DE102021107366A1

DE102021107366A1 - Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren

Info

Publication number: DE102021107366A1
Application number: DE102021107366.9A
Authority: DE
Inventors: Xiuquan MA; Tianyu Xu; Gaoyang MI; Shaowei Zhou; Xinyu Shao
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-12-02
Also published as: CN111590198A; US20210373347A1; CN111590198B; JP6972402B1; JP2021186880A

Abstract

Offengelegt ist ein Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, enthaltend eine Lasertransmissionsvorrichtung, einen Hohlraum, ein spezielles elektromechanisches Modul und eine abgeschirmte Tülle. Die Lasertransmissionsvorrichtung ist oben am Hohlraum angeordnet. Ein erstes Schutzglas und eine Kollimatorlinse sind nacheinander von oben nach unten in dem Hohlraum angeordnet. Das spezielle elektromechanische Modul ist unten am Hohlraum angeordnet und mit dem Hohlraum mittels eines Gehäuses verbunden. Eine Fokussierungslinse ist weiter im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls angeordnet, und eine Flachfeder ist zwischen der Fokussierungslinse und dem speziellen elektromechanischen Modul angeordnet. Das spezielle elektromechanische Modul kann eine Ultrahochfrequenz-Mikrooszillation der Fokussierungslinse erzeugen. Die abgeschirmte Tülle ist unten am speziellen elektromechanischen Modul angeordnet. In der vorliegenden Offenbarung variiert der Durchmesser eines Ausgangsbrennflecks in Echtzeit mit der Änderung der Amplitude der Fokussierungslinse; somit kann eine Regulierung mit hohem Ansprechverhalten der Brennfleckform verwirklicht werden, sodass die Anforderungen aus Betriebsbedingungen, wie etwa beim Laserschneiden, Laserschweißen und Laserauftragsbearbeiten, erfüllt werden können.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft das technische Gebiet der Laserbearbeitungseinrichtungen und insbesondere einen Laserkopf, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren.
Hintergrund
Ein Laserpunkt ist eine Brennfläche eines Laserstrahls bei einem bearbeiteten Werkstück und bestimmt direkt dynamisch die Wirkposition, Größe und Energiedichteverteilung des Laserstrahls. Die dynamische Regulierung eines Laserpunkts ist wesentlich zum Fördern des Niveaus der Laserbearbeitung. Es ist üblich, einem Laserkopf eine Vorrichtung (z.B. einen aufgeteilten Strahlengang, ein Galvanometer) zur Brennfleckregulierung hinzuzufügen, was eine gewisse Wirkung erzielt hat. Jedoch ist es schwierig, Regulierungsanforderungen an hohe Geschwindigkeit und hohes Ansprechverhalten mit einer herkömmlichen Brennfleckregulierungsstrategie in einem Laserkopf unter einer Fülle an Betriebsbedingungen zu erreichen, wie etwa Betriebsbedingungen, die eine extrem hohe Brennfleckenergiehomogenität (z.B. Reinigung hoher Breite) erfordern, und Betriebsbedingungen, die eine extrem hohe Brennfleckbewegungsgeschwindigkeit erfordern (z.B. Laserrührschweißen).
Eine Analyse ergibt, dass es im Prinzip zwei Durchbrüche zum Verwirklichen einer intelligenten Brennflecksteuerung mit hohem Ansprechverhalten gibt. Der eine besteht darin, eine ursprüngliche Brennfleckgröße zu verringern und das Strahlkontraktionsausmaß so weit wie möglich unter derselben Leistungsbedingung zu erhöhen, um einen Brennfleck einzuengen; und der andere besteht darin, eine Hochgeschwindigkeitsbewegung eines ursprünglichen Brennflecks in beliebiger Richtung in einem zweidimensionalen Raum auszuführen und somit die Steuerbarkeit eines Ausgangsbrennflecks vollauf zu verbessern. Der erste ist eng mit einer Laservorrichtung verknüpft und wird mit der laufenden Weiterentwicklung der Laservorrichtungstechnik allmählich gelöst werden. Der zweite ist durch ein bloßes Regulieren eines Ausgangsstrahls ermöglicht.
Es gibt drei Arten bestehender Laserpunktregulierungsverfahren: direktes Brennfleckvergrößern, Brennfleckstrahlaufteilen und Brennfleckablenken.
Die meisten direkten Brennfleckvergrößerungsverfahren ermöglichen eine direkte Justierung relativer Positionen von Linsen in einem Strahlengang und können demgemäß eine Brennfleckregulierung erzielen, können aber letztendlich aufgrund konstanter Vollleistung zu einer Abschwächung der Leistungsdichte führen.
Brennfleckstrahlaufteilungsverfahren ermöglichen ein Strahlaufteilen mit einer Linse, um aus einem Strahl eine Vielzahl von Strahlen zu erhalten, und können somit bei einigen bestimmten Bearbeitungsgegebenheiten verwendet werden, können aber nur sehr begrenzte Effekte erzielen, weil die Anzahl von Brennflecken nur innerhalb eines bestimmten Umfangs verändert werden kann.
Brennfleckablenkverfahren können zurzeit eine Vibrationsfrequenz von weniger als oder gleich 500 Hz ermöglichen und können keine Ultrahochfrequenzbewegung (Vibrationsfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 30 kHz) erzielen. Darüber hinaus sind zum Ausführen der Vibration hauptsächlich Galvanometeraufbauten verwendet, die der Laserleistung von mehr als 10000 Watt nicht standhalten können.
Insgesamt ist es auf dem aktuellen Gebiet der Laserbearbeitung schwierig, eine dynamische Regulierung der Brennfleckform umzusetzen, insbesondere eine dynamische Regulierung mit hohem Ansprechverhalten.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, einen Laserkopf vorzusehen, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, um das obige Problem im Stand der Technik zu lösen. Eine Ultrahochfrequenz-Mikrooszillation einer Fokussierungslinse wird ausgelöst, und wenn kollimiertes Laserlicht durch die Fokussierungslinse tritt, kann eine Ultrahochfrequenz-Mikrovibration in dem Laserlicht einher mit der Ultrahochfrequenz-Mikrovibration der Fokussierungslinse eintreten. In diesem Fall kann der Durchmesser eines Austritts-Brennflecks in Echtzeit mit der Änderung der Amplitude der Fokussierungslinse variieren, und daher kann eine Regulierung mit hohem Ansprechverhalten der Brennfleckform verwirklicht werden. Somit können die Anforderungen aus Betriebsbedingungen des Laserschneidens, Laserschweißens, Laserauftragsbearbeitens usw. erfüllt werden.
Um das obige Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Offenbarung die folgenden Lösungen.
Die vorliegende Offenbarung sieht einen Laserkopf vor, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, enthaltend: eine Lasertransmissionsvorrichtung, einen Hohlraum, ein spezielles elektromechanisches Modul und eine abgeschirmte Tülle, wobei die Lasertransmissionsvorrichtung oben am Hohlraum angeordnet ist, um Laserlicht durch eine Eintrittsöffnung in den Hohlraum zu emittieren, die oben am Hohlraum ausgebildet ist; ein erstes Schutzglas und eine Kollimatorlinse sind nacheinander von oben nach unten in dem Hohlraum angeordnet; das spezielle elektromechanische Modul ist unten am Hohlraum angeordnet und mittels eines Gehäuses mit dem Hohlraum verbunden; Lichtlöcher sind oben bzw. unten im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls ausgebildet; eine Fokussierungslinse ist weiter im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls angeordnet, und eine Flachfeder ist zwischen der Fokussierungslinse und dem speziellen elektromechanischen Modul angeordnet; das spezielle elektromechanische Modul ist imstande, eine Ultrahochfrequenz-Mikroschwingung der Fokussierungslinse zu bewirken; und die abgeschirmte Tülle ist unter dem speziellen elektromechanischen Modul angeordnet.
Vorzugsweise ist eine Lichtleitfaser-Endkappe zwischen der Lasertransmissionsvorrichtung und dem Hohlraum angeordnet.
Vorzugsweise ist das spezielle elektromechanische Modul ein Schwingspulenmotor; eine Linsenhalterung für die Fokussierungslinse ist mit einer Schwingspule des Schwingspulenmotors verbunden; die Flachfeder ist mit einem Gehäuse des Schwingspulenmotors verbunden; wenn ein hochfrequenter Wechselstrom durch die Schwingspule geschickt wird, wirkt ein durch die Schwingspule erzeugtes Magnetfeld mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten zusammen, um eine hochfrequente periodische Kraft zum Einwirken auf die Fokussierungslinse zu erzeugen, auf die auch gleichzeitig die Kraft der Flachfeder wirkt; angetrieben durch die beiden Kräfte, kreist die Fokussierungslinse wie ein Satellit bei einer ultrahohen Frequenz. Vorzugsweise ist das spezielle elektromechanische Modul ein Vibrationserreger. Vorzugsweise ist weiter ein zweites Schutzglas an einem inneren unteren Ende des Gehäuses des speziellen elektromechanischen Moduls angeordnet.
Vorzugsweise sind die Eintrittsöffnung, das erste Schutzglas, die Kollimatorlinse, die Lichtlöcher, die Fokussierungslinse und das zweite Schutzglas konzentrisch angeordnet.
Vorzugsweise ist das durch die Lasertransmissionsvorrichtung emittierte Licht ein Gaußscher Strahl mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 bis 1080 nm.
Vorzugsweise weist die Kollimatorlinse einen größeren Durchmesser auf als eine Querschnittsgröße des Gaußschen Strahls an einer Position, wo sich die Linse befindet, sodass der gesamte Strahl innerhalb eines Brechungsbereichs erfasst wird.
Verglichen mit dem Stand der Technik erzielt die vorliegende Offenbarung die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

1. Bei dem in der vorliegenden Offenbarung vorgesehenen Laserkopf, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, wird eine Ultrahochfrequenz-Mikrovibration einer beliebigen aus einer Fokussierungslinse, einer Kollimatorlinse und einer Lichtleitfaser-Endkappe ausgelöst. Wenn das kollimierte Laserlicht durch die Fokussierungslinse tritt, kann sich das fokussierte Laserlicht zusammen mit der Ultrahochfrequenz-Mikrovibration der Fokussierungslinse bewegen, und in diesem Fall ändert sich der äquivalente Brennfleckdurchmesser mit der Änderung der Amplitude der Fokussierungslinse. Als Ergebnis werden die Anforderungen für verschiedene Werkstoffe und verschiedene Laserbearbeitungstechniken erfüllt, und Anwendungen bei Hochleistungsbearbeitungsgegebenheiten können sichergestellt sein. Daher kann wahrhaftig eine Mehrzweck- und Mehrfunktions-Laserbearbeitung verwirklicht werden.
2. Verglichen mit direkten Brennfleckvergrößerungsverfahren ist bei dem in der vorliegenden Offenbarung vorgesehenen Laserkopf, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, ein spezielles elektromechanisches Modul verwendet, um eine Ultrahochfrequenz-Mikrovibration eines entsprechenden Bauteils zu erzeugen, um eine Brennfleckgrößenregulierung zu verwirklichen, die nicht zu einer Abschwächung der Leistungsdichte zu führen braucht. Verglichen mit Brennfleckstrahlaufteilverfahren können die Fokussierungslinse, die Kollimatorlinse oder die Lichtleitfaser-Endkappe bei der vorliegenden Offenbarung eine Ultrahochfrequenz-Mikrovibration des Brennflecks verursachen, sodass eine bessere Steuerung eines Schmelzbades, eine höhere Regulierungsflexibilität und eine Verbesserung der Bearbeitungswirkung erreicht werden. Verglichen mit Brennfleckablenkverfahren weist das bei der vorliegenden Offenbarung verwendete spezielle elektromechanische Modul eine Vibrationsfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 30 kHz auf, was höher ist als die Frequenz eines bestehenden Galvanometermotors. Demgemäß kann die vorliegende Offenbarung einem galvanometerbasierten Laseroszillationssystem in Bearbeitungseffekt und Bearbeitungseffizienz überlegen sein.

Figurenliste
Zum deutlicheren Beschreiben der technischen Lösungen in den Beispielen der vorliegenden Offenbarung oder im Stand der Technik ist nachfolgend die für die Beschreibung der Beispiele erforderliche beigefügte Zeichnung kurz vorgestellt. Die beigefügte Zeichnung in der folgenden Beschreibung zeigt offensichtlich nur einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung, und eine Durchschnittsfachperson kann ohne schöpferischen Aufwand noch andere Zeichnungen aus dieser begleitenden Zeichnung ableiten.

1 ist eine schematische Aufbauzeichnung eines Laserkopfes, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine schematische Aufbauzeichnung eines Schwingspulenmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine schematische Zeichnung der Oszillationsbewegung einer Fokussierungslinse gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Verteilungsdiagramm von Brennflecken, die durch fokussiertes Laserlicht in einer Brennfläche ausgebildet werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine schematische Aufbauzeichnung einer Flachfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung.

In der Zeichnung geben die Bezugsnummern an:

1 -: Lasertransmissionsvorrichtung,
2 -: einfallendes Licht,
3 -: Kollimatorlinse,
4 -: kollimierter Strahl,
5 -: Fokussierungslinse,
6 -: Flachfeder,
7 -: spezielles elektromechanisches Modul,
8 -: Hohlraum,
9 -: erstes Schutzglas,
10 -: fokussierter Laserstrahl,
11 -: zweites Schutzglas,
12 -: abgeschirmte Tülle,
13 -: Laserbrennfläche,
14 -: Lichtleitfaser-Endkappe,
15 -: Schwingspulenmotorgehäuse,
16 -: Schwingspule und
17 -: Magnet.

Genaue Beschreibung
Die technische Lösung in Beispielen der vorliegenden Offenbarung ist nachstehend deutlich und vollständig mit Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung in den Beispielen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die beschriebenen Beispiele lediglich ein Teil und nicht alle der Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind. Alle anderen Beispiele, die aus den Beispielen durch eine Durchschnittsfachperson ohne schöpferischen Aufwand abgeleitet werden, sollen in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Laserkopf vorzusehen, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, um die obigen Probleme beim Stand der Technik zu lösen.
Um die vorstehende Aufgabe, die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung deutlicher und verständlicher zu machen, ist die vorliegende Offenbarung im Folgenden weiter unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung und die speziellen Beispiele ausführlich beschrieben.
Ein Laserkopf, der imstande ist, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, enthält in dieser Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, eine Lasertransmissionsvorrichtung 1, einen Hohlraum 8, ein spezielles elektromechanisches Modul 7 und eine abgeschirmte Tülle 12. Die Lasertransmissionsvorrichtung 1 ist oben am Hohlraum 8 angeordnet, um Laserlicht in den Hohlraum 8 durch eine oben im Hohlraum 8 ausgebildete Eintrittsöffnung zu emittieren. Ein erstes Schutzglas 9 und eine Kollimatorlinse 3 sind nacheinander von oben nach unten in dem Hohlraum 8 angeordnet. Das spezielle elektromechanische Modul 7 ist unten am Hohlraum 8 angeordnet und mit dem Hohlraum 8 mittels eines Gehäuses verbunden. Lichtlöcher sind jeweils oben und unten im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls 7 ausgebildet. Eine Fokussierungslinse 5 ist weiter im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls 7 angeordnet, und eine Flachfeder 6 ist zwischen der Fokussierungslinse 5 und dem speziellen elektromechanischen Modul 7 angeordnet. Das spezielle elektromechanische Modul 7 ist imstande, eine Ultrahochfrequenz-Mikrooszillation der Fokussierungslinse 5 zu erzeugen. Die abgeschirmte Tülle 12 ist unten am speziellen elektromechanischen Modul 7 angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist eine Lichtleitfaser-Endkappe 14 zwischen der Lasertransmissionsvorrichtung 1 und dem Hohlraum 8 angeordnet. Die Lichtleitfaser-Endkappe 14, die eine Hochleistungsvorrichtung ist, bearbeitet und ausgelegt hinsichtlich Austrittsendflächen einer Hochleistungsfaserlaservorrichtung und eines Verstärkers, kann die optische Leistungsdichte am Austrittsende durch ein Ausweiten eines Ausgangsstrahls verringern. Darüber hinaus ist durch die Auslegung eines speziellen Endflächenwinkels eine Echoreflexion durch die Endfläche bedeutend reduziert (besser als -35 dB). Die Lichtleitfaser-Endkappen 14 können an Austrittsenden von Laservorrichtungen (-verstärkern) mit hoher Leistung angebracht werden, die eine hohe Spitzenleistung oder eine hohe Durchschnittsleistung sein kann, was eine minimale Verzerrung von Ausgangsstrahlen ergibt.
Das spezielle elektromechanische Modul 7 in dieser Ausführungsform kann als ein Schwingspulenmotor gewählt sein (wie in 2 gezeigt). Eine Linsenhalterung für die Fokussierungslinse 5 ist mit einer Schwingspule 16 des Schwingspulenmotors verbunden. Die Flachfeder 6 ist mit einem Gehäuse 15 des Schwingspulenmotors verbunden. Wenn ein hochfrequenter Wechselstrom durch die Schwingspule 16 geschickt wird, wirkt ein durch die Schwingspule 16 erzeugtes Magnetfeld mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten 17 zusammen, um eine hochfrequente periodische Kraft zum Einwirken auf die Fokussierungslinse 5 zu erzeugen, auf die auch gleichzeitig die Kraft der Flachfeder wirkt; angetrieben durch die beiden Kräfte, kreist die Fokussierungslinse 5 wie ein Satellit bei einer ultrahohen Frequenz.
Das spezielle elektromechanische Modul 7 in dieser Ausführungsform kann auch aus einem Vibrationserreger und anderen elektromechanischen Vorrichtungen gewählt sein, die eine hochfrequente periodische Wirkkraft auf andere Objekte ausüben können und dazu dienen, eine hochfrequente periodische Wirkkraft auf die Lichtleitfaser-Endkappe 14, die Fokussierungslinse 5 oder die Kollimatorlinse in der horizontalen Ebene auszuüben und zu veranlassen, dass die Lichtleitfaser-Endkappe 14, die Fokussierungslinse 5 oder die Kollimatorlinse mit einer hohen Frequenz um eine Mitte in der horizontalen Ebene umlaufend kreisen, ohne selbst zu rotieren.
In dieser Ausführungsform ist weiter ein zweites Schutzglas 11 an einem inneren unteren Ende des Gehäuses des speziellen elektromechanischen Moduls angeordnet. Das zweite Schutzglas 11 weist eine besondere Dicke von 1 bis 6 mm auf und dient dazu, zu verhindern, dass Verschmutzungen, wie etwa Feststoffteilchen, in das spezielle elektromechanische Modul eindringen, und stellt somit sicher, dass das elektromechanische Modul und die Fokussierungslinse 5 in einer reinen Umgebung arbeiten und frei von Verschmutzung sind.
In dieser Ausführungsform sind die Eintrittsöffnung, das erste Schutzglas 9, die Kollimatorlinse 3, die Lichtlöcher, die Fokussierungslinse 5 und das zweite Schutzglas 11 konzentrisch angeordnet, sodass das kollimierte Laserlicht genau auf die Mitte der statischen Fokussierungslinse 5 gerichtet sein kann.
In dieser Ausführungsform kann die Lasertransmissionsvorrichtung 1 Dauerstrichlaserlicht mit bestimmter Leistung durchlassen. Das durchgelassene Laserlicht ist ein Gaußscher Strahl mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 bis 1080 nm, der als Energiequelle für eine flexible Laserbearbeitung dient.
Die Kollimatorlinse 3 weist einen größeren Durchmesser auf als eine Querschnittsgröße des Gaußschen Strahls an einer Position, wo sich die Linse befindet, sodass der gesamte Strahl innerhalb eines Brechungsbereichs erfasst wird. Die Kollimatorlinse 3 ist imstande, einen einfallenden Strahl zu einem parallelen Strahl zu justieren, der beim Durchlassvorgang grundsätzlich nicht divergiert und parallel zur Fokussierungslinse 5 durchgelassen wird. Die Linse ist eine übliche hoch durchlässige Linse und kann der Laserleistung von mindestens 15000 Watt standhalten.
Der Durchmesser eines kollimierten Strahls 4 hängt ab von dem NA-Wert einer optischen Faser, die einfallendes Licht 2 erzeugt, und einem Abstand zwischen einem Laseremissionspunkt und der Ebene der Kollimatorlinse und darf den maximalen Durchmesser der Arbeitsflächen der Kollimatorlinse und der Fokussierungslinse 5 nicht überschreiten.
3 ist eine schematische Zeichnung der Oszillation der Fokussierungslinse 5. Die kombinierte Wirkung des speziellen elektromechanischen Moduls 7 und der ringförmigen Flachfeder 6 erzeugt eine Ultrahochfrequenz-Mikrovibration der Linse bei einer Frequenz im Bereich von 1 kHz bis 30 kHz mit einer Amplitude von 0 bis D (z.B. ist D gleich 500 µm, aber nicht darauf beschränkt) sowohl in der X-Richtung als auch in der Y-Richtung, was schließlich zu einer umlaufenden Bewegung synthetisiert werden kann. Die Oszillationsform der Linse ist derart, dass sie bei einer ultrahohen Frequenz um eine Achse parallel zu ihrer Achse kreist, ohne selbst zu rotieren.
Die Flachfeder 6, deren Querschnitt ist, wie in 5 gezeigt, weist einen Elastizitätskoeffizienten K vom mehr als 500 N/m auf und kann sicherstellen, dass die Fokussierungslinse 5 schnell zurückschnellt, nachdem sie sich unter der Wirkung des speziellen elektromechanischen Moduls 7 bewegt hat, wodurch die Oszillationsfrequenz der Fokussierungslinse 5 im Bereich von 1 kHz bis 30 kHz liegt.
Das erste Schutzglas 9 weist eine besondere Dicke von 1 bis 6 mm auf und dient dazu, zu verhindern, dass Feststoffteilchen und dergleichen in Kontakt mit den Linsen darunter kommen, und die Linsen und den Hohlraum 8 vor Verschmutzung zu schützen.
Ein fokussierter Laserstrahl 10 vibriert bei derselben Frequenz mit der Fokussierungslinse 5 und kann schließlich in der Brennfläche zu einem Brennfleck mit einem minimalen Durchmesser fokussiert werden.
Die abgeschirmte Tülle 12 ist unter dem speziellen elektromechanischen Modul 7 montiert und dient zum Verhindern, dass Spritzer, die erzeugt werden, wenn der Laserstrahl ein Werkstück bearbeitet, in den Hohlraum 8 und das elektromechanische Modul darüber eindringen, und ermöglicht eine saubere Arbeitsumgebung.
Eine Laserbrennfläche 13 weist einen Durchmesser d auf (d liegt im Bereich von 10 bis 100 µm), wenn der Brennfleck statisch ist. Wenn die Fokussierungslinse 5 arbeitet, kann ein Brennfleck wie in 4 gezeigt durch den fokussierten Lasterstrahl in der Fläche ausgebildet werden, und in diesem Fall ändert sich der äquivalente Brennfleckdurchmesser zu S (S=0,5d+D). Die Leistungsdichte des ausgebildeten Brennflecks verringert sich demgemäß nicht, während sich der äquivalente Durchmesser erhöht, was bei verschiedenen Gegebenheiten an eine flexible Laserbearbeitung angepasst werden kann.
Die vorliegende Offenbarung schlägt zuerst ein neues Verfahren zum Verändern des äquivalenten Brennfleckdurchmessers vor, das sicherstellen kann, dass sich die Leistungsdichte grundsätzlich nicht verringert, und ein Verändern des Brennfleckdurchmessers in Echtzeit während einer Laserbearbeitung ermöglichen kann, wodurch eine intelligente Werkstückbearbeitung verwirklicht und eine gute Bearbeitungswirkung erzielt wird. Das spezielle elektromechanische Modul 7 wird verwendet, um eine Ultrahochfrequenz-Mikroschwingung zwischen 0 und D (z.B. ist D gleich 500 µm, aber nicht darauf beschränkt) einer beliebigen aus der Fokussierungslinse 5, der Kollimatorlinse und der Lichtleitfaser-Endkappe 14 zu erzeugen, wobei die Schwingfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 30 kHz liegt. Das System und das Verfahren sind anwendbar auf Laserbearbeitungsgegebenheiten, die einen veränderlichen Lichtleitfaser-Kerndurchmesser erfordern, wie etwa Laserschneiden, Laserschweißen und Laser-additive und -subtraktive Fertigung. Die Oszillationsform einer beliebigen aus der Fokussierungslinse 5, der Kollimatorlinse und der Austritte-Lichtleitfaser ist derart, dass sie bei einer ultrahohen Frequenz um eine Achse parallel zu ihrer Achse kreist, ohne selbst zu rotieren.
Bestimmte Ausführungsformen sind hier verwendet, um die Prinzipien und Umsetzungen der vorliegenden Offenbarung zu erläutern. Die Beschreibung der vorangehenden Beispiele soll lediglich dazu beitragen, das Verfahren der vorliegenden Offenbarung und seine Kerngedanken zu verstehen. Darüber hinaus können durch Fachleute verschiedene Abwandlungen an den besonderen Umsetzungen und dem Anwendungsbereich gemäß den Gedanken der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden. Folglich ist der Inhalt dieser Beschreibung nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung auszulegen.

Claims

Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, umfassend: eine Lasertransmissionsvorrichtung, einen Hohlraum, ein spezielles elektromechanisches Modul und eine abgeschirmte Tülle, wobei die Lasertransmissionsvorrichtung oben am Hohlraum angeordnet ist, um Laserlicht in den Hohlraum durch eine oben im Hohlraum ausgebildete Eintrittsöffnung zu emittieren; ein erstes Schutzglas und eine Kollimatorlinse sind nacheinander von oben nach unten in dem Hohlraum angeordnet; das spezielle elektromechanische Modul ist unten am Hohlraum angeordnet und mit dem Hohlraum mittels eines Gehäuses verbunden; Lichtlöcher sind jeweils oben und unten im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls ausgebildet; eine Fokussierungslinse ist weiter im Gehäuse des speziellen elektromechanischen Moduls angeordnet, und eine Flachfeder ist zwischen der Fokussierungslinse und dem speziellen elektromechanischen Modul angeordnet; das spezielle elektromechanische Modul ist imstande, eine Ultrahochfrequenz-Mikrooszillation der Fokussierungslinse zu erzeugen; und die abgeschirmte Tülle ist unten am speziellen elektromechanischen Modul angeordnet.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei eine Lichtleitfaser-Endkappe zwischen der Lasertransmissionsvorrichtung und dem Hohlraum angeordnet ist.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei das spezielle elektromechanische Modul ein Schwingspulenmotor ist; eine Linsenhalterung für die Fokussierungslinse mit einer Schwingspule des Schwingspulenmotors verbunden ist; die Flachfeder mit einem Gehäuse des Schwingspulenmotors verbunden ist; wenn ein hochfrequenter Wechselstrom durch die Schwingspule geschickt wird, wirkt ein durch die Schwingspule erzeugtes Magnetfeld mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten zusammen, um eine hochfrequente periodische Kraft zum Einwirken auf die Fokussierungslinse zu erzeugen, auf die auch gleichzeitig die Kraft der Flachfeder wirkt; angetrieben durch die beiden Kräfte, kreist die Fokussierungslinse wie ein Satellit bei einer ultrahohen Frequenz.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei das spezielle elektromechanische Modul ein Vibrationserreger ist.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei weiter ein zweites Schutzglas an einem inneren unteren Ende des Gehäuses des speziellen elektromechanischen Moduls angeordnet ist.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei die Eintrittsöffnung, das erste Schutzglas, die Kollimatorlinse, die Lichtlöcher, die Fokussierungslinse und das zweite Schutzglas konzentrisch angeordnet sind.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei das durch die Lasertransmissionsvorrichtung emittierte Licht ein Gaußscher Strahl mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 bis 1080 nm ist.
Laserkopf, imstande, einen Laserpunkt durch eine Hochfrequenz-/Ultrahochfrequenz-Mikrovibration dynamisch zu regulieren, nach Anspruch 1, wobei die Kollimatorlinse einen größeren Durchmesser aufweist als eine Querschnittsgröße des Gaußschen Strahls an einer Position, wo sich die Linse befindet, sodass der gesamte Strahl innerhalb eines Brechungsbereichs erfasst wird.