DE102023113409A1

DE102023113409A1 - Laserstrahlbrillanz verbessernde strahlteilung für das laserschweissen und laserhartlöten

Info

Publication number: DE102023113409A1
Application number: DE102023113409.4A
Authority: DE
Inventors: Jeroen Jonkers; Gunnar KOEHLER; Paul Sonntag
Original assignee: II VI Delaware Inc
Current assignee: II VI Delaware Inc
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2023-05-23
Publication date: 2023-11-30
Also published as: US20230381888A1; CN117139771A

Abstract

Ein Laserbearbeitungskopf kann zum Verbinden (z. B. Schweißen, Hartlöten, Löten usw.) von Werkstücken verwendet werden. Ein Kollimator kollimiert Laserlicht, das dann an einen Strahlenteiler weitergeleitet wird. Der Strahlenteiler weist antireflektierende und hochreflektierende Beschichtungen an den peripheren und inneren Bereichen des Strahlenteilers auf. Der Strahlenteiler teilt das kollimierte Licht in zentrales oder inneres Licht aus dem inneren Bereich und peripheres Licht aus dem peripheren Bereich. Ein Hauptausgang, der mit dem Strahlenteiler in Verbindung steht, richtet mindestens das periphere Licht in einen Hauptstrahl auf die Werkstücke. Beispielsweise kann ein Kabel einen Hartlötdraht neben dem Hauptstrahl zum Zusammenhartlöten der Werkstücke zuführen. Währenddessen richtet ein sekundärer Ausgang, der mit dem Strahlenteiler in Verbindung steht, mindestens das zentrale Licht in einen sekundären Strahl, der zum Vorerhitzen des Werkstücks, zum Nacherhitzen des Werkstücks oder zum Entfernen einer beliebigen Oberflächenbeschichtung vom Werkstück verwendet werden kann.

Description

Kurze Beschreibung des Stands der Technik
Bestimmte Verbindungsprozesse können verwendet werden, um verschiedene Werkstücke miteinander zu verbinden. Beispielsweise verbindet ein Laserhartlötprozess verschiedene Werkstücke miteinander, indem er ein Hartlötmaterial mit einem Laserstrahl schmilzt, das geschmolzene Hartlötmaterial in eine Naht zwischen den Werkstücken fließen lässt und eine Verbindung in der Naht zwischen den Werkstücken bildet. Das Hartlötmaterial kann ein Draht sein, der einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger ist als der Schmelzpunkt der Materialien der Werkstücke. Der Hartlötdraht wird zwischen dem Laserstrahl und den zu verbindenden Werkstücken positioniert und während des Hartlötvorgangs entlang der Naht der Werkstücke bewegt, um die Verbindung zu füllen und herzustellen. Ein ähnlicher Verbindungsprozess beinhaltet das Verschweißen von Werkstücken unter Verwendung eines Fülldrahts, der aus dem gleichen Material wie mindestens eines der Werkstücke besteht.
Für ein erfolgreiches Verbinden (z. B. Hartlöten oder Schweißen) wird der Draht entlang der Naht bewegt, während eine Kraft auf mindestens eines der Werkstücke konstant gehalten wird. Hierzu kann der Draht oder ein anderes Element gegen ein oder beide Werkstücke positioniert werden, um eine Kraft auszuüben, während der Draht mit dem Laserstrahl geschmolzen wird.
In einigen Implementierungen wird ein Hauptlaserstrahl verwendet, um einen Hauptschmelzpunkt zum Schmelzen des Drahtes zum Hartlöten, Schweißen usw. zu erzeugen, während ein zweiter Laserstrahl verwendet wird, um einen oder mehrere relativ kleine Erhitzungspunkte vor dem Hauptschmelzpunkt zu erzeugen. Der/die Erhitzungspunkt(e) kann/können verwendet werden, um das/die Werkstück(e) vorzuerhitzen und/oder um eine Beschichtung von dem/den Werkstück(en) zu entfernen.
Um den/die kleinen Erhitzungspunkt(e) zu erzeugen, kann ein Laserbearbeitungskopf eine unabhängige, von der Hauptlaserquelle getrennte Laserquelle verwenden. Anstelle der Verwendung separater Laserquellen kann ein Laserbearbeitungskopf einen zweiten Laserstrahl verwenden, der von dem Hauptlaserstrahl abgeleitet ist. Während des Verbindungsprozesses werden relativ kleine Punkte für eine effiziente Erhitzung benötigt, daher stehen einige Lösungen zur Verfügung.
In einer ersten Lösung wird das Laserlicht, das zum Vorerhitzen oder zum Entfernen von Beschichtungen verwendet wird, von derselben Fokussierlinse abgegeben, die zum Fokussieren des Hauptlaserstrahls verwendet wird. Das Laserlicht zum Vorerhitzen und/oder Entfernen von Beschichtungen wird in der Regel sehr nahe an den Draht herangeführt und kann den Draht während der Bewegung (z. B. während einer Kurve) berühren, was zu einem instabilen Vorerhitzen und damit zu einem instabilen Verbindungsprozess führt.
Bei einer zweiten Lösung kann der Hauptstrahl geteilt werden, sodass eine zweite Faser einen Teil des Lichts zu einer zweiten Fokussiereinheit transportieren kann, die den/die Erhitzungspunkt(e) erzeugt. Leider lassen sich mit den bestehenden Anordnungen aufgrund der geringen Brillanz des Lichts, das in die zweite Faser eingekoppelt wird, die relativ kleineren Punkte möglicherweise nicht erreichen.
Es wird eine Möglichkeit benötigt, einen oder mehrere Erhitzungspunkte vor einem Haupthartlöt-/schweißpunkt abzugeben, damit ein Werkstück unter Verwendung von (einem) Erhitzungspunkt(en) vor erhitzt werden kann, der relativ klein ist und den Hartlöt-/Schweißdraht nicht stört.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden oder zumindest deren Auswirkungen zu reduzieren.
Zusammenfassung der Offenbarung
Wie hierin offenbart, wird ein Laserbearbeitungskopf verwendet, um Laserlicht auf ein Werkstück zu richten. Der Laserbearbeitungskopf umfasst einen Kollimator, einen Strahlenteiler, einen Hauptausgang und einen sekundären Ausgang. Der Kollimator ist in einer optischen Achse des Laserlichts angeordnet und dazu konfiguriert, das Laserlicht in kollimiertes Licht zu kollimieren. Der Strahlenteiler ist in dem kollimierten Licht angeordnet und weist mindestens zwei Abschnitte auf. Die mindestens zwei Abschnitte umfassen einen antireflektierenden Abschnitt und einen hochreflektierenden Abschnitt. Der Strahlenteiler ist dazu ausgelegt, das kollimierte Licht in ein erstes Licht aus einem ersten der mindestens zwei Abschnitte und in ein zweites Licht aus einem zweiten der mindestens zwei Abschnitte zu teilen. Der Hauptausgang ist in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet, und der Hauptausgang ist dazu konfiguriert, mindestens das erste Licht in einen Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu richten. Der sekundäre Ausgang ist in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet, und der sekundäre Ausgang ist dazu konfiguriert, mindestens den zweiten Abschnitt in einen sekundären Laserstrahl neben dem Hauptlaserstrahl zu richten.
Wie hierin offenbart, wird ein Laserbearbeitungskopf zum Verbinden von Werkstücken unter Verwendung von Laserlicht und einem Draht verwendet. Der Laserbearbeitungskopf umfasst einen Kollimator, einen Strahlenteiler, einen Hauptausgang, einen sekundären Ausgang und ein Kabel. Der Kollimator ist in einer optischen Achse des Laserlichts angeordnet und dazu konfiguriert, das Laserlicht in kollimiertes Licht zu kollimieren. Der Strahlenteiler ist in der optischen Achse zwischen dem Kollimator und dem Hauptausgang angeordnet. Der Strahlenteiler weist einen antireflektierenden Abschnitt in einem peripheren Bereich davon auf und weist einen hochreflektierenden Abschnitt in einem inneren Bereich davon auf. Der periphere Bereich umgibt den inneren Bereich. Der antireflektierende Abschnitt ist dazu konfiguriert, peripheres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise zum Hauptausgang durchzulassen, und der hochreflektierende Abschnitt ist dazu konfiguriert, inneres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise zu reflektieren. Der Hauptausgang ist in der optischen Achse angeordnet und dazu konfiguriert, jegliches kollimierte Licht, das den Strahlenteiler passiert/verlassen hat, in einen Hauptlaserstrahl auf die Werkstücke zu richten. Der sekundäre Ausgang ist in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet. Der sekundäre Ausgang ist dazu konfiguriert, jegliches kollimierte Licht, das von dem Strahlenteiler reflektiert wurde, in einen sekundären Laserstrahl neben dem Hauptlaserstrahl zu richten. Das Kabel ist dazu konfiguriert, den Draht in den Hauptlaserstrahl zuzuführen.
Wie hierin offenbart, wird ein Laserbearbeitungskopf zum Verbinden von Werkstücken unter Verwendung von Laserlicht und einem Draht verwendet. Der Laserbearbeitungskopf umfasst einen Kollimator, einen Strahlenteiler, einen Hauptausgang, einen sekundären Ausgang und ein Kabel. Der Kollimator ist in einer optischen Achse des Laserlichts angeordnet und dazu konfiguriert, das Laserlicht in kollimiertes Licht zu kollimieren. Der Strahlenteiler ist in der optischen Achse zwischen dem Kollimator und dem Hauptausgang angeordnet. Der Strahlenteiler weist einen antireflektierenden Abschnitt in einem inneren Bereich davon auf und weist einen hochreflektierenden Abschnitt in einem peripheren Bereich davon auf. Der periphere Bereich umgibt den inneren Bereich. Der hochreflektierende Abschnitt ist dazu konfiguriert, peripheres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise zum Hauptausgang zu reflektieren, und der antireflektierende Abschnitt ist dazu konfiguriert, inneres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise durchzulassen. Der Hauptausgang ist in der optischen Achse angeordnet und dazu konfiguriert, jegliches kollimierte Licht, das von dem Strahlenteiler reflektiert wurde, in einen Hauptlaserstrahl auf die Werkstücke zu richten. Der sekundäre Ausgang ist in optischer Verbindung mit dem inneren Bereich des Strahlenteilers angeordnet. Der sekundäre Ausgang ist dazu konfiguriert, jegliches kollimierte Licht, das den Strahlenteiler passiert hat, in einen sekundären Laserstrahl neben dem Hauptlaserstrahl zu richten. Das Kabel ist dazu konfiguriert, den Draht in den Hauptlaserstrahl zuzuführen.
Der sekundäre Ausgang kann eine Fokussierlinse und einen Wellenleiter umfassen. Die Fokussierlinse ist in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet und dazu konfiguriert, jegliches kollimierte Licht zu fokussieren, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt. Der Wellenleiter, weist einen Eingang auf, der in optischer Verbindung mit der Fokussierlinse angeordnet ist, und weist einen Ausgang auf, der in optischer Verbindung mit dem Werkstück angeordnet ist. Der Wellenleiter kann eine optische Faser oder ein Bündel von Mikrofasern umfassen, und der Ausgang des Wellenleiters kann eine Mikrolinse, einen optischen Block, ein Strahlformungselement oder eine flache Spitze umfassen.
Ein hierin offenbartes Verfahren wird verwendet, um Laserlicht auf ein Werkstück zu richten. Das Verfahren umfasst: Kollimieren des Laserlichts in kollimiertes Licht entlang einer optischen Achse; Teilen des kollimierten Lichts in erstes Licht und zweites Licht unter Verwendung eines Strahlenteilers, der mindestens zwei reflektierende Abschnitte aufweist, einschließlich eines antireflektierenden Abschnitts und eines hochreflektierenden Abschnitts; Richten mindestens eines Abschnitts des ersten Lichts in einen Hauptlaserstrahl auf das Werkstück; und Richten mindestens eines Abschnitts des zweiten Lichts in einen sekundären Laserstrahl auf das Werksstück.
Die vorstehende Kurzdarstellung ist nicht dazu gedacht, jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung zusammenzufassen.
Kurze Beschreibung der Figuren

1A veranschaulicht ein Laserabgabesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung.
1B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfs gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes, der eine sekundäre Faser gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist, um einen sekundären Strahl auf ein Werkstück abzugeben.
3 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes, der eine sekundäre Faser gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist.
4 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes, der eine sekundäre Faser gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist.
5 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes, der eine alternative Anordnung der vorliegenden Offenbarung aufweist.
6 veranschaulicht Ausführungsformen eines Ausgangsendes für die sekundäre Faser.
7 veranschaulicht eine Baugruppe, die eine sekundäre Faser aufweist, die auf einer Drahtführung angeordnet ist.
8A-8E veranschaulichen Draufsichten von Strahlenteilern gemäß der vorliegenden Offenbarung.
9A 9B veranschaulichen schematische Ansichten eines Strahlenteilers, dessen seitliche Ausrichtung verschoben ist, um den sekundären Ausgang des Laserlichts zu verändern.

Ausführliche Beschreibung der Offenbarung
1A veranschaulicht ein Laserabgabesystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Eine Laserquelle 12 erzeugt Laserlicht, das über ein Glasfaserkabel 14 zu einem Laserbearbeitungskopf 50 geleitet wird. Die Laserquelle 12 kann ein Multimode- oder ein Singlemode-Laser sein, je nach gewünschter Qualität des Laserstrahls. Ein Singlemode-Laser liefert eine höhere Qualität des Laserstrahls, aber normalerweise wird diese hohe Qualität nicht zum Hartlöten oder Schweißen benötigt.
Der Laserbearbeitungskopf 50 kann relativ zu dem/den Werkstück(en) WP bewegt werden und/oder kann das/die Werkstück(e) WP relativ zu ihm bewegen lassen. Beispielsweise kann der Laserbearbeitungskopf 50 von einem Portalsystem, einem Roboterarm oder einer anderen Apparatur 16 bewegt werden, die in der Technik verwendet wird. Im Inneren beinhaltet der Laserbearbeitungskopf 50 eine Optik, um die Laserenergie in einem Laserstrahl LB auf das/die Werkstück(e) WP zu fokussieren, um Hartlöten, Löten, Schweißen oder einen anderen Verbindungsprozess zu erreichen.
Genauer betrachtet zeigt 1B eine perspektivische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 50 für eine Laserbearbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt). Nicht alle Komponenten des Laserbearbeitungskopfes 50 sind gezeigt. Im Allgemeinen beinhaltet der Laserbearbeitungskopf 50 einen Rahmen 52, einen Stützkörper 54, der mit dem Rahmen 52 gekoppelt ist, und eine Fokussiereinheit oder einen Fokussierarm 56, der mit dem Stützkörper 54 gekoppelt ist. In einer Konfiguration kann der Kopf 50 taktil sein, sodass der Arm 56 seitlich bewegt werden kann und zum taktilen Verbinden verwendet werden kann, bei dem eine seitliche Kraft des Drahts W verwendet wird, um einer Naht zu folgen. In anderen Konfigurationen kann der Kopf 50 nicht taktil sein, sodass dieses Element 56 nur eine Fokussiereinheit sein kann.
Der Laserbearbeitungskopf 50 kann zum Verbinden von Werkstücken WP1, WP2 verwendet werden, indem er einen Laserstrahl LB emittiert, um die Werkstücke WP1, WP2 hartzulöten, zu löten, zu schweißen oder anderweitig miteinander zu verbinden. Im vorliegenden Beispiel wird auf das Hartlöten als der Laserprozess Bezug genommen, aber die Lehren der vorliegenden Offenbarung können ebenso gut auf andere Verbindungsprozesse, wie Löten, Schweißen und dergleichen, angewendet werden.
Ein Laserkabel (nicht gezeigt) ist mit dem Stützkörper 54 verbunden, um Laserlicht bereitzustellen, das durch den Kopf 50 geleitet wird, um einen Laserstrahl LB auf die Werkstücke WP1, WP2 zu richten. Ein Empfänger 61 für das Laserkabel ist in 1B nur schematisch gezeigt.
Eine Drahtzuführung 20 ist an dem Rahmen 52 montiert und führt einen verbrauchbaren Draht aus Hartlötmaterial für den Hartlötprozess durch ein Drahtzufuhrkabel 22 zu. Die Drahtzuführung 20 transportiert den Hartlötdraht während des Hartlötprozesses vorwärts, und das Drahtzufuhrkabel 22 führt den Hartlötdraht in einem flachen Winkel zu einem Drahtausgang 24 zu, der mit einem Ende 58 des Armes 56 des Kopfes verbunden ist.
Der Kopf 50 wird relativ zu den zu verbindenden beispielhaften Werkstücken WP1, WP2 gezeigt. Der Laserhartlötkopf 50 beinhaltet unter anderem den Rahmen 52 und den mit dem Rahmen 52 verbundenen Stützkörper 54. Der Stützkörper 54 kann relativ zu dem Rahmen 52 beweglich sein, um die Führung des Laserbearbeitungskopfes 50 entlang einer Naht zwischen den Werkstücken WP1, WP2 zu unterstützen. Der Stützkörper 54 kann jedoch auch relativ zu dem Rahmen 52 feststehend sein.
Der Arm 56 ist mit dem Stützkörper 54 gekoppelt, und ein Motor (nicht gezeigt) an dem Stützkörper 54 kann den Arm 56 relativ zu dem Stützkörper 54 bewegen, um die richtige Positionierung eines Endes 58 des Arms 56 relativ zu den Werkstücken WP1, WP2 zu erleichtern. Die Drahtzuführung 20 ist an den Rahmen 52 gekoppelt und führt den verbrauchbaren Draht aus Hartlötmaterial durch das Drahtzufuhrkabel 22 zu. Der Draht erstreckt sich von dem Drahtausgang 24 des Drahtzufuhrkabels 22 am Ende 58 des Arms 56 und ist im Weg des Hauptlaserstrahls LB positioniert.
Während des Betriebs schmilzt der Laserstrahl LB den Draht, sodass das Material des Drahts zwischen die Werkstücke WP1, WP2 fließen und diese verbinden kann. Während typischer Operationen berührt nur der Draht die Werkstücke WP1, WP2 und wird zum Führen entlang der Naht verwendet. Bei manchen Implementierungen ist der Draht dafür jedoch zu weich. Dementsprechend kann, obwohl in 1B nicht sichtbar, eine zusätzliche Unterstützung durch ein festes Element erforderlich sein, wie etwa ein Führungsfinger, eine Nadel oder eine andere Verlängerung, die sich von dem Ende 58 des Arms 56 erstreckt, um entlang der Naht zu laufen. In jedem Fall kann der Prozess die Kraft zwischen dem feststehenden Element und mindestens einem der Werkstücke WP1, WP2 automatisch steuern.
Wie in 1B gezeigt, beinhaltet der Laserhartlötkopf 50 einen Kraftsensor 30, der am Ende 58 des Arms 56 positioniert ist. Der Kraftsensor 30 kann die Kräfte am Ende 58 des Arms 56 messen. Die gemessenen Kräfte können verwendet werden, um den Hartlötprozess und die Führung des Endes 58 des Arms 56 entlang einer Naht zwischen den Werkstücken WP1, WP2 zu steuern.
Um die Werkstücke WP1, WP2 zusammen hartzulöten, wird ein sekundärer Laserstrahl SB von dem Hauptlaserstrahl im Inneren des Kopfes 50 abgeleitet oder geteilt. Der Hauptlaserstrahl LB wird zum Schmelzen des Hartlötmaterials des aus dem Ausgang 24 zugeführten verbrauchbaren Drahtes verwendet, während der sekundäre Laserstrahl SB zum Vorerhitzen der zu verbindenden Werkstücke WP1, WP2 verwendet wird. Wie gezeigt, kann eine sekundäre Faser 40 den sekundären Laserstrahl SB vom Kopf 50 zum Ende 58 des Armes 56 des Kopfes zuleiten.
Zusätzlich zum Vorerhitzen der Werkstücke WP1, WP2 kann der sekundäre Laserstrahl SB verwendet werden, um Abschnitte einer Oberflächenbeschichtung von dem/den Werkstück(en) WP1, WP2 zu entfernen. Die zu verbindenden Werkstücke WP1, WP2 können an der Verbindungsstelle bereits mit einem Korrosionsschutz oder einer anderen Art von Oberflächenbeschichtung, einschließlich unerwünschter Oberflächenverunreinigungen, beschichtet sein. Die Oberflächenbeschichtung kann den Verbindungsprozess beim Hartlöten nachteilig beeinflussen, da die Beschichtung beispielsweise beim Erhitzen andere Eigenschaften aufweisen kann als das Material der Werkstücke (WP1, WP2). Dies kann zur Bildung von Blasen oder Einschlüssen in der Beschichtung an der Naht führen. Diese Effekte können die Qualität des Verbindungsprozesses beeinträchtigen. Dementsprechend gibt die sekundäre Faser 40 einen separaten, in der Leistung skalierbaren Laserstrahl SB ab, der auf eines oder beide Werkstücke WP1, WP2 gerichtet ist, um das/die Werkstück(e) WP1, WP2 vorzubehandeln, durch: (i) Vorerhitzen des Werkstücks (der Werkstücke) WP1, WP2 und/oder (ii) Verdampfen der Oberflächenbeschichtung auf dem/den Werkstück(en) WP1, WP2. Diese Anordnung kann Vorteile haben, wenn die Werkstücke WP1, WP2 eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, die ihre Befeuchtung mit Hartlötmaterial oder dergleichen erschwert.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 50, der eine erste Anordnung zum Abgeben eines sekundären Strahls SB auf das/die Werkstück(e) WP aufweist. Der Laserbearbeitungskopf 50 beinhaltet ein Gehäuse 60, das interne Optik 62 aufweist. Das Gehäuse 60 kann einen Stützkörper, einen Arm und andere vorstehend erörterte Merkmale beinhalten. Ein Empfänger 61 an einem Ende des Gehäuses 60 kann mit einem Laserkabel 14 gekoppelt sein, das Hochleistungslaserlicht in das Innere des Gehäuses leitet.
Während des Betriebs kollimiert und fokussiert die interne Optik 62 das in das Gehäuse 60 emittierte Hochleistungslaserlicht. Beispielsweise kann die interne Optik 62 einen Kollimator 64 und eine Fokussierlinse 68 beinhalten. Der Kollimator 64 im Gehäuse 60 ist in der optischen Achse A des Laserlichts im Gehäuse 60 angeordnet. Der Kollimator 64 ist dazu konfiguriert, das Laserlicht in kollimiertes Licht CB zu kollimieren.
Ein Strahlenteiler 70 ist auch in der optischen Achse A angeordnet. Der Strahlenteiler 70 weist Abschnitte, Beschichtungen oder dergleichen auf, die auf Bereichen des Strahlenteilers 70 angeordnet sind. Die Abschnitte beinhalten einen antireflektierenden Abschnitt 72 und einen hochreflektierenden Abschnitt 74.
Die Bereiche, die diese antireflektierenden und hochreflektierenden Abschnitte 72, 74 aufweisen, können einen peripheren Bereich und einen zentralen oder inneren Bereich beinhalten. Der zentrale oder innere Bereich befindet sich im Allgemeinen auf oder in der Nähe der optischen Achse A (obwohl die Position des inneren Bereichs wie hierin beschrieben eingestellt werden kann). Der periphere Bereich umgibt seinerseits den inneren Bereich. Der Strahlenteiler 70 ist dazu konfiguriert, das kollimierte Licht CB in zentrales oder inneres Licht aus dem inneren Bereich und in peripheres Licht aus dem peripheren Bereich des Strahlenteilers 70 zu teilen. (In der folgenden Erörterung werden der innere Bereich und das innere Licht im Allgemeinen als zentraler Bereich und zentrales Licht beschrieben. Damit ist jedoch nicht gemeint, dass der Bereich im Zentrum des Strahlenteilers liegt oder dass das Licht im Zentrum der optischen Achse liegt. Andere Anordnungen sind wie nachfolgend erörtert möglich.)
Der Bezug auf antireflektierend bedeutet im Allgemeinen, dass der antireflektierende Abschnitt 72 dazu neigt, das Laserlicht bei der/den betreffenden Wellenlänge(n) oder im entsprechenden Bereich nicht zu reflektieren. Ebenso bedeutet der Bezug auf hochreflektierend, dass der hochreflektierende Abschnitt 74 dazu neigt, das Laserlicht bei der/den betreffenden Wellenlänge(n) oder im entsprechenden Bereich zu reflektieren. Die Werte für Nichtreflektivität und Reflektivität können von der Implementierung abhängen. Im Allgemeinen kann der hochreflektierende Abschnitt 74 dazu konfiguriert sein, 50 % oder mehr des einfallenden Lichts zu reflektieren, aber es können auch andere Werte für die Reflektivität verwendet werden. Tatsächlich kann der Oberflächenbereich des hochreflektierenden Abschnitts 74 vergrößert werden, um das Laserlicht auch dann zu reflektieren, wenn der Abschnitt 74 einen geringeren Reflektivitätswert aufweist, was bei einigen Anwendungen von Vorteil sein kann. Eine Reflektivität von 50 % würde einen größeren zentralen oder inneren hochreflektierenden Abschnitt 74 erfordern, was wiederum einen größeren Durchmesser der Faser 40 erfordern würde. Eine solche Lösung ist nur dann geeignet, wenn der Anteil des Lichts, der zum Vorerhitzen benötigt wird, gering ist (z. B. weniger als 10 %). Stattdessen kann für den hochreflektierenden Abschnitt 74 eine viel höhere Reflektivität als 50 % für die meisten Implementierungen bevorzugt werden. Insgesamt kann beispielsweise die Reflektivität des hochreflektierenden Abschnitts 74 über 99,5 % und die Reflektivität des antireflektierenden Abschnitts 72 unter 0,5 % liegen.
Ein Hauptausgang 55a des Kopfes 50 ist in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler 70 angeordnet und dazu konfiguriert, mindestens das periphere Licht in den Hauptlaserstrahl LB auf das/die Werkstück(e) WP zu richten. Zugleich ist ein sekundärer Ausgang 55b des Kopfes 50 in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler 70 angeordnet und dazu konfiguriert, mindestens einen zentralen Abschnitt in einen Wellenleiter 40 zu richten.
Im vorliegenden Beispiel umfasst der Strahlenteiler 70 den antireflektierenden Abschnitt 72 in Form einer Beschichtung oder dergleichen, die auf dem peripheren Bereich des Strahlenteilers 70 angeordnet ist. Der Strahlenteiler 70 umfasst ebenfalls den hochreflektierenden Abschnitt 74 in Form einer Beschichtung oder dergleichen, der auf dem zentralen Bereich des Strahlenteilers 70 angeordnet ist.
Die Beschichtungen für die Abschnitte 72, 74 sind vorzugsweise auf der vorderen Oberfläche des Strahlenteilers 70 angeordnet. Zugleich ist die Rückseite des Strahlenteilers 70 vorzugsweise mit einer AR-Beschichtung 73 beschichtet. Diese Beschichtung 73 auf der Rückseite muss nicht unbedingt eine lithografische Beschichtung sein, und die gesamte Rückseite kann die gleiche AR-Beschichtung 73 aufweisen. Da die Beschichtungen 72, 73, 74 auf den Oberflächen eine gewisse Spannung im Strahlenteiler 70 hervorrufen können, wird das Bereitstellen von Beschichtungen 72, 73, 74 sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite bevorzugt, um konkurrierende Spannungen aufzuheben.
Die hochreflektierende Beschichtung 74 ist dazu konfiguriert, das zentrale Licht mindestens teilweise zum sekundären Ausgang 55b zu reflektieren. Im Gegensatz dazu ist die antireflektierende Beschichtung 72 dazu konfiguriert, das periphere Licht mindestens teilweise zum Hauptausgang 55a durchzulassen. Es wird deutlich, dass jedes Licht, das durch die HR-Beschichtung 74 hindurchgeht, Teil des Hauptlaserstrahls LB wird, aber das von der AR-Beschichtung 72 reflektierte Licht kann die Linse 76 verfehlen und geht verloren. Daher kann eine bevorzugte Ausführungsform eine niedrige (< 0,5 %) Reflektivität für die AR-Beschichtung 72 verwenden.
Im Allgemeinen und wie gezeigt beinhaltet der Hauptausgang 55a die Fokussierlinse 68, die in der optischen Achse A angeordnet ist. Die Fokussierlinse 68 ist dazu konfiguriert, jegliches darauf einfallende kollimierte Licht CB in den Hauptlaserstrahl LB auf das/die Werkstück(e) WP zu fokussieren. Zusätzlich kann der Hauptausgang 55a auch mindestens einen Reflektor 66a-b beinhalten, der in der optischen Achse A zwischen dem Strahlenteiler 70 und der Fokussierlinse 68 angeordnet ist. Der Reflektor 66a-b ist dazu konfiguriert, jegliches auf ihn einfallende kollimierte Licht CB zu reflektieren.
Der sekundäre Ausgang 55b für den Sekundärstrahl SB umfasst seinerseits eine Fokussierlinse 76 und einen Wellenleiter 40. Die Fokussierlinse 76 ist in optischer Verbindung mit der hochreflektierenden Beschichtung 74 in einem zentralen Bereich des Strahlenteilers 70 angeordnet und dazu konfiguriert, das zentrale Licht zu fokussieren. Der Wellenleiter 40, welcher eine optische Faser sein kann, weist einen Eingang auf, der in optischer Verbindung mit der Fokussierlinse 76 angeordnet ist, und weist ein distales Ende 42 auf, das in optischer Verbindung zu dem/den Werkstück(en) WP angeordnet ist.
Wie zuvor angemerkt, kollimiert der Kollimator 64 das Laserlicht aus dem Laserkabel 14 in den kollimierten Strahl CB. Der Kollimator 64 kann eine oder mehrere Linsen (nicht gezeigt) aufweisen, die das Laserlicht kollimieren. Wie deutlich wird und hier gezeigt wird, kann die Kollimation unter Verwendung einer einzigen Linse für den Kollimator 64 erreicht werden. In alternativen Anordnungen kann der Kollimator 64 eine Zoomkollimation bieten, beispielsweise unter Verwendung von zwei oder mehr Linsen.
Die Fokussierlinse 68 fokussiert den kollimierten Strahl CB in den Hauptlaserstrahl LB auf einen Brennpunkt, der dann auf das Werkstück WP gerichtet wird, um die Zwecke des Laserprozesses zu erreichen, wie etwa Hartlöten, Schweißen, Löten, usw. Der Ausgang 69 des Gehäuses 60 kann jeden beliebigen geeigneten Abdeckschieber, Düse, Cross-Jet, Kühlung usw. beinhalten. Andere Anordnungen sind möglich. (Bezugnahmen auf eine Linse, ein Linsenelement, eine Linsengruppe usw. sind austauschbar, und es versteht sich, dass jede der erwähnten Linsen oder dergleichen aus einer oder mehreren Linsenoptiken bestehen kann - d. h. einer transmissiven Optik zur Fokussierung, Dispersion oder Kollimation des Laserlichts.)
Im Anschluss an die vorangegangenen Beispiele im Zusammenhang mit dem Hartlöten kann der Laserbearbeitungskopf 50 ein Hartlötkopf zum Zusammenhartlöten von Komponenten des Werkstücks (der Werkstücke) WP sein. Im Zusammenhang mit dem Hartlöten kann der Kopf 50 beispielsweise eine Komponente eines Hartlötsystems mit fester Optik sein, bei dem der Kopf 50 an einer Apparatur, wie einem Roboter oder einem Portal (16: 1), befestigt ist, die dazu konfiguriert ist, den Kopf 50 relativ zu dem/den Werkstück(en) WP, das/die verbunden wird/werden, zu bewegen. Alternativ kann/können das/die Werkstück(e) in Bezug auf den Kopf 50 bewegt werden.
Die interne Optik 62 kann auch mehrere andere Komponenten beinhalten, wie etwa andere Linsen oder Spiegel, die zwischen dem Empfänger 61 und dem Ausgang 69 positioniert sind, wo der Laserstrahl LB die interne Optik 62 verlässt. Beispielsweise kann der Kopf 50 die Reflektoren oder Spiegel 66a-b verwenden, um den kollimierten Strahl CB zu führen oder anderweitig zu manipulieren.
Das Laserlicht verlässt den Empfänger 61 als Strahlkegel oder in Kegelform, bevor es in den Kollimator 64 eintritt. Das Laserlicht wird in dem kollimierten Strahl CB kollimiert, der den Kollimator 64 verlässt. Der kollimierte Strahl CB wird von den Spiegeln 66a-b reflektiert, die den kollimierten Strahl CB auf die Fokussierlinse 68 richten, die schließlich das Laserlicht als Hauptlaserstrahl LB aus dem Ausgang 69 des Gehäuses fokussiert.
Wie bereits angemerkt, beinhaltet der Strahlenteiler 70, der im kollimierten Strahl CB des Kollimators 64 angeordnet ist, die antireflektierende (AR-)Beschichtung 72 um den Umfang der Oberfläche des Teilers herum und die hochreflektierende (HR-)Beschichtung 74 in Richtung der Mitte der Oberfläche des Teilers. Die HR-Beschichtung 74 kann eine ovale Form aufweisen, sodass die in einem Winkel angeordnete ovale Beschichtung 74 den sekundären Laserstrahl SB, der eine zylindrische Form aufweist, in Richtung der Fokussieroptik 76 für die sekundäre Faser 40 reflektieren kann. Die sekundäre Faser 40 wiederum gibt den sekundären Strahl SB an den Ausgang 42 ab, der den sekundären Strahl SB auf das/die Werkstück(e) WP richtet. Dieser Ausgang 42 kann jede beliebige geeignete Optik, Abdeckschieber, Cross-Jet, Kühlung usw. beinhalten.
Bei der oben beschriebenen Anordnung kann die Linse 76 Licht bis zu einem maximalen Winkel auf die Faser 40 fokussieren. Jedes Licht jenseits dieses maximalen Winkels wird nicht durch die Faser 40 geleitet. Wenn der Durchmesser des eingeschlossenen sekundären Strahls SB, der zu der Linse 76 reflektiert wird, groß ist, muss die Brennweite der Linse 76 vergrößert werden, damit der maximale Winkel für das Licht nicht überschritten wird. Die größere Brennweite führt zu einem größeren Fokus der Linse 76, sodass ein größerer Kern der optischen Faser 40 benötigt wird. Dies gilt für alle möglichen Lichtstrahlen über den gesamten Bereich der Leistungsvariation. Aus diesem Grund ist das seitliche (horizontale) Verlagern des Strahlenteilers 70 ein bevorzugter Weg, um die Leistung für den sekundären Strahl SB einzustellen.
In einer Konfiguration können die Beschichtungen 72, 74 lithographisch strukturierte Beschichtungen sein und können eine Genauigkeit im Mikrometerbereich aufweisen, um eine Hochleistungsstrahlteilung bereitzustellen. Im Allgemeinen können die Beschichtungen 72, 74 dielektrische Beschichtungen, metallische Beschichtungen oder metallisch-dielektrische Beschichtungen auf einem geeigneten Substrat sein, das vorzugsweise für die Transmissionswellenlänge transparent ist, um Absorption und Erhitzung zu reduzieren. Die Beschichtungen 72, 74 können durch thermisches Elektronenstrahlverdampfen, Sputtern, Magnetronsputtern, Ionenstrahlsputtern, Lithographie, eine Kombination aus Strukturierung und Beschichtung oder eine andere Technik aufgebracht werden.
Im Allgemeinen bezieht sich die Lithografie auf eine Möglichkeit, zwei verschiedene Schichten nahe beieinander auf ein Substrat aufzubringen. Die Lithographie kann Photolithographie, optische Lithographie, Schattenmaskierung und -abscheidung sowie andere Prozesse umfassen. Beispielsweise kann bei der Fotolithografie ein Fotolack verwendet werden, um ausgewählte Oberflächenbereiche des Substrats während der verschiedenen Phasen des Aufbringens von Beschichtungen zu maskieren. Im Prinzip kann ein Fotolack auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht und in eine gewünschte Form gebracht werden, um einen Bereich der Oberfläche abzudecken. Einer der Beschichtungsabschnitte (z. B. AR oder HR) kann auf das Substrat aufgebracht werden, um an dem freiliegenden Oberflächenbereich zu haften. Der Fotolack kann entwickelt und abgehoben werden, und der Vorgang kann für einen anderen Abschnitt des Beschichtungsabschnitts (z. B. HR oder AR) wiederholt werden.
Ein Beschichtungsabschnitt (AR oder HR) kann auch auf einen gesamten Bereich aufgebracht werden. Ein Fotolack kann aufgebracht, strukturiert, entwickelt und dann weggeätzt werden, um ausgewählte Bereiche für weitere Beschichtungsschritte freizulegen. In anderen Beispielen kann während der Abscheidung von Beschichtungsmaterialien eine Lochmaske auf dem Substrat verwendet werden, um unterschiedliche Bereiche für antireflektierende und hochreflektierende Beschichtungen zu realisieren. Diese und andere Prozesse können verwendet werden.
Die Beschichtungen 72, 74 werden bevorzugt, damit auf der Oberfläche eines monolithischen Substrats für den Strahlenteiler eine scharfe Abgrenzung zwischen den antireflektierenden und den hochreflektierenden Bereichen vorgenommen werden kann. Der Strahlenteiler 70 kann dennoch Abschnitte, Sektionen oder dergleichen aufweisen, die zusammen aufgebaut sind, um die antireflektierenden und hochreflektierenden Bereiche zu bilden.
In den meisten Fällen befindet sich der brillanteste Teil des Laserlichts in der Nähe der optischen Achse A. Der Strahlenteiler 70 mit der HR-Beschichtung 74 wird dazu verwendet, diesen brillanteren Teil des Laserlichts in die sekundäre Faser 40 zu koppeln. Im Allgemeinen ist der Oberflächenbereich der HR-Beschichtung 74 viel kleiner als der Oberflächenbereich der AR-Beschichtung 72, weil der Anteil des Lichts, der zum Vorerhitzen benötigt wird, unter 50 % des gesamten Laserlichts liegen kann und weil nur der intensivste Teil des Strahls verwendet wird. Aufgrund der viel höheren lokalen Brillanz kann die Brennweite der Linse 76 klein gewählt werden, was zu einem kleinen Fokus führt, und die sekundäre Faser 40 kann einen Kerndurchmesser von unter 0,2 mm aufweisen. Der kleinere Kerndurchmesser der sekundären Faser 40 kann einen viel kleineren Erhitzungspunkt(e) erzeugen, eine bessere Fokusformung des Punktes (der Punkte) ermöglichen und eine bessere Strahlformung bereitstellen, um verschiedene Punktgeometrien zu realisieren. Als ein zusätzlicher Vorteil kann eine wesentlich kleinere Auskoppeloptik (z. B. Linse 76) benötigt werden, wenn das zentrale Licht aus der optischen Achse A des kollimierten Strahls CB verwendet wird.
Der Strahlenteiler 70 ist in einem Winkel (z. B. 45 Grad) in den kollimierten Strahl CB aus dem Kollimator 64 platziert, sodass ein zylindrisch geformter kollimierter sekundärer Strahl SB aus dem elliptisch geformten oder ovalen zentralen Bereich, der die HR-Beschichtung 74 aufweist, auf die sekundäre Faser 40 trifft. Die optische Leistung, die in die sekundäre Faser 40 gekoppelt wird, kann durch Bewegen, Verschieben, Verlagern, Drehen usw. des Teilers 70 relativ zu der zentralen Achse A des kollimierten Hauptstrahls CB eingestellt werden. Die Bewegung des Teilers 70 verändert die Menge des zentralen Lichts, das von der HR-Beschichtung 74 zur Linse 76 und zur Faser 40 reflektiert wird, da die Intensität des kollimierten Strahls CB typischerweise mit dem Abstand zur optischen Achse A abnimmt. Die Winkelausrichtung des Strahlenteilers 70 kann relativ zu dem kollimierten Strahl CB unter Verwendung von einem oder mehreren Aktuatoren 75, wie etwa einem Motor, Elektromagneten oder dergleichen, eingestellt werden. Eine Änderung der Winkelausrichtung des Strahlenteilers 70 würde dazu führen, dass das Licht von der festen Linse 76 weg reflektiert wird. Eine seitliche Verlagerung des Strahlenteilers 70 versetzt zur zentralen Achse A unter Verwendung eines oder mehrerer Aktuatoren 75, wie etwa eines Motors, Elektromagneten oder dergleichen, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 9A 9B erörtert, kann bevorzugt werden, sodass das reflektierte Licht stets durch die feste Linse 76 gelangt.
Wie gezeigt, weist der Kopf 50 typischerweise zwei Reflektoren oder Spiegel 66a-b auf, um den kollimierten Strahl CB in dem Gehäuse 60 zu leiten. Diese Anordnung wird verwendet, da der Reflektor 66b eine Drehung des Arms (56; 1B) ermöglicht, während der LB auf den Zufuhrdraht fokussiert bleibt. Diese Anordnung wird teilweise auch verwendet, damit eine Kamera oder ein anderer Bildsensor 32 den Prozess basierend auf dem Licht überwachen kann, das von dem Prozess reflektiert wird und durch den Ausgang 69 zurück zu dem zweiten Reflektor 66b gelangt. Der Bildsensor 32 kann eine separate Linse beinhalten, um das Licht auf der Detektoroberfläche zu konzentrieren. Als alternative Anordnung kann der kollimierte Strahl CB unter Verwendung eines Strahlenteilers getrennt werden, der einen dieser Reflektoren 66a-b ersetzt.
Beispielsweise veranschaulicht 3 eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 50, der eine zweite Anordnung zum Abgeben eines sekundären Strahls SB auf das/die Werkstück(e) WP aufweist. Hier wird einer der Reflektoren im Kopf 50 durch einen Strahlenteiler 80 gemäß der vorliegenden Offenbarung ersetzt.
Der Strahlenteiler 80 beinhaltet eine hochreflektierende (HR-)Beschichtung 82 um den Umfang des Teilers 80 herum und eine antireflektierende (AR-)Beschichtung 84 in Richtung des Zentrums des Teilers 80. (Auch hier sind die Beschichtungen 82, 84 vorzugsweise auf der vorderen Oberfläche des Strahlenteilers 80 angeordnet. Zugleich weist die Rückseite des Strahlenteilers 80 vorzugsweise eine AR-Beschichtung 83 auf, mindestens auf dem Abschnitt der Oberfläche, durch den Licht übertragen wird. Ebenso können, falls angebracht, ein oder mehrere Aktuatoren 85 verwendet werden, um den Strahlenteiler 80 zu bewegen).
Der Kopf 50 beinhaltet einen Hauptausgang 55a, der einen Reflektor 66b und eine Fokussierlinse 68 aufweist, um einen Abschnitt des Laserlichts im Hauptlaserstrahl LB auf das/die Werkstück(e) WP zu richten. Der Kopf 50 beinhaltet auch einen sekundären Ausgang 55b, um einen Abschnitt des Laserlichts in einem sekundären Laserstrahl SB auf das/die Werkstück(e) WP zu richten. Hier beinhaltet der sekundäre Ausgang 55b eine Fokussierlinse 86 und einen Wellenleiter oder eine optische Faser 40. Die gleiche Fokussierlinse 86 kann hier wie die Fokussierlinse in 2 verwendet werden, genau wie der gleiche Wellenleiter oder die gleiche optische Faser 40 verwendet werden kann.
Auf dem Strahlenteiler 80 kann die AR-Beschichtung 84 eine elliptische oder ovale Form aufweisen, sodass der sekundäre Laserstrahl SB, der eine zylindrische Form aufweist, in Richtung der Fokussieroptik 86 für die sekundäre Faser 40 geleitet wird. Die Beschichtungen 82, 84 können wie zuvor aufgebaut sein, aber die Beschichtungen 82, 84 sind mit der AR-Beschichtung 82 im zentralen Bereich angeordnet, um das brillantere zentrale Licht durchzulassen. Die HR-Beschichtung 84 ist im peripheren Bereich des Strahlenteilers 80 angeordnet, um das weniger brillante periphere Licht für den Hauptlaserstrahl LB zu reflektieren. Wie angemerkt, kann der Teiler 80 bewegt werden, um die zum Vorerhitzen bereitgestellte Leistung zu regulieren. Das Bewegen des Teilers 80 kann mit dem Bewegen der Linse 86 und des Eingangs der Faser 40 gekoppelt sein. Als Alternative kann ein gekoppelter zweiter Spiegel verwendet werden.
4 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 50, der eine dritte Anordnung zum Abgeben eines sekundären Strahls SB auf das/die Werkstück(e) WP aufweist. Diese Anordnung ist der vorstehend offenbarten ähnlich, außer dass der Strahlenteiler 80 einen Reflektor ersetzt, der sich in Richtung des Ausgangsendes 69 des Laserbearbeitungskopfs 50 befindet. (Auch hier sind die Beschichtungen 82, 84 vorzugsweise auf der vorderen Oberfläche des Strahlenteilers 80 angeordnet. Zugleich weist die Rückseite des Strahlenteilers 80 vorzugsweise eine AR-Beschichtung 83 auf, mindestens auf dem Abschnitt der Oberfläche, durch den Licht übertragen wird. Ebenso können, falls angebracht, ein oder mehrere Aktuatoren 85 verwendet werden, um den Strahlenteiler 80 zu bewegen).
Der Kopf 50 beinhaltet einen Hauptausgang 55a, der einen Reflektor 66a und eine Fokussierlinse 68 aufweist, um einen Abschnitt des Laserlichts im Hauptlaserstrahl LB auf das/die Werkstück(e) WP zu richten. Bei dieser Anordnung ist auch der Reflektor 66a Teil des sekundären Strahlenwegs. Der Kopf 50 beinhaltet auch einen sekundären Ausgang 55b, um einen Abschnitt des Laserlichts in einem sekundären Laserstrahl SB auf das/die Werkstück(e) WP zu richten. Hier beinhaltet der sekundäre Ausgang 55b eine Fokussierlinse 86 und einen Wellenleiter oder eine optische Faser 40.
Diese Anordnung, die den Strahlenteiler 80 am Ausgangsende 69 aufweist, ist möglicherweise nicht unbedingt zu bevorzugen, da an dieser Stelle ein Bildsensor 32, wie etwa eine Kamera, verwendet werden kann, um das reflektierte Licht abzubilden, um den vom Laserstrahl LB durchgeführten Prozess zu überwachen. Das Einschließen des Strahlenteilers 80 in diesen Weg kann die Überwachung erschweren, da er die Art und Weise verändert, wie das vom Prozess zurückgeworfene Licht den Bildsensor 32 erreichen kann. Außerdem kann das Bewegen des Strahlenteilers 80 zum Regulieren der Leistung zum Vorerhitzen das Bewegen der Linse 86 und des Eingangs der Faser 40 erfordern.
5 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 50, der eine alternative Anordnung aufweist. In 5 kann ein Strahlenteiler 70 ähnlich dem oben mit Bezug auf 2 erörterten verwendet werden. (Auch hier sind die Beschichtungen für die Abschnitte 72, 74 vorzugsweise auf der vorderen Oberfläche des Strahlenteilers 70 angeordnet, und die hintere Oberfläche des Strahlenteilers 70 ist vorzugsweise mit einer AR-Beschichtung 73 beschichtet. Gegebenenfalls können auch ein oder mehrere Aktuatoren 75 verwendet werden, um den Strahlenteiler 70 zu bewegen.) Hier kann der Strahlenteiler 70 in dem kollimierten Strahl CB zwischen den Reflektoren 66a-b positioniert werden. In einigen Fällen ist der Abstand zwischen den Reflektoren 66a-b vorzugsweise kurz, sodass die Gesamtgröße des Gehäuses 60 kompakter sein kann, wobei in diesem Fall eine andere Anordnung bevorzugt werden kann.
In 5 kommt das Licht zum Erhitzen von einer Seite des Prozesses und der Zufuhrdraht kommt von der anderen Seite des Prozesses. Mit anderen Worten, der Kopf 50 in 5 kann sich in der Abbildung nach links bewegen (Richtung D), und die Zufuhr des Drahtes W kann sich auf dieser Seite des Laserstrahls LB befinden. Dementsprechend kann das Licht aus der Faser 40 für ein Nacherhitzen des Verbindungsprozesses sorgen. Natürlich kann die Faser 40 hier auf der anderen Seite angeordnet werden, um ein Vorerhitzen bereitzustellen. Jede der hierin offenbarten Anordnungen kann jedoch zum Vorerhitzen, Nacherhitzen oder für beides angeordnet werden.
In anderen Alternativen können mehr als ein Strahlenteiler 70, 80 mehr als einen sekundären Strahl SB auf mehr als eine sekundäre Faser 40 teilen, oder ein Strahlenteiler 70, 80 kann mehrere sekundäre Strahlen SB auf mehrere optische Fasern 40 teilen. Eine entsprechende Nachrüstung des Laserbearbeitungskopfes 50 ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise können Nachrüstungselemente eines Strahlenteilers 70/80, einer Optik 76/86, einer Faser 40 und dergleichen einem vorhandenen Kopf 50 zugegeben werden, um den Kopf 50 zum Abgeben des sekundären Laserstrahls SB, wie hierin offenbart, zu konfigurieren.
Der Ausgang 42 der sekundären Faser 40 kann verschiedene Anordnungen aufweisen, je nachdem, welcher Erhitzungspunkt(e) durch den sekundären Strahl SB erzeugt werden soll. Wie bereits angemerkt, kann der Ausgang 42 jede beliebige geeignete Optik, Abdeckschieber, Cross-Jet, Kühlung usw. beinhalten. Im Allgemeinen kann der Ausgang 42 der sekundären Faser 40 eine flache Spitze aufweisen (d. h. eine Faserspitze ohne jegliche Form von strahlformenden Elementen). Insbesondere kann die flache Spitze verwendet werden, um eine akzeptable Punktgröße zu erzeugen, die vom Abstand des Ausgangs 42 zum Werkstück und von der numerischen Apertur abhängt. Beträgt beispielsweise der Abstand des Ausgangs 42 zum Werkstück 80 mm und die numerische Apertur nur 20 mrads, dann kann ein Punkt von 3,2 mm gebildet werden, ohne dass eine Bildoptik, wie etwa ein Strahlformungselement, überhaupt erforderlich ist. Alternativ dazu kann ein Strahlformungselement am Ausgang 42 der sekundären Faser 40 positioniert werden. Auch das Intensitätsprofil des sekundären Strahls SB der sekundären Faser 40 kann am Ausgang 42 angepasst werden, um den Anforderungen einer Verbindung gerecht zu werden.
Mögliche Ausführungsformen des Ausgangs 42 für die sekundäre Faser 40 sind in den Vergrößerungen A, B und C von 6 gezeigt. In der Vergrößerung A ist ein distales Ende der sekundären Faser 40a vor einer Mikrolinse 44a für den Ausgang 42 angeordnet. Die Linse 44a kann in einer Endkappe oder einem Gehäuse angeordnet sein, das mit dem Ende der Faser 40a verbunden ist.
In der Vergrößerung B beinhaltet die sekundäre Faser 40b Mikrofasern 44b, die am Ausgang 42 freiliegen. Die Mikrofasern 44b können die Form des Laserlichts für den/die Erhitzungspunkt(e) streuen oder anderweitig richten. Die Mikrofasern 44b können auch am Ausgang 42 verteilt werden, sodass die Mikrofasern 44ab in Kombination mit einer Fokussierlinse (nicht gezeigt) eine gewünschte Form eines Vorerhitzungpunktes ergeben können. An der Eingangsseite der Faser 40 können die Mikrofasern 44b gebündelt werden, um einen gepackten Eingang für den Fokus der Linse 76 zu bilden.
In Vergrößerung C ist ein optischer Block 44c mit dem Ende der Faser 40c gekoppelt. Der optische Block 44c kann dazu konfiguriert sein, den sekundären Strahl in eine Linie oder eine andere Form zu formen. Wie beispielsweise gezeigt, kann der optische Block 44c aufgefächert werden, sodass der sekundäre Strahl zu einer Strahlenlinie geformt werden kann, um Beschichtungen zu verdampfen und/oder die Werkstücke zu erhitzen. Andere Konfigurationen können verwendet werden. Beispielsweise kann am distalen Ende der Faser 40 ein diffraktives optisches Element verwendet werden.
Wie oben angemerkt, wird der sekundäre Strahl SB neben dem Hauptlaserstrahl LB an einer Stelle in der Nähe des Drahtes abgegeben, das dem Bearbeitungsbereich zugeführt wird. 7 veranschaulicht eine Baugruppe, die eine sekundäre Faser 40 aufweist, die auf einer Führung 26 am Drahtausgang 24 am Ende 58 des Gehäusearms 56 angeordnet ist. Ein mechanisches Befestigungselement oder eine Klemme 90 befestigt die sekundäre Faser 40 an der Führung 26. Wie gezeigt, ist die Führung 26 mit dem Kabel 22 verbunden, das den Draht W angrenzend an den Hauptlaserstrahl LB abgibt. Die Führung 26 kann einen mechanischen Führungsfinger 28 beinhalten, der in das/die Werkstück(e) eingreift, um etwa die Naht zu verfolgen und eine Kraft auszuüben, wie hierin erörtert.
8A-8E veranschaulichen Draufsichten von Strahlenteilern 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie oben angemerkt, kann der Strahlenteiler 100 der vorliegenden Offenbarung mindestens zwei reflektierende Abschnitte beinhalten, darunter einen antireflektierenden Abschnitt und einen hochreflektierenden Abschnitt. Wie ebenfalls oben angemerkt, können sich die mindestens zwei reflektierenden Abschnitte in mindestens zwei Bereichen des Strahlenteilers 100 befinden, die einen inneren Bereich und einen peripheren Bereich beinhalten. Wie weiter angemerkt, kann die Form der Bereiche eine runde, eine elliptische oder eine ovale Form aufweisen. Diese Konfiguration kann am besten geeignet sein, wenn der zentrale Abschnitt des kollimierten Strahls die höchste Brillanz bereitstellen kann und wenn die Ausgestaltung dazu gedacht ist, die höchste Brillanz auf den sekundären Strahl zu teilen. Seitliche Bewegung des Strahlenteilers 100 kann einstellen, wie viel der höchsten Brillanz (und damit der Gesamtleistung) auf den sekundären Strahl gerichtet wird. Wie jedoch aus der vorliegenden Offenbarung hervorgeht, sind andere Konfigurationen möglich.
Erstens ist es in manchen Implementierungen möglicherweise nicht erwünscht oder notwendig, dass der Abschnitt des kollimierten Lichts, der auf den sekundären Strahl gerichtet ist, das zentrale Licht (d. h. das Licht mit der höchsten Brillanz) beinhaltet. Stattdessen kann das Licht, das entweder durch den HR-Abschnitt oder den AR-Abschnitt des Strahlenteilers 100 auf den sekundären Strahl gerichtet wird, je nach Implementierung anderswo im kollimierten Strahl platziert werden, etwa versetzt von dem Zentrum des Strahlenteilers. Abhängig vom Licht kann beispielsweise die Brillanz eines versetzten Abschnitts des Strahlenteilers 100 geringer sein, aber immer noch für das Vorerhitzen, Nacherhitzen oder andere hierin offenbarte Zwecke ausreichend sein. Außerdem kann der kollimierte Strahl zwar dazu tendieren, im Zentrum eine höhere Brillanz aufzuweisen, aber es gibt möglicherweise auch Laserlicht mit einer flacheren Leistungsverteilung im kollimierten Strahl.
Mit diesem Verständnis im Hinterkopf zeigt 8A den Strahlenteiler 100, der mindestens zwei Abschnitte 102, 104 (z. B. AR- und HR-Abschnitte) aufweist, die sich in einem peripheren Bereich und einem inneren Bereich befinden, die mit den vorstehend beschriebenen vergleichbar sind. Der Abschnitt 104 im inneren Bereich kann der HR-Abschnitt sein, und der Abschnitt 102 im peripheren Bereich kann der AR-Abschnitt sein. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich. Da der Strahlenteiler 100 in Bezug auf die optische Achse des kollimierten Strahls abgewinkelt ist, kann der Abschnitt 104 des inneren Bereichs eine ovale oder elliptische Form aufweisen, wie bereits erörtert. Größe und Form der Abschnitte 102, 104 und Bereiche können jedoch nach Bedarf konfiguriert werden.
In 8B weist der Strahlenteiler 100 wieder mindestens zwei reflektierende Abschnitte 102, 106 auf. Ein erster „innerer“ Abschnitt 106 befindet sich innerhalb des zweiten „peripheren“ Abschnitts 102, aber der erste Abschnitt 106 ist von dem Zentrum des Strahlenteilers 100 versetzt. Der erste Abschnitt 106 kann sogar, wie ebenfalls dargestellt, zum Rand des Strahlenteilers 100 hin angeordnet sein. Der erste Abschnitt 106 kann der HR-Abschnitt sein und der zweite Abschnitt 102 kann der AR-Abschnitt sein. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich. Da der Strahlenteiler 100 in Bezug auf die optische Achse des kollimierten Strahls abgewinkelt ist, kann der innere Abschnitt 106 eine ovale oder elliptische Form aufweisen, wie bereits erörtert. Größe und Form der Abschnitte und Bereiche können jedoch nach Bedarf konfiguriert werden.
Die Abschnitte des Strahlenteilers 100 können frei geformte Bereiche sein, und der Strahlenteiler 100 mit den lithografischen Bereichen der antireflektierenden und hochreflektierenden Abschnitte kann den umgelenkten Strahl formen. 8C zeigt beispielsweise einen inneren Abschnitt 108, der eine frei geformte Form aufweist, wie beispielsweise einen Halbmond, wie gezeigt, der aber auch jede beliebige andere Form haben kann. Eine Ringform, eine Kreuzform oder dergleichen könnte ebenfalls verwendet werden. Eine spezifische Form, wie etwa diese, die für einen der Abschnitte 108 verwendet wird, kann während des Transports durch die kurze Faser des sekundären Ausgangs mehr oder weniger im Licht erhalten bleiben. Auf diese Weise kann das geformte Licht eine spezifische Leistungsverteilung außerhalb des Nahfelds des Laserpunkts erzeugen.
8D zeigt, wie einer der Abschnitte (z. B. der innere Abschnitt 110) eine andere Form als rund oder elliptisch aufweisen kann. 8E zeigt, wie einer der Abschnitte (z. B. der innere Abschnitt 112) aus mehreren diskreten Abschnitten bestehen kann, die in einer bestimmten Form und Ausrichtung die gleiche oder eine unterschiedliches Reflektivität aufweisen. Die Form der Abschnitte 102, 104, 106, 108, 110, 112 kann eine spezifische Leistungsverteilung im sekundären Strahl bereitstellen und einen Gradienten oder diskrete Stufen der abgegebenen Leistung basierend auf einer seitlichen Position des Strahlenteilers 100 bereitstellen. Wie diese Beispiele mit den Abschnitten 102, 104, 106, 108, 110, 112 zeigen, können verschiedene Konfigurationen für den Strahlenteiler 100 der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, und die Form der Abschnitte kann symmetrisch, asymmetrisch, gleichmäßig, ungleichmäßig oder dergleichen sein.
Wie oben angemerkt, kann die Ausrichtung des Strahlenteilers der vorliegenden Offenbarung geändert werden, um den sekundären Ausgang des Laserlichts zu verändern. Beispielsweise kann eine Änderung der seitlichen Ausrichtung des Strahlenteilers die Lichtmenge einstellen, die von der HR-Beschichtung zur Linse reflektiert wird, um in die Faser abgegeben zu werden.
9A 9B veranschaulichen schematische Ansichten eines Strahlenteilers 120, dessen seitliche Ausrichtung bewegt wird, um den sekundären Ausgang des Laserlichts zu verändern. Die in die sekundäre Faser 40 gekoppelte optische Leistung kann durch Verlagern des Strahlenteilers 120 relativ zu der optischen Achse A des kollimierten Hauptstrahls CB eingestellt werden. Der Strahlenteiler 120 weist in diesem Beispiel einen peripheren Abschnitt mit einer antireflektierenden Beschichtung 122 auf und weist einen inneren oder zentralen Abschnitt mit einer hochreflektierenden Beschichtung 124 auf.
In 9A ist der Strahlenteiler 120 auf die seitliche Position xo eingerichtet, wobei das Zentrum des Teilers 120 auf die optische Achse A ausgerichtet ist. Wie gezeigt, kann der Strahlenteiler 120 in einem Winkel (z. B. 45 Grad) eingerichtet werden, der fest oder einstellbar sein kann. Eine größere Menge des zentralen Lichts CL wird durch die HR-Beschichtung 124 zu der Linse 126 und der Faser 40 reflektiert. In 9B wurde die seitliche Ausrichtung des Strahlenteilers 120 auf eine andere seitliche Position x₁ eingestellt, sodass die Mitte des Teilers nicht mit der optischen Achse A ausgerichtet ist. Wie deutlich wird, weist die HR-Beschichtung 124 immer noch dieselbe Größe auf, sodass die Abmessung des sekundären Strahls, der von der HR-Beschichtung 124 in Richtung Linse 126 reflektiert wird, gleich bleibt. Da die HR-Beschichtung 124 jedoch nicht mehr in Bezug auf die optische Achse A zentriert ist, wird weniger von dem zentralen Licht CL von der HR-Beschichtung 124 reflektiert. Daher erzeugt der außerhalb der Achse liegende Teil der HR-Beschichtung 124 einen Teil des reflektierten Strahls, der eine geringere Leistung aufweist. Die Bewegung kann einen oder mehrere Aktuatoren 125 verwenden, wie etwa einen Motor, Elektromagneten oder dergleichen. Diese Änderung der seitlichen Ausrichtung des Strahlenteilers 120 stellt die Menge des zentralen Lichts CL ein, das von der HR-Beschichtung 124 zur Linse 126 reflektiert wird, um in die Faser 40 abgegeben zu werden.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter und anderer Ausführungsformen soll den Umfang oder die Anwendbarkeit der von den Anmeldern erdachten erfinderischen Konzepte nicht begrenzen oder einschränken. Es versteht sich aus dem Nutzen der vorliegenden Offenbarung, dass die oben beschriebenen Merkmale gemäß einer beliebigen Ausführungsform oder einem Aspekt des offenbarten Gegenstands entweder allein oder in Kombination mit jedem anderen beschriebenen Merkmal in jeder anderen Ausführungsform oder jedem anderen Aspekt des offenbarten Gegenstands genutzt werden können.
Im Austausch für die Offenbarung der hierin enthaltenen erfinderischen Konzepte wünschen die Anmelder alle durch die beigefügten Ansprüche gewährten Patentrechte. Daher ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle Modifikationen und Änderungen in vollem Umfang einschließen, die in den Umfang der folgenden Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.

Claims

Ein Laserbearbeitungskopf zum Richten von Laserlicht auf ein Werkstück, wobei der Laserbearbeitungskopf Folgendes umfasst: - einen Kollimator, der in einer optischen Achse des Laserlichts angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Laserlicht in kollimiertes Licht umzuwandeln; - einen Strahlenteiler, der in dem kollimierten Licht angeordnet ist und mindestens zwei Abschnitte aufweist, wobei die mindestens zwei Abschnitte einen antireflektierenden Abschnitt und einen hochreflektierenden Abschnitt umfassen, wobei der Strahlenteiler dazu konfiguriert ist, das kollimierte Licht in ein erstes Licht von einem ersten der mindestens zwei Abschnitte und in ein zweites Licht von einem zweiten der mindestens zwei Abschnitte zu teilen; - einen Hauptausgang, der in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet ist, wobei der Hauptausgang dazu konfiguriert ist, mindestens das erste Licht in einen Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu richten; und - einen sekundären Ausgang, der in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet ist, wobei der sekundäre Ausgang dazu konfiguriert ist, mindestens den zweiten Abschnitt in einen sekundären Laserstrahl neben dem Hauptlaserstrahl zu richten.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der Kollimator eine oder mehrere Linsen umfasst.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der Strahlenteiler ein Substrat umfasst; wobei der hochreflektierende Abschnitt eine hochreflektierende Beschichtung umfasst, die lithographisch auf dem Substrat oder auf einer antireflektierenden Beschichtung strukturiert ist.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der Strahlenteiler an einer seitlichen Position relativ zu der optischen Achse angeordnet ist, wobei die seitliche Position relativ zu der optischen Achse einstellbar ist, wobei die seitliche Position dazu konfiguriert ist, eine Menge des ersten Lichts, des zweiten Lichts oder des ersten und zweiten Lichts, die durch den Strahlenteiler geteilt werden, einzustellen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der Hauptausgang eine Fokussierlinse umfasst, die auf der optischen Achse angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches kollimierte Licht, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt, in den Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu fokussieren.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der sekundäre Ausgang Folgendes umfasst: - mindestens eine Fokussierlinse, die in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches kollimierte Licht zu fokussieren, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt; und - mindestens einen Wellenleiter, der einen Eingang aufweist, der in optischer Verbindung mit der Fokussierlinse angeordnet ist, und der einen Ausgang aufweist, der in optischer Verbindung mit dem Werkstück angeordnet ist.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 6, wobei der Wellenleiter eine optische Faser oder ein Bündel von Mikrofasern umfasst.
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 6, wobei der Ausgang des Wellenleiters eine Mikrolinse, einen optischen Block, ein Strahlformungselement oder eine flache Spitze umfasst.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, - wobei die mindestens zwei Abschnitte auf mindestens zwei Bereichen des Strahlenteilers angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Bereiche einen peripheren Bereich und einen inneren Bereich umfassen, wobei der periphere Bereich den inneren Bereich umgibt, wobei der Strahlenteiler dazu konfiguriert ist, das kollimierte Licht in inneres Licht aus dem inneren Bereich und in peripheres Licht aus dem peripheren Bereich zu teilen; - wobei der Hauptausgang dazu konfiguriert ist, mindestens das periphere Licht als das erste Licht in den Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu richten; und - wobei der sekundäre Ausgang dazu konfiguriert ist, mindestens das innere Licht als das zweite Licht in den sekundären Laserstrahl neben dem Hauptlaserstrahl zu richten.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9, wobei der innere Bereich des Strahlenteilers eine elliptische Form, eine ovale Form, eine symmetrische Form, eine asymmetrische Form, eine gleichmäßige Form oder eine ungleichmäßige Form umfasst.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9, wobei der Strahlenteiler den antireflektierenden Abschnitt an dem peripheren Bereich davon umfasst und den hochreflektierenden Abschnitt an dem inneren Bereich davon umfasst, wobei der hochreflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, das innere Licht mindestens teilweise zu dem sekundären Ausgang zu reflektieren, und der antireflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, das periphere Licht mindestens teilweise zu dem Hauptausgang durchzulassen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 11, wobei der Hauptausgang eine Fokussierlinse umfasst, die in der optischen Achse angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches darauf einfallende kollimierte Licht in den Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu fokussieren.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 12, wobei der Hauptausgang mindestens einen Reflektor umfasst, der in der optischen Achse zwischen dem Strahlenteiler und der Fokussierlinse angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches kollimierte Licht zu reflektieren, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 11, wobei der sekundäre Ausgang Folgendes umfasst: - mindestens eine Fokussierlinse, die in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches kollimierte Licht zu fokussieren, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt; und - mindestens einen Wellenleiter, der einen Eingang aufweist, der in optischer Verbindung mit der Fokussierlinse angeordnet ist, und der einen Ausgang aufweist, der in optischer Verbindung mit dem Werkstück angeordnet ist.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9, wobei der Strahlenteiler den antireflektierenden Abschnitt an dem inneren Bereich davon umfasst und den hochreflektierenden Abschnitt an dem peripheren Bereich davon umfasst, wobei der hochreflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, das periphere Licht mindestens teilweise zu dem Hauptausgang zu reflektieren, und der antireflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, das innere Licht mindestens teilweise zu dem sekundären Ausgang durchzulassen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 15, wobei der Hauptausgang eine Fokussierlinse umfasst, die in der optischen Achse angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches kollimierte Licht, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt, in den Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu fokussieren.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, wobei der Hauptausgang einen Reflektor umfasst, der in der optischen Achse zwischen dem Strahlenteiler und der Fokussierlinse und/oder zwischen dem Kollimator und dem Strahlenteiler angeordnet ist, wobei der Reflektor dazu konfiguriert ist, das auf ihn einfallende kollimierte Licht mindestens teilweise zu reflektieren.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, wobei der sekundäre Ausgang Folgendes umfasst: - eine Fokussierlinse, die in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet und dazu konfiguriert ist, jegliches kollimierte Licht zu fokussieren, das von dem Strahlenteiler übertragen wird und auf die Fokussierlinse fällt; und - einen Wellenleiter, der einen Eingang aufweist, der in optischer Verbindung mit der Fokussierlinse angeordnet ist, und der einen Ausgang aufweist, der in optischer Verbindung mit dem Werkstück angeordnet ist.
Der Laserbearbeitungskopf zum Verbinden von Werkstücken unter Verwendung von Laserlicht und einem Draht, wobei der Laserbearbeitungskopf Folgendes umfasst: - einen Kollimator, der in einer optischen Achse des Laserlichts angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Laserlicht in kollimiertes Licht umzuwandeln; - einen Strahlenteiler, der in dem kollimierten Licht angeordnet ist und mindestens zwei Abschnitte aufweist, wobei die mindestens zwei Abschnitte einen antireflektierenden Abschnitt und einen hochreflektierenden Abschnitt umfassen, wobei der Strahlenteiler dazu konfiguriert ist, das kollimierte Licht in ein erstes Licht von einem ersten der mindestens zwei Abschnitte und in ein zweites Licht von einem zweiten der mindestens zwei Abschnitte zu teilen; - einen Hauptausgang, der in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet ist, wobei der Hauptausgang dazu konfiguriert ist, mindestens das erste Licht in einen Hauptlaserstrahl auf das Werkstück zu richten; und - einen sekundären Ausgang, der in optischer Verbindung mit dem Strahlenteiler angeordnet ist, wobei der sekundäre Ausgang dazu konfiguriert ist, mindestens den zweiten Abschnitt in einen sekundären Laserstrahl neben dem Hauptlaserstrahl zu richten; und - ein Kabel, das dazu konfiguriert ist, den Draht in den Hauptlaserstrahl zuzuführen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 19, wobei: - der Strahlenteiler den antireflektierenden Abschnitt auf einem peripheren Bereich davon aufweist und den hochreflektierenden Abschnitt auf einem inneren Bereich davon aufweist, wobei der periphere Bereich den inneren Bereich umgibt, der antireflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, peripheres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise zu dem Hauptausgang durchzulassen, und der hochreflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, inneres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise zu reflektieren; oder - der Strahlenteiler den antireflektierenden Abschnitt auf einem inneren Bereich davon aufweist und den hochreflektierenden Abschnitt auf einem peripheren Bereich davon aufweist, wobei der periphere Bereich den inneren Bereich umgibt, der hochreflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, peripheres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise zu dem Hauptausgang zu reflektieren, und der antireflektierende Abschnitt dazu konfiguriert ist, inneres Licht des kollimierten Lichts mindestens teilweise durchzulassen.
Ein Verfahren zum Richten von Laserlicht auf ein Werkstück, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Kollimieren des Laserlichts in kollimiertes Licht entlang einer optischen Achse; - Teilen des kollimierten Lichts in ein erstes Licht und ein zweites Licht unter Verwendung eines Strahlenteilers, der mindestens zwei Abschnitte aufweist, einschließlich eines antireflektierenden Abschnitts und eines hochreflektierenden Abschnitts; - Richten mindestens eines Abschnitts des ersten Lichts in einen Hauptlaserstrahl auf das Werkstück; und - Richten mindestens eines Abschnitts des zweiten Lichts in einen sekundären Laserstrahl auf das Werkstück.
Das Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend Zuführen eines Drahtes zu dem Hauptlaserstrahl; und wobei Richten mindestens des Abschnitts des ersten Lichts in den Hauptlaserstrahl auf das Werkstück Schmelzen des Drahtes mit dem Hauptlaserstrahl umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei Teilen des kollimierten Lichts in das erste Licht und das zweite Licht unter Verwendung des Strahlenteilers Folgendes umfasst: - Reflektieren des zweiten Lichts von dem hochreflektierenden Abschnitt in einem inneren Bereich des Strahlenteilers und Durchlassen des ersten Lichts durch den antireflektierenden Abschnitt in einem peripheren Bereich des Strahlenteilers; oder - Reflektieren des ersten Lichts von dem hochreflektierenden Abschnitt in einem peripheren Bereich des Strahlenteilers und Durchlassen des zweiten Lichts durch den antireflektierenden Abschnitt in einem inneren Bereich des Strahlenteilers.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei Richten mindestens des Abschnitts des zweiten Lichts in den sekundären Laserstrahl auf das Werkstück Folgendes umfasst: - Vorerhitzen des Werkstücks mit Hilfe des sekundären Laserstrahls, bevor eine Verbindung hergestellt wird; oder - Erhitzen des Werkstücks unter Verwendung des sekundären Laserstrahls, nachdem eine Verbindung hergestellt wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend Einstellen einer Menge des zweiten Lichts, das auf den sekundären Strahl gerichtet ist, durch Verlagern des Strahlenteilers senkrecht zu der optischen Achse.