10, wobei in der Darstellung von 11 die elektromagnetische Strahlung und ein Gehäuse der Materialbearbeitungsvorrichtung 400 weggelassen sind. 11 shows a schematic partial sectional view of a material processing device 400 according to an embodiment. The in 11 Material processing device shown 400 the material processing device 10 , where in the representation of 11 the electromagnetic radiation and a housing of the material processing device 400 are omitted.

Unter Bezugnahme auf 10 und 11 sei hinsichtlich Pupillenlage und Scanneranschluss angemerkt, dass aufgrund der Anordnung von Strahlteiler 450 und Kollimationslinse 440 ein entsprechender Strahlweg zwischen der Kollimationslinse 440 und z.B. dem Scanner entfällt bzw. verkürzt wird, beispielsweise um 60 bis 90 Millimeter. Dies ist in 10 und 11 symbolisch durch Pfeile veranschaulicht. Dadurch wird eine Vignettierung erheblich verringert. Mit einer angepassten Konstruktion kann ein Restabstand von wenigen Zentimetern erreicht werden. So wird die Vignettierung fast vollständig beseitigt. Das für die Prozessbeobachtungseinrichtung 410 bzw. Kamera sichtbare Feld wird vergrößert und der Durchsatz in der Kameraabbildung steigt.With reference to 10 and 11 it should be noted with regard to pupil position and scanner connection that due to the arrangement of the beam splitter 450 and collimating lens 440 a corresponding beam path between the collimating lens 440 and, for example, the scanner is omitted or shortened, for example by 60 to 90 millimeters. This is in 10 and 11 symbolically illustrated by arrows. This significantly reduces vignetting. With an adapted construction, a remaining distance of a few centimeters can be achieved. This almost completely eliminates vignetting. That for the process monitoring facility 410 or the field visible to the camera is enlarged and the throughput in the camera image increases.

12 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung einer Materialbearbeitungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die in 12 gezeigte Materialbearbeitungsvorrichtung 400 und die Darstellung von 12 entsprechen der Materialbearbeitungsvorrichtung aus 11 und der Darstellung aus 11, wobei in 12 zusätzlich eine Beleuchtungseinrichtung 1207 zum Einkoppeln des Beobachtungslichts 408 in das Objektiv gezeigt ist. Somit weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 die Beleuchtungseinrichtung 1207 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 1207 ist ausgebildet, um das Beobachtungslicht 408 über eine der Platten des Strahlteilers 450 in das Objektiv einzukoppeln. Das Beobachtungslicht 408 wird somit auf das Zielobjekt gelenkt, dort reflektiert und nach Durchlaufen des Objektivs von der Prozessbeobachtungseinrichtung 410 erfasst. 12th shows a schematic partial sectional view of a material processing device 400 according to an embodiment. In the 12th Material processing device shown 400 and the representation of 12th correspond to the material processing device 11 and the representation 11 , where in 12th additionally a lighting device 1207 for coupling the observation light 408 shown in the lens. Thus, according to the embodiment shown here, the material processing device 400 the lighting device 1207 on. The lighting device 1207 is designed to be the observation light 408 via one of the plates of the beam splitter 450 to be coupled into the lens. The observation light 408 is thus directed onto the target object, reflected there and, after passing through the objective, by the process monitoring device 410 recorded.

Somit kann die Materialbearbeitungsvorrichtung 400 als ein System mit Inline-Beleuchtung realisiert werden. In den Kamerakanal können weitere Kanäle eingekoppelt werden. Eine besonders einfache Einkopplung einer inline-Beleuchtung für das Kamerabild ergibt sich bei Verwendung der Korrektionsplatte des Strahlteilers 450 aus 8 oder der drei Planplatten des Strahlteilers 450 aus 6 bzw. 7. Bei Verwendung eines Prismas zur Strahlteilung können weitere Prismen in den Strahlangang gestellt werden.Thus, the material processing device 400 can be implemented as a system with inline lighting. Additional channels can be coupled into the camera channel. A particularly simple coupling in of inline lighting for the camera image results when the correction plate of the beam splitter is used 450 the end 8th or the three plane plates of the beam splitter 450 the end 6th respectively. 7th . When using a prism for beam splitting, further prisms can be placed in the beam path.

13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1300 zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1300 zum Betreiben ist ausführbar, um eine Materialbearbeitungsvorrichtung zu betreiben. Genauer gesagt ist das Verfahren 1300 zum Betreiben ausführbar, um die Materialbearbeitungsvorrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren oder eine ähnliche Materialbearbeitungsvorrichtung zu betreiben. Anders ausgedrückt ist das Verfahren 1300 zum Betreiben insbesondere in Verbindung mit der Materialbearbeitungsvorrichtung und/oder dem objektiv aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren ausführbar. 13th shows a flow chart of a method 1300 to operate according to an embodiment. The procedure 1300 to operate is executable to operate a material processing device. More specifically, the procedure is 1300 executable to operate in order to operate the material processing device from one of the figures described above or a similar material processing device. In other words, the procedure is 1300 for operation in particular in connection with the material processing device and / or the objective from one of the figures described above.

Das Verfahren 1300 weist einen Schritt 1310 des Ausstrahlens und einen Schritt 1320 des Erfassens auf. In dem Schritt 1310 des Ausstrahlens wird die elektromagnetische Strahlung in das Objektiv der Materialbearbeitungsvorrichtung ausgestrahlt. In dem Schritt 1320 des Erfassens wird das Beobachtungslicht aus dem Objektiv zum Durchführen einer Prozessbeobachtung erfasst.The procedure 1300 has a step 1310 of radiance and a step 1320 of capturing on. In the step 1310 After emitting, the electromagnetic radiation is emitted into the objective of the material processing device. In the step 1320 During the detection, the observation light is detected from the objective for carrying out process observation.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises an “and / or” link between a first feature and a second feature, this is to be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only the has the first feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102009050784 A1 [0002]DE 102009050784 A1 [0002]
DE 19852302 A1 [0002]DE 19852302 A1 [0002]
DE 10222786 A1 [0002]DE 10222786 A1 [0002]

Claims

Objektiv (420) für eine Materialbearbeitungsvorrichtung (400), wobei das Objektiv (420) zumindest eine Kollimationslinse (440) zum Beeinflussen eines Strahlengangs von mittels einer Strahlungsquelle (402) auf ein Zielobjekt (410) zur Materialbearbeitung ausgestrahlter elektromagnetischer Strahlung (406) und einen Strahlteiler (450) zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung (406) durch die zumindest eine Kollimationslinse (440) zu dem Zielobjekt (490) und zum Lenken von Beobachtungslicht (408) aus Richtung des Zielobjekts (490) von der zumindest einen Kollimationslinse (440) zu einer Prozessbeobachtungseinrichtung (410) aufweist, wobei der Strahlteiler (450) auf einer der Strahlungsquelle (402) zugewandten Seite der zumindest einen Kollimationslinse (440) angeordnet ist.Objective (420) for a material processing device (400), the objective (420) having at least one collimation lens (440) for influencing a beam path of electromagnetic radiation (406) emitted by means of a radiation source (402) onto a target object (410) for material processing and a Beam splitter (450) for directing the electromagnetic radiation (406) through the at least one collimation lens (440) to the target object (490) and for directing observation light (408) from the direction of the target object (490) from the at least one collimation lens (440) a process observation device (410), the beam splitter (450) being arranged on a side of the at least one collimation lens (440) facing the radiation source (402).

Objektiv (420) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kollimationslinse (440) und der Strahlteiler (450) als Teile eines Kollimators (430) ausgeführt sind.Lens (420) according to Claim 1 , characterized in that the at least one collimation lens (440) and the beam splitter (450) are designed as parts of a collimator (430).

Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine feldnahe Linse (580), insbesondere eine Plankonkavlinse oder eine Meniskuslinse.Objective (420) according to one of the preceding claims, characterized by a lens (580) close to the field, in particular a plano-concave lens or a meniscus lens.

Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kollimationslinse (440) eine Linse mit variabler Brechkraft aufweist und/oder entlang der optischen Achse verschiebbar angeordnet ist.Objective (420) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one collimation lens (440) has a lens with variable refractive power and / or is arranged displaceably along the optical axis.

Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (420) eine Mehrzahl von Kollimationslinsen (440) aufweist, wobei eine erste Kollimationslinse -oder Kollimationslinsengruppe als eine Sammellinse ausgeführt ist und eine zweite Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe als eine Zerstreuungslinse ausgeführt ist, insbesondere wobei ein Abstand zwischen der ersten Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe und der zweiten Kollimationslinse oder Kollimationslinsengruppe variabel einstellbar ist.Objective (420) according to one of the preceding claims, characterized in that the objective (420) has a plurality of collimation lenses (440), a first collimation lens or collimation lens group being designed as a converging lens and a second collimation lens or collimation lens group being designed as a diverging lens is, in particular wherein a distance between the first collimation lens or collimation lens group and the second collimation lens or collimation lens group is variably adjustable.

Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Strahlteilerplatte des Strahlteilers (450) und dem Zielobjekt (410) eine Mehrzahl von Planplatten im transmittierten Kanal angeordnet sind, die unter Neigungswinkeln mit dem gleichen oder ähnlichen Winkelbetrag schräg zum Strahlengang angeordnet sind, wobei die Neigungswinkel in unterschiedlichen Ebenen liegen und/oder voneinander verschiedene Vorzeichen aufweisen, und/oder wobei die Planplatten von gleicher Dicke wie die Strahlteilerplatte sind, und/oder wobei die Planplatten und/oder die Strahlteilerplatte aus einem gemeinsamen Substrat gefertigt und mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen sind, und/oder wobei die Planplatten und/oder die Strahlteilerplatte aus unterschiedlichen Substraten gefertigt sind.Objective (420) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of plane plates are arranged in the transmitted channel between a beam splitter plate of the beam splitter (450) and the target object (410), which are inclined at angles of inclination with the same or similar angular amount to the beam path are arranged, wherein the angles of inclination are in different planes and / or have mutually different signs, and / or wherein the plane plates are of the same thickness as the beam splitter plate, and / or wherein the plane plates and / or the beam splitter plate made from a common substrate and with different coatings are provided, and / or wherein the plane plates and / or the beam splitter plate are made from different substrates.

Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (450) eine Strahlteilerplatte und drei Planplatten aufweist oder eine Strahlteilerplatte, eine Planplatte und ein optisches Brechungselement aufweist, wobei das Brechungselement eine Zylinderlinse oder ein computergeneriertes Hologramm aufweist.Objective (420) according to one of the preceding claims, characterized in that the beam splitter (450) has a beam splitter plate and three plane plates or has a beam splitter plate, a plane plate and an optical refractive element, the refractive element having a cylindrical lens or a computer-generated hologram.

Objektiv (420) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem zumindest eine der Planplatten im Kamerakanal als Strahlteilerplatte verwendet wird, die ausgebildet ist, um Licht in Richtung Zielobjekt (490) oder Prozessbeobachtungseinrichtung (410) auszusenden oder zu empfangen.Objective (420) according to one of the Claims 6 or 7th , in which at least one of the plane plates in the camera channel is used as a beam splitter plate, which is designed to transmit or receive light in the direction of the target object (490) or the process monitoring device (410).

Objektiv (420) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (450) einen Strahlteilerwürfel oder eine Prismenkombination aufweist.Objective (420) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the beam splitter (450) has a beam splitter cube or a combination of prisms.

Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (420) abhängig von dem Beobachtungslicht (408) und/oder abhängig von der Prozessbeobachtungseinrichtung (410) farbkorrigierte Optiken aufweist.Objective (420) according to one of the preceding claims, characterized in that the objective (420) has color-corrected optics depending on the observation light (408) and / or depending on the process observation device (410).

Materialbearbeitungsvorrichtung (400), die folgende Merkmale aufweist: ein Objektiv (420) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; und die Strahlungsquelle (402) zum Ausstrahlen der elektromagnetischen Strahlung (406) in das Objektiv (420).A material processing device (400) having the following features: an objective (420) according to one of the preceding claims; and the radiation source (402) for emitting the electromagnetic radiation (406) into the objective (420).

Materialbearbeitungsvorrichtung (400) gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Prozessbeobachtungseinrichtung (410) und/oder durch ein Farbfilter zwischen dem Strahlteiler (450) und der Prozessbeobachtungseinrichtung (410) und/oder durch eine Beleuchtungseinrichtung (1207) zum Einkoppeln des Beobachtungslichts (408) in das Objektiv (420), und/oder wobei die Strahlungsquelle (402) ausgebildet ist, um schmalbandige elektromagnetische Strahlung (406) auszustrahlen.Material processing device (400) according to Claim 11 , characterized by the process observation device (410) and / or by a color filter between the beam splitter (450) and the process observation device (410) and / or by an illumination device (1207) for coupling the observation light (408) into the objective (420), and / or wherein the radiation source (402) is designed to emit narrow-band electromagnetic radiation (406).

Materialbearbeitungsvorrichtung (400) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, gekennzeichnet durch zumindest eine Analyseeinrichtung zum Analysieren der auf das Zielobjekt (490) gerichteten elektromagnetischen Strahlung (406) und/oder durch zumindest einen Fokussensor und/oder durch zumindest einen Prozessanalysesensor.Material processing device (400) according to one of the Claims 11 until 12th , characterized by at least one analysis device for analyzing the electromagnetic radiation (406) directed onto the target object (490) and / or by at least one focus sensor and / or by at least one process analysis sensor.

Verwendung eines Objektivs (420) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Materialbearbeitungsvorrichtung (400) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.Use of an objective (420) according to one of the Claims 1 until 10 in a material processing device (400) according to one of the Claims 11 until 13th .

Verfahren (1300) zum Betreiben einer Materialbearbeitungsvorrichtung (400) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Verfahren (1300) folgende Schritte aufweist: Ausstrahlen (1310) der elektromagnetischen Strahlung (406) in das Objektiv (420); und Erfassen (1320) des Beobachtungslichts (408) aus dem Objektiv (420) zum Durchführen einer Prozessbeobachtung.Method (1300) for operating a material processing device (400) according to one of the Claims 11 until 13th wherein the method (1300) comprises the steps of: radiating (1310) the electromagnetic radiation (406) into the objective (420); and capturing (1320) the observation light (408) from the objective (420) to perform process observation.