[0001 ] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung, insbesondere eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung, die die Führung eines Laserfokus entlang einer beliebigen Bahn ermöglicht.

[0002] Derartige Vorrichtungen zur Lasermaterialbearbeitung können zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden, z.B. bei der industriellen

Lasermaterialbearbeitung. Darunter fällt das Markieren oder Beschriften, die abtragende bzw. strukturierende Bearbeitung wie das Schneiden oder Bohren, das Sintern (als Rapid Prototyping Verfahren) und das Schweißen.

[0003] Für verschiedene Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung ist es vorteilhaft, nicht nur die Position des Laserfokus auf einer beliebigen Bahn zu führen, sondern gleichzeitig den Auftreffwinkel der Laserstrahlachse auf dem Werkstück zu kontrollieren. Dadurch lassen sich beispielsweise Strukturen beliebiger Form in ein Werkstück einbringen, deren Kanten einen gewünschten Neigungswinkel zur

Werkstückoberfläche aufweisen. Idealerweise sollte der Auftreffwinkel unabhängig von der Bahnführung einstellbar sein. Die unabhängige Einstellung beider Parameter sollte mit hoher Präzision und hoher Geschwindigkeit durchführbar sein, um entsprechend hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei der Lasermaterialbearbeitung zu erzielen. [0004] Von besonderem Interesse ist dies für das präzise Ausführen von Bohrungen, z.B. Mikrobohrungen (0 < 500μηη bzw. 0 < 200μηη). Derartige Löcher werden häufig erzeugt, indem der Laserfokus auf einer Kreis- oder Spiralbahn geführt wird (Trepanierbohren und Wendelbohren). Durch die Einstellung des Auftreffwinkels der Laserstrahlachse können Löcher mit definierter Konizität hergestellt werden. [0005] Das Dokument DE 10 2005 047 328 B3 zeigt eine Vorrichtung zum

Bohren mit einem Laserstrahl, die einen drehenden Bildrotator, einen in Strahlrichtung gesehen vor dem Bildrotator angeordneten Strahlmanipulator für die Winkel- und Lageeinstellung des Strahls relativ zur Rotationsachse des Bildrotators und eine Fokussiereinrichtung ausgangsseitig des Bildrotators aufweist. Diese Vorrichtung ist hinsichtlich der Geschwindigkeit der flexiblen Einstellung des Auftreffwinkels der Laserstrahlachse auf dem Werkstück limitiert und weitgehend auf die Erzeugung kreisrunder Löcher beschränkt. [0006] Das Dokument DE 10 2010 049 460 A1 zeigt weiterhin eine Vorrichtung zum Führen eines Lichtstrahls, insbesondere eine Trepanieroptik, mit zwei

planparallelen Platten, die unabhängig voneinander rotierend angetrieben werden. Diese Vorrichtung ist ebenfalls hinsichtlich der Geschwindigkeit der flexiblen Einstellung des Auftreffwinkels der Laserstrahlachse auf dem Werkstück limitiert und weitgehend auf die Erzeugung kreisrunder Löcher beschränkt.

[0007] Das Dokument EP 1 656 234 B1 zeigt einen Scankopf als Teil einer Laser Bohr- und Schneidvorrichtung, welcher eine Taumeleinheit zur Erzeugung einer parallelen Strahlversetzung aufweist. Je nach Einstellung dieser Parallelverschiebung trifft der Strahl in unterschiedlichen Entfernungen von der optischen Achse auf eine Fokussiereinrichtung und tritt folglich unter einem entsprechenden Winkel aus der Fokussiereinrichtung aus. Somit lässt sich durch eine Einstellung der

Parallelverschiebung eine Einstellung des Auftreffwinkels der Laserstrahlachse auf einem Werkstück bewirken. Durch Anordnung von zwei planparallelen optischen Platten, die um zueinander orthogonale Achsen drehbar bzw. kippbar sind, wird ein Strahlversatz in zwei Richtungen erreicht. Mit Hilfe eines Scanblocks mit zwei Spiegeln kann der Laserstrahl auf einer gewünschten Bahn geführt werden.

[0008] Der parallele Strahlversatz bei planparallelen Platten ist insbesondere proportional zur Dicke und zum Auslenkwinkel der planparallelen Platte, sodass zur Erzeugung großer Parallelverschiebungen verhältnismäßig dicke und somit träge Platten eingesetzt werden müssen und/oder diese um einen großen Winkel gedreht werden müssen. Die erzielbare Geschwindigkeit bei der Einstellung der

Laserstrahlachse und die damit verbundene Bearbeitungsgeschwindigkeit ist entsprechend eingeschränkt. [0009] Wünschenswert wäre es, die parallele Strahlversetzung und somit die Einstellung des Auftreffwinkels der Laserstrahlachse mit höherer Geschwindigkeit durchführen zu können, um entsprechend hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei der Lasermaterialbearbeitung zu erzielen.

[0010] Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur

Lasermaterialbearbeitung gemäß Anspruch 1 erreicht, welche eine Strahlablenkeinheit, eine Parallel-Versatz-Einheit (bzw. eine Parallelverschiebungseinheit, nachfolgend kurz als Parallel-Versatz Einheit bezeichnet) mit wenigstens drei reflektierenden Spiegeln, wobei ein reflektierender Spiegel der wenigstens drei reflektierenden Spiegel zum Parallelversatz (bzw. zur Parallelverschiebung) des Laserstrahls drehbar ist, und eine Fokussiereinrichtung aufweist.

[001 1 ] Eine derartige Vorrichtung zur Lasermatenalbearbeitung ermöglicht einen großen Parallelversatz (bzw. Parallelverschiebung) des Laserstrahls gegenüber einer optischen Achse mit nur geringer Drehung des drehbaren Spiegels der Parallel-Versatz- Einheit. Damit ist eine entsprechend flexible und schnelle Einstellung des

Auftreffwinkels der Laserstrahlachse möglich. Hierdurch sind schnellere

Bearbeitungsgeschwindigkeiten und damit kürzere Prozesszeiten bei der

Lasermaterialbearbeitung erzielbar. Ferner lässt sich der Auftreffwinkel der

Laserstrahlachse separat von der Bahnführung des Laserstrahls mittels der

Strahlablenkeinheit einstellen. Dies stellt eine präzise Einstellung des Auftreffwinkels sowie eine präzise Bahnführung des Laserstrahls sicher. Weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen erhalten werden.

[0012] Die Strahlablenkeinheit weist optional zwei reflektierende Spiegel auf, die so angeordnet sind, dass der Laserstrahl entlang zweier Richtungen, die optional orthogonal zueinander sind, ablenkbar ist. Der oder die Spiegel ist bzw. sind optional als Drehspiegel oder Kippspiegel ausgeführt und weiter optional mit einem schnellen Stellmittel, wie z.B. einem Galvanometerantrieb oder Piezoantrieb, gekoppelt. Bei mehreren Spiegeln ist die Anordnung optional so getroffen, dass die Spiegel zueinander orthogonal angeordnet sind. Damit lässt sich der (z.B. bereits fokussierte oder zu fokussierende) Laserstrahl in x- und in y-Richtung bezogen auf eine

Werkstückoberfläche lenken, wodurch eine gleichzeitige zweidimensionale Ablenkung des Laserstrahls möglich ist. Ferner sind mit Galvanometerantrieben hohe

Bahngeschwindigkeiten möglich.

[0013] Weiter optional ist die Strahlablenkeinheit zwischen der Parallel-Versatz- Einheit und der Fokussiereinrichtung angeordnet. Beispielsweise kann die

Strahlablenkeinheit in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls unmittelbar nach der Parallel-Versatz-Einheit und unmittelbar vor der Fokussiereinrichtung angeordnet sein. Unmittelbar nach bzw. unmittelbar vor kann hierin bedeuten, dass keine weitere

(optische) Komponente zwischen zwei Komponenten geschaltet ist. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung ein oder mehrere weitere Komponenten aufweisen, die zwischen der Strahlablenkeinheit und der

Fokussiereinrichtung angeordnet ist bzw. sind.

[0014] Die Parallel-Versatz-Einheit weist mindestens drei Spiegel auf, wobei ein reflektierender Spiegel der wenigstens drei reflektierenden Spiegel zur

Parallelverschiebung des Laserstrahls drehbar ist und zwei Spiegel feststehend ausgeführt sind. Um eine kompakte Ausgestaltung der Parallel-Versatz-Einheit zu realisieren, ist die Parallel-Versatz-Einheit optional so ausgestaltet, dass der Laserstrahl mittels der Spiegelanordnung viermal reflektiert wird, wobei die Eintritts- und

Austrittsreflexion (mit anderen Worten die erste und die letzte Reflexion) in der Parallel- Versatz-Einheit am drehbaren, reflektierenden Spiegel erfolgen. Der drehbare Spiegel der Parallel-Versatz-Einheit ist optional als Drehspiegel oder Kippspiegel ausgeführt und weiter optional mit einem schnellen Stellmittel, wie z.B. einem

Galvanometerantrieb, gekoppelt. Hiermit lässt sich eine schnelle Parallelverschiebung des Laserstrahls erzielen.

[0015] Optional sind die Spiegel der Parallel-Versatz-Einheit im Wesentlichen dreieckförmig angeordnet. Durch Änderung der Abstände zwischen den Spiegeln der Parallel-Versatz-Einheit kann der gewünschte Parallelversatz (bzw.

Parallelverschiebung) pro Drehwinkel des drehbaren Spiegels eingestellt werden. Je größer der Abstand zwischen den Spiegeln ausgewählt wird, desto größer wird der dadurch erzielbare Parallelversatz des Laserstrahls pro Drehwinkel des drehbaren Spiegels.

[0016] Optional ist eine weitere Parallel-Versatz-Einheit zum Parallelversatz (bzw. Parallelverschiebung) des Laserstrahls vorgesehen, wobei die Parallel-Versatz- Einheiten derart miteinander optisch gekoppelt sind, dass der durch die zwei Parallel- Versatz-Einheiten passierende Laserstrahl entlang zweier Parallelversatzrichtungen (bzw. Parallelverschieberichtungen), die optional orthogonal zueinander sind, parallel versetzbar ist. Die weitere Parallel-Versatz-Einheit ist optional wie die bereits erläuterte Parallel-Versatz-Einheit ausgestaltet und kann mindestens drei reflektierende Spiegel aufweisen, wobei ein reflektierender Spiegel der wenigstens drei reflektierenden

Spiegel zum Parallelversatz (bzw. Parallelverschiebung) des Laserstrahls drehbar ist und zwei Spiegel feststehend ausgeführt sind. Durch die erste Parallel-Versatz-Einheit ist ein Parallelversatz (bzw. Parallelverschiebung) in eine erste Parallelversatzrichtung (bzw. Parallelverschieberichtung) erzeugbar, und durch die zweite Parallel-Versatz- Einheit ist ein Parallelversatz in eine zweite Parallelversatzrichtung, die optional orthogonal zur ersten Parallelversatzrichtung ist, erzeugbar. Mit Hilfe von zwei Parallel- Versatz-Einheiten lässt sich der Laserstrahl dann in zwei Raumrichtungen parallel versetzen, mit anderen Worten gesteuert verschieben. Damit lässt sich der

Auftreffwinkel der Laserstrahlachse in zwei Raumrichtungen einstellen und eine entsprechend flexible Lasermaterialbearbeitung, z.B. zur Erzeugung von konischen Bohrungen, wird ermöglicht.

[0017] Optional ist ein Strahlteiler vorgesehen, der in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vor, optional unmittelbar vor, der Fokussiereinrichtung vorgesehen ist. Der Strahlteiler kann eingerichtet sein, den Laserstrahl und/oder über die

Fokussiereinrichtung erfasste elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) aus dem Strahlengang des Lasers auszukoppeln. Um die Erfassung der elektromagnetischen Strahlung (z.B. Licht) über die Fokussiereinrichtung zu verbessern, kann eine

Beleuchtung für das Werkstück vorgesehen sein. Der Strahlteiler ist optional für eine Strahlbeobachtung und/oder Prozessbeobachtung an der Werkstückoberfläche vorgesehen.

[0018] Optional ist eine Beobachtungseinrichtung vorgesehen, die mit dem Strahlteiler optisch gekoppelt ist und eingerichtet ist, den ausgekoppelten Laserstrahl und/oder die ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) zu erfassen. [0019] Die Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung weist optional eine

Steuervorrichtung auf, die ausgestaltet ist, die Parallel-Versatz-Einheit, die

Strahlablenkeinheit und/oder die Fokussiereinheit zu steuern bzw. zu regeln. Die Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, eine synchronisierte Ansteuerung der Strahlablenkeinheit, der Parallel-Versatz-Einheit, der Fokussiereinrichtung und/oder einer Laserquelle zu implementieren. Die Komponenten der Vorrichtung zur

Lasermaterialbearbeitung sind so synchron ansteuerbar.

[0020] Zur Anpassung des Laserfokusdurchmessers auf der Bearbeitungsfläche des Werkstücks ist optional eine Strahlformungseinrichtung (z.B. eine

Strahlaufweitungseinrichtung oder eine Strahlverkleinerungseinrichtung) zur Änderung des Laserstrahldurchmessers vorgesehen, die in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vor, optional unmittelbar vor, der Parallel-Versatz-Einheit angeordnet ist. Bevorzugt ist die Strahlformungseinrichtung als variable Strahlformungseinrichtung ausgeführt, deren Formungsfaktor wie z.B. Aufweitungsfaktor oder Verkleinerungsfaktor stufenlos einstellbar ist. Die Strahlformungseinrichtung kann beispielsweise mittels eines

Teleskopes realisiert sein.

[0021 ] Optional ist eine Polarisatoreinrichtung vorgesehen, die in

Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vor, optional unmittelbar vor, der Parallel- Versatz-Einheit und gegebenenfalls nach, optional unmittelbar nach, der

Strahlformungseinrichtung angeordnet ist. Die Polarisatoreinrichtung umfasst eine Baugruppe, die die Einstellung einer gewünschten Polarisationsart, zum Beispiel lineare Polarisation oder zirkuläre Polarisation oder elliptische Polarisation, ermöglicht. Optional ist die Polarisatoreinrichtung eingerichtet, eine dynamisch anpassbare Polarisation zu erzeugen. Die Polarisatoreinrichtung kann ein Bewegungsmittel umfassen, das eine an die Bewegung des Strahls angepasste dynamische Einstellung der Polarisation ermöglicht.

[0022] Die Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung kann eine Einrichtung zur Fokuslageverschiebung des Laserstrahls aufweisen, die in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vor, optional unmittelbar vor, der Fokussiereinnchtung und optional unmittelbar vor oder optional unmittelbar nach der Strahlablenkeinheit angeordnet ist. Hierdurch ist die Variation der Fokuslage, d.h. die Positionierung des Laserfokus entlang einer z-Richtung, möglich. Somit wird eine dreidimensionale Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht. Die Einrichtung zur Fokuslageverschiebung kann so

ausgestaltet sein, dass ein optisches Element oder eine optische Baugruppe entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls relativ zu einer feststehenden Optik verschiebbar ist, um dadurch die Fokuslage abhängig von der Verschiebung zu verändern. Die Einrichtung zur Fokuslageverschiebung kann in die Fokussiereinnchtung integriert sein. Alternativ oder ergänzend kann auch die Fokussiereinnchtung mittels eines Stellmittels verschiebbar sein.

[0023] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

[0024] In den Zeichnungen zeigen:

[0025] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur

Lasermaterialbearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung;

[0026] Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Parallel-Versatz-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung; [0027] Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Parallelversatzes; und

[0028] Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur

Lasermaterialbearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

[0029] In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 10 zur

Lasermaterialbearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung kann eine Laserquelle 12 aufweisen oder im Strahlengang eines Laserstrahls aus einer Laserquelle 12 angeordnet sein. Der Laserstrahl kann beispielsweise ein

kontinuierlicher Laserstrahl oder ein gepulster Laserstrahl (z.B. ein

Ultrakurzpulslaserstrahl) sein. Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Parallel-Versatz- Einheit 14, eine Strahlablenkeinheit 16 und eine Fokussiereinrichtung 18 auf, die im Fall von Fig. 1 beispielsweise nacheinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind.

[0030] Die Strahlablenkeinheit 16 weist optional zwei bewegliche Spiegel (z.B. mit Galvanometerantrieb) zur Ablenkung des Laserstrahls entlang zweier Richtungen auf. Der erste reflektierende Spiegel kann eine erste Ablenkung des Laserstrahls entlang einer ersten Richtung, z.B. eine x-Richtung, bezogen auf eine Oberfläche des Werkstücks 20 bewirken. Entsprechend kann die erste Ablenkung innerhalb eines ersten Winkelbereichs erfolgen. Die erste Ablenkung in der Strahlablenkeinheit kann also zunächst eindimensional erfolgen. Bei Vorsehen eines zweiten reflektierenden Spiegels ist dieser optional nach dem ersten reflektierenden Spiegel geschaltet und im Strahlengang des durch den ersten reflektierenden Spiegel abgelenkten Laserstrahls angeordnet. Hierdurch kann der zunächst eindimensional abgelenkte Laserstrahl mittels des zweiten reflektierenden Spiegels entlang einer zweiten Richtung, z.B. einer y- Richtung, bezogen auf eine Oberfläche des Werkstücks 20 abgelenkt werden, wobei die erste und die zweite Richtung optional orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Die zweite Ablenkung kann also innerhalb eines zweiten Winkelbereichs erfolgen und somit eine zweidimensionale Ablenkung in der Strahlablenkeinheit 16 ermöglichen. Durch Überlagerung der beiden Ablenkungen in x-Richtung und y-Richtung ist folglich eine beliebige Bahn auf der Oberfläche des Werkstücks 20 realisierbar.

[0031 ] Das zu bearbeitende Werkstück 20 kann in einem Werkstückhalter 22 angeordnet und/oder gehalten sein. Die Oberfläche des Werkstücks 20 kann eine x- Richtung und/oder y-Richtung definieren. Mit Hilfe von schnellen beweglichen Spiegeln in der Strahlablenkeinheit 16 wie z.B. Spiegeln mit Galvanometerantrieb ist somit eine schnelle und präzise Positionierung in x-Richtung und y-Richtung erzielbar. Bei einer gewünschten Relativbewegung des Werkstücks 20 zum Laser kann der

Werkstückhalter 22 mit Hilfe eines Stellmittels verfahrbar ausgestaltet sein. [0032] Die Vorrichtung 10 zur Lasermaterialbearbeitung kann eine

Steuervorrichtung 24 aufweisen, die eingerichtet ist, die Parallel-Versatz-Einheit 14, die Strahlablenkeinheit 16 und/oder die Fokussiereinrichtung 18 zu steuern bzw. zu regeln. Im Falle einer Regelung sind ferner Sensoren (nicht dargestellt) zur Erfassung von Parametern und/oder Statusinformationen vorgesehen, die z.B. die Position des Laserstrahls erfassen können. Dies ermöglicht die verbesserte Einstellung des

Laserstrahls zur Prozessoptimierung oder Kalibrierung.

[0033] In Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der Parallel-Versatz-Einheit 14 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Parallel-Versatz-Einheit weist einen drehbaren, reflektierenden Spiegel (z.B. mit Galvanometerantrieb) 26 und zwei feststehende, reflektierende Spiegel 28 und 30 auf. Dabei kann es so sein, dass ein zu versetzender Laserstrahl in diesem Fall von links unten kommend zunächst auf den drehbaren, reflektierenden Spiegel 26 trifft, hin zu einem ersten feststehenden Spiegel 28 und dann zu einem zweiten feststehenden Spiegel 30 abgelenkt wird und schließlich erneut am drehbaren, reflektierenden Spiegel 26 reflektiert wird. [0034] Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 verdeutlicht, divergieren die in der Spiegelanordnung umlaufenden Laserstrahlen bis zur erneuten Reflexion am drehbaren, reflektierenden Spiegel gegenüber einer optischen Achse voneinander. Der erzielbare Parallelversatz (bzw. Parallelverschiebung) pro Drehwinkel des drehbaren Spiegels ist in Abhängigkeit von dem Abstand der Spiegel zueinander einstellbar. [0035] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Parallel-Versatz-Einheit 14 so ausgestaltet sein, dass der Laserstrahl mittels der Spiegelanordnung viermal reflektiert wird. Die Eintritts- und Austrittsreflexion, also die erste und die letzte Reflexion, in der Parallel-Versatz-Einheit 14 können am drehbaren, reflektierenden Spiegel 26 erfolgen. Dieser kompensiert hierdurch die Winkeldifferenzen der umlaufenden Laserstrahlen und erlaubt es, dass der aus der Parallel-Versatz-Einheit 14 austretende Laserstrahl vom Drehwinkel des drehbaren Spiegels 26 abhängig parallel versetzt wird. Die Parallel- Versatz-Einheit kann auch mit einer anderen geraden Anzahl fester Spiegel ausgeführt werden. [0036] Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spiegel 26, 28, 30 der Parallel-Versatz-Einheit 14 im Wesentlichen dreieckförmig angeordnet.

[0037] Optional sind die Spiegel 26, 28, 30 so eingerichtet, dass der in die

Parallel-Versatz-Einheit 14 einfallende Laserstrahl, die in der Parallel-Versatz-Einheit 14 umlaufenden Strahlen und/oder der aus der Parallel-Versatz-Einheit 14 ausfallende Laserstrahl im Wesentlichen komplanar sind bzw. in einer Ebene liegen. Die Spiegel 26, 28, 30 der Parallel-Versatz-Einheit 14 können so eingerichtet sein, dass die Normalen auf den Spiegelflächen der Spiegel der Parallel-Versatz-Einheit (mit anderen Worten die Flächennormalen der Spiegel) in einer Ebene liegen. [0038] Die reflektierenden Spiegel der Parallel-Versatz-Einheit 14 und der bzw. die Spiegel der Strahlablenkeinheit 16 sind optional als Planspiegel, also im

Wesentlichen ohne Oberflächenkrümmung, ausgeführt. Ferner können die Spiegel eine oder mehrere Beschichtungen für bestimmte Laserwellenlängen und/oder

Laserleistungen aufweisen. Der drehbare Spiegel 26 der Parallel-Versatz-Einheit 14 und/oder der bzw. die Spiegel zum Ablenken in der Strahlablenkeinheit 16 sind weiter optional für ein geringes Trägheitsmoment ausgestaltet. In der Strahlablenkeinheit 16 ermöglicht dies eine schnelle Positionierung des bzw. der Spiegel(s) zur Ablenkung von Laserstrahlen, und in der Parallel-Versatz-Einheit 14 ermöglicht dies einen schnellen Parallelversatz (bzw. Parallelverschiebung) von Laserstrahlen zur Einstellung des Auftreffwinkels der Laserstrahlachse.

[0039] Um eine Parallelverschiebung des Laserstrahls in zwei Raumrichtungen zu ermöglichen, sind optional zwei Parallel-Versatz-Einheiten hintereinandergeschaltet und so miteinander optisch gekoppelt, dass der Laserstrahl entlang zweier

Parallelversatzrichtungen (bzw. Parallelverschieberichtungen), die optional orthogonal zueinander sind, parallel versetzbar (bzw. verschiebbar) ist. Die weitere (zweite)

Parallel-Versatz-Einheit kann wiederum wenigstens drei reflektierende Spiegel aufweisen, wobei ein reflektierender Spiegel der wenigstens drei reflektierenden

Spiegel zum Parallelversatz des Laserstrahls in der zweiten Parallel-Versatz-Einheit drehbar sein kann. Hierdurch lässt sich der durch die zwei Parallel-Versatz-Einheiten passierende Laserstrahl entlang zweier Raumrichtungen parallel versetzen. Dies ermöglicht es, den Auftreffwinkel der Laserstrahlachse in zwei Richtungen, z.B. in x- und in y-Richtung, bezogen auf die Werkstückoberfläche zu neigen. Hierdurch lassen sich z.B. konische Bohrungen oder Schnitte mit definierten Kantenwinkeln herstellen. [0040] Optional ist die Anordnung der Spiegel der zwei Parallel-Versatz-Einheiten so getroffen, dass der in die erste Parallel-Versatz-Einheit 14 einfallende Laserstrahl, die in der ersten Parallel-Versatz-Einheit 14 umlaufenden Strahlen und/oder der aus der ersten Parallel-Versatz-Einheit 14 ausfallende Laserstrahl im Wesentlichen komplanar sind und der in die zweite Parallel-Versatz-Einheit 14 einfallenden Laserstrahl, die in der zweiten Parallel-Versatz-Einheit 14 umlaufenden Strahlen und/oder der aus der zweiten Parallel-Versatz-Einheit 14 ausfallende Laserstrahl im Wesentlichen komplanar sind. Die Spiegel 26, 28, 30 der ersten und der zweiten Parallel-Versatz-Einheit 14 können so angeordnet sein, dass die Normalen auf den Spiegelflächen jeweils in einer Ebene liegen.

[0041 ] Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die erläutert, wie durch die

Einstellung des Parallelversatzes (bzw. Parallelverschiebung) der Auftreffwinkel der Laserstrahlachse auf dem Werkstück variiert wird. Der Laserstrahl L stellt den mittels der Parallel-Versatz-Einheit 14 parallel zur optischen Achse oA versetzten (bzw.

verschobenen) Laserstrahl dar. Dieser parallel versetzte Laserstrahl L kann - wie in Fig. 3 gezeigt - auf die Fokussiereinrichtung (z.B. eine Linse) 18 treffen. Im Fall der in Fig. 1 beispielhaft gezeigten Anordnung ist die Strahlablenkeinheit 16 zur Bahnführung des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche zwischen der Parallel-Versatz-Einheit 14 und der Fokussiereinrichtung 18, nämlich unmittelbar nach der Parallel-Versatz-Einheit 14 und unmittelbar vor der Fokussiereinrichtung 18, angeordnet.

[0042] Der Abstand d des radialen Auftreffpunkts des Laserstrahls L auf der Fokussiereinrichtung 18 zur optischen Achse oA kann durch den Versatz (bzw.

Verschiebung) des Laserstrahls L parallel zur optischen Achse oA mit Hilfe der Parallel- Versatz-Einheit 14 eingestellt werden. Der Neigungswinkel a, unter dem der Laserstrahl aus der Fokussiereinrichtung 18 austritt, variiert - wie in Fig. 3 verdeutlicht - mit dem Abstand d des radialen Auftreffpunkts des Laserstrahls L zur optischen Achse oA. Wird die Position des Werkstücks WS nicht verändert, ändert sich mit dem Neigungswinkel a, unter dem die Laserstrahlachse aus der Fokussiereinrichtung 18 austritt, auch der Auftreffwinkel ß der Laserstrahlachse auf dem Werkstück WS. Trifft der Laserstrahl L, wie hier zur beispielhaften Erläuterung gezeigt, parallel zur optischen Achse oA auf die Fokussiereinrichtung 18, also ohne Ablenkung durch die Strahlablenkeinheit 16, liegt der Laserfokus, welcher zur Bearbeitung auf der Werkstückoberfläche positioniert wird, auf der optischen Achse oA. Ist der Laserstrahl L beim Auftreffen auf der

Fokussiereinrichtung 18 gegen die optische Achse oA geneigt, dann liegt der Laserfokus, welcher zur Bearbeitung auf der Werkstückoberfläche positioniert wird, nicht auf der optischen Achse oA.

[0043] Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 10 zur

Lasermaterialbearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel . Die Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung kann eine

Strahlformungseinrichtung (z.B. eine Strahlaufweitungseinrichtung) 32, eine

Polarisatoreinrichtung 34, eine Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 und einen Strahlteiler 38 aufweisen.

[0044] Die Strahlformungseinrichtung 32 zur Änderung des

Laserstrahldurchmessers kann in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vor, optional unmittelbar vor, der Parallel-Versatz-Einheit 14 angeordnet sein. Die

Strahlformungseinrichtung (z.B. die Strahlaufweitungseinrichtung oder

Strahlverkleinerungseinrichtung) 32 kann beispielsweise durch ein Teleskop realisiert sein. Die Anordnung der Strahlformungseinrichtung 32 kann so getroffen sein, dass diese zwischen der Laserquelle 12 und der Polarisatoreinrichtung 34, optional unmittelbar nach der Laserquelle 12 oder optional unmittelbar vor der

Polarisatoreinrichtung 34, geschaltet ist. Bei Vorsehen einer Strahlformungseinrichtung 32 in Form einer Strahlaufweitungseinrichtung kann diese einen größeren

Laserstrahldurchmesser erzeugen, der über die Fokussiereinrichtung 18 (z.B. einer Einzellinse oder einem Linsensystem) einen kleineren Laserfokusdurchmesser ermöglicht.

[0045] Die Polarisatoreinrichtung 34 kann in Ausbreitungsrichtung des

Laserstrahls vor, optional unmittelbar vor, der Parallel-Versatz-Einheit 14 und nach, optional unmittelbar nach, der Strahlformungseinrichtung 32 angeordnet sein. Die Polarisatoreinrichtung 34 umfasst eine Baugruppe, die die Einstellung einer

gewünschten Polarisationsart, zum Beispiel lineare Polarisation oder zirkuläre

Polarisation oder elliptische Polarisation, ermöglicht. Optional kann die

Polarisatoreinrichtung ein Bewegungsmittel umfassen, das eine an die Bewegung des Strahls angepasste dynamische Einstellung der Polarisation ermöglicht. [0046] Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann die Vorrichtung 10 zur

Lasermaterialbearbeitung ferner eine Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 aufweisen, mittels derer die Fokuslage entlang der optischen Achse, d.h. entlang der eingezeichneten z-Richtung, verschoben werden kann. Die Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 kann in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vor der Fokussiereinrichtung 18 und optional unmittelbar vor oder unmittelbar nach der

Strahlablenkeinheit 16 angeordnet sein. Die Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 kann ein optisches Element oder eine optische Baugruppe aufweisen, das bzw. die entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls relativ zu einer (z.B. feststehenden) Optik verschiebbar ist. Grundsätzlich kann auch die Fokussiereinrichtung 18 mittels eines Stellmittels verfahrbar ausgestaltet sein, um eine stufenlose Einstellung des Arbeitsabstandes zu ermöglichen. Durch die Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 ist die Fokuslage am Werkstück 20 variierbar und eine Bearbeitung des Werkstücks 20 entlang einer z-Richtung (also entlang einer optischen Achse) ist realisierbar.

[0047] Im Fall von Fig. 4 ist optional ein Strahlteiler 38 vorgesehen, der so ausgestaltet ist, dass der Laserstrahl und/oder eine über die Fokussiereinrichtung 18 erfasste elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) aus dem Strahlengang des Lasers, beispielsweise zur Strahlüberwachung oder Prozessüberwachung, auskoppelbar sind. Der Strahlteiler 38 ist beispielsweise in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls nach der Strahlablenkeinheit 16 und vor, optional unmittelbar vor, der Fokussiereinrichtung 18 angeordnet.

[0048] Mit dem dargestellten Strahlteiler 38 lässt sich erreichen, dass der an dieser Stelle ausgekoppelte Laserstrahl und/oder die ausgekoppelte

elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht), welche über die Fokussiereinrichtung 18 erfasst wird, zu einer optional vorgesehenen Beobachtungseinrichtung (nicht dargestellt) gelenkt werden.

[0049] Die Beobachtungseinrichtung kann ferner einen Kamera-Sensor aufweisen, der z.B. über ein Kamera-Objektiv mit dem Strahlteiler 38 optisch gekoppelt ist. Der Laserstrahl und/oder die über die Fokussiereinrichtung 18 erfasste

elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) der Werkstückoberfläche können dann zum Strahlteiler 38 geführt werden, am Strahlteiler 38 aus dem Strahlengang des Lasers ausgekoppelt werden und schließlich zum Kamera-Sensor zur Prozessbeobachtung gelenkt werden. Die Steuervorrichtung 24 kann so ausgestaltet und eingerichtet sein, die Parallel-Versatz-Einheit 14, die Strahlablenkeinheit 16, die Fokussiereinrichtung 18 sowie gegebenenfalls weitere Komponenten wie Laserquelle 12, Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36, Strahlformungseinrichtung 32 und Polarisatoreinrichtung 34 anzusteuern. [0050] Die Fokussiereinrichtung 18 zum Fokussieren des Laserstrahls kann als Einzellinse, Linsensystem oder Spiegelsystem ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Fokussiereinrichtung 18 feststehend ausgeführt und die Variierung der Fokuslage ist dann durch die Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 realisiert. [0051 ] Alternativ oder ergänzend kann die Einrichtung zur

Fokuslageverschiebung 36 zwischen der Parallel-Versatz-Einheit 14 und der

Strahlablenkeinheit 16, optional unmittelbar nach der Parallel-Versatz-Einheit 14 oder optional unmittelbar vor der Strahlablenkeinheit 16, geschaltet sein. Die übrigen

Komponenten können ferner wie oben erläutert ausgestaltet sein. [0052] Es ist darauf hinzuweisen, dass die Fokussiereinrichtung 18 grundsätzlich auch vor, optional unmittelbar vor, der Strahlablenkeinheit 16 angeordnet sein kann. Weiterhin kann die Fokussiereinrichtung 18 auch mit der Einrichtung zur

Fokuslageverschiebung 36 kombiniert und in integrierter Weise ausgebildet sein.

[0053] Grundsätzlich kann der oben erläuterte Strahlteiler 38 auch an anderer Stelle im Strahlengang des Lasers angeordnet sein. Beispielsweise kann die

Anordnung des Strahlteilers 38 so getroffen werden, dass der Laserstrahl in

Ausbreitungsrichtung betrachtet vor, optional unmittelbar vor, der Fokussiereinrichtung 18 auskoppelbar ist.

[0054] Im Sinne einer flexiblen Anpassung der Vorrichtung 10 zur

Lasermaterialbearbeitung können die Parallel-Versatz-Einheit 14, die

Strahlablenkeinheit 16, die Fokussiereinrichtung 18 sowie gegebenenfalls weitere Komponenten wie die Laserquelle 12, Strahlformungseinrichtung 32,

Polarisatoreinrichtung 34, Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 und Strahlteiler 38 modular ausgeführt und austauschbar ausgestaltet sein. [0055] Weiter optional ist vorgesehen, dass die Vorrichtung 10 zur

Lasermaterialbearbeitung eine Gasdüse aufweist, die ausgestaltet ist, einen gerichteten Gasstrahl auf die Werkstückoberfläche zu erzeugen. Dies ermöglicht es, die

Bearbeitungsqualität zu verbessern. Als Gas kann insbesondere ein reaktionsträges oder inertes Gas wie z.B. Stickstoff eingesetzt werden. Die Ausgestaltung der Gasdüse kann an den Laserbearbeitungsprozess angepasst sein.

[0056] Zur Verbesserung der Präzision bei der Lasermaterialbearbeitung ist weiter optional ein Strahlrotator vorgesehen, der ausgestaltet ist, ein um eine Rotationsachse rotierendes Intensitätsprofil des Laserstrahls zu erzeugen. In diesem Fall kann der Strahlrotator in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls ein oder mehrere rotierende optische Elemente aufeinanderfolgend aufweisen. Der Strahlrotator kann insbesondere mittels einer Prismen- oder Spiegelanordnung, zum Beispiel eines

Wendeprismas (Dove-Prismas), realisiert sein. Die Rotation der Intensitätsverteilung des Laserstrahls verbessert insbesondere die Rundheit der Bohrungen.

[0057] Die Steuervorrichtung 24 kann ferner so eingerichtet sein, dass eine synchronisierte Ansteuerung der Strahlablenkeinheit 16, der Parallel-Versatz-Einheit 14, der Fokussiereinrichtung 18, der Einrichtung zur Fokuslageverschiebung 36 und/oder der Laserquelle 12 implementiert ist. Die Ansteuerung der Komponenten kann insbesondere digital erfolgen, wobei optional separate Ansteuerkarten für die einzelnen Komponenten (z.B. die Strahlablenkeinheit, Parallel-Versatz-Einheit usw.) vorgesehen sind. Die Ansteuerkarten können über eine zentrale Steuervorrichtung, z.B. einer geeigneten Software auf einem Rechner oder einer Rechner-unabhängigen

Steuereinheit, gesteuert werden. Die Ansteuerkarten stellen eine synchrone und störsichere Steuerung der Komponenten sicher.

[0058] Schließlich darf darauf hingewiesen werden, dass es sich bei der

Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung optional um eine Vorrichtung zur

Lasermaterialbearbeitung für das Ausführen von Bohrungen, optional Mikrobohrungen, handeln kann, wobei die Bohrdurchmesser im Mikrometerbereich, optional unter 500 μιτι oder optional unter 200 μιτι, liegen können.

[0059] Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung (bzw. Lasermaterialbearbeitungsvorrichtung) in Kombination mit einem zu bearbeitenden Material, optional mit einem zu laserbearbeitenden

Plattenmaterial, betreffen.

[0060] Alle oben erläuterten Ausführungsbeispiele und Varianten sind auf die Vorrichtung 10 zur Lasermaterialbearbeitung in vollem Umfange jeweils für sich genommen oder in Kombination anwendbar.