用于激光加工工件的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于在加工平面中激光加工工件的设备。本发明还涉及一种用于在加工平面中激光加工工件的方法。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种如开头所说明的方法，借助于该方法，可以以更少数量的工作步骤和/或在更短的加工时长内在工件上形成多个倒角的改性区域。

2、根据本发明，该目的在如开头所说明的设备中以下述方式实现：所述设备包括：第一激光加工单元，所述第一激光加工单元用于形成沿第一主延伸方向延伸的第一聚焦区；以及至少一个另外的激光加工单元，所述至少一个另外的激光加工单元用于形成沿横向于第一主延伸方向定向的至少一个另外的主延伸方向延伸的至少一个另外的聚焦区，所述第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区平行于加工平面地以工作距离彼此间隔开，第一激光加工单元与第一聚焦区以及所述至少一个另外的激光加工单元与所述至少一个另外的聚焦区各自可沿平行于加工平面定向的进给方向运动，并且工件由对激光束而言透光的材料制成，由所述激光束分别形成第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区。

3、使用根据本发明的设备，尤其是在工件的一个加工部位处可以产生多个改性区域，这些改性区域横向于并且特别地垂直于加工平面定向，并且特别地，在这些改性区域中，工件的材料是可分离的。由此例如可将以下工件部段从工件分离下来，这些工件部段在分离区域中具有横向于并且特别是垂直于加工平面定向的多个分离面。特别地，这些分离面具有与聚焦区相对应的几何形状。

4、由于第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元以工作距离间隔开，因此特别地可以使用第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区来获得工件的准同步加工和/或在时间上错开的加工。特别地，在此，不再需要使用不同的设备来沿着彼此横向地定向的加工线形成材料改性部。

5、举例来说，工作距离大于或等于要从工件分离的工件部段的在加工平面中的长度或宽度。

6、原则上，可以提供多个另外的聚焦区，在此，每个另外的聚焦区特别地配属有一个另外的主延伸方向。

7、在目前的情况下，所述至少一个另外的激光加工单元应该例如理解为第二激光加工单元和/或第三激光加工单元。在目前的情况下，所述至少一个另外的聚焦区应该例如理解为第二聚焦区和/或第三聚焦区。

8、第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区并非必须笔直地构造；替代地，它们也可以具有例如弯曲形状。

9、特别地，聚焦区的主延伸方向应该理解为延伸穿过聚焦区的起点和终点的直线的方向。

10、举例来说，工作距离为至少1mm和/或至多100cm。

11、可以有利的是，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元布置成面对工件的同一外侧面。由此，特别地可以实现设备的技术上简单的结构。

12、出于同样的原因，可以有利的是，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区通过工件的同一外侧面耦入到工件中或能够通过工件的同一外侧面耦入到工件中。

13、特别地，从同一方向将第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区耦入到工件中。

14、特别地，“在加工平面中激光加工工件”应该理解为意指平行于加工平面和/或沿着加工平面在进给方向上加工工件。特别地，第一主延伸方向和/或所述另外的主延伸方向各自横向于或垂直于加工平面定向。

15、特别地，在工件的激光加工期间，形成横向于或垂直于加工平面延伸(也就是说，特别地以在工件的深度方向上的方向分量延伸)的材料改性部。

16、举例来说，工件平行于加工平面延伸。

17、举例来说，工件的长度方向和/或宽度方向平行于加工平面定向。

18、举例来说，工件的深度方向垂直于加工平面定向。

19、举例来说，第一主延伸方向平行于或横向于工件的深度方向定向。

20、举例来说，加工平面平行于或至少近似平行于工件的面对第一激光加工单元和/或第二激光加工单元的外侧面定向。

21、举例来说，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元平行于加工平面地彼此间隔开地布置。

22、举例来说，第一激光加工单元和第一聚焦区以及所述至少一个另外的激光加工单元和所述至少一个另外的聚焦区可相对于工件在进给方向上运动和/或可相对于工件平行于加工平面运动。

23、举例来说，工件呈板状和/或扁平地构造。

24、可以有利的是，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元彼此机械耦合和/或在控制技术上耦合，使得第一激光加工单元和第一聚焦区的运动为一方以及所述至少一个另外的激光加工单元和所述至少一个另外的聚焦区的运动为另一方在共同的进给方向上进行。由此，可以实现工件的不同空间区域的同步加工和/或在时间上错开的加工。

25、出于同样的原因，可以有利的是，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元彼此机械耦合和/或在控制技术上耦合，使得第一激光加工单元和第一聚焦区的运动为一方以及所述至少一个另外的激光加工单元和所述至少一个另外的聚焦区的运动为另一方沿着彼此平行地定向的加工轮廓和/或沿着彼此平行错开的加工轮廓进行。

26、特别地，可以设置，所述设备包括固持装置，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元布置在该固持装置上，其中第一激光加工单元与第一聚焦区以及所述至少一个另外的激光加工单元与所述至少一个另外的聚焦区可借助于该固持装置在共同的进给方向上运动。由此，可以例如以技术上简单的方式实现第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元的机械耦合。

27、举例来说，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元各自具有壳体，借助于该壳体，第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元布置在固持装置上和/或紧固到固持装置。

28、举例来说，所述另外的主延伸方向相对于第一主延伸方向以至少1°和/或至多89°的角度定向。

29、可以有利的是，就垂直于加工平面定向的深度方向而言，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区有部分区段布置在相同的位置，和/或，就垂直于加工平面定向的深度方向而言，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区有部分区段布置在不同的位置。由此，可以在工件的不同深度区段处例如沿着相对于彼此不同定向的加工线产生材料改性部。

30、举例来说，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言有部分区段重叠。

31、举例来说，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言彼此相邻。特别地，第一聚焦区与所述至少一个另外的聚焦区之间在深度方向上的最小距离不超过第一聚焦区的长度的10％。

32、特别地，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区在共同的平面中延伸，该平面特别是垂直于加工平面定向。

33、可以有利的是，所述设备包括用于调设第一聚焦区与所述至少一个另外的聚焦区之间和/或第一激光加工单元与所述至少一个另外的激光加工单元之间的平行于加工平面定向的工作距离的调设装置，其中特别地，可平行于与加工平面平行的长度方向以及平行于与加工平面平行的宽度方向调设工作距离。由此，特别地可以调设加工线在工件的材料上的相应的长度。举例来说，在工件的确定的加工部位处，可以相对于借助于第一聚焦区产生的加工线和/或分离线的长度来调设借助于所述至少一个另外的聚焦区产生的加工线和/或分离线的相应长度。

34、可以设置，可调设第一聚焦区与相应的多个另外的聚焦区之间的相应不同的工作距离。

35、特别地，选择一个或多个工作距离，使得在工件的加工部位和/或在分离区域形成目标几何形状。

36、特别地，在第一聚焦区朝所述至少一个另外的聚焦区的方向(假想的)移位工作距离的情况下，以下中的至少一项适用：

37、-所述至少一个另外的聚焦区或全部的另外的聚焦区关于第一聚焦区所在的平面全部在特定一侧延伸或有60％以上在特定一侧延伸；

38、-第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区彼此相邻和/或至少区段地重叠；

39、-第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区形成空间上连续的区域。

40、特别地，由此在确定的加工部位处形成工件的材料的就深度方向而言在空间上连贯的加工。

41、可以有利的是，所述设备包括用于分别调设第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言的工作位置的调设装置。举例来说，由此可将第一聚焦区和至少一个另外的聚焦区适配于工件深度和/或工件厚度。此外，由此例如可将第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区相对彼此定位，以平行于深度方向调设到目标几何形状。

42、特别地，当激光加工工件时，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区的就深度方向而言的相应工作位置是恒定的或至少近似恒定的。

43、可以有利的是，借助于第一激光加工单元形成的第一聚焦区具有准非衍射光束轮廓和/或类贝塞尔光束轮廓。由此，可以以技术上简单的方式实现平行于工件深度方向拉长的聚焦区。

44、准非衍射光束和/或类贝塞尔光束特别是应理解为以下光束，在所述光束中，横向强度分布是传播不变的。横向强度分布特别是要理解为在垂直于光束主传播方向定向的横截面平面中的强度分布。特别地，在准非衍射光束和/或类贝塞尔光束的情况下，横向强度分布沿光束的纵向方向和/或光束传播方向基本上是恒定的。

45、可以设置，第一聚焦区借助于至少两个彼此平行地定向的准非衍射光束和/或类贝塞尔光束形成。由此，例如可以形成具有非对称光束横截面的第一聚焦区。

46、可以有利的是，借助于第一激光加工单元形成的第一聚焦区在平行于加工平面的横截面中是非对称的并且特别是椭圆的。由此，特别地，可以在借助于激光加工形成材料改性部时控制工件材料中裂纹的形成。

47、可以有利的是，所述设备具有用于对第一聚焦区的横截面的最大直径的取向在加工平面中进行旋转的调设装置，并且特别地，该最大直径可借助于所述调设装置平行于进给方向取向、特别是自动平行于进给方向取向。由此，特别地，可以在工件材料的激光加工期间获得裂纹的基本上平行于进给方向的受控取向。特别地，这能够实现材料的优化分离。

48、举例来说，第一聚焦区的横截面的最大直径围绕垂直于加工平面的旋转轴线旋转。

49、可以有利的是，借助于所述至少一个另外的激光加工单元形成的所述至少一个另外的聚焦区通过将激光束分成多个子光束而形成，其中，这些子光束对应地聚焦在所述至少一个另外的聚焦区的相互相邻的子区域中。这使得可以以技术上简单的方式实现具有可定义的三维几何形状的聚焦区。

50、然后，可以设置，子光束各自具有两种不同偏振状态中的一种偏振状态，其中具有相应不同的偏振状态的这些子光束聚焦在所述至少一个另外的聚焦区的彼此相邻的这些子区域中。

51、可以有利的是，所述设备包括用于将第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区围绕横向于或垂直于或平行于加工平面定向的旋转轴线旋转的调设装置，并且特别地，可借助于所述调设装置调设到并且特别地可借助于调设装置自动调设到所述至少一个另外的聚焦区的相对于进给方向成固定角度的取向。旋转轴线不必相对于所述至少一个另外的聚焦区对称地定位。举例来说，为了在不同的进给方向上加工工件，可以借助于所述调设装置来调设所述至少一个另外的聚焦区相对于第一聚焦区的取向。

52、特别地，进给方向垂直于所述至少一个另外的聚焦区定向。

53、可以有利的是，所述设备具有耦入装置，所述耦入装置用于将输入激光束耦入到第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元中，借助于耦入装置来将输入激光束分成用于耦入到第一激光加工单元中的第一子光束以及用于耦入到所述至少一个另外的激光加工单元中的至少一个另外的子光束。举例来说，由此，所述设备可以使用单个激光源来运行。

54、特别地，可以设置，输入激光束至少区段地由光纤引导和/或耦入。

55、原则上也可能的是，将分别来自单独激光源的各一激光束耦入到第一激光加工单元和所述至少一个另外的激光加工单元中。

56、可以有利的是，耦入装置包括用于将输入激光束分成第一子光束和所述至少一个另外的子光束的偏振分束器装置。这使得可以以技术上简单的方式实现输入激光束的分解。

57、举例来说，第一子光束和所述至少一个另外的子光束的相应偏振可借助于耦入装置调设。

58、举例来说，第一子光束和所述至少一个另外的子光束的相应强度和/或相应功率可借助于耦入装置调设。

59、在一个实施例中，借助于所述至少一个另外的激光加工单元形成具有第二主延伸方向的第二聚焦区以及具有第三主延伸方向的第三聚焦区，其中第二主延伸方向和第三主延伸方向各自横向于第一主延伸方向定向。在该实施例中，示例性地形成两个另外的聚焦区，即第二聚焦区和第三聚焦区。

60、特别地，在此，第二聚焦区和第三聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言彼此间隔开地布置，和/或第一聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言布置在第二聚焦区与第三聚焦区之间。

61、特别地，可以设置，当沿深度方向加载工件的材料时，第二聚焦区和第三聚焦区各自在工件的一个外侧与第一聚焦区之间延伸。

62、特别地，第一聚焦区就深度方向而言在第二聚焦区与第三聚焦区之间延伸并且特别是完全在第二聚焦区与第三聚焦区之间延伸。

63、特别地，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区的组合从工件的第一外侧面延伸到工件的第二外侧面，该第二外侧面在深度方向上与第一外侧面间隔开。

64、可以有利的是，第二聚焦区和第三聚焦区就平行于加工平面的宽度方向和/或长度方向而言至少区段地布置在相同的位置。特别地，由此，可以实现用第二聚焦区和第三聚焦区对工件的材料进行在时间上同步的加工。

65、作为其替代方案，可以设置，第二聚焦区和第三聚焦区就平行于加工平面的宽度方向和/或长度方向而言彼此间隔开地布置。举例来说，在此，第一聚焦区布置在第二聚焦区与第三聚焦区之间。举例来说，由此，可以实现用第一聚焦区、第二聚焦区和第三聚焦区对工件的材料进行在时间上错开的加工。

66、在一个实施例中，所述设备包括单个第一激光加工单元和/或单个另外的激光加工单元，特别地借助于所述另外的激光加工单元形成具有第二主延伸方向的第二聚焦区以及具有第三主延伸方向的第三聚焦区，第二主延伸方向和第三主延伸方向各自横向于第一主延伸方向定向，并且第二聚焦区和第三聚焦区就平行于加工平面的宽度方向和/或长度方向而言至少区段地布置在相同的位置处。在本实施例中，示例性地借助于所述另外的激光加工单元形成两个另外的聚焦区，即第二聚焦区和第三聚焦区。

67、特别地，在投影到加工平面上的情况下，第二聚焦区和第三聚焦区重叠。

68、在实施例中，所述设备包括单个第一激光加工单元和/或第二激光加工单元和第三激光加工单元，特别地，借助于第二激光加工单元形成第二聚焦区并且借助于第三激光加工单元形成第三聚焦区，第二聚焦区和第三聚焦区各自横向于第一聚焦区定向，并且第二聚焦区和第三聚焦区就平行于加工平面的宽度方向和/或长度方向而言彼此间隔开地布置。例如，在该实施例中存在两个另外的激光加工单元和两个另外的聚焦区。

69、根据本发明，提供了一种用于激光加工工件的方法，其中，借助第一激光加工单元形成沿第一主延伸方向延伸的第一聚焦区，并且借助至少一个另外的激光加工单元形成沿横向于第一主延伸方向定向的另外的主延伸方向延伸的至少一个另外的聚焦区，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区平行于加工平面地以工作距离彼此间隔开，以第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区加载工件，第一激光加工单元与第一聚焦区以及所述至少一个另外的激光加工单元与所述至少一个另外的聚焦区各自相对于工件在平行于加工平面定向的进给方向上运动，并且工件由对分别形成第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区的激光束而言透光的材料制成。

70、根据本发明的方法特别地具有根据本发明的设备的一个或多个特征和/或优点。

71、特别地，根据本发明的方法可借助于根据本发明的设备来实施。特别地，根据本发明的设备执行根据本发明的方法。

72、可以有利的是，在时间上错开地以第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区在确定的加工部位加载工件。举例来说，由此，在一确定的加工部位处可以相对于垂直于加工平面定向的加工线在时间上错开地产生沿着横向于加工平面定向的加工线的材料改性部。

73、举例来说，工件在确定的加工部位处首先被所述至少一个另外的聚焦区加载，然后被第一聚焦区加载，或者反之。

74、可以有利的是，借助所述至少一个另外的激光加工单元形成第二聚焦区和第三聚焦区，第二聚焦区和第三聚焦区各自横向于第一聚焦区定向，第二聚焦区和第三聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言彼此间隔开地布置，和/或第一聚焦区就垂直于加工平面定向的深度方向而言布置在第二聚焦区与第三聚焦区之间。

75、可以有利的是，在确定的加工部位处同时以第二聚焦区和第三聚焦区加载工件，并且在该加工部位处相对于以第二聚焦区和第三聚焦区加载工件在时间上错开地以第一聚焦区加载工件。

76、举例来说，在确定的加工部位处以第一聚焦区加载工件与以所述至少一个另外的聚焦区加载工件之间的时间差的数值与工作距离和进给速度的商(在进给速度和进给方向恒定的情况下)相对应。

77、在一个实施例中，可以设置，分别在时间上错开地以第一聚焦区、第二聚焦区和第三聚焦区加载工件，特别地，以第一聚焦区加载工件在时间上处于以第二聚焦区加载工件和以第三聚焦区加载工件之间。

78、特别地，根据本发明的设备和/或根据本发明的方法具有下面阐述的特征中的一个或多个。

79、特别地，第一激光加工单元在进给方向上的运动引起第一聚焦分布在进给方向上的对应运动。

80、特别地，所述至少一个另外的激光加工单元在进给方向上的运动引起所述至少一个另外的聚焦分布在进给方向上的对应运动。

81、举例来说，第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区各自笔直地和/或细长地和/或线状地和/或拉长地构造。

82、特别地，第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区各自平行于一直线延伸。

83、特别地，第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区各自形成用于激光加工工件的在空间上连续的相互作用区域，其中，特别是能够通过以相互作用区域加载工件的材料而在相互作用区域形成局部材料改性部，借助所述局部材料改性部可实现材料的分离。原则上，第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区可以具有零点(nullstellen)和/或中断部，特别地与第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区的(总)长度相比，这些零点和/或中断部是小的。

84、特别地，通过工件相对于第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区的相对运动，沿着配属于第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区的加工线和/或加工面在工件的材料中形成材料改性部。

85、特别地，可以设置，通过借助于第一聚焦区和所述至少一个另外的聚焦区沿着加工线和/或加工面形成材料改性部，工件是可分离的或工件被分离。

86、可以有利的是，通过施加热载荷和/或机械应力和/或通过借助于至少一种湿化学溶液进行蚀刻，工件的材料沿着加工线和/或加工面是可分离的或工件的材料沿着加工线和/或加工面被分离。举例来说，蚀刻在超声辅助的蚀刻槽中进行。

87、特别地，可以设置，输入激光束是脉冲激光束或超短脉冲激光束。举例来说，第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区借助于脉冲激光束或超短脉冲激光束形成。

88、可以设置用于空间分辨式脉冲控制(特别是包含按需脉冲puls-on-demand)的控制电子器件，以控制用于提供输入激光束的激光源。

89、特别地，设置用于工件的工件夹持部，所述工件夹持部特别地具有非反射和/或强散射表面。

90、特别地，可以设置，所述设备包括激光源，该激光源用于提供输入激光束，所述输入激光束用于耦入到第一激光加工单元中以及耦入到所述至少一个另外的激光加工单元中，其中，特别是借助于激光源提供脉冲激光束或超短脉冲激光束。

91、输入激光束的波长例如为至少300nm和/或为至多1500nm。波长例如为515nm或1030nm。

92、特别地，输入激光束具有至少1w至1kw的平均功率。例如，输入激光束包括脉冲能量为至少10μj和/或为至多50mj的脉冲。可以设置，输入激光束包括单脉冲或脉冲串，其中脉冲串具有2个至20个子脉冲以及特别是具有大约20ns的时间间隔。

93、透光的材料应特别是理解为以下材料，第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区的激光能量的至少70％、特别是至少80％、特别是至少90％透射过所述材料。

94、例如，工件的材料是玻璃材料或包括玻璃材料。

95、为了确定第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区的空间尺寸，例如相应的长度和/或相应的直径，以经修改的强度分布考虑第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区，经修改的强度分布仅包含位于特定强度阈值之上的强度值。在此，强度阈值例如选择成，使得低于该强度阈值的值具有以下这么低的强度，该强度不再跟与材料的用于形成材料改性部的相互作用相关。强度阈值例如是实际强度分布的全局强度最大值的50％。相应聚焦区的长度、相应聚焦区的直径应对应地理解为：基于经修改的强度分布，相应聚焦区沿着聚焦区的纵向中轴线的最大的延伸长度和/或最大延伸尺度的长度、相应聚焦区在垂直于纵向中轴线定向的平面中的最大的延伸长度和/或最大延伸尺度的长度。

96、第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区应特别分别理解为高于所提到的强度阈值的强度的在空间上连续的区域，其中该区域能够具有空间范围不超过第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区的最大延伸尺度和/或最大长度的10％且特别地不超过其5％的中断部。

97、第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区的这种中断部例如是由于下述原因而形成：第一聚焦区和/或所述至少一个另外的聚焦区是通过激光束分成多个子光束并且子光束聚焦到相互相邻的子区域中而形成。由此聚焦区通过相互间隔开的聚焦光点的排列而产生。

98、如果存在具有比上面提到的中断部大的中断部的强度分布，则这种强度分布应特别是理解为不同的聚焦区。

99、特别地，表述“近似”和“至少近似”通常应理解为意指不超过10％的偏差。除非另有说明，否则表述“近似”和“至少近似”应理解为特别是意指实际值和/或距离和/或角度与理想值和/或距离和/或角度的偏差不超过10％。