DE112021002560T5

DE112021002560T5 - Modulare Ablenkeinheiten in spiegelsymmetrischer Anordnung

Info

Publication number: DE112021002560T5
Application number: DE112021002560.0T
Authority: DE
Inventors: Reinold Wischnewski; Philipp Schön
Original assignee: Raylase GmbH
Current assignee: Raylase GmbH
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2023-03-30
Also published as: CN115461665A; DE21719627T1; WO2021219415A1; EP4143624A1; EP3904946A1; US20230146283A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ablenkmodul, das eine erste Ablenkeinheit (10a) mit einer ersten Ablenkvorrichtung (12a) zum Ablenken eines ersten Arbeitsstrahls (50a) über ein erstes Arbeitsfeld (40a) und eine zweite Ablenkeinheit (10b) mit einer zweiten Ablenkvorrichtung (12b) zum Ablenken eines zweiten Arbeitsstrahls (50b) über ein zweites Arbeitsfeld (40b) umfasst. Zumindest ein beweglicher Spiegel (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und ein beweglicher Spiegel (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) sind spiegelsymmetrisch zueinander. Das erste Arbeitsfeld (40a) und das zweite Arbeitsfeld (40b) überlappen sich in einem gemeinsamen Überlappungsbereich (42).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Laserbearbeitungstechnologien, wie z. B. die additive Fertigung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein optisches Ablenkmodul und auf ein optisches modulares Ablenksystem mit paarweise spiegelsymmetrisch ausgelegten Ablenkeinheiten für einen verbesserten koordinierten Betrieb und eine erhöhte Kompaktheit.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Additive Fertigungsverfahren, bei denen ein Material schichtweise aufgebracht und thermisch zu einem Bauteil verarbeitet wird, gewinnen in der industriellen Produktion immer mehr an Bedeutung im Vergleich zu klassischen subtraktiven Fertigungsverfahren wie Fräsen, Bohren und Drehen, bei denen ein Bauteil durch Abtragen von Material aus einem Rohteil hergestellt wird. Das für die additiven Fertigungsverfahren charakteristische schichtweise Herstellungsverfahren ermöglicht die Herstellung hochkomplexer geometrischer Strukturen mit einem hohen Maß an Gestaltungsfreiheit, das mit subtraktiven Verfahren nicht erreicht werden kann.
Die zunehmende industrielle Bedeutung der additiven Fertigungsverfahren wird durch die steigende Effizienz der für die thermische Verarbeitung der Ausgangsmaterialien verwendeten Lichtquellen vorangetrieben. Dementsprechend erlebt der Markt derzeit einen Übergang von der Nutzung additiver Fertigungsverfahren für die Herstellung von Prototypen („Rapid Prototyping“) zu einem industriellen Masseneinsatz dieser Technologie für die Serienproduktion („Rapid Manufacturing“). Diese Entwicklung ist in zahlreichen Technologiebereichen zu beobachten, z. B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Prothetik.
Eine besondere Art der additiven Fertigung basiert auf pulverbettbasierten Verfahren, bei denen ein pulverförmiges Ausgangsmaterial schichtweise auf das herzustellende Bauteil aufgebracht und durch einen Arbeitslichtstrahl, typischerweise einen Laserstrahl, aufgeschmolzen und bearbeitet wird. Die Pulverschichten haben typischerweise eine Dicke im Mikrometerbereich. Ablenkeinheiten dienen dazu, das Laserlicht kontrolliert abzulenken, um das pulverförmige Ausgangsmaterial an einer Reihe von Zielpositionen nach einem vordefinierten Verfahren aufzuschmelzen und so das gewünschte Werkstück zu bilden.
Ablenkeinheiten bestehen in der Regel aus Galvanometern, d. h. um eine Achse beweglichen Spiegeln, die das Laserlicht in verschiedene Richtungen ablenken, indem sie es bei entsprechenden Reflexionswinkeln reflektieren. Durch die Kombination von zwei Spiegeln, die um zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen beweglich sind, kann das Laserlicht über ein zweidimensionales Arbeitsfeld gescannt werden. Die Bewegung des Galvanometerspiegels oder der Spiegel solcher Ablenkeinheiten um die jeweiligen Achsen wird jeweils von einem Präzisionsgalvanometermotor angetrieben. Die Spiegel sind in der Regel an einem Dauermagneten befestigt, der so konfiguriert ist, dass er induktiv mit einer im entsprechenden Galvanometermotor gewickelten Spule zusammenwirkt, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt. In vielen Anwendungen sind die Galvanometermotoren wesentlich größer als die Spiegel, so dass die Galvanometermotoren einen erhöhten Platzbedarf und Konstruktionsprobleme mit sich bringen.
Die Möglichkeit der gleichzeitigen Umformung oder Laserbearbeitung eines Bauteils durch mehrere Laservorrichtungen spielt eine wichtige Rolle bei der Steigerung der Effizienz von Systemen für die pulverbettbasierte additive Fertigung von Bauteilen in Technologien wie dem direkten Pulverschmelzen („Direct Powder Fusion“), der Vat-Photopolymerisation oder der gerichteten Energieabscheidung („Directed energy deposition“). Durch eine solche Parallelisierung lassen sich höhere Ausstoßraten erzielen. Die Vorteile des kombinierten Einsatzes mehrerer Laservorrichtungen zur gleichzeitigen Bearbeitung eines Bauteils (Parallelisierung) müssen jedoch gegen den oben genannten Platzbedarf und die konstruktiven Probleme abgewogen werden, die der Einsatz einer Vielzahl von Ablenkspiegeln mit sich bringt.
Es besteht daher Verbesserungsbedarf im Bereich der additiven Fertigung von Bauteilen hinsichtlich der Ablenkvorrichtungen zur parallelen Bearbeitung eines Bauteils durch mehrere Laservorrichtungen.
Die US 2019/0283332 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, die eine Vielzahl von optischen Modulen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie die von einer Vielzahl von Lasermodulen erzeugten Laser zum Schmelzen von Pulver lenken. Jedes der optischen Module umfasst ein Paar schwenkbarer Spiegel. In jedem optischen Modul ist einer der Spiegel schwenkbar, um einen Laserstrahl in eine X-Richtung zu lenken, und der andere schwenkbare Spiegel ist schwenkbar, um den Laserstrahl in eine Y-Richtung zu lenken, die senkrecht zur X-Richtung verläuft.
Aus der US 2019/310463 A1 sind zwei Ablenkeinheiten bekannt, die so nebeneinander angeordnet sind, dass sich ihre Arbeitsbereiche mit einem gemeinsamen Arbeitsbereich überlagern, der von beiden Ablenkeinheiten gemeinsam und gleichzeitig bearbeitet werden kann.
US 2017/173883 A1 beschreibt die Verwendung eines Laserstrahls mit geringerer Leistung zum Schmelzen eines pulverbasierten Baumaterials in Synchronisation mit einem Laserstrahl mit höherer Leistung, der zum Vorheizen des pulverbasierten Baumaterials verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung behebt die vorgenannten technischen Nachteile und stellt eine Lösung bereit, die auf einem Ablenkmodul nach Anspruch 1, einem modularen Ablenksystem nach Anspruch 18 und einem Verfahren zur Laserbearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke nach Anspruch 25 beruht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein Ablenkmodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Ablenkeinheit und eine zweite Ablenkeinheit. Jede Ablenkeinheit umfasst eine Ablenkvorrichtung, die zum Ablenken eines jeweiligen Arbeitsstrahls über ein entsprechendes Arbeitsfeld ausgebildet ist: Die erste Ablenkeinheit umfasst eine erste Ablenkvorrichtung, die zum Ablenken eines ersten Arbeitsstrahls über ein erstes Arbeitsfeld ausgebildet ist, und die zweite Ablenkeinheit umfasst eine zweite Ablenkvorrichtung, die zum Ablenken eines zweiten Arbeitsstrahls über ein zweites Arbeitsfeld ausgebildet ist. Der Arbeitsstrahl kann ein Lichtstrahl zur Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke sein, insbesondere ein Laserstrahl zur Laserbearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke, beispielsweise in einem additiven Fertigungsverfahren oder in anderen Laserverfahren wie Schweißen oder Laserbeschriften.
Jede der Ablenkvorrichtungen kann eine Galvanometer-Ablenkvorrichtung sein. In bevorzugten Ausführungsformen kann die erste Ablenkvorrichtung einen ersten beweglichen Spiegel zum Ablenken des ersten Arbeitsstrahls in einer ersten Richtung durch Schwenken um eine erste Achse und einen zweiten beweglichen Spiegel zum Ablenken des ersten Arbeitsstrahls in einer zweiten Richtung durch Schwenken um eine zweite Achse umfassen. Die erste Achse kann senkrecht zur zweiten Achse verlaufen. Die zweite Ablenkvorrichtung kann einen ersten beweglichen Spiegel zum Ablenken des zweiten Arbeitsstrahls in der ersten Richtung durch Schwenken um eine dritte Achse und einen zweiten beweglichen Spiegel zum Ablenken des zweiten Arbeitsstrahls in der zweiten Richtung durch Schwenken um eine vierte Achse umfassen. Die dritte Achse kann senkrecht zu der vierten Achse und/oder parallel zu der ersten Achse verlaufen.
In anderen Ausführungsformen kann eine oder beide der ersten und zweiten Ablenkvorrichtungen einen beweglichen Spiegel zum Ablenken des entsprechenden Arbeitsstrahls in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung durch Schwenken um zwei verschiedene entsprechende Achsen, vorzugsweise zwei zueinander senkrechte Achsen, umfassen. Erfindungsgemäß sind auch Ausführungsformen vorgesehen, bei denen eine der Ablenkvorrichtungen einen ersten beweglichen Spiegel und einen zweiten beweglichen Spiegel umfasst, die jeweils um eine entsprechende Achse beweglich sind, wie zuvor beschrieben, und die andere der Ablenkvorrichtungen einen einzigen beweglichen Spiegel umfasst, der um zwei Achsen beweglich ist. Obwohl die Erfindung hier hauptsächlich unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben wird, in denen jede der Ablenkvorrichtungen einen ersten beweglichen Spiegel und einen zweiten beweglichen Spiegel umfasst, gelten die Grundsätze der Erfindung gleichermaßen für Ausführungsformen, in denen mindestens eine der ersten und zweiten Ablenkvorrichtungen einen beweglichen Spiegel zum Ablenken der entsprechenden Arbeitsstrahlen in zwei Richtungen durch Schwenken um jeweilige Achsen umfasst. Insbesondere können alle Eigenschaften hinsichtlich der gegenseitigen Anordnung und des Abstands der zweiten beweglichen Spiegel verschiedener Ablenkeinheiten auch für die gegenseitige Anordnung und den Abstand der beweglichen Spiegel (jeweils um eine oder zwei Achsen beweglich) verschiedener Ablenkeinheiten in entsprechenden Ausführungsformen gelten.
In jedem Fall ist jede der ersten und zweiten Ablenkeinheiten so konfiguriert, dass sie den jeweiligen Arbeitsstrahl in zwei unabhängige und unterschiedliche Richtungen, die erste Richtung und die zweite Richtung, ablenkt. Dies ermöglicht das Ablenken des ersten und des zweiten Arbeitsstrahls über entsprechende zweidimensionale Arbeitsfelder, das erste Arbeitsfeld und das zweite Arbeitsfeld. Die erste Richtung kann senkrecht zur zweiten Richtung verlaufen. Zum Beispiel kann die erste Richtung einer x-Richtung und die zweite Richtung einer y-Richtung in einem kartesischen Koordinatensystem entsprechen. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass die Wahl der Koordinaten beliebig ist, so dass die erste Richtung einer y-Richtung und die zweite Richtung einer x-Richtung entsprechen kann.
Die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit können eine ähnliche oder identische Struktur und ähnliche oder identische optische Komponenten aufweisen. Jede der ersten und zweiten Ablenkeinheiten kann ferner eine Lichtquelle, insbesondere eine Laserquelle, zur Erzeugung des entsprechenden Arbeitsstrahls umfassen. Somit können der erste und der zweite Arbeitsstrahl unabhängig voneinander erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen kann jedoch eine (dieselbe) Lichtquelle an die erste Ablenkeinheit und an die zweite Ablenkeinheit angeschlossen werden, um sowohl den ersten Arbeitsstrahl als auch den zweiten Arbeitsstrahl zu erzeugen.
Gemäß einigen Ausführungsformen, insbesondere wenn eine oder beide der ersten und zweiten Ablenkvorrichtungen erste und zweite bewegliche Spiegel umfassen, kann der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung entlang des Strahlengangs des ersten Arbeitsstrahls in Richtung des ersten Arbeitsfelds nach dem ersten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der erste Arbeitsstrahl bei seiner Ausbreitung in Richtung des ersten Arbeitsfeldes zunächst von dem ersten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung reflektiert werden und dann von dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung, so dass der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung den letzten Punkt des optischen Systems bildet, an dem die Ausbreitungsrichtung des ersten Arbeitsstrahls übertragen wird und/oder geändert werden kann, bevor der erste Arbeitsstrahl das erste Arbeitsfeld erreicht. Der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung kann somit ein optisches Ausgangsfenster der ersten Ablenkeinheit bilden.
Ebenso kann der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung entlang des Strahlengangs des zweiten Arbeitsstrahls in Richtung des zweiten Arbeitsfelds nach dem ersten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung angeordnet sein. So kann der zweite Arbeitsstrahl bei seiner Ausbreitung in Richtung des zweiten Arbeitsfeldes zunächst von dem ersten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung reflektiert werden und anschließend von dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung, so dass der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung den letzten Punkt des optischen Systems darstellt, an dem die Ausbreitungsrichtung des zweiten Arbeitsstrahls übertragen wird und/oder geändert werden kann, bevor der zweite Arbeitsstrahl das zweite Arbeitsfeld erreicht. Der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung kann somit ein optisches Ausgangsfenster der zweiten Ablenkeinheit bilden.
Das erste Arbeitsfeld, das durch den von der ersten Ablenkeinheit abgelenkten ersten Arbeitsstrahl abgelenkt werden kann, und das zweite Arbeitsfeld, das durch den von der zweiten Ablenkeinheit abgelenkten zweiten Arbeitsstrahl abgelenkt werden kann, haben einen gemeinsamen Überlappungsbereich, d. h. einen Bereich, der sowohl im ersten Arbeitsfeld als auch im zweiten Arbeitsfeld enthalten ist. Der gemeinsame Überlappungsbereich ist ein Bereich, der sowohl von dem ersten Arbeitsstrahl als auch von dem zweiten Arbeitsstrahl erreicht werden kann. Jeder beliebige Raumpunkt innerhalb des gemeinsamen Überlappungsbereichs kann also sowohl vom ersten Arbeitsstrahl als auch vom zweiten Arbeitsstrahl bearbeitet werden. Die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit können miteinander kooperieren, um ein oder mehrere Werkstücke im gemeinsamen Überlappungsbereich mit hoher Effizienz zu bilden und zu laserbearbeiten. Das erste Arbeitsfeld und das zweite Arbeitsfeld können in der gleichen Ebene liegen, in einem bestimmten Abstand vom letzten beweglichen Spiegel entlang des Weges des entsprechenden Arbeitsstrahls, z. B. vom zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und/oder vom zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung. Dieser Abstand wird als „Ablenkradius“ bezeichnet. Der Ablenkradius kann einem Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Scanvorrichtung und/oder der zweiten Scanvorrichtung und dem entsprechenden Arbeitsfeld entlang der vertikalen z-Richtung entsprechen, d. h. einem Abstand zwischen der zweiten und/oder vierten Achse und dem jeweiligen Arbeitsfeld in vertikaler Richtung (z-Richtung).
In dem erfindungsgemäßen Ablenkmodul können der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung (oder der - um zwei Achsen bewegliche - bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung beweglich und der - um zwei Achsen bewegliche - bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung) spiegelsymmetrisch zueinander und zu einer gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein. Ferner können die zweite Achse, um die der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung zum Ablenken des ersten Arbeitsstrahls in der zweiten Richtung drehbar ist, und die vierte Achse, um die der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung zum Ablenken des zweiten Arbeitsstrahls in der zweiten Richtung drehbar ist (bzw. die jeweiligen Achsen der um zwei Achsen beweglichen Spiegel), miteinander ausgerichtet sein, d. h. auf derselben Linie liegen. Folglich können das erste Arbeitsfeld und das zweite Arbeitsfeld zueinander ausgerichtet sein, insbesondere in der zweiten Richtung und/oder in einer Richtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene. Die zweite und die vierte Achse (bzw. die jeweiligen Achsen von um zwei Achsen beweglichen Spiegeln) können insbesondere senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene liegen und zueinander ausgerichtet sein, so dass der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung um dieselbe Drehachse beweglich sein können, die senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnete ist
Die erfindungsgemäße symmetrische und ausgerichtete Anordnung zumindest der zweiten beweglichen Spiegel der ersten und zweiten Ablenkvorrichtung sowie der zweiten und vierten Achse ermöglicht eine sehr kompakte Anordnung des Ablenkmoduls, insbesondere im Hinblick auf die Integration der ersten Ablenkeinheit und der zweiten Ablenkeinheit innerhalb eines einzigen Ablenkmoduls für eine kooperative Nutzung des ersten und zweiten Arbeitsstrahls zur simultanen Laserbearbeitung. Durch die spiegelsymmetrische Anordnung der Erfindung kann der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung, insbesondere der Abstand zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung auf ein Minimum reduziert werden, während Überlappungen oder Beeinträchtigungen einer der optischen Komponenten durch andere optische Komponenten vermieden werden. Beispielsweise wird die Möglichkeit von Kollisionen zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung während deren Betrieb vermieden.
Der Begriff „optisches Zentrum“ bezieht sich hier auf das Zentrum des von der jeweiligen Ablenkeinheit definierten Strahlengangs für den entsprechenden Arbeitsstrahl, wenn der Arbeitsstrahl vertikal in z-Richtung nach unten gerichtet ist, und/oder auf das geometrische Zentrum des entsprechenden Arbeitsfeldes. Die beweglichen Spiegel sind so angeordnet, dass, wenn ein Arbeitsstrahl an einem entsprechenden beweglichen Spiegel reflektiert und in Richtung des Zentrums des entsprechenden Arbeitsfeldes abgelenkt wird, der Arbeitsstrahl an dessen optischem Zentrum und um das optische Zentrum herum reflektiert wird, abhängig von einer Querschnittsintensitätsverteilung und/oder von der Spotgröße des Arbeitsstrahls. Wenn beispielsweise ein Arbeitsstrahl mit einer Gaußschen Intensitätsverteilung in seinem Querschnitt an einem beweglichen Spiegel reflektiert und in Richtung des Zentrums des entsprechenden Arbeitsfeldes abgelenkt wird, wird das Zentrum (das Maximum) der Intensitätsverteilung genau im „optischen Zentrum“ des beweglichen Spiegels reflektiert. Der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung, insbesondere dessen optischem Zentrum, und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung, insbesondere dessen optischem Zentrum, kann dabei so gering sein, wie es die Montage- und/oder Handhabungserfordernisse erlauben. Gleiches kann für den räumlichen Abstand zwischen den Rändern des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung gelten.
Der verringerte Abstand zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln der ersten und der zweiten Ablenkvorrichtung ermöglicht es ferner, die Größe des gemeinsamen Überlappungsbereichs zu maximieren, in dem die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit gleichzeitig zusammenarbeiten können, ohne dass der Ablenkradius vergrößert werden muss, was andernfalls zu einer erhöhten Ungenauigkeit führen würde, insbesondere an den Rändern der Bearbeitungsfelder, wo die beweglichen Spiegel mit den größten Neigungswinkeln arbeiten, Der verringerte Ablenkradius kann es ermöglichen, das erfindungsgemäße Ablenkmodul in ein Laserbearbeitungssystem mit einer reduzierten vertikalen Gesamtabmessung zu integrieren. Das erfindungsgemäße Ablenkmodul stellt somit eine kompakte, leicht zu transportierende und zu versendende Lösung für die parallelisierte Laserbearbeitung dar, was im Hinblick auf einen schnellen und zufriedenstellenden Kundenservice von Vorteil ist. Das erfindungsgemäße Ablenkmodul bietet somit ein verbessertes Gleichgewicht zwischen Kompaktheit und hoher Ausbeute/Produktivität, die durch die gleichzeitige Wirkung mehrerer Arbeitsstrahlen erreicht wird.
Die erste und die zweite Ablenkvorrichtung können starr miteinander verbunden sein, so dass eine relative räumliche Position der ersten Ablenkvorrichtung in Bezug auf die zweite Ablenkvorrichtung, insbesondere der jeweiligen beweglichen Spiegel, zueinander festgelegt werden kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann jede der ersten und zweiten Ablenkvorrichtungen ferner einen jeweiligen Galvanometermotor zum Schwenken des jeweiligen zweiten beweglichen Spiegels umfassen. Die erste Ablenkvorrichtung kann einen ersten Galvanometermotor zum Schwenken des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung umfassen und die zweite Ablenkvorrichtung kann einen zweiten Galvanometermotor zum Schwenken des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung umfassen. Die erste und die zweite Ablenkvorrichtung können ferner entsprechende Steuereinheiten umfassen oder mit diesen verbunden sein, die den Betrieb der Galvanometermotoren und damit eine entsprechende Schwenkbewegung des jeweiligen zweiten beweglichen Spiegels steuern. Die ersten beweglichen Spiegel der ersten und der zweiten Ablenkvorrichtung können auch mit entsprechenden Galvanometermotoren verbunden sein, die ihre Schwenkbewegung steuern, sowie optional mit Steuereinheiten, die ihren Betrieb kontrollieren.
Die erfindungsgemäße spiegelsymmetrische und ausgerichtete Anordnung zumindest der zweiten beweglichen Spiegel ermöglicht es, den ersten Galvanometermotor und den Galvanometerschrittmotor auf gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen zweiten beweglichen Spiegels in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene anzuordnen, so dass der erste Galvanometermotor und der zweite Galvanometermotor spiegelsymmetrisch zueinander und zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sind, wobei ein minimaler Abstand zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln eingehalten wird. Obwohl es sich bei den Galvanometermotoren um verhältnismäßig voluminöse Bauelemente handelt, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung deren platzsparende Anordnung, so dass sie sich nicht gegenseitig berühren, die Beweglichkeit anderer optischer Komponenten, insbesondere der beweglichen Spiegel, nicht beeinträchtigen und keinen Strahlengang innerhalb des Ablenkmoduls blockieren.
Der erste und der zweite Galvanometermotor können so angeordnet sein, dass sie sich im Wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene erstrecken, insbesondere von einem ersten Ende nah des entsprechenden zweiten beweglichen Spiegels zu einem zweiten Ende, das dem entsprechenden zweiten beweglichen Spiegels (und der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene) entgegengesetzt liegt. Der zweite bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung kann daher in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene zwischen dem ersten Galvanometermotor und der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein, während der zweite bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung in der genannten Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene zwischen dem zweiten Galvanometermotor und der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein kann. Der erste Galvanometermotor kann ferner mit dem zweiten Galvanometermotor in der genannten Richtung im Wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene ausgerichtet sein.
Wohlbemerkt muss die Drehachse des ersten und zweiten Galvanometermotors nicht mit der jeweiligen Drehachse des entsprechenden zweiten beweglichen Spiegels übereinstimmen, obwohl dies in einigen Ausführungsformen der Fall sein kann. Die Drehachse des ersten und/oder zweiten Galvanometermotors kann parallel - mit einem Versatz - zu der jeweiligen zweiten oder vierten Achse oder mit einer Neigung von bis zu 15° dazu angeordnet sein.
Obwohl die Spiegelsymmetrie und die Ausrichtung des erfindungsgemäßen Ablenkmoduls zumindest durch die zweiten beweglichen Spiegel der ersten und zweiten Ablenkvorrichtung gebildet wird, können weitere Komponenten der ersten und zweiten Ablenkeinheit die gleiche Spiegelsymmetrie - bezogen auf die gleiche gemeinsame Spiegelsymmetrieebene - aufweisen und/oder zueinander ausgerichtet oder parallel sein. So können beispielsweise der erste bewegliche Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und der erste bewegliche Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung spiegelsymmetrisch zueinander und zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein. Die erste Achse kann jedoch im Wesentlichen parallel zur dritten Achse angeordnet sein, wobei die erste und die dritte Achse im Wesentlichen parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein können, beispielsweise in vertikaler z-Richtung ausgerichtet oder gegenüber der vertikalen z-Richtung mit einer Neigung von etwa 0° bis etwa 15° angeordnet.
In einigen Ausführungsformen können die erste und die dritte Achse parallel zueinander und zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene bzw. senkrecht zur zweiten und zur vierten Achse angeordnet sein, und die zweite und die vierte Achse können zueinander ausgerichtet und senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene und zur ersten und zur dritten Achse angeordnet sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der erste Arbeitsstrahl auf die erste Ablenkvorrichtung, insbesondere auf deren ersten beweglichen Spiegel, auftreffen und sich in einer ersten Einfallsrichtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene ausbreiten, und der Strahlengang des zweiten Arbeitsstrahls kann auf die zweite Ablenkvorrichtung, insbesondere auf deren ersten beweglichen Spiegel, auftreffen und sich in einer zweiten Einfallsrichtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene ausbreiten, wobei die erste Einfallsrichtung mit der zweiten Einfallsrichtung ausgerichtet und ihr entgegengesetzt sein kann. Somit können der erste Arbeitsstrahl und der zweite Arbeitsstrahl zumindest bis zum Erreichen der jeweiligen Ablenkvorrichtung auf einer Linie liegen.
Gemäß einigen Ausführungsformen können die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit spiegelsymmetrisch in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene und/oder in Bezug auf einander angeordnet sein, so dass ein Strahlengang des ersten Arbeitsstrahls zumindest vor dem Ablenken durch die erste Ablenkvorrichtung und ein Strahlengang des zweiten Arbeitsstrahls zumindest vor dem Ablenken durch die zweite Ablenkvorrichtung spiegelsymmetrisch in Bezug auf einander und auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene sind. So kann der Strahlengang, dem der erste Arbeitsstrahl innerhalb der ersten Ablenkeinheit zumindest bis zur Ablenkung des ersten Arbeitsstrahls durch die erste Ablenkeinheit folgt, spiegelsymmetrisch zu dem Strahlengang sein, dem der zweite Arbeitsstrahl innerhalb der zweiten Ablenkeinheit zumindest bis zur Ablenkung des zweiten Arbeitsstrahls durch die zweite Ablenkeinheit folgt. So können der Strahlengang, dem der erste Arbeitsstrahl in der ersten Ablenkeinheit folgt, und der Strahlengang, dem der zweite Arbeitsstrahl in der zweiten Ablenkeinheit folgt, in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene spiegelbildlich zueinander sein.
Die „Spiegelsymmetrie“ der ersten und der zweiten Ablenkeinheit zueinander kann sich auf die Position und/oder die Einstellungen jeder ihrer optischen Komponenten, wie Spiegel und Linsen, und auf die entsprechenden Lichtstrahlengänge beziehen, die sie für den jeweiligen Arbeitsstrahl definieren, insbesondere dann, wenn die Ausrichtung und/oder Einstellung jeder der optischen Komponenten der ersten Ablenkeinheit - mit der der erste Arbeitsstrahl auf seinem Weg zum ersten Arbeitsstrahl zusammenwirkt - der entsprechenden Ausrichtung und/oder Einstellung der jeweiligen optischen Komponenten der zweiten Ablenkeinheit - mit der der zweite Arbeitsstrahl auf seinem Weg zum zweiten Arbeitsfeld zusammenwirkt - entspricht, wobei die letzteren optischen Komponenten ein Spiegelbild der ersteren Komponenten in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene sein können. „Einstellungen“ können sich auf die optischen Eigenschaften eines optischen Bauteils beziehen, wie Brennweite, Durchmesser oder Größe, Form, Apertur usw. Beispielsweise kann eine erste optische Linse der ersten Ablenkeinheit, die so angeordnet ist, dass sie ein Spiegelbild einer zweiten optischen Linse der zweiten Ablenkeinheit in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene ist, die gleiche Brennweite, Größe und Form wie die zweite optische Linse aufweisen.
Die Spiegelsymmetrie bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass die erste und die zweite Ablenkeinheit stets so eingerichtet sein müssen, dass sie diese Symmetrie in Bezug auf alle optischen Komponenten und Einstellungen zu jedem Zeitpunkt beibehalten, insbesondere in Bezug auf die erste Ablenkvorrichtung und die zweite Ablenkvorrichtung, die unabhängig voneinander arbeiten können. Beispielsweise muss es nicht so sein, dass immer dann, wenn die erste Ablenkeinheit mittels der ersten Ablenkvorrichtung den ersten Arbeitsstrahl auf einen Punkt des ersten Arbeitsfeldes lenkt, die zweite Ablenkeinheit mittels der zweiten Ablenkvorrichtung den zweiten Arbeitsstrahl entsprechend auf einen Punkt des zweiten Arbeitsfeldes lenkt, der einem Spiegelbild des ersten Arbeitsstrahls bezüglich der Spiegelsymmetrieachse entspricht. Stattdessen können die erste und die zweite Ablenkeinheit so konfiguriert sein, dass sie unabhängig voneinander arbeiten, so dass ihre optischen Komponenten, insbesondere die Linsen und/oder Spiegel der ersten und der zweiten Ablenkvorrichtung, während des Betriebs unterschiedliche Positionen und Ausrichtungen einnehmen können, die die allgemeine Spiegelsymmetrie des Ablenkmoduls brechen können.
So kann beispielsweise eine Neigung des ersten beweglichen Spiegels um die erste Achse zu jedem beliebigen Zeitpunkt von einer Neigung des ersten beweglichen Spiegels um die dritte Achse abweichen (d. h. nicht einem Spiegelbild desselben entsprechen), und eine Neigung des zweiten beweglichen Spiegels um die zweite Achse kann von einer Neigung des zweiten beweglichen Spiegels um die vierte Achse abweichen, wenn sie spiegelsymmetrisch zueinander und zu einer gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene angeordnet sind.
In einigen Ausführungsformen kann der Strahlengang des ersten Arbeitsstrahls vor dem Ablenken durch die erste Ablenkvorrichtung mit dem Strahlengang des zweiten Arbeitsstrahls vor dem Ablenken durch die zweite Ablenkvorrichtung in einer Richtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene ausgerichtet sein. Mit anderen Worten können der erste Arbeitsstrahl und der zweite Arbeitsstrahl vor der Ablenkung durch die jeweiligen Ablenkvorrichtungen koplanar sein, d.h. in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die gemeinsame Ebene insbesondere senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene sein kann. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung, indem sowohl der erste Arbeitsstrahl - und die entsprechenden optischen Elemente, die einen Strahlengang des ersten Arbeitsstrahls zumindest bis zur ersten Ablenkvorrichtung definieren - als auch der zweite Arbeitsstrahl - und die entsprechenden optischen Elemente, die einen Strahlengang des zweiten Arbeitsstrahls zumindest bis zur zweiten Ablenkvorrichtung definieren - in einer Ebene angeordnet sind, was eine Reduzierung der Breite des Ablenkmoduls und damit seines Volumens ermöglichen kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung nicht mehr als 1/3 eines Durchmessers des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und/oder des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung, vorzugsweise nicht mehr als 1/4 davon, besonders bevorzugt nicht mehr als 1/5 oder 1/6 davon, betragen. „Abstand“ kann sich hier auf einen kürzesten definierbaren euklidischen Abstand beziehen. Der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkeinheit und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkeinheit kann ein Abstand zwischen einem Rand des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkeinheit und einem Rand des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkeinheit in einer Richtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene sein, insbesondere in der Richtung, in der sich die zweite und die vierte Achse erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung gleich dem Durchmesser des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung sein. Der Begriff „Durchmesser“, wie er hier für Spiegel verwendet wird, kann sich nicht nur auf die Größe von beweglichen Spiegeln mit kreisförmiger Form beziehen, sondern auf jede geometrische Größe, die die Länge einer Hauptachse des jeweiligen beweglichen Spiegels definiert. Hat ein beweglicher Spiegel beispielsweise eine ovale oder elliptische Form, so kann sich der „Durchmesser“ auf die Haupt- oder Nebenachse beziehen. Hat ein beweglicher Spiegel eine quadratische oder rechteckige Form, so kann sich der hier verwendete Begriff „Durchmesser“ auf die Länge oder Breite des Spiegels beziehen.
Gemäß einigen Ausführungsformen können Form und Größe des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung gleich sein. Unabhängig davon, ob die zweiten beweglichen Spiegel der ersten und der zweiten Ablenkvorrichtung in Form und Größe gleich sind oder nicht, kann jeder von ihnen eine kreisförmige, elliptische, quadratische, rechteckige, rhombische oder polygonale Form aufweisen, insbesondere die Reflexionsfläche davon. Die zweiten beweglichen Spiegel können so angeordnet sein, dass die entsprechende Achse, um die der bewegliche Spiegel schwenkbar ist, beispielsweise bei entsprechendem Antrieb durch einen jeweiligen Galvanometermotor, mit einer Hauptachse des beweglichen Spiegels zusammenfällt. Haben die zweiten beweglichen Spiegel beispielsweise eine elliptische Form, können die zweite und die vierte Achse mit den Hauptachsen der von den zweiten beweglichen Spiegeln definierten Ellipsen (und miteinander) ausgerichtet werden. Haben die zweiten beweglichen Spiegel eine rechteckige Form, so können die zweite und die vierte Achse auf die Längssymmetrieachse des von den zweiten beweglichen Spiegeln gebildeten Rechtecks ausgerichtet sein (und miteinander ausgerichtet sein). Wenn die zweiten beweglichen Spiegel kreisförmig sind, können die zweite und die vierte Achse auf den Durchmesser des von den zweiten beweglichen Spiegeln definierten Kreises ausgerichtet werden (und miteinander ausgerichtet sein).
Ähnliche Überlegungen können für die ersten beweglichen Spiegel der ersten und zweiten Ablenkvorrichtungen gelten, wobei die ersten beweglichen Spiegel so angeordnet sein können, dass die entsprechende Achse, um die der bewegliche Spiegel schwenkbar ist, wenn er beispielsweise von einem entsprechenden Galvanometermotor angetrieben wird, mit einer Nebenachse des beweglichen Spiegels zusammenfällt. Haben die ersten beweglichen Spiegel beispielsweise eine elliptische Form, können die erste und die dritte Achse mit den Nebenachsen der von den ersten beweglichen Spiegeln definierten Ellipsen (und miteinander) ausgerichtet werden. Wenn die ersten beweglichen Spiegel eine rechteckige Form haben, können die erste und die dritte Achse auf die kürzere Symmetrieachse des durch die ersten beweglichen Spiegel definierten Rechtecks ausgerichtet werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und/oder des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung zwischen 5 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 40 mm, noch bevorzugter zwischen 20 mm und 30 mm betragen. Die gleichen Überlegungen können für die ersten beweglichen Spiegel der ersten und zweiten Ablenkvorrichtung gelten.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Abstand zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung nicht mehr als dem Vierfachen einer Apertur des ersten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und/oder des ersten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung entsprechen, vorzugsweise nicht mehr als dem Dreifachen davon, besonders bevorzugt nicht mehr als dem 2,5-fachen oder dem Zweifachen davon.
In Ausführungsformen, in denen der zweite bewegliche Spiegel jeder der ersten und zweiten Ablenkvorrichtungen hinter dem entsprechenden ersten beweglichen Spiegel angeordnet ist, kann sich die „Apertur“ des jeweiligen ersten beweglichen Spiegels auf die Erstreckung (Durchmesser) des jeweiligen ersten beweglichen Spiegels in einer Richtung parallel zur entsprechenden Drehachse, d. h. zur ersten bzw. dritten Achse, beziehen. Hat ein erster beweglicher Spiegel beispielsweise eine ovale oder elliptische Form, kann die Apertur der Nebenachse des Ovals oder der Ellipse entsprechen. Wenn der erste bewegliche Spiegel eine quadratische oder rechteckige Form aufweist, kann die Apertur der kürzeren Seite oder „Breite“ entsprechen. Die Apertur der ersten beweglichen Spiegel kann für Strahlen mit einem bestimmten Strahldurchmesser, z. B. mit einem bestimmten 1/e²-Durchmesser, ausgelegt sein.
Die Abmessungen der entsprechenden zweiten beweglichen Spiegel können so gestaltet sein, dass sie Arbeitsstrahlen eines bestimmten Durchmessers, z. B. eines bestimmten 1/e²-Durchmessers, reflektieren, nachdem sie von dem entsprechenden ersten beweglichen Spiegel unter einem bestimmten Einfallswinkel reflektiert wurden. Hat ein zweiter beweglicher Spiegel beispielsweise eine ovale oder elliptische Form, so kann seine Hauptachse, die mit der entsprechenden Drehachse, d. h. mit der zweiten oder vierten Achse, ausgerichtet sein kann, so bemessen sein, dass sie den vom jeweiligen ersten beweglichen Spiegel kommenden Arbeitsstrahl reflektieren kann, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten beweglichen Spiegel und der Bereich der möglichen Einfallswinkel des Arbeitsstrahls auf den zweiten beweglichen Spiegel in Abhängigkeit von einem Neigungswinkel des jeweiligen ersten beweglichen Spiegels zu berücksichtigen sind. Die Abmessungen des zweiten beweglichen Spiegels können ferner an Arbeitsstrahlen eines bestimmten Strahldurchmessers, z. B. eines bestimmten 1/e²-Durchmesser, angepasst werden.
Die Abmessungen der zweiten beweglichen Spiegel, insbesondere ihr Durchmesser, können größer sein als die Abmessungen des entsprechenden ersten beweglichen Spiegels. Wenn zum Beispiel der erste bewegliche Spiegel und der zweite bewegliche Spiegel beide eine ovale Form aufweisen, kann die Nebenachse des zweiten beweglichen Spiegels größer sein als die Nebenachse des ersten beweglichen Spiegels.
Unter der Annahme einer Gaußschen Verteilung des Intensitätsprofils der Arbeitsstrahlen in deren Querschnitten kann beispielsweise der erste Arbeitsstrahl mit einem ersten 1/e²-Strahldurchmesser auf die erste Ablenkvorrichtung, insbesondere auf den ersten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung, und der zweite Arbeitsstrahl mit einem zweiten 1/e²-Strahldurchmesser auf die zweite Ablenkvorrichtung, insbesondere auf den ersten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung, fallen. Der zweite Strahldurchmesser kann vorzugsweise gleich dem ersten Strahldurchmesser sein. Die Apertur des ersten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und/oder die Apertur des ersten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung kann hier so definiert werden, dass sie mindestens dem 1,1-fachen, vorzugsweise mindestens dem 1,3-fachen, besonders bevorzugt mindestens dem 1,5-fachen des jeweiligen 1/e2-Strahldurchmessers entspricht. Beispielsweise können bei einem ersten und einem zweiten Arbeitsstrahl mit einem 1/e2-Strahldurchmesser von jeweils 20 mm die entsprechenden Aperturen der jeweiligen ersten beweglichen Spiegel 30 mm (das 1,5-fache des 1/e2-Strahldurchmessers) betragen und der entsprechende Abstand zwischen den optischen Zentren der jeweiligen zweiten beweglichen Spiegel kann 75 mm betragen.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung nicht mehr als 120 mm, vorzugsweise nicht mehr als 80 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 60 mm.
Gemäß einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung nicht mehr als 1/3 der Apertur des ersten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und/oder der zweiten Ablenkvorrichtung, vorzugsweise nicht mehr als 1/4 davon, besonders bevorzugt nicht mehr als 1/5 oder 1/6 davon.
In einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung nicht mehr als 50 mm, vorzugsweise nicht mehr als 30 mm und noch bevorzugter nicht mehr als 10 mm.
Das erste und das zweite Arbeitsfeld können jeweils eine Fläche von 100 mm × 100 mm bis 1000 mm × 1000 mm, vorzugsweise von 300 mm × 300 mm bis 700 mm × 700 mm, besonders bevorzugt von 400 mm × 400 mm bis 600 mm × 600 mm abdecken. Das erste und das zweite Arbeitsfeld können die gleiche Form und Größe aufweisen. Das erste Arbeitsfeld und das zweite Arbeitsfeld können in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene so zueinander ausgerichtet sein, dass sie in dieser Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene den gleichen Abstand und die gleiche Erstreckung haben, d. h. in dieser Richtung von einem ersten gemeinsamen Eckpunkt zu einem zweiten gemeinsamen Eckpunkt verlaufen. In der genannten Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene kann die gemeinsame Überlappungsfläche daher eine Erstreckung haben, die 100 % der Erstreckung entspricht, die das erste und/oder zweite Arbeitsfeld in der genannten Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene hat.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können sich das erste und das zweite Arbeitsfeld in einer Überlappungsrichtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene teilweise überlappen, wobei der gemeinsame Überlappungsbereich eine Erstreckung in der Überlappungsrichtung aufweisen kann, die mindestens 75 %, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der vom ersten und/oder zweiten Arbeitsfeld in der Überlappungsrichtung abgedeckten Erstreckung entspricht. So kann der gemeinsame Überlappungsbereich eine Erstreckung in Überlappungsrichtung von 75 mm bis 900 mm und eine Erstreckung in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene von 100 mm bis 1000 mm, vorzugsweise eine Erstreckung in Überlappungsrichtung von 225 mm bis 630 mm und eine Erstreckung in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene von 300 mm bis 700 mm, noch bevorzugter eine Erstreckung in Überlappungsrichtung von 300 mm bis 540 mm und eine Erstreckung in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene von 400 mm bis 600 mm aufweisen. Die gemeinsame Überlappungsfläche kann z. B. 400 mm × 500 mm betragen.
Während andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen auf eine Vergrößerung des Ablenkradius setzen, um mehrere Ablenkeinheiten auf einem gemeinsamen Arbeitsbereich sich überlappender Arbeitsfelder zu betreiben, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass durch die symmetrische Anordnung und Ausgestaltung der erfindungsgemäßen ersten und zweiten Ablenkeinheit kleine Abstände zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln der ersten und zweiten Ablenkvorrichtung und/oder deren optischen Zentren - insbesondere Abstände innerhalb der genannten Bereiche - in Kombination mit den genannten Bereichen des gemeinsamen Überlappungsbereichs bei kompakter Baugröße des Ablenkmoduls und insbesondere ohne Vergrößerung des Ablenkradius erreicht werden können. Durch die Vermeidung einer Vergrößerung des Ablenkradius kann ein großer gemeinsamer Überlappungsbereich der Arbeitsfelder verschiedener Ablenkeinheiten ohne Vergrößerung des Ablenkradius erreicht werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Höhe des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung über dem ersten Arbeitsfeld und/oder eine Höhe des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung über dem zweiten Arbeitsfeld, d.h. die jeweiligen Abtastradien, nicht mehr als 800 mm, vorzugsweise nicht mehr als 600 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 400 mm betragen. Die Höhe des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung über dem ersten Arbeitsfeld und die Höhe des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung über dem zweiten Arbeitsfeld können gleich sein. Durch die Kombination der symmetrischen Anordnung der Komponenten der erfindungsgemäßen ersten und zweiten Ablenkeinheit mit kleinen Abständen zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln der ersten und zweiten Ablenkvorrichtung, insbesondere Abständen innerhalb der vorgenannten Bereiche, können Abtastradien innerhalb der vorgenannten Bereiche erreicht werden. Die genannten Abtastradien können von der ersten und der zweiten Ablenkeinheit durch entsprechende Einstellung der Brennweite ihrer jeweiligen optischen Systeme realisiert werden, so dass der erste und der zweite Arbeitsstrahl auf das erste bzw. zweite Arbeitsfeld fokussiert werden, d.h. bei Abständen von der jeweiligen Ablenkvorrichtung, die den genannten Abtastradien entsprechen.
Insofern ermöglicht die Erfindung die Kombination der technischen Vorteile eines großen gemeinsamen Überlappungsbereichs, in dem die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit zusammenarbeiten können, um ein oder mehrere Werkstücke gleichzeitig mit dem Laser zu bearbeiten, und eines reduzierten Ablenkradius, was zu einer kompakteren Bauweise und einer höheren optischen Genauigkeit führt, beispielsweise aufgrund einer geringeren Neigung der Arbeitsstrahlen bei der Laserbearbeitung eines Werkstücks in den Randbereichen der jeweiligen Arbeitsfelder.
Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Ablenkmodul durch einen reduzierten Ablenkradius ein reduziertes Arbeitsvolumen (d.h. die dreidimensionale vertikale Projektion der Arbeitsfelder, insbesondere des gemeinsamen Überlappungsbereichs). Wird ein Fluidstrom durch das Arbeitsvolumen genutzt, um gasförmige Rückstände aus der Laserbearbeitung des Werkstücks innerhalb des Arbeitsvolumens abzutransportieren, die andernfalls die Laserarbeit negativ beeinflussen könnten, indem sie einen Teil des Lichts der Arbeitsstrahlen absorbieren, kann die erforderliche Fluidmenge im Arbeitsvolumen aufgrund des verringerten Arbeitsvolumens reduziert werden. Bei dem Flüssigkeitsstrom kann es sich beispielsweise um einen Inertgasstrom, wie Argon, handeln, der es ermöglicht, eine Oxidation des zur Formung des Werkstücks verwendeten Materials, z. B. Metallpulver, während der Laserbearbeitung zu unterdrücken. Die Reduzierung der benötigten Inertgasmenge trägt angesichts der hohen Kosten für Inertgase zu einer erheblichen Kostenreduzierung des gesamten Laserbearbeitungsprozesses bei. Darüber hinaus kann durch das verringerte Arbeitsvolumen das Fließverhalten der Fluidströmung innerhalb des Arbeitsvolumens, beispielsweise die Ausbildung von Turbulenzen, besser kontrolliert werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Ablenkungsmodul ferner ein Gehäuse umfassen, wobei die erste Ablenkungseinheit und die zweite Ablenkungseinheit in dem Gehäuse eingeschlossen sein können. Das Gehäuse, das zum Beispiel aus einem Material aus Aluminium und/oder Edelstahl bestehen kann, kann vorzugsweise wasser- und/oder staubdicht sein. Auf diese Weise kann eine thermische Verschiebung der optischen Komponenten des Ablenkmoduls, die durch die Ansammlung von Staub, Schmutz, Feuchtigkeit und/oder Wasser entstehen kann, reduziert werden, wobei die Arbeitsgenauigkeit und -schärfe des Ablenkmoduls aufgrund der Dichtwirkung des Gehäuses erhalten bleiben kann. Darüber hinaus kann das Gehäuse das Ablenkmodul während des Transports oder der Wartung schützen, wodurch der vorteilhafte modulare Aufbau und die einfache Austauschbarkeit des erfindungsgemäßen Ablenkmoduls gefördert werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse ein erstes transparentes Fenster aufweisen, das dazu konfiguriert ist, den ersten Arbeitsstrahl durchzulassen, der sich von der ersten Ablenkvorrichtung zum ersten Arbeitsfeld ausbreitet, und ein zweites transparentes Fenster, das dazu konfiguriert ist den zweiten Arbeitsstrahl durchzulassen, der sich von der zweiten Ablenkvorrichtung zum zweiten Arbeitsfeld ausbreitet. Das erste transparente Fenster kann unterhalb des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung angeordnet und mit diesem in einer vertikalen Richtung (d.h. in einer z-Richtung senkrecht zum ersten Arbeitsfeld) ausgerichtet sein, so dass das erste transparente Fenster somit ein optisches Ausgangsfenster der ersten Ablenkeinheit bilden kann, durch das der erste Arbeitsstrahl zuletzt hindurchgeht, bevor er das erste Arbeitsfeld erreicht. Das zweite transparente Fenster kann unterhalb des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung angeordnet und mit diesem in vertikaler Richtung (d.h. in einer z-Richtung senkrecht zum zweiten Arbeitsfeld) ausgerichtet sein, so dass das zweite transparente Fenster somit ein optisches Ausgangsfenster der zweiten Ablenkeinheit bilden kann, durch das der zweite Arbeitsstrahl vor Erreichen des zweiten Arbeitsfeldes zuletzt hindurchgelassen wird. Das erste transparente Fenster und/oder das zweite transparente Fenster kann aus einer Glasplatte bestehen. In einigen Ausführungsformen können das erste transparente Fenster und das zweite transparente Fenster fest miteinander verbunden sein. Beispielsweise können das erste transparente Fenster und das zweite transparente Fenster durch ein und dieselbe Glasplatte gebildet werden.
Das erste transparente Fenster und das zweite transparente Fenster können nebeneinander liegen. Zusätzlich oder alternativ können das erste transparente Fenster und das zweite transparente Fenster an dieselbe Seitenwand des Gehäuses angrenzen, so dass das erste und das zweite transparente Fenster und die genannte Seitenwand des Gehäuses, die senkrecht zu dem ersten und dem zweiten transparenten Fenster angeordnet sein kann, einen gemeinsamen Rand aufweisen können. Wie weiter unten erläutert wird, hat diese Konfiguration den Vorteil, dass die ersten und zweiten transparenten Fenster eines Ablenkmoduls neben den ersten und zweiten transparenten Fenstern eines anderen Ablenkmoduls angeordnet sind, wenn beide Ablenkmodule mit der entsprechenden Seitenwand (der Seitenwand, die an die jeweiligen ersten und zweiten transparenten Fenster angrenzt) aneinander stoßen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die erste Ablenkeinheit und/oder die zweite Ablenkeinheit ferner ein optisches Element, vorzugsweise einen dichroitischen und/oder reflektierenden Spiegel, umfassen, um Licht in einem ersten Wellenlängenbereich des ersten und/oder zweiten Arbeitsstrahls zumindest teilweise zu reflektieren, wobei die jeweilige Ablenkvorrichtung im Strahlengang des entsprechenden Arbeitsstrahls zwischen dem entsprechenden Arbeitsfeld und dem entsprechenden optischen Element angeordnet ist, so dass sich der entsprechende Arbeitsstrahl zu der entsprechenden Ablenkvorrichtung ausbreitet und an dem entsprechenden optischen Element reflektiert wird. Das optische Element kann somit als Ablenker/Reflektor für den entsprechenden Arbeitsstrahl wirken, um den aus einer ersten Richtung, beispielsweise von einem Eingangsfenster und/oder von einer Laserlichtquelle kommenden Arbeitsstrahl in eine zweite Richtung, insbesondere zu der entsprechenden Ablenkvorrichtung hin, abzulenken.
Wenn beispielsweise ein Arbeitsstrahl (der erste und/oder zweite Arbeitsstrahl) von einer Lichtquelle erzeugt wird, die in Bezug auf das jeweilige Arbeitsfeld so angeordnet ist, dass der Arbeitsstrahl aus der Lichtquelle austritt und sich in vertikaler Richtung (z-Richtung), d. h. senkrecht zum jeweiligen Arbeitsfeld, ausbreitet, kann das optische Element in einem Winkel von 45° in Bezug auf die vertikale Richtung derart angeordnet sein, dass der Arbeitsstrahl von der vertikalen Richtung in eine horizontale Richtung (z. B. x- und/oder y-Richtung) abgelenkt wird, so dass er die Ablenkvorrichtung in der horizontalen Richtung erreicht. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen möglich. Insbesondere kann der Arbeitsstrahl (der erste und/oder zweite Arbeitsstrahl) auch von einer Lichtquelle erzeugt werden, die in Bezug auf das jeweilige Arbeitsfeld so angeordnet ist, dass der Arbeitsstrahl in horizontaler Richtung (z.B. x- und/oder y-Richtung) oder in einer diagonalen Richtung mit einer vertikalen Komponente und einer horizontalen Komponente aus der Lichtquelle austritt.
Das optische Element kann ferner dazu konfiguriert sein, Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich des ersten und/oder zweiten Arbeitsstrahls zumindest teilweise durchzulassen. Dies ermöglicht es der jeweiligen Ablenkeinheit, einen Detektionsstrahlengang zu definieren, dem ein Detektionsstrahl im zweiten Wellenlängenbereich folgt, zum Beispiel vom entsprechenden Arbeitsfeld zu einer entsprechenden Detektionsvorrichtung, so dass der Detektionsstrahl, wenn er sich vom Arbeitsfeld kommend ausbreitet, zur Detektionsvorrichtung gerichtet (übertragen) wird, anstatt zurück zur Lichtquelle reflektiert zu werden. Der Detektionsstrahl kann sich dann von dem entsprechenden Arbeitsfeld zu der entsprechenden Detektionsvorrichtung ausbreiten, wobei er von der entsprechenden Ablenkvorrichtung reflektiert und von dem entsprechenden optischen Element übertragen wird.
So kann das optische Element als Reflexionselement verwendet werden, um den entsprechenden Arbeitsstrahl, der durch Licht im ersten Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 1000 nm und 1100 nm, gebildet wird, auf seinem Weg zum entsprechenden Arbeitsfeld in Richtung der entsprechenden Ablenkvorrichtung umzulenken. Gleichzeitig kann das optische Element auch als Transmissionselement verwendet werden, das einen aus dem jeweiligen Arbeitsfeld kommenden Detektionsstrahl, der aus Licht im zweiten Wellenlängenbereich, beispielsweise unter 1000 nm oder über 1100 nm, gebildet wird, zu einer Detektionseinheit durchlässt, die für die Detektion des Detektionsstrahls konfiguriert ist. Der Detektionsstrahl kann verwendet werden, um Informationen über das zu bearbeitende Werkstück zu erhalten und somit die Laserbearbeitung und/oder die Bedingungen der Laserbearbeitung durch die Arbeitsstrahlen zu überwachen. Beispielsweise kann der Detektionsstrahl zur Kalibrierung und/oder Synchronisierung der Arbeitsstrahlen verwendet werden.
Das optische Element kann daher einen Arbeitsstrahl von dem entsprechenden Detektionsstrahl entkoppeln, wodurch dessen optische Einstellungen unabhängig voneinander gesteuert werden können, wie in der europäischen Patentanmeldung EP 3 532 238 A1 (z. B. in den Absätzen [0018] und [0019]) erläutert. Auf diese Weise können Abbildungsfehler des Detektionsstrahls vermieden werden und die Überwachungsfunktionen können fokussiert bleiben. Die Detektionseinheit kann einen optischen Sensor, eine optische Kamera, eine Diode, eine pyrometrische Vorrichtung, einen optischen kohärenten Tomographiedetektor und dergleichen umfassen. Das optische Element und die Detektionseinheit können jeweils einem optischen Element und einer Detektionsvorrichtung entsprechen, wie sie in der europäischen Patentanmeldung EP 3 532 238 A1 beschrieben sind.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die erste Ablenkeinheit und/oder die zweite Ablenkeinheit ferner eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren, Zoomen und/oder Kollimieren des jeweiligen Arbeitsstrahls umfassen. Die Fokussiervorrichtung kann entlang des Strahlengangs, dem der jeweilige Arbeitsstrahl folgt, vor der jeweiligen Ablenkvorrichtung und vor dem jeweiligen optischen Element angeordnet sein. Die Fokussiervorrichtung kann eine variable Brennweite haben. Die Fokussiervorrichtung kann eine erste feste Linse, eine erste bewegliche Linse und eine weitere feste oder bewegliche Linse umfassen. Die Fokussiervorrichtung kann insbesondere einer Fokussiervorrichtung entsprechen, wie sie in EP 3 532 238 A1 beschrieben ist. Der Fachmann soll verstehen, dass jede der vorgenannten „Linsen“ durch eine entsprechende Gruppe von Linsen gebildet sein kann und nicht durch eine einzelne Linse gebildet werden muss. Die Fokussiervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Brennweite der jeweiligen optischen Systeme (d.h. der ersten bzw. zweiten Ablenkeinheit) so einzustellen, dass der erste bzw. zweite Arbeitsstrahl auf das erste bzw. zweite Arbeitsfeld fokussiert wird, d.h. bei Abständen von der entsprechenden Ablenkvorrichtung, die dem entsprechenden Ablenkradius, insbesondere einem Ablenkradius in den zuvor beschriebenen Bereichen, entsprechen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein modulares Ablenksystem mit einem ersten Ablenkmodul und einem zweiten Ablenkmodul, wobei das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul einer der oben beschriebenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ablenkmoduls entsprechen können. In einigen Ausführungsformen können das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul identisch oder zumindest ähnlich konfiguriert sein, d.h. identische oder zumindest ähnliche oder gleichwertige optische Komponenten und Einstellungen aufweisen.
Das erste Ablenkungsmodul und das zweite Ablenkungsmodul des erfindungsgemäßen modularen Ablenkungssystems können aneinander montiert oder montierbar sein. In einigen Ausführungsformen können das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul so konfiguriert sein, dass sie lösbar aneinander befestigt werden können. Wenn das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul aneinander befestigt sind, überlappen sich die gemeinsame Überlappungsfläche des ersten Ablenkmoduls und die gemeinsame Überlappungsfläche des zweiten Ablenkmoduls, wodurch ein gemeinsames Überlappungsfeld gebildet wird. Das gemeinsame Überlappungsfeld bildet somit einen Überlappungsbereich des ersten und zweiten Arbeitsfeldes des ersten Ablenkmoduls und des ersten und zweiten Arbeitsfeldes des zweiten Ablenkmoduls.
So können bis zu vier Ablenkeinheiten, die erste und zweite Ablenkeinheit des ersten Ablenkmoduls und die erste und zweite Ablenkeinheit des zweiten Ablenkmoduls, zusammenwirken, um ein oder mehrere Werkstücke gleichzeitig im gemeinsamen Überlappungsfeld zu laserbearbeiten, wodurch ein hoher Grad an Parallelisierung erreicht wird. Gleichzeitig kann durch den kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Ablenkmodule eine Gesamtgröße des modularen Ablenksystems, insbesondere eine vertikale Erstreckung desselben, angesichts des kleinen Verhältnisses der jeweiligen Scanradien zu den jeweiligen gemeinsamen Überlappungsbereichen, das durch die Konfiguration jedes der ersten und zweiten Ablenkmodule gegeben ist, eher moderat bleiben. Das modulare Ablenksystem der Erfindung bietet somit eine sehr kompakte Anordnung von vier unabhängigen Ablenkeinheiten, die gleichzeitig auf dem gemeinsamen Überlappungsfeld arbeiten können, um dasselbe Werkstück oder dieselben Werkstücke mit dem Laser zu bearbeiten. Das modulare Ablenksystem kann von allen oben genannten technischen Vorteilen des erfindungsgemäßen Ablenkmoduls profitieren.
Die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Ablenkmodule erlaubt es, das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul so aneinander zu befestigen, dass deren Ablenkvorrichtungen, insbesondere die zweiten beweglichen Spiegel, sehr nahe beieinander angeordnet werden können.
Darüber hinaus ermöglicht der modulare Aufbau des erfindungsgemäßen modularen Ablenksystems eine verbesserte Konstruktionsflexibilität und einen geringeren Wartungsaufwand. Wenn beispielsweise eines der Ablenkmodule des modularen Ablenksystems vom Hersteller geprüft oder repariert werden muss, kann es leicht vom modularen Ablenksystem gelöst, durch ein entsprechendes Ersatz-Ablenkmodul ersetzt und zu einem Herstellerstandort transportiert werden, so dass das modulare Ablenksystem weiterhin beim Kunden eingesetzt werden kann und die Produktion nicht unterbrochen werden muss.
Gemäß einigen Ausführungsformen können das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul spiegelsymmetrisch zueinander sein, wenn das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul aneinander befestigt sind. Wenn das erste und das zweite Ablenkmodul aneinander befestigt sind, kann die gemeinsame Ebene der Spiegelsymmetrie des ersten Ablenkmoduls mit der gemeinsamen Ebene der Spiegelsymmetrie des zweiten Ablenkmoduls ausgerichtet sein.
Der modulare und symmetrische Aufbau des erfindungsgemäßen modularen Ablenksystems ermöglicht einen verringerten Abstand nicht nur zwischen den beweglichen Spiegeln des ersten und zweiten Ablenkmoduls, beispielsweise zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem zweiten beweglichen Spiegel der zweiten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls, sondern auch zwischen einem beweglichen Spiegel des ersten Ablenkmoduls und einem beweglichen Spiegel des zweiten Ablenkmoduls, insbesondere zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel des ersten Ablenkmoduls und dem zweiten beweglichen Spiegel des zweiten Ablenkmoduls. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die zweiten beweglichen Spiegel des ersten und zweiten Ablenkmoduls jeweils versetzt zu einer Längsachse des jeweiligen Ablenkmoduls angeordnet sind, beispielsweise wenn der zweite bewegliche Spiegel und ein entsprechendes transparentes Fenster, das sich unterhalb des zweiten beweglichen Spiegels befindet, benachbart zu einer Seitenwand eines jeweiligen Gehäuses des Ablenkmoduls angeordnet sind. Die gleiche Situation, eigentlich ein Spiegelbild davon, im anderen Ablenkmodul des modularen Ablenksystems zu haben, ermöglicht einen geringen Abstand zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln verschiedener Ablenkmodule und trägt damit zur kompakten Bauweise des modularen Systems und zu einem vergrößerten Verhältnis der Größe des gemeinsamen Überlappungsfeldes zu den Scanradien des modularen Systems bei.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Abstand zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls höchstens dem Vierfachen einer Apertur des ersten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung und/oder des ersten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung des ersten oder zweiten Ablenkmoduls entsprechen, vorzugsweise höchstens dem Dreifachen davon, besonders bevorzugt höchstens dem Zweieinhalbfachen oder dem Zweifachen davon.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls nicht mehr als 1/3 eines Durchmessers des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und/oder des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls, vorzugsweise nicht mehr als 1/4 davon, besonders bevorzugt nicht mehr als 1/5 oder 1/6 davon, entsprechen, wobei die Apertur wie oben erläutert definiert sein kann.
Ein Durchmesser oder eine Apertur des ersten oder zweiten beweglichen Spiegels der ersten und/oder zweiten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls kann gleich einem Durchmesser oder einer Apertur des ersten oder zweiten beweglichen Spiegels der ersten und/oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls sein. Insbesondere können alle vier ersten oder zweiten beweglichen Spiegel des modularen Ablenksystems denselben Durchmesser, dieselbe Apertur, Größe und/oder Form haben.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls größer sein als der Abstand zwischen den optischen Zentren der zweiten beweglichen Spiegel des ersten oder zweiten Ablenkmoduls, vorzugsweise bis zu 20 % größer, noch bevorzugter bis zu 10 % größer, am meisten bevorzugt bis zu 5 % größer. Der Abstand zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls kann jedoch im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den optischen Zentren der zweiten beweglichen Spiegel des ersten oder zweiten Ablenkmoduls sein. Gleiches gilt für einen Abstand zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls höchstens 120 mm, vorzugsweise höchstens 80 mm, noch bevorzugter höchstens 60 mm betragen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls nicht mehr als 50 mm, vorzugsweise nicht mehr als 30 mm und noch bevorzugter nicht mehr als 10 mm betragen. Der Abstand zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls und dem zweiten beweglichen Spiegel der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls kann größer sein als ein Abstand zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln des ersten oder zweiten Ablenkmoduls, vorzugsweise bis zu 20 % größer, weiter bevorzugt bis zu 10 % größer, am meisten bevorzugt bis zu 5 % größer. Dadurch kann das Risiko einer Kollision oder Interferenz zwischen zweiten beweglichen Spiegeln verschiedener Ablenkmodule vermieden werden.
Das erste Ablenkmodul kann ein erstes Gehäuse umfassen, wobei die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit des ersten Ablenkmoduls in dem ersten Gehäuse eingeschlossen sind. Das erste Gehäuse kann staubdicht und/oder wasserdicht sein. Das zweite Ablenkmodul kann ein zweites Gehäuse umfassen, wobei die erste Ablenkeinheit und die zweite Ablenkeinheit des zweiten Ablenkmoduls in dem zweiten Gehäuse eingeschlossen sein können. Das zweite Gehäuse kann staubdicht und/oder wasserdicht sein. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse können so aneinander befestigt werden, dass das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse nebeneinander angeordnet sind, wenn das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul aneinander befestigt sind. Das zweite Gehäuse kann ein spiegelbildliches Abbild des ersten Gehäuses sein, wenn das erste und das zweite Gehäuse aneinander befestigt sind.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das erste Gehäuse ein erstes transparentes Fenster aufweisen, durch das sich der jeweilige erste Arbeitsstrahl von der ersten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls in das jeweilige erste Arbeitsfeld ausbreitet, und ein zweites transparentes Fenster, durch das sich der jeweilige zweite Arbeitsstrahl von der zweiten Ablenkvorrichtung des ersten Ablenkmoduls in das jeweilige zweite Arbeitsfeld ausbreitet. Ferner kann das zweite Gehäuse ein drittes transparentes Fenster aufweisen, durch das sich der jeweilige erste Arbeitsstrahl von der ersten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls in das jeweilige erste Arbeitsfeld ausbreitet, und ein viertes transparentes Fenster, durch das sich der jeweilige zweite Arbeitsstrahl von der zweiten Ablenkvorrichtung des zweiten Ablenkmoduls in das jeweilige zweite Arbeitsfeld ausbreitet. Das erste transparente Fenster, das zweite transparente Fenster, das dritte transparente Fenster und/oder das vierte transparente Fenster können benachbart zueinander angeordnet sein, wenn das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul aneinander befestigt sind.
In anderen Ausführungsformen kann das modulare Ablenksystem ein gemeinsames Gehäuse umfassen, in dem die erste und zweite Ablenkeinheit des ersten Ablenkmoduls und die erste und zweite Ablenkeinheit des zweiten Ablenkmoduls eingeschlossen sein können. Das gemeinsame Gehäuse kann staubdicht und/oder wasserdicht sein.
Jedes der ersten und zweiten Arbeitsfelder des ersten Ablenkmoduls und jedes der ersten und zweiten Arbeitsfelder des zweiten Ablenkmoduls kann eine Fläche von 100 mm × 100 mm bis 1000 mm × 1000 mm, vorzugsweise von 300 mm × 300 mm bis 700 mm × 700 mm, besonders bevorzugt von 400 mm × 400 mm bis 600 mm × 600 mm abdecken. Das erste und das zweite Arbeitsfeld des ersten Ablenkmoduls können in einer ersten Überlappungsrichtung zueinander ausgerichtet sein, und das erste und das zweite Arbeitsfeld des zweiten Ablenkmoduls können ebenfalls in dieser ersten Überlappungsrichtung zueinander ausgerichtet sein. Die erste Überlappungsrichtung kann parallel zu der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene des ersten und des zweiten Ablenkmoduls verlaufen. Ferner kann das erste Arbeitsfeld des ersten Ablenkmoduls mit einem der ersten und zweiten Arbeitsfelder des zweiten Ablenkmoduls in einer zweiten Überlappungsrichtung senkrecht zur ersten Überlappungsrichtung ausgerichtet sein und das zweite Arbeitsfeld des ersten Ablenkmoduls kann mit dem anderen der ersten und zweiten Arbeitsfelder des zweiten Ablenkmoduls in der zweiten Überlappungsrichtung ausgerichtet sein.
In jeder der ersten und zweiten Überlappungsrichtungen kann das gemeinsame Überlappungsfeld eine Erstreckung haben, die mindestens 75 %, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der Erstreckung entspricht, die von dem ersten und/oder zweiten Arbeitsfeld des ersten und/oder zweiten Ablenkmoduls in der entsprechenden Überlappungsrichtung abgedeckt wird. So kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung das gemeinsame Überlappungsfeld in der ersten und zweiten Überlappungsrichtung jeweils eine Erstreckung von 70 mm bis 800 mm (mit einer Fläche von 70 mm × 70 mm bis 800 mm × 800 mm), vorzugsweise von 220 mm bis 600 mm (mit einer Fläche von 220 mm × 220 mm bis 600 mm × 600 mm), besonders bevorzugt von 300 mm bis 540 mm (mit einer Fläche von 300 mm × 300 mm bis 540 mm × 540 mm) aufweisen. Das gemeinsame Überlappungsfeld kann z. B. 330 mm × 330 mm groß sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke unter Verwendung eines Ablenkmoduls oder eines modularen Ablenksystems gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren umfasst die Laserbearbeitung des Werkstücks mit einem ersten Arbeitsstrahl, der von einer ersten Ablenkeinheit des Ablenkmoduls oder des modularen Ablenksystems abgelenkt wird, wobei der erste Arbeitsstrahl eine erste Leistungsdichte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner die Laserbearbeitung des Werkstücks mit dem zweiten Arbeitsstrahl, der von einer zweiten Ablenkeinheit des Ablenkmoduls oder des modularen Ablenksystems abgelenkt wird, wobei der zweite Arbeitsstrahl eine zweite Leistungsdichte aufweist, die höher ist als die erste Leistungsdichte. Mit „Leistungsdichte“ ist hier die Flächenleistungsdichte gemeint, d.h. die Strahlleistung geteilt durch die Flächeneinheit des entsprechenden Arbeitsfeldes. Die zweite Leistungsdichte kann 1,5 mal, 3 mal, 5 mal oder 10 mal höher sein als die erste Leistungsdichte.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück zumindest in einem Teilbereich des gemeinsamen Überlappungsbereiches (bzw. des gemeinsamen Überlappungsfeldes, wenn das verwendete Ablenkmodul in ein modulares Ablenksystem nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung integriert ist) mit dem ersten Arbeitsstrahl mit einer geringeren Leistungsdichte laser-bearbeitet, bevor oder nachdem es mit dem zweiten Arbeitsstrahl mit einer höheren Leistungsdichte bearbeitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, den von der ersten Ablenkeinheit abgelenkten ersten Arbeitsstrahl in einer Aufwärmphase zum Aufwärmen des Materials für die Bildung eines oder mehrerer Werkstücke mit einer geringeren Strahlleistung zu verwenden, bevor der von der zweiten Ablenkeinheit abgelenkte zweite Arbeitsstrahl zur Laserbearbeitung des Werkstücks in Bereichen des Werkstücks eingesetzt wird, die zuvor durch den ersten Arbeitsstrahl erwärmt worden sind. Zusätzlich oder alternativ kann der von der ersten Ablenkeinheit abgelenkte erste Arbeitsstrahl dazu verwendet werden, das zur Bildung des einen oder der mehreren Werkstücke verwendete Material in einer Abkühlphase durch Verwendung einer geringeren Strahlleistungsdichte nach Verwendung des von der zweiten Ablenkeinheit abgelenkten zweiten Arbeitsstrahls schrittweise abzukühlen. Dadurch können die thermischen Schwankungen des Materials, das für die Bildung des einen oder der mehreren Werkstücke verwendet wird, zeitlich geglättet oder abgeflacht werden, indem sie in mehr als eine fortschreitende Phase unterteilt werden: z. B. Erwärmung auf eine niedrigere Temperatur durch den ersten Arbeitsstrahl, dann Schmelzen bei einer höheren Temperatur durch den zweiten Arbeitsstrahl und dann Abkühlung auf eine niedrigere Temperatur durch den ersten Arbeitsstrahl. Ein teilweises Aufschmelzen kann auch während der Aufwärmphase und/oder während der Abkühlphase erfolgen. Auf diese Weise können die Temperaturgradienten, denen das für die Bildung des Werkstücks verwendete Material ausgesetzt ist, verringert und somit die Bildung von Unregelmäßigkeiten aufgrund starker Temperaturgradienten verhindert werden.
In einigen Ausführungsformen können der erste Arbeitsstrahl und der zweite Arbeitsstrahl die gleiche Strahlleistung haben, wobei der erste Arbeitsstrahl eine größere Spotgröße als der zweite Arbeitsstrahl haben kann. So können die unterschiedlichen Strahlleistungsdichten mit Arbeitsstrahlen gleicher Strahlleistung realisiert werden, z. B. durch Verwendung identischer Laserquellen zur Erzeugung sowohl des ersten Arbeitsstrahls als auch eines zweiten Arbeitsstrahls. Zusätzlich oder alternativ können der erste Arbeitsstrahl und der zweite Arbeitsstrahl die gleiche Spotgröße aufweisen, wobei der erste Arbeitsstrahl eine geringere Strahlleistung haben kann als der zweite Arbeitsstrahl. So ist es auch möglich, die unterschiedlichen Strahlleistungsdichten durch gleiche Spotgrößen, aber unterschiedliche Strahlleistungen zu realisieren.
Das vorgenannte Verfahren kann ferner mit einem modularen Ablenksystem gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden, d. h. einem modularen Ablenksystem mit einem ersten und einem zweiten Ablenkmodul, wobei jedes Ablenkmodul zwei Ablenkeinheiten umfasst. Das Verfahren kann die Laserbearbeitung des Werkstücks mit mindestens einem (der vier verfügbaren) Arbeitsstrahlen und die Laserbearbeitung des Werkstücks mit den übrigen Arbeitsstrahlen umfassen. Zum Beispiel, der von der ersten Ablenkeinheit des ersten Ablenkmoduls abgelenkte erste Arbeitsstrahl und der von der ersten Ablenkeinheit des zweiten Ablenkmoduls abgelenkte erste Arbeitsstrahl können mit der ersten Strahlleistung betrieben und zur Erwärmung des Materials verwendet werden, das zur Bildung eines bestimmten des einen oder der mehreren Werkstücke verwendet wird, und der von der zweiten Ablenkeinheit des ersten Ablenkmoduls abgelenkte zweite Arbeitsstrahl und der von der zweiten Ablenkeinheit des zweiten Ablenkmoduls abgelenkte zweite Arbeitsstrahl können anschließend mit der zweiten Strahlleistung zur Laser-Bearbeitung des einen oder der mehreren Werkstücke betrieben werden. Alle Arbeitsstrahlen, d.h. alle Ablenkeinheiten, können in jedem Fall gleichzeitig arbeiten.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Innenraums eines Ablenkmoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Ablenkmodul wie das Ablenkmodul von 1 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ablenkmoduls wie das Ablenkmodul von 1 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Arbeitsfelder und des gemeinsamen Überlappungsbereichs eines Ablenkmoduls gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Laserbearbeitung eines Werkstücks gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
6 zeigt schematische perspektivische Ansichten des Äußeren eines Ablenkmoduls gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. 6a zeigt eine perspektivische Ansicht von oben und 6b zeigt eine perspektivische Ansicht von unten.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Äußeren eines modularen Ablenksystems gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. 7a zeigt eine perspektivische Ansicht von oben und 7b zeigt eine perspektivische Ansicht von unten.
8 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Innere eines modularen Ablenksystems wie das modulare Ablenksystem von 7 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
9 zeigt eine schematische Darstellung der Arbeitsfelder und des gemeinsamen Überlappungsfeldes eines modularen Ablenksystems wie des modularen Ablenksystems von 7 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um das Verständnis für die Prinzipien der Erfindung zu erleichtern, wird nun auf eine bevorzugte Ausführungsform Bezug genommen, die in den Zeichnungen dargestellt ist, und es werden spezifische Begriffe verwendet, um diese zu beschreiben. Es versteht sich jedoch, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, und dass die Erfindung jegliche Änderungen und weitere Modifikationen der dargestellten Vorrichtung und weitere Anwendungen der darin dargestellten Erfindungsprinzipien umfasst, die einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise zum jetzigen Zeitpunkt oder in Zukunft einfallen würden.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Inneren eines Ablenkmoduls gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere der darin enthaltenen optischen Komponenten. Das erste Ablenkmodul umfasst eine erste Ablenkeinheit 10a und eine zweite Ablenkeinheit 10b. Die erste Ablenkeinheit 10a umfasst eine erste Ablenkvorrichtung 12a, die einen ersten beweglichen Spiegel 12a-1 und einen zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 umfasst. 2 und 3 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Ablenkmoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung wie das in 1 gezeigte Ablenkmodul, wobei für dieselben Komponenten dieselben Bezugsziffern verwendet werden. Für die nachfolgende Beschreibung können die 1 bis 3 insoweit zusammen betrachtet werden, als sie die gleichen Bauteile zeigen.
Der erste bewegliche Spiegel 12a-1 ist zum Ablenken eines ersten Arbeitsstrahls 50a in einer ersten Richtung, die in der in 1 gezeigten Ausführungsform der x-Richtung entspricht, durch Schwenken um eine erste Achse A₁ ausgebildet, die in der in 1 gezeigten Ausführungsform mit einer Neigung gegenüber der vertikalen z-Richtung von etwa 15° angeordnet ist. Die Bewegung bzw. Schwenkung des ersten beweglichen Spiegels 12a-1 der ersten Ablenkeinheit 10a wird durch einen Galvanometermotor 14a-1 angetrieben, der entlang der ersten Achse A₁ verlaufend angeordnet ist, d.h. mit einer Längsachse, die der maximalen Abmessung des Schrittmotors 14a-1 entspricht, der sich entlang der ersten Achse A₁ erstreckt.
Der zweite bewegliche Spiegel 12a-2 ist dazu ausgebildet, den ersten Arbeitsstrahl 50a, nachdem der erste Arbeitsstrahl 50a von dem ersten beweglichen Spiegel 12a-1 reflektiert wurde, in einer zweiten Richtung, die in der in 1 dargestellten Ausführungsform einer y-Richtung senkrecht zur x- und z-Richtung entspricht, durch Schwenken um eine zweite Achse A₂ abzulenken, die in der in 1 dargestellten Ausführungsform mit der x-Richtung ausgerichtet ist. Die Bewegung bzw. Schwenkung des zweiten beweglichen Spiegels 12a-2 der ersten Ablenkeinheit 10a wird durch einen Galvanometermotor 14b-2 angetrieben, der im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse A₂, d.h. im Wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene M, angeordnet ist.
Der erste bewegliche Spiegel 12a-1 und der zweite bewegliche Spiegel 12a-2 bilden somit eine XY-Ablenkvorrichtung, die zum Ablenken des ersten Arbeitsstrahls 50a in x- und y-Richtung über ein zweidimensionales Arbeitsfeld 40a ausgelegt ist. Ein oder mehrere Werkstücke oder Rohmaterialien, die sich innerhalb des Arbeitsfeldes 40a befinden, können somit mit dem von der ersten Ablenkeinheit 10a abgelenkten ersten Arbeitsstrahl 50a laserbearbeitet werden.
Der erste Arbeitsstrahl 50a wird von einer ersten Laserquelle 28a erzeugt, die optisch mit der ersten Ablenkeinheit 10a verbunden und/oder in einigen Ausführungsformen in die erste Ablenkeinheit 10a integriert ist. In der betrachteten Ausführungsform ist die erste Laserquelle 28a zur Erzeugung von Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1070 nm ausgebildet, das den ersten Arbeitsstrahl 50a bildet.
Nachdem der Arbeitsstrahl 50a von der ersten Laserquelle 28a erzeugt wurde, durchläuft er eine erste Fokussiervorrichtung 20a, die zum Fokussieren, Zoomen und Kollimieren des Arbeitsstrahls 50a konfiguriert ist. Die Fokussiervorrichtung 20a umfasst eine erste bewegliche Linse 22a, eine zweite bewegliche Linse 24a und eine feste Linse 26a, wobei die beweglichen Linsen 22a und 24a in z-Richtung verschoben werden können, um eine variable Brennweite der ersten Fokussiervorrichtung 20a einzustellen und um den ersten Arbeitsstrahl 50a zu zoomen und zu kollimieren, wodurch beispielsweise ein Strahldurchmesser des ersten Arbeitsstrahls 50a eingestellt wird. In anderen Ausführungsformen kann die erste Linse 22a eine feste Linse sein. Die erste Fokussiervorrichtung 20a arbeitet als Fokussier- und Zoomeinheit, die die Brennweite des gesamten optischen Systems der ersten Ablenkeinheit 10a so einstellt, dass der erste Arbeitsstrahl 50a auf das erste Arbeitsfeld 40a fokussiert wird, und zwar in einem Abstand SR zum zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 (vgl. 3).
Nach der Ausbreitung durch die erste Fokussiervorrichtung 20a wird der erste Arbeitsstrahl 50a von einem ersten optischen Element 16a reflektiert, das in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein dichroitischer Spiegel ist, der zur Reflexion von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich von 1020 nm bis 1080 nm ausgebildet ist, so dass der erste Arbeitsstrahl 50a aus der z-Richtung, aus der er von der ersten Laserquelle 28a kommt, in die x-Richtung zur ersten Ablenkvorrichtung 12a hin abgelenkt wird (vgl. 3, die eine der perspektivischen Ansicht von 1 entsprechende Seitenansicht in der zx-Ebene zeigt).
In den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen wird der Arbeitsstrahl 50a von der ersten Laserquelle 28a erzeugt und in vertikaler Richtung (in z-Richtung) in die erste Ablenkeinheit eingespeist. Das erste optische Element 16a ist daher in der xz-Ebene jeweils in einem Winkel von 45° zur z- und x-Richtung angeordnet (vgl. 3). Es sind jedoch auch andere Konfigurationen und entsprechende Anordnungen des ersten optischen Elements 16a möglich. In anderen Ausführungsformen kann der erste Arbeitsstrahl 50a in die ersten Ablenkeinheiten 10a in der horizontalen x-Richtung oder in einer diagonalen Richtung eintreten, beispielsweise einer diagonalen Richtung in der xz-Ebene, d. h. einer Richtung mit einer x-Komponente und einer z-Komponente, beispielsweise in einem Winkel von 45°, obwohl auch andere Winkel möglich sind. Das erste optische Element 16a kann dann in einem entsprechenden Winkel angeordnet werden, um den ersten Arbeitsstrahl 50a auf die erste Ablenkvorrichtung 12a, insbesondere auf den ersten beweglichen Spiegel 12a-1, zu richten. Gleiches gilt für die im Folgenden zu beschreibende zweite Ablenkeinheit 10b in Bezug auf die Anordnung der zweiten Laserquelle 28b und des zweiten optischen Elements 16b.
Das Ablenkmodul umfasst ferner eine zweite Ablenkeinheit 10b, deren Aufbau, Anordnung und optische Komponenten den Komponenten der ersten Ablenkeinheit 10a entsprechen, möglicherweise identisch sind. So können beispielsweise die Linsen 22b, 24b und 26b der zweiten Fokussiervorrichtung 20b mit den entsprechenden Linsen 22a, 24a bzw. 26a der ersten Fokussiervorrichtung 20a identisch sein. Ebenso kann das zweite optische Element 16b der zweiten Ablenkeinheit 10b mit dem entsprechenden ersten optischen Element 16a der ersten Ablenkeinheit 10a identisch sein und entsprechend angeordnet werden, um die gleiche Funktion zu erfüllen. Die zweite Fokussiervorrichtung 20b dient als Fokussier- und Zoomeinheit, die die Brennweite des gesamten optischen Systems der zweiten Ablenkeinheit 10b so einstellt, dass der zweite Arbeitsstrahl 50b auf das zweite Arbeitsfeld 40b fokussiert wird, und zwar in einem Abstand SR zum zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 (vgl. 3).
Die zweite Ablenkeinheit 10a umfasst eine zweite Ablenkvorrichtung 12b, die einen ersten beweglichen Spiegel 12b-1 und einen zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 umfasst, die in Funktion und Aufbau jeweils dem ersten beweglichen Spiegel 12a-1 und dem zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 der ersten Ablenkeinheit 10a entsprechen. Der erste bewegliche Spiegel 12b-1 ist dazu eingerichtet, einen zweiten Arbeitsstrahl 50b, der von einer zweiten, mit der ersten Laserquelle 28a funktionsidentischen Laserquelle 28b erzeugt wird, in der ersten Richtung (x-Richtung) durch Schwenken um eine dritte Achse A₃ abzutasten, die in der in 1 gezeigten Ausführungsform parallel zur ersten Achse A₁, d.h. auch in Bezug auf die vertikale z-Richtung mit einer Neigung von etwa 15° angeordnet ist. Die Bewegung bzw. Schwenkung des ersten beweglichen Spiegels 12b-1 der zweiten Ablenkeinheit 10b wird durch einen Galvanometerschrittmotor 14b-1 angetrieben, der entsprechend dem Galvanometermotor 14a-1 entlang der ersten Achse A₃ verlaufend angeordnet ist.
Der zweite bewegliche Spiegel 12b-2 ist zur Abtastung des zweiten Arbeitsstrahls 50b, nachdem der zweite Arbeitsstrahl 50b von dem zweiten optischen Element 16b und dem ersten beweglichen Spiegel 12b-1 reflektiert wurde, zur Abtastung des zweiten Arbeitsstrahls 50b in der zweiten Richtung (y-Richtung) durch Schwenken um eine vierte Achse A₄ ausgebildet, die mit der zweiten Achse A₂ in x-Richtung ausgerichtet ist (vgl. 2, die eine Draufsicht in der xy-Ebene zeigt, die der perspektivischen Ansicht von 1 entspricht). Die Bewegung bzw. Schwenkung des zweiten beweglichen Spiegels 12a-2 der ersten Ablenkeinheit 10a wird durch einen Galvanometermotor 14b-2 angetrieben, der im Wesentlichen parallel zur vierten Achse A₄ (und zur zweiten Achse A₂) und damit im Wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene M verlaufend angeordnet ist, entsprechend dem Galvanometerschrittmotor 14a-2.
Der erste bewegliche Spiegel 12b-1 und der zweite bewegliche Spiegel 12b-2 bilden eine XY-Ablenkvorrichtung, mit der der zweite Arbeitsstrahl 50b in x- und y-Richtung über ein zweidimensionales Arbeitsfeld 40b gescannt wird. Ein oder mehrere Werkstücke oder Ausgangsmaterialien, die sich innerhalb des Arbeitsfeldes 40b befinden, können somit durch den zweiten Arbeitsstrahl 50b, der durch die zweite Ablenkeinheit 10b abgelenkt wird, laserbearbeitet werden.
Die erste Ablenkeinheit 10a und die zweite Ablenkeinheit 10b sind spiegelsymmetrisch zueinander und zu einer gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene M angeordnet, die in 1 in der yz-Ebene, d. h. senkrecht zur x-Richtung verläuft. Wie in der Draufsicht von 2 und in der Frontalansicht von 3 schematisch zu sehen ist, ist der Strahlengang, dem der erste Arbeitsstrahl 50a folgt, bevor er von der ersten Ablenkvorrichtung 12a abgelenkt wird, d.h. zwischen der ersten Laserquelle 28a und der ersten Ablenkvorrichtung 12a, spiegelsymmetrisch zu dem Strahlengang, dem der zweite Arbeitsstrahl 50b folgt, bevor er von der zweiten Ablenkvorrichtung 12b abgelenkt wird, d.h. zwischen der zweiten Laserquelle 28b und der zweiten Ablenkvorrichtung 12b. In den schematischen Ansichten der 1 bis 3 ist der erste Arbeitsstrahl 50a, bevor er von dem ersten beweglichen Spiegel 12a-1 reflektiert wird, spiegelsymmetrisch zum zweiten Arbeitsstrahl 50b, bevor er von dem ersten beweglichen Spiegel 12b-1 reflektiert wird, und mit diesem in x-Richtung ausgerichtet.
Der Teil des ersten Arbeitsstrahls 50a, der sich in z-Richtung von der ersten Laserquelle 28a zum ersten optischen Element 16a ausbreitet, breitet sich parallel zu dem Teil des zweiten Arbeitsstrahls 50b aus, der sich ebenfalls in z-Richtung von der zweiten Laserquelle 28b zum zweiten optischen Element 16b ausbreitet. Der Teil des ersten Arbeitsstrahls 50a, der sich von dem ersten optischen Element 16a zu dem ersten beweglichen Spiegel 12a-1 ausbreitet, und der Teil des zweiten Arbeitsstrahls 50b, der sich von dem zweiten optischen Element 16b zu dem ersten beweglichen Spiegel 12b-1 ausbreitet, breiten sich zueinander ausgerichtet in x-Richtung aus und sind aufeinander gerichtet, d. h. auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene M.
Die Spiegelsymmetrie zwischen der ersten Ablenkeinheit 10a und der zweiten Ablenkeinheit 10b in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene M kann entlang des Strahlengangs, dem der erste Arbeitsstrahl 50a bzw. der zweite Arbeitsstrahl 50b folgt, ab der entsprechenden Ablenkvorrichtung 12a bzw. 12b gebrochen werden, zumal die beweglichen Spiegel 12a-1 und 12a-2 der ersten Ablenkvorrichtung 12a zu einem bestimmten Zeitpunkt anders ausgerichtet sein können als die beweglichen Spiegel 12b-1 und 12b-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12b oder ohne deren spiegelsymmetrischen Schwenkzustand zu entsprechen, d. h. ohne einem Spiegelbild der beweglichen Spiegel 12b-1 und 12b-2 in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene M zu entsprechen, ausgerichtet sein können. Der erste bewegliche Spiegel 12a-1 und der zweite bewegliche Spiegel 12b-1 der ersten Ablenkvorrichtung 12a sind jedoch in ihren o-Schwenkstellungen jeweils spiegelsymmetrisch in Bezug auf den ersten beweglichen Spiegel 12b-1 und den zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12b in ihren o-Schwenkstellungen angeordnet.
Eine solche spiegelsymmetrische Anordnung der ersten und zweiten Ablenkeinheit 10a und 10b ermöglicht eine Anordnung der ersten Ablenkvorrichtung 12a und der zweiten Ablenkvorrichtung 12b, insbesondere der jeweiligen zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2, bei der ein Abstand doc zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels 12a-2 und dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels 12b-2 auf ein Minimum reduziert ist. Die zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2 sind sehr nahe beieinander angeordnet und in x-Richtung durch einen geringen Abstand d voneinander getrennt. Folglich überlappen sich das erste Arbeitsfeld 40a der ersten Ablenkeinheit 10a und das zweite Arbeitsfeld 40b der zweiten Ablenkeinheit 10b zumindest in einem jeweiligen Teilbereich davon und bilden einen gemeinsamen Überlappungsbereich 42. Der gemeinsame Überlappungsbereich 42 gehört sowohl zu dem ersten Arbeitsfeld 40a als auch zu dem zweiten Arbeitsfeld 40b.
In den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen haben die beweglichen Spiegel 12a-1, 12a-2, 12b-1 und 12b-2 alle eine polygonale Form, die so gestaltet ist, dass sie einen entsprechenden Arbeitsstrahl mit einem 1/e² -Durchmesser von bis zu 30 mm reflektiert. Die ersten und zweiten Arbeitsstrahlen 50a und 50b haben in ihren Querschnitten ein Gaußverteiltes Intensitätsprofil und treffen auf den ersten Spiegel 12a-1 der ersten Ablenkvorrichtung 12a bzw. auf den ersten Spiegel 12b-1 der zweiten Ablenkvorrichtung 12b mit einem ersten 1/e²-Strahldurchmesser von 20 mm. Die ersten Spiegel 12a-1 und 12b-1 sind so ausgelegt, dass sie eine Apertur haben, die dem 1,5-fachen des vorgenannten 1/e²-Strahldurchmessers entspricht, d. h. eine Apertur von 30 mm, so dass sie jeweils etwa 99,5 % des Lichts des ersten und zweiten Arbeitsstrahls 50a bzw. 50b reflektieren können. Die optischen Zentren der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2 sind in x-Richtung durch den Abstand d_OC = 65 mm voneinander getrennt und die Kanten der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2 sind in x-Richtung durch den Abstand d = 5 mm voneinander getrennt.
Wie in 2 zu sehen ist, ist jeder der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2 in y-Richtung von dem entsprechenden ersten beweglichen Spiegel 12a-1 bzw. 12b-1 getrennt. Dieser Abstand hat jedoch keinen Einfluss auf den Abstand d zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln 12a-2 und 12b-2.
Die spiegelsymmetrische und ausgerichtete Anordnung der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2 ermöglicht es, den Abstand doz zwischen den optischen Zentren der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-b zu minimieren und damit die Größe des gemeinsamen Überlappungsbereichs 42 zu vergrößern, ohne den Abstand zwischen jedem der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2 und der Ebene, auf der das erste Arbeitsfeld 40a und das zweite Arbeitsfeld 40b (und damit der gemeinsame Überlappungsbereich 42) liegen, vergrößern zu müssen, d.h. ohne den Ablenkradius vergrößern zu müssen.
Wie in 4 gezeigt, die eine schematische Ansicht des ersten Arbeitsfeldes 40a und des zweiten Arbeitsfeldes 40b in der xy-Ebene zeigt, hat jedes der ersten und zweiten Arbeitsfelder 40a und 40b eine quadratische Form mit einer Seitenlänge L_A = L_B = 500 mm, die eine Fläche von 500 mm × 500 mm abdeckt. Das erste Arbeitsfeld 40a und das zweite Arbeitsfeld 40b sind in y-Richtung zueinander ausgerichtet: In der in 4 dargestellten Ansicht sind die linken Ränder des ersten und des zweiten Arbeitsfelds 40a und 40b in y-Richtung zueinander ausgerichtet, ebenso die entsprechenden rechten Ränder. In y-Richtung haben das erste und das zweite Arbeitsfeld 40a und 40b also eine 100%ige Überlappung. In y-Richtung überlappen sich das erste Arbeitsfeld 40a und das zweite Arbeitsfeld 40b in einem Abstand von 500 mm. In x-Richtung überlappen sich das erste und das zweite Arbeitsfeld 40a und 40b teilweise (81 % Überlappung) über einen Abstand L_C = 435 mm. Der gemeinsame Überlappungsbereich 42 umfasst somit eine Fläche von 500 mm × 435 mm.
Eine derart große Überlappung des ersten und zweiten Arbeitsfeldes 40a und 40b ist dank der spiegelsymmetrischen und ausgerichteten Anordnung der ersten und zweiten Ablenkeinheiten 10a und 10b, insbesondere der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 und 12b-2, mit einem eher kleinen Ablenkradius SR vereinbar (vgl. 3). Bei den in den 1 bis 3 betrachteten Ausführungsformen beträgt der Ablenkradius SR = 620 mm.
Die Galvanometermotoren 14a-2 und 14b-2 zum Schwenken der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 bzw. 12b-2 sind auf gegenüberliegenden Seiten des entsprechenden zweiten beweglichen Spiegels 12a-2, 12b-2 angeordnet: Wie in 1 und 2 zu sehen, ist der zweite bewegliche Spiegel 12a-2 zwischen der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene M und dem Schrittmotor 14a-2 angeordnet. Wie in 2 in der xy-Ebene zu sehen ist, ist der Galvanometermotor 14a-2 links vom zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 angeordnet. Ebenso ist der zweite bewegliche Spiegel 12b-2 zwischen der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene M und dem Galvanometermotor 14b-2 angeordnet, so dass, wie in 2 in der xy-Ebene zu sehen, der Galvanometermotor 14b-2 rechts vom zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 angeordnet ist. Diese Anordnung, bei der sich die Galvanometermotoren in x-Richtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene M erstrecken, ist platzsparend und begünstigt einen geringeren Abstand zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln 12a-2 und 12b-2, wobei eine Beeinträchtigung oder Kollision zwischen den Schrittmotoren 14a-2 und 14b-2 und anderen Komponenten des Ablenkmoduls sowie zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln 12a-2- und 12b-2 vermieden wird.
In der schematischen Darstellung von 2 sind die den ersten beweglichen Spiegeln 12a-1 und 12b-1 zugeordneten Galvanometermotoren zur Veranschaulichung nicht enthalten. Aus demselben Grund enthält die schematische Ansicht von 3 keinen der Galvanometermotoren des Ablenkmoduls und zeigt nur die erste und zweite Ablenkvorrichtung als schematische Überlagerung der entsprechenden beweglichen Spiegel 12a-1, 12a-2 bzw. 12b-1, 12b-2.
Wie in 3 gezeigt, definiert jede der ersten und zweiten Ablenkeinheiten 10a und 10b außerdem einen entsprechenden Detektionsstrahlengang für einen ersten Detektionsstrahl 52a bzw. einen zweiten Detektionsstrahl 52b. Die optischen Elemente 16a und 16be sind nicht nur in dem genannten Wellenlängenbereich zwischen 1000 nm und 1100 nm reflektierend, sondern haben auch einen hohen Transmissionsgrad für Wellenlängen unter 1000 nm und über 1100 nm. Dies hat zur Folge, dass Reflexionslicht, das in den Arbeitsfeldern beispielsweise durch Reflexion des Beleuchtungslichts oder des Lichts des ersten und/oder zweiten Arbeitsstrahls 50a, 50b entsteht und von den Ablenkvorrichtungen 12a und 12b zurückgeworfen wird, von dem jeweiligen optischen Element 16a und 16b durchgelassen wird, so dass sich die entsprechenden Detektionsstrahlen 52a und 52b von dem jeweiligen Arbeitsfeld 40a und 40b zu einer jeweiligen Detektionsvorrichtung 70a, 70b ausbreiten, die zum Empfangen und Detektieren der Detektionsstrahlen 52a und 52b zur Überwachung der Laserbearbeitung durch die entsprechende Ablenkeinheit 10a bzw. 10b ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Detektionsvorrichtungen 70a und 70b jeweils eine Kamera. Ferner umfassen die erste und die zweite Ablenkeinheit 10a und 10b jeweils einen Satz beweglicher Linsen 72a, 72b bzw. fester Linsen 74a, 74b zur Fokussierung des jeweiligen Detektionsstrahls 52a und 52b auf die entsprechende Detektionsvorrichtung 70a, 70b für jede Position auf den Arbeitsfeldern 40a, 40b, von der aus das reflektierte Licht die Detektionsvorrichtungen 70a und 70b in Abhängigkeit von den Einstellungen der entsprechenden Ablenkvorrichtungen 12a und 12b erreichen könnte.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Laserbearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke unter Verwendung eines Ablenkmoduls, wie es in den 1 bis 3 oben beschrieben ist. Das Werkstück kann aus einem Basismaterial wie Metallpulver durch Laserbearbeitung aufeinanderfolgender Schichten des Basismaterials innerhalb des gemeinsamen Überlappungsbereichs 42 unter Verwendung der ersten Ablenkeinheit 10a und der zweiten Ablenkeinheit 10b der Ablenkeinheit gebildet werden.
Bei dem Verfahren 200 wird die erste Ablenkeinheit 10a des Ablenkmoduls zum Scannen des Arbeitsstrahls 50a verwendet, der als Laserstrahl mit einer ersten Leistungsdichte von 4 MW/cm² erzeugt wird, und die zweite Ablenkeinheit 10b des Ablenkmoduls zum Scannen des Arbeitsstrahls 50b, der als Laserstrahl mit einer zweiten Leistungsdichte von 40 MW/cm² erzeugt wird. Der erste Arbeitsstrahl 50a und der zweite Arbeitsstrahl 50b können von identischen Laserquellen mit gleicher Strahlleistung erzeugt werden. Die höhere Leistungsdichte des zweiten Arbeitsstrahls wird dadurch erreicht, dass der zweite Arbeitsstrahl 50b eine kleinere Spotgröße hat als der erste Arbeitsstrahl 50a.
Der erste Arbeitsstrahl 50a dient zur Erwärmung des Basismaterials und der zweite Arbeitsstrahl 50b wird anschließend zur Laserbearbeitung des Basismaterials an Stellen verwendet, an denen das Basismaterial zuvor durch den ersten Arbeitsstrahl 50a erwärmt worden ist. Der erste und der zweite Arbeitsstrahl 50a und 50b können gleichzeitig arbeiten, so dass der erste Arbeitsstrahl 50a weitere Stellen des Basismaterials erwärmt, während der zweite Arbeitsstrahl 50b Stellen des Basismaterials laserbearbeitet, die bereits durch den ersten Arbeitsstrahl 50a erwärmt wurden.
Für jede Schicht des Basismaterials, die mit dem Laser bearbeitet werden soll, wird der erste Arbeitsstrahl 50a an bestimmten Stellen des Basismaterials zunächst (202) zum Aufwärmen des Basismaterials verwendet. Anschließend wird bei 204 der zweite Arbeitsstrahl 50b an denselben Stellen des Basismaterials zur Laserbearbeitung des erwärmten Basismaterials eingesetzt.
In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann der erste Arbeitsstrahl 50a auch zur Verlangsamung der Abkühlung von Punkten des Grundmaterials eingesetzt werden, die zuvor durch den zweiten Arbeitsstrahl 50b laserbearbeitet wurden.
Werden mehrere Ablenkmodule für den kooperativen Betrieb kombiniert (siehe Beschreibung der 7 bis 9 unten), stehen mehr als zwei Arbeitsstrahlen zur Verfügung, wobei mehr als ein Arbeitsstrahl, z.B. zwei, in 202 zum Aufwärmen und/oder Abkühlen des Basismaterials und mehr als ein Arbeitsstrahl, z.B. zwei, in 204 zur Laserbearbeitung von Punkten des bereits aufgewärmten oder durch die anderen Arbeitsstrahlen abzukühlenden Basismaterials verwendet werden können.
6 zeigt schematisch zwei verschiedene perspektivische Außenansichten eines Ablenkmoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung, umfassend eine erste Ablenkeinheit 10a und eine zweite Ablenkeinheit 10b, wie sie für die Ausführungsformen der 1 bis 3 beschrieben sind. Wie in 6 zu sehen ist, umfasst das Ablenkmodul ein Gehäuse 60. In dem Gehäuse 60 sind alle in den 1 bis 3 beschriebenen optischen Komponenten mit Ausnahme der Laserquellen 28a und 28b in der in den 1 bis 3 dargestellten Anordnung untergebracht, wobei die Längsrichtung des Gehäuses 60, d. h. die Richtung, in der sich das Gehäuse 60 am längsten erstreckt, der x-Richtung entspricht. In der in 6 gezeigten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 60 einen optischen Einlass 68a, 68b in Form eines optischen Anschlusses zur Aufnahme einer Laserquelle wie die in den 1 bis 3 beschriebenen Laserquellen 28a und 28b, wobei die Laserquelle, wenn sie an den optischen Einlass 68a, 68b angekoppelt ist, in einer diagonalen Position in der xz-Ebene angeordnet ist, die einen Winkel von jeweils 30° in Bezug auf die z- und x-Achse bildet. In den in 6 dargestellten Ausführungsformen tritt das von den Laserquellen erzeugte Laserlicht also in einer solchen diagonalen Richtung in das Ablenkmodul ein.
Das Gehäuse 60 ist wasser- und staubdicht und erfüllt die Schutzart IP64 nach dem International Protection Rating, so dass das Innere des Gehäuses 60 durch die Dichtwirkung des Gehäuses 60 von der äußeren Umgebung isoliert ist.
Das Gehäuse 60 umfasst ein erstes transparentes Fenster 62a und ein zweites transparentes Fenster 62b, die jeweils durch am Boden des Gehäuses 60 angeordnete Glasplatten gebildet werden, wie in 6b dargestellt. Das erste transparente Fenster 62a ist unterhalb des zweiten beweglichen Spiegels 12a-2 der ersten Ablenkvorrichtung 12a des ersten Ablenkmoduls 10a angeordnet, in der xy-Ebene (vgl. 1 bis 3) mit dem zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 ausgerichtet, in einem Abstand in z-Richtung von etwa 55 mm zum zweiten beweglichen Spiegel 12a-2, so dass der erste Arbeitsstrahl 50a für jeden beliebigen Zielpunkt des ersten Arbeitsfeldes 40a, d.h. für jede beliebige Ablenkeinstellung der ersten Ablenkvorrichtung 12a, durch das erste transparente Fenster 62a durchgelassen werden kann. Ebenso ist das zweite transparente Fenster 62b unterhalb des zweiten beweglichen Spiegels 12b-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12b des zweiten Ablenkmoduls 10b angeordnet, und zwar ausgerichtet mit dem zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 in der xy-Ebene (vgl. 1 bis 3), in einem Abstand in z-Richtung von etwa 55 mm vom zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 angeordnet, so dass der zweite Arbeitsstrahl 50b für jeden beliebigen Zielpunkt des zweiten Arbeitsfeldes 40b, d.h. für jede beliebige Ablenkeinstellung der zweiten Ablenkvorrichtung 12b, durch das zweite transparente Fenster 62b hindurchgelassen werden kann.
Das erste transparente Fenster 62a und das zweite transparente Fenster 62b sind nebeneinander angeordnet, so dass sie einen gemeinsamen Rand 65 aufweisen. In der in 6 gezeigten Ausführungsform werden das erste transparente Fenster 62a und das zweite transparente Fenster 62b durch unabhängige Glasplatten gebildet. In anderen Ausführungsformen können das erste transparente Fenster 62a und das zweite transparente Fenster 62b jedoch miteinander verbunden sein und eine einzige Glasplatte kann sowohl das erste als auch das zweite transparente Fenster 62a und 62b abdecken.
Wie in 6 zu sehen ist, sind das erste transparente Fenster 62a und das zweite transparente Fenster 62b neben einer Seitenwand 63 des Gehäuses 60 angeordnet, anstatt in der Mitte des unteren Teils des Gehäuses oder in y-Richtung zentriert zu sein. Mit anderen Worten, das erste und das zweite transparente Fenster sind nicht in gleichen Abständen von der Seitenwand 63 des Gehäuses und von der gegenüberliegenden Seitenwand des Gehäuses angeordnet. Wie in 7 gezeigt, können dadurch zwei Ablenkmodule 102, 104 wie die in 1 bis 3 (Innenansichten) und 6 (Außenansicht) dargestellten Ablenkmodule miteinander verbunden werden, um ein modulares Ablenksystem mit einem minimalen Abstand zwischen den transparenten Fenstern 62a und 62b eines ersten Gehäuses 60a eines ersten Ablenkmoduls und den entsprechenden transparenten Fenstern 62c und 62d eines zweiten Gehäuses 60b eines zweiten Ablenkmoduls zu bilden. 7a und 7b zeigen jeweils perspektivische Ansichten aus verschiedenen Winkeln eines ersten Ablenkmoduls 102 und eines zweiten Ablenkmoduls 104, die lösbar aneinander befestigt sind und ein modulares Ablenksystem bilden.
Wie in 7b zu sehen ist, sind die transparenten Fenster 62a und 62b des ersten Ablenkmoduls 102 und die transparenten Fenster 62c und 62d des zweiten Ablenkmoduls 104 in Bezug auf die Längsachse des jeweiligen Ablenkmoduls von einer zentralen Position aus versetzt angeordnet, ohne dass sie in Bezug auf gegenüberliegende Seitenwände der jeweiligen Gehäuse 60a und 60b gleich weit entfernt sind, so dass die transparenten Fenster 62a und 62b des ersten Gehäuses 60a an die transparenten Fenster 62c und 62d des zweiten Gehäuses 60b angrenzen, wenn das erste und das zweite Ablenkmodul 102, 104 aneinander befestigt sind. Die Gehäuse 60a und 60b umfassen einen Befestigungsmechanismus (nicht dargestellt), um das erste und das zweite Ablenkmodul 102, 104 lösbar oder abnehmbar aneinander zu befestigen.
8 zeigt eine schematische Vorderansicht des Innenraums des in 7 dargestellten modularen Ablenksystems, wenn das erste Ablenkmodul 102 und das zweite Ablenkmodul 104 aneinander befestigt sind. Das erste und das zweite Ablenkmodul 102 und 104 entsprechen jeweils einem Ablenkmodul wie dem in den 1 bis 3 beschriebenen Ablenkmodul, das aus denselben Komponenten in entsprechender Anordnung besteht. Somit entspricht 8 einer Verdoppelung der schematischen Draufsicht von 2. Das erste Ablenkmodul 102 und das zweite Ablenkmodul 104 sind spiegelsymmetrisch zueinander und zu einer weiteren Spiegelsymmetrieebene O, die in 8 angedeutet ist, angeordnet.
Aufgrund der symmetrischen Anordnung des ersten und des zweiten Ablenkmoduls 102 und 104, wobei das erste Ablenkmodul 102 eine erste gemeinsame Spiegelsymmetrieebene M1 entsprechend der Ebene M in den 1 bis 3 und das zweite Ablenkmodul 104 eine zweite gemeinsame Spiegelsymmetrieebene M2 entsprechend der Ebene M in den 1 bis 3 definiert, und aufgrund der Anordnung der jeweiligen zweiten beweglichen Spiegel 12a-2, 12b-2, 12c-2 und 12d-2, die benachbart zu einem Seitenrand des jeweiligen Ablenkmoduls angeordnet sind (entsprechend der in 7 beschriebenen Anordnung der transparenten Fenster 62a-62d), ist der Abstand zwischen jeweils zwei der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2, 12b-2, 12c-2 und 12d-2 auf ein Minimum reduziert. Der Abstand zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln 12a-2 und 12b-2 des ersten Ablenkmoduls 102 und zwischen den zweiten beweglichen Spiegeln 12c-2 und 12d-2 des zweiten Ablenkmoduls 104 sowie die Abstände zwischen den jeweiligen optischen Zentren derselben entsprechen den Abständen d, doc, die für die 1 bis 3 beschrieben wurden.
Ferner beträgt der Abstand d' zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel 12a-2 der ersten Ablenkvorrichtung 12a des ersten Ablenkmoduls 102 und dem zweiten beweglichen Spiegel 12c-2 der ersten Ablenkvorrichtung 12c des zweiten Ablenkmoduls 104 und zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel 12b-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12b des ersten Ablenkmoduls 102 und dem zweiten beweglichen Spiegel 12d-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12d des zweiten Ablenkmoduls 104 etwa 10 mm. Der Abstand d'oc zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels 12a-2 der ersten Ablenkvorrichtung 12a des ersten Ablenkmoduls 102 und dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels 12c-2 der ersten Ablenkvorrichtung 12c des zweiten Ablenkmoduls 104 und zwischen dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels 12b-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12b des ersten Ablenkmoduls 102 und dem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels 12d-2 der zweiten Ablenkvorrichtung 12d des zweiten Ablenkmoduls 104 beträgt etwa 65 mm.
Infolgedessen kann die Größe eines gemeinsamen Überlappungsfeldes 44, in dem sich das Arbeitsfeld 40a der ersten Ablenkeinheit 10a des ersten Ablenkmoduls 102, das Arbeitsfeld 40b der zweiten Ablenkeinheit 10b des ersten Ablenkmoduls 102, das Arbeitsfeld 40c der ersten Ablenkeinheit 10c des zweiten Ablenkmoduls 104 und das Arbeitsfeld 40d der zweiten Ablenkeinheit 10d des zweiten Ablenkmoduls 104 überlappen, wie in 9 gezeigt, für einen gegebenen Ablenkradius erhöht werden.
In der in 9 dargestellten Ausführungsform ist jedes der Arbeitsfelder 40a, 40b, 40c und 40d ein quadratisches Feld mit einer Fläche von 500 mm × 500 mm. Das erste und das zweite Arbeitsfeld 40a und 40b des ersten Ablenkmoduls 102 sind in einer ersten Überlappungsrichtung (der x-Richtung) zueinander ausgerichtet. Das erste und das zweite Arbeitsfeld 40c und 40d des zweiten Ablenkmoduls 104 sind ebenfalls in der ersten Überlappungsrichtung (x-Richtung) zueinander ausgerichtet. Die ersten und zweiten Arbeitsfelder 40a und 40b des ersten Ablenkmoduls 102 und die ersten und zweiten Arbeitsfelder 40c und 40d des zweiten Ablenkmoduls 104 überlappen sich in der ersten Überlappungsrichtung zu 87%, d.h. auf einer Länge von 435 mm. Ferner überlappen sich die ersten Arbeitsfelder 40a und 400 und die zweiten Arbeitsfelder 40b und 40d in einer zweiten Überlappungsrichtung (der y-Richtung) zu 87 %, d. h. auf einer Länge von 435 mm. Somit deckt das gemeinsame Überlappungsfeld 44 eine Fläche von 435 mm × 435 mm ab, während der Ablenkradius zwischen jedem der zweiten beweglichen Spiegel 12a-2, 12b-2, 12c-2 und 12d-2 (in ihren jeweiligen o-Schwenkstellungen) und der Ebene der Arbeitsfelder 40a, 40b, 40c und 40d 620 mm beträgt.
Obwohl bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung gezeigt und detailliert beschrieben sind, sollten diese als rein beispielhaft und nicht als Einschränkung der Erfindung angesehen werden. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und spezifiziert sind, und dass alle Variationen und Modifikationen geschützt werden sollten, die gegenwärtig oder in Zukunft innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie von in den Ansprüchen definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20190283332 A1 [0008]
US 2019310463 A1 [0009]
US 2017173883 A1 [0010]
EP 3532238 A1 [0062, 0063]

Claims

Ablenkmodul, das Folgendes umfasst: eine erste Ablenkeinheit (10a), die eine erste Ablenkvorrichtung (12a) umfasst, die zum Ablenken eines ersten Arbeitsstrahls (50a) über ein erstes Arbeitsfeld (40a) konfiguriert ist, wobei die erste Ablenkvorrichtung (12a) Folgendes aufweist: einen ersten beweglichen Spiegel (12a-1) zum Ablenken des ersten Arbeitsstrahls (50a) in einer ersten Richtung (x) durch Schwenken um eine erste Achse (z); und einen zweiten beweglichen Spiegel (12a-2) zum Ablenken des ersten Arbeitsstrahls (50a) in einer zweiten Richtung (y) durch Schwenken um eine zweite Achse (x); eine zweite Ablenkeinheit (10b), die eine zweite Ablenkvorrichtung (12b) umfasst, die zum Ablenken eines zweiten Arbeitsstrahls (50b) über ein zweites Arbeitsfeld (40b) konfiguriert ist; wobei die zweite Ablenkvorrichtung (12b) Folgendes aufweist: einen ersten beweglichen Spiegel (12b-1) zum Ablenken des zweiten Arbeitsstrahls (50b) in der ersten Richtung (x) durch Schwenken um eine dritte Achse (z); und einen zweiten beweglichen Spiegel (12b-2) zum Ablenken des zweiten Arbeitsstrahls (50b) in der zweiten Richtung (y) durch Schwenken um eine vierte Achse (z); wobei der zweite bewegliche Spiegel (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und der zweite bewegliche Spiegel (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) spiegelsymmetrisch zueinander und zu einer gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene (M) angeordnet sind, wobei die zweite Achse mit der vierten Achse ausgerichtet ist; und wobei sich das erste Arbeitsfeld (40a) und das zweite Arbeitsfeld (40b) in einem gemeinsamen Überlappungsbereich (42) überlappen.
Ablenkmodul nach Anspruch 1, wobei die erste Ablenkvorrichtung (12a) ferner einen ersten Galvanometermotor (14a-2) zum Schwenken des zweiten beweglichen Spiegels (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) aufweist; wobei die zweite Ablenkvorrichtung (12b) ferner einen zweiten Galvanometermotor (14b-2) zum Schwenken des zweiten beweglichen Spiegels (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) aufweist; und wobei der erste Galvanometermotor (14a-2) und der zweite Galvanometermotor (14b-2) in Bezug auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene (M) auf gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen zweiten beweglichen Spiegels angeordnet sind, so dass der erste Galvanometermotor (14a-2) und der zweite Galvanometermotor (14b-2) in Bezug aufeinander und auf die gemeinsame Spiegelsymmetrieebene (M) spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Ablenkmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der erste Arbeitsstrahl (50a)in einer ersten Einfallsrichtung (x) senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene (M) auf die erste Ablenkvorrichtung (12a) ausbreitet, und wobei sich der zweite Arbeitsstrahl (50b) in einer zweiten Einfallsrichtung (x) senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene (M) auf die zweite Ablenkvorrichtung (12b) ausbreitet, wobei die erste Einfallsrichtung mit der zweiten Einfallsrichtung ausgerichtet und ihr entgegengesetzt ist.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ablenkeinheit (10a) und die zweite Ablenkeinheit (10b) spiegelsymmetrisch zu der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene (M) angeordnet sind, so dass ein Strahlengang des ersten Arbeitsstrahls (50a) bevor er von der ersten Ablenkvorrichtung (12a) abgelenkt wird und ein Strahlengang des zweiten Arbeitsstrahls (50b) bevor er von der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) abgelenkt wird, spiegelsymmetrisch zueinander und zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene (M) sind.
Ablenkeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Strahlengang des ersten Arbeitsstrahls (50a), bevor er von der ersten Ablenkvorrichtung (12a) abgelenkt wird, mit einem Strahlengang des zweiten Arbeitsstrahls (50b), bevor er von der ersten Ablenkvorrichtung (12a) abgelenkt wird, in einer Richtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene (M) ausgerichtet ist.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (d) zwischen dem zweiten beweglichen Spiegel (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und dem zweiten beweglichen Spiegel (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) nicht mehr als 1/3 eines Durchmessers (D1, D2) des zweiten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und/oder des zweiten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung (12b), vorzugsweise nicht mehr als 1/4 davon, besonders bevorzugt nicht mehr als 1/5 oder 1/6 davon entspricht.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (dOC) zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) nicht mehr als dem 4-fachen einer Apertur des ersten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und/oder des ersten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) entspricht, vorzugsweise nicht mehr als dem 3-fachen, besonders bevorzugt nicht mehr als dem 2,5-fachen oder 2-fachen.
Ablenkmodul nach Anspruch 7, wobei der erste Arbeitsstrahl (50a) auf der ersten Ablenkvorrichtung (12a) mit einem ersten 1/e2-Strahlendurchmesser auftrifft, und wobei der zweite Arbeitsstrahl (50b) auf der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) mit einem zweiten 1/e2-Strahlendurchmesser auftrifft, wobei der zweite Strahlendurchmesser vorzugsweise gleich dem ersten Strahlendurchmesser ist, wobei die Apertur des ersten beweglichen Spiegels der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und/oder des ersten beweglichen Spiegels der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) mindestens dem 1,1-fachen, vorzugsweise mindestens dem 1,3-fachen, besonders bevorzugt mindestens dem 1,5-fachen des ersten 1/e²-Strahlendurchmessers bzw. des zweiten 1/e²-Strahlendurchmessers entspricht.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (dOC) zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) nicht mehr als 120 mm, vorzugsweise nicht mehr als 80 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 60 mm beträgt.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Arbeitsfeld und das zweite Arbeitsfeld in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene zueinander ausgerichtet sind, und wobei der gemeinsame Überlappungsbereich (42) ein Ausmaß in einer Überlappungsrichtung senkrecht zur gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene aufweist, das mindestens 75 %, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % des vom ersten und/oder vom zweiten Arbeitsfeld in der Überlappungsrichtung abgedeckten Ausmaßes entspricht.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite bewegliche Spiegel (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) entlang eines Strahlengangs des ersten Arbeitsstrahls (50a) in Richtung des ersten Arbeitsfelds (40a) nach dem ersten beweglichen Spiegel (12a-1) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) angeordnet ist, wobei der zweite bewegliche Spiegel (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) entlang eines Strahlengangs des zweiten Arbeitsstrahls (50b) in Richtung des zweiten Arbeitsfeldes (40b) nach dem ersten beweglichen Spiegel (12b-1) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) angeordnet ist, und wobei eine Höhe (SR) des zweiten beweglichen Spiegels (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) über dem ersten Arbeitsfeld (40a) und/oder eine Höhe (SR) des zweiten beweglichen Spiegels (12b-2) der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) über dem zweiten Arbeitsfeld (40b) nicht mehr als 800 mm, vorzugsweise nicht mehr als 600 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 400 mm beträgt.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein Gehäuse (60) aufweist, wobei die erste Ablenkeinheit (10a) und die zweite Ablenkeinheit (10b) in dem Gehäuse (60) eingeschlossen sind, wobei das Gehäuse vorzugsweise staubdicht und/oder wasserdicht ist.
Ablenkmodul nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse (60) ein erstes transparentes Fenster (62a) aufweist, das dazu eingerichtet ist, den ersten Arbeitsstrahl (50a), der sich von der ersten Ablenkvorrichtung (12a) zum ersten Arbeitsfeld (40a) ausbreitet, durchzulassen, und ein zweites transparentes Fenster (62b) aufweist, das dazu eingerichtet ist, den zweiten Arbeitsstrahl (50b), der sich von der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) zum zweiten Arbeitsfeld (40b) ausbreitet, durchzulassen, wobei das erste transparente Fenster (62a) und/oder das zweite transparente Fenster (62b) vorzugsweise eine Glasplatte aufweist.
Ablenkmodul nach Anspruch 13, wobei das erste transparente Fenster (62a) und das zweite transparente Fenster (62b) aneinander angrenzen, und/oder wobei das erste transparente Fenster (62a) und das zweite transparente Fenster (62b) an dieselbe Seitenwand (63) des Gehäuses (60) angrenzen, und/oder wobei das erste transparente Fenster (62a) und das zweite transparente Fenster (62b) miteinander verbunden sind.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ablenkeinheit (10a) und/oder die zweite Ablenkeinheit (10b) ferner ein optisches Element (16a; 16b), vorzugsweise einen dichroitischen und/oder reflektierenden Spiegel, zum zumindest teilweisen Reflektieren von Arbeitslicht in einem ersten Wellenlängenbereich des ersten bzw. des zweiten Arbeitsstrahls (50b) aufweist, wobei die jeweilige Ablenkvorrichtung (12a, 12b) im Strahlengang des entsprechenden Arbeitsstrahls (50a, 50b) zwischen dem entsprechenden Arbeitsfeld (40a, 40b) und dem entsprechenden optischen Element (16a, 16b) angeordnet ist, so dass sich der entsprechende Arbeitsstrahl (50a, 50b) zu der entsprechenden Ablenkvorrichtung (40a, 40b) ausbreitet und dabei an dem entsprechenden optischen Element (16a, 16b) reflektiert wird.
Ablenkmodul nach Anspruch 15, wobei das optische Element (16a, 16b) ferner Detektionslicht in einem zweiten Wellenlängenbereich zumindest teilweise durchlässt, wobei die jeweilige Ablenkeinheit (10a, 10b) vorzugsweise einen Detektionsstrahlengang definiert, in dem sich ein Detektionsstrahl (52a, 52b) in dem zweiten Wellenlängenbereich von dem entsprechenden Arbeitsfeld (40a, 40b) zu einer entsprechenden Detektionsvorrichtung (70a, 70b) ausbreitet, wobei sich der Detektionsstrahl (52a, 52b) vorzugsweise von dem entsprechenden Arbeitsfeld (40a, 40b) zu dem entsprechenden Detektionsfenster ausbreitet und dabei von der entsprechenden Ablenkvorrichtung (12a, 12b) reflektiert und von dem entsprechenden optischen Element (16a, 16b) übertragen wird.
Ablenkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ablenkeinheit (10a) und/oder die zweite Ablenkeinheit (10b) ferner eine Fokussiervorrichtung (20a, 20b) zum Fokussieren, Zoomen und/oder Kollimieren des jeweiligen Arbeitsstrahls (50a, 50b) aufweist, wobei die Fokussiervorrichtung (20a, 20b) eine variable Brennweite aufweist, wobei die Fokussiereinrichtung (20a, 20b) vorzugsweise eine erste feste Linse (26a, 26b), eine erste bewegliche Linse (24a, 24b) und eine weitere feste oder bewegliche Linse (22a, 22b) aufweist.
Modulares Ablenksystem (100), das ein erstes Ablenkmodul (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein zweites Ablenkmodul (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei das erste Ablenkmodul (102) und das zweite Ablenkmodul (104) aneinander montierbar sind; wobei sich der gemeinsame Überlappungsbereich (42) des ersten Ablenkmoduls (102) und der gemeinsame Überlappungsbereich (42) des zweiten Ablenkmoduls (104) überlappen und dadurch ein gemeinsames Überlappungsfeld (44) bilden, wenn das erste Ablenkmodul (102) und das zweite Ablenkmodul (104) aneinander montiert sind.
Modulares Ablenksystem nach Anspruch 18, wobei das erste Ablenkmodul (102) und das zweite Ablenkmodul (104) spiegelsymmetrisch zueinander sind, wenn das erste Ablenkmodul (102) und das zweite Ablenkmodul (104) aneinander montiert sind.
Modulares Ablenksystem nach Anspruch 18 oder 19, wobei ein Abstand (d') zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) des ersten Ablenkmoduls (102) und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12c-2, 12d-2) der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung (12c, 12d) des zweiten Ablenkmoduls (104) nicht mehr als dem 4-fachen einer Apertur des ersten beweglichen Spiegels (12a-1) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) des ersten Ablenkmoduls (102) entspricht, vorzugsweise nicht mehr als dem 3-fachen, besonders bevorzugt nicht mehr als dem 2,5-fachen oder 2-fachen.
Modulares Ablenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei ein Abstand (d'OC) zwischen einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12a-2) der ersten Ablenkvorrichtung (12a) des ersten Ablenkmoduls (102) und einem optischen Zentrum des zweiten beweglichen Spiegels (12c-2, 12d-2) der ersten oder zweiten Ablenkvorrichtung (12c, 12d) des zweiten Ablenkmoduls (104) nicht mehr als 120 mm, vorzugsweise nicht mehr als 80 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 60 mm beträgt.
Modulares Ablenksystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das erste Ablenkmodul (102) ein erstes Gehäuse (60a) aufweist, wobei die erste Ablenkeinheit (10a) und die zweite Ablenkeinheit (10b) des ersten Ablenkmoduls (102) in dem ersten Gehäuse (60a) eingeschlossen sind, wobei das erste Gehäuse (60a) vorzugsweise staubund/oder wasserdicht ist; und wobei das zweite Ablenkmodul (104) ein zweites Gehäuse (60b) aufweist, wobei die erste Ablenkeinheit (10a) und die zweite Ablenkeinheit (10b) des zweiten Ablenkmoduls (104) in dem zweiten Gehäuse (60b) eingeschlossen sind, wobei das zweite Gehäuse (60b) vorzugsweise staub- und/oder wasserdicht ist; wobei das erste Gehäuse (60a) und das zweite Gehäuse (60b) derart aneinander montierbar sind, dass das erste Gehäuse (60a) und das zweite Gehäuse (60b) aneinander angrenzend angeordnet sind, wenn das erste Ablenkmodul (102) und das zweite Ablenkmodul (104) aneinander montiert sind.
Modulares Ablenksystem nach Anspruch 22, wobei das erste Gehäuse (60a) ein erstes transparentes Fenster (62a) aufweist, durch das sich der jeweilige erste Arbeitsstrahl (50a) von der ersten Ablenkvorrichtung (12a) des ersten Ablenkmoduls (102) zu dem jeweiligen ersten Arbeitsfeld (40a) ausbreitet, und ein zweites transparentes Fenster (62b) aufweist, durch das sich der jeweilige zweite Arbeitsstrahl (50b) von der zweiten Ablenkvorrichtung (12b) des ersten Ablenkmoduls (102) zu dem jeweiligen zweiten Arbeitsfeld (40b) ausbreitet, wobei das zweite Gehäuse (60b) ein drittes transparentes Fenster (62c) aufweist, durch das sich der jeweilige erste Arbeitsstrahl (50c) von der ersten Ablenkvorrichtung (12c) des zweiten Ablenkmoduls (104) zu dem jeweiligen ersten Arbeitsfeld (40c) ausbreitet, und ein viertes transparentes Fenster (62d) aufweist, durch das sich der jeweilige zweite Arbeitsstrahl (50d) von der zweiten Ablenkvorrichtung (12d) des zweiten Ablenkmoduls (104) zu dem jeweiligen zweiten Arbeitsfeld (40d) ausbreitet, wobei das erste transparente Fenster (62a), das zweite transparente Fenster (62b), das dritte transparente Fenster (62c) und/oder das vierte transparente Fenster (62d) einander angrenzend angeordnet sind, wenn das erste Ablenkmodul und das zweite Ablenkmodul aneinander montiert sind.
Modulares Ablenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das erste und das zweite Arbeitsfeld (40a, 40b) des ersten Ablenkmoduls (102) in einer ersten Überlappungsrichtung zueinander ausgerichtet sind und das erste und das zweite Arbeitsfeld (40c, 40d) des zweiten Ablenkmoduls (104) in dieser ersten Überlappungsrichtung zueinander ausgerichtet sind, wobei die erste Überlappungsrichtung vorzugsweise parallel zu der gemeinsamen Spiegelsymmetrieebene des ersten und des zweiten Ablenkmoduls (102, 104) verläuft, wobei das erste Arbeitsfeld (40a) des ersten Ablenkmoduls (102) mit dem ersten bzw. dem zweiten Arbeitsfeld (40c, 40d) des zweiten Ablenkmoduls (104) in einer zweiten Überlappungsrichtung senkrecht zur ersten Überlappungsrichtung ausgerichtet ist und wobei das zweite Arbeitsfeld (40b) des ersten Ablenkmoduls (102) mit dem zweiten bzw. dem ersten Arbeitsfeld (40d, 40c) des zweiten Ablenkmoduls (104) in der zweiten Überlappungsrichtung ausgerichtet ist, wobei in der ersten Überlappungsrichtung und in der zweiten Überlappungsrichtung das gemeinsame Überlappungsfeld (44) jeweils eine ein Ausmaß aufweist, das mindestens 75 %, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % des Ausmaßes entspricht, das von dem ersten und/oder zweiten Arbeitsfeld (40a, 40b, 40c, 40d) des ersten und/oder zweiten Ablenkmoduls (102, 104) in der entsprechenden Überlappungsrichtung abgedeckt wird.
Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung eines Ablenkmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder eines modularen Ablenksystems nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Laser-Bearbeiten (202) des Werkstücks mit einem ersten Arbeitsstrahl (50a), der von einer ersten Ablenkeinheit (10a) abgelenkt wird, wobei der erste Arbeitsstrahl (50a) eine erste Leistungsdichte (P1) aufweist; und - Laser-Bearbeiten (204) des Werkstücks mit einem zweiten Arbeitsstrahl (50b), der von einer zweiten Ablenkeinheit (10b) abgelenkt wird, wobei der zweite Arbeitsstrahl (50b) eine zweite Leistungsdichte (P2) aufweist, die höher ist als die erste Leistungsdichte (P1), vorzugsweise mindestens 1,5-mal höher als die erste Leistungsdichte (P1).
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Werkstück zumindest in einem Teilbereich des gemeinsamen Überlappungsbereichs (42) mit dem ersten Arbeitsstrahl (50a) laserbearbeitet wird, bevor es mit dem zweiten Arbeitsstrahl (50b) laserbearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Werkstück zumindest in einem Teilbereich des gemeinsamen Überlappungsbereichs (42) mit dem ersten Arbeitsstrahl (50a) laserbearbeitet wird, nachdem es mit dem zweiten Arbeitsstrahl (50b) laserbearbeitet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei der erste Arbeitsstrahl und der zweite Arbeitsstrahl die gleiche Strahlleistung aufweisen und wobei der erste Arbeitsstrahl eine größere Spotgröße aufweist als der zweite Arbeitsstrahl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei der erste Arbeitsstrahl und der zweite Arbeitsstrahl die gleiche Spotgröße aufweisen und wobei der erste Arbeitsstrahl eine geringere Strahlleistung aufweist als der zweite Arbeitsstrahl.