WO2013014030A1 - Laser scanning device - Google Patents

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WO2013014030A1
WO2013014030A1 PCT/EP2012/063991 EP2012063991W WO2013014030A1 WO 2013014030 A1 WO2013014030 A1 WO 2013014030A1 EP 2012063991 W EP2012063991 W EP 2012063991W WO 2013014030 A1 WO2013014030 A1 WO 2013014030A1
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WO
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laser
power
control
control unit
light source
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/063991
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German (de)
French (fr)
Inventor
Randolf Hoche
Joachim Walter
Original Assignee
Smart Move Gmbh
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Publication date
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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
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Definitions

  • the invention relates to a device for deflecting a laser beam along a trajectory on a workpiece to be machined, with a laser light source for generating a laser beam with controllable power, a motorized deflection unit for deflecting the laser beam along a predeterminable trajectory with predeterminable path speed and a control unit for controlling the power the laser light source and for controlling the Ablcnkaji.
  • the point of impact of the laser beam on the workpiece to be machined is typically to be changed dynamically in order not only to machine one point of the workpiece.
  • the laser beam is usually deflected in a deflection unit by mirrors, which are moved by servo motors, so that it describes a two-dimensional path on the workpiece.
  • Such servo motors are often installed in pairs in so-called scanning heads, which serve as a laser deflection unit and have a laser input and a laser output.
  • scanning heads which serve as a laser deflection unit and have a laser input and a laser output.
  • the targeted paths are not closed, and the motorized movement of the mirrors is inertial, so the laser beam must be turned on or off at the right time to maintain the given trajectory during movement of the deflecting mirrors.
  • control cards such as.
  • control cards contain the information regarding the desired processing trajectories in the form of a description language, whereby both the actual trajectory generation and laser power control can be modified by appropriate parameter selection the web speed and / or the laser power are varied.
  • the laser beam must be switched on and off during processing, and for certain track sections or track points typically a predetermined laser power or laser energy to be applied in order to achieve the desired material processing effect at certain points of the workpiece. by virtue of these switching operations and / or external influences, such as temperature fluctuations.
  • the laser energy may fluctuate more than desired in certain applications when turned on.
  • C0 2 lasers are mentioned here. It is an object of the present invention to provide a device for deflecting a laser beam along a trajectory on a workpiece to be machined, which allows the most precise implementation of the desired specifications regarding. Trajectory and course of the applied laser power or laser energy along the trajectory.
  • an apparatus is advantageous in that an optical sensor for detecting the current power of the laser beam is provided and the control unit is adapted to the power of the light source and / or To control the web speed in dependence on the power of the laser beam detected by the sensor, the laser power depending on the currently traversed on the trajectory point can be controlled with increased accuracy by a control loop is implemented with respect to laser power, so that ensures higher accuracy can be that the laser power decreases the desired process for workpiece machining.
  • a particularly accurate representation of the desired laser power profile can be achieved if the control unit is designed to take into account a model of the laser light source and / or a model of the deflection unit in the control of the light source or of the deflection unit.
  • the control unit is designed to take into account a model of the laser light source and / or a model of the deflection unit in the control of the light source or of the deflection unit.
  • required time constants i. for ramping up the laser power
  • required time constants i. for accelerating the deflection unit
  • required time constant are taken into account.
  • the deflection unit has at least one motorized deflection mirror.
  • the deflection unit includes a regulated engine control unit to convert the engine control signals received from the control unit into engine voltages.
  • the light source may be, for example, a C0 2 laser.
  • the deflection unit, the control unit and the sensor are integrated in a common assembly.
  • the laser power detected by the sensor is supplied to the control unit at time intervals in the range of 1 to 100 microseconds.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a deflection unit as may be used in the invention
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of the essential components of a
  • FIG. 3 u. 4 views like FIG. 2, wherein modified examples are shown.
  • FIGS. 1 and 2 show an example of a laser scanning device comprising a laser light source 10 (hereinafter also referred to as "laser”) for generating an input laser beam 12 with controllable power, a motorized deflection unit 14 having at least one deflection mirror 16, which is of is driven by a servomotor 18 (when there are a plurality of deflecting mirrors 16, such as the deflecting mirrors 16A and 16B shown in Fig.
  • laser laser light source 10
  • a motorized deflection unit 14 having at least one deflection mirror 16, which is of is driven by a servomotor 18 (when there are a plurality of deflecting mirrors 16, such as the deflecting mirrors 16A and 16B shown in Fig.
  • each of the mirrors is driven by a separate servo motor 18A, 18B), a control unit 20 formed as a control unit Sensor 22 for detecting the current power of the incoming laser beam 12 and an element (typically a Sirahlteiler) 24 for coupling out a portion of the laser beam 12 to the sensor 22.
  • the deflection unit 14 is a block-like assembly (which is also referred to as "scan head ') is formed and has an input 26 for the ei whon laser beam 12 and an output 28 for the deflected laser beam 30 au.
  • a trajectory can be given, which the deflected laser beam 30 should describe on a workpiece 32, wherein for each location of the trajectory a desired trajectory speed, i. the predetermined tangential velocity which the laser beam 30 is to have at a certain path point and the desired laser power (in this case, a predetermined laser energy results for each point of the trajectory from the given beam velocity and the predetermined laser power is applied).
  • the control card 20 In order to implement these specifications on the workpiece 32, the control card 20 generates corresponding control signals for the power control of the laser 10 and the motor control 34 of the deflection unit 14.
  • the motor control 34 typically has control electronics to convert the motor control signals received from the control card 20 into motor voltages and to ensure that the required current can flow through the motors as well.
  • the sensor 22 provides an output signal corresponding to the currently detected laser light power which is input to the control board 20 so that it can take into account the present power of the laser beam 12 in the control of the laser 10 and deflector 14 to increase the accuracy of the control (The laser power can be controlled by the resulting feedback loop).
  • a model of the system to be controlled or implemented is also implemented in the control card 20, ie a model of the laser 10 and of the deflection unit 14.
  • time constants with regard to the dynamics of the laser power control ie, time constants required to build up a particular laser power / laser energy, as well as time constants with respect to the dynamics of the deflecting mirrors 16, ie, time constants required to build up a given speed (ie, the possible acceleration of the mirrors 16).
  • the measured laser power is provided to the control board 20 at appropriate time increments, which may preferably be in the single digit or two digit microsecond range, ie, in the range of 1 to 100 microseconds.
  • control system implemented in the control card 20 can look like.
  • the output for a web position laser power can be controlled to its value, which is specified as a function of the web position.
  • the laser power can be controlled so that the laser energy delivered to a web position is controlled to a value that is predetermined as a function of the web position.
  • the laser power output during a period of time can be regulated to a constant value. This is useful, for example, if the workpiece 32 is to be processed at a constant web speed, i. when the web speed is controlled to a constant value during the period.
  • the respective laser power output during a certain period of time can be controlled so that the laser energy emitted in each of the periods is constant. This is useful when individual points on the workpiece 32 are to be processed in each case with constant energy.
  • the web speed can be controlled so that the laser energy delivered per (differential) web portion is constant, taking into account the time constant required to build up the required laser power.
  • the web speed can be controlled accordingly, but also the laser power can be controlled accordingly.
  • the laser power can be controlled so that the laser energy or laser power delivered per web section is kept constant, taking into account the time constant required for the construction of the predetermined web speed.
  • the beam splitter 24 and the optical sensor 22 may also be integrated into the assembly 14 (the "deflection unit” is formed by the motor control 34, the motors 18 and the mirrors 16 as in FIG educated).
  • control card 20 can also be integrated into the assembly 14.

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Abstract

The invention relates to a device for deflecting a laser beam (12, 30) along a trajectory on a workpiece (32) to be machined, having a laser light source (10) for generating a laser beam (12) having controllable output, a motor-driven deflection unit (14, 16, 18, 34) for deflecting the laser beam along a predefinable trajectory at a predefinable velocity, and also a control unit (20) for controlling the output of the laser light source and for controlling the deflection unit. The device is characterized by an optical sensor (22) for sensing the current output of the laser beam (12) generated by the light source, wherein the control unit is configured to control the output of the light source (10) and/or the velocity depending on the laser beam output sensed by the sensor.

Description

Laserscanvorrichtung  Laser scanning device
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken eines Laserstrahl entlang einer Bahnkurve auf einem zu bearbeitenden Werkstück, mit einer Laserlichtquelle zum Erzeugen eines Laserstrahl mit steuerbarer Leistung, einer motorisierten Ablenkeinheit zum Ablenken des Laserstrahls entlang einer vorgebbaren Bahnkurve mit vorgebbarer Bahngeschwindigkeit sowie einer Steuereinheit zum Steuern der Leistung der Laserlichtquelle und zum Steuern der Ablcnkeinheit. The invention relates to a device for deflecting a laser beam along a trajectory on a workpiece to be machined, with a laser light source for generating a laser beam with controllable power, a motorized deflection unit for deflecting the laser beam along a predeterminable trajectory with predeterminable path speed and a control unit for controlling the power the laser light source and for controlling the Ablcnkeinheit.
Beim Einsatz von Lasern zur Mate ri al bearbe itu ng soll der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem zu bearbeitenden Werkstück typischerweise dynamisch verändert werden, um nicht nur einen Punkt des Werkstücks zu bearbeiten. Hierzu wird der Laserstrahl üblicherweise in einer Ablenkeinheit durch Spiegel, die von Stellmotoren bewegt werden, so abgelenkt, dass er eine zweidimensionale Bahn auf dem Werkstück beschreibt. Solche Stellmotoren werden häufig paarweise in sogenannten Scannköpfen verbaut, die als Laserablenkeinheit dienen und einen Lasereingang und einen Laserausgang aufweisen. Oft sind die angestrebten Bahnen nicht geschlossen, und die motorisierte Bewegung der Spiegel ist trägheitsbehaftet, so dass der Laserstrahl für die Einhaltung der vorgegebenen Bahnkurve während der Bewegung der Ablenkspiegel zum richtigen Zeitpunkt ein- bzw. ausgeschaltet werden muss. When using lasers for surface treatment, the point of impact of the laser beam on the workpiece to be machined is typically to be changed dynamically in order not only to machine one point of the workpiece. For this purpose, the laser beam is usually deflected in a deflection unit by mirrors, which are moved by servo motors, so that it describes a two-dimensional path on the workpiece. Such servo motors are often installed in pairs in so-called scanning heads, which serve as a laser deflection unit and have a laser input and a laser output. Often, the targeted paths are not closed, and the motorized movement of the mirrors is inertial, so the laser beam must be turned on or off at the right time to maintain the given trajectory during movement of the deflecting mirrors.
Die Steuerung der Leistung der Laserlichtquelle, d.h. des Lasers, sowie die Steuerung der Stellmotoren der Spiegel erfolgt in der Regel durch Steuerkarten, wie sie z.B. unter der Typenbezeichnung „RTC" von der Firma Scanlab AG, 82178 Puchheim, Deutschland erhältlich sind. Solche Steuerkarten enthalten die Informationen bzgl. der gewünschten Bearbeitungsbahnkurven in Form einer Beschreibungssprache, wobei sowohl die tatsächliche Bahngenerierung und Laserleistungssteuerung durch entsprechende Parameterwahl modifiziert werden kann. Beispielsweise kann die Bahngeschwindigkeit und/oder die Laserleistung variiert werden. The control of the power of the laser light source, i. the laser, as well as the control of the actuators of the mirror is usually carried out by control cards, such as. Such control cards contain the information regarding the desired processing trajectories in the form of a description language, whereby both the actual trajectory generation and laser power control can be modified by appropriate parameter selection the web speed and / or the laser power are varied.
In der Regel muss der Laserstrahl während der Bearbeitung ein- und ausgeschaltet werden, und für bestimmte Bahnabschnitte oder Bahnpunke soll typischerweise eine vorbestimmte Laserleistung bzw. Laserenergie appliziert werden, um dem gewünschten Materialbearbeitungseffekt an bestimmten Stellen des Werkstücks zu erzielen. Aufgrund dieser Schaltvorgänge und/oder äußerer Einflüsse, wie Temperatursehwankungen. kann die Laserenergie zumindest bei einigen Lasertypen in bestimmten Anwendungen im eingeschalteten Zustand stärker schwanken als gewünscht. Als Beispiel seien hier C02 Laser genannt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ablenken eines Laserstrahls entlang einer Bahnkurve auf einem zu bearbeitenden Werkstück zu schaffen, welche eine möglichst präzise Umsetzung der gewünschten Vorgaben bzgl. Bahnkurve und Verlauf der applizierten Laserleistung bzw. Laserenergie entlang der Bahnkurve ermöglicht. As a rule, the laser beam must be switched on and off during processing, and for certain track sections or track points typically a predetermined laser power or laser energy to be applied in order to achieve the desired material processing effect at certain points of the workpiece. by virtue of these switching operations and / or external influences, such as temperature fluctuations. For example, at least for some types of lasers, the laser energy may fluctuate more than desired in certain applications when turned on. As an example, C0 2 lasers are mentioned here. It is an object of the present invention to provide a device for deflecting a laser beam along a trajectory on a workpiece to be machined, which allows the most precise implementation of the desired specifications regarding. Trajectory and course of the applied laser power or laser energy along the trajectory.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, dass dadurch, dass ein optischer Sensor zum Erfassen der aktuellen Leistung des Laserstrahl bereitgestellt wird und die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Leistung der Lichtquelle und/oder die Bahngeschwindigkeit in Abhängigkeit von der von dem Sensor erfassten Leistung des Laserstrahls zu steuern, die Laserleistung in Abhängigkeit von dem gerade auf der Bahnkurve durchlaufenen Punkt mit erhöhter Genauigkeit gesteuert werden kann, indem eine Regelschleife bzgl- der Laserleistung implementiert wird, so dass mit höherer Genauigkeit sichergestellt werden kann, dass die Laserleistung den für die Werkstückbearbeitung gewünschten Verlauf nimmt. This object is achieved by an apparatus according to claim 1. In the solution according to the invention is advantageous in that an optical sensor for detecting the current power of the laser beam is provided and the control unit is adapted to the power of the light source and / or To control the web speed in dependence on the power of the laser beam detected by the sensor, the laser power depending on the currently traversed on the trajectory point can be controlled with increased accuracy by a control loop is implemented with respect to laser power, so that ensures higher accuracy can be that the laser power decreases the desired process for workpiece machining.
Eine besonders genaue Abbildung des gewünschten Laserleistungsverlaufs kann erzielt werden, wenn die Steuereinheit ausgebildet ist, um ein Modell der Laserlichtquelle und/oder ein Modell der Ablenkeinheit bei der Steuerung der Lichtquelle bzw. der Ablenkeinheit zu berücksichtigen. Insbesondere können dabei für den Aufbau einer bestimmten Laserenergie, d.h. für das Hochfahren der Laserleistung, erforderliche Zeitkonstanten und für den Aufbau einer bestimmten Bahngeschwindigkeit, d.h. für das Beschleunigen der Ablenkeinheit, erforderliche Zeitkonstante berücksichtigt werden. Vorzugsweise weist die Ablenkeinheit mindestens einen motorisierten Ablenkspiegel auf. A particularly accurate representation of the desired laser power profile can be achieved if the control unit is designed to take into account a model of the laser light source and / or a model of the deflection unit in the control of the light source or of the deflection unit. In particular, for the construction of a particular laser energy, i. for ramping up the laser power, required time constants, and for establishing a particular path speed, i. for accelerating the deflection unit, required time constant are taken into account. Preferably, the deflection unit has at least one motorized deflection mirror.
Typischerweise weist die Ablenkeinheit eine geregelte Motorsteuereinheit auf, um die von der Steuereinheit erhaltenen Motorsteuersignale in Motorspannungen umzusetzen. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um einen C02-Laser handeln. Typically, the deflection unit includes a regulated engine control unit to convert the engine control signals received from the control unit into engine voltages. The light source may be, for example, a C0 2 laser.
Vorzugsweise sind die Ablenkeinheit, die Steuereinheit und der Sensor in einer gemeinsamen Baugruppe integriert. Preferably, the deflection unit, the control unit and the sensor are integrated in a common assembly.
Zweckmäßigerweise wird die vom Sensor erfasste Laserleistung der Steuereinheit in Zeitintervallen im Bereich von 1 bis 100 Mikrosekunden zugeführt. Conveniently, the laser power detected by the sensor is supplied to the control unit at time intervals in the range of 1 to 100 microseconds.
Weiter bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Further preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Ablenkeinheit, wie sie bei der Erfindung verwendet werden kann; In the following the invention will be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. 1 is a perspective view of an example of a deflection unit as may be used in the invention;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm der wesentlichen Komponenten eines Fig. 2 is a schematic block diagram of the essential components of a
Beispiels einer erfindungsgemäßen Laserablenkvorrichtung; und  Example of a laser deflection device according to the invention; and
Fig. 3 u. 4 Ansichten wie Fig. 2, wobei abgewandelte Bespiele gezeigt sind. Fig. 3 u. 4 views like FIG. 2, wherein modified examples are shown.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Beispiel für eine Laserscanvorrichtung gezeigt, mit einer Laserlichtquelle 10 (im Folgenden auch als „Laser" bezeichnet) zum Erzeugen eines eingehenden Laserstrahls 12 mit steuerbarer Leistung, einer motorisierten Ablenkeinheit 14 mit mindestens einem Ablenkspiegel 16, der von einem Stellmotor 18 angetrieben wird (wenn mehrere Ablenkspiegel 16, wie z.B. die in Fig. 1 gezeigten Ablenkspiegel 16A und 16B, vorhanden sind, wird jeder der Spiegel von einem separaten Stellmotor 18A, 18B angetrieben), einer als Steuerkarte 20 ausgebildete Steuereinheit, einem optischen Sensor 22 zum Erfassen der aktuellen Leistung des eingehenden Laserstrahls 12 sowie einem Element (typischerweise ein Sirahlteiler) 24 zum Auskoppeln eines Teils des Laserstrahls 12 auf den Sensor 22. Gemäß dem Beispiel von Fig. 1 ist die Ablenkeinheit 14 als blockartige Baugruppe (die auch als„Scankopf' bezeichnet wird) ausgebildet und weist einen Eingang 26 für den eigehenden Laserstrahl 12 und einen Ausgang 28 für den abgelenkten Laserstrahl 30 au . FIGS. 1 and 2 show an example of a laser scanning device comprising a laser light source 10 (hereinafter also referred to as "laser") for generating an input laser beam 12 with controllable power, a motorized deflection unit 14 having at least one deflection mirror 16, which is of is driven by a servomotor 18 (when there are a plurality of deflecting mirrors 16, such as the deflecting mirrors 16A and 16B shown in Fig. 1, each of the mirrors is driven by a separate servo motor 18A, 18B), a control unit 20 formed as a control unit Sensor 22 for detecting the current power of the incoming laser beam 12 and an element (typically a Sirahlteiler) 24 for coupling out a portion of the laser beam 12 to the sensor 22. According to the example of Fig. 1, the deflection unit 14 is a block-like assembly (which is also referred to as "scan head ') is formed and has an input 26 for the eigehenden laser beam 12 and an output 28 for the deflected laser beam 30 au.
Mittels der Steuerkarte 20 kann eine Bahnkurve vorgegeben werden, die der abgelenkte Laserstrahl 30 auf einem Werkstück 32 beschreiben soll, wobei für jeden Ort der Bahnkurve eine gewünschte Bahngeschwindigkeit, d.h. die Tangentialgeschwindigkeit, die der Laserstrahl 30 in einem bestimmten Bahnpunkt aufweisen soll, sowie die gewünschte Laserleistung vorgegeben werden (dabei ergibt sich aus der vorgegebenen Ba h ngeschwi nd igke i t und der vorgegebenen Laserleistung für jeden Punkt der Bahnkurve eine vorgegebene Laserenergic, die an diesem Bahnpunkt appliziert wird). Um diese Vorgaben auf dem Werkstück 32 umzusetzen, generiert die Steuerkarte 20 entsprechende Steuersignale für die Leistungssteuerung des Lasers 10 sowie für die Motorsteuerung 34 der Ablenkeinheit 14. Die Motorsteuerung 34 weist typischerweise eine Regelelektronik auf, um die von der Steuerkarte 20 empfangenen Motorsteuersignale in Motorspannungen umzusetzen und dafür zu sorgen, dass auch der erforderliche Strom durch die Motoren fließen kann. Der Sensor 22 liefert ein Ausgangssignal entsprechend der aktuell erfassten Laserlichtleistung, welches der Steuerkarte 20 als Eingangssignal zugeführt wird, damit diese die aktuell vorliegende Leistung des Laserstrahls 12 bei der Steuerung des Lasers 10 und der Ablenkeinheit 14 berücksichtigen kann, um die Genauigkeit der Steuerung zu erhöhen (die Laserleistung kann durch die dadurch entstehende Rückkoppelschleife einer Regelung unterzogen werden). By means of the control card 20, a trajectory can be given, which the deflected laser beam 30 should describe on a workpiece 32, wherein for each location of the trajectory a desired trajectory speed, i. the predetermined tangential velocity which the laser beam 30 is to have at a certain path point and the desired laser power (in this case, a predetermined laser energy results for each point of the trajectory from the given beam velocity and the predetermined laser power is applied). In order to implement these specifications on the workpiece 32, the control card 20 generates corresponding control signals for the power control of the laser 10 and the motor control 34 of the deflection unit 14. The motor control 34 typically has control electronics to convert the motor control signals received from the control card 20 into motor voltages and to ensure that the required current can flow through the motors as well. The sensor 22 provides an output signal corresponding to the currently detected laser light power which is input to the control board 20 so that it can take into account the present power of the laser beam 12 in the control of the laser 10 and deflector 14 to increase the accuracy of the control (The laser power can be controlled by the resulting feedback loop).
Vorzugsweise ist in der Steuerkarte 20 auch ein Modell des zu steuernden bzw. regelnden Systems implementiert, d.h. ein Modell des Lasers 10 und der Ablenkeinheit 14. Insbesondere können dabei Zeitkonstanten bezüglich der Dynamik der Laserleislungssteuerung. d.h. zum Aufbau einer bestimmten Laserleistung/Laserenergie erforderliche Zeitkonstanten, sowie Zeitkonstanten bezüglich der Dynamik der Ablenkspiegel 16, d.h. Zeitkonstanten, die zum Aufbau einer vorgegebenen Geschwindigkeit (d.h. die mögliche Beschleunigung der Spiegel 16) erforderlich sind, berücksichtigt werden. Die gemessene Laserleistung wird der Steuerkarte 20 in geeigneten Zeitintcrvallen bereitgestellt, wobei diese vorzugsweise in einstelligen oder zweistelligen Mikrosekundenbereich, d.h. im Bereich von 1 bis 100 Mikrosekunden, liegen können. Preferably, a model of the system to be controlled or implemented is also implemented in the control card 20, ie a model of the laser 10 and of the deflection unit 14. In particular, time constants with regard to the dynamics of the laser power control. ie, time constants required to build up a particular laser power / laser energy, as well as time constants with respect to the dynamics of the deflecting mirrors 16, ie, time constants required to build up a given speed (ie, the possible acceleration of the mirrors 16). The measured laser power is provided to the control board 20 at appropriate time increments, which may preferably be in the single digit or two digit microsecond range, ie, in the range of 1 to 100 microseconds.
Im Folgenden werden einige Möglichkeiten aufgezeigt, wie die in der Steuerkarte 20 implementierte Regelung bzw. Steuerung aussehen kann. In the following, some possibilities are shown how the control system implemented in the control card 20 can look like.
So kann beispielsweise die für eine Bahnposition abgegebene Laserleistung auf ihren Wert geregelt werden, der als Funktion der Bahnposition vorgegeben wird. Alternativ kann die Laserleistung so geregelt werden, dass die für eine Bahnposition abgegebene Laserenergie auf einen Wert geregelt wird, der als Funktion der Bahnposition vorgegeben ist. Gemäß einer weiteren Alternative kann die während eines Zeitraums abgegebene Laserleistung auf einen konstanten Wert geregelt werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn das Werkstück 32 mit konstanter Bahngeschwindigkeit bearbeitet werden soll, d.h. wenn die Bahngeschwindigkeit während des Zeitraums auf einen konstanten Wert gesteuert wird. Alternativ kann die jeweils während eines bestimmten Zeitraums abgegebene Laserleistung so geregelt werden, dass die in jedem der Zeiträume abgegebene Laserenergie konstant ist. Dies ist zweckmäßig, wenn einzelne Punkte auf dem Werkstück 32 jeweils mit konstanter Energie bearbeitet werden sollen. Thus, for example, the output for a web position laser power can be controlled to its value, which is specified as a function of the web position. Alternatively, the laser power can be controlled so that the laser energy delivered to a web position is controlled to a value that is predetermined as a function of the web position. According to a further alternative, the laser power output during a period of time can be regulated to a constant value. This is useful, for example, if the workpiece 32 is to be processed at a constant web speed, i. when the web speed is controlled to a constant value during the period. Alternatively, the respective laser power output during a certain period of time can be controlled so that the laser energy emitted in each of the periods is constant. This is useful when individual points on the workpiece 32 are to be processed in each case with constant energy.
Gemäß einer weiteren Alternative kann die Bahngeschwindigkeit so gesteuert werden, dass die pro (differentiellen) Bahnabschnitt abgegebene Laserenergie konstant ist, wobei die für den Aufbau der nötigen Laserleistung erforderliche Zeitkonstante berücksichtigt wird. Alternativ kann dabei nicht nur die Bahngeschwindigkeit entsprechend gesteuert, sondern auch die Laserleistung entsprechend geregelt werden. According to a further alternative, the web speed can be controlled so that the laser energy delivered per (differential) web portion is constant, taking into account the time constant required to build up the required laser power. Alternatively, not only the web speed can be controlled accordingly, but also the laser power can be controlled accordingly.
Gemäß einer weiteren Alternative kann die Laserleistung so geregelt werden, dass die pro Bahnabschnitt abgegebene Laserenergie oder Laserleistung konstant gehalten wird, wobei die für den Aufbau der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit erforderliche Zeitkonstante berücksichtigt wird. According to a further alternative, the laser power can be controlled so that the laser energy or laser power delivered per web section is kept constant, taking into account the time constant required for the construction of the predetermined web speed.
Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind in der mit„14" bezeichneten blockartigen Baugruppe lediglich die Motorsteuerung 34 und die Stellmotoren 18 mit den Spiegeln 16 untergebracht (alternativ könnte die Motorsteuerung 34 auch außerhalb der Baugruppe 14 angeordnet sein). According to the example shown in FIG. 2, only the motor control 34 and the servomotors 18 with the mirrors 16 are in the block-like assembly denoted by "14" housed (alternatively, the motor control 34 could also be arranged outside the assembly 14).
Gemäß der in Fig. 3 gezeigten abgewandelten Austuhrungsform können zusätzlich auch der Strahlenteiler 24 und der optische Sensor 22 in die Baugruppe 14 integriert sein (die "Ablenkeinheit" wird dabei wie in Fig. 2 von der Motorsteuerung 34, den Motoren 18 und den Spiegeln 16 gebildet). In addition, according to the modified embodiment shown in FIG. 3, the beam splitter 24 and the optical sensor 22 may also be integrated into the assembly 14 (the "deflection unit" is formed by the motor control 34, the motors 18 and the mirrors 16 as in FIG educated).
Gemäß einer weiteren Abwandlung, die in Fig. 4 gezeigt ist, kann zusätzlich auch noch die Steuerkarte 20 in die Baugruppe 14 integriert werden. According to a further modification, which is shown in FIG. 4, additionally the control card 20 can also be integrated into the assembly 14.

Claims

Ansprüche claims
1 . Vorrichtung zum Ablenken eines Laserstrahls ( 12, 30) entlang einer Bahnkurve auf einem zu bearbeitenden Werkstück (32), mit einer Laserlichtquelle (10) zum Erzeugen eines Laserstrahls (12) mit steuerbarer Leistung, einer motorisierten Ablenkeinheit (14, 16, 18, 34) zum Ablenken des Laserstrahls entlang einer vorgebbaren Bahnkurve mit vorgebbarer Bahngeschwindigkeit, einer Steuereinheit (20) zum Steuern der Leistung der Laserlichtquelle und zum Steuern der Ablcnkcinheit, gekennzeichnet durch einen optischen Sensor (22) zum Erfassen der aktuellen Leistung des von der Lichtquelle erzeugten Laserstrahls (12), wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Leistung der Lichtquelle (10) und/oder die Bahngeschwindigkeit in Abhängigkeit von der von dem Sensor erfassten Leistung des Laserstrahls zu steuern. 1 . Device for deflecting a laser beam (12, 30) along a trajectory on a workpiece (32) to be machined, comprising a laser light source (10) for producing a controllable power laser beam (12), a motorized deflection unit (14, 16, 18, 34 ) for deflecting the laser beam along a predeterminable trajectory curve with a predeterminable path speed, a control unit (20) for controlling the power of the laser light source and for controlling the decoding unit, characterized by an optical sensor (22) for detecting the actual power of the laser beam generated by the light source ( 12), wherein the control unit is designed to control the power of the light source (10) and / or the web speed in dependence on the power of the laser beam detected by the sensor.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um die für eine Bahnposition abgegebene Laserleistung auf einen Wert zu regeln, der als Funktion der Bahnposition vorgegeben ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the control unit (20) is designed to control the output for a web position laser power to a value which is predetermined as a function of the web position.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um die Laserleistung so zu regeln, dass die für eine Bahnposition abgegebene Laserenergie auf einen Wert geregelt wird, der als Funktion der Bahnposition vorgegeben ist. 3. A device according to claim 1, characterized in that the control unit (20) is designed to regulate the laser power so that the output for a web position laser energy is controlled to a value which is predetermined as a function of the web position.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist. um die während eines Zeitraums abgegebene Laserleistung auf einen konstanten Wert zu regeln und vorzugsweise die Bahngeschwindigkeit während des Zeitraums auf einen konstanten Wert zu steuern. 4. Device according to claim 1, characterized in that the control unit (20) is formed. to control the laser power delivered during a period of time to a constant value, and preferably to control the web speed to a constant value during the period.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um die jeweils während eines Zeitraums abgegebene Laserleistung so zu regeln, dass die in jedem der Zeiträume abgegebene Laserenergie konstant ist. 5. The device according to claim 1, characterized in that the control unit (20) is designed to regulate the respectively emitted during a period of laser power so that the output in each of the periods laser energy is constant.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um ein Modell der Lichtquelle (10) und/oder ein Modell der Ablenkeinheit (14, 16, 18, 34) bei der Steuerung der Lichtquelle und/oder der Ablenkeinheit zu berücksichtigen. 6. The device according to claim 1, characterized in that the control unit (20) is designed to be a model of the light source (10) and / or a model of Deflection unit (14, 16, 18, 34) to take into account in the control of the light source and / or the deflection unit.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um die Bahngeschwindigkeit so zu steuern, dass die pro Bahnabschnitt abgegebene Laserenergie konstant ist, wobei die für den Aufbau der für diese Laserenergie erforderlichen Laserleistung nötige Zeitkonstante berücksichtigt wird. 7. The device according to claim 6, characterized in that the control unit (20) is designed to control the web speed so that the emitted laser energy per track section is constant, taking into account the necessary for the construction of the laser power required for this laser power time constant ,
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um die Bahngeschwindingkeit so zu steuern und die Laserleistung so zu regeln, dass die pro Bahnabschnitt abgegebene Laserenergie konstant ist, wobei die für den Aufbau dieser Laserleistung erforderliche Zeitkonstante berücksichtigt wird. 8. The device according to claim 6, characterized in that the control unit (20) is designed to control the Bahngeschwindingkeit so and to regulate the laser power so that the emitted laser energy per track section is constant, wherein the time required for the construction of this laser power time constant is taken into account.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um die Laserleistung so zu regeln, dass die pro Bahnabschnitt abgegebene Laserenergie konstant ist, wobei die für den Aufbau der vorgegebenen Bahngeschwindigkeit erforderliche Zeitkonstante berücksichtigt wird. 9. The device according to claim 6, characterized in that the control unit (20) is designed to regulate the laser power so that the laser energy delivered per track section is constant, taking into account the time constant required for the construction of the predetermined path speed.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auskoppelelement, insbesondere ein Strahlteiler (24), vorgesehen ist, um einen Teil des Laserstrahls (12) auf den Sensor (22) auszukoppeln. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a decoupling element, in particular a beam splitter (24), is provided in order to decouple a part of the laser beam (12) onto the sensor (22).
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