DE1615392A1 - Optical device for processing laser - Google Patents
Optical device for processing laserInfo
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- DE1615392A1 DE1615392A1 DE19671615392 DE1615392A DE1615392A1 DE 1615392 A1 DE1615392 A1 DE 1615392A1 DE 19671615392 DE19671615392 DE 19671615392 DE 1615392 A DE1615392 A DE 1615392A DE 1615392 A1 DE1615392 A1 DE 1615392A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
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Description
Optische Einrichtung für Bearbeitungßiaser -Schon kurz nach Entdeckung des Laserprinzips,--vmrde erkannt, daß sich die insbesondere mitlestkörperlasern erzeugbaro energiereiche -Strahlung.zur Bearbeitung sowohl o:bganischer.wie auch anorganischer Stoffe in vielfältiger Weize verm'enden# läßt. Da sich der Las,erstrahl wegen seiner beugungsbegrenzten Eigenspj ft auf eine -Fläche von mrenigeii 7,1 Zur - chmesser fek.u-#-;sieren lUßt,,können mit einem solchen Strahl insbesondere bei Metallen Feinetbohrungen und Schwäißverbindungen sehr kleiner Abmesaungen mit hoher Präzision hergestellt werden. Als #eerbeitungslaser kommen 3.B. Rubinlaser in Betracht. Das Arbeiten mit den Laserstrahl macht es notviendig, das zu bearbeitende Objekt während der Durchführung eines Arbeitsvorganges betrachten zu können. Mit Rücksicht auf die nür begrenzt zur Verfügung stehende Laserenergie ist die Einwirkung des Laserstrahls auf das zu bearbeitende Naterial auf eine relativ kleine FlUche von ca. 10 bis 1000 p bese hränkt, so daß die Beobachtun#gseinrichtung gleichzeitig vergrößernd wirken muß.Optical device for processing laser - Shortly after the discovery of the laser principle, - vmrde recognized that the high-energy radiation, which can be generated in particular with laser bodies, can be mixed in a variety of wheat for processing organic as well as inorganic substances. Since the Las, erstrahl due to its diffraction-limited Eigenspj ft to a face of mrenigeii to 7.1 - chmesser fek.u - # -; Sieren lUßt ,, can with such a beam, in particular for metals and Feinetbohrungen Schwäißverbindungen very small high Abmesaungen Precision can be made. As #eerbeitungslaser come 3.B Ruby laser into consideration. Working with the laser beam makes it necessary to be able to view the object to be processed while a work process is being carried out. In view of the limited available laser energy, the effect of the laser beam on the material to be processed is limited to a relatively small area of approx. 10 to 1000 p , so that the observation device must have a magnifying effect at the same time.
lieben der-zu fordernden Vergrößerung muß die Beobaclatungsoptik sowohl.
gemeinsam mit der Laseroptik als auch, relativ zur Laseroptik einstellbar ausgeführt
sein. Die gemeinsame Einstellbarkeit voil Laser- und Beobachtungsoptik hinsichtlich
des zu bearbeitenden Werkstücks ist notwendig, tun, im Zuge eines Atbeitsvorganges
über die Beobachtungsoptik die Laseroptik nachführen zu können. Die Relativeinstellung
zwischen Laser- und Beobachtungsoptik ergibt sichldagegen.aus der Tatsache, daß
der Laserstrahl je nach Art des Bearbeitungsvorgangs an Arbeitsort fokussiert
oder mehr oder weniger defok"i-2siert zur Einwirkung gelangt. Eine fokussierte Anwendung
des
Ddr Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich unter Zuhilfenahme einer gegebenenfalls steuerbaren Lichtumlenkvorrichtung eine Vereinigung von Laser- und Beobachtungsoptik herbeiführen läßt, ohne daß hierbei auf das --u fordernde getrennte Einstellen beider Optiken verzichtetwerden muß. Auch ermöglicht diese Lösung eine Korrektur des praktisch unvermeidbaren chromatisehen Fehlers der beiden Optiken gemeinsamen LinsE bzw. linsenanordnung, weil der Teil der Beobachtungsoptik, der lediglich.von. licht des Bilden des Beobachtungsobjektes durchlaufen wird, im Gegensatz zur Laseroptik farbkorrigierte gekittete Linsenanordnungen aufweisen kann. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist das Objektiv der Beobachtungsäptik neben der den beideh Optiken gemeinsamen Linse eine weitere Linse mit gleicher Brenni-"#eitö auf , die von der -beiden Optiken -gemeinsamen Linse in einem Strahlengangabstand von der doppelten-Erenn#-"eite einer Linse -,ngeordnet#ist,..Hierbei i-st das Okular der Beobachtungsoptik ein n der optischen Achse der weiteren Linse ahgeordnetes einstellbares Mikroskop. Die beiden Lins.en mit gleicher Brennweite und- einem, Strahlengangabstand von der.doppelte'n Brenniveite stellen ein konfokales Lins.ensystem dar, das die Eigenschaft hat, das Bild des aufgenommenen Gegenstandes im Strahl,ehgghgabstand der vierfachen Brennweite vom ObJek t im Abbildungsmaßstab l-: 1 zu reproduzieren. Dadurch wird in außerordentlich vorteilhafter Weise erreicht,'daß dieses von einem in Richtung des Strahlengangs verschiebbar ausgeführten Mikroskoptubus betrachtete Bild des Objektes unabhängig von Abstand der, beiden Optiken gemeinsamen Zinse vom B-Parbeitungsobjekt -dem Beobachter durch das Mikroskop hindurch stets-in der-gleichen Vergrößerung dargeboten wird.The invention is based on the knowledge that a combination of laser and observation optics can be brought about with the aid of a possibly controllable light deflecting device, without having to dispense with the separate setting of both optics, which is required. This solution also enables a correction of the practically unavoidable chromatic error of the lenses or lens arrangement common to both optics, because the part of the observation optics that is only used by. light of the formation of the observation object is passed through, in contrast to laser optics can have color-corrected cemented lens arrangements. In a first preferred embodiment, the objective of the observation optics has, in addition to the lens common to both optics, a further lens with the same focal length , the lens common to the two optics at a beam path distance of twice the length a lens -, arranged #, .. Here, the eyepiece of the observation optics is an adjustable microscope arranged along the optical axis of the further lens. The two lenses with the same focal length and a beam path spacing from the double focal length represent a confocal lens system which has the property of the image of the object recorded in the beam, i.e. four times the focal length of the object in the imaging scale l-: reproduce 1. In this way it is achieved in an extremely advantageous manner that this image of the object viewed from a microscope tube which is designed to be displaceable in the direction of the beam path is always the same regardless of the distance between the two optics and the B-processing object - the observer through the microscope through the microscope Magnification is presented.
Bei einer binokularen Ausführung,des Nikroskops ist es
mit Rücksicht
auf den mechanischen Aufwand der'Einstellvorrichtung sinnvoll, lediglich das 1.-likroskopQb-jektiv
für
die Scharfeinstellung auf das von dem konfokalen Linsensysten erzeugte Bild verschiebbar
auszuführen. In diesem Falle läßt sich jedoch eine geringfügige Abhängigkeit der
Vergrößerung des dem Beobachter dargebetonen Bildes in Abtängigkeit der Einstellung
nicht vermeiden. Diese Abhängigkeit läßt sich jedoch praktisch. dadurch in vernachlässigbaren
Grenzen halten, daß die beiden, das Objekt für das Mikroskop abbildenden Linsen
in einem von ihrer doppelten Brennweite geringfügig aby,#,eichenden Strahlengangabstand
angeordnet werden, unC zwar ergibt sich für die gei-i-Unschte Korrektur ein Abstand
Hierin bedeuten f die Brennweite der das Objekt für das Mikroskop abbildenden
beiden Linsen, fl die Brennweite den Nikroskopobjektivs, r ok die 1.Tikroskopolcularvergrößerung
und P die Gesamtvergrößerung des Mikroskops. Bei einen weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel nach der Erfindung weist die Laseroptik drei hint-ereinender
angeordnete Linsen von solcher Bemessung auf, daß der ankommende parallele Laserstrahl
beim Durchgang durch die erste Linse eine Kugelwellencharakteristik erhält, anschließend
über die zweite Linse wiederum in eine
Zi-,reckmäßig besteht die Lichtumlenkvorrichtung au.- einem Klappspiegel oder einen aus den Strahlengang des Lasers herar--drehbaren Prisha, die in ihrer Grundstellung'die Beobacli-'t.-ungsoptik freigeten und die Laseroptik sperren. An Stelle des Klappspiegels oder des aus den Strahlengang des Lasers herausdrehbaren Prismas kann auch zur Vermeidung der- hierfür c-rfoxüerlicheii Mechanik für deren Betätigung ein licht'toiler vorgesehen -,.sein. In diesen Pallc_ ist es Jedoch Uötig, in Bereich des nur vom Beobachtungsstrahl beziutzilen der :Beobachtungsoptik eine Augenschutzvorrichtung, beißpiels'vieisc das Laserlicht absorbierendes Filterglaz,voxzuschen. Diese Funktion kann auch ein diebr-oitischer Spiegel als Lichtteiler übernehmen.The light deflecting device consists of a folding mirror or a prisha that can be rotated from the beam path of the laser, which in its basic position releases the observation optics and blocks the laser optics. Instead of the folding mirror or the prism that can be rotated out of the beam path of the laser, a light toiler can also be provided in order to avoid the mechanics for actuating them. In these Pallc_ it is Uötig However, in the range of only from the monitoring beam of beziutzilen: voxzuschen observation optics an eye protection device, the laser light absorbing beißpiels'vieisc Filterglaz. This function can also be performed by a Diebrite mirror as a light splitter.
An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs belspielen
soll die Erfindung-in foläenden noch näher erläutewt-i-terden,-in der Zeichnung.bedeuten:
Oberhalb der beiden Optiken gemeinsamen Sammellinse 15 ist ein Lichtteiler 17 vorgesehen, der der Einfachheit halber als PlattYdargestellt is t, im allgemeinen aber als Prisma ausgefthrt sein wird. Der Lichtteiler 17 läßt den Laserstrahl 6 zur Sammellinse 15 hindurchtreten, während er das Licht des zu beobachtenden Werkstücks 5 unter einen rechten Winkel zum Okular der Beobachtungsoptik hin unlenkt. Die Beobachtungsoptik selbst basteht ihrem Objektiv nach aus der beiden Optiken gemeinsamen Samm ellinse 15, einer weiteren hierzu mit ihrer optischen Achse senkrecht ausgerichteten, Sammellinse 18. und einer das Okular darstellenden.dritten Sammellinse 1 g." Die Beobachtüngsoptik braucht bei- diesem Ausführungsbeispiel nicht einstellbar ausgeführt zu sein" sondern kann für eine Beobachtung des-,Arbeitsort es dels - Laserstrahls in eineri fest vorgeg eben n Abstand der-Sammellinse 15 vori #,Terkstück'5 beraessen sein. Zwischen dem #Z-chtteiler 17 und der Samm ellinse 18 ist eine Filterglasplatte 20 angeordnet, die die, für das Auge des Beobachters schädliche Iaserstrahlung in ausreichendem 1--Iaße absorbiert.A light splitter 17 is provided above the converging lens 15 common to both optics, which for the sake of simplicity is shown as a plate, but is generally designed as a prism. The light splitter 17 allows the laser beam 6 to pass through to the converging lens 15 , while it deflects the light of the workpiece 5 to be observed at a right angle to the eyepiece of the observation optics. The objective of the observation optics itself consists of the two optics common collecting lens 15, a further collecting lens 18 aligned perpendicular to this with its optical axis and a third collecting lens 1 g representing the eyepiece to be executed "but can be used for an observation of the, work place it dels - laser beam in a fixed predetermined distance of the converging lens 15 in front of"Terkstück'5". A filter glass plate 20, which absorbs the laser radiation which is harmful to the eye of the observer to a sufficient degree, is arranged between the design splitter 17 and the collecting lens 18.
Der gegebenenfallo exwünschtc Grad der Deckfokußsierung des Laserstrahls' hinsichtlich des.ArbeLtsQrteg3-wird durch Verschieben der -Sammellinse 14 in Richtung ihrer outischen Achse ermöglicht. Zweckmäßig ist der-- Einstellbereich so ber-essen, daß die Fokussierung den Iaserstrahls an Arbeitsort bei konf okaler Anordnung der Sammellinsen 13 und-14 der Laseroptik gegeben ist. Bei einer Ver-,schiebung der Sammellinse 14 gegen-die Sammellinse 1.3 oder von ihr weg wird dann der Fokus des Lasd*rstra-hls - senkrecht zur Ehene des Werkstücks 5 verschoben. Bei der gestri.chelt dargestellten Verschiebung.'der Sämmellinse 14 in Richtung auf die Samme#ilinse 13 wird, wIe der unterbrochen gezeichnete Strahl e rkennen läßt, der Abstand des Fokus von der Sapir.,iellinse 15 vergrößert - * Der Vorteil dieser Art der-Einstell'ung bes teht nicht nur darin, daß die Laser- und die BeobachtungsopaGik gegenüber den Werkstü.ck fixiert werden können,,sondern daß auch die gewünschte Einstellung des Laserstrahls durch Verschieben der SamM.ei-'linse 14 bei geringerl mechanischem Aufwand für den Antrieb_ sehr genau vorgenor.--men # - ,erden kann, weil hier das Verhältnis der Verschiebungder Sammellinse 14 zur Verschiebung des Pokus des Laserstrahls an sich bereits recht groß ist.The possibly exwünschtc degree of top focus of the laser beam with regard to des.ArbeLtsQrteg3 is made possible by moving the converging lens 14 in the direction of its outic axis. The adjustment range is expediently oversized in such a way that the laser beam is focused at the work site with a confocal arrangement of the converging lenses 13 and 14 of the laser optics. In a comparison, the converging lens 14 against the shift-collecting lens 1.3 or from it is off then the focus of the Lasd * rstra-hls - shifted perpendicular to Ehene of the workpiece. 5 . In the illustrated gestri.chelt Verschiebung.'der Sämmellinse 14 in the direction of the Samme ilinse # 13, the interrupted drawn ray as e can rkennen, the distance of the focus from the Sapir, iellinse increased 15 - * The advantage of this type of Setting consists not only in the fact that the laser and the observation optics can be fixed in relation to the workpiece, but also that the desired setting of the laser beam by moving the lens 14 with less mechanical effort for the drive_ can be grounded very precisely - men # - , because here the ratio of the displacement of the converging lens 14 to the displacement of the focus of the laser beam is already quite large.
Zwar benötigt diese Art der Einstellung eine Laseroptik mit #-Jenigstens drei Zinsen. Dieser Aufwand fällt jedoch insofern nicht ins Gewicht, weil für viele Anwendungsfülleg bei denen mit Rücksicht auf eine starke Fokussierung ein großes Öffnungsverhältnis der OptilIC bei ausreichend großen Arbeitsabstand verlangt werden muß, sowieso von einer mehrlinsigen Anordnung Gebrauch gemacht werden muß, bei der, wie das 'beim Ausführungsbeispiel nach der-Fig. 2 bereits berücksichtigt ist, der Laserstrahl 6,um dieses Ziel zu erreichen, aufgeweitet werden muß.This type of setting requires laser optics with # at least three interest. However, this effort is insignificant because for many A wide range of applications for those with a strong focus in mind The aperture ratio of the OptilIC is required with a sufficiently large working distance must, anyway, must be made use of a multi-lens arrangement in which, like that 'in the embodiment according to FIG. 2 is already taken into account, the Laser beam 6, in order to achieve this goal, must be expanded.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES0109045 | 1967-03-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1615392A1 true DE1615392A1 (en) | 1970-05-21 |
Family
ID=7529238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19671615392 Pending DE1615392A1 (en) | 1967-03-28 | 1967-03-28 | Optical device for processing laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1615392A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2187491A1 (en) * | 1972-06-08 | 1974-01-18 | Anvar | Micro welding - using a coherent light beam transmitted through an optical system |
DE3037981A1 (en) * | 1979-11-21 | 1981-06-04 | Laser-Work AG, Pfungen | METHOD AND DEVICE FOR LASER BEAM MELTING AND FLAME CUTTING |
DE3411140A1 (en) * | 1984-03-26 | 1985-09-26 | BIAS Forschungs- und Entwicklungs-Labor für angewandte Strahltechnik GmbH, 2820 Bremen | Process for aligning a working head for a focused high-output energy source, and a working head, in particular for executing the process |
-
1967
- 1967-03-28 DE DE19671615392 patent/DE1615392A1/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2187491A1 (en) * | 1972-06-08 | 1974-01-18 | Anvar | Micro welding - using a coherent light beam transmitted through an optical system |
DE3037981A1 (en) * | 1979-11-21 | 1981-06-04 | Laser-Work AG, Pfungen | METHOD AND DEVICE FOR LASER BEAM MELTING AND FLAME CUTTING |
DE3411140A1 (en) * | 1984-03-26 | 1985-09-26 | BIAS Forschungs- und Entwicklungs-Labor für angewandte Strahltechnik GmbH, 2820 Bremen | Process for aligning a working head for a focused high-output energy source, and a working head, in particular for executing the process |
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