CN109070267A - 用于借助于激光能量熔化焊料沉积物的方法和激光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于激光能量熔化焊料沉积物的方法，其中在第一加载阶段中借助于第一激光装置(11)用由第一激光源发射的激光辐射加载焊料沉积物，并且在第二加载阶段中借助于第二激光装置(12)用由第二激光源发射的激光辐射加载焊料沉积物，其中第一激光源具有比第二激光源更小的激光功率，其中借助于切换装置(30)从第一加载阶段转换到第二加载阶段，并且切换通过温度传感器触发，借助于所述温度传感器至少在第一加载阶段期间测量焊料沉积物的温度。

Description

用于借助于激光能量熔化焊料沉积物的方法和激光设备
技术领域
本发明涉及一种用于借助于激光能量熔化焊料沉积物的方法，其中在第一加载阶段中借助于第一激光装置用由第一激光源发射的激光辐射加载焊料沉积物，并且在第二加载阶段中借助于第二激光装置用由第二激光源发射的激光辐射加载焊料沉积物，其中第一激光源具有比第二激光源更小的激光功率，其中借助于切换装置从第一加载阶段转换到第二加载阶段，并且切换通过温度传感器触发，借助于所述温度传感器至少在第一加载阶段期间测量焊料沉积物的温度。此外，本发明还涉及一种用于执行所述方法的激光设备。
背景技术
使用激光装置来熔化焊料沉积物的方法是充分已知的。激光材料沉积物尤其构成为焊料球地施加在两个待彼此连接的部件之间的连接部位上，并且熔化以建立连接，激光能量特别适合于熔化该激光材料沉积物，因为激光辐射具有高的能量密度，进而逐点地加载焊料沉积物足以用于在最短时间内实现熔化。在此，由于吸收由激光源以辐射形式发出的激光能量，进行焊料加热。焊料沉积物的或用作为焊料沉积物的焊料的吸收能力越好，激光辐射中作为反射辐射由焊料反射、而不贡献于焊料加热的份额就越小。在实践中，迄今大量的、由辐射反射引起的能量损失被接受，以便将用于熔化所需的足够的能量总量通过吸收引入到焊料沉积物中。
发明内容
本发明基于以下目的：提出一种方法以及一种激光设备，使得能够以降低的激光功率熔化焊料沉积物。
为了实现上述目的，根据本发明的方法具有权利要求1的特征。
根据本发明，为了熔化焊料沉积物使用两个激光装置，上述激光装置能够实现将用于熔化焊料沉积物的方法分成第一和第二加载阶段，其中在第一加载阶段中用由第一激光源发射的激光辐射加载所述焊料沉积物，并且在第二加载阶段中用由第二激光源发射的激光辐射加载焊料沉积物。在此第一激光源具有比第二激光源更低的激光功率，使得借助于第一激光源进行到焊料沉积物中的能量输入，该能量输入还不能实现焊料沉积物的熔化，然而通过将焊料沉积物加热到提高的温度水平上，提高了焊料沉积物的吸收能力。由此，实现有利的效果：在切换到第二加载阶段中之后，借助于具有比第一激光源更高的激光功率的第二激光源，仅还须附加地将能量输入到焊料沉积物中，以便将焊料沉积物从在第一加载阶段中实现的温度水平加热到熔化温度，其中由于焊料沉积物在第一加载阶段之后提高的吸收能力，激光辐射的反射份额降低，并且由此提高辐射效率。
由根据本发明将用于熔化焊料沉积物的方法分成第一加载阶段和第二加载阶段得出的特别有利的效果是：在第二加载阶段期间使用的激光装置的激光功率能够明显降低。因为原则上，激光源的功率在低功率范围内能够比在高功率范围内更为精确地被调节，由此一方面实现激光功率的更精确的调节。另一方面，能够防止尤其在高功率范围内出现的热损伤。尤其，第二激光装置的激光源的所需的激光功率也能够从一开始就较低地设计，这一方面实现了设备成本的降低，另一方面也实现了在方法中所使用的激光设备的小型化。
特别有利的是，在第二加载阶段中，除了借助第一激光装置进行加载之外，焊料沉积物的加载还借助第二激光装置进行，使得第二激光装置能够以再更低的功率运行。
如果在根据本发明的方法中使用的温度传感器也用于在第二加载阶段期间测量焊料沉积物的温度，并且第二加载阶段依据焊料沉积物的温度而进行终止，那么所述方法能够以最小的设备耗费执行，其中所述温度传感器触发通过切换装置从第一加载阶段到第二加载阶段的切换。
优选地，依据焊料沉积物的特性选择切换温度，使得在限定转换温度时分别考虑材料特定的、随着材料温度变化的吸收能力，以确定切换温度。
特别有利的是，第一激光装置在待机模式中在限定的工作周期内计时地接通，并且将其借助切换装置、依据焊料沉积物的借助温度传感器测量的当前温度转换至运行模式中。由此实现，将温度传感器不仅用于触发在第一加载阶段和第二加载阶段之间的转换，以及在必要时也用于使第二加载阶段终止，而且还可以用温度传感器来检测焊料沉积物，因为焊料沉积物的温度测量的前提是焊接材料沉积物已存在。由此，温度传感器在如下情况下能够实现方法的触发：在第一激光装置的计时重复的工作周期中，焊料沉积物的温度能够借助于温度传感器测量，在所述工作周期中第一激光装置处于运行模式中。焊料沉积物的温度显然仅可在焊料沉积物存在时才能测量，使得由温度传感器测定的温度值显示焊料沉积物的存在。
根据本发明的激光设备具有权利要求6的特征。
根据本发明，激光设备具有带有第一激光源的第一激光装置和带有第二激光源的第二激光装置，其中第一激光源发射比第二激光源更小的激光功率。此外，根据本发明的激光设备具有用于激活第二激光源的切换装置，其中所述切换装置与用于触发所述切换装置的温度传感器连接。
优选地，第一激光装置具有二极管激光器作为激光源，并且第二激光装置具有脉冲激光器作为激光源，使得在选择激光装置时已经考虑到特别的、由执行根据本发明的方法得到的优点，对于第一激光装置使用具有相对较低功率的激光源，所述激光源仅须足以使激光材料沉积物达到具有提高的吸收能力的温度水平，并且第二激光装置相对于第一激光装置而言构成为“功率激光器”。
如果温度传感器构成为设置在焊料沉积物的反射射束的射束路径中的红外线传感器，那么一方面能够无接触地测量焊料沉积物的温度，并且另一方面能够使用本就由激光能量加载而产生的反射射束来进行温度测量。
如果针对反射射束的射束路径构成射束通道，第一激光源的激光射束路径和第二激光源的激光射束路径至少部段地同时在所述射束通道中延伸，那么借助仅一个射束通道的构造能够实现所有射束路径相对于周围环境的屏蔽。
优选地，射束通道具有用于在第一和第二加载阶段期间容纳焊料沉积物的焊料沉积物容纳部，使得射束路径不仅用于激光射束路径或反射射束路径的屏蔽，而且也用于焊料沉积物在连接部位上的限定的布置。
附图说明
在下文中，根据附图详细阐述根据本发明的方法的优选的实施方式以及适合实施该方法的激光设备。
具体实施方式
图1示出激光设备10，其具有第一激光装置11和第二激光装置12，其中激光装置11具有构成为二极管激光器13的激光源，并且激光装置12具有构成为脉冲激光器14的激光源。为了将二极管激光器13的激光射束路径15以及脉冲激光器14的激光射束路径16转向到在当前情况下构成为施加套管17的射束通道中，设有射束引导装置20，其包括两个半透明的光学镜18、19，其中镜18、19在二极管激光器13的光学轴线21上排成一列地设置，使得二极管激光器13的激光射束路径15穿过在光学轴线21上的第一镜18，并且第二镜19将二极管激光器13的激光射束路径15转向到施加套管17中，使得激光射束路径15沿着所述施加套管17指向焊料沉积物容纳部23，所述焊料沉积物容纳部构造在施加套管17的下端部上并且配设有施加开口22。
脉冲激光器14的激光射束路径16通过辐射引导装置20的第一镜18从脉冲激光器14的光学轴线24朝向二极管激光器13的光学轴线21的方向偏转，并且随后从射束引导装置20的第二镜19同样定向到构造在施加套筒17的下端部上的焊料沉积物容纳部23上。
此外，激光设备10具有传感器装置29的在所示实施例中构成为红外线传感器25的温度传感器25，所述温度传感器设置在构成在施加套筒17内部的光学轴线26上，并且经由第一信号引导机构27与激光装置11连接并且经由第二信号引导机构28与激光装置12连接。
传感器装置29除了温度传感器25之外还具有切换装置30，所述切换装置能够实现信号引导机构27、28的分开或同时的激活。术语信号引导机构在当前情况下应纯在功能方面进行理解，使得通过信号引导机构还能无接触地传输信号。
为了执行用于熔化在此构成为焊料球的焊料沉积物1的方法，以焊料沉积物设置在施加套筒17的焊料沉积物容纳部23中为出发点，进行激光设备10的激活。根据用于将焊料球31施加在这里没有详细示出的、在两个待彼此连接的部件之间的连接部位上的施加方法的设计方案，施加开口22能够设定为在直径方面比焊料球31更大或更小。在熔化焊料球31之前施加焊料球31的情况下，焊料球容纳部23的施加开口与焊料球的直径相比更大地设定；在焊料球31至少部分融化之后施加焊料球31的情况下，施加开口22在直径方面与焊料球31的直径相比至少略微更小地设定。
在所示实施例的情况下，设有二极管激光器13作为激光源的第一激光装置11在待机模式中计时地运行，使得二极管激光器13在限定的工作周期内以保持相同的时间间隔接通并且发射激光射束32。
在焊料球31位于施加套管17的焊料沉积物容纳部23中的情况下，激光射束32沿着射束路径轴线26至少部分的反射以反射射束33实现，所述反射射束的红外份额经由传感器装置29的构成为红外线传感器25的温度传感器检测。在这种情况下，经由信号引导机构27实现激光装置11从待机模式到运行模式的切换，使得激光装置11经过工作周期后而保持在运行模式中直至由传感器装置29的红外线传感器25测量到相应于限定的切换温度的焊料球31的温度，并且通过切换装置30经由信号引导机构28，激光装置12被切换到运行模式中。由此，实现借助激光射束32沿着射束路径16的发射实现脉冲激光器14的激活，使得随后设在焊料沉积物容纳部23中的焊料球31在当前情况下除了二极管激光器13的激光功率之外还用脉冲激光器14的更高的激光功率加载。
如果经由反射射束33借助于红外线传感器25达到焊料球31的限定的熔化温度，那么经由切换装置30实现脉冲激光器14的断开。随后将焊料球31从焊料沉积物容纳部23中移除，其中该移除能够根据施加开口22和焊料球31之间的直径比例，经由如下方式实现：将熔化的焊料球31从施加开口22中推出，该推出优选借助于空气压力引起；或将施加套管17从与熔化的焊料球31连接的基底取下。

Claims (10)

1.一种用于借助于激光能量熔化焊料沉积物的方法，其中在第一加载阶段中借助于第一激光装置(11)用由第一激光源发射的激光辐射加载所述焊料沉积物，并且在第二加载阶中段借助于第二激光装置(12)以由第二激光源发射的激光辐射加载所述焊料沉积物，其中所述第一激光源具有比所述第二激光源更小的激光功率，其中借助于切换装置(30)从所述第一加载阶段转换到所述第二加载阶段，并且切换通过温度传感器触发，借助于所述温度传感器至少在所述第一加载阶段期间测量所述焊料沉积物的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在所述第二加载阶段中，除了借助所述第一激光装置(11)进行加载之外，还借助所述第二激光装置(12)进行所述焊料沉积物的加载。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
借助于所述温度传感器在所述第二加载阶段期间测量所述焊料沉积物的温度，并且依据所述焊料沉积物的温度终止所述第二加载阶段。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
依据所述焊料沉积物的特性选择切换温度。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述第一激光装置(11)在待机模式中在限定的工作周期内计时地接通，并且将其借助于所述转换装置(30)、依据所述焊料沉积物的借助于所述温度传感器测量的当前温度转换到运行模式中。
6.一种用激光能量加载尤其构成为焊料球(31)的焊料沉积物的激光设备(10)，其中所述激光设备具有带有第一激光源的第一激光装置(11)和带有第二激光源的第二激光装置(12)，其中所述第一激光源与所述第二激光源相比发射更小的激光功率，并且所述激光设备具有切换装置(30)，所述切换装置用于激活所述第二激光源，其中所述切换装置与用于触发所述切换装置(30)的温度传感器连接。
7.根据权利要求6所述的激光设备，
其特征在于，
所述第一激光装置(11)具有二极管激光器(13)，并且所述第二激光装置(12)具有脉冲激光器(14)。
8.根据权利要求6或7所述的激光设备，
其特征在于，
所述温度传感器构造为红外线传感器(25)，所述红外线传感器设置在所述焊料沉积物的反射辐射(33)的射束路径中。
9.根据权利要求8所述的激光设备，
其特征在于，
为所述反射射束(33)的射束路径构造有射束通道，所述第一激光源的射束路径(15)和所述第二激光源的射束路径(16)至少部段地同时在所述射束通道中延伸。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的激光设备，
其特征在于，
所述射束通道具有焊料沉积物容纳部(23)，所述焊料沉积物容纳部用于在所述第一和第二加载阶段期间容纳所述焊料沉积物。
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