DE102021118390A1 - Schweißoptik zum Laserschweißen von Werkstücken, mit flexibler Einstellung von Anzahl und Abstand von Laserspots über Zylinderlinsen - Google Patents

Schweißoptik zum Laserschweißen von Werkstücken, mit flexibler Einstellung von Anzahl und Abstand von Laserspots über Zylinderlinsen Download PDF

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Abstract

Eine Schweißoptik (1) für einen Laserstrahl (25) zum Laserschweißen von Werkstücken (22), umfassend eine verstellbare Strahlumformungseinrichtung (2), mit der aus einem einfallenden Laserstrahl (10b) je nach Verstellung ein Strahl oder mehrere Teilstrahlen (20a; 20a'; 20a''; 20b; 20b'; 20b''), und entsprechend ein oder mehrere Laserspots (23; 23a; 23a'; 23a''; 23b; 23b'; 23b'') erzeugbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumformungseinrichtung (2) wenigstens eine Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") umfasst, aufweisend:- ein Zylinderlinsenpaar (12; 12'; 12"), umfassend zwei hintereinander angeordneten Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') mit gegengleicher Brennweite und zueinander parallelen optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2''), wobei die beiden Zylinderlinsen bezüglich einer gemeinsamen Brechungsrichtung (BR; BR'; BR''), die senkrecht zu den optischen Ebenen ist, auf zumindest einer Seite gekrümmt verlaufen und bezüglich einer gemeinsamen Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR''), die parallel zu den optischen Ebenen verläuft, translationsinvariant verlaufen,- und eine Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15"), mit der die zwei Zylinderlinsen bezüglich der Brechungsrichtung relativ zueinander verschoben werden können. Mit der Schweißoptik kann auf einfache Weise eine flexible Strahlformung erfolgen, und insbesondere eine Anzahl und ein Abstand von erzeugten Laserspots flexibel eingestellt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schweißoptik für einen Laserstrahl zum Laserschweißen von Werkstücken, umfassend
    • - eine Quelle für einen Ausgangslaserstrahl,
    • - eine Kollimationseinrichtung zum Kollimieren eines an der Kollimationseinrichtung einfallenden Laserstrahls,
    • - eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren eines an der Fokussiereinrichtung einfallenden Laserstrahls in Richtung auf ein zu schweißendes Werkstück,
    • - und eine verstellbare Strahlumformungseinrichtung, mit der ein an der Strahlumformungseinrichtung einfallender Laserstrahl in einen umgeformten Laserstrahl umgeformt werden kann, wobei der umgeformte Laserstrahl je nach Verstellung der Strahlumformungseinrichtung einen Strahl oder mehrere Teilstrahlen umfassen kann, und entsprechend ein oder mehrere Laserspots am zu schweißenden Werkstück erzeugbar sind,
    insbesondere wobei die Strahlformungseinrichtung im Strahlengang des Laserstrahls zwischen der Kollimationseinrichtung und der Fokussiereinrichtung angeordnet ist. Eine solche Schweißoptik ist aus der DE 10 2016 124 924 A1 bekannt geworden.
  • Schweißen ist ein Fügeverfahren, mit dem zwei Werkstücke dauerhaft miteinander verbunden werden können. Laserschweißen wird meist eingesetzt, wenn mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug geschweißt werden soll. Beim Laserschweißen erfolgt die Energiezufuhr über einen Laserstrahl.
  • Je nach Schweißsituation, die insbesondere durch das oder die zu fügenden Werkstückmaterialien und die Werkstückgeometrien bestimmt wird, kann für ein optimales Schweißergebnis eine unterschiedliche Verfahrensführung des Laserschweißens vorteilhaft sein. Beispielsweise kann es in bestimmten Schweißsituationen vorteilhaft sein, den Laserstrahl umzuformen und auf mehrere Teilstrahlen aufzuteilen, so dass auf die Werkstückoberfläche mehrere Laserspots (zum Beispiel zwei oder vier Laserspots) einwirken; oftmals gibt es dabei auch einen optimalen Abstand der Laserspots. In anderen Schweißsituationen kann es hingegen vorteilhaft sein, nur einen einzigen Laserspot einzusetzen.
  • In der Regel ist eine Laserschweißmaschine, und insbesondere die in der Laserschweißmaschine enthaltene Schweißoptik, mit der der Laserstrahl auf die Werkstücke gerichtet wird, für eine bestimmte Schweißsituation bzw. Schweißaufgabe eingerichtet. Falls sich die Schweißaufgabe ändert, insbesondere andere Werkstücke (d.h. Werkstücktypen) miteinander verschweißt werden sollen, wird die Laserschweißmaschine umgerüstet, wobei Bauteile an der Schweißoptik oder auch die Schweißoptik insgesamt ausgetauscht werden. Dies ist apparativ und zeitlich aufwändig.
  • Aus der DE 10 2016 124 924 A1 ist eine Laserschweißvorrichtung bekannt geworden, die zum Verschweißen einer Dichtungsplatte auf einem Gehäusekörper einer Batterie eingesetzt werden kann, wobei der Gehäusekörper und die Dichtungsplatte aus Aluminium bestehen. Ein kollimierter Laserstrahl wird über eine Umformeinrichtung geleitet, die ein diffraktives optisches Element (DOE) mit einer Öffnung umfasst. Mit dem DOE kann ein einfallender Laserstrahl auf mehrere Teilstrahlen aufgeteilt werden, beispielsweise auf vier Teilstrahlen, die gemäß den Ecken eines Quadrats angeordnet sind. Das DOE ist gegenüber dem Laserstrahl verfahrbar. Je nach Überlapp des kollimierten Laserstrahls mit dem DOE oder seiner Öffnung wird ein Teil des kollimierten Laserstrahls mit dem DOE auf die Teilstrahlen aufgeteilt, oder bleibt beim Passieren der Öffnung unverformt.
  • Mit dieser Laserschweißvorrichtung ist es möglich, die Anzahl der Teilstrahlen abzuändern. Jedoch ist der Aufspaltung in die Teilstrahlen bzw. der Abstand der zugehörigen Laserspots auf den Werkstücken durch das DOE festgelegt. Zudem gibt das DOE fest vor, wie viele Teilstrahlen aus dem auf das DOE entfallenden Laserstrahl gebildet werden.
  • Aus der DE 10 2010 003 750 A1 ist es bekannt, die Strahlprofilcharakteristik eines Laserstrahls mittels einer Mehrfachclad-Faser zu verändern. Hierbei kann ein Laserstrahl mit einem Kernanteil und einem Ringanteil erzeugt werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schweißoptik vorzustellen, mit der auf einfache Weise eine flexible Strahlformung erfolgen kann, und insbesondere eine Anzahl und ein Abstand von erzeugten Laserspots flexibel eingestellt werden kann.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schweißoptik der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strahlumformungseinrichtung wenigstens eine Strahlaufteilungsbaugruppe umfasst, wobei eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe aufweist:
    • - ein Zylinderlinsenpaar, umfassend zwei Zylinderlinsen mit gegengleicher Brennweite und zueinander parallelen optischen Ebenen,

    wobei die Zylinderlinsen bezüglich einer optischen Achse der Schweißoptik hintereinander angeordnet sind,
    wobei die beiden Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars bezüglich einer gemeinsamen Brechungsrichtung, die senkrecht zu den optischen Ebenen ist, auf zumindest einer Seite gekrümmt verlaufen und bezüglich einer gemeinsamen Nichtbrechungsrichtung, die parallel zu den optischen Ebenen verläuft, translationsinvariant verlaufen,
    und wobei die Brechungsrichtung und die Nichtbrechungsrichtung senkrecht zur optischen Achse der Schweißoptik verlaufen,
    • - und eine Spotabstands-Verstelleinrichtung, mit der die zwei Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars bezüglich der Brechungsrichtung relativ zueinander verschoben werden können.
  • Die Erfindung sieht vor, in den Strahlengang des Laserstrahls, der mit der Schweißoptik auf die zu verschweißenden Werkstücke gerichtet wird, ein oder mehrere Strahlaufteilungsbaugruppen anzuordnen. Eine jeweilige Strahlaufteilungsbaugruppe umfasst ein Zylinderlinsenpaar mit gegengleichen Brennweiten, das mit einem Teil des Strahlquerschnitts des Laserstrahls überlappt, und mit einem anderen Teil des Strahlquerschnitts nicht überlappt. Die optischen Ebenen der Zylinderlinsen sind parallel zu einer optischen Achse der Schweißoptik und parallel zueinander ausgerichtet.
  • In einer Grundposition der Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars, in welcher deren optische Ebenen zusammenfallen, heben sich die Wirkungen der beiden Zylinderlinsen gegenseitig auf, und der am Zylinderlinsenpaar einfallende Laserstrahl (bzw. dessen mit dem Zylinderlinsenpaar überlappende Anteil) bleibt unverändert und insbesondere unabgelenkt.
  • Werden jedoch in der gemeinsamen Brechungsrichtung, entlang derer die Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars jeweils gekrümmt verlaufen, die Zylinderlinsen mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung gegeneinander verschoben, so entfernen sich die optischen Ebenen der Zylinderlinsen voneinander. Der am Zylinderlinsenpaar einfallende Laserstrahl (bzw. dessen mit den Zylinderlinsenpaar überlappende Anteil) wird in einer solchen Auslenkungsposition durch das Zylinderlinsenpaar quer zur optischen Achse der Schweißoptik abgelenkt (d.h. von der optischen Achse der Schweißoptik weg verschwenkt). Der Strahlanteil des Laserstrahls, der mit dem Zylinderlinsenpaar überlappt, bildet dadurch hinter der Fokussiereinrichtung einen Laserspot aus, der verschoben ist gegenüber einem (unabgelenkten) Laserspot, der aus dem mit dem Zylinderlinsenpaar nicht überlappenden Strahlanteil resultiert. Die gegenseitige Verschiebung der Laserspots ist proportional zur gegenseitigen Verschiebung der Zylinderlinsen in der gemeinsamen Brechungsrichtung.
  • Man beachte, dass bei Verstellung der Spotabstände mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung im Rahmen der Erfindung sich die Gestalt (insbesondere die Größe) der Laserspots nicht ändert, anders als dies bei Änderung des Abbildungsverhältnisses der Fall wäre. Entsprechend können im Rahmen der Erfindung auch Überlappungen von Laserspots flexibel eingestellt werden.
  • Erfindungsgemäß können mit einer jeweiligen Strahlaufteilungsbaugruppe aus einem einfallenden Laserstrahl je nach Verstellposition ein Strahl oder zwei Teilstrahlen mit erzeugt werden, wobei ein Abstand der Teilstrahlen über die Verschiebungsweite der Zylinderlinsen gegeneinander einstellbar ist. Durch Hintereinanderschaltung von mehrerer Strahlaufteilungsbaugruppen kann die Zahl der erzeugbaren Teilstrahlen erhöht (vervielfacht) werden; mit zwei Strahlaufteilungsbaugruppen kann beispielsweise eine flexible Einstellung einer Anzahl von 1, 2 oder 4 Laserspots erfolgen, mit paarweiter Einstellmöglichkeit der Spotabstände.
  • Entsprechend kann mit der erfindungsmäßen Schweißoptik bzw. deren Strahlumformungseinrichtung, die ein oder mehrere Strahlaufteilungsbaugruppen aufweist, eine sehr flexible Umformung des Laserstrahls erfolgen. Eine Anpassung der Schweißoptik an eine zur Abarbeitung anstehende Schweißsituation ist leicht möglich.
  • Die Verfahrensführung des Laserschweißens kann im Rahmen der Erfindung für eine gewählte Schweißsituation, insbesondere die Werkstückmaterialien und Werkstückgeometrien, optimal angepasst werden, so dass eine hohe Schweißqualität und Effizienz des Schweißprozesses bzw. der zugehörigen Laserschweißmaschine erreichbar ist, insbesondere mit wenig Schweißspritzern und/oder wenig Schweißfehlern (insbesondere Poren) und/oder hoher Prozesssicherheit und/oder guter Mediendichtigkeit der Schweißnaht und/oder hoher Schweißgeschwindigkeit. Die Anpassung der Schweißoptik kann dabei über jeweilige Spotabstands-Verstelleinrichtungen besonders einfach erfolgen, insbesondere ohne dass Bauteile der Schweißoptik ausgetauscht werden müssten. Zudem ist es möglich, die Verfahrensführung (insbesondere die Anzahl der Laserspots und/der die Abstände der Laserspots) auch während einer laufenden Laserschweißbearbeitung von Werkstücken, die zusammengeschweißt werden (also während des Abfahrens der zu schweißenden Schweißkontur), abzuändern. Beispielsweise kann dann in bestimmten kritischen Bereichen entlang der zu schweißenden Schweißkontur, z. B. in Kurven, die Zahl der Laserspots geändert oder der Spotabstand verändert werden.
  • Die eine oder die mehreren Strahlaufteilungsbaugruppen werden bevorzugt zwischen der Kollimationseinrichtung und der Fokussiereinrichtung (also im kollimierten Laserstrahl) angeordnet; alternativ kann beispielsweise auch eine Anordnung kurz vor der Kollimationseinrichtung oder kurz hinter der Fokussiereinrichtung erfolgen. Die Spotabstands-Verstelleinrichtung ist typischerweise automatisiert motorisch verstellbar, bevorzugt über einen Regelkreis. Die Verschweißung von Werkstücken mit der erfindungsgemäßen Schweißoptik kann insbesondere im Stumpfstoß oder im Überlappstoß erfolgen. Dabei sind Verschweißungen als Einschweißung oder Durchschweißung möglich. Das Verschweißen erfolgt typischerweise im Tiefschweißregime.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißoptik ist vorgesehen, dass Strahlumformungseinrichtung zwei Strahlaufteilungsbaugruppen umfasst,
    und dass die Brechungsrichtungen der beiden Zylinderlinsenpaare der zwei Strahlaufteilungsbaugruppen zueinander gekreuzt verlaufen. Durch die Hintereinanderschaltung von zwei Strahlaufteilungsbaugruppen mit gekreuzten Brechungsrichtungen gemäß der Erfindung kann flexibel zwischen 1, 2 oder 4 Laserspots zur Bearbeitung der Werkstücke gewählt werden, und die Spotabstände können paarweise in flexibler Weise und voneinander unabhängig eingestellt werden.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform kreuzen sich die Brechungsrichtungen der beiden Strahlaufteilungsbaugruppen unter einem Winkel von 90°. Dadurch können rechteckige, und insbesondere auch quadratische, Anordnungen der Laserspots eingerichtet werden, die in der Praxis häufig gewünscht sind. Quadratische Anordnungen weisen eine besonders geringe Richtungsabhängigkeit des Schweißprozesses auf.
  • Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, die vorsieht, dass für ein jeweiliges Zylinderlinsenpaar gilt, dass die beiden Zylinderlinsen so angeordnet sind, dass sie mit einem Teil des Strahlquerschnitts des Laserstrahls, insbesondere kollimierten Laserstrahls, überlappen können, und mit einem weiteren Teil des Strahlquerschnitts des Laserstrahls, insbesondere kollimierten Laserstrahls, nicht überlappen können. Dadurch wird erreicht, dass ein Teil des Laserstrahls mit dem Zylinderlinsenpaar (abhängig von der Verstellposition) abgelenkt werden kann, und ein Teil des Laserstrahls durch das Zylinderlinsenpaar (unabhängig von der Verstellposition) nicht abgelenkt wird. Auf diese Weise wird die Aufteilung auf zwei Teilstrahlen grundsätzlich ermöglicht. Die Platzierung des Zylinderlinsenpaars im kollimierten Laserstrahl ermöglicht eine besonders einfache und präzise Strahlformung.
  • Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der bei einer jeweiligen Strahlaufteilungsbaugruppe die Spotabstands-Verstelleinrichtung zumindest folgende Verstellpositionen einnehmen kann:
    • - eine Grundposition, in der die optischen Ebenen der Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars zusammenfallen, und
    • - eine Auslenkungsposition, in der die optischen Ebenen der Zylinderlinsen des Zylinderpaares bezüglich der Brechungsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. In der Grundposition erfolgt in Summe durch die Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars keine Veränderung des Laserstrahls (bzw. des Strahlanteils, der auf das Zylinderlinsenpaar entfällt); das Zylinderlinsenpaar wird für den Laserstrahl unsichtbar bzw. hat nahezu keine optische Wirkung auf den Laserstrahl. Entsprechend kann durch die Grundposition eine Aufteilung in Teilstrahlen abgewählt werden. Es bleibt bei einem Strahl, da die Strahlanteile durch das Zylinderlinsenpaar und am Zylinderlinsenpaar in gleicher Weise propagieren. In der Auslenkungsposition hingegen erfolgt eine Ablenkung des auf das Zylinderlinsenpaar entfallenden Anteils des Laserstrahls, wodurch eine Aufteilung des Laserstrahls auf zwei Teilstrahlen angewählt werden kann. Die Strahlanteile durch das Zylinderlinsenpaar und am Zylinderlinsenpaar vorbei propagieren unterschiedlich.
  • Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der die Spotabstands-Verstelleinrichtung mehrere unterschiedliche Auslenkungspositionen einnehmen kann, in der die optischen Ebenen der Zylinderlinsen bezüglich der Brechungsrichtung unterschiedlich weit zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere wobei in einem Verstellbereich unterschiedliche Verstellpositionen der Spotabstands-Verstelleinrichtung kontinuierlich eingestellt werden können. Entsprechend können mehrere unterschiedliche Spotabstände der Laserspots eingestellt werden. Mit einem kontinuierlichen Verstellbereich können Laserspotabstände kontinuierlich eingestellt werden. Dadurch ist die Schweißoptik besonders flexibel einsetzbar.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe weiterhin aufweist:
    • - eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung, mit der die zwei Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars bezüglich der Nichtbrechungsrichtung verschoben werden können, insbesondere gemeinsam verschoben werden können. Durch Verschiebung des Zylinderlinsenpaars bezüglich der Nichtbrechungsrichtung kann auf einfache Weise der Anteil des Strahlquerschnitts des Laserstrahls, der mit dem Zylinderlinsenpaar überlappt, im Verhältnis zu dem Anteil des Strahlquerschnitts, der nicht mit dem Zylinderlinsenpaar überlappt, verändert werden. Dadurch kann eine Verteilung der Energie des (Ausgangs-)Laserstrahls auf einen mittels des Zylinderlinsenpaars verschobenen Strahlanteil („verschobene(r) Laserspot(s)“) und einen mittels des Zylinderlinsenpaars nicht beeinflussten Strahlanteils („unverschobene(r) Laserspot(s)“) flexibel ausgewählt werden, was in entsprechenden Intensitäten der Laserspots resultiert. Die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung ist typischerweise automatisiert motorisch verstellbar.
  • Vorteilhaft ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der bei einer jeweiligen Strahlaufteilungsbaugruppe die beiden Zylinderlinsen auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sind, wobei der gemeinsame Schlitten mittels der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung an der Schweißoptik bezüglich der Nichtbrechungsrichtung verfahrbar ist, und wobei eine der Zylinderlinsen mittels der Spotabstands-Verstelleinrichtung auf dem gemeinsamen Schlitten bezüglich der Brechungsrichtung verfahrbar ist. Der gemeinsame Schlitten ermöglicht auf einfache Weise ein gemeinsames Verfahren der beiden Zylinderlinsen. Spotabstände und Intensitätsverteilung können unabhängig voneinander und mit geringem Aufwand eingestellt werden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißoptik ist vorgesehen, dass die Quelle für den Ausgangslaserstrahl durch ein Faserende eines Lichtleitkabels gebildet wird, und dass eine Faserende-Verschiebevorrichtung vorhanden ist, mit der das Faserende transversal zur Kollimationseinrichtung (bzw. zur optischen Achse der Schweißoptik) verschiebbar ist. Durch die Faserende-Verschiebevorrichtung kann, alternativ oder zusätzlich zu einer Spotintensitäts-Verstelleinrichtung, der Anteil des Strahlquerschnitts des Laserstrahls, der mit einem jeweiligen Zylinderlinsenpaar überlappt, im Verhältnis zu dem Anteil des Strahlquerschnitts, der nicht mit dem Zylinderlinsenpaar überlappt, verändert werden und dadurch die Intensität der Laserspots verändert werden. Die Faserende-Verschiebevorrichtung kann in eine Fasersteckerhalterung integriert sein. In der Regel ist der eingerichtete Verfahrweg des Faserendes relativ klein, so dass die möglichen Änderungen der Intensitäten der Laserspots durch eine Faserverschiebung vergleichsweise gering sind; jedoch können die Intensitäten der Laserspots sehr präzise justiert werden.
  • Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der die Quelle für den Ausgangslaserstrahl ein Faserende einer Multifaser ist, aus dem der Ausgangslaserstrahl als vorgeformter Laserstrahl mit einem Kernanteil und einem Ringanteil austreten kann, insbesondere wobei die Multifaser eine 2-in-1-Faser ist, aus deren Faserende der Ausgangslaserstrahl austreten kann. Der verformte Laserstrahl mit Kernanteil und Ringanteil (wobei im Kernanteil in der Regel eine deutlich größere mittlere Leistungsdichte herrscht als im Ringanteil, meist um wenigstens einen Faktor 4) kann in vielen Schweißsituationen dazu beitragen, ein ruhiges Schmelzbad zu erhalten, und die Schweißqualität zu verbessern. Man beachte, dass auch der oder die am Werkstück eingesetzten Laserspots dann einen entsprechenden Kernanteil und Ringanteil aufweisen. Durch Verschiebung von Laserspots im Rahmen der Erfindung können die Laserspots, und insbesondere die Ringanteile, flexibel positioniert und aneinander angenähert werden, und falls gewünscht einander berührend oder einander überlappend angeordnet werden. Die Multifaser besitzt eine Kernfaser und wenigstens eine Ringfaser, die die Kernfaser ringförmig umgibt, im Falle der 2-in-1-Faser genau eine Ringfaser. Aus der Kernfaser resultiert der Kernanteil, und aus der Ringfaser oder den mehreren Ringfasern insgesamt resultiert der Ringanteil.
  • Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der die Kollimationseinrichtung wenigstens eine, bevorzugt genau eine, Kollimationslinse umfasst. Dies ist einfach einzurichten und hat sich in der Praxis bewährt.
  • Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Fokussiereinrichtung wenigstens eine, bevorzugt genau eine, Fokussierlinse umfasst. Dies ist ebenfalls einfach einzurichten und hat sich in der Praxis bewährt.
  • In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch die Verwendung einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Schweißoptik, die dadurch gekennzeichnet ist,
    dass in die Schweißoptik ein Ausgangslaserstrahl eingespeist wird, mit der Schweißoptik ein umgeformter Laserstrahl in Richtung auf ein Werkstück fokussiert wird, und der umgeformte Laserstrahl eine Schweißkontur am Werkstück abfährt,
    und dass während des Abfahrens der Schweißkontur bei wenigstens einer Strahlaufteilungsbaugruppe die Verstellposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung verstellt wird. Dadurch kann beim Abfahren einer Schweißkontur (die der zu fertigenden Schweißnaht entspricht) an kritischen Stellen, zum Beispiel wo enge Radien durchlaufen werden müssen, die Verfahrensführung (d.h. die Umformung des Laserstrahls) angepasst werden, um den Schweißprozess zu optimieren. Beispielsweise kann in Kurven der Spotabstand im Vergleich zu geraden Abschnitten der Schweißkontur verringert werden. Es ist auch möglich, beim Abfahren der Schweißkontur die Verfahrensführung (insbesondere die Einstellung der Spotabstände und ggf. die Spotanzahl) in einem Regelkreis nachzuführen.
  • Vorteilhaft ist auch eine Variante der obigen erfindungsgemäßen Verwendung, die vorsieht, dass eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe weiterhin aufweist:
    • - eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung, mit der die zwei Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars bezüglich der Nichtbrechungsrichtung verschoben werden können, insbesondere gemeinsam verschoben werden können, und dass während des Abfahrens der Schweißkontur bei wenigstens einer Strahlaufteilungsbaugruppe die Verstellposition der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung verstellt wird. Dadurch kann beim Abfahren der Schweißkontur die Verfahrensführung weiter verfeinert und optimiert werden. Beispielsweise kann in Kurven die Intensität in (bezüglich der lokalen Vorschubrichtung/Schweißrichtung) vorauslaufenden Laserspots verringert und nachlaufenden Laserspots erhöht werden, im Vergleich zu geraden Abschnitten der Schweißkontur.
  • In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die Quelle für den Ausgangslaserstrahl durch ein Faserende eines Lichtleitkabels gebildet wird, dass eine Faserende-Verschiebevorrichtung vorhanden ist, mit der das Faserende transversal zur Kollimationseinrichtung (bzw. zur optischen Achse der Schweißoptik) verschiebbar ist, und dass während des Abfahrens der Schweißkontur die Position des Faserendes verschoben wird. Dadurch kann ebenfalls beim Abfahren der Schweißkontur die Verfahrensführung weiter verfeinert und optimiert werden. Über eine transversale Verschiebung des Faserendes kann der Strahlquerschnitt des Laserstrahls relativ zu den zwei Zylinderlinsen eines jeweiligen Zylinderlinsenpaares verschoben werden und dadurch die Intensität der Laserspots verändert werden.
  • Ebenso in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt die Verwendung einer oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Schweißoptik, die dadurch gekennzeichnet ist,
    dass mit der Schweißoptik verschiedene Werkstücke nacheinander geschweißt werden, wobei jeweils in die Schweißoptik ein Ausgangslaserstrahl eingespeist wird, mit der Schweißoptik ein umgeformter Laserstrahl in Richtung auf ein Werkstück fokussiert wird, und der umgeformte Laserstrahl eine Schweißkontur am Werkstück abfährt,
    und dass zwischen dem Schweißen der verschiedenen Werkstücke die Verstellposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung verstellt wird. Durch das Verstellen der Spotabstands-Verstelleinrichtung kann die Verfahrensführung mit geringem Aufwand an verschiedene Werkstücke (d.h. verschiedene Sätze von zu verschweißenden Werkstücken), insbesondere deren unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Werkstückgeometrien beim Verschweißen, angepasst werden und dadurch der Schweißprozess bei einem Typenwechsel von zu verschweißenden Werkstücken optimiert werden. Insbesondere kann bei einem Typenwechsel die Anzahl der eingesetzten Laserspots verändert und/oder ein Spotabstand verändert werden. Man beachte, dass falls gleiche Werkstücke (d.h. gleiche Sätze von zu verschweißenden Werkstücken) nacheinander verschweißt werden, in der Regel keine Änderung der Verstellposition erfolgt, wenn die Werkstücke gewechselt werden.
  • Vorteilhaft ist eine Variante der obigen erfindungsgemäßen Verwendung, die vorsieht, dass eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe weiterhin aufweist:
    • - eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung, mit der die zwei Zylinderlinsen des Zylinderlinsenpaars bezüglich der Nichtbrechungsrichtung verschoben werden können, insbesondere gemeinsam verschoben werden können, und dass zwischen dem Schweißen der verschiedenen Werkstücke die Verstellposition der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung verstellt wird. Dadurch kann bei einem Typenwechsel der zu verschweißenden Werkstücke der Schweißprozess noch feiner angepasst und weiter optimiert werden.
  • In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die Quelle für den Ausgangslaserstrahl durch ein Faserende eines Lichtleitkabels gebildet wird, dass eine Faserende-Verschiebevorrichtung vorhanden ist, mit der das Faserende transversal zur Kollimationseinrichtung (bzw. zur optischen Achse der Schweißoptik) verschiebbar ist, und dass zwischen dem Schweißen der verschiedenen Werkstücke die Position des Faserendes verschoben wird. Dadurch kann ebenfalls bei einem Typenwechsel der zu verschweißenden Werkstücke der Schweißprozess noch feiner angepasst und weiter optimiert werden. Über eine transversale Verschiebung des Faserendes kann der Strahlquerschnitt des Laserstrahls relativ zu den zwei Zylinderlinsen eines jeweiligen Zylinderlinsenpaares verschoben werden und dadurch die Intensität der Laserspots verändert werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln 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.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißoptik mit einer Strahlumformungseinrichtung umfassend eine Strahlaufteilungsbaugruppe;
    • 2 zeigt die erfindungsgemäße Schweißoptik aus 1 um 90° um die optische Achse gedreht;
    • 3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißoptik mit einer Strahlumformungseinrichtung umfassend zwei Strahlaufteilungsbaugruppen;
    • 4 zeigt die erfindungsgemäße Schweißoptik aus 3 um 90° um die optische Achse gedreht;
    • 5 erläutert schematisch die Regelung der Leistungsverteilung der Laserspots mit der erfindungsgemäßen Schweißoptik aus 3;
    • 6a zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften 2-in-1-Faser für die Erfindung im Querschnitt, wie sie als Lichtleitkabel und Quelle für den Ausgangslaserstrahl für die Schweißoptik in den 1-4 verwendet werden kann;
    • 6b zeigt eine schematische Darstellung eines Ausgangslaserstrahls im Querschnitt, wie er durch die beispielhafte 2-in-1-Faser aus 6a erzeugt werden kann, mit Kernanteil und Ringanteil;
    • 7a zeigt beispielhaft für die Ausführungsform der 1 und 2 in einer schematischen Aufsicht auf eine Oberfläche eines Werkstücks zwei Laserspots eines umgeformten Laserstrahls, jeweils mit Kernanteil und Ringanteil;
    • 7b zeigt beispielhaft für die Ausführungsform der 3 und 4 in einer schematischen Aufsicht auf eine Oberfläche eines Werkstücks vier Laserspots eines umgeformten Laserstrahls, jeweils mit Kernanteil und Ringanteil;
    • 8a zeigt ein experimentelles Bild eines einzelnen durch eine erfindungsgemäße Schweißoptik ähnlich wie in 3 erzeugten Laserspots;
    • 8b zeigt ein experimentelles Bild zweier durch eine erfindungsgemäße Schweißoptik ähnlich wie in 3 erzeugter Laserspots;
    • 8c zeigt ein experimentelles Bild zweier durch eine erfindungsgemäße Schweißoptik ähnlich wie in 3 erzeugter Laserspots, die weiter auseinanderliegen als in 8b;
    • 9a zeigt ein experimentelles Bild von vier durch die erfindungsgemäße Schweißoptik von 3 erzeugten Laserspots, jeweils mit Kernanteil und Ringanteil, in rechteckiger Formation;
    • 9b zeigt ein experimentelles Bild von vier durch die erfindungsgemäße Schweißoptik von 3 erzeugten Laserspots, jeweils mit Kernanteil und Ringanteil, in quadratischer Formation.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißoptik 1 mit einer Strahlumformungseinrichtung 2 umfassend eine Strahlaufteilungsbaugruppe 3. Das Koordinatensystem ist so gewählt, dass die x-Achse nach oben, die y-Achse aus der Zeichenebene heraus und die z-Achse nach rechts zeigt. Eine optische Achse OA der Schweißoptik 1 erstreckt sich in Richtung der z-Achse.
  • Die Schweißoptik 1 umfasst eine Quelle 5 für einen Ausgangslaserstrahl 6, wobei die Quelle 5 hier durch ein Faserende 7 eines Lichtleitkabels 4 gebildet wird. In der hier gezeigten Form ist als Lichtleitkabel 4 eine Multifaser 4a, genauer eine 2-in-1-Faser 4b (siehe hierzu 6a), gewählt. Alternativ und hier nicht gezeigt kann als Lichtleitkabel 4 auch eine einfache Faser gewählt werden. Der Ausgangslaserstrahl 6 tritt hier als ein vorgeformter Laserstrahl 8 aus dem Faserende 7 der Multifaser 4a aus, wobei der vorgeformte Laserstrahl 8 einen Kernanteil und einen Ringanteil aufweist (siehe hierzu 6b).
  • Das Faserende 7 liegt im Fokus einer Kollimationseinrichtung 9, hier einer Kollimationslinse 9a. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Kollimationseinrichtung 9 auch mehrere Fokuslinsen 9a umfassen. Der vorgeformte Laserstrahl 8 wird als ein einfallender Laserstrahl 10a an der Kollimationslinse 9a kollimiert und als ein kollimierter Laserstrahl 11 weitergeführt. Der kollimierte Laserstrahl 11 trifft als ein einfallender Laserstrahl 10b auf die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2.
  • Die Strahlumformungseinrichtung 2 ist hier mit lediglich einer Strahlaufteilungsbaugruppe 3 ausgebildet. Die Strahlaufteilungsgruppe 3 weist ein Zylinderlinsenpaar 12 auf, welches zwei Zylinderlinsen 13 mit Brennweiten ± fzyl umfasst. Eine erste Zylinderlinse 13a mit der Brennweite +fzyl weist auf einer Seite (Vorderseite) eine konvex gekrümmte Oberfläche 14a auf; die andere Seite (Rückseite) ist hier eben ausgebildet. Eine zweite Zylinderlinse 13b mit der Brennweite -fzyl weist auf einer Seite (Rückseite) eine konkav gekrümmte Oberfläche 14b auf; die andere Seite (Vorderseite) ist hier eben ausgebildet. Die beiden Brennweiten besitzen den gleichen Betrag, aber ein umgekehrtes Vorzeichen. Die Zylinderlinsen 13a, 13b weisen also eine gegengleiche Brennweite auf. Die optischen Ebenen OE1, OE2 der Zylinderlinsen 13a, 13b (die hier senkrecht zur Zeichenebene von 1 liegen) sind zueinander parallel. Eine gemeinsame Brechungsrichtung BR der Zylinderlinsen 13 verläuft hier in Richtung der x-Achse und somit senkrecht zu den optischen Ebenen OE1, OE2 und der optischen Achse OA. Die Zylinderlinsen 13 verlaufen in Brechungsrichtung BR gekrümmt. Eine gemeinsame Nichtbrechungsrichtung NBR der Zylinderlinsen 13 verläuft hier in Richtung der y-Achse und somit parallel zu den optischen Ebenen OE1, OE2 und senkrecht zu der optischen Achse OA. Die Zylinderlinsen 13 verlaufen in Nichtbrechungsrichtung NBR translationsinvariant (siehe hierzu auch 2). Die Zylinderlinsen 13 sind hintereinander bezüglich der optischen Achse OA angeordnet. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform können die Zylinderlinsen 13a, 13b auch auf beiden Seiten eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
  • Die Strahlaufteilungsbaugruppe 3 weist weiterhin eine Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 und in der hier gezeigten Ausführungsform auch eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16 auf. Die beiden Linsen 13a, 13b sind auf einem gemeinsamen Schlitten 17 angeordnet, wobei in der gezeigten Ausführungsform die erste Linse 13a auf dem gemeinsamen Schlitten 17 ortsfest angeordnet ist und die zweite Linse 13b mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 in x-Richtung verfahrbar ist. Die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 ist hierfür auf dem gemeinsamen Schlitten 17 angeordnet. Der gemeinsame Schlitten 17 (mitsamt der Linsen 13a, 13b) wiederum ist über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16 gegenüber der übrigen Schweißoptik 1 in y-Richtung verfahrbar (vgl. 2). Über die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 können die zwei Zylinderlinsen 13 des Zylinderlinsenpaares 12 also bezüglich der Brechungsrichtung BR (hier x-Richtung) relativ zueinander verschoben werden, und über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16 können die zwei Zylinderlinsen 13 des Zylinderlinsenpaares 12 bezüglich der Nichtbrechungsrichtung NBR (hier y-Richtung) verschoben werden. In der hier gezeigten Ausführungsform werden die Zylinderlinsen 13 mit der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16 gemeinsam verschoben. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Zylinderlinsen 13a, 13b einzeln in y-Richtung verschoben werden können (wobei gleichwohl in der Regel gleiche Verschiebewege in y-Richtung angewandt werden).
  • In der in 1 gezeigten Situation nimmt die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 als Verstellposition eine Auslenkungsposition ein. Die zweite Zylinderlinse 13b wurde in x-Richtung um eine Länge Δx aus einer Grundposition, in der die optischen Ebenen OE1 und OE2 zusammenfallen, verschoben. Die optischen Ebenen OE1, OE2 der Zylinderlinsen 13a, 13b sind in 1 bezüglich der Brechungsrichtung BR nun zueinander entsprechend um Δx versetzt angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsform können unterschiedliche Auslenkungspositionen der zweiten Linse 13b bezüglich der x-Richtung in einem Verstellbereich der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 eingestellt werden. Entsprechend der jeweiligen Auslenkungsposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 können die optischen Ebenen OE1, OE2 der Zylinderlinsen 13a, 13b bezüglich der Brechungsrichtung BR unterschiedlich weite Abstände zueinander aufweisen. Die Einstellung der unterschiedlichen Auslenkungspositionen kann in der hier gezeigten Ausführungsform kontinuierlich erfolgen. Alternativ und hier nicht gezeigt kann die Einstellung der unterschiedlichen Verstellpositionen auch in diskreten Schritten erfolgen. Mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15 kann weiterhin auch die Grundposition angefahren werden, in welcher die optischen Ebenen OE1, OE2 der Zylinderlinsen 13a, 13b zusammenfallen (hier nicht näher dargestellt).
  • In der hier gezeigten Ausführungsform trifft der kollimierte Laserstrahl 11 als einfallender Laserstrahl 10b auf die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2. Ein Strahlquerschnitt 19 des kollimierten Laserstrahls 11 liegt dabei in Richtung der x-Achse komplett im Bereich der Zylinderlinsen 13. In Richtung der y-Achse sind die Zylinderlinsen 13 so angeordnet, dass sie mit einem Teil des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 überlappen. Mit einem weiteren Teil des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 überlappen die Zylinderlinsen 13 nicht (siehe hierzu 2).
  • Der kollimierte Laserstrahl 11 wird an der Strahlumformungseinrichtung 2 umgeformt. Wegen der zueinander verschobenen Zylinderlinsen 13a, 13b erfährt der Teil des kollimierten Laserstrahls 11, der auf das Zylinderlinsenpaar 12 trifft, eine Ablenkung. Ein dieser Ablenkung entsprechender Winkelversatz Δβ ist dabei ungefähr gleich dem Quotienten der Länge Δx und der Brennweite fzyl (also Δβ≈Δx/fzyl). Ein weiterer Teil des kollimierten Laserstrahls 11, der nicht auf das Zylinderlinsenpaar 12 trifft, bleibt unabgelenkt. Der in dieser Weise umgeformte Laserstrahl 20 umfasst entsprechend zwei Teilstrahlen, nämlich den abgelenkten Teilstrahl 20b und den unabgelenkten Teilstrahl 20a.
  • Weiterhin umfasst die Schweißoptik 1 eine Fokussiereinrichtung 21, hier eine Fokussierlinse 21a mit einer Brennweite fF. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Fokussiereinrichtung 21 auch mehrere Fokussierlinsen 9a umfassen. Der umgeformte Laserstrahl 20 trifft als ein einfallender Laserstrahl 10c auf die Fokussierlinse 21a und wird in Richtung eines zu schweißenden Werkstücks 22 fokussiert. Der fokussierte, umgeformte Laserstrahl 20 erzeugt dann zwei Laserspots 23a, 23b auf einer Oberfläche 22a des Werkstücks 22; in der gezeigten Ausführungsform wird der ungeformte Laserstrahl 20 auf die Oberfläche des Werkstücks 22 fokussiert. Ein Ortsversatz Δb zwischen den zwei Laserspots 23a, 23b ist dabei ungefähr gleich dem Produkt der Brennweite fF und dem Winkelversatz Δβ (also Δb=fF·Δβ=fF·Δx/fzyl). In der hier gezeigten Ausführungsform lässt sich der Ortsversatz Δb durch Verschiebung der Zylinderlinse 13b bezüglich der x-Richtung vergrößern oder verkleinern. Entsprechend der Verschiebung vergrößert oder verringert sich dann der Ortsversatz Δb zwischen den zwei Laserspots 23, und die Laserspots 23a, 23b rücken weiter auseinander oder näher zusammen.
  • In der hier gezeigten Ausführungsform befindet sich die Strahlumformungseinrichtung 2 in einem Strahlengang 24 des Laserstrahls 25 zwischen der Kollimationseinrichtung 9 und der Fokussiereinrichtung 21. In weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsformen ist es alternativ möglich, dass die Strahlumformungseinrichtung 3 zwischen der Quelle 5 des Ausgangslaserstrahls 6 und der Kollimationseinrichtung 9 (typischerweise nahe bei dieser) angeordnet ist, oder dass die Strahlumformungseinrichtung 2 nach der Fokussiereinrichtung 21 (und typischerweise nahe bei dieser) angeordnet ist.
  • 2 zeigt die Schweißoptik 1 aus 1 um 90° gedreht. Das Koordinatensystem ist dann in 2 so ausgerichtet, dass die x-Achse aus der Zeichenebene heraus, die y-Achse nach oben und die z-Achse nach rechts zeigt.
  • In der hier gezeigten Ausführungsform trifft der kollimierte Laserstrahl 11 als einfallender Laserstrahl 10b auf die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2. Der Strahlquerschnitt 19 des kollimierten Laserstrahls 19 liegt dabei in Richtung der x-Achse komplett im Bereich der Zylinderlinsen 13 (siehe bei 1). In Richtung der y-Achse sind die Zylinderlinsen 13 so angeordnet, dass sie mit dem (in 2 oberen) Teil 19b des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11, der hier ungefähr der Hälfte des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 entspricht, überlappen. Mit dem weiteren (in 2 unteren) Teil 19a des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11, der hier ungefähr der (übrigen) Hälfte des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 entspricht, überlappen die Zylinderlinsen 13 nicht. Aus dem oberen Teil 19b ergibt sich der abgelenkte Teilstrahl (20b in 1), und aus dem unteren Teil 19a ergibt sich der unabgelenkte Teilstrahl (20a in 1).
  • Man beachte, dass mit den Zylinderlinsen 13 in der Grundposition (mit Δx=0) im oberen Teil 19b des Laserstrahls keine Ablenkung erfolgen würde, und entsprechend nur ein Laserspot erzeugt würde (nicht näher dargestellt).
  • Die 3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißoptik 1 mit der Strahlumformungseinrichtung 2 umfassend zwei Strahlaufteilungsbaugruppen 3', 3". Das Koordinatensystem ist so gewählt, dass die x-Achse nach oben, die y-Achse aus der Zeichenebene heraus und die z-Achse nach rechts zeigt. Die optische Achse OA der Schweißoptik 1 erstreckt sich in Richtung der z-Achse.
  • Die Schweißoptik 1 umfasst die Quelle 5 für den Ausgangslaserstrahl 6, wobei die Quelle 5 durch das Faserende 7 des Lichtleiterkabels 4 gebildet wird. In der hier gezeigten Ausführungsform wird als Lichtleiterkabel 4 die Multifaser 4a, genauer die 2-in-1-Faser 4b (siehe hierzu 6a), gewählt. Alternativ und hier nicht gezeigt kann als Lichtleitkabel 4 auch eine einfache Faser gewählt werden. Der Ausgangslaserstrahl 6 tritt hier als der vorgeformter Laserstrahl 8 aus dem Faserende 7 der Multifaser 4a aus, wobei der vorgeformte Laserstrahl 8 einen Kernanteil und einem Ringanteil aufweist (siehe hierzu 6b).
  • Das Faserende 7 liegt im Fokus der Kollimationseinrichtung 9, hier der Kollimationslinse 9a. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Kollimationseinrichtung 9 mehrere Fokuslinsen 9a umfassen. Der vorgeformte Laserstrahl 8 wird als einfallender Laserstrahl 10a an der Kollimationslinse 9a kollimiert und als kollimierter Laserstrahl 11 weitergeführt. Der kollimierte Laserstrahl 11 trifft als einfallender Laserstrahl 10b auf die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2.
  • Die Strahlumformungseinrichtung 2 ist hier mit zwei Strahlaufteilungsbaugruppen 3', 3" ausgebildet. In der hier gezeigten Ausführungsform kreuzen sich die Strahlaufteilungsbaugruppen 3', 3" unter einem Winkel von 90°. Die detaillierte Beschreibung der Strahlaufteilungsbaugruppe 3' erfolgt vorwiegend anhand von 3, und die detaillierte Beschreibung der Strahlaufteilungsbaugruppe 3" erfolgt vorwiegend anhand von 4, wobei die 4 die Schweißoptik von 3 um 90° um die z-Achse gedreht zeigt.
  • Erste Strahlaufteilungsbaugruppe 3' (Fig. 3):
  • Die erste Strahlaufteilungsbaugruppe 3' weist ein Zylinderlinsenpaar 12' auf, welches zwei Zylinderlinsen 13' mit Brennweiten ± fzyl' umfasst. Eine erste Zylinderlinse 13a' mit der Brennweite +fzyl' weist auf einer Seite (Vorderseite) eine konvex gekrümmte Oberfläche 14a' auf; die andere Seite (Rückseite) ist hier eben ausgebildet. Die zweite Zylinderlinse 13b' mit der Brennweite -fzyl' weist auf einer Seite (Rückseite) eine konkav gekrümmte Oberfläche 14b' auf; die andere Seite (Vorderseite) ist hier eben ausgebildet. Die beiden Brennweiten besitzen den gleichen Betrag, aber ein umgekehrtes Vorzeichen. Die Zylinderlinsen 13a', 13b' weisen also eine gegengleiche Brennweite auf. Die optischen Ebenen OE1', OE2' der Zylinderlinsen 13a', 13b' (die hier senkrecht zur Zeichenebene von 3 liegen) sind zueinander parallel. Eine gemeinsame Brechungsrichtung BR' der Zylinderlinsen 13' verläuft hier in Richtung der x-Achse und somit senkrecht zu den optischen Ebenen OE1', OE2' und der optischen Achse OA. Die Zylinderlinsen 13' verlaufen in Brechungsrichtung BR' gekrümmt. Eine gemeinsame Nichtbrechungsrichtung NBR' der Zylinderlinsen 13' verläuft hier in Richtung der y-Achse und somit parallel zu den optischen Ebenen OE1', OE2' und senkrecht zu der optischen Achse OA. Die Zylinderlinsen 13' verlaufen in Nichtbrechungsrichtung NBR' translationsinvariant (siehe hierzu auch 4). Die Zylinderlinsen 13' sind hintereinander bezüglich der optischen Achse OA angeordnet. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform können die Zylinderlinsen 13a', 13b' auf beiden Seiten eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
  • Die erste Strahlaufteilungsbaugruppe 3' weist weiterhin eine Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' und in der hier gezeigten Ausführungsform auch eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16' auf. Die beiden Linsen 13a', 13b' sind auf einem gemeinsamen Schlitten 17' angeordnet, wobei in der gezeigten Ausführungsform die erste Linse 13a' auf dem gemeinsamen Schlitten 17' ortsfest angeordnet ist und die zweite Linse 13b' mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' in x-Richtung verfahrbar ist. Die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' ist hierfür auf dem gemeinsamen Schlitten 17' angeordnet. Der gemeinsame Schlitten 17' (mitsamt der Linsen 13a', 13b') wiederum ist über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16' gegenüber der übrigen Schweißoptik 1 in y-Richtung verfahrbar (siehe hierzu auch 4). Über die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' können die zwei Zylinderlinsen 13' des Zylinderlinsenpaares 12' also bezüglich der Brechungsrichtung BR' (hier x-Richtung) relativ zueinander verschoben werden, und über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16' können die zwei Zylinderlinsen 13' des Zylinderlinsenpaares 12' bezüglich der Nichtbrechungsrichtung NBR' (hier y-Richtung) verschoben werden. In der hier gezeigten Ausführungsform werden die Zylinderlinsen 13' mit der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16' gemeinsam verschoben. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Zylinderlinsen 13a', 13b' einzeln in y-Richtung verschoben werden können (wobei gleichwohl in der Regel gleiche Verschiebewege in y-Richtung angewandt werden).
  • In der hier gezeigten Situation nimmt die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' als Verstellposition eine Auslenkungsposition ein. Die zweite Zylinderlinse 13b' wurde in x-Richtung um die Länge Δx aus einer Grundposition, in der die optischen Ebenen OE1' und OE2' zusammenfallen, verschoben. Die optischen Ebenen OE1', OE2' der Zylinderlinsen 13a', 13b' sind in 3 bezüglich der Brechungsrichtung BR' nun zueinander entsprechend um Δx versetzt angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsform können unterschiedliche Auslenkungspositionen der zweiten Linse 13b' bezüglich der x-Richtung in einem Verstellbereich der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' eingestellt werden. Entsprechend der jeweiligen Auslenkungsposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' können die optischen Ebenen OE1', OE2' der Zylinderlinsen 13a', 13b' bezüglich der Brechungsrichtung BR' unterschiedlich weite Abstände zueinander aufweisen. Die Einstellung der unterschiedlichen Auslenkungspositionen kann in der hier gezeigten Ausführungsform kontinuierlich erfolgen. Alternativ und hier nicht gezeigt, kann die Einstellung der unterschiedlichen Verstellpositionen auch in diskreten Schritten erfolgen. Mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15' kann weiterhin auch die Grundposition angefahren werden, in welcher die optischen Ebenen OE1', OE2' der Zylinderlinsen 13a', 13b' zusammenfallen (hier nicht näher dargestellt).
  • In der hier gezeigten Ausführungsform trifft der kollimierte Laserstrahl 11 als einfallender Laserstrahl 10b auf die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2. Der Strahlquerschnitt 19 des kollimierten Laserstrahls 11 liegt dabei in Richtung der x-Achse komplett im Bereich der Zylinderlinsen 13'. In Richtung der y-Achse sind die Zylinderlinsen 13' so angeordnet, dass sie mit einem Teil des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 überlappen. Mit einem weiteren Teil des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 überlappen die Zylinderlinsen 13' nicht (siehe hierzu 4).
  • In Richtung der x-Achse sind Zylinderlinsen 13" der zweiten Strahlaufteilungsbaugruppe 3'' so angeordnet, dass sie mit dem (in 3 oberen) Teil 19b'' des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten (und teilweise umgeformten) Laserstrahls 11, der hier ungefähr der Hälfte des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 entspricht, überlappen. Mit dem weiteren (in 3 unteren) Teil 19a" des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11, der hier ungefähr der (übrigen) Hälfte des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 entspricht, überlappen die Zylinderlinsen 13'' nicht. Aus dem oberen Teil 19b'' ergibt sich ein abgelenkter Teilstrahl (20b'' in 4), und aus dem unteren Teil 19a'' ergibt sich ein unabgelenkter Teilstrahl (20a'' in 4).
  • Man beachte, dass mit den Zylinderlinsen 13" in der Grundposition (mit Δy=0) im oberen Teil 19b'' des Laserstrahls 25 keine Ablenkung erfolgen würde.
  • Der kollimierte Laserstrahl 11 wird an der Strahlumformungseinrichtung 2 umgeformt. Wegen der zueinander verschobenen Zylinderlinse 13a', 13b' erfährt der Teil des kollimierten Laserstrahls 11, der auf das Zylinderlinsenpaar 12' trifft, eine Ablenkung. Ein dieser Ablenkung entsprechender Winkelversatz Δβx ist dabei ungefähr gleich dem Quotienten der Länge Δx und der Brennweite fzyl' (also Δβx≈Δx/fzyl'). Ein weiterer Teil des kollimierten Laserstrahls 11, der nicht auf das Zylinderlinsenpaar 12' trifft, bleibt (bezüglich der Zylinderlinsen 13' des linken Zylinderlinsenpaars 12') unabgelenkt. Der in dieser Weise umgeformte Laserstrahl 20 umfasst entsprechend (in der Projektion von 3) zwei Teilstrahlen, nämlich den abgelenkten Teilstrahl 20a' und den unabgelenkten Teilstrahl 20b'. Zur weiteren Umformung des umgeformten Laserstrahls 20 durch die Zylinderlinsen 13" des rechten Zylinderlinsenpaars 12" siehe weiter unten.
  • Weiterhin umfasst die Schweißoptik 1 die Fokussiereinrichtung 21, hier die Fokussierlinse 21a mit der Brennweite fF. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Fokussiereinrichtung 21 auch mehrere Fokussierlinsen 9a umfassen. Der umgeformte Laserstrahl 20 trifft als einfallender Laserstrahl 10c auf die Fokussierlinse 21a und wird in Richtung des zu schweißenden Werkstücks 22 fokussiert. Der fokussierte, umgeformte Laserstrahl 20 erzeugt dann mehrere Laserspots; in der Projektion der 3 sind zwei Laserspots 23a', 23b' auf der Oberfläche 22a des Werkstücks 22 zu sehen. In der gezeigten Ausführungsform wird der umgeformte Laserstrahl 20 auf die Oberfläche des Werkstücks 22 fokussiert. Ein Ortsversatz Δbx zwischen den zwei Laserspots 23a', 23b' ist dabei ungefähr gleich dem Produkt der Brennweite fF und dem Winkelversatz Δβx (also Δbx=fF·Δβx=fF·Δx/fzyl'). In der hier gezeigten Ausführungsform lässt sich der Ortsversatz Δbx durch Verschiebung der Zylinderlinse 13b' bezüglich der x-Richtung vergrößern oder verkleinern. Entsprechend der Verschiebung vergrößert oder verringert sich dann der Ortsversatz Δbx zwischen den zwei Laserspots 23a', 23b', und die Laserspots 23a', 23b' rücken weiter auseinander oder näher zusammen.
  • Zweite Strahlaufteilungsbaugruppe 3" (Fig. 4):
  • 4 zeigt die Schweißoptik 1 aus 3 um 90° gedreht. Das Koordinatensystem ist dann in 4 so ausgerichtet, dass die y-Achse nach oben, die x-Achse in die Zeichenebene hinein und die z-Achse nach rechts zeigt.
  • Die zweite Strahlaufteilungsbaugruppe 3" weist ein Zylinderlinsenpaar 12" auf, welches zwei Zylinderlinsen 13" mit Brennweiten ± fzyl''umfasst. Eine ersten Zylinderlinse 13a'' mit der Brennweite +fzyl''weist auf einer Seite (Vorderseite) eine konvex gekrümmte Oberfläche 14a'' auf; die andere Seite (Rückseite) ist hier eben ausgebildet. Eine zweite Zylinderlinse 13b'' mit der Brennweite -fzyl'' weist auf einer Seite (Rückseite) eine konkav gekrümmte Oberfläche 14b'' auf; die andere Seite (Vorderseite) ist hier eben ausgebildet. Die beiden Brennweiten besitzen den gleichen Betrag, aber ein umgekehrtes Vorzeichen. Die Zylinderlinsen 13a'', 13b'' weisen also eine gegengleiche Brennweite auf. Man beachte, dass die Brennweiten der verschiedenen Zylinderlinsenpaare 12', 12'' gleich oder auch unterschiedlich gewählt sein können. Die optische Ebenen OE1", OE2" der Zylinderlinsen 13a'', 13b'' (die hier senkrecht zur Zeichenebene von 4 liegen) sind zueinander parallel. Eine gemeinsame Brechungsrichtung BR" der Zylinderlinsen 13" verläuft hier in Richtung der y-Achse und somit senkrecht zu den optischen Ebenen OE1'', OE2" und der optischen Achse OA. Die Zylinderlinsen 13'' verlaufen in Brechungsrichtung BR'' gekrümmt. Die Brechungsrichtungen BR', BR'' der Zylinderlinsenpaare 12', 12" verlaufen um 90° gekreuzt zueinander. Eine gemeinsame Nichtbrechungsrichtung NBR'' der Zylinderlinsen 13" verläuft hier in Richtung der x-Achse und somit parallel zu den optischen Ebenen OE1", OE2" und senkrecht zu der optischen Achse OA. Die Zylinderlinsen 13" verlaufen in Nichtbrechungsrichtung NBR'' translationsinvariant (siehe hierzu auch 3). Die Zylinderlinsen 13" sind hintereinander bezüglich der optischen Achse OA angeordnet. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform, können die Zylinderlinsen 13a'', 13b'' auch auf beiden Seiten eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
  • Die zweite Strahlaufteilungsbaugruppe 3" weist weiterhin eine Spotabstands-Verstelleinrichtung 15" und in der hier gezeigten Ausführungsform auch eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16" auf. Die beiden Linsen 13a'', 13b'' sind auf einem gemeinsamen Schlitten 17" angeordnet, wobei in der gezeigten Ausführungsform die erste Linse 13a'' auf dem gemeinsamen Schlitten 17'' ortsfest angeordnet ist und die zweite Linse 13b'' mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15'' in y-Richtung verfahrbar ist. Die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15'' ist hierfür auf dem gemeinsamen Schlitten 17" angeordnet. Der gemeinsame Schlitten 17" (mitsamt der Linsen 13a'', 13b'') wiederum ist über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16" gegenüber der übrigen Schweißoptik 1 in x-Richtung verfahrbar. Über die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15" können die zwei Zylinderlinsen 13" des Zylinderlinsenpaares 12" also bezüglich der Brechungsrichtung BR'' (hier y-Richtung) relativ zueinander verschoben werden, und über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16" können die zwei Zylinderlinsen 13" des Zylinderlinsenpaares 12" bezüglich der Nichtbrechungsrichtung NBR'' (hier x-Richtung) verschoben werden. In der hier gezeigten Ausführungsform werden die Zylinderlinsen 13" mit der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung 16" gemeinsam verschoben. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Zylinderlinsen 13a'', 13b'' einzeln in x-Richtung verschoben werden können (wobei gleichwohl in der Regel gleiche Verschiebewege in x-Richtung angewandt werden).
  • In der hier gezeigten Ausführungsform nimmt die Spotabstands-Verstelleinrichtung 15" als Verstellposition eine Auslenkungsposition ein. Die zweite Zylinderlinse 13b" wurde in y-Richtung um eine Länge Δy aus einer Grundposition, in der die optische Ebenen OE1" und OE2''zusammenfallen, verschoben. Die optischen Ebenen OE1", OE2" der Zylinderlinsen 13a'', 13b'' sind in 4 bezüglich der Brechungsrichtung nun zueinander entsprechend um Δy versetzt angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsform können unterschiedliche Auslenkungspositionen der zweiten Linse 13b'' bezüglich der y-Richtung in einem Verstellbereich der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15" eingestellt werden. Entsprechend der jeweiligen Auslenkungsposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15" können die optischen Ebenen OE1", OE2" der Zylinderlinsen 13a'', 13b'' bezüglich der Brechungsrichtung BR'' unterschiedlich weite Abstände zueinander aufweisen. Die Einstellung der unterschiedlichen Auslenkungspositionen kann in der hier gezeigten Ausführungsform kontinuierlich erfolgen. Alternativ und hier nicht gezeigt kann die Einstellung der unterschiedlichen Verstellpositionen auch in diskreten Schritten erfolgen. Mit der Spotabstands-Verstelleinrichtung 15" kann weiterhin auch die Grundposition angefahren werden, in welcher die optischen Ebenen OE1'', OE2'' der Zylinderlinsen 13a'', 13b'' zusammenfallen (hier nicht näher dargestellt).
  • In der hier gezeigten Ausführungsform trifft der kollimierte Laserstrahl 11 als einfallender Laserstrahl 10b auf die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2. Der Strahlquerschnitt 19 des kollimierten (und bei Erreichen des Zylinderlinsenpaars 12" bereits teilweise umgeformten) Laserstrahls 11 liegt dabei in Richtung der y-Achse komplett im Bereich der Zylinderlinsen 13". In Richtung der x-Achse sind die Zylinderlinsen 13" so angeordnet, dass sie mit einem Teil des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 überlappen. Mit einem weiteren Teil des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 überlappen die Zylinderlinsen 13" nicht (siehe hierzu 3).
  • In Richtung der y-Achse sind die Zylinderlinsen 13' der ersten Strahlaufteilungsbaugruppe 3' so angeordnet, dass sie mit dem (in 4 oberen) Teil 19b' des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11, der hier ungefähr der Hälfte des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 entspricht, überlappen. Mit dem weiteren (in 4 unteren) Teil 19a' des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11, der hier ungefähr der (übrigen) Hälfte des Strahlquerschnitts 19 des kollimierten Laserstrahls 11 entspricht, überlappen die Zylinderlinsen 13' nicht. Aus dem oberen Teil 19b' ergibt sich ein abgelenkter Teilstrahl (20b' in 3), und aus dem unteren Teil 19a' ergibt sich ein unabgelenkter Teilstrahl (20a' in 3).
  • Man beachte, dass mit den Zylinderlinsen 13' in der Grundposition (mit Δx=0) im oberen Teil 19b' des Laserstrahls 25 keine Ablenkung erfolgen würde.
  • Der kollimierte Laserstrahl 11 wird an der Strahlumformungseinrichtung 2 umgeformt. Wegen der zueinander verschobenen Zylinderlinse 13a'', 13b'' erfährt der Teil des kollimierten (und bereits teilweise umgeformten) Laserstrahls 11, der auf das Zylinderlinsenpaar 12" trifft, eine Ablenkung. Ein dieser Ablenkung entsprechender Winkelversatz Δβy ist dabei ungefähr gleich dem Quotienten der Länge Δy und der Brennweite fzyl''(also Aßy;zt;Ay/fy,''). Ein weiterer Teil des kollimierten Laserstrahls 11, der nicht auf das Zylinderlinsenpaar 12" trifft, bleibt (durch das Zylinderlinsenpaar 12") unabgelenkt. Der in dieser Weise umgeformte Laserstrahl 20 umfasst (in der Projektion der 4) entsprechend zwei Teilstrahlen, nämlich den abgelenkten Teilstrahl 20a'' und den unabgelenkten Teilstrahl 20b''. Man beachte, dass aufgrund der bereits erfolgten (teilweisen) Umformung am ersten Zylinderlinsenpaar 12' und der weiteren Umformung am Zylinderlinsenpaar 12" hinter dem Zylinderlinsenpaar 12" tatsächlich vier Teilstrahlen vorhanden sind.
  • Wie bereits beschrieben trifft der umgeformte Laserstrahl 20 als einfallender Laserstrahl 10c auf die Fokussierlinse 21a und wird in Richtung des zu schweißenden Werkstücks 22 fokussiert. Der fokussierte, umgeformte Laserstrahl 20 erzeugt dann mehrere Laserspots, von denen in der Projektion von 4 zwei Laserspots 23a'', 23b'' auf der Oberfläche 22a des Werkstücks 22 zu sehen sind. Ein Ortsversatz Δby zwischen den zwei Laserspots 23a'', 23b'' ist dabei ungefähr gleich dem Produkt der Brennweite fF und dem Winkelversatz Δβy (also Δby=fF·Δβy=fF·Δy/fzyl''). In der hier gezeigten Ausführungsform lässt sich der Ortsversatz Δby durch Verschiebung der Zylinderlinse 13b'' bezüglich der y-Richtung vergrößern oder verkleinern. Entsprechend der Verschiebung vergrößert oder verringert sich dann der Ortsversatz Δby zwischen den Laserspots 23, und die Laserspots 23a'', 23b'' rücken weiter auseinander oder näher zusammen.
  • Durch die hier gezeigte Ausführungsform werden in der gezeigten Situation durch die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2 vier Laserspots 23a', 23b', 23a'', 23b'' erzeugt. Wenn dabei Δx=Δy (wobei Δx≠0 und Δy≠0) und |fzyl'=|fzyl''|, so haben die vier Laserspots eine quadratische Anordnung. Alternativ kann die verstellbare Strahlumformungseinrichtung 2 so verstellt werden, dass nur zwei Laserspots 23 erzeugt werden (mit Δx=0 und Δy≠0 oder umgekehrt) oder nur ein Laserspot erzeugt wird (mit Δx=0 und Δy=0) (jeweils hier nicht gezeigt). Dadurch ist die Strahlumformungseinrichtung 2 sehr flexibel einsetzbar.
  • 5 erläutert schematisch die Regelung der Leistungsverteilung bzw. Intensitätsverteilung der Laserspots mit der erfindungsgemäßen Schweißoptik aus 3. Das Koordinatensystem ist in 5 so ausgerichtet, dass die x-Achse nach rechts, die y-Achse nach oben und die z-Achse aus der Zeichenebene heraus zeigt.
  • Das erste Zylinderlinsenpaar 12' der ersten Strahlumformungsbaugruppe ist hier vereinfacht als Rechteck mit durchgezogener Linie dargestellt, das zweite Zylinderlinsenpaar 12" ist hier vereinfacht als Rechteck mit gestrichelter Linie dargestellt. Das erste Zylinderlinsenpaar 12' erzeugt eine Strahlablenkung bezüglich der x-Richtung, und das zweite Zylinderlinsenpaar 12" erzeugt eine Strahlablenkung bezüglich der y-Richtung.
  • Die beiden Zylinderlinsenpaare 12', 12" bilden hier entsprechend ihren lokalen Überlappungen miteinander vier Zonen 32a, 32b, 32c, 32d aus. In Zone 32a wird der einfallende Laserstrahl 10b durch keines der Zylinderlinsenpaare 12', 12" abgelenkt, in Zone 32b wird der einfallen Laserstrahl 10b durch das Zylinderlinsenpaar 12' abgelenkt, in Zone 32c wird der einfallende Laserstrahl 10b durch das Zylinderlinsenpaar 12" abgelenkt und in Zone 32d wird der einfallende Laserstrahl 10b durch beide Zylinderlinsenpaare 12',12" abgelenkt. Entsprechend werden hier aus dem einfallenden Laserstrahl 10b vier Teilstrahlen bzw. vier Laserspots erzeugt. Der einfallende Laserstrahl 10b ist in der in 5 gezeigten Situation relativ zu den Zylinderlinsenpaaren 12', 12" so angeordnet, dass er hier mit jeder der vier Zonen 32a, 32b, 32c, 32d eine gleich große Überlappungsfläche hat. Dadurch ist die Intensität der vier erzeugten Laserspots jeweils gleich groß.
  • Durch Verschieben der Zylinderlinsenpaare 12', 12" relativ zum (hier ortsfest angenommenen) einfallenden Laserstrahl 10b kann die Überlappung des einfallenden Laserstrahls 10b mit den Zonen 32a, 32b, 32c, 32d paarweise verändert werden und damit die Intensität der zugehörigen Laserspots paarweise verändert werden. Das Zylinderlinsenpaar 12' kann mit seiner Spotintensitäts-Verstelleinrichtung in y-Richtung verfahren werden, und das Zylinderlinsenpaar 12" kann mit seiner Spotintensitäts-Verstelleinrichtung in x-Richtung verfahren werden.
  • Wird beispielsweise das Zylinderlinsenpaar 12' in positive y-Richtung verschoben, so vergrößern sich die Überlappflächen, die der einfallende Laserstrahl 10b mit den Zonen 32a und 32c hat, und die Intensität der durch die Zonen 32a und 32c erzeugten Laserspots nimmt zu. Umgekehrt nehmen die Überlappflächen, die der einfallende Laserstrahl 10b mit den Zonen 32b und 32d hat, ab, und die Intensität der durch die Zonen 32b und 32d erzeugten Laserspots nimmt ab.
  • Wird weiterhin beispielsweise das Zylinderlinsenpaar 12" in positive x-Richtung verschoben, so vergrößern sich die Überlappflächen, die der einfallende Laserstrahl 10b mit den Zonen 32c und 32d hat, und die Intensität der durch die Zonen 32c und 32d erzeugten Laserspots nimmt zu. Umgekehrt nehmen die Überlappflächen, die der einfallende Laserstrahl 10b mit den Zonen 32a und 32b hat, ab, und die Intensität der durch die Zonen 32a und 32b erzeugten Laserspots nimmt ab.
  • In 6a ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften 2-in-1-Faser 4b für die Erfindung im Querschnitt gezeigt, wie sie als Lichtleitkabel und Quelle für den Ausgangslaserstrahl für die Schweißoptik in den 1-4 verwendet werden kann.
  • Die 2-in-1-Faser 4b weist eine Kernfaser 26 mit einem Kernfaserdurchmesser KFD und eine Ringfaser 27 mit einem Ringfaserdurchmesser RFD auf. Mit der 2-in-1-Faser kann ein vorgeformter Laserstrahl erzeugt werden, der einen Kernanteil und einen Ringanteil aufweist (siehe hierzu 6b) und als Ausgangslaserstrahl in der Schweißoptik dient. Hierzu wird ein Ursprungslaserstrahl (nicht näher gezeigt) teilweise in die Kernfaser 26 und teilweise in die Ringfaser 27 eingespeist, beispielsweise über einen teilweise in den Ursprungslaserstrahl eingeschobenen optischen Keil. Falls der Ursprungslaserstrahl nur in die Kernfaser 26 eingeleitet wird (also ein Leistungsanteil von 0% in der Ringfaser 27 gewählt wird), kann auch mit der 2-in-1-Faser 4b ein nicht-vorgeformter Laserstrahl erzeugt werden.
  • 6b zeigt eine schematische Darstellung des Ausgangslaserstrahls 6 im Querschnitt, wie er durch die beispielhafte 2-in-1-Faser aus 6a erzeugt werden kann.
  • Der Ausgangslaserstrahl 6 ist ein vorgeformter Laserstrahl 8 und weist den Kernanteil 28 und den Ringanteil 29 auf. Der Ringanteil 29 umgibt dabei den Kernanteil 28. Man beachte, dass eine mittlere Laserintensität im Kernanteil 28 in der Regel höher ist als im Ringanteil 19, meist um einen Faktor von wenigstens vier.
  • 7a zeigt beispielhaft für die Ausführungsform von den 1 und 2 in einer schematischen Aufsicht auf die Oberfläche 22a des Werkstücks 22 zwei Laserspots 23 des umgeformten Laserstrahls, jeweils mit Kernanteil 28 und Ringanteil 29, auf der Oberfläche 22a des Werkstücks 22.
  • Die Laserspots 23 werden bezüglich einer Vorschubrichtung 30 über die Oberfläche 22a des Werkstücks 22 entlang einer Schweißkontur 31 bewegt. Die Laserspots 23 sind hier bezüglich der Vorschubrichtung 30 hintereinander angeordnet.
  • Mit der hier gezeigte Anordnung der Laserspots 23 kann richtungsabhängig geschweißt werden. Die hier gezeigte Anordnung kann beispielsweise bei Aluminium-Werkstoffen zum Profilschweißen genutzt werden.
  • Während des Abfahrens der Schweißkontur 31 kann die Verstellposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung der einen Strahlaufteilungsbaugruppe verstellt werden, sodass die Laserspots 23 näher zusammenrücken oder weiter auseinanderrücken. Über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtung kann außerdem die Intensität der einzelnen Laserspots 23 während des Abfahrens der Schweißkontur 31 verstellt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Verstellpositionen der Spotabstands-Verstelleinrichtung und der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung der einen Strahlaufteilungsbaugruppe auch zwischen dem Schweißen zweier Bauteile verstellt werden, insbesondere wenn sich die Typen der zu verschweißenden Bauteile ändern.
  • 7b zeigt beispielhaft für die Ausführungsform von den 3 und 4 in einer schematischen Aufsicht auf die Oberfläche 22a des Werkstücks 22 vier Laserspots 23 eines umgeformten Laserstrahls 20, jeweils mit Kernanteil 28 und Ringanteil 29, auf der Oberfläche 22a des Werkstücks 22.
  • Die Laserspots 23 werden bezüglich der Vorschubrichtung 30 über die Oberfläche 22a des Werkstücks 22 entlang derer Schweißkontur 31 bewegt. Die Laserspots 23 sind hier quadratisch angeordnet. Für die gezeigte Vorschubrichtung 30 laufen hier zwei Laserspots 23 voraus und zwei Laserspots 23 laufen nach.
  • Mit der hier gezeigten Anordnung der Laserspots 23 kann weitgehend richtungsunabhängig geschweißt werden; auch wenn (beispielsweise in einer Kurve der Schweißkontur) zeitweise ein Laserspot bezüglich der (lokalen) Vorschubrichtung vorausläuft, zwei Laserspots mittig angeordnet sind und ein Laserspot nachläuft, ändert sich das Schweißverhalten nur minimal. Die hier gezeigte Anordnung kann beispielsweise bei Aluminium-Werkstoffen zum richtungsunabhängigen Schweißen verwendet werden.
  • Während des Abfahrens der Schweißkontur 31 können die Verstellpositionen der Spotabstands-Verstelleinrichtungen der beiden Strahlaufteilungsbaugruppen verstellt werden, sodass die Laserspots 23 näher zusammenrücken oder weiter auseinanderrücken. Über die Spotintensitäts-Verstelleinrichtungen kann außerdem die Intensität der Laserspots 23 während des Abfahrens der Schweißkontur 31 verstellt werden. Es können jeweils die Abstände und die Intensitäten der Laserspots 23 paarweise eingestellt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Verstellpositionen der Spotabstands-Verstelleinrichtung und der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung der zwei Strahlaufteilungsbaugruppen auch zwischen dem Schweißen zweier Bauteile verstellt werden, insbesondere wenn sich die Typen der zu verschweißenden Bauteile ändern.
  • Die 8a zeigt ein experimentelles Bild eines einzelnen, durch die erfindungsgemäße Schweißoptik erzeugten Laserspots. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Schweißoptik, ähnlich wie in 3 beschrieben, verwendet. Als Quelle für den Ausgangslaserstrahl diente jedoch eine einfache Faser. Die Brennweites fF der Fokussierlinse betrug 500 mm, die Brennweite fzyl' der ersten Zylinderlinse der ersten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug 2000 mm und die Brennweite fzyl''der zweiten Zylinderlinse der zweiten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug ebenfalls 2000 mm. Δx und Δy betrugen jeweils 0 mm, die Strahlaufteilungsbaugruppen waren also in Grundposition. In der Grundposition wird nur ein einzelner Laserspot erzeugt.
  • Die 8b zeigt ein experimentelles Bild zweier durch die erfindungsgemäße Schweißoptik erzeugten Laserspots. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Schweißoptik, ähnlich wie in 3 beschrieben, verwendet. Als Quelle für den Ausgangslaserstrahl diente jedoch eine einfache Faser. Die Brennweites fF der Fokussierlinse betrug 500 mm, die Brennweite fzyl' der ersten Zylinderlinse der ersten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug 2000 mm und die Brennweite fzyl" der zweiten Zylinderlinse der zweiten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug ebenfalls 2000 mm. Δx betrug 2 mm und Δy betrug 0 mm, die erste Strahlaufteilungsbaugruppe war also in einer Auslenkungsposition und die zweite Strahlaufteilungsbaugruppe war in der Grundposition. Es werden zwei Laserspots erzeugt mit einem Ortsversatz Δbx von ungefähr 0,5 mm.
  • Die 8c zeigt ein experimentelles Bild zweier durch die erfindungsgemäße Schweißoptik erzeugten Laserspots. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Schweißoptik, ähnlich wie in 3, beschrieben verwendet. Als Quelle für den Ausgangslaserstrahl diente jedoch eine einfache Faser. Die Brennweites fF der Fokussierlinse betrug 500 mm, die Brennweite fzyl' der ersten Zylinderlinse der ersten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug 2000 mm und die Brennweite fzyl'' der zweiten Zylinderlinse der zweiten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug ebenfalls 2000 mm. Δx betrug 4 mm und Δy betrug 0 mm, die erste Strahlaufteilungsbaugruppe war also in einer Auslenkungsposition und die zweite Strahlaufteilungsbaugruppe war in der Grundposition. Es werden zwei Laserspots erzeugt mit einem Ortsversatz Δbx von ungefähr 1 mm.
  • Die 9a zeigt ein experimentelles Bild von durch die erfindungsgemäße Schweißoptik erzeugten Laserspots. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Schweißoptik wie in 3 beschrieben verwendet. Als Quelle für den Ausgangslaserstrahl diente eine 2-in-1-Faser. Die Laserspots weisen dementsprechend einen Kernanteil und einen Ringanteil auf. Die Brennweites fF der Fokussierlinse betrug 500 mm, die Brennweite fzyl' der ersten Zylinderlinse der ersten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug 2000 mm und die Brennweite fzyl''der zweiten Zylinderlinse der zweiten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug ebenfalls 2000 mm. Δx betrug 4 mm und Δy betrug 2 mm, beide Strahlaufteilungsbaugruppe waren also in einer Auslenkungsposition Es werden vier Laserspots erzeugt mit einem Ortsversatz Δbx von ungefähr 1 mm und einem Ortsversatz Δby von ungefähr 0,5 mm. Die vier Laserspots sind rechteckig angeordnet und die Ringanteile der Laserspots überlappen sich in y-Richtung, nicht aber in x-Richtung.
  • Die 9b zeigt ein experimentelles Bild von durch die erfindungsgemäße Schweißoptik erzeugten Laserspots. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Schweißoptik wie in 3 beschrieben verwendet. Als Quelle für den Ausgangslaserstrahl diente 2-in-1-Faser. Die Laserspots weisen dementsprechend einen Kernanteil und einen Ringanteil auf. Die Brennweites fF der Fokussierlinse betrug 500 mm, die Brennweite fzyl' der ersten Zylinderlinse der ersten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug 2000 mm und die Brennweite fzyl''der zweiten Zylinderlinse der zweiten Strahlaufteilungsbaugruppe betrug ebenfalls 2000 mm. Δx betrug 4 mm und Δy betrug 4 mm, beide Strahlaufteilungsbaugruppe waren also in einer Auslenkungsposition. Es werden vier Laserspots erzeugt mit einem Ortsversatz Δbx von ungefähr 1 mm und einem Ortsversatz Δby von ungefähr 1 mm. Die vier Laserspots sind quadratisch angeordnet und die Ringanteile der Laserspots überlappen sich nicht.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Schweißoptik (1) für einen Laserstrahl (25) zum Laserschweißen von Werkstücken (22), umfassend eine verstellbare Strahlumformungseinrichtung (2), mit der aus einem einfallenden Laserstrahl (10b) je nach Verstellung ein Strahl oder mehrere Teilstrahlen (20a; 20a'; 20a''; 20b; 20b'; 20b''), und entsprechend ein oder mehrere Laserspots (23; 23a; 23a'; 23a''; 23b; 23b'; 23b'') erzeugbar sind,
    ist dadurch gekennzeichnet,
    dass die Strahlumformungseinrichtung (2) wenigstens eine Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") umfasst, aufweisend:
    • - ein Zylinderlinsenpaar (12; 12'; 12"), umfassend zwei hintereinander angeordneten Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') mit gegengleicher Brennweite und zueinander parallelen optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2"),
    wobei die beiden Zylinderlinsen bezüglich einer gemeinsamen Brechungsrichtung (BR; BR'; BR''), die senkrecht zu den optischen Ebenen ist, auf zumindest einer Seite gekrümmt verlaufen und bezüglich einer gemeinsamen Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR''), die parallel zu den optischen Ebenen verläuft, translationsinvariant verlaufen,
    • - und eine Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15"), mit der die zwei Zylinderlinsen bezüglich der Brechungsrichtung relativ zueinander verschoben werden können. Mit der Schweißoptik kann auf einfache Weise eine flexible Strahlformung erfolgen, und insbesondere eine Anzahl und ein Abstand von erzeugten Laserspots flexibel eingestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schweißoptik
    2
    Strahlumformungseinrichtung
    3
    Strahlaufteilungsbaugruppe
    3'
    erste Strahlaufteilungsbaugruppe
    3''
    zweite Strahlaufteilungsbaugruppe
    4
    Lichtleitkabel
    4a
    Multifaser
    4b
    2-in-1-Faser
    5
    Quelle
    6
    Ausgangslaserstrahl
    7
    Faserende
    8
    vorgeformter Laserstrahl
    9
    Kollimationseinrichtung
    9a
    Kollimationslinse
    10a
    einfallender Laserstrahl (an der Kollimationseinrichtung)
    10b
    einfallender Laserstrahl (an der Strahlumformungseinrichtung)
    10c
    einfallender Laserstrahl (an der Fokussieeinrichtung)
    11
    kollimierter Laserstrahl
    12
    Zylinderlinsenpaar
    12'
    Zylinderlinsenpaar (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    12"
    Zylinderlinsenpaar (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    13
    Zylinderlinsen
    13'
    Zylinderlinsen (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    13"
    Zylinderlinsen (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    13a
    erste Zylinderlinse
    13a'
    erste Zylinderlinse (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    13a''
    erste Zylinderlinse (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    13b
    zweite Zylinderlinse
    13b'
    zweite Zylinderlinse (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    13b"
    zweite Zylinderlinse (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    14a
    gekrümmte Oberfläche der ersten Zylinderlinse
    14a'
    gekrümmte Oberfläche der ersten Zylinderlinse (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    14a''
    gekrümmte Oberfläche der ersten Zylinderlinse (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    14b
    gekrümmte Oberfläche der zweiten Zylinderlinse
    14b'
    gekrümmte Oberfläche der zweiten Zylinderlins (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    14b''
    gekrümmte Oberfläche der zweiten Zylinderlinse (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    15
    Spotabstands-Verstelleinrichtung
    15'
    Spotabstands-Verstelleinrichtung (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    15"
    Spotabstands-Verstelleinrichtung (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    16
    Spotintensitäts-Verstelleinrichtung
    16'
    Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    16"
    Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    17
    gemeinsamer Schlitten
    17'
    gemeinsamer Schlitten (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    17"
    gemeinsamer Schlitten (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    19
    Strahlquerschnitt
    19a, 19b
    Teil (des Strahlquerschnitts)
    19a', 19b'
    Teil (des Strahlquerschnitts erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    19a'', 19b''
    Teil (des Strahlquerschnitts zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    20
    umgeformter Laserstrahl
    20a
    unabgelenkter Teilstrahl
    20a'
    unabgelenkter Teilstrahl (hinter erster Strahlaufteilungsbaugruppe)
    20a"
    unabgelenkter Teilstrahl (hinter zweiter Strahlaufteilungsbaugruppe
    20b
    abgelenkter Teilstrahl
    20b'
    abgelenkter Teilstrahl (hinter erster Strahlaufteilungsbaugruppe)
    20b''
    abgelenkter Teilstrahl (hinter zweiter Strahlaufteilungsbaugruppe
    21
    Fokussiereinrichtung
    21a
    Fokussierlinse
    22
    Werkstück
    22a
    Oberfläche
    23
    Laserspots
    23a
    Laserspot
    23a'
    Laserspot
    23a''
    Laserspot
    23b
    Laserspot
    23b'
    Laserspot
    23b''
    Laserspot
    24
    Strahlengang
    25
    Laserstrahl
    26
    Kernfaser
    27
    Ringfaser
    28
    Kernanteil
    29
    Ringanteil
    30
    Vorschubrichtung
    31
    Schweißkontur
    32a-32d
    Zonen
    BR
    gemeinsame Brechungsrichtung
    BR'
    gemeinsame Brechungsrichtung (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    BR''
    gemeinsame Brechungsrichtung (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    KFD
    Kernfaserdurchmesser
    NBR
    gemeinsame Nichtbrechungsrichtung (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    NBR'
    gemeinsame Nichtbrechungsrichtung (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    OA
    optische Achse (der Schweißoptik)
    OE1
    optische Ebene der ersten Zylinderlinse
    OE1'
    optische Ebene der ersten Zylinderlinse (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    OE1"
    optische Ebene der ersten Zylinderlinse (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    OE2
    optische Ebene der zweiten Zylinderlinse
    OE2'
    optische Ebene der zweiten Zylinderlinse (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    OE2"
    optische Ebene der zweiten Zylinderlinse (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    RFD
    Ringfaserdurchmesser
    Δb
    Ortsversatz
    Δbx
    Ortsversatz in x (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    Δby
    Ortsversatz in y (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
    Δx
    Länge (der Verschiebung der Zylinderlinse in x)
    Δy
    Länge (der Verschiebung der Zylinderlinse in y)
    Δβ
    Winkelversatz
    Δβx
    Winkelversatz (erste Strahlaufteilungsbaugruppe)
    Δβy
    Winkelversatz (zweite Strahlaufteilungsbaugruppe)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016124924 A1 [0001, 0005]
    • DE 102010003750 A1 [0007]

Claims (15)

  1. Schweißoptik (1) für einen Laserstrahl (25) zum Laserschweißen von Werkstücken (22), umfassend - eine Quelle (5) für einen Ausgangslaserstrahl (6), - eine Kollimationseinrichtung (9) zum Kollimieren eines an der Kollimationseinrichtung (9) einfallenden Laserstrahls (10a), - eine Fokussiereinrichtung (21) zum Fokussieren eines an der Fokussiereinrichtung (21a) einfallenden Laserstrahls (10c) in Richtung auf ein zu schweißendes Werkstück (22), - und eine verstellbare Strahlumformungseinrichtung (2), mit der ein an der Strahlumformungseinrichtung (2) einfallender Laserstrahl (10b) in einen umgeformten Laserstrahl (20) umgeformt werden kann, wobei der umgeformte Laserstrahl (20) je nach Verstellung der Strahlumformungseinrichtung (2) einen Strahl oder mehrere Teilstrahlen (20a; 20a'; 20a''; 20b; 20b'; 20b'') umfassen kann, und entsprechend ein oder mehrere Laserspots (23; 23a; 23a'; 23a''; 23b; 23b'; 23b'') am zu schweißenden Werkstück (22) erzeugbar sind, insbesondere wobei die Strahlformungseinrichtung (2) im Strahlengang (24) des Laserstrahls (25) zwischen der Kollimationseinrichtung (9) und der Fokussiereinrichtung (21) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumformungseinrichtung (2) wenigstens eine Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") umfasst, wobei eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") aufweist: - ein Zylinderlinsenpaar (12; 12'; 12"), umfassend zwei Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') mit gegengleicher Brennweite und zueinander parallelen optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2"), wobei die Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') bezüglich einer optischen Achse (OA) der Schweißoptik (1) hintereinander angeordnet sind, wobei die beiden Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') des Zylinderlinsenpaars (12; 12'; 12") bezüglich einer gemeinsamen Brechungsrichtung (BR; BR'; BR''), die senkrecht zu den optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2") ist, auf zumindest einer Seite gekrümmt verlaufen und bezüglich einer gemeinsamen Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR''), die parallel zu den optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2") verläuft, translationsinvariant verlaufen, und wobei die Brechungsrichtung (BR; BR'; BR'') und die Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR'') senkrecht zur optischen Achse (OA) der Schweißoptik (1) verlaufen, - und eine Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15"), mit der die zwei Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') des Zylinderlinsenpaars (12; 12'; 12") bezüglich der Brechungsrichtung (BR; BR'; BR'') relativ zueinander verschoben werden können.
  2. Schweißoptik (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlumformungseinrichtung (2) zwei Strahlaufteilungsbaugruppen (3', 3") umfasst, und dass die Brechungsrichtungen (BR'; BR'') der beiden Zylinderlinsenpaare (12'; 12") der zwei Strahlaufteilungsbaugruppen (3', 3") zueinander gekreuzt verlaufen.
  3. Schweißoptik (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungsrichtungen (BR'; BR'') der beiden Strahlaufteilungsbaugruppen (3', 3") sich unter einem Winkel von 90° kreuzen.
  4. Schweißoptik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein jeweiliges Zylinderlinsenpaar (12; 12'; 12") gilt, dass die beiden Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') so angeordnet sind, dass sie mit einem Teil (19b; 19b'; 19b'') des Strahlquerschnitts (19) des Laserstrahls (25), insbesondere kollimierten Laserstrahls (11), überlappen können, und mit einem weiteren Teil (19a; 19a'; 19a'') des Strahlquerschnitts (19) des Laserstrahls (25), insbesondere kollimierten Laserstrahls (11), nicht überlappen können.
  5. Schweißoptik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer jeweiligen Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") die Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15") zumindest folgende Verstellpositionen einnehmen kann: - eine Grundposition, in der die optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2") der Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') des Zylinderlinsenpaars (12; 12'; 12") zusammenfallen, und - eine Auslenkungsposition, in der die optischen Ebenen (OE1; OE1'; OE1"; OE2; OE2'; OE2") der Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') des Zylinderpaares (12; 12'; 12") bezüglich der Brechungsrichtung (BR; BR'; BR'') zueinander versetzt angeordnet sind.
  6. Schweißoptik (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15") mehrere unterschiedliche Auslenkungspositionen einnehmen kann, in der die optischen Ebenen (OE1, OE2) der Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') bezüglich der Brechungsrichtung (BR; BR'; BR'') unterschiedlich weit zueinander versetzt angeordnet sind, insbesondere wobei in einem Verstellbereich unterschiedliche Verstellpositionen der Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15") kontinuierlich eingestellt werden können.
  7. Schweißoptik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") weiterhin aufweist: - eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (16; 16', 16"), mit der die zwei Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b") des Zylinderlinsenpaars (12; 12'; 12") bezüglich der Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR'') verschoben werden können, insbesondere gemeinsam verschoben werden können.
  8. Schweißoptik (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer jeweiligen Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") die beiden Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a"; 13b; 13b'; 13b'') auf einem gemeinsamen Schlitten (17; 17', 17") angeordnet sind, wobei der gemeinsame Schlitten (17; 17', 17") mittels der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (16; 16', 16") an der Schweißoptik (1) bezüglich der Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR', NBR'') verfahrbar ist, und wobei eine der Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') mittels der Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15") auf dem gemeinsamen Schlitten (17; 17', 17") bezüglich der Brechungsrichtung (BR; BR'; BR'') verfahrbar ist.
  9. Schweißoptik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (5) für den Ausgangslaserstrahl (6) ein Faserende (7) einer Multifaser (4a) ist, aus dem der Ausgangslaserstrahl (6) als vorgeformter Laserstrahl (8) mit einem Kernanteil (28) und einem Ringanteil (29) austreten kann, insbesondere wobei die Multifaser (4a) eine 2-in-1-Faser (4b) ist, aus deren Faserende (7) der Ausgangslaserstrahl (6) austreten kann.
  10. Schweißoptik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationseinrichtung (9) wenigstens eine, bevorzugt genau eine, Kollimationslinse (9a) umfasst.
  11. Schweißoptik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (21) wenigstens eine, bevorzugt genau eine, Fokussierlinse (21a) umfasst.
  12. Verwendung einer Schweißoptik (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schweißoptik (1) ein Ausgangslaserstrahl (6) eingespeist wird, mit der Schweißoptik (1) ein umgeformter Laserstrahl (20) in Richtung auf ein Werkstück (22) fokussiert wird, und der umgeformte Laserstrahl (20) eine Schweißkontur (31) am Werkstück (22) abfährt, und dass während des Abfahrens der Schweißkontur (31) bei wenigstens einer Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") die Verstellposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15', 15") verstellt wird.
  13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") weiterhin aufweist: - eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (16; 16', 16"), mit der die zwei Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') des Zylinderlinsenpaars (12; 12'; 12") bezüglich der Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR'') verschoben werden können, insbesondere gemeinsam verschoben werden können, und dass während des Abfahrens der Schweißkontur (31) bei wenigstens einer Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") die Verstellposition der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (16; 16', 16") verstellt wird.
  14. Verwendung einer Schweißoptik (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Schweißoptik (1) verschiedene Werkstücke (22) nacheinander geschweißt werden, wobei jeweils in die Schweißoptik (1) ein Ausgangslaserstrahl (6) eingespeist wird, mit der Schweißoptik (1) ein umgeformter Laserstrahl (20) in Richtung auf ein Werkstück (22) fokussiert wird, und der umgeformte Laserstrahl (20) eine Schweißkontur (31) am Werkstück (22) abfährt, und dass zwischen dem Schweißen der verschiedenen Werkstücke (22) die Verstellposition der Spotabstands-Verstelleinrichtung (15; 15'; 15") verstellt wird.
  15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede Strahlaufteilungsbaugruppe (3; 3', 3") weiterhin aufweist: - eine Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (16; 16', 16"), mit der die zwei Zylinderlinsen (13; 13a; 13a'; 13a''; 13b; 13b'; 13b'') des Zylinderlinsenpaars (12; 12', 12") bezüglich der Nichtbrechungsrichtung (NBR; NBR'; NBR'') verschoben werden können, insbesondere gemeinsam verschoben werden können, und dass zwischen dem Schweißen der verschiedenen Werkstücke (22) die Verstellposition der Spotintensitäts-Verstelleinrichtung (16; 16', 16") verstellt wird.
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