DE1615391A1 - Optische Einrichtung fuer Bearbeitungslaser - Google Patents

Optische Einrichtung fuer Bearbeitungslaser

Info

Publication number
DE1615391A1
DE1615391A1 DE19671615391 DE1615391A DE1615391A1 DE 1615391 A1 DE1615391 A1 DE 1615391A1 DE 19671615391 DE19671615391 DE 19671615391 DE 1615391 A DE1615391 A DE 1615391A DE 1615391 A1 DE1615391 A1 DE 1615391A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optics
laser
observation
lens
optical device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19671615391
Other languages
English (en)
Inventor
Rauscher Dipl-Phys Gerhard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of DE1615391A1 publication Critical patent/DE1615391A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

  • Optische Einrichtung fUr Bearbeitungslaser ---------------------- Schon kurz nach Entdeckung des Laserprinzips mrurde -erkannt, daß sich die insbes.ondere mit-Festkörperlasern erzeugbare energiereiche Strahlung zur Bearbeitung sowohl organischer als auch anorganischer-Stoffe verwenden-läßt. -basich der--Laserstrahl wegen seiner beugungsbegrenzten-Eigenschaften auf eine Pläche von wenigen/u Durchmeßser foku-sAieren läßt, können mit einem solchen Strahl.ine.-besondere bei Metallen Feinstbohrüngen und Schweißverbindungen sehr kleiner Abnessungen mit hoher Präzission hergcsfollt werden. Als Bearbeitungslaser kommen z.B. Rubinlaser in Betracht. Das Arbeiten mit dem Laserstrahl macht es notwendig, äas -zu bearbeitende Objekt während der Durchführung eines Arbeitsvorganges betrachten zu können. Da die Einwirkung des Laserstrahls mit Rücksicht auf die begrenzte zur Verfügung stehende-Energie auf eine relativ kleine Fläche von ca. 10 bis 1000-/u beschränkt ist, muß die Eeobachtungseinrichtung gleichzeitig vorgrößernd wirIcan.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Bearbeitungslaser der einleitend beschriebenen Art eine geeignete Beobachtungseinrichtung anzugebeA, die einerseits den Arbeitsort des Laserstrahls dem Betrachter vorgrößört darbietet und sich andererseits leicht und schnell an die wechselnden-Arbeitsbedingungen anpassen läßt. Ausgehend von einer optischen Einrichtung für Bearbeitungslaser zur Fokussierung des Laserstrahls in der Ebene des Bearbeitungsobjektes (Laseroptik) und zur Beobachtung des Arbeitsortes des Laserstrahls (2eobach-L-lungsoptilic), wird diese Aufgabe gemäß-der Erfindung dadurch geldst, daß die Laseroptik und das Objektiv der Beobachtungsoptik zueinander konzentrisch und nach Art eines Teleskops in der optischen Achse der Laseroptik relativ,gegeneinander verschiQbbar angeordnet sind.
  • Unter- Berücksichtigung der für die Fokuss-:Lertmg des Laserstrahls eines Bearbeitungslasers stets erforderlichen Iaseroptik wäre es denkbar-, die Laseroptik'ui-n,#iittel,bar in-dic Beobachtungsoptik mit einzubeziehen, d.h. dic-Lase'roptik, gleichzeitig als Objektiv der Beobachtungsoptik zu verwenden.
  • Die 1-,-#seroptik darf mit Rücksicht auf die hohe Intensiträ#t des Laserstrahls 'keine gekitteteii Linsen verwenden, vile sie zur Kompensation chromatischer Fehler bei-Optike3i allgemein üblich. sind. Der Laseristrahl würde in kürzester Zeit diese gekitteten Übergänge zerstöre-ii. Die Laser-,otik läßt mit anderen Worten eine Konrensatilonder ebronatischen Fehler der verwendeten Linsen, wie sie für eine eiiii."andfreie und scharfe Betrachtung des Arbeitsortez-des Las#a-rstrahles praktisch unerläßlich ist, nicht zu. Abgesehen davon,- ließe sich die so ausgebildete Eeobaelitv,n-so,otik nichIt-. an die von einem Laserstrahl durchzuführenden verschiedenen A12beitsvorgänge anpassen.-Zwar 1-."- äre ",e-i einer Bohr u ng der Laserstrahl- -auf dIe Ober-f-1.:liche deG zu. bohrenden '"lei,]"stück,- fokussiert und _damit .,auch die Beobtichtungsoptik für diesen Bearbeitungsort scharf eingestellt. Bei Herstellung einer Schweißstelle zwischen zwei Metallteilen-ist es jedoch in der Regel notwendig, den liaserstrahl unterhalb oder oberhalb der durch die-beiden zu verbindenden Yletallteile gegebenen Ebene zu fokussieren. In diesem Falle muß dann die Beobachtungsoptik den Betrachter ein unscharfes Bild das Arbeiteortes vermitteln.
  • Untev.Berücksichtigung dieses-Sachverhaltes bietet sich als weitere Lösung der getrennte Aufbau von Laser- und Bearbeitungsoptik an, wobei nunmehr die Laseroptik und die Beobachtungsoptik hinsichtlich der Bearbeitungoebene des Laserstrahls einen räumlich verschiedenen 1,finl"oul einnehmen müssen. In der Regel würde diQ Anordnung-so vorgenommen werden müssen,,daß die Laseroptik mit ihrer optischen Achse senkrecht und die Beobachtungsoptik mit ihrer optischen Achse-unter einem spitzen Winkel zur Bearbeitungsebene, des laEorstrahls ausgerichtet ist.
  • Dac Blickfäld,der Beobachtungsoptik wäre bei dieser Schräglage natürlich erheblich eingeengt, so daß Bearbeitungsvorgänge an Werkstücken mit Vertiefungen, Leispielst.,eise Nuten, innerhalb der der Laserstrahl zur Anurendung gelangt, nicht mehr eingesehen %-"erden können.
  • Alle diese Schwierigkeiten werden durch die erfindungsgemüße konzentrische Anordnung von-Laseroptik und Objektiv der Beobacht,ungsoptik.in Vb rbindung-mit ihr-er gege-ns eitigen Verschiebbarkeit in, ihrer optischen. Achse in7 -außerordent-'-lich -vorteilhafter Weisv überVunden.
  • Das Objektiv der Beobachtungsoptik-kann, -sofern der Durchnesser der laseroptik nicht.,allzu groß bemessen ist,-in einfacher Weise aus einer die Laseroptik umschließenden Ringlinsc bzw. Ringlinsenanordnung bestehen.
  • Die Fokussierung des Iasersträhls auf, eine Fläche mit einem Durchmesser von 10"bis 1000p, wie sie-für Bearbeitungsläser mit einer--begrenzten Leistung . -von ca. 10 kIT erforderlicht ist, um die für die Nateri-albearbeitung erforderliche Energieflächenbelastung zuerhalten"-setzt einen ausreichend großen Öffnungswinkel des liinsensystens voraus. Bei einem.Durchmesser von ca. 10 mm des vori Laser in Form eine's Parallelstrahls gelieferten Lichtstrahls bedeutet dies eine Brennweite der Fokusaierungslinse.in' der Größeno rdnung von-25 mm. Somit muß bei Verwendung einer einzigen Sammellinse die diese Sar.mellinse darstellende Laseroptik bis auf.ca.-25 mm an'den.,Ärbeitsort des Easorstrahls herängeführt*werden. Dieser geringe Abstand ist für-viele An#",endungßfä,lle unerwünscht, wöil das vordampfende bzw. aufspritzende Material beim Bohren oder# Schweißen des Bearbeitungsobjektes sich auf der Linse niederschlägt bzw. deren Oberfläche beschädigt. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die Laseroptik durch Verwendung weiterer Einsen so zu bemessen, daß sie bei gegebener kleiner Brennweit-c einen ausreichend großen Arbeitsabstand vom Bearbeitungsobjekt aufweist. Bei vorgegebenen Öffnungswinkel der Laseroptik bedeutet dies, daß der Durchmesser der Optik um so größer bemessen werden muß, je, größer der gewünschte Arbeitsiabstand sein soll. Bei größerem Durchmesser der Laseroptik ist es zweckmäßig, das Objektiv der Beobachtungsoptik durch zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Laseroptik in gleicher Höhe angeordnete Linsen bzi-.,. Linsenanordnungen zu verwirklichen.
  • Bei einen bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist das Objektiv der Laseroptik sowohl relativ zur Beobachtungsoptik und zum Bearbeitungsobjekt als auch zusammen mit der Beobachtungsoptik relativ zum Bearbeitungsobjekt verstellbar ausgeführ-It-.. Dadurch ist nämlich erreicht, daß die Laseroptik nicht jeweils neu eili&Qstellt ivrerden muß, -v.enn im Zuge eines Arbeitsvorgangs die Beobachtur-gsopüik relativ zum Bearbeitungsobjekt zu verändern ist. Um eine bequeme Beobachterstell'ung zu ermögliehen, ist es-im allgemeinen sinnvoll,. die optischen Achsen von Okular und, Objektiv der Bedbachtungeoptik miteinander einen vorgegebenen Winkel binschließen zu, - -lassen und. die hierdurch erforderliche-Strahlumlenküng durch Spiegel bzw. Priemen in.,geaig.neter Anordnung vorzunehmen..
  • An Hand von in der Zeichnung dargestellten, Ausführungsbeis'pielen soll die Erfindung-im folgendenn-Och'näher -erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten.e.
    Fig. 1 eine optischeEihrichtung na-eh der ErfindÜng,-
    Fig. 2 eine weitere optische Einrichtung nach der
    Erfindung-
    In der die optische-Einrichtung nach der Erfindung schematisch derstellenden Fig. 1 bedeutet 1 das die.- Itäser-und die Beobachtungsoptik umfassende-Gehäuse#, 2- ein Kreuggählitten und 3 das vom Laserstrahl zu bearbeitende Werkstück. ter las'erstrahl 4, de:'ü von oben durch-das Gehäuse 1 und die laseroptik 5-auf das Werkötüc-k auftrifft, wird beim Durchgang durch die Laseroptik 5 im Bereich des Werkstück'.o 3 fokussiert. Im vorliegenden Fall ist der Arbeiteabstand der Laseroptik -5 vom Werk-#stück 3 so eingestellt, daß der Brennp unkt des Laserstrahls etwa-in, die Ebene der Oberfläche des Kreuzschlittens 2 zu liegen kommt. Eine solche Einstellung wird beispielsweise beim Schweißen vorgenommen, um eine ausreichend kroße Schweißstelle zu erhalten. Die Beobachtungsoptik weist ein Objektiv 6 auf, das konzentrisch zur laseroptik #.und gegen diese verstellbar angeordnet ist. Dieses Objektiv kann im einfachsten Falle aus einer Sammellinse mit einer konzdntrischen Bohrung bestehen, die die Laseroptik aufnimmt. Auf diese Weise wird erreichtt daß die optische Achse der Laseroptik mit der optischen Achse des Objektivs der Beobachtungcoptik zusam.enfällt.- Im vorliegenden Fall ist das Objektiv 6 der Beobachtungsoptik gegenüber der Laseroptik 5 in 4er optischen Achse verschoben, und zwar ab, daß das Objektiv 6 auf den Arbeitsort des Laserstrahla 4 scharf eingestellt -iat. Das Okular 7 der Beobachtungsoptik,ist seitlich am Gehäuse 1 angebracht. Die Strahlumlenkung in Richtung der optischen Achse des Objektivs 6 erfolgt durch.Spiegel 8, die auf beiden Seiten des Laserstrahls 4 in Höhe des Okulare 7 im Gehäuse angeordnet sind. An Stelle der beiden Spiegel 8 kann auch ein Ringspiegel verviendet seine durch dessen-Öffnung de-r Laserstrahl 4 hindurchtritt.# 'Ein in Strahlengang zwis chen Okular 7 und L.aserstrahl 4 angeoxd.ne-te-s Fi-1te#rglas 9-gei-jährleistet den erforderlichen Augengchutz.des BetrachterG hinsichtlich-des Lasowlichtes.
  • Der A.rbcitsabstand der laßeroPtik 5 vom ','Teickstück 3 wird zi.,reckmäßig durch, Heben oder Senken des beide-_ Optiken' umfassenden Gehäuses 1 eingestellt. Auf diese WeiseIst es möglich, bei feste.r-relativer Einstellung zwischen der Laseroptik 5 und:dem-Objektiv 6 der Beobachtüngsoptik, beispielsweise bei schrägflächigen Werkstücken, die Laseroptik zur GewährleIstung eines konstanten Arbeit-s-, abstandes nachzuführen.
  • Eine Laseroptik, die bei kleiner Brennw.eite#eine hiergegen großen Arbeitsabstgnd.auf%-te'ist, zeigt die,Fig. 2 im S-chnitt. Hierin-bedeuten 10 das-die Optik umfassende GehLtiuse, 11 eine erste Linse, und zwar eine Zerstreuungslinse auf seiten des vom Bearbei tungslaser-ausgehenden Laserstrahls 4 und 12 und 1-3 zwei SammeIlinseni Die Zerstreuungslinse 11 weitet den Laserstrahl-gegen die Sammellinse 12 auf, die ihn gegen die zweite Sammellinse 13 hin, in einen Parallelstrahl mit entsprechend größerem-Durchmesser umformt, Die Sammellinse 13, tileder'um.fokussiert dan Laserstrahl 4 im gewünschten Arbeitsabstand, der hierbei der Brennweite der Sammellinse 13 entsprich% Die Aufleitung des Laserstrahls 4-zur Gewinnung eines größeren Arbeitsabstandes bei gleichem Öffnungswinkel der Optik entsprechend einer Sammellinse mit wesentlichgeringerer Brennweite, bedingt eine entsprechend dem gewünschten Arbeitsabstand proportionale Vergrößerung des Durcbmessers der Laseroptik, Entsprechenü größer muß dann auch-die Ringlinsenanordnung bemcssen welden, die das Objektiv der Beobachtungeoptik darstellt. Bei größerem Durchmesser würde diese Ringlinsenanordnung sehr aufwendig werden. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, hier an Stelle von Ringlinsen zwei ein Doppelobjektiv darstellende Linsen bzw. linsenanordnungen zu verwenden, die auf einander gegenüberliegenden Seiten in gleicher Höhe der Laseroptik angeordnet und so bemessen sind, daß ihr gemeinsamer Fokus inJie optische Achse der Laseroptik zu liegen kommt.
  • Der Vollständigkeit halber ist in der Fig. 2 ein solches aus -zwei Einzelobje ktiven aufgebautes Objektiv für eine in der Regel binokulare Beobachtungsoptik ebenfalls s - - schematisch dargestellt. Jedes der beiden EinzelobjektIve weist auf seiten des, Okulars ein TJmlcrür.prisma 14,-* 141 -auf dem sich auf seiten den vom . laserstrah,1 4.zu-bearbeitenden Werkstückes 31 eine Sam-ellinse 15, 151 in der für die Fokussierung derUld-.trählen 16, 161 in de:r-optischen Achse der,laseroptik erforderlichen Schräglage-anschließt.

Claims (1)

  1. P a t e ii t a n s p r ü c h e 1. Optische Einrichtung für Bearbeitungslaser zur Pokussi.erung des Laserstrahls in der Ebene des Bearbeitungsobjekto (Laseroptik) und zur Beobachtung das Arbeitsortes das Laserstrahls (Beobachtungsoptik), dadurch gekennzeichnet, daß die Laseroptik -(5) und das Objektiv (6; 15) der Be obachtungsc#ptik zileinander.konzentrisch und nach Art eines Teleskops in der optischen Achse der laseroptik relativ gegeneinander-verschiebbar angeordnet sind. 2.#Optische-EinrichiGung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (6, 15) der Beobachtungsoptik eine die Lasexoptik (5-) umschließende Ringlinse bzw. Ringlinsenanordnung ist. 3. Optische Einrichtung nach Anspruch le dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv der Beobachtungeoptik zurei auf einander gegenüberliegenden Seiten der laseroptik (6) i--n gleicher Höhe angeordnete Linsen (15) bzw. linsenanordnungen sind. 4. Optische Einriehtung na-eh einem-der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,-da# das Objektiv (6, 15) . 'der Laseroptik soWohl relativ zur-3eobachtungsopt ik (5) und-zum Bearbeitungsobjekt (3)-als auch zusammen-mit der Beobachtungsoptik relativ-zum Bearbeitungsobjekt vorstellbar ist. 5. Optische Einrichtung#nach einem c16r vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen von Okular (7) und Objektiv (6y 15)#dör Beobachtungsoptik miteinander einen vorgegebenen Winkel einschließen -und daß die hierdurch erforderliche Strahlumlenkung durch Spiegel (8) bzw. Prisiaen in geeigneter Anordnung vorgenommen -Lst.-6. Optische Einrichtung -nach einem-der vorhergehenden-Ansprüche, dadurch.gekennzeichnet, daß die-Lase-Toptik für eine sehr kleine Brennweite und-.einen auf die Brenn#.leite-bez-ogenen großen Arbeitsabstand vom Arbeitsobjekt bemessen ist.
DE19671615391 1967-03-16 1967-03-16 Optische Einrichtung fuer Bearbeitungslaser Pending DE1615391A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES0108865 1967-03-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1615391A1 true DE1615391A1 (de) 1970-05-21

Family

ID=7529092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19671615391 Pending DE1615391A1 (de) 1967-03-16 1967-03-16 Optische Einrichtung fuer Bearbeitungslaser

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1615391A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0025594A1 (de) * 1979-09-12 1981-03-25 Hitachi, Ltd. Vorrichtung zum Positionieren eines Laserstrahles
DE3626944A1 (de) * 1986-08-08 1988-02-18 Bias Forschung & Entwicklung Verfahren und vorrichtung zum fokussieren und steuern einer hochleistungsenergiequelle
EP0389771A2 (de) * 1989-03-27 1990-10-03 Yuji Ikeda Optische Bestandteile für einen faseroptischen Laserdopplergeschwindigkeitsmesser
FR2679809A1 (fr) * 1991-08-01 1993-02-05 France Etat Armement Dispositif d'observation d'une zone d'interaction entre un faisceau laser et de la matiere et dispositif et procede de traitement par faisceau laser utilisant ce dispositif d'observation.

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0025594A1 (de) * 1979-09-12 1981-03-25 Hitachi, Ltd. Vorrichtung zum Positionieren eines Laserstrahles
DE3626944A1 (de) * 1986-08-08 1988-02-18 Bias Forschung & Entwicklung Verfahren und vorrichtung zum fokussieren und steuern einer hochleistungsenergiequelle
EP0389771A2 (de) * 1989-03-27 1990-10-03 Yuji Ikeda Optische Bestandteile für einen faseroptischen Laserdopplergeschwindigkeitsmesser
EP0389771A3 (de) * 1989-03-27 1992-07-08 Yuji Ikeda Optische Bestandteile für einen faseroptischen Laserdopplergeschwindigkeitsmesser
FR2679809A1 (fr) * 1991-08-01 1993-02-05 France Etat Armement Dispositif d'observation d'une zone d'interaction entre un faisceau laser et de la matiere et dispositif et procede de traitement par faisceau laser utilisant ce dispositif d'observation.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011117607B4 (de) Optisches System und Verwendung des optischen Systems
EP2359178B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur dynamischen verlagerung eines lichtstrahls gegenüber einer den lichtstrahl fokussierenden optik
EP0264404B1 (de) Vorrichtung zum selbsttaetigen fokussieren eines auflichtmikroskopes
DE102007028504B4 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
DE69104968T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung.
EP1716963A1 (de) Optische Anordnung für die Remote-Laser-Materialbearbeitung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Arbeitsraumes
DE3127990C2 (de) Optisches Beobachtungsgerät
CH678663A5 (de)
DE10340965A1 (de) Rastermikroskop
DE4202606C2 (de) Vorrichtung zum Fokussieren eines Lichtbündels in mehreren Fokuspunkten
DE102006023321B4 (de) System zur Fokusüberwachung bei der Bearbeitung eines reflektierenden Substrates mittels eines Laserstrahls
DE19825092C2 (de) Lasersystem zur Erzeugung eines fokussierten Laserstrahls mit variablem Fokusdurchmesser
DE3853637T2 (de) Achromatisches abtastsystem.
DE10029680B4 (de) Mikroskop-Aufbau
DE2227367C3 (de) Lichtablenkeinrichtung mit zwei drehbaren Spiegeln
DE1615391A1 (de) Optische Einrichtung fuer Bearbeitungslaser
DE19640976C2 (de) Optisches System für eine Laserspaltlampe
DE102017124548B3 (de) Mikroskop mit einer OCT-Einrichtung und einer Wellenfrontmesseinrichtung
DE2655859C2 (de) Ophthalmologisches Gerät zur Untersuchung und zum Fotografieren des Augenhintergrundes
DE1963450B2 (de) Vorrichtung zum automatischen Messen der Richtung der optischen Achse des menschlichen Auges
DE2559925C2 (de) Einrichtung zur zentrischen Justierung eines Laserstrahls auf die optische Achse eines Mikroskopobjektivs
DE1615392A1 (de) Optische Einrichtung fuer Bearbeitungslaser
DE2834204C3 (de) Mikroskop mit zwei Strahlengängen zur gleichzeitigen Scharfeinstellung auf zwei im Abstand befindliche Dingebenen
DE2558053C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen des Brennpunktes eines Arbeitslaserstrahls auf einen gewünschten Mikrobereich eines Objektes
WO2002011939A1 (de) Optische anordnung