Die
Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung, welche die
Energie einer Mehrzahl von Laserstrahlen verwendet zum Schweißen, Zusammenfügen, Stanzen,
Schneiden, Abstreifen, Umformen und dergleichen.The
The invention relates to a laser processing apparatus, which the
Energy of a plurality of laser beams used for welding, joining, punching,
Cutting, stripping, forming and the like.
Herkömmliche
Laserbearbeitungstechnik mit einem einzelnen Laserstrahl wird allgemein
verwendet. Ferner ist eine Laserbearbeitungstechnik, die eine Mehrzahl
von Laserstrahlen verwendet, offenbart worden in dem japanischen
Patent JP 09-300087 A und dem US-Patent 5179261.conventional
Laser processing technique with a single laser beam becomes common
used. Further, a laser processing technique that is a plurality
used by laser beams, disclosed in Japanese
Patent JP 09-300087 A and US Patent 5,179,261.
Jedoch
wird in der Laserbearbeitungstechnik, die einen einzelnen Laserstrahl
verwendet, das Schlüsselloch
instabiler mit zunehmender Geschwindigkeit der Laserstrahlbewegung.
Folglich wird die Schlüssellochtiefe
flach, und ebenso nimmt das reflektierte Licht zu. Insbesondere
besteht das Problem darin, daß die
Schmelztiefe flach wird in dem Fall der Laserstrahlbewegung mit
hoher Geschwindigkeit.however
is used in laser processing technology, which is a single laser beam
used the keyhole
more unstable with increasing speed of the laser beam movement.
Consequently, the keyhole depth becomes
flat, and also the reflected light increases. Especially
the problem is that the
Melting depth becomes flat in the case of laser beam movement
high speed.
In
der Laserbearbeitungstechnik, die in dem japanischen Patent JP 09-300087 A offenbart
ist, konvergieren die Brennpunkte 90f, 92f von
Laserstrahlen 90, 92 mit abweichenden optischen
Achsen an einem einzelnen Punkt 96 auf dem Werkstück 94, wie
in 12 gezeigt. Aus diesem
Grund wird, wenn die Position des Werkstücks 94 sich in der
Richtung der optischen Achsen der Laserstrahlen 90, 92 verändert, eine
ausreichende Bearbeitung unmöglich, da
die Laserstrahlen 90, 92 nicht mehr an einem einzelnen
Punkt auf dem Werkstück 94 konvergieren. Wenn
die Laserstrahlen 90, 92 sich über das Werkstück 94 bewegen,
verändert
sich auch die Schmelztiefe je nach der Richtung der Bewegung.In the laser processing technique disclosed in Japanese Patent JP 09-300087 A, the focal points converge 90f . 92f of laser beams 90 . 92 with different optical axes at a single point 96 on the workpiece 94 , as in 12 shown. For this reason, when the position of the workpiece 94 in the direction of the optical axes of the laser beams 90 . 92 changed, sufficient processing impossible because the laser beams 90 . 92 no longer at a single point on the workpiece 94 converge. When the laser beams 90 . 92 over the workpiece 94 move, the melting depth varies depending on the direction of movement.
JP6-114
577 A (abstract) beschreibt eine feinwerktechnische Einrichtung.
Zwei Laserresonatoren geben zwei Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge aus.
Die beiden Laserstrahlen werden an einem halbdurchlässigen Spiegel überlagert
und bestrahlen nach Durchlauf einer Linse eine Platte. Aufgrund
der unterschiedlichen Wellenlänge
der beiden Laserstrahlen werden durch die Abbildung der Linse zwei
unterschiedliche Fokusstellen gebildet. Durch gleichzeitiges Einstrahlen
der beiden Laserstrahlen wird ein Loch mit scharfer Bodenform in
der Platte aufgrund der unterschiedlichen Fokuslängen ausgebildet.JP6-114
577 A (abstract) describes a precision engineering facility.
Two laser resonators output two laser beams with different wavelengths.
The two laser beams are superimposed on a semitransparent mirror
and irradiate a plate after passing through a lens. by virtue of
of different wavelength
The two laser beams are illuminated by the image of the lens two
different focal points formed. By simultaneous irradiation
of the two laser beams is a hole with sharp bottom shape in
the plate formed due to the different focal lengths.
JP
9-323184 A (abstract) beschreibt eine Laserstrahlmaschine. Die Maschine
weist einen ersten Laser auf, welcher einen ersten Laserstrahl von
einer ersten Wellenlänge
aussendet, und einen zweiten Laser, welcher einen zweiten Laserstrahl
von einer zweiten Wellenlänge
aussendet, und ein optisches Strahlkondensorsystem auf, welches
ein optisches Beugungselement aufweist. Aufgrund der Wirkung des
optischen Beugungselements entsprechen sich die Fokuspositionen
des ersten Strahls mit der ersten Wellenlänge und des zweiten Strahls
mit der zweiten Wellenlänge
in etwa. Einer der Laserstrahlen dient zu Laserbearbeitung und der
andere Laserstrahl dient Justierzwecken.JP
9-323184 A (abstract) describes a laser beam machine. The machine
has a first laser which receives a first laser beam from
a first wavelength
emits, and a second laser, which a second laser beam
from a second wavelength
and an optical beam condenser system which
has an optical diffraction element. Due to the effect of
optical diffraction element correspond to the focus positions
of the first beam having the first wavelength and the second beam
with the second wavelength
in approximately. One of the laser beams is used for laser processing and the
other laser beam is used for adjustment purposes.
DE 42 17 705 C2 beschreibt
eine Einrichtung zur Materialbearbeitung. Die Einrichtung weist
einen Fokussierkopf mit einer Fokussieroptik mit fester Brennweite
für einen
Hochenergielaserstrahl auf, wobei die Fokuslage in Abstrahlrichtung
vor dem Fokussierkopf veränderbar
ist. Im Strahlengang vor der Fokussieroptik ist eine Optik mit zentral
verwölbbarer Spiegeloberfläche angeordnet.
Hierdurch kann auch bei großer Änderung
der Divergenz des Laserstrahls die Fokussieroptik annähernd gleichbleibend
ausgeleuchtet werden. DE 42 17 705 C2 describes a device for material processing. The device has a focusing head with a focusing lens with fixed focal length for a high-energy laser beam, wherein the focal position in the emission direction in front of the focusing head is variable. In the beam path in front of the focusing optics an optic with a centrally camberable mirror surface is arranged. As a result, even with a large change in the divergence of the laser beam, the focusing optics can be illuminated approximately uniformly.
In
KAUF, M., [u.aj: Optimizing the Focus Parameters of CO2 High
Power Lasers by Closed-Loop-Control;
In: Schlüssellochtechnologie Laser:
Herausforderung an die Fabrik 2000/Key Technology Laser: Challenge
for the Factory 2000. Proc. of the 12th Int. Congress (LASER '95); Hersg./Ed.:
GEIGER M.; Bamberg: Meisenbach, 1995, S. 374, 375 wird die Optimierung
von Fokusparametern von Hochleistungs-CO2-Lasern
beschrieben. Die Anlage weist einen CO2-Laser
auf. Im Strahlengang des Lasers ist eine erste adaptive Optik, eine zweite
adaptive Optik und ein Fokussierungskopf angeordnet. Die erste adaptive
Optik ist so eingebaut und wird so angesteuert, dass sie nur den
Fokusradius beinflusst, während
die zweite adaptive Optik so eingebaut und so gesteuert wird, dass
sie nur die Fokusposition verändert.In PURCHASE, M., [u.aj: Optimizing the Focus Parameters of CO2 high power laser by closed-loop control; In: Keyhole Technology Laser: Challenge to the Factory 2000 / Key Technology Laser: Challenge for the Factory 2000. Proc. of the 12th Int. Congress (LASER '95); Hersg./Ed .: GEIGER M .; Bamberg: Meisenbach, 1995, p. 374, 375 describes the optimization of focus parameters of high-performance CO 2 lasers. The system has a CO 2 laser. In the beam path of the laser, a first adaptive optics, a second adaptive optics and a focusing head is arranged. The first adaptive optic is built in and driven so that it only affects the focus radius, while the second adaptive optic is mounted and controlled so that it only changes the focus position.
US 4,947,023 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Walzenbearbeitung mit einem gepulsten
Laserstrahl. Zur Mischung der Laserstrahlen von zwei Lasern zeigt
die Vorrichtung einen prismatischen Körper. US 4,947,023 describes a method and apparatus for roller machining with a pulsed laser beam. For mixing the laser beams of two lasers, the device shows a prismatic body.
DE 23 19 776 A1 offenbart
ein Verfahren zur präzisen
Bearbeitung von Werkstücken
mittels Laserstrahlen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird
eine optische Anordnung im Strahlengang vor dem Laserkopf offenbart,
welche eine Rückwirkung
von Strahlung, welche am Werkstück
oder an in dessen Nähe
befindlichen Medien reflektiert wird, auf den Laserresonator verhindert. DE 23 19 776 A1 discloses a method for precise machining of workpieces by means of laser beams and apparatus for carrying out the method. It is disclosed an optical arrangement in the beam path in front of the laser head, which prevents a reaction of radiation, which is reflected on the workpiece or on the media located in its vicinity, on the laser resonator.
Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung,
insbesondere in bezug auf die örtliche
Manipulierbarkeit der auf das Werkstück auftreffenden Laserstrahlen
zu verbessern. Dieses Ziel wird durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung
gemäß den Ansprüchen 1 und
8 erreicht. Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.It is the object of the present invention to provide a laser processing apparatus, in particular with respect to the local manipulability of the on the Improve workpiece incident laser beams. This object is achieved by a laser processing apparatus according to claims 1 and 8. Embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
In
dem Fall des Schweißens
schließt
die Bedeutung von "Angleichen
der optischen Achsen Aa, Ba" eine
Versetzung der optischen Achsen ein, welche klein genug ist, um
nicht die Schlüssellochgröße zu beeinflussen.
Auch in dem Fall des Schneidens oder dergleichen sind die optischen
Achsen angeglichen, selbst wenn unter einem kleineren Winkel in Relation
zur zulässigen
Schneidbreite.In
the case of welding
includes
the meaning of "align
the optical axes Aa, Ba "one
Displacement of the optical axes, which is small enough to
not to affect the keyhole size.
Also in the case of cutting or the like, the optical ones
Aligned axes, even if at a smaller angle in relation
to the permissible
Cutting width.
In
den bevorzugten Ausführungsformen weist
die oben erwähnte
Mehrzahl von Laserstrahlen A, B Brennpunkte bei verschiedenen Positionen
auf den oben erwähnten
identischen optischen Achsen Aa, Ba auf, wie in 1 oder 3 gezeigt.
Folglich wird eine größere Schmelztiefe
erreicht, da eine Mehrzahl von Brennpunkten auf den optischen Achsen
gebildet wird.In the preferred embodiments, the above-mentioned plurality of laser beams A, B have focal points at different positions on the above-mentioned identical optical axes Aa, Ba, as in FIG 1 or 3 shown. As a result, a larger melting depth is achieved because a plurality of focal points are formed on the optical axes.
Ferner
kann die Einrichtung 18 zum Variieren der Brennpunktposition
einen variablen Spiegel 181a umfassen, bei dem die Krümmung der
Spiegelfläche mit
einem elektrischen Signal verändert
wird. Da sich die Krümmung
der Spiegelfläche
verändert,
kann der variable Spiegel die Brennpunktposition variieren ohne
folgende Bewegung in der Richtung des Lichtweges der optischen Teile.Furthermore, the device 18 for varying the focus position, a variable mirror 181a in which the curvature of the mirror surface is changed by an electrical signal. As the curvature of the mirror surface changes, the variable mirror can vary the focus position without following movement in the direction of the optical path of the optical parts.
Gemäß den Ausführungsformen
kann die Strahlmischeinrichtung einen dichroitischen Spiegel 141 umfassen,
der den ersten Laserstrahl A durchläßt, während er den zweiten Laserstrahl
B reflektiert. Dies gestattet eine gute Mischung der Laserstrahlen A,
B mit zwei Typen optischer Achsen und das Angleichen der optischen
Achsen.According to the embodiments, the jet mixing device may be a dichroic mirror 141 include, which transmits the first laser beam A while it reflects the second laser beam B. This allows a good mixing of the laser beams A, B with two types of optical axes and the matching of the optical axes.
In
einer anderen Ausführungsform
kann die Strahlmischeinrichtung einen prismatischen Körper 145, 154 umfassen
mit einem vorbestimmten Brechungsindex und Einfallspunkten 146a, 146b, 152a, 152b für jeden
Laserstrahl, die festgelegt werden auf Positionen entsprechend den
Wellenlängen
jedes der oben erwähnten
Laserstrahlen. Der prismatische Körper kann ein dreieckiges Prisma 145 umfassen, kann
aber auch ein fünfseitiges
Prisma 154 umfassen. Bei einem fünfseitigen Prisma wird die
Bildung einer Antireflexbeschichtung leicht, da jeder Laserstrahl
auf eine unterschiedliche Fläche
auffällt.In another embodiment, the jet mixing device may be a prismatic body 145 . 154 include with a predetermined index of refraction and points of incidence 146a . 146b . 152a . 152b for each laser beam set at positions corresponding to the wavelengths of each of the above-mentioned laser beams. The prismatic body can be a triangular prism 145 but may also include a five-sided prism 154 include. With a five-sided prism, the formation of an antireflection coating becomes easy because each laser beam is incident on a different area.
Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:in the
Next, the invention will be described with reference to a drawing
embodiment
described in more detail.
In the drawing show:
1 in einem Diagramm die
Anordnung einer ersten Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 1 in a diagram, the arrangement of a first embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
2 die Situation des Schweißens eines Werkstücks mit
der Laserbearbeitungsvorrichtung in 1,
und zwar 2(A) ein Ebenendiagramm
und 2(B) eine Schnittansicht
von 2(A) bei der Linie
II-II; 2 the situation of welding a workpiece with the laser processing device in 1 , in fact 2 (A) a layer diagram and 2 B) a sectional view of 2 (A) at the line II-II;
3 die Brennpunktpositionen
von Laserstrahlen in der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
und zwar zeigt 3(A) ein
erstes Beispiel, 3(B) zeigt
ein zweites Beispiel, 3(C) zeigt
ein drittes Beispiel, und 3(D) zeigt ein
viertes Beispiel; 3 shows the focal positions of laser beams in the laser processing apparatus according to the invention 3 (A) a first example, 3 (B) shows a second example, 3 (C) shows a third example, and 3 (D) shows a fourth example;
4(A) bis (C) ein
Beispiel für
die Arbeitsweise des variablen Spiegels; 4 (A) to (C) an example of the operation of the variable mirror;
5 die Anordnung einer zweiten
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 5 the arrangement of a second embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
6 die Anordnung einer dritten
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 6 the arrangement of a third embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
7 die Anordnung einer vierten
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 7 the arrangement of a fourth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
8 die Anordnung einer fünften Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 8th the arrangement of a fifth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
9 die Anordnung einer sechsten
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 9 the arrangement of a sixth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
10 die Anordnung einer siebten
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 10 the arrangement of a seventh embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
11 die Anordnung einer achten
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; 11 the arrangement of an eighth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention;
12 eine Skizze zur Erläuterung
der Probleme bei einer herkömmlichen
Laserbearbeitungsvorrichtung. 12 a sketch for explaining the problems in a conventional laser processing apparatus.
1 zeigt die Anordnung einer
ersten Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform
wird nachfolgend anhand dieser Figur erläutert. 1 shows the arrangement of a first embodiment of the laser processing apparatus according to the invention. This embodiment will be explained below with reference to this figure.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
umfaßt
das folgende: einen ersten und einen zweiten Laserresonator 12A, 12B zum
Erzeugen von Laserstrahlen A, B, eine Strahlmischeinrichtung 14 zum
Angleichen der optischen Achsen Aa, Ba und Mischen der durch den ersten
und den zweiten Laserresonator 12A, 12B erzeugten Laserstrahlen
A, B, eine Strahllenkeinrichtung 16 zum Lenken der durch
die Strahlmischeinrichtung 14 gemischten Laserstrahlen
A, B auf das Werkstück 94,
Einrichtungen 18, 20 zum Variieren der Brennpunktpositionen,
welche die Brennpunkte Af, Bf der Laserstrahlen A, B frei bewegen
können, und
eine Bearbeitungsbühne 95 als
Einrichtung zum Scannen der Bearbeitungsposition durch Variieren der
Position des Werkstücks 94 relativ
zu der Strahllenkeinrichtung 16.The laser processing device 10 According to the present embodiment, the following includes: a first and a second laser cavity gate 12A . 12B for generating laser beams A, B, a jet mixing device 14 for matching the optical axes Aa, Ba and mixing of the first and second laser resonators 12A . 12B generated laser beams A, B, a beam steering device 16 for steering the through the jet mixing device 14 mixed laser beams A, B on the workpiece 94 , Facilities 18 . 20 for varying the focal positions which are free to move the foci Af, Bf of the laser beams A, B, and a processing stage 95 as means for scanning the machining position by varying the position of the workpiece 94 relative to the beam steering device 16 ,
In
dieser Ausführungsform
umfaßt
der erste Laserresonator 12A einen Kohlendioxidgaslaser (Wellenlänge 10,6 μn), und der
zweite Laserresonator 12B umfaßt einen YAG-Laser (Wellenlänge 1,06 μm). Spiegel 22A, 22B mit
einer Beschichtung zum Reflektieren von zurückkommendem Licht sind an jedem
der Laserresonatoren 12A, 12B installiert. Die Spiegel 22A, 22B mit
der Beschichtung zum Reflektieren von zurückkommendem Licht schützen die
Laserresonatoren 12A, 12B, so daß zurückkommendes Licht
von den Laserstrahlen A, B nicht in die Laserresonatoren 12A, 12B eintritt.
Ein Umlenkspiegel 24 ist zwischen dem Spiegel mit der Beschichtung
zum Reflektieren von zurückkommendem
Licht und der Strahlmischeinrichtung 14 angebracht.In this embodiment, the first laser resonator comprises 12A a carbon dioxide gas laser (wavelength 10 . 6 μn), and the second laser resonator 12B comprises a YAG laser (wavelength 1.06 μm). mirror 22A . 22B with a coating for reflecting back light are on each of the laser resonators 12A . 12B Installed. The mirror 22A . 22B The laser resonators protect with the coating for reflecting back light 12A . 12B so that returning light from the laser beams A, B does not enter the laser resonators 12A . 12B entry. A deflecting mirror 24 is between the mirror with the coating for reflecting back light and the jet mixer 14 appropriate.
Die
Strahlmischeinrichtung 14 umfaßt einen dichroitischen Spiegel 141,
um den Laserstrahl B zu reflektieren und dabei den Laserstrahl A
durchzulassen, und ein staubdichtes Gehäuse 142 zum Aufnehmen
des dichroitischen Spiegels 141. Der Laserstrahl A fällt auf
den dichroitischen Spiegel 141 ein und geht durch ihn hindurch
unter einem Winkel von 45°,
der Laserstrahl B fällt
auf den dichroitischen Spiegel 141 ein und wird von ihm
umgelenkt unter einem Winkel von 45°. Folglich werden deren optische Achsen
aufeinander abgestimmt.The jet mixing device 14 includes a dichroic mirror 141 to reflect the laser beam B while passing the laser beam A, and a dustproof case 142 to record the dichroic mirror 141 , The laser beam A falls on the dichroic mirror 141 and passes through it at an angle of 45 °, the laser beam B falls on the dichroic mirror 141 and is deflected by him at an angle of 45 °. As a result, their optical axes are matched.
Wenn
die optischen Achsen der Laserstrahlen A, B aufeinander abgestimmt
sind, wie durch die gestrichelte Linie in 1 gezeigt, trennen sich die Laserstrahlen
A, B nicht, selbst wenn die Brennpunktposition sich in der Richtung
der Schmelztiefe verändert.
Folglich ändert
sich die dem Schweißabschnitt
von jedem der Laserstrahlen gelieferte Energie nicht, selbst wenn
die Position des Werkstücks 94 sich
relativ zu der Strahllenkeinrichtung 16 in der Richtung
der Schmelztiefe verändert.
Dadurch wird eine stabile Schlüssellochbereitung
möglich.When the optical axes of the laser beams A, B are matched with each other as indicated by the broken line in FIG 1 As shown, the laser beams A, B do not separate even if the focal position changes in the direction of the melting depth. Consequently, the energy supplied to the welding portion of each of the laser beams does not change even if the position of the workpiece 94 relative to the beam steering device 16 changed in the direction of the melting depth. This makes stable keyhole preparation possible.
Speziell
in der Situation, in der die Brennpunktpositionen verändert wird,
tritt der durch die Laserstrahlen A, B gebildete Laserfleck nicht
an getrennten Positionen der Schweißfläche des Werkstücks auf,
selbst bei Änderungen
in die Bewegungsrichtung des Werkstücks in der zur Richtung der Schmelztiefe
(melt depth) senkrechten xy-Ebene. Folglich vermindert dies durch Änderungen
in der Brennpunktposition verursachte Schweißdefekte.specially
in the situation where the focus positions are changed,
The laser spot formed by the laser beams A, B does not occur
at separate positions of the welding surface of the workpiece,
even with changes
in the direction of movement of the workpiece in the direction of the melting depth
(melt depth) vertical xy plane. Consequently, this is diminished by changes
weld defects caused in the focus position.
Ferner
wird eine stabile Bildung eines Schlüsselloches (key hole) mit gleichförmiger Tiefe möglich im
Fall von Werkstücken,
für die
das Schlüssellochwachstum
leicht instabil wird, wie bei Werkstücken aus Aluminium, oder sogar
in dem Fall gewöhnlicher
Werkstücke,
wo das Schlüsselloch
flach wird, wenn die Laserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit gescannt
werden. Dies ist ein Ergebnis der Änderung der Brennpunktpositionen
der Laserstrahlen in der Richtung der Schmelztiefe, wobei die optischen
Achsen der Laserstrahlen A, B angeglichen sind, wie in 1 gezeigt. Dies läßt Erhöhungen für die Schweißgeschwindigkeit
zu und macht eine stabile Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit
selbst von Aluminium möglich.Further, stable formation of a keyhole of uniform depth becomes possible in the case of workpieces for which keyhole growth tends to become unstable, as in aluminum workpieces, or even in the case of ordinary workpieces where the keyhole becomes flat when the keyhole Laser beams are scanned at high speed. This is a result of changing the focal positions of the laser beams in the direction of the melting depth, with the optical axes of the laser beams A, B being equalized, as in FIG 1 shown. This allows increases in the welding speed and makes stable high-speed machining possible even from aluminum.
Auf
diese Weise trägt
in der vorliegenden Ausführungsform
das Angleichen der optischen Achsen von zwei Laserstrahlen zu verschiedenen
technischen Effekten bei. In einer Ausführungsform, die zwei Laserstrahlen
verwendet, ist eine Versetzung der optischen Achsen der Laserstrahlen
zulässig
innerhalb eines Bereichs, in dem diese Effekte hervorgebracht werden.
Insbesondere liegt eine Versetzung optischer Achsen, die ausreichend
kleiner ist als die Schlüssellochgröße, in diesem
Bereich.On
wearing this way
in the present embodiment
matching the optical axes of two laser beams to different ones
technical effects. In one embodiment, the two laser beams
is a displacement of the optical axes of the laser beams
permissible
within a range where these effects are produced.
In particular, a displacement of optical axes is sufficient
smaller than the keyhole size, in this one
Area.
In
dem in 1 gezeigten Beispiel
umfaßt die
Strahllenkeinrichtung 16 einen konkaven Spiegel 161 und
kann mit einem nicht gezeigten Bewegungsmechanismus zu einer gewünschten
Bearbeitungsposition bewegt werden.In the in 1 The example shown comprises the beam steering device 16 a concave mirror 161 and can be moved to a desired machining position with a moving mechanism, not shown.
Die
Einrichtung 18 zum Variieren der Brennpunktposition umfaßt einen
variablen Spiegel 181, die Einrichtung 20 zum
Variieren der Brennpunktposition umfaßt variable Spiegel 201, 202.
Die variablen Spiegel 181, 201, 202 umfassen
Piezobetätigungslemente 181b,
welche die Form gemäß einem
laufenden Wert verändern,
und eine metallene Reflexionsbeschichtung 181a, welche
die Form kontinuierlich verändert
von konvex zu konkav gemäß der durch das
Piezobetätigungslement 181b erzeugten
Kraft (siehe 4). Folglich
kann die Krümmung
der Spiegelfläche
mit einem elektrischen Signal verändert werden (siehe 4). Indem die Unebenheit
der variablen Spiegel 181 gleich gesteuert wird, können der Fleckdurchmesser,
die Brennpunktposition, die Fokaltiefe und so fort des Konvergenzpunktes
der Laserstrahlen A, B willkürlich
hergestellt werden ohne folgende Bewegung in der Richtung des Lichtweges der
optischen Teile. Variable Spiegel dieses Typs können als „Adaptive Optics" gekauft werden von
der Diehl-Gesellschaft in Deutschland.The device 18 for varying the focus position comprises a variable mirror 181 , the device 20 for varying the focus position includes variable mirrors 201 . 202 , The variable mirrors 181 . 201 . 202 include piezo actuators 181b which change the shape according to an ongoing value, and a metal reflective coating 181a which continuously changes the shape from convex to concave according to the piezo actuation element 181b generated force (see 4 ). Consequently, the curvature of the mirror surface can be changed with an electrical signal (see 4 ). By reducing the unevenness of variable mirrors 181 is the same, the spot diameter, the focal position, the focal depth and so on of the convergence point of the laser beams A, B can be arbitrarily made without following movement in the direction of the optical path of the optical parts. Variable mirrors of this type can be purchased as "Adaptive Optics" from the Diehl company in Germany.
Die
Einrichtung 20 zum Variieren der Brennpunktposition ist
angeordnet zwischen dem Spiegel 22B mit einer Beschichtung
zum Reflektieren von zurückkommendem
Licht und der Strahlmischeinrichtung 14. Der Laserstrahl
B, der durch den Spiegel 22B mit einer Beschichtung zum
Reflektieren von zurückkommendem
Licht hindurchgegangen ist, wird durch den variablen Spiegel 201 umgelenkt
und wird dann durch den variablen Spiegel 202 umgelenkt
und zu der Strahlmischeinrichtung 14 geschickt. Die Einrichtung 20 zum
Variieren der Brennpunktposition kann die Brennpunktposition des
Laserstrahls B willkürlich
einstellen relativ zu der Brennpunktposition des Laserstrahls A.The device 20 for varying the focus position is disposed between the mirror 22B with a coating for reflecting back light and the jet mixer 14 , The laser beam B passing through the mirror 22B having passed through a coating for reflecting back light is detected by the variable mirror 201 is deflected and then through the variable mirror 202 deflected and to the jet mixing device 14 cleverly. The device 20 for varying the focus position, the focal position of the laser beam B may be arbitrarily set relative to the focal position of the laser beam A.
Die
Einrichtung 18 zum Variieren der Brennpunktposition ist
angeordnet zwischen der Strahlmischeinrichtung 14 und der
Strahllenkeinrichtung 16. Die Einrichtungen 18, 20 zum
Variieren der Brermpunktposition können die Konvergenz der Laserstrahlen
A, B zum Angleichen oder Trennen bringen. Ferner können die
Brennpunkte Af, Bf kalibriert werden in Relation zu dem Werkstück 94 mit
einem Spaltsensor (nicht gezeigt) zur Ermittlung der Versetzung
zwischen dem Werkstück 94 und
den Brennpunkten Af, Bf und einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt)
zum Steuern der Konkavität/Konvexität des variablen
Spiegels 181 auf der Grundlage von Versetzungsdaten von
dem Spaltsensor.The device 18 for varying the focus position is disposed between the jet mixing device 14 and the beam steering device 16 , The facilities 18 . 20 for varying the center point position, the convergence of the laser beams A, B can bring about equalization or separation. Further, the focal points Af, Bf can be calibrated in relation to the workpiece 94 with a gap sensor (not shown) for determining the offset between the workpiece 94 and the focal points Af, Bf and a controller (not shown) for controlling the concavity / convexity of the variable mirror 181 based on displacement data from the gap sensor.
Die
in 1 gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfaßt die Einrichtung 20 zum
Variieren der Brennpunktposition mit zwei variablen Spiegeln 201, 202.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 kann daher angewendet
werden in dem Fall, in dem der Divergenzwinkel des Laserstrahls
B viel größer ist
als der des Laserstrahls A, und dem Fall, in dem der Gesamtausstoß der Laserstrahlen
A, B höchstens
5 kW beträgt.In the 1 shown laser processing device 10 includes the device 20 for varying the focus position with two variable mirrors 201 . 202 , The laser processing device 10 Therefore, it can be applied in the case where the divergence angle of the laser beam B is much larger than that of the laser beam A, and the case where the total output of the laser beams A, B is at most 5 kW.
2 zeigt den Fall des Schweißens eines Werkstücks 94 mit
der Laserbearbeitungsvorrichtung 10; 2(A) zeigt ein Ebenendiagramm und 2(B) eine Schnittansicht
von 2 shows the case of welding a workpiece 94 with the laser processing device 10 ; 2 (A) shows a layer diagram and 2 B) a sectional view of
2(A) bei der Linie II-II.
Die Arbeitsweise der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 wird nachfolgend
anhand der 1 und 2 erläutert. 2 (A) at the line II-II. The operation of the laser processing device 10 is described below on the basis of 1 and 2 explained.
Die
Laserstrahlen A, B laufen in der Richtung des Pfeiles 26,
um das Werkstück 94 zu
erreichen. Ein Schlüsselloch 941 wird
in dem Abschnitt gebildet, auf den die Laserstrahlen A, B gerichtet
werden, und eine Schweißlage 942 wird
in den Abschnitten gebildet, auf welche die Laserstrahlen A, B vorher
gerichtet waren.The laser beams A, B run in the direction of the arrow 26 to the workpiece 94 to reach. A keyhole 941 is formed in the portion to which the laser beams A, B are directed and a welding position 942 is formed in the portions to which the laser beams A, B were previously directed.
Während ihre
optischen Achsen Aa, Ba angeglichen sind, werden die Laserstrahlen
A, B auf das Werkstück 94 gerichtet.
Aus diesem Grund trennen die Laserstrahlen A, B sich nicht, selbst
wenn die Position des Werkstücks 94 variiert.
Ferner verändert sich
die Schmelztiefe nicht entsprechend der Bewegungsrichtung, da die
Lagebeziehung zwischen den Positionen der Laserstrahlen A, B an
dem Werkstück 94 nicht
richtungsabhängig
ist. Eine größere Schmelztiefe
wird erhalten, da die Brennpunkte Af, Bf gebildet werden auf einer
optischen Signalachse Aa, Ba, da die Positionen der Brennpunkte
Af, Bf der Laserstrahlen A, B verschieden sind. Folglich wird selbst
während
des Schweißens
mit hoher Geschwindigkeit eine gute Schweißsituation aufrechterhalten.
Außerdem
sind die Positionen der Brennpunkte Af, Bf nicht beschränkt auf
die Situation, wo der Brennpunkt Af flach ist und der Brennpunkt
Bf tief ist wie in der Figur. Es ist auch möglich für den Brennpunkt Af, tief zu
liegen, und für
den Brennpunkt Bf flach zu liegen, oder für die Brennpunkte, wie in 3 zu liegen.While their optical axes Aa, Ba are equalized, the laser beams A, B are applied to the workpiece 94 directed. For this reason, the laser beams A, B do not separate even if the position of the workpiece 94 varied. Further, since the positional relationship between the positions of the laser beams A, B on the workpiece changes, the melting depth does not change according to the moving direction 94 is not directional. A larger melting depth is obtained because the focal points Af, Bf are formed on an optical signal axis Aa, Ba, since the positions of the focal points Af, Bf of the laser beams A, B are different. As a result, a good welding situation is maintained even during high-speed welding. In addition, the positions of the foci Af, Bf are not limited to the situation where the focal point Af is flat and the focal point Bf is deep as in the figure. It is also possible for the focal point Af to lie low and flat for the focal point Bf, or for the foci as in 3 to lie.
3 zeigt Brennpunktpositionen
von Laserstrahlen in der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. 3(A) zeigt ein erstes Beispiel, 3(B) zeigt ein zweites Beispiel, 3(C) zeigt ein drittes Beispiel,
und 3(D) zeigt ein viertes
Beispiel. Die Brennpunktpositionen werden unten anhand dieser Figuren
erläutert.
Die gleichen Benennungen werden verwendet für Abschnitte, die mit denen
in 2 identisch sind,
und überflüssige Erläuterung
ist weggelassen. 3 shows focal positions of laser beams in the laser processing apparatus according to the invention. 3 (A) shows a first example, 3 (B) shows a second example, 3 (C) shows a third example, and 3 (D) shows a fourth example. The focus positions will be explained below with reference to these figures. The same terms are used for sections that match those in 2 are identical, and redundant explanation is omitted.
Die
Positionen der Brennpunkte Af, Bf der Laserstrahlen A, B können die
folgenden Lagebeziehungen aufweisen zusätzlich zu dem, was in 2 gezeigt ist. Das erste
Beispiel in 3(A) zeigt
beide Brennpunkte auf der Arbeitsfläche 940. Das zweite Beispiel
in 3(B) zeigt beide
Brennpunkte Af, Bf außerhalb
der Arbeitsfläche 940.
Das dritte Beispiel in 3(C) zeigt
den einen Brennpunkt Af oberhalb der Arbeitsfläche 940 und den anderen
Brennpunkt Bf auf der Arbeitsfläche 940.
Das vierte Beispiel in 3(D) zeigt
den einen Brennpunkt Af auf der Arbeitsfläche 940 und den anderen
Brennpunkt Bf in der Arbeitsfläche 940.The positions of the focal points Af, Bf of the laser beams A, B may have the following positional relationships in addition to what is shown in FIG 2 is shown. The first example in 3 (A) shows both foci on the work surface 940 , The second example in 3 (B) shows both foci Af, Bf outside the working area 940 , The third example in 3 (C) shows the one focal point Af above the work surface 940 and the other focal point Bf on the desktop 940 , The fourth example in 3 (D) shows the one focal point Af on the work surface 940 and the other focal point Bf in the work area 940 ,
Das
Beispiel in 2 zeigt
beide Brennpunkte Af, Bf in der Arbeitsfläche 940. Obwohl nicht
gezeigt, ist es auch möglich
für einen
der Brennpunkte Af, Bf in der Arbeitsfläche 940 zu liegen,
und den anderen, außerhalb
der Arbeitsfläche
zu liegen. Die Positionen der Brennpunkte Af, Bf in der Figur können auch
umgekehrt werden. Auf der Grundlage von Versuchen an dem Werkstückmaterial
und der Schweißtiefe
können
die Position en dieser Brennpunkte Af, Bf so in Beziehung stehen,
daß das
Schlüsselloch
tief ist oder die Schweißfestigkeit
hoch ist.The example in 2 shows both foci Af, Bf in the workspace 940 , Although not shown, it is also possible for one of the foci Af, Bf in the work area 940 to lie, and the other to lie outside the work surface. The positions of the focal points Af, Bf in the figure can also be reversed. On the basis of experiments on the workpiece material and the welding depth, the positions of these foci Af, Bf can be related so that the keyhole is deep or the welding strength is high.
Diese
Brennpunktpositionen können
variiert werden, während
gleichzeitig die Differenz zwischen den Brennpunktpositionen der
Laserstrahlen A, B aufrechterhalten wird. Sollte dies der Fall sein,
können
diese Brennpunktpositionen variiert werden mit der in 1 gezeigten Einrichtung 18 zum
Variieren der Brennpunktposition. Die Einrichtungen zum Variieren
der Brennpunktposition, die für
jede installiert sind, werden betätigt, wenn die Brennpunktpositionen
der Laserstrahlen A, B individuell zu variieren sind.These focus positions can be varied while simultaneously varying the difference between the focal positions of the laser beams A, B is maintained. If this is the case, these focus positions can be varied with the in 1 shown device 18 for varying the focus position. The focus position varying means installed for each are operated when the focal positions of the laser beams A, B are to be individually varied.
4 zeigt ein Beispiel für die Arbeitsweise des
variablen Spiegels. Jeder variable Spiegel 181 (201, 202,
und so fort) ist in dem austretenden Weg der Laserstrahlen A, B
gelegen. Der variable Spiegel ist versehen mit einer flexiblen Reflexionsfläche 181a und
einem an der Rückseite
der Reflexionsfläche 181a in
dem variablen Spiegel 181 installierten Piezobetätigungslement 181b. 4 shows an example of the operation of the variable mirror. Every variable mirror 181 ( 201 . 202 , and so on) is located in the outgoing path of the laser beams A, B. The variable mirror is provided with a flexible reflection surface 181a and one at the back of the reflective surface 181a in the variable mirror 181 installed piezo actuation element 181b ,
Diese
Piezobetätigungslemente 181b dehnen
sich aus und ziehen sich zurück
entsprechend dem Anlegen von Spannung, wodurch jede Reflexionsfläche 181a von
der Rückseite
aus gedrückt
oder gezogen wird und wechselt zwischen konkaven, flachen und konvexen
Zuständen. 4(A) zeigt den Zustand,
in dem die Reflexionsfläche 181a konkav ist.
In diesem Fall konvergiert das reflektierte Licht, und der Brennpunktabstand
aufgrund des konvergierenden Spiegels 161 (siehe 1) ist verkürzt. 4(B) zeigt den Zustand,
in dem die Reflexionsfläche 181a flach
ist. In diesem Fall werden die Laserstrahlen unverändert reflektiert,
und der Brennpunktabstand aufgrund des konvergierenden Spiegels 161 wird
länger
als in 4(A). 4(C) zeigt den Zustand,
in dem die Reflexionsfläche 181a konvex
ist. In diesem Fall divergiert das reflektierte Licht, und der Brennpunktabstand
aufgrund des konvergierenden Spiegels 161 wird länger als
in 4(B). Zwecks einfacher
Erläuterung
zeigt 4 den Fall eines
Laserstrahls, aber der Brennpunktabstand wird auf die gleiche Weise
gesteuert für
zwei oder mehr Laserstrahlen mit gleichen optischen Achsen.These piezo actuators 181b expand and retract according to the application of tension, creating each reflective surface 181a is pressed or pulled from the back and alternates between concave, flat and convex states. 4 (A) shows the state in which the reflection surface 181a is concave. In this case, the reflected light converges, and the focus distance due to the converging mirror 161 (please refer 1 ) is shortened. 4 (B) shows the state in which the reflection surface 181a is flat. In this case, the laser beams are reflected as they are, and the focal distance due to the converging mirror 161 will be longer than in 4 (A) , 4 (C) shows the state in which the reflection surface 181a is convex. In this case, the reflected light diverges, and the focus distance due to the converging mirror diverges 161 will be longer than in 4 (B) , For ease of explanation shows 4 the case of a laser beam, but the focus distance is controlled in the same way for two or more laser beams having the same optical axes.
5 zeigt die Anordnung einer
zweiten Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform
wird nachfolgend anhand dieser Figur erläutert. Die gleichen Benennungen
werden verwendet für
Abschnitte, die mit 1 identisch
sind, und überflüssige Erläuterung
ist weggelassen. 5 shows the arrangement of a second embodiment of the laser processing apparatus according to the invention. This embodiment will be explained below with reference to this figure. The same terms are used for sections that use 1 are identical, and redundant explanation is omitted.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 30 gemäß dieser Ausführungsform
umfaßt
einen ersten und einen zweiten Laserresonator 12A, 12B zum
Erzeugen von Laserstrahlen A, B, ferner eine Strahlmischeinrichtung 14 zum
Angleichen der optischen Achsen Aa, Ba und Mischen der durch die
Laserresonatoren 12A, 12B emittierten Laserstrahlen
A, B, eine Strahllenkeinrichtung 16 zum Lenken der in der
Strahlmischeinrichtung 14 gemischten Laserstrahlen A, B auf
das Werkstück 94,
und Einrichtungen 20, 32 zum Variieren der Brennpunktpositionen,
welche die Brennpunkte Af, Bf der Laserstrahlen A, B frei bewegen
können.The laser processing device 30 according to this embodiment comprises a first and a second laser resonator 12A . 12B for generating laser beams A, B, further a beam mixing device 14 for matching the optical axes Aa, Ba and mixing of the laser resonators 12A . 12B emitted laser beams A, B, a beam steering device 16 for steering the in the jet mixing device 14 mixed laser beams A, B on the workpiece 94 , and facilities 20 . 32 for varying the focal positions which the foci Af, Bf of the laser beams A, B can move freely.
Die
Einrichtung 32 zum Variieren der Brennpunktposition umfaßt einen
variablen Spiegel 321 und ist angeordnet zwischen dem Spiegel 22A mit
einer Beschichtung zum Reflektieren von zurückkommendem Licht und der Strahlmischeinrichtung 14. Nach
dem Durchgang durch den Spiegel 22A mit einer Beschichtung
zum Reflektieren von zurückkommendem
Licht wird der Laserstrahl A mit dem variablen Spiegel 321 umgelenkt
und schreitet dann fort zu der Strahlmischeinrichtung 14.
Die Brennpunktposition Af des Laserstrahls A kann mit dem variablen Spiegel 321 willkürlich eingestellt
werden. Ferner ist ein Umlenkspiegel 34 zwischen der Strahlmischeinrichtung 14 und
der Strahllenkeinrichtung 16 angeordnet.The device 32 for varying the focus position comprises a variable mirror 321 and is located between the mirror 22A with a coating for reflecting back light and the jet mixer 14 , After passing through the mirror 22A with a coating for reflecting back light, the laser beam A with the variable mirror 321 deflected and then proceeds to the jet mixing device 14 , The focus position Af of the laser beam A may be with the variable mirror 321 be arbitrarily set. Furthermore, a deflection mirror 34 between the jet mixing device 14 and the beam steering device 16 arranged.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 30 umfaßt die Einrichtung 20 zum
Variieren der Brennpunktposition mit zwei variablen Spiegeln 201, 202.
Daher ist die Laserbearbeitungsvorrichtung anwendbar, wenn der Divergenzwinkel
des Laserstrahls B viel größer ist
als der des Laserstrahls A und der Gesamtausstoß der Laserstrahlen A, B 5
kW oder mehr beträgt.The laser processing device 30 includes the device 20 for varying the focus position with two variable mirrors 201 . 202 , Therefore, the laser processing apparatus is applicable when the divergence angle of the laser beam B is much larger than that of the laser beam A and the total output of the laser beams A, B is 5 kW or more.
6 zeigt die Anordnung einer
dritten Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform
wird nachfolgend anhand dieser Figur erläutert. Die gleichen Benennungen
werden verwendet für
Abschnitte, die mit den 1 und 5 identisch sind, und überflüssige Erläuterung
ist weggelassen. 6 shows the arrangement of a third embodiment of the laser processing apparatus according to the invention. This embodiment will be explained below with reference to this figure. The same terms are used for sections associated with the 1 and 5 are identical, and redundant explanation is omitted.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
umfaßt
einen ersten und einen zweiten Laserresonator 12A, 12B zum Erzeugen
von Laserstrahlen A, B, ferner eine Strahlmischeinrichtung 14 zum
Angleichen der optischen Achsen Aa, Ba und Mischen der durch die
Laserresonatoren 12A, 12B emittierten Laserstrahlen
A, B, eine Strahllenkeinrichtung 16 zum Lenken der in der Strahlmischeinrichtung 14 gemischten
Laserstrahlen A, B auf das Werkstück 94, und Einrichtungen 32, 42 zum
Variieren der Brennpunktpositionen, welche die Brennpunkte Af, Bf
der Laserstrahlen A, B frei bewegen könnenThe laser processing device 40 according to the present embodiment comprises a first and a second laser resonator 12A . 12B for generating laser beams A, B, further a beam mixing device 14 for matching the optical axes Aa, Ba and mixing of the laser resonators 12A . 12B emitted laser beams A, B, a beam steering device 16 for steering the in the jet mixing device 14 mixed laser beams A, B on the workpiece 94 , and facilities 32 . 42 for varying the focal positions which the foci Af, Bf of the laser beams A, B can move freely
Die
Einrichtung 42 zum Variieren der Brennpunktposition umfaßt einen
variablen Spiegel 421 und ist angeordnet zwischen dem Spiegel 22B mit
einer Beschichtung zum Reflektieren von zurückkommendem Licht und der Strahlmischeinrichtung 14. Nach
dem Durchgang durch den Spiegel 22B mit einer Beschichtung
zum Reflektieren von zurückkommendem
Licht wird der Laserstrahl B durch einen Umlenkspiegel 44 und
dann durch den variablen Spiegel 421 umgelenkt und schreitet
dann fort zu der Strahlmischeinrichtung 14. Die Brennpunktposition Bf
des Laserstrahls B kann mit dem variablen Spiegel 421 willkürlich eingestellt
werden.The device 42 for varying the focus position comprises a variable mirror 421 and is located between the mirror 22B with a coating for reflecting back light and the jet mixer 14 , After passing through the mirror 22B with a coating for reflecting back light, the laser beam B is deflected by a mirror 44 and then through the variable mirror 421 diverted and then proceeds to the Beam combiner 14 , The focus position Bf of the laser beam B can be adjusted with the variable mirror 421 be arbitrarily set.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 40 umfaßt die Einrichtung 32 zum
Variieren der Brennpunktposition mit dem variablen Spiegel 321 und
die Einrichtung 42 zum Variieren der Brennpunktposition
mit dem variablen Spiegel 421. Daher ist die Laserbearbeitungsvorrichtung
anwendbar, wenn die Divergenzwinkel der Laserstrahlen A, B relativ
klein sind und der Gesamtausstoß der
Laserstrahlen A, B 5 kW oder mehr beträgt.The laser processing device 40 includes the device 32 for varying the focus position with the variable mirror 321 and the device 42 for varying the focus position with the variable mirror 421 , Therefore, the laser processing apparatus is applicable when the divergence angles of the laser beams A, B are relatively small and the total output of the laser beams A, B is 5 kW or more.
7 zeigt die Anordnung einer
vierten Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform
wird nachfolgend anhand dieser Figur erläutert. Die gleichen Benennungen
werden verwendet für
Abschnitte, die mit den 1 und 6 identisch sind, und überflüssige Erläuterung
ist weggelassen. 7 shows the arrangement of a fourth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention. This embodiment will be explained below with reference to this figure. The same terms are used for sections associated with the 1 and 6 are identical, and redundant explanation is omitted.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
umfaßt
einen ersten und einen zweiten Laserresonator 12A, 12B zum Erzeugen
von Laserstrahlen A, B, ferner eine Strahlmischeinrichtung 14 zum
Angleichen der optischen Achsen Aa, Ba und Mischen der durch die
Laserresonatoren 12A, 12B emittierten Laserstrahlen
A, B, eine Strahllenkeinrichtung 16 zum Lenken der in der Strahlmischeinrichtung 14 gemischten
Laserstrahlen A, B auf das Werkstück 94, und Einrichtungen 18, 42 zum
Variieren der Brennpunktpositionen, welche die Brennpunkte Af, Bf
der Laserstrahlen A, B frei bewegen könnenThe laser processing device 50 according to the present embodiment comprises a first and a second laser resonator 12A . 12B for generating laser beams A, B, further a beam mixing device 14 for matching the optical axes Aa, Ba and mixing of the laser resonators 12A . 12B emitted laser beams A, B, a beam steering device 16 for steering the in the jet mixing device 14 mixed laser beams A, B on the workpiece 94 , and facilities 18 . 42 for varying the focal positions which the foci Af, Bf of the laser beams A, B can move freely
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 50 umfaßt die Einrichtung 18 zum
Variieren der Brennpunktposition mit dem variablen Spiegel 181,
die Einrichtung 32 zum Variieren der Brennpunktposition
mit dem variablen Spiegel 321 und die Einrichtung 42 zum
Variieren der Brennpunktposition mit dem variablen Spiegel 421.
Daher ist die Laserbearbeitungsvorrichtung anwendbar, wenn die Divergenzwinkel
der Laserstrahlen A, B relativ klein sind und der Gesamtausstoß der Laserstrahlen
A, B 5 kW oder weniger beträgt.The laser processing device 50 includes the device 18 for varying the focus position with the variable mirror 181 , the device 32 for varying the focus position with the variable mirror 321 and the device 42 for varying the focus position with the variable mirror 421 , Therefore, the laser processing apparatus is applicable when the divergence angles of the laser beams A, B are relatively small and the total output of the laser beams A, B is 5 kW or less.
8 zeigt die Anordnung einer
fünften
Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform
wird nachfolgend anhand dieser Figur erläutert. Die gleichen Benennungen
werden verwendet für
Abschnitte, die mit den 1 und 6 identisch sind, und überflüssige Erläuterung
ist weggelassen 8th shows the arrangement of a fifth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention. This embodiment will be explained below with reference to this figure. The same terms are used for sections associated with the 1 and 6 are identical, and redundant explanation is omitted
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
umfaßt
einen ersten und einen zweiten Laserresonator 12A, 12B zum Erzeugen
von Laserstrahlen A, B, ferner eine Strahlmischeinrichtung 14 zum
Angleichen der optischen Achsen Aa, Ba und Mischen der durch die
Laserresonatoren 12A, 12B emittierten Laserstrahlen
A, B, eine Strahllenkeinrichtung 16 zum Lenken der in der Strahlmischeinrichtung 14 gemischten
Laserstrahlen A, B auf das Werkstück 94 und Einrichtungen 20, 62 zum
Variieren der Brennpunktpositionen, weiche imstande sind, die Brennpunkte
Af, Bf der Laserstrahlen A, B frei zu bewegenThe laser processing device 60 according to the present embodiment comprises a first and a second laser resonator 12A . 12B for generating laser beams A, B, further a beam mixing device 14 for matching the optical axes Aa, Ba and mixing of the laser resonators 12A . 12B emitted laser beams A, B, a beam steering device 16 for steering the in the jet mixing device 14 mixed laser beams A, B on the workpiece 94 and facilities 20 . 62 for varying the focus positions capable of freely moving the focal points Af, Bf of the laser beams A, B
Die
Einrichtung 62 zum Variieren der Brennpunktposition umfaßt variable
Spiegel 621, 622 und ist angeordnet zwischen dem
Spiegel 22A mit einer Beschichtung zum Reflektieren von
zurückkommendem
Licht und der Strahlmischeinrichtung 14. Nach dem Durchgang
durch den Spiegel 22A mit einer Beschichtung zum Reflektieren
von zurückkommendem Licht
wird der Laserstrahl A umgelenkt durch den variablen Spiegel 621,
dann durch den variablen Spiegel 622 und schreitet dann
fort zu der Strahlmischeinrichtung 14. Die Brennpunktposition
Af des Laserstrahls A kann mit den variablen Spiegeln 621, 622 willkürlich eingestellt
werden.The device 62 for varying the focus position includes variable mirrors 621 . 622 and is located between the mirror 22A with a coating for reflecting back light and the jet mixer 14 , After passing through the mirror 22A with a coating for reflecting back light, the laser beam A is deflected by the variable mirror 621 , then through the variable mirror 622 and then proceeds to the jet mixer 14 , The focus position Af of the laser beam A can be varied with the variable mirrors 621 . 622 be arbitrarily set.
Die
Laserbearbeitungsvorrichtung 50 umfaßt die Einrichtung 20 zum
Variieren der Brennpunktposition mit den variablen Spiegeln 201, 202 und
die Einrichtung 62 zum Variieren der Brennpunktposition mit
den variablen Spiegeln 621, 622. Daher ist die
Laserbearbeitungsvorrichtung anwendbar, wenn einer der Divergenzwinkel
der Laserstrahlen A, B relativ groß ist und der Gesamtausstoß der Laserstrahlen
A, B 5 kW oder mehr beträgt.The laser processing device 50 includes the device 20 for varying the focus position with the variable mirrors 201 . 202 and the device 62 for varying the focus position with the variable mirrors 621 . 622 , Therefore, the laser processing apparatus is applicable when one of the divergence angles of the laser beams A, B is relatively large and the total output of the laser beams A, B is 5 kW or more.
Als
nächstes
werden spezielle Beispiele der Strahlmischeinrichtung 14 in
der vorliegenden Ausführungsform
anhand der 9 bis 11 erläutert. 9 zeigt einen Abschnitt der Anordnung
der sechsten Ausführungsform
der Strahlmischeinrichtung 14 der Laserbearbeitungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
Die in 9 gezeigte Strahlmischeinrichtung 14 umfaßt das folgende:
den dichroitischen Spiegel 141, der den Laserstrahl B umlenkt,
während er
den Laserstrahl A durchläßt, ein
staubdichtes Gehäuse 142,
das den dichroitischen Spiegel 141 umschließt, und
den Lichtdetektor 143, um zu ermitteln, ob etwas von dem
Laserstrahl B durch den dichroitischen Spiegel 141 hindurchgegangen
ist.Next, specific examples of the jet mixer will be described 14 in the present embodiment with reference to 9 to 11 explained. 9 shows a portion of the arrangement of the sixth embodiment of the jet mixing device 14 the laser processing apparatus according to the invention. In the 9 shown jet mixing device 14 includes the following: the dichroic mirror 141 which deflects the laser beam B while passing the laser beam A, a dustproof case 142 that the dichroic mirror 141 encloses, and the light detector 143 to determine if any of the laser beam B through the dichroic mirror 141 has gone through.
Eine
Beschichtung, die den Laserstrahl B (YAG-Laser) umlenkt, während sie
den Laserstrahl A (Kohlendioxidgaslaser) durchläßt, ist auf die Oberfläche S1 des
dichroitischen Spiegels 141 aufgebracht, die durch den
Laserstrahl B bestrahlt wird. Eine Beschichtung, die den Laserstrahl
A durchläßt, ist
auf die Oberfläche
S2 des dichroitischen Spiegels 141 aufgebracht, die durch
den Laserstrahl A bestrahlt wird. Es gibt jedoch keine Beschichtungen,
welche eine 100%-Reflexion eines YAG-Lasers bieten, und eine kleine
Menge von dem Laserstrahl B passiert den dichroitischen Spiegel 141.
Die Strahlmischeinrichtung 14 umfaßt einen Lichtdetektor 143 zum
Ermitteln des Laserstrahles B, der durch den dichroitischen Spiegel 141 hindurchgegangen
ist; dies ermittelt die Verschlechterung des dichroitischen Spiegels 141 und
seine Beschädigung.
Mit anderen Worten gestattet die Feststellung von Anomalien in dem durch
den Lichtdetektor 143 ermittelten Laserstrahl B die Feststellung
der Verschlechterung des dichroitischen Spiegels 141 und
seine Beschädigung.A coating which redirects the laser beam B (YAG laser) while transmitting the laser beam A (carbon dioxide gas laser) is incident on the surface S1 of the dichroic mirror 141 applied, which is irradiated by the laser beam B. A coating which transmits the laser beam A is incident on the surface S2 of the dichroic mirror 141 applied, which is irradiated by the laser beam A. However, there are no coatings which provide 100% reflection of a YAG laser and pass a small amount of the laser beam B. the dichroic mirror 141 , The jet mixing device 14 includes a light detector 143 for detecting the laser beam B passing through the dichroic mirror 141 passed through; this determines the deterioration of the dichroic mirror 141 and his damage. In other words, the detection of abnormalities in the light detector allows 143 detected laser beam B, the determination of the deterioration of the dichroic mirror 141 and his damage.
10 zeigt einen Abschnitt
der Anordnung der siebenten Ausführungsform
der Strahlmischeinrichtung 14 der Laserbearbeitungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
In der in 10 shows a portion of the arrangement of the seventh embodiment of the jet mixing device 14 the laser processing apparatus according to the invention. In the in
10 gezeigten Strahlmischeinrichtung 14 sind
eine Eingangsfläche 146 und
eine Ausgangsfläche 147 an
einem Körper 145 mit
transparenten Eigenschaften ausgebildet. Die Laserstrahlen A, B
treffen beide auf die Eingangsfläche 146 an
verschiedenen Einfallspunkten 146a, 146b auf und
verlassen den gleichen Ausgangspunkt 148 auf der Ausgangsfläche 147,
wobei ihre optischen Achsen angeglichen sind. 10 shown jet mixing device 14 are an entrance area 146 and an exit surface 147 on a body 145 formed with transparent properties. The laser beams A, B both hit the input surface 146 at different points of incidence 146a . 146b up and leave the same starting point 148 on the exit area 147 with their optical axes aligned.
Der
Körper 145 weist
die Gestalt eines dreieckigen Prismas auf und umfaßt einen
Kristall wie zum Beispiel ZnSe oder Diamant, oder Glas. Der Einfallswinkel Θa und der Einfallspunkt 146a des
Laserstrahls A auf der Eingangsfläche 146 sind so festgelegt,
daß der
Laserstrahl A durch die Eingangsfläche 146 gebrochen
wird und zu dem Ausgangspunkt 148 kommt. Der Einfallswinkel Θb und der Einfallspunkt 146b des
Laserstrahls B auf der Eingangsfläche 146 sind so festgelegt,
daß der
Laserstrahl B durch die Eingangsfläche 146 gebrochen
wird und zu dem Ausgangspunkt 148 kommt. Der Ausgangswinkel 0 und der
Ausgangspunkt 148 der Laserstrahlen A, B auf der Ausgangsfläche 147 sind
so festgelegt, daß die Laserstrahlen
A, B durch die Ausgangsfläche 147 gebrochen
werden und die optischen Achsen der Laserstrahlen A, B übereinstimmen.The body 145 has the shape of a triangular prism and includes a crystal such as ZnSe or diamond, or glass. The angle of incidence Θ a and the point of incidence 146a of the laser beam A on the input surface 146 are set so that the laser beam A through the input surface 146 is broken and the starting point 148 comes. The angle of incidence Θ b and the point of incidence 146b of the laser beam B on the input surface 146 are set so that the laser beam B through the input surface 146 is broken and the starting point 148 comes. The starting angle 0 and the starting point 148 the laser beams A, B on the output surface 147 are set so that the laser beams A, B through the output surface 147 are refracted and the optical axes of the laser beams A, B match.
Die
von den Laserresonatoren 12A, 12B abgegebenen
Laserstrahlen A, B treffen den Körper 145 unter
Einfallswinkeln Θa, Θb von den Einfallspunkten 146a, 146b und
werden gebrochen und erreichen den Ausgangspunkt 148. Bei
Erreichen des Ausgangspunktes 148 werden die Laserstrahlen
A, B bei dem Ausgangspunkt 148 gebrochen und von diesem
abgegeben, so daß die
optischen Achsen übereinstimmen,
und werden auf das Werkstück 94 gerichtet.The of the laser resonators 12A . 12B emitted laser beams A, B hit the body 145 at angles of incidence Θ a , Θ b from the points of incidence 146a . 146b and are broken and reach the starting point 148 , Upon reaching the starting point 148 The laser beams A, B are at the starting point 148 broken and emitted by this, so that the optical axes coincide, and are on the workpiece 94 directed.
Da
kein Laserstrahlen A, B durchlassender Mehrschichtfilm in der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 vorhanden
ist, gibt es auch keinen Energieverlust in einem Mehrschichtfilm.
Aus diesem Grund wird sehr wenig Wärme aufgrund von Energieverlust
erzeugt; dies macht es leicht, die Lebensdauer zu verlängern und
den Ausstoß der
Vorrichtung zu erhöhen.Since no laser beam A, B passing through the multilayer film in the laser processing apparatus 10 There is also no energy loss in a multilayer film. For this reason, very little heat is generated due to energy loss; this makes it easy to extend the life and increase the output of the device.
Ferner
können,
obwohl nicht gezeigt, die optischen Achsen von sogar drei oder mehr
Laserstrahlen angeglichen und die Strahlen abgegeben werden, indem
man die Strahlen an verschiedenen Einfallspunkten auf den Körper auftreffen
läßt.Further
can,
although not shown, the optical axes of even three or more
Adjusted laser beams and the rays are emitted by
you hit the rays at different points of incidence on the body
leaves.
11 zeigt einen Abschnitt
der Anordnung der achten Ausführungsform
der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung. In der in 11 gezeigten Strahlmischeinrichtung 14 sind
Eingangsflächen 151, 152 und
eine Ausgangsfläche 156 an
einem Körper 154 mit
transparenten Eigenschaften ausgebildet. Die Laserstrahlen A, B
treffen jeweils auf die Eingangsflächen 151, 152 an
verschiedenen Einfallspunkten 152a, 152b auf und
verlassen den gleichen Ausgangspunkt 152c auf der Ausgangsfläche 156,
wobei ihre Achsen angeglichen sind. 11 shows a portion of the arrangement of the eighth embodiment of the laser processing apparatus according to the invention. In the in 11 shown jet mixing device 14 are entrance areas 151 . 152 and an exit surface 156 on a body 154 formed with transparent properties. The laser beams A, B respectively hit the input surfaces 151 . 152 at different points of incidence 152a . 152b up and leave the same starting point 152c on the exit area 156 with their axes aligned.
Der
Körper 154 weist
die Gestalt eines fünfseitigen
Prismas auf und umfaßt
einen Kristall wie zum Beispiel ZnSe oder Diamant, oder Glas. Der
Einfallswinkel Θa und der Einfallspunkt 152a des
Laserstrahls A auf der Eingangsfläche 151 sind so festgelegt,
daß der
Laserstrahl A durch die Eingangsfläche 151 gebrochen
wird und zu dem Ausgangspunkt 152c kommt. Der Einfallswinkel Θb und der Einfallspunkt 152b des
Laserstrahls B auf der Eingangsfläche 152 sind so festgelegt,
daß der
Laserstrahl B durch die Eingangsfläche 152 gebrochen
wird und zu dem Ausgangspunkt 152c kommt. Der Ausgangswinkel Θ und der
Ausgangspunkt 152c der Laserstrahlen A, B auf der Ausgangsfläche 156 sind
so festgelegt, daß die
Laserstrahlen A, B durch die Ausgangsfläche 156 gebrochen
werden und die optischen Achsen der Laserstrahlen A, B übereinstimmen.The body 154 has the shape of a five-sided prism and includes a crystal such as ZnSe or diamond, or glass. The angle of incidence Θ a and the point of incidence 152a of the laser beam A on the input surface 151 are set so that the laser beam A through the input surface 151 is broken and the starting point 152c comes. The angle of incidence Θ b and the point of incidence 152b of the laser beam B on the input surface 152 are set so that the laser beam B through the input surface 152 is broken and the starting point 152c comes. The initial angle Θ and the starting point 152c the laser beams A, B on the output surface 156 are set so that the laser beams A, B through the output surface 156 are refracted and the optical axes of the laser beams A, B match.
Antireflexbeläge 158, 153 für die entsprechenden
Laserstrahlen A, B sind auf den Eingangsflächen 151, 152 ausgebildet.
Da zwei Eingangsflächen 151, 152 vorhanden
sind, ist es leicht, die Antireflexbeläge zu bilden. Da die Eingangsfläche 152 senkrecht
zu dem Laserstrahl B liegt, ist das Licht von dem Laserstrahl B,
das durch die Eingangsflächen 152 reflektiert
wird, besonders reduziert.Anti-reflective coatings 158 . 153 for the corresponding laser beams A, B are on the input surfaces 151 . 152 educated. Because two entrance areas 151 . 152 it is easy to form the anti-reflective coatings. Because the entrance area 152 is perpendicular to the laser beam B, the light from the laser beam B, through the input surfaces 152 reflected, especially reduced.
Wärmeleitungsflächen 159a, 159b sind
an dem Körper 154 ausgebildet;
Kühleinrichtungen 159c, 159d sind
an die Wärmeleitungsflächen 159a, 159b angelegt.
Die Kühleinrichtungen 159c, 159d sind
zum Beispiel Peltierelemente oder Wärmeschlingen, die mit zirkulierendem
Kühlwasser
verbunden sind. Ausstoß und
Nutzungsdauer der Vorrichtung können
weiter verbessert werden, da die Wärmeerzeugung durch den Körper 154 durch
die Kühleinrichtungen 159c, 159d unterdrückt wird.Heat transfer surfaces 159a . 159b are on the body 154 educated; cooling equipment 159c . 159d are to the heat conduction surfaces 159a . 159b created. The cooling equipment 159c . 159d For example, Peltier elements or heat loops connected to circulating cooling water. Ejection and service life of the device can be further improved as the heat generation by the body 154 through the cooling facilities 159c . 159d is suppressed.
Außerdem ist
die Erfindung nicht unbedingt auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Zum
Beispiel sind die Laser nicht auf Kohlendioxidgaslaser und YAG-Laser
beschränkt;
die Anzahl von Laserstrahlen kann drei oder mehr betragen. Die Einrichtung
zum Variieren der Brennpunktposition kann auch durch Linsen oder
dergleichen gebildet werden.Besides that is
the invention is not necessarily limited to the above-mentioned embodiments. To the
For example, the lasers are not based on carbon dioxide gas lasers and YAG lasers
limited;
the number of laser beams may be three or more. The device
to vary the focus position can also be through lenses or
the like are formed.
Die
Erfindung weist die Anordnung und Funktionen auf, wie oben besprochen.
Dementsprechend kann die Erfindung die optischen Achsen einer Mehrzahl
von Laserstrahlen angleichen und die Laserstrahlen auf ein Werkstück richten,
da die Erfindung die Strahlmischeinrichtung zum Angleichen der optischen
Achsen und zum Mischen einer Mehrzahl von Laserstrahlen vorsieht.
Folglich kann die Erfindung verhindern, daß sich die Mehrzahl von Laserstrahlen
A, B trennt bei Veränderungen
in der Position des Werkstücks.
Ferner kann die Erfindung Veränderungen
in der Schmelztiefe aufgrund der Bewegungsrichtung verhindern, da
die Lagebeziehung zwischen den Positionen der Laserstrahlen nicht richtungsabhängig ist.The
The invention has the arrangement and functions as discussed above.
Accordingly, the invention may include the optical axes of a plurality
of laser beams and aim the laser beams at a workpiece,
since the invention, the jet mixing device for aligning the optical
Axes and for mixing a plurality of laser beams provides.
Consequently, the invention can prevent the plurality of laser beams
A, B separates in changes
in the position of the workpiece.
Furthermore, the invention changes
prevent in the melting depth due to the direction of movement because
the positional relationship between the positions of the laser beams is not directional.
Ferner
kann die gewünschte
Schmelztiefe erzielt werden mit dem Beispiel, welches eine Einrichtung
zum Variieren der Brennpunktposition vorsieht, die imstande ist,
die Brennpunktpositionen der Laserstrahlen frei zu verschieben.Further
can the desired
Melting depth can be achieved with the example, which is a device
to vary the focus position that is capable of
to shift the focus positions of the laser beams freely.
Ferner
kann die Brennpunktposition verändert
werden ohne folgende Bewegung in der Richtung des Lichtweges der
optischen Teile wie in dem Beispiel, welches Einrichtungen zum Variieren
der Brennpunktposition schafft mit variablen Spiegeln, worin die
Krümmung
der Spiegelfläche
mit einem elektrischen Signal verändert wird. Folglich können kleinere
Abmessungen und schnelleres Ansprechen erzielt werden als in dem
Fall der Veränderung
der Brennpunktposition mit einer Linse oder dergleichen.Further
can change the focus position
be without the following movement in the direction of the light path of the
optical parts as in the example, which have means for varying
the focus position provides with variable mirrors, wherein the
curvature
the mirror surface
is changed with an electrical signal. Consequently, smaller ones can
Dimensions and faster response are achieved than in the
Case of change
the focal position with a lens or the like.
Eine
größere Schmelztiefe
wird erzielt mit dem Beispiel, in welchem die Einrichtungen zum
Variieren der Brennpunktposition zulassen, daß die Mehrzahl von Laserstrahlen
voneinander verschiedene Brennpunktpositionen aufweist. Es ist möglich, Abnahmen
der Schmelztiefe aufgrund einer Bewegung der Laserstrahlen mit hoher
Geschwindigkeit zu unterdrücken.A
greater melting depth
is achieved with the example in which the facilities for
Varying the focal position allow the plurality of laser beams
having different focal positions from each other. It is possible to accept
the melting depth due to a movement of the laser beams with high
Suppress speed.
Eine
Beschädigung
der Laserresonatoren durch zurückkommendes
Licht kann verhindert werden durch das Beispiel, in welchem Spiegel
mit Überzügen zum
Reflektieren von zurückkommendem Licht
für die
Laserresonatoren angeordnet werden.A
damage
the laser resonators by coming back
Light can be prevented by the example in which mirror
with coatings for
Reflecting returning light
for the
Laser resonators are arranged.
