DE10246198A1 - Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung - Google Patents
Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung Download PDFInfo
- Publication number
- DE10246198A1 DE10246198A1 DE10246198A DE10246198A DE10246198A1 DE 10246198 A1 DE10246198 A1 DE 10246198A1 DE 10246198 A DE10246198 A DE 10246198A DE 10246198 A DE10246198 A DE 10246198A DE 10246198 A1 DE10246198 A1 DE 10246198A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- shaping optical
- gradient index
- optical unit
- workpiece surface
- arrangement according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/16—Laser beams
- B29C65/1629—Laser beams characterised by the way of heating the interface
- B29C65/1674—Laser beams characterised by the way of heating the interface making use of laser diodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/16—Laser beams
- B29C65/1629—Laser beams characterised by the way of heating the interface
- B29C65/1654—Laser beams characterised by the way of heating the interface scanning at least one of the parts to be joined
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
- B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
- B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/16—Laser beams
- B29C65/1629—Laser beams characterised by the way of heating the interface
- B29C65/1664—Laser beams characterised by the way of heating the interface making use of several radiators
- B29C65/1667—Laser beams characterised by the way of heating the interface making use of several radiators at the same time, i.e. simultaneous laser welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/16—Laser beams
- B29C65/1687—Laser beams making use of light guides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
- B29C66/73921—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, mit der mittels Laserstrahlung zwei Kunststoffteile über ihre aneinanderliegenden Fügeflächen (Werkstück) quasisimultan verschweißt werden können. Das von einer Laserdiode 1 emittierte Strahlenbündel wird über eine Lichtleitfaser 2 in eine Gradienten-Index-Linse 4.1 eingekoppelt, die das Strahlenbündel auf die Werkstückoberfläche 5 konzentriert, wobei die Gradienten-Index-Linse 4.1 gegenüber der Austrittsfläche 3 der Lichtleitfaser 2 ausgelenkt wird, wodurch das Strahlenbündel auf der Werkstückoberfläche 5 eine Fügekontur überstreicht, um das Werkstück in dieser Kontur quasisimultan zu erwärmen, zu plastifizieren und zu verschweißen. Mehrere solcher Anordnungen können als Module zu einer komplexeren Anordnung zusammengefügt werden, um größere Fügekonturen simultan und quasisimultan mit der Strahlung zu beaufschlagen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum quasisimultanen Verschweißen zweier Kunststoffteile entlang einer Fügekontur mittels Laserstrahlung.
- Unter einer Fügekontur soll im Sinne der Erfindung die Geometrie der Verschweißung zwischen den Fügeflächen der zu verschweißenden Teile (Werkstück) verstanden werden. Die Fügekontur kann grundsätzlich punktförmig, linienförmig oder flächig sein und im Raum oder nur in einer Ebene liegen. Abhängig von den zu verschweißenden Teilen kann sie sich in ihrer Ausdehnung im Bereich von nur wenigen Millimetern bis hin zu mehreren Metern unterscheiden.
- Unter einem quasisimultanen Verschweißen soll verstanden werden, dass die Fügeflächen im Bereich der Fügekontur nahezu gleichzeitig erwärmt, plastifiziert und miteinander mit Setzweg verschweißt werden.
- Insbesondere abhängig von der Fügekontur und deren Ausdehnung sind die aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgleichen Anordnungen mehr oder wenig gut geeignet, die zu verbindenden Fügeflächen mit einem angemessenen zeitlichen und maschinentechnischen Aufwand zu verschweißen.
- Aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen, mit denen ausgedehnte Fügekonturen geschweißt werden sollen, umfassen neben einer Laserstrahlungsquelle eine Scaneinrichtung, die grundsätzlich wenigstens aus einem strahlformenden optischen Element und einem strahlumlenkenden optischen Element bestehen. Dabei hat das strahlformende Element die Aufgabe, das Strahlenbündel auf die Werkstückoberfläche zu konzentrieren. Über die strahlumlenkenden Elemente, die mit einem Antrieb verbunden sind, wird das Strahlenbündel ein- oder zweidimensional über die Werkstückoberfläche geführt.
- Als strahlformende optische Elemente kommen hierfür konventionelle Sammellinsen oder sammelnd wirkende Linsenanordnungen zur Anwendung.
- Als strahlumlenkende optische Elemente finden insbesondere Polygonspiegel, Galvanometerspiegel und Prismen Anwendung, die schwingend oder rotierend angetrieben werden. Mit derartigen Anordnungen, bei denen die Scaneinrichtung zur Werkstückoberfläche in einem festen Abstand zur Werkstückoberfläche angeordnet ist, können nur begrenzte Abtastbereiche auf der Werkstückoberfläche abgetastet werden. D.h. es können nur Fügekonturen geschaffen werden, die in ihrer Ausdehnung kleiner als die Größe des Abtastbereiches sind.
- Ist die Fügekontur nur punktförmig, so kann grundsätzlich auf die angetriebenen strahlumlenkenden Elemente verzichtet werden. Die strahlumlenkenden Elemente sind auch dann nicht nötig, wenn die Fügekontur eine Linie ist und die Lichtquelle z.B. mittels einer Zylinderlinse als Linie auf die Werkstückoberfläche abgebildet wird, um das Werkstück simultan zu verschweißen.
- Zur Schaffung ausgedehnterer Fügekonturen wird üblicherweise das Strahlenbündel über einen mittels Roboterarm geführten Spiegelgelenkarm auf die Werkstückoberfläche gelenkt. Eine simultane oder quasisimultane Verschweißung der gesamten Fügekontur ist damit nicht möglich.
- Auch sind Kombinationen von Spiegelgelenkarm und Scaneinrichtung bekannt. Die Abtastbewegung kann dann sowohl eine überlagerte Bewegung der strahlumlenkenden Elemente der Scaneinrichtung und des Roboterarmes sein, als auch eine ausschließliche Bewegung der strahlumlenkenden Elemente der Anordnung, mit der nebeneinander angeordnete Abtastbereiche abgetastet werden, zu denen die Anordnung nacheinander durch den Roboterarm positioniert wird. Auch mit einer solchen Lösung ist eine simultane oder quasisimultane Verschweißung der gesamten Fügefläche nicht möglich.
- Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen zum quasisimultanen Schweißen, bestehend aus strahlformenden und strahlumlenkenden Elementen sind gerätetechnisch und konstruktiv aufwändig und erfordern in der Regel einen hohen Platzbedarf. Sie sind deshalb nicht geeignet, nebeneinander angeordnet zu werden, um durch simultane Erzeugung von jeweils benachbarten Teilfügeflächen eine größere Fügefläche quasisimultan zu schweißen.
- Die Anordnungen zum simultanen Schweißen sind weniger platzaufwändig, sie erfordern jedoch einen hohen Justieraufwand, wenn sie nebeneinander angeordnet zu einer komplexeren Anordnung zusammengesetzt werden sollen, um eine aus mehreren Teilfügeflächen bestehende größere Fügekontur zu schweißen.
- Dejustierungen führen dazu, dass überlappende Bereiche mit der doppelten Strahlungsmenge beaufschlagt werden bzw. dass Bereiche der Fügefläche nicht verschweißt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum quasisimultanen Schweißen von Fügekonturen oder Teilfügekonturen zu schaffen, die mit geringem gerätetechnischen und konstruktiven Aufwand herstellbar ist, einen deutlich geringeren Platzbedarf erfordert und die geeignet ist, mehrfach nebeneinander angeordnet, simultan mehrere Teilfügeflächen zu verschweißen, die eine größere Fügekontur bilden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Es ist ein wesentlicher Gedanke der Erfindung, als strahlformendes optisches Element eine Gradienten-Index-Linse zu verwenden, wie sie in vielen Bereichen der Technik als Faserkopplung Verwendung findet. Anstelle von strahlumlenkenden Elementen, wie sie im Stand der Technik verwendet werden, um das Strahlenbündel über die Werkstückoberfläche zu führen, wird die Gradienten-Index-Linse gegenüber der Austrittsfläche der Lichtleitfaser bewegt, wobei die Gradienten-Index-Linse so ausgeführt ist, dass bereits eine geringe Auslenkung der Lichtleitfaser ausreicht, um auf der Werkstückoberfläche eine große Auslenkung des Strahlenbündels zu erzeugen. Eine erfindungsgemäße Anordnung, deren Masse und äußere Abmessung im Wesentlichen durch die Bewegungseinheit vorgegeben ist, ist im Verhältnis zu herkömmlichen Anordnungen zum Schweißen mittels Laser wesentlich kleiner und leichter ausführbar. Das hat insbesondere den Vorteil, dass mehrere derartige Anordnungen nebeneinander geordnet als Module zu einer komplexeren Anordnung zusammengestellt werden können, um größere Fügekonturen schweißen zu können.
- Die Erfindung soll nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
- Hierzu zeigen:
-
1 Prinzipanordnung für eine Anordnung mit einer Gradienten-Index-Linse und einer Bewegungseinheit -
2 Prinzipanordnung für eine Anordnung mit einer Gradienten-Index-Linse und zwei Bewegungseinheiten -
3 Prinzipanordnung für eine Anordnung mit zwei Gradienten-Index-Linsen In1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung gezeigt. Sie umfasst als technische Mittel eine Laserdiode1 , eine Lichtleitfaser2 , eine erste Gradienten-Index-Linse4.1 , einen ersten Piezosteller6.1 und eine Werkstückhalterung, in der die zu verschweißenden Teile (nachfolgend Werkstück genannt) gehalten werden. Die aus der Laserdiode1 emittierende Strahlung wird unmittelbar in die Lichtleitfaser2 eingekoppelt. Die Austrittsfläche3 der Lichtleitfaser2 ist in der Nähe einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche5 des Werkstückes in einem Arbeitsabstand7 eines nur geringen Luftspaltes vor der ersten Gradienten-Index-Linse4.1 fixiert. Dabei liegen die Austrittsfläche3 und eine erste Planfläche der Gradienten-Index-Linse in zueinander parallelen Ebenen und der Flächenmittelpunkt der Austrittsfläche3 auf der optischen Achse der ersten Gradienten-Index-Linse4.1 . Die erste Gradienten-Indexlinse4.1 ist so ausgeführt, dass Ihre Objektebene in der Ebene der Austrittsfläche3 liegt, wobei der Arbeitsabstand7 möglichst klein, kleiner 0,3 mm, gewählt ist, damit das auf die erste Planfläche auftreffende Strahlenbündel, bestimmt durch die Apertur der Lichtleitfaser2 , im Durchmesser deutlich kleiner ist als der Durchmesser der ersten Gradienten-Index-Linse4.1 . Geeignete Faserdurchmesser liegen im Bereich zwischen 50 und 1000 μm. Der Durchmesser der Gradienten-Index-Linsen liegt zwischen 0,5 und 2 mm. - Die erste Gradienten-Index-Linse
4.1 ist des Weiteren so ausgeführt, dass sie die Austrittsfläche3 auf die Werkstückoberfläche5 mit einem großen Abbildungsmaßstab abbildet. Je größer der Abbildungsmaßstab gewählt wird, desto geringer ist der Auslenkweg, um den die erste Gradienten-Index-Linse4.1 ausgelenkt werden muss, um eine große Auslenkung des Strahlenbündels auf der Werkstückoberfläche5 zu bewirken. - Um die erste Gradienten-Index-Linse
4.1 gegenüber der Austrittsfläche3 auszulenken, ist diese mit dem ersten Piezosteller6.1 verbunden, der die Gradienten- Index-Linse4.1 innerhalb seines möglichen Stellweges mit einer Frequenz bis zu 100 Hz hin- und her bewegt bzw. diese über den Stellweg in verschiedene Positionen führen kann, d.h. es sind statische und dynamische Positionierungen im Bereich des gesamten Stellweges möglich. Ein Stellweg (Amplitude) von kleiner 500 μm reicht aus, um Linien bis zu einer Länge von 20 mm zu generieren, wenn z.B. eine Lichtleitfaser2 mit einem Durchmesser von 50 μm um das 40-fache vergrößert wird. Besonders vorteilhaft ist hier gegenüber einer konventionellen Sammellinse, dass die entstehenden achsfernen Abbildungen keine so starke Verzeichnung aufweisen, d.h. der auf der Werkstückoberfläche5 entstehende Brennfleck von ca. 2 mm bleibt auf der generierten Linie im Durchmesser konstant. - Eine Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist insbesondere geeignet zur Ausführung von Punktschweißungen entlang einer Geraden kürzer 30 mm oder zur Ausführung einer Schweißnaht mit einer Fügekontur gleich einer Geraden kürzer 30 mm.
- Ein zweites Ausführungsbeispiel, nicht dargestellt in den Zeichnungen, soll sich gegenüber dem ersten durch eine zusätzliche Stelleinrichtung
9 unterscheiden. Um die Breite der Fügekontur variieren zu können, kann mittels der Stelleinrichtung9 der Werkstückabstand8 (Abstand zwischen der Werkstückoberfläche5 im nicht ausgelenkten Zustand der ersten Gradienten-Index-Linse4.1 und der zweiten Planfläche der ersten Gradienten-Index-Linse4.1 verändert werden, um den Brennfleck in seinem Durchmesser zu verändern. Diese Stelleinrichtung9 ist auch dann nützlich, wenn die Werkstückoberfläche5 keine ebene Fläche ist. Die Stelleinrichtung9 sorgt dann für einen konstanten Werkstückabstand B. Soweit die Abweichungen der Werkstückoberfläche5 von einer Ebene allerdings innerhalb des Schärfentiefenbereiches liegen, ist eine Nachstellung des Werkstückabstandes8 nicht notwendig. - In
2 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es soll sich gegenüber dem zweiten durch Ergänzung mit einem zweiten Piezosteller6.2 unterscheiden. Dieser zweite Piezosteller6.2 greift ebenfalls an der ersten Gradienten-Index-Linse4.1 an und ermöglicht deren Auslenkung in senkrechter Richtung zur Auslenkungsrichtung des ersten Piezostellers6.1 . Durch Überlagerung der beiden Auslenkbewegungen kann eine willkürlich geformte Linie generiert werden. - In einem vierten Ausführungsbeispiel, gezeigt in
3 , soll anstelle nur einer ersten Gradienten-Index-Linse4.1 eine erste und eine zweite Gradienten-Index-Linse4.1 ,4.2 verwendet werden. Optisch erfüllen die beiden Gradienten-Index-Linsen4.1 ,4.2 die gleiche Funktion, wie sie in den Ausführungsbeispielen 1–3 von nur einer ersten Gradienten-Index-Linse4.1 erfüllt wurden. Rein konstruktiv kann es jedoch einfacher sein, wenn nicht zwei Piezosteller6.1 ,6.2 an einer Gradienten-Index-Linse4.1 angreifen, was sich aufgrund deren kleinen Abmessungen als schwierig erweist. Auch müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, damit der erste Piezosteller6.1 einer Auslenkung folgen kann, die vom zweiten Piezosteller6.2 bewirkt wird und umgekehrt. Demgegenüber müssen bei der Verwendung von zwei Gradienten-Index-Linsen4.1 ,4.2 diese so ausgeführt werden, dass das die erste Gradienten-Index-Linse4.1 verlassende und in die zweite Gradienten-Index-Linse4.2 eintretende Strahlenbündel in keiner der möglichen Positionen der beiden Gradienten-Index-Linsen4.1 ,4.2 zueinander abgeschattet wird. - In einem fünften Ausführungsbeispiel, nicht dargestellt in der Zeichnung, soll die Anordnung mehrerer solcher Module umfassen, wie sie als Anordnung in den Ausführungsbeispielen 1–4 aufgezeigt wurden. Die Ausführungsbeispiele 1–4 haben gemeinsam, dass eine Fügekontur quasisimultan erzeugt werden kann, die in Ihrer Ausdehnung durch den Auslenkungsbereich, den das Strahlenbündel auf der Werkstückoberfläche
5 überstreichen kann, bestimmt ist. Hier wird nun der Vorteil der Erfindung besonders deutlich. Durch den geringen Platzbedarf, der im Wesentlichen nur durch die Piezosteller6.1 ,6.2 bestimmt wird, können dicht zueinander mehrere Module angeordnet werden, die funktionell aufeinander abgestimmt gemeinsam eine größere Fügekontur, zusammengesetzt aus einzelnen Fügekonturteilen, simultan erzeugen können. Indem alle Module gleichzeitig jeder einen Fügekonturteil quasisimultan überstreichen, wird die gesamte Fügekontur mit der Strahlung beaufschlagt. D.h. das Werkstück, bestehend aus zwei Teilen, dessen Fügeflächen aneinander liegen, wird im Bereich der Fügekontur simultan und quasisimultan erwärmt, plastifiziert und verschweißt. - In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass die strahlformende optische Einheit
4 , bestehend aus einer oder auch zwei Gradienten-Index-Linsen4.1 ,4.2 die Austrittsfläche3 der Lichtleitfaser2 auf die Werkstückoberfläche5 abbildet. Ebenso können die Gradienten-Index-Linsen4.1 ,4.2 so dimensioniert und zur Austrittsfläche3 angeordnet sein, dass das Strahlenbündel kollimiert bzw. auf die Werkstückoberfläche5 fokussiert wird. - Anstelle der Piezosteller können auch andere aus dem Stand der Technik bekannte lineare Bewegungseinheiten, wie kapazitive Steller oder elektromagnetische Steller verwendet werden.
- Es liegt auf der Hand, dass die erfindungsgemäße Anordnung auch in Verbindung mit einem Roboterarm angewendet werden kann. Gegenüber herkömmlichen artgleichen Anordnungen ist hier vor allem ihr geringes Gewicht von Vorteil.
- Auch können Punktschweißungen simultan in einem festen Abstand zueinander erzeugt werden mit einer gleichen Anzahl von Anordnungen zueinander positioniert, wie Schweißpunkte erzeugt werden sollen. Derartige Anordnungen bedürfen dann keiner linearen Bewegungseinheiten.
-
- 1
- Laserdiode
- 2
- Lichtleitfaser
- 3
- Austrittsfläche
- 4
- strahlformende optische Einheit
- 4.1
- erste Gradienten-Index-Linse
- 4.2
- zweite Gradienten-Index-Linse
- 5
- Werkstückoberfläche
- 6
- lineare Bewegungseinheit
- 6.1
- erster Piezosteller
- 6.2
- zweiter Piezosteller
- 7
- Arbeitsabstand
- 8
- Werkstückabstand
- 9
- Stelleinrichtung
Claims (8)
- Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung mit einem Modul umfassend eine Laserdiode (
1 ), eine in deren Strahlungsrichtung vorgeordnete Lichtleitfaser (2 ), in dessen Eintrittsfläche das emittierende Strahlenbündel der Laserdiode (1 ) eingekoppelt wird und dessen Austrittsfläche (3 ) in Strahlungsrichtung vor einer strahlformenden optischen Einheit (4 ) angeordnet ist, so dass das Strahlenbündel über die strahlformende optische Einheit (4 ) auf eine der strahlformenden optischen Einheit (4 ) nachgeordnete Werkstückoberfläche (5 ) konzentriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformende optische Einheit (4 ) aus wenigstens einer Gradienten-Index-Linse (4.1 ,4.2 ) besteht, die mit wenigstens einer linearen Bewegungseinheit (6 ) verbunden ist, mittels der die Gradienten-Index-Linse (4.1 ,4.2 ) radial zur Lichtleitfaser (2 ) ausgelenkt wird, um eine Auslenkung des Strahlenbündels auf der Werkstückoberfläche (5 ) zu erzeugen, die eine Fügekontur beschreibt. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformende optische Einheit (
4 ) aus genau einer Gradienten-Index-Linse (4.1 ) besteht, die mit zwei linearen Bewegungseinheiten (6 ) verbunden ist, die jeweils eine Auslenkung in zueinander senkrechte Richtungen bewirken. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformende optische Einheit (
4 ) aus genau zwei Gradienten-Index-Linsen (4.1 ,4.2 ) besteht, die in Strahlungsrichtung hintereinander angeordnet sind und mit jeweils einer linearen Bewegungseinheit (6 ) verbunden sind, um gegenüber der Austrittsfläche (3 ) in zueinander senkrechte Richtungen ausgelenkt zu werden. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1–3 , dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformende optische Einheit (
4 ) so ausgeführt ist, dass die Austrittsfläche (3 ) in einem Abstand kleiner 0,3 mm vor der ersten optischen Fläche und die Werkstückoberfläche (5 ) in einem Abstand größer 10 mm hinter der letzten optischen Fläche der strahlformenden optischen Einheit (4 ) angeordnet sind und die strahlformende optische Einheit (4 ) einen Abbildungsmaßstab größer 30 aufweist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit (
6 ) ein Piezosteller ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Module gleichen Aufbaus vorhanden sind, die so zueinander angeordnet sind, dass die jeweils von ihnen auf die Werkstückoberfläche (
5 ) konzentrierten Strahlenbündel jeweils einen Teil der Fügekontur quasisimultan beschreiben, wodurch größere Konturen simultan verschweißt werden können. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformende optische Einheit (
4 ) so ausgeführt ist, dass die Austrittsfläche (3 ) in deren Objektebene und die Werkstückoberfläche (5 ) im nicht ausgelenkten Zustand in deren Bildebene liegt und die strahlformende Einheit (4 ) einen Tiefenschärfebereich aufweist, der größer ist als eine maximale Abstandsänderung, die eine unebene Werkstückoberfläche (5 ) über den Bereich der Auslenkung gegenüber der letzten optischen Fläche der strahlformenden optischen Einheit (4 ) hat. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformende optische Einheit (
4 ) senkrecht zu den Bewegungsrichtungen der linearen Bewegungseinheiten (6 ) verschiebbar ist, um den Durchmesser des auf die Werkstückoberfläche (5 ) auftreffenden Strahlenbündels zu variieren.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10246198A DE10246198A1 (de) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
AU2003269704A AU2003269704A1 (en) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Device for welding by means of laser radiation |
PCT/DE2003/003026 WO2004030857A1 (de) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Vorrichtung zum schweissen mittels laserstrahlung |
US10/529,930 US20060032839A1 (en) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Device for welding by means of laser radiation |
DE10393890T DE10393890D2 (de) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Vorrichtung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
EP03750344A EP1554077A1 (de) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Vorrichtung zum schweissen mittels laserstrahlung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10246198A DE10246198A1 (de) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10246198A1 true DE10246198A1 (de) | 2004-04-22 |
Family
ID=32038236
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10246198A Withdrawn DE10246198A1 (de) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
DE10393890T Expired - Fee Related DE10393890D2 (de) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Vorrichtung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10393890T Expired - Fee Related DE10393890D2 (de) | 2002-10-01 | 2003-09-10 | Vorrichtung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20060032839A1 (de) |
EP (1) | EP1554077A1 (de) |
AU (1) | AU2003269704A1 (de) |
DE (2) | DE10246198A1 (de) |
WO (1) | WO2004030857A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004056782A1 (de) * | 2004-11-24 | 2006-06-01 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren zum Laserdurchstrahlschweissen von Kunststoffen |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2878185B1 (fr) | 2004-11-22 | 2008-11-07 | Sidel Sas | Procede de fabrication de recipients comprenant une etape de chauffe au moyen d'un faisceau de rayonnement electromagnetique coherent |
JP2007245189A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Tdk Corp | 接合装置及びそのノズルユニット |
DE102006058997A1 (de) * | 2006-12-14 | 2008-06-19 | Bayerische Motoren Werke Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Laserstumpfschweißen von Kunststoffbauteilen |
FR2913210B1 (fr) | 2007-03-02 | 2009-05-29 | Sidel Participations | Perfectionnements a la chauffe des matieres plastiques par rayonnement infrarouge |
FR2917005B1 (fr) | 2007-06-11 | 2009-08-28 | Sidel Participations | Installation de chauffage des corps de preformes pour le soufflage de recipients |
CN104166234A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-11-26 | 合肥鑫晟光电科技有限公司 | 激光烧结设备用激光扫描头及激光烧结设备 |
EP3517241A1 (de) * | 2018-01-29 | 2019-07-31 | Bystronic Laser AG | Optische vorrichtung zum formen eines elektromagnetischen wellenstrahls und verwendung davon, strahlbehandlungsvorrichtung und verwendung davon sowie strahlbehandlungsverfahren |
CN113118682B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-04-14 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种用于自动端板焊接的分体棒束夹具 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4234342C2 (de) * | 1992-10-12 | 1998-05-14 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung |
DE19603111C2 (de) * | 1996-01-29 | 2002-08-14 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Lasersystem |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3612815A (en) * | 1970-01-16 | 1971-10-12 | Smith Corp A O | Electron beam apparatus |
US4914272A (en) * | 1987-09-14 | 1990-04-03 | Sony Corporation | Laser beam soldering apparatus and soldering method using the same |
JP2663560B2 (ja) * | 1988-10-12 | 1997-10-15 | 日本電気株式会社 | レーザ加工装置 |
JP2843083B2 (ja) * | 1990-01-11 | 1999-01-06 | 株式会社アマダ | レーザ溶接方法 |
CA2064004A1 (en) * | 1990-05-23 | 1991-11-24 | Shigeki Fujinaga | Laser robot and method of controlling same, and light beam deflector and control signal generator therefor |
US5229571A (en) * | 1991-07-08 | 1993-07-20 | Armco Steel Co., L.P. | High production laser welding assembly and method |
FR2762244B1 (fr) * | 1997-04-21 | 1999-07-16 | Peugeot | Appareil de traitement par laser de la paroi de cylindre d'un moteur a combustion interne |
DE19832168A1 (de) * | 1998-07-17 | 2000-01-20 | Lisa Laser Products Ohg Fuhrbe | Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von thermoplastischen Kunststoffen mit Laserlicht |
JP3395142B2 (ja) * | 1998-08-31 | 2003-04-07 | 住友重機械工業株式会社 | 光学系駆動装置 |
DE19949198B4 (de) * | 1999-10-13 | 2005-04-14 | Myos My Optical Systems Gmbh | Vorrichtung mit mindestens einer mehrere Einzel-Lichtquellen umfassenden Lichtquelle |
EP1219381A1 (de) * | 2000-12-27 | 2002-07-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Laserschweissen eines Werkstückes |
-
2002
- 2002-10-01 DE DE10246198A patent/DE10246198A1/de not_active Withdrawn
-
2003
- 2003-09-10 DE DE10393890T patent/DE10393890D2/de not_active Expired - Fee Related
- 2003-09-10 WO PCT/DE2003/003026 patent/WO2004030857A1/de not_active Application Discontinuation
- 2003-09-10 AU AU2003269704A patent/AU2003269704A1/en not_active Abandoned
- 2003-09-10 EP EP03750344A patent/EP1554077A1/de not_active Withdrawn
- 2003-09-10 US US10/529,930 patent/US20060032839A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4234342C2 (de) * | 1992-10-12 | 1998-05-14 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung |
DE19603111C2 (de) * | 1996-01-29 | 2002-08-14 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Lasersystem |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Englische Übersetzung der JP 2002244060A aus Sear- ching PAJ, JPO [online],[recherchiert am 16.4.2003 ]. Im Internet: http://www1.ipdl.jpo.go.jp/PA1/cgi -bin/PA1DETAIL, DETAILED DESRIPTION, DRAWINGS |
Englische Übersetzung der JP 2002244060A aus Sear-ching PAJ, JPO [online],[recherchiert am 16.4.2003]. Im Internet: http://www1.ipdl.jpo.go.jp/PA1/cgi-bin/PA1DETAIL, DETAILED DESRIPTION, DRAWINGS * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004056782A1 (de) * | 2004-11-24 | 2006-06-01 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren zum Laserdurchstrahlschweissen von Kunststoffen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10393890D2 (de) | 2005-08-25 |
AU2003269704A1 (en) | 2004-04-23 |
WO2004030857A1 (de) | 2004-04-15 |
US20060032839A1 (en) | 2006-02-16 |
EP1554077A1 (de) | 2005-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3137031C2 (de) | Mehrfachstrahlenbündel-Abtastoptiksystem | |
DE10193737B4 (de) | Laserbearbeitungsvorrichtung | |
EP0984312B1 (de) | Laserdiodenanordnung | |
DE102015015330B4 (de) | Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines mit einer Bearbeitungsvorrichtung ausgeführten Bearbeitungsprozesses | |
DE102016107052A1 (de) | 3D-Druck-Vorrichtung für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts | |
DE102015108248A1 (de) | System für Lasermaterialbearbeitung und Verfahren zum Einstellen der Größe und Position eines Laserfokus | |
EP2113332A1 (de) | Verfahren und Laservorrichtung zum Bearbeiten und/oder Verbinden von Werkstücken mittels Laserstrahlung mit Leistungswirk- und Pilotlaser und mindestens einem diffraktiven optischen Element | |
DE102016014564A1 (de) | Messvorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses unter Verwendung von an unterschiedlichen Messpositionen erfassten Messinformationen | |
DE102007057868A1 (de) | Vorrichtung zur Strahlformung | |
DE102007018400A1 (de) | Optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf | |
DE19734983A1 (de) | Optische Anordnung | |
DE10246198A1 (de) | Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung | |
DE19961918C2 (de) | Variables Doppelfokusformungsmodul und Verfahren zu seiner Anwendung | |
DE102022100231A1 (de) | Verfahren zum Laserstrahlschweißen von mehreren Komponenten an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen eines Bauteils sowie Laserschweißvorrichtung | |
DE2942041C2 (de) | ||
DE102008027229A1 (de) | Vorrichtung zur Strahlformung | |
DE102019204032B4 (de) | Vorrichtung zur Erzeugung einer räumlich modulierbaren Leistungsdichteverteilung aus Laserstrahlung | |
DE102015200795B3 (de) | Anordnung zur Bestrahlung einer Objektfläche mit mehreren Teilstrahlen ultrakurz gepulster Laserstrahlung | |
DE202019004080U1 (de) | Einrichtung zur Lasermaterialbearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahlungen mehrerer Laser | |
DE102020125425B4 (de) | Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Abtastung einer Zielebene mit mehreren Laserstrahlen | |
DE102021118390A1 (de) | Schweißoptik zum Laserschweißen von Werkstücken, mit flexibler Einstellung von Anzahl und Abstand von Laserspots über Zylinderlinsen | |
DE10233491A1 (de) | Kompakte Einrichtung zur Bebilderung einer Druckform | |
DE10062453A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln | |
DE10152526B4 (de) | Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung | |
EP0683007A1 (de) | Materialbearbeitungseinrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8143 | Lapsed due to claiming internal priority |