DE102015218564B4 - Laserbearbeitungsmaschine und Verfahren zum Laserschweißen von Werkstücken - Google Patents

Laserbearbeitungsmaschine und Verfahren zum Laserschweißen von Werkstücken Download PDF

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Abstract

Laserbearbeitungsmaschine (1) zum Laserschweißen von Werkstücken (2, 3) mit einem Laserstrahlerzeuger (7) zum Erzeugen eines Laserstrahls (5) und mit einer Abbildungsoptik (9) zum Abbilden des Laserstrahls (5) in eine Bearbeitungsebene (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (9) eine Strahlformungsoptik (15; 22) aufweist, die den Laserstrahl (5) in der Bearbeitungsebene (10) mit einer Abbildungstiefe (Δd) von mindestens ±2mm derart abbildet, dass entlang der Abbildungstiefe (Δd) in jeder zur Strahlachse (16) rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung (P) des Laserstrahls (5) glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte (P) dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen (P) entlang der Abbildungstiefe (Δd) um weniger als 10% zueinander schwanken.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsmaschine zum Laserschweißen von Werkstücken, insbesondere zum Überlappschweißen von DCB-Strukturen, mit einem Laserstrahlerzeuger zum Erzeugen eines Laserstrahls und mit einer Abbildungsoptik zum Abbilden des Laserstrahls in eine Bearbeitungsebene, sowie auch ein Verfahren zum Laserschweißen von Werkstücken, insbesondere zum Überlappschweißen von DCB-Strukturen, in einer Bearbeitungsebene mittels eines Laserstrahls.
  • Aus der DE 100 05 593 C1 ist ein Verfahren zum Punktschweißen von Werkstücken bekannt, bei dem eine Optik aus einer Fokussierlinse und einer flachen konischen Linse (sogenanntes „Axicon“) einen Laserstrahl so formt, dass zum einen ein großer Strahlfleck und zum anderen eine ringförmige Energieverteilung in der Fokusebene, die die Bearbeitungsebene darstellt, erreicht werden.
  • DBC(Direct Bonded Copper)-Strukturen werden in Hochleistungselektronik eingesetzt und bestehen aus einem mehrlagigen System aus einem Keramiksubstrat und darauf verlaufenden Kupferbahnen. Das Kupfer leitet Wärme und Strom, die Keramik leitet Wärme und isoliert Strom. Die Kupferbahnen müssen jeweils mit einem Anschlusskontakt aus Kupfer elektrisch verbunden werden. Dies erfolgt bisher mittels Ultraschallschweißen, was allerdings zu Rissen und Wärmestau im Keramiksubstrat führen kann und daher keine zuverlässigen Ergebnisse liefert. Da bei DBC-Strukturen die Kupferschicht auf dem Keramik sehr dünn ist, muss der Schweißprozess sehr zuverlässig und mit genau reproduzierbarer Einschweißtiefe erfolgen.
  • Aus der EP 2 716 398 A1 ist weiterhin eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System bekannt, mit dem Spritzer unterdrückt werden können, indem eine Verdampfungsreaktionskraft an einem Werkstück durch zwei Brennpunkte auf der optischen Achse verringert wird. Dazu weist das optische System eine Konvexlinse, die Laserlicht fokussiert, und eine Konkavlinse auf, die auf derselben optischen Achse angeordnet ist wie das durch die Konvexlinse hindurchtretende Laserlicht. Die Konkavlinse hat einen ersten Bereich mit einem Durchgangsloch, welches auf der optischen Achse positioniert ist und keine Linseneigenschaften aufweist, sowie einen den ersten Bereich umgebenden, zweiten Bereich, der das Laserlicht divergiert. Die Konkavlinse wird beim Laserschneiden außerhalb und beim Laserschweißen innerhalb des optischen Pfads des Laserlichts angeordnet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Laserbearbeitungsmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Laserschweißprozess sehr zuverlässig und mit genau reproduzierbarer Einschweißtiefe erfolgt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abbildungsoptik eine Strahlformungsoptik aufweist, die den Laserstrahl in der Bearbeitungsebene mit einer Abbildungstiefe von mindestens ±2mm, bevorzugt von mindestens ±5mm, derart abbildet, dass entlang der Abbildungstiefe in jeder zur Strahlachse rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen entlang der Abbildungstiefe um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 5%, zueinander schwanken.
  • Wie Leistungsmessungen gezeigt haben, führt die erfindungsgemäße Strahlformungsoptik im Bereich der Abbildungstiefe zu
    • - einer große Leistungskonstanz in Strahlrichtung (z-Richtung) über mehrere Millimeter, und
    • - einer glockenförmigen Leistungsdichteverteilung radial zur Strahlrichtung, welche zu einer reproduzierbaren Einschweißtiefe führt.
  • Die reproduzierbare Einschweißtiefe ermöglicht das Laserschweißen von Bauteilen mit temperaturkritischem Unterbau. So können Beschädigungen des Unterbaus (z.B. Keramiksubstrat) von elektrisch leitenden Kontakten, welche ansonsten beim Laserschweißen aufgrund zu tiefen Einschweißtiefen entstehen können, vermieden werden. Die Erfindung ermöglicht bei DBC-Strukturen, bei denen die Kupferschicht auf dem Keramiksubstrat sehr dünn ist, einen sehr zuverlässigen Schweißprozess mit genau reproduzierbarer Einschweißtiefe ohne Zerstörung des Keramiksubstrats und verhindert aufgrund der glockenförmigen Leistungsdichteverteilung auch einen Wärmestau zwischen den zu verschweißenden Kupferbauteilen, wie er beispielsweise bei einer ringförmigen Leistungsdichteverteilung auftreten würde.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlformungsoptik als ein konvexes oder konkaves Axicon ausgebildet, wobei die Bearbeitungsebene im Falle eines konvexen Axicons in einem vor der Fokusebene der Abbildungsoptik liegenden Überfokusbereich und im Falle eines konkaven Axicons in einem hinter der Fokusebene liegenden Unterfokusbereich liegt. Das Axicon kann im divergenten oder im parallelen Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sein, wobei im letzteren Fall das Axicon in vielen vorhanden optischen Systemen leicht zusätzlich eingebracht werden kann.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlformungsoptik durch ein Dualfokusobjektiv gebildet, wobei die Bearbeitungsebene zwischen den beiden Foki des Dualfokusobjektivs liegt. Vorzugsweise ist dem Dualfokusobjektiv eine Homogenisierungsoptik vorgeordnet, die die radiale Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls mischt bzw. homogenisiert. Die Homogenisierungsoptik kann beispielsweise einen Lichtleiter (z.B. Laserlichtkabel) aufweisen, in den der Laserstrahl exzentrisch zur Lichtleiterachse eingekoppelt wird.
  • Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch ein Verfahren zum Laserschweißen von Werkstücken, insbesondere zum Überlappschweißen von DCBs, in einer Bearbeitungsebene mittels eines Laserstrahls, wobei erfindungsgemäß der Laserstrahl in die Bearbeitungsebene mit einer Abbildungstiefe von mindestens ±2mm, bevorzugt von mindestens ±5mm, derart abgebildet wird, dass entlang der Abbildungstiefe in jeder zur Strahlachse rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen entlang der Abbildungstiefe um weniger als 10%, bevorzugt um weniger als 5%, zueinander schwanken.
  • Werkstücken aus Kupfer werden bevorzugt mit einem gepulsten grünen Laserstrahl (Wellenlänge z.B. 515 nm oder 532 nm) oder mit einem gepulsten IR-Laserstrahl miteinander verschweißt.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • 1 eine erste erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine mit einer Strahlformungsoptik in Form eines Axicons samt zugehöriger Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls in radialer Richtung und in z-Richtung; und
    • 2 eine zweite erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine mit einer Strahlformungsoptik in Form eines Lichtleiters und eines Dualfokusobjektives samt zugehöriger Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls in radialer Richtung und in z-Richtung.
  • In der folgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • Die in 1 gezeigte Laserbearbeitungsmaschine 1 dient beispielsweise zum Überlappsschweißen eines Anschlusskontakts 2 aus Kupfer und einer Kupferbahn 3 einer DBC(Direct Bonded Copper)-Struktur 4 mittels eines gepulsten Laserstrahls 5. Die DBC-Struktur 4 weist ein Keramiksubstrat 6 auf, auf dem die Kupferbahn 3 aufgebracht ist. Da die Kupferbahn 3 auf dem Keramiksubstrat 6 sehr dünn ist, muss der Laserschweißprozess sehr zuverlässig und mit genau reproduzierbarer Einschweißtiefe erfolgen.
  • Die Laserbearbeitungsmaschine 1 umfasst einen Laserstrahlerzeuger 7 zum Erzeugen des Laserstrahls 5, ein Laserlichtkabel 8 (LLK), in den der Laserstrahl 5 eingekoppelt wird, sowie eine Abbildungsoptik 9 zum Abbilden des aus dem LLK 8 austretenden Laserstrahls 5 in eine Bearbeitungsebene 10.
  • Die Abbildungsoptik 9 weist eine Kollimationslinse 11 zum Kollimieren des divergent aus dem LLK 8 austretenden Laserstrahls 5 und eine Fokuslinse 12 zum Fokussieren des kollimierten Laserstrahls 5 in eine Fokusebene 13 auf. Ein im fokussierten Laserstrahl 5 angeordnetes Schutzglas 14 schützt die Fokuslinse 12 vor Beschädigungen. Im divergenten Laserstrahl 5, also zwischen LLK 8 und Kollimationslinse 11, ist eine Strahlformungsoptik in Form einer flachen konischen Linse (sogenanntes „Axicon“) 15 mit einem Flankenwinkel ß von z.B. 0,1° koaxial zur optischen Achse 16 angeordnet, wobei die konische Seite dem LLK 8 zugewandt ist. Das Axicon 15 transformiert den einfallenden divergenten Laserstrahl 5 in einen ringförmigen Laserstrahl 5, dessen äußere Randstrahlen 5a kollimiert und dessen innere Randstrahlen 5b divergent auf die Fokuslinse 12 treffen. Die äußeren Randstrahlen 5a werden von der Fokuslinse 12 in die Fokusebene 13, nämlich in den Fokuspunkt F, fokussiert, während die inneren Randstrahlen 5b von der Fokuslinse 12 nicht beeinflusst werden. Die Bearbeitungsebene 10 liegt in einem vor der Fokusebene 13 liegenden Überfokusbereich, z.B. 20 mm vor der Fokusebene 13.
  • Wie Leistungsmessungen gezeigt haben, bewirkt das zusätzliche Axicon 15, dass der Laserstrahl 5 in der Bearbeitungsebene 10 mit einer Abbildungstiefe Δd von mindestens ±2mm derart abgebildet wird, dass entlang der Abbildungstiefe Δd in jeder zur Strahlachse rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung Pr des Laserstrahls 5 glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte Pmax dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen Pr in Richtung der optischen Achse (z-Richtung) 16 entlang der Abbildungstiefe Δd um weniger als 5% zueinander schwanken. Die Maximalwerte Pmax liegen also alle innerhalb eines 5%-Schwankungsbandes 17.
  • Im Bereich der Abbildungstiefe Δd weist der Laserstrahl 5 somit eine große Leistungsgleichmäßigkeit entlang seiner optischen Achse 16 über mehrere Millimeter und jeweils eine glockenförmige radiale Leistungsdichteverteilung Pr auf. Dies führt in der Bearbeitungsebene 13 zu einer großen Toleranz der Parameter bei einer sehr genauen Einschweißtiefe und somit zu einer reprozierbaren Einschweißtiefe und verhindert wegen der glockenförmigen Leistungsdichteverteilung Pr einen Wärmestau zwischen den zu verschweißenden Kupferbauteilen 2, 3.
  • Alternativ kann das Axicon 15 auch im parallelen Strahlengang des Laserstrahls 5, also zwischen Kollimationslinse 11 und Fokuslinse 12, angeordnet sein.
  • In 1 ist das Axicon 15 als konvexes Axicon ausgebildet, so dass die Bearbeitungsebene 10 in dem vor der Fokusebene 13 der Abbildungsoptik 9 liegenden Überfokusbereich liegt. Alternativ kann das Axicon auch als konkaves Axicon ausgebildet sein, so dass die Bearbeitungsebene 10 in einem hinter der Fokusebene 13 liegenden Unterfokusbereich liegt, z.B. 20 mm hinter der Fokusebene 13.
  • Von 1 unterscheidet sich die in 2 gezeigte Laserbearbeitungsmaschine 1 dadurch, dass hier die Strahlformungsoptik durch eine als Laserlichtkabel (LLK) 21 ausgebildete optionale Homogenisierungsoptik und ein nachgeordnetes Dualfokusobjektiv 22 (Brennweite f1 im Innenbereich, Brennweite f2 im Außenbereich, f1>f2) gebildet ist und die Bearbeitungsebene 10 zwischen den beiden Foki F1, F2 des Dualfokusobjektivs 22 liegt. Der Laserstrahl 5 wird zwecks Mischung bzw. Homogenisierung der radialen Leistungsichteverteilung exzentrisch zur LLK-Achse 23 in den LLK 21 eingekoppelt. Der aus dem LLK 21 divergent austretende Laserstrahl 5 trifft auf das Dualfokusobjektiv 22, das das auf seinen Innenbereich auftreffende innere Strahlenbündel 24a des Laserstrahls 5 in den Fokus F1 und das auf seinen Außenbereich auftreffende Ringbündel 24b des Laserstrahls 5 in den Fokus F2 fokussiert.
  • Wie auch hier Leistungsmessungen gezeigt haben, bewirken das LLK 21 und das Dualfokusobjektiv 22, dass der Laserstrahl 5 in der Bearbeitungsebene 10 mit einer Abbildungstiefe Δd von mindestens ±2mm derart abgebildet wird, dass entlang der Abbildungstiefe Δd in jeder zur Strahlachse rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung Pr des Laserstrahls 5 glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte Pmax dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen Pr in Richtung der optischen Achse (z-Richtung) entlang der Abbildungstiefe Δd um weniger als 5% zueinander schwanken. Die Maximalwerte Pmax liegen also alle innerhalb des 5%-Schwankungsbandes 17.
  • Im Bereich der Abbildungstiefe Δd weist der Laserstrahl 5 somit eine große Leistungsgleichmäßigkeit entlang seiner optischen Achse 16 über mehrere Millimeter und jeweils eine glockenförmige radiale Leistungsdichteverteilung Pr auf. Dies führt in der Bearbeitungsebene 13 zu einer großen Toleranz der Parameter bei einer sehr genauen Einschweißtiefe und somit zu einer reprozierbaren Einschweißtiefe und verhindert wegen der glockenförmigen Leistungsdichteverteilung Pr einen Wärmestau zwischen den zu verschweißenden Kupferbauteilen 2, 3.

Claims (11)

  1. Laserbearbeitungsmaschine (1) zum Laserschweißen von Werkstücken (2, 3) mit einem Laserstrahlerzeuger (7) zum Erzeugen eines Laserstrahls (5) und mit einer Abbildungsoptik (9) zum Abbilden des Laserstrahls (5) in eine Bearbeitungsebene (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (9) eine Strahlformungsoptik (15; 22) aufweist, die den Laserstrahl (5) in der Bearbeitungsebene (10) mit einer Abbildungstiefe (Δd) von mindestens ±2mm derart abbildet, dass entlang der Abbildungstiefe (Δd) in jeder zur Strahlachse (16) rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung (Pr) des Laserstrahls (5) glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte (Pmax) dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen (Pr) entlang der Abbildungstiefe (Δd) um weniger als 10% zueinander schwanken.
  2. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungsoptik als ein Axicon (15) ausgebildet ist.
  3. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axicon (15) konvex ausgebildet ist und die Bearbeitungsebene (10) in einem vor der Fokusebene (13) der Abbildungsoptik (9) liegenden Überfokusbereich liegt.
  4. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axicon (15) konkav ausgebildet ist und die Bearbeitungsebene (10) in einem hinter der Fokusebene (13) der Abbildungsoptik (9) liegenden Unterfokusbereich liegt.
  5. Laserbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Axicon (15) im parallelen oder im divergenten Strahlengang des Laserstrahls (5) angeordnet ist.
  6. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungsoptik durch ein Dualfokusobjektiv (22) ausgebildet ist und dass die Bearbeitungsebene (10) zwischen den beiden Foki (F1, F2) des Dualfokusobjektivs (22) liegt.
  7. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dualfokusobjektiv (22) eine Homogenisierungsoptik (21) vorgeordnet ist, die die radiale Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls (5) homogenisiert.
  8. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungsoptik durch einen Lichtleiter (21) gebildet ist, in den der Laserstrahl (5) exzentrisch zur Lichtleiterachse (23) eingekoppelt wird.
  9. Laserbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (5) ein grüner gepulster Laserstrahl ist.
  10. Verfahren zum Laserschweißen von Werkstücken (2, 3) in einer Bearbeitungsebene (10) mittels eines Laserstrahls (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (5) in die Bearbeitungsebene (10) mit einer Abbildungstiefe (Δd) von mindestens ±2mm derart abgebildet wird, dass entlang der Abbildungstiefe (Δd) in jeder zur Strahlachse (16) rechtwinkligen Ebene die radiale Leistungsdichteverteilung (Pr) des Laserstrahls (5) glockenförmig ausgebildet ist und die Maximalwerte (Pmax) dieser glockenförmigen Leistungsdichteverteilungen (Pr) entlang der Abbildungstiefe (Δd) um weniger als 10% zueinander schwanken.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserstrahl (5) ein grüner gepulster Laserstrahl verwendet wird.
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JP2018516017A JP6800963B2 (ja) 2015-09-28 2016-09-27 ワークピースのレーザー溶接のためのレーザー加工機および方法
PCT/EP2016/072907 WO2017055242A1 (de) 2015-09-28 2016-09-27 Laserbearbeitungsmaschine und verfahren zum überlappschweissen von dcb-strukturen
KR1020187007513A KR20180055817A (ko) 2015-09-28 2016-09-27 레이저 가공 기계 및 dbc 구조의 겹치기 용접 방법
CN201680056671.7A CN108136540B (zh) 2015-09-28 2016-09-27 激光加工机以及用于搭接焊接dbc结构的方法
US15/936,885 US10835992B2 (en) 2015-09-28 2018-03-27 Laser machining machines and methods for lap welding of workpieces

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3412400A1 (de) * 2017-06-09 2018-12-12 Bystronic Laser AG Strahlformer und verwendung davon, vorrichtung zur laserstrahlbehandlung eines werkstücks und verwendung davon, verfahren zur laserstrahlbehandlung eines werkstücks
DE102019103668A1 (de) * 2019-02-13 2020-08-13 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Fügen von Kupfer-Hairpins und Stator
DE102020214505A1 (de) * 2020-11-18 2022-05-19 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen
TWI826924B (zh) * 2022-02-11 2023-12-21 友達光電股份有限公司 雙物鏡顯微系統

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010019044A1 (en) * 2000-01-10 2001-09-06 Christophe Bertez Method and apparatus for the laser cutting of mild steel or structural steel with a multifocus optical component
DE10005593C1 (de) 2000-02-09 2001-10-31 Horst Exner Hand- und maschinenführbare autonome Einrichtung zum Punktschweißen
JP2009082958A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Sunx Ltd レーザ加工装置及びアキシコンレンズ
EP2716398A1 (de) 2012-10-05 2014-04-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Optische Systeme und Laserverarbeitungsvorrichtung mit einem solchen optischen System
US20150158120A1 (en) * 2012-04-13 2015-06-11 Université de Franche-Comté Laser nanomachining device and method
WO2015113811A1 (de) * 2014-01-31 2015-08-06 Trumpf Laser Gmbh Verfahren und vorrichtung zum punktschweissen von werkstücken insbesondere aus kupfer, kupferlegierungen, gold oder schmuckwerkstoffen mittels laserpulsen mit grüner wellenlänge

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2821883C2 (de) * 1978-05-19 1980-07-17 Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart Vorrichtung zur Materialbearbeitung
JPS59144448A (ja) * 1983-02-08 1984-08-18 松下電器産業株式会社 レ−ザ加工機
US4636611A (en) * 1985-04-15 1987-01-13 General Electric Company Quiescent circle and arc generator
KR0163404B1 (ko) * 1995-11-23 1999-04-15 김유채 광섬유의 다차원 2중굽힘을 이용한 균일화레이저빔, 그 제조방법 및 그 제조장치
JPH10296471A (ja) * 1997-04-24 1998-11-10 Topy Ind Ltd 薄板長尺部材のレ−ザ溶接方法及び該方法に使用する装置
US6369845B1 (en) * 2000-03-14 2002-04-09 Kubota Research Associates Inc. Exposure system for recording media
US6816182B2 (en) * 2000-03-14 2004-11-09 Masanori Kubota Radiation welding and imaging apparatus and method for using the same
DE10103389C1 (de) * 2001-01-26 2002-08-01 Bosch Gmbh Robert Optische Vorrichtung und Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
FR2880567B1 (fr) * 2005-01-12 2007-02-23 Air Liquide Coupage laser avec lentille a double focale de pieces metalliques de faible epaisseur
DE102006008776B4 (de) * 2006-02-24 2011-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei aus thermoplastischem Material bestehenden Fügepartnern mittels Laserstrahlung
CN101573204B (zh) * 2006-12-27 2014-01-15 罗伯特.博世有限公司 激光束加工装置以及聚焦位置的调节方法
GB2460648A (en) * 2008-06-03 2009-12-09 M Solv Ltd Method and apparatus for laser focal spot size control
JP5060460B2 (ja) * 2008-12-12 2012-10-31 古河スカイ株式会社 樹脂密着性に優れた樹脂塗装アルミニウム板
JP5358216B2 (ja) * 2009-02-23 2013-12-04 小池酸素工業株式会社 レーザ切断装置
WO2010137475A1 (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 三菱電機株式会社 レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2011170052A (ja) * 2010-02-17 2011-09-01 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 光学装置、光源装置、レーザ加工装置、回折光学素子、光ピックアップ、光ディスク装置及びレーザ装置
DE102010002255A1 (de) * 2010-02-23 2011-08-25 Robert Bosch GmbH, 70469 Laserstrahlschweißeinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Laserstrahlschweißeinrichtung
JP6063670B2 (ja) * 2011-09-16 2017-01-18 株式会社アマダホールディングス レーザ切断加工方法及び装置
CN103472687B (zh) * 2013-09-16 2015-02-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 光刻环形照明模式产生装置
CN203712073U (zh) * 2013-12-03 2014-07-16 张立国 一种激光分束加工装置
KR101407993B1 (ko) * 2013-12-10 2014-06-18 주식회사 엘티에스 기판 절단방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010019044A1 (en) * 2000-01-10 2001-09-06 Christophe Bertez Method and apparatus for the laser cutting of mild steel or structural steel with a multifocus optical component
DE10005593C1 (de) 2000-02-09 2001-10-31 Horst Exner Hand- und maschinenführbare autonome Einrichtung zum Punktschweißen
JP2009082958A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Sunx Ltd レーザ加工装置及びアキシコンレンズ
US20150158120A1 (en) * 2012-04-13 2015-06-11 Université de Franche-Comté Laser nanomachining device and method
EP2716398A1 (de) 2012-10-05 2014-04-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Optische Systeme und Laserverarbeitungsvorrichtung mit einem solchen optischen System
WO2015113811A1 (de) * 2014-01-31 2015-08-06 Trumpf Laser Gmbh Verfahren und vorrichtung zum punktschweissen von werkstücken insbesondere aus kupfer, kupferlegierungen, gold oder schmuckwerkstoffen mittels laserpulsen mit grüner wellenlänge

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