DE3310627A1

DE3310627A1 - Verfahren und vorrichtung zum modulieren eines laserstrahles

Info

Publication number: DE3310627A1
Application number: DE19833310627
Authority: DE
Inventors: Ichiro Egashira
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1983-10-06
Also published as: IT1167086B; SE461493B; US4581515A; CA1250461A; JPS58163912A; GB2117533A; SE8301642L; GB2117533B; GB8308116D0; FR2524213A1; CH658944A5; AU560147B2; KR910003464B1; FR2524213B1; IT8347979A0; JPS6318168B2; AU1254683A; SE8301642D0; KR840004313A

Description

PATENTANWÄLTE
DIPL.-ING. BUSCHHOFF
DlPL.-ING. HENNICKE
DIPL.-ING. VOLLBACH " »'

KAISER-WILHELM-RING 24

5000 KÖLN 1

Reg.-Nr. Aktenz.:

Aa 285 1 Köln, deni6.03.1983

bitte angeben

Anm.: Amada Company, Limited

200, Ishida, Isehara-shl. Kanagawa-ken (Japan)

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Modulieren eines Laserstrahles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren eines Laserstrahles insbesondere für Energie-Strahlenbearbeitungsmaschinen, mit denen «rschiedene Materialien, wie beispielsweise Bleche, bearbeitet werden können.

Es ist bekannt, zum Bearbeiten oder zum Schneiden verschiedener Werkstücke wie Bleche od.dgl· einen Laserstrahl zu verwenden, der von einem Laser-Resonator erzeugt wird. Hierbei ist eine möglichst genaue Bearbeitung durch den Laserstrahl erwünscht.

Obgleich ein Laser-Resonator für impulsförmige Strahlung eine genauere Bearbeitung erlaubt als ein Resonator für kontinuierliche Bestrahlung, 1st jener gegenüber einem Resonator für kontinuierliche Laserstrahlung gleicher Leistung wesentlich größer und kostenaufwendiger·

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Verteilung der Leistungsdichte eines Laserstrahles bei Laserstrahl-Bearbeitungsmaschinen so moduliert werden kann, daß eine sehr genaue Bearbeitung des Werkstückes auch mit solchen Laserstrahl-Bearbeitungsmaschinen möglich ist, die mit Laserstrahl-Resonatoren zum Erzeugen einer kontinuierlichen Laserstrahlung arbeiten.

JJ IUb// -/2 -

Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Umwandlung eines kontinuierlichen Laserstrahles in einen pulsierenden Laserstrahl ermöglicht eine wesentlich genauere Bearbeitung. Ferner kann die Leistungsdichte des Laserstrahles in einfacher Weise an den Bearbeitungsvorgang und an die jeweils gewünschte Genauigkeit der Bearbeitung angepaßt werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie wahlweise dazu verwendet werden kann, eine kontinuierliche Laserwellenstrahlung impulsweise abzustrahlen und zu modulieren·

Um dies zu erreichen, wird nach der Erfindung im Durchlaß für den vom Laser-Resonator kommenden Laserstrahl eine Vorrichtung angeordnet, mit der der Durchlaß für den Laserstrahl fortlaufend geöffnet und geschlossen werden kann·

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine mit einer Laserstrahl-Moduliervorrichtung nach der Erfindung in einer Seitenansicht,

Fig· 2 den Gegenstand der Fig_e 1 in einem Teilschnitt nach Linie II - II in vergrößertem Maßstab,

Fig· 3 den Gegenstand der Fig. 2 in einem Schnitt nach Linie III - III,

Flg. 4 eine graphische Darstellung der Verteilung der Leistungsdichte eines Laserstrahles im Falle eines einzigen Extremwertes und

Fig. 5 ein Schaubild der Verteilung der Leistungsdichte eines Laserstrahles bei mehreren Extremwerten.

In Fig. 1 ist eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet und an einen Laser-Resonator 3, bdsplelsweise einen COg (Kohlenstoffdioxydgas) - Laser-Resonator angeschlossen ist. Der Laser-Resonator 3, der ein handelsüblicher Resonator sein kann, erzeugt den Laserstrahl LB und leitet ihn in die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Er ist an der Rückseite der Laserstrahl-Schneidvorrichtung angeschlossen und mit dieser unmittelbar verbunden.

Die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 hat einen Grundrahmen 5» eine an diesem in vertikaler Lage befestigte Tragsäule 7 und einen von der Tragsäule 7 auskragenden Kragträger 9, der den Grundrahmen 5 in horizontaler Lage überspannt. Der Grundrahmen 5 hat an seiner Oberseite einen Werkstücktisch mit mehreren Gleitkugeln, auf denen ein Werkstück W, beispielsweise ein zu bearbeitendes Blech, in horizontaler Lage angeordnet ist. Der Kragträger 9 trägt an seinem vorderen Ende einen Bearbeitungskopf 13 mit einer Spiegeleinrichtung 15 und einer Fokussierlinse 17. Die Spiegeleinrichtung 15 reflektiert den vom Laser-Resonator 3 kommenden Laserstrahl LB auf das Werkstück W₀ Hierbei dient die Fokussierlinse 17 dazu, den Laserstrahl LB zu fokussleren und zusammen mit einem Stützgas, beispielsweise Sauerstoffgas, auf das Werkstück W

KJ KJ C I

zu lenken. Die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 der dargestellten Art empfängt also den Laserstrahl LB vom Laser-Resonator 3 und leitet ihn durch die Fokussierlinse 17 im Bearbeitungskopf 13 in Richtung der Pfeile auf das Werkstück ¥, so daß dieses mit dem Laserstrahl bearbeitet wird.

Um das zu bearbeitende Werkstück W vorzuschieben und zu positionieren, ist die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 mit einem horizontal beweglichen Längsschlitten 19 und mit einem Querschlitten 21 versehen, der mehrere Werkstückklemmvorrichtungen 23 zum Festklemmen des Werkstückes W aufweist. Der Längsschlitten 19 ist auf zwei Schienen 25 gleitend gelagert, die auf dem oberen Teil des Grundrahmens 5 parallel zueinander derart befestigt sind, daß der Längsschlitten unmittelbar unterhalb des Bearbeitungskopfes 13 vor- und zurückgefahren werden kann, wenn er von einem Kraftantrieb angetrieben wird. Der Querschlitten 21, der die Werkstückklemmvorrichtungen 23 trägt, ist auf dem Längsschlitten 19 derart gleitend gelagert, daß er von einem Kraftantrieb rechtwinklig zu den Schienen 25 in horizontaler Richtung bewegt werden kann. Auf diese Weise kann das von den Werkstückklemmvorrichtungen 23 erfaßte Werkstück W auf dem Werkstücktisch 11 unter den Bearbeitungskopf 13 durch Bewegen des Längsschlittens 19 und des Querschlittens 21 vorgeschoben werden.

Bei der dargestellten Anordnung kann das Werkstück W von dem Laserstrahl LB bearbeitet werden, sobald es auf dem Werkstücktisch 11 vom Längsschlitten 19 und Querschlitten 21 unter dem Schneidkopf 13 positioniert worden ist. Hierbei wird der Laserstrahl LB, der vom Laser-Resonator 3 erzeugt wird, natürlich in den Bearbeitungskopf geleitet und von der Spiegeleinrichtung 15» wie durch den Pfeil angedeutet, nach unten gelenkt und zusammen mit einem Stützgas, wie beispielsweise Sauer stoff gas, auf das Werkstück W aufgebracht, nachdem er mit der Fokussierlinse 17 gebündelt wurde.

Wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, ist zwischen einer an die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine angeschlossenen Leitung 29 und einer an den Laser-Resonator 3 angeschlossenen Leitung 31 eine Vorrichtung 27 nach der Erfindung zur Leistungsmodulation derart angeordnet, daß der Laserstrahl LB durch sie hindurchgehen kann. Die Leistungsmoduliereinrichtung 27 hat eine Grundplatte 33» die mit Hilfe von Konsolen 35 und 37 an einem Teil der Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 1 befestigt und in ihrem mittleren T_eil mit einer Hülse versehen ist, die an die Leitung 29 angeschlossen ist und dem Laserstrahl LB den Durchgang ermöglicht. Die Leistungsmoduliervorrichtung 27 hat ferner einen Kühlmantel 41, der aus zwei Platten 43 und 45 besteht, die durch Abstandhalter 47 miteinander verbunden sind,, In seinem mittleren Teil hat der Kühlmantel eine Hülse 49, die an die Leitung 31 angeschlossen ist β

Die Platten 43 und 45 des Kühlmantels 41 sind mit den Abstandhaltern 47 und der sie durchdringenden Hülse 49 wasserdicht verbunden und nehmen zwischen sich ein Kühlmittel auf,für welches eine Einlaßöffnung 411 und eine Auslaßöffnung 41ο vorgesehen ist. Ferner sind die Grundplatte 33 und der Kühlmantel 41 durch einen oder mehrere Abstandhalter 51 miteinander verbunden, so daß sie ein Gehäuse bilden, in dem die Hülsen 39 und 49 miteinander fluchtend angeordnet sind, so daß sie einen geradlinigen Durchgang für den Laserstrahl LB bilden. Auf diese Weise kann der vom Laser-Resonator 3 in die Leitung 31 geleitete Laserstrahl LB durch die Hülsen 49 und 39 und die Leitung 29 in den Bearbeitungskopf 13 der Laserbearbeitungsmaschine 1 gesandt werden. Man erkennt, daß auch der Zwischenraum zwischen der Grundplatte 33 und dem Kühlmantel 41 von diesem kühl gehalten wird₀

Wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, hat die Leistungsmo-

OO I UO ί. I

duliervorrichtung 27 außerdem mehrere drehbare Strahlzerhackerscheiben 53, 55» 57 und 59, von denen jede mehrere kreisförmige Löcher 53h bzw, 55h bzw, 57h bzw. 59h aufweist. Die Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 sind in dem Zwischenraum zwischen der Grundplatte 33 und dem Kühlmantel 41 auf Wellen 61, 63, 65 und 67 drehbar gelagert, die in horizontaler Lage parallel zueinander angeordnet sind. Die Löcher 53h, 55h, 57h und 59h der ihnen zugeordneten Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 sind jeweils in gleichem radialem Abstand von den Wellen 61, 63, 65 und 67 ihrer Scheiben angeordnet. Außerdem sind die Wellen 61, 63, 65 und 67 so angeordnet, daß die Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 einander teilweise überlappen und ihre Löcher 53h, 55h, 57h und 59h mit der Durchgangsöffnung des Laserstrahles LB zwischen den Hülsen 39 und 49 fluchten, wenn die Strahlzerhackerscheiben gedreht werden. Anders ausgedrückt: Die Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 sind so angeordnet, daß sie die Durchgangsöffnung für den Laserstrahl LB zwischen den Hülsen und 49 öffnen und verschließen, wenn die Löcher 53h, 55h, 57h und 59h beim Drehen der Scheiben um ihre Drehachsen an den Hülsen 39 und 49 vorbeigeführt werden. Ferner sind die Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 unä59 so angeordnet, daß sie ihre Löcher 53h, 55h, 57h und 59h gleichzeitig oder synchron in eine Flucht und aus der Flucht der Durchgangsöffnung des Laserstrahles LB bringen, wenn sie gedreht werden.

Bei der oben beschreibenen Einrichtung öffnet und schließt .jede der Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 bei ihrer Drehung fortschreitend die Durchgangsöffnung für den Laserstrahl LB von außen her, wenn die Löcher 53h, 55h, 57h und 59h mit der Durchgangsöffnung vollständig zur Deckung gebracht und dann wieder aus dieser Durchgangsöffnung herausgeschwenkt werden. Die Durchgangsöffnung des Laserstrahles LB wird jedoch radial von ihrer Mitte aus fortschreitend geöff-

- Sf- -

net und vom äußeren Umfang aus fortschreitend geschlossen, da die vier Strahlzerhackerscheiben 53» 55» 57 und 59 ihre eigenen Löcher 53h, 55h, 57h und 59h in vier verschiedenen Richtungen in die Flucht und aus der Flucht mit der Durchgangsöffnung bringen. Wenn deshalb die Strahlzerhackerscheiben 53» 55» 57 und 59 gedreht werden, bleibt der mittlere Teil der Durchgangsöffnung für den Laserstrahl LB langer offen als ihr äußerer Teil, so daß der äußere Teil des Laserstrahles LB, der eine geringere Leistungsdichte hat, in seiner Energie reduziert wird, nachdem der Laserstrahl LB die Leistungsmoduliervorrichtung 27 passiert hat.

Wenn die Strahlzerhackerscheiben 53» 55, 57 und 59 gedreht werden, wird der Laserstrahl von ihnen auch so zerhackt und pulsierend weitergeleitet, daß er intermittierend in Form von Impulsen vom Laser-Resonator 3 zum Laser-Bearbeitungskopf 13 weitergeleitet wird.

Man erkennt in diesem Zusammenhang leicht, daß die Zahl der Strahlzerhackerscheiben durch Hinzufügen oder Weglassen für die Zwecke der Erfindung verändert werden kann, obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform vier Strahlzerhackerscheiben 53, 55» 57 und 59 dargestellt sind»

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Wellen 61, 63» 65 und 67 der Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 in Lagern 69 drehbar gelagert, die sich auf der Außenseite der Grundplatte 33 und auf einer Tragplatte 71 befinden, die in vertikaler Lage und im Abstand von der Grundplatte 33 an der Hülse 39 befestigt ist und diese umgibt. Mehr im einzelnen werden die Wellen 61,63,65 und 67 zwischen der Grundplatte 33 und der Tragplatte 71 in Lagern 69 drehbar und in horizontaler Lage gehalten«

OO IUD^/

Wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, sind die Wellen 61, 63, 65 und 67 mit Rollen 73, 75, 77 und 79 versehen, um die ein endloser Riemen 81 gelegt ist, um die Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 anzutreiben. Die Rollen 73, 75» 77 und 79 haben alle den gleichen Durchmesser und sitzen fest auf ihren Wellen 61, 63, 65 und 67, so daß sie sich zusammen mit diesen zwischen der Grundplatte 33 und der Stutzplatte 71 drehen. Der Riemen 81 wird durch eine Losscheibe 83 gespannt gehalten, die auf der Stützplatte 71 frei drehbar gelagert und mit einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise einer Exzenterwelle, verstellbar ist, um die Spannung des Riemens 81 einstellen zu können. Die Welle 61 ist mit einer Kupplung 85 an einen Motor 87 angeschlossen, der mit einem Motorträger 89 und einer Konsole 91 an der Grundplatte 33 gelagert ist. Wenn der Motor 87 in Bewegung gesetzt wird, wird die Welle 61 vom Motor 87 angetrieben und dreht nicht nur die Strahlzerhackerscheibe 53, sondern auch die Strahlzerhackerscheiben 55, 57 und 59 über die Rolle 73, den Riemen 81 und die Rollen 75, 77 und 79 und die Wellen 63, 65 und 67. In diesem Zusammenhang erkennt man jedoch leicht, daß der Motor 87 an jede der Wellen 63, 65 und 67 statt der Welle 61 angeschlossen werden könnte, um den Zweck der Erfindung zu erfüllen, obgleich er bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform an die Welle 61 angeschlossen ist.

Wie ferner aus Fig. 3 hervorgeht, ist gegenüber der Bewegungsbahn, in der sich die Löcher 59h der Strahlzerhackerscheibe 59 bei deren Drehung bewegen, an einem Teil der Grundplatte 33 ein Näherungsschalter 93 angeordnet. Dieser stellt die Drehung der Strahlzerhackerscheibe 59 fest, indem er die Anzahl der Löcher 59h abtastet, die an ihm vorbeilaufen, um hierdurch den Motor 87 und die Zahl der Umdrehungen der Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 nach einem einge-

-M-

stellten Wert zu steuern. Hierbei ist leicht zu erkennen, daß die Umdrehungen der Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 auch dadurch gesteuert werden können, daß nur die Drehbewegung der Strahlzerhackerscheibe 59 abgetastet wird, da alle gleichzeitig oder synchron durch den Riemen 81 vom Motor 87 angetrieben werden» Selbstverständlich kann der Näherungsschalter 93 auch so angeordnet werden, daß er die Anzahl der Löcher 53h, 55h oder 57h der Strahlzerhackerscheiben 53, 55 oder 57 anstelle der Löcher 59h der Strahlzerhackerscheibe 59 abtastet.

Man erkennt aus Fig. 3, daß auf der Grundplatte 33 ein Arretierbolzen 95 angeordnet ist, der an seinem einen Ende einen Knopf 95n trägt und mit Ringnuten 95ga und 95gb versehen ist, um bei Bedarf die Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 an einer Drehung zu hindern und festzuhalten. Der Arretierbolzen 95 ist in einer Buchse 97 horizontal verschieblich derart gelagert, daß er durch die Grundplatte 33 hindurch in und außer Eingriff mit den Löchern 53h der Strahlzerhackerscheibe 53 gebracht werden kann, wenn er von Hand herausgezogen oder hineingedrückt wird«, Die Haltebuchse 97 ist auf der Grundplatte 33 befestigt und mit einem Kugelbolzen 99 versehen, der federnd nachgJÖDig gegen den Arretierbolzen 95 gedrückt wird und abwechselnd in eine von zwei Ringnuten 95ga und 95gb des Arretierbolzens einrasten kann. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß der Arretierbolzen 95 sich in Eingriff mit einem der Löcher 53h der Strahlzerhackerscheibe 53 befindet, wenn der Kugelbolzen 99 in die Ringnute 95ga eingreift, und daß er sich außerhalb dieser Löcher befindet, wenn der Kugelbolzen in die Ringnute 95gb einrastet. Mehr im einzelnen wird der Arretierbolzen 95 aus der Bewegungsbahn der Strahlzerhackerscheibe 53 herausgehalten, wenn der Kugelbolzen 99 sich in

- V5 -

Eingriff mit der Ringnute 95gb befindet, und er greift in eines der Löcher 53h der Strahlzerhackerscheibe 53 ein, wenn der Kugelbolzen 99 in die Ringnute 95ga einrastet. Hierdurch wird die Strahlzerhackerscheibe 53 von dem Arretierbolzen 95 an einer Drehung gehindert, wenn dieser in eines der Löcher 53h der Strahlzerhackerscheibe 53 eingreift und der Kugelzapfen 99 in die Ringnute 95ga einrastet, dagegen kann sie sich frei drehen, wenn der Arretierbolzen 95 ausgerastet ist und der Kugelzapfen 99 in die Ringnute 95gb eingreift.

Man erkennt, daß alle Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 gleichzeitig gemeinsam dadurch an einer Drehung gehindert werden, daß nur die Strahlzerhackerscheibe 53 festgehalten wird, da alle zusammen durch den Riemen 81 miteinander verbunden sind, der um die Rollen 73» 75, 77 und 79 gelegt ist. Man erkennt auch, daß der Arretierbolzen 95 auch so angeordnet werden kann, daß er in die Löcher 53h, 57h oder 59h der Strahlzerhackerscheiben 55, 57 oder 59 anstelle des Loches 53h der Strahlzerhackerscheibe 53 eingreift. Schließlich kann der Arretierbolzen 95 auch so angeordnet sein, daß er gleichzeitig in zwei Löcher von zwei von vier Strahlzerhackerscheiben 53, 55» 57 und 59 eingreift, da zwei benachbarte Scheiben der vier Strahlzerhackerscheiben 53, 55, 57 und 59 mit ihren horizontal miteinander fluchtenden Löchern einander teilweise überlappen.

In Fig. 4 ist die Verteilung der Leistungsdichte I (W/cm²) des Laserstrahles LB im Falle eines einzelnen Extremwertes als Funktion des Radius r (cm) des Laserstrahls LB, d.h.des Abstandes von der Mittelachse des Laserstrahles LB, graphisch dargestellt. Die in Fig. 4 gezeigte Verteilung der Leistungsdichte des Laserstrahles LB wurde in der Brennebene, d.h. rechtwinklig zur Durchgangsrichtung des Laserstrahles LB an

derjenigen Stelle genommen, wo der Laserstrahl LB von der Fokussierlinse 17 fokussiert wird. In Fig, 4 zeigt die Kurve A die Verteilung der Leistungsdichte des Laserstrahles LB bei einer kontinuierlichen Ausgangsleistung von 900 W, während die Kurve C die Verteilung der Leistungsdichte des Laserstrahles LB bei einer kontinuierlichen Ausgangsleistung von 300 W wiedergibt. Man erkennt, daß Fig, 4 die Verteilung der Energiedichte des Laserstrahles LB wiedergibt, wenn die Zeit eine Sekunde beträgt.

Die Leistungsdichte I wird im allgemeinen als Funktion des Radius r durch folgende Formel (1) angegeben:

Or*²

I- = I₀ exp (- ^₂ ) (1).

Hierbei ist

^r0

I₀ : Leistungsdichte des fokussierten Strahles r : Abstand vom Mittelpunkt des Strahles in der

Fokussierebene
Tq : Radius des Strahlenflecks im Brennpunkt.

Die Ausgangsleistung P(W) wird durch die folgenden Formeln (2) und (3) als Volumen des Rotationskörpers dargestellt, der durch Rotation der Kurve A um die Längsachse I in Fig, 4 entsteht:

OO \ UOL I

Der Durchmesser d_Q des Strahlfleckes im Brennpunkt wird im allgemeinen durch die folgende Formel (5) angegeben:

^do

D₀ : Durchmesser des EinfallStrahles Λ, : Wellenlänge des Einfallstrahles f ί Brennweite der Fokussierlinse ist.

In Fig. 4 zeigt die Kurve B die Verteilung der mittleren Leistungsdichte des Laserstrahles LB bei einer kontinuierlichen Leistungsabgabe von 900 W, die bei Verwendung der Energiermoduliereinrichtung 27 nach der Erfindung erreicht wird.

Bei einem Versuch wurde die tatsächlich abgegebene Leistung des Laserstrahles LB bei einer kontinuierlich abgegebenen Leistung von 900 W durch die Moduliereinrichtung 27 nach der Erfindung auf 300 W reduziert. Die bei dem Versuch erreichte maximale Leistungsdichte des Laserstrahles LB war jedoch im wesentlichen ebenso groß wie die maximale Leistungsdichte I₀ des Laserstrahls LB bei der kontinuierlich abgegebenen Leistung von 900 W, die nach den vorerwähnten Formeln (4) und (5) erhalten wurde. Man erkennt hieraus, daß das Volumen eines Drehkörpers, der durch Rotation der Kurve B erhalten wird, ebenso groß ist wie das Volumen eines Drehkörpers, der sich durch Rotation der Kurve C ergibt, da die durch die Kurven B und C dargestellten Ausgangsleistungen einander gleich sind.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die durch die Kurve B dargestellte größte Leistungsdichte des Laserstrahles LB auf der gleichen Höhe erhalten wie bei der Kurve A, obgleich die Leistungsabgabe gegenüber der ursprünglichen Leistungsabgabe von 900 W reduziert wurde.

Die in Kurve B in Fig. 4 dargestellte Leistungsdichte des Laserstrahles LB ist symmetrisch um die Längsachse I verteilt, da die Durchtrittsöffnung für den Laserstrahl LB von den Strahlzerhackerscheiben 53» 55, 57 und 59, wie weiter oben beschrieben, von der Mitte aus fortschreitend geöffnet und dann vom äußeren Teil aus fortschreitend geschlossen wird. Ferner wurde die in Kurve B dargestellte Leistungsdichte des Laserstrahles LB durch die Moduliervorrichtung 27 nach der Erfindung so verändert, daß sie ein außerordentlich steiles Profil hat und der Laserstrahl LB eine genaue Bearbeitung durchführen kann. Man erkennt, daß der Laserstrahl LB ohne unerwünschte Hitzebeeinflussung sehr genau arbeiten kann, da der Umfangsteil des Laserstrahles LB, der eine geringere Leistungsdichte hat, durch die Leistungsmoduliereinrichtung 27 nach der Erfindung eliminiert worden ist.

In Fig. 5 ist die Verteilung der Leistungsdichte I des Laserstrahles LB im Falle von mehreren Extremwerten als Funktion des Radius r in ähnlicher Weise dargestellt wie die in Fig. 4 gezeigte Kurve mit einem Extremwert. Die Kurve D zeigt die Verteilung der Leistungsdichte des Laserstrahles LB bei einer kontinuierlichen Leistungsabgabe von 900 W und die Kurve F zeigt die Verteilung der Leistungsdichte des Laserstrahles LB bei einer kontinuierlichen Leistungsabgabe von 300 W. Die Kurve E zeigt die Verteilung, die sich dann ergibt, wenn der Laserstrahl LB bei einer kontinuierlichen Ausgangsleistung von 300 W von der Leistungsmoduliereinrichtung nach der Erfindung moduliert wird.

Wie weiter oben beschrieben wurde, wird der Laserstrahl LB mit der LeIs tungsmoduliereinrichtung nach der Erfindung derart impulsweiae ausgestrahlt und moduliert, daß sein äußerer Teil, der eine niedrigere Leistungsdichte hat, in seiner Energie reduziert wird, ohne daß hierbei die maximale Leistungsdichte im Zentrum des Strahles verringert wird. Infolgedessen wird der Laserstrahl LB, nachdem er die Laser-Moduliereinrichtung 27 passiert hat, durch den Bearbeitungskopf 13 mit hoher Leistungsdichte und ohne unerwünschten Hitzeeinfluß impulsförmig und scharf gebündelt intermittierend auf das zu bearbeitende Werkstück W aufgebracht, um die ses genau zu bearbeiten. Man erkennt jedoch, daß der Laserstrahl LB in Fällen, wo eine genaue Bearbeitung nicht erforderlich ist, unmittelbar auf das Werkstück W aufgebracht werden kann, ohne vorher durch die Energiemoduliereinrichtung 27 moduliert und in Pulsform gebracht worden zu sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind mehrere Änderungen und Ergänzungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnte die Moduliervorrichtung auch eine im Strahlengang des Laserstrahles angeordnete Irisblende aufweisen, die von einem Motor angetrieben wird und sich im Takt der zu erzielenden Impulse öffnet und schließt.

Claims

Patentansprüche ί

Verfahren zum Modulieren eines Laserstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Leistungsdichte des Laserstrahles durch abwechselndes öffnen und Verschließen des Strahlenganges eines von einem Laser-Resonator kommenden Laserstrahles verändert wird ρ
2. Vorrichtung zum Modulieren eines Laserstrahles, insbesondere zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (27) zum abwechselnden von innen nach außen fortschreitenden öffnen und von außen nach innen fortschreitenden Schließen des Strahlenganges eines von einem Laser-Resonator (3) kommenden Laserstrahles (LB).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs- und Schließeinrichtung (27) mehrere Strahlzerhacker (53,55,57,59) aufweist, die in der Moduliervorrichtung derart beweglich gelagert sind, daß sie quer durch den Strahlengang eines von einem Laser-Resonator (3) kommenden Laserstrahles (LB) bewegbar sind, und daß die Strahlzerhacker mehrere Öffnungen oder Kerben (53h,55h,57h,59h) aufweisen, durch die der Laserstrahl (LB) hindurchgehen kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlzerhacker (53,55,57,59) mit einem Antrieb (87) versehen sind, und daß jeder Strahlzerhacker mindestens ein exzentrisch angeordnetes Loch (53h,55k»57h bzw. 59h) aufweist, das in den Durchgang

des Laserstrahles (LB) hineinbewegbar und aus diesem herausbewegbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlzerhacker (53,55,57,59) Lochscheiben sind, die um zum Laserstrahl (LB)parallele Achsen (67) drehbar und derart zueinander angeordnet sind, daß jeweils ein Loch einer Scheibe mit einem Loch einer anderen Scheibe im Strahlengang des Laserstrahles (LB) zur Deckung bringbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lochscheiben (53,55,57,59) im gleichen Abstand von der Mittelachse des Laserstrahles (LB) angeordnet sind, mit gleicher Geschwindigkeit drehend angetrieben werden und die gleiche Anzahl von Löchern (53h bzw. 55h bzw. 57h bzw. 59h) aufweisen, die im gleichen Umfangsabstand und im gleichen radialen Abstand von der jeweiligen Scheibendrehachse (61,63,65,67) angeordnet sind,
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arretiervorrichtung (95) vorgesehen ist, um die Strahlzerhacker (53,55,57,59) unbeweglich zu halten.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (41) zum Kühlen der Moduliereinrichtung (27).