ES2895521T3 - Disposición para el mecanizado de piezas de trabajo con un rayo láser - Google Patents

Disposición para el mecanizado de piezas de trabajo con un rayo láser Download PDF

Info

Publication number
ES2895521T3
ES2895521T3 ES13755981T ES13755981T ES2895521T3 ES 2895521 T3 ES2895521 T3 ES 2895521T3 ES 13755981 T ES13755981 T ES 13755981T ES 13755981 T ES13755981 T ES 13755981T ES 2895521 T3 ES2895521 T3 ES 2895521T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
laser beam
laser
fiber
workpiece
machining
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.)
Active
Application number
ES13755981T
Other languages
English (en)
Inventor
Christoph Rüttimann
Ulrich Dürr
Richard Bartlome
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coherent Switzerland AG
Original Assignee
Coherent Switzerland AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Coherent Switzerland AG filed Critical Coherent Switzerland AG
Application granted granted Critical
Publication of ES2895521T3 publication Critical patent/ES2895521T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • 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
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • 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
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • 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
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • H01S3/1024—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping for pulse generation
    • 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
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0064—Anti-reflection devices, e.g. optical isolaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity

Abstract

Disposición para el mecanizado de una pieza (22) con un rayo láser (L), en particular para el mecanizado de piezas muy reflectantes, con un láser de fibra (1) como fuente de rayo láser para generar un rayo láser primario pulsado (L1) con un ancho de banda que es inferior a 1nm, caracterizada por que está previsto un equipo para desacoplar y detectar una radiación que emana axialmente de la pieza de trabajo (22), desacoplándose la radiación (Ra) que emana axialmente de la pieza de trabajo (22) de una fibra de transporte (3,16) por medio de un divisor de haz de fibra óptica (27) o comprendiendo la disposición un cabezal de mecanizado (15) que comprende un equipo colimador (17), una sistema óptico de desviación (20) y un sistema óptico de enfoque (21) para enfocar los rayos láser (L1",L2) sobre la pieza de trabajo (22), comprendiendo el sistema óptico de desviación (20) un espejo de desviación (23) que es de banda estrecha altamente reflectante para el rayo o los rayos láser primarios y secundarios y que es permeable para la radiación de plasma y térmica que emana de la pieza de trabajo.

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición para el mecanizado de piezas de trabajo con un rayo láser
La invención se refiere a una disposición para el mecanizado, en particular para la soldadura de una pieza de trabajo con un rayo láser.
El mecanizado -taladrado, corte o soldadura- de piezas de trabajo con un rayo láser está asociado a una multitud de ventajas técnicas entre las que se encuentran, entre otras, un aporte de calor reducido con respecto otros procedimientos de mecanizado, así como la posibilidad de poder realizar mecanizados en puntos de difícil acceso y, en particular, generar costuras de soldadura con contornos de costura complejos. Sin embargo, el mecanizado de piezas muy reflectantes presenta dificultades, por ejemplo, en el caso del cobre o el aluminio u otros materiales altamente reflectantes en las industrias electrónica, médica o de la joyería.
El documento US 7,733,922 B1 describe una disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo con un rayo láser. Para ello, se utiliza un láser de fibra que genera un rayo láser primario pulsado con un ancho de banda inferior a 0,3nm.
La invención se basa, por tanto, en el objetivo de indicar una disposición para el mecanizado de una pieza con un rayo láser que sea apropiada en particular para el mecanizado de piezas de trabajo muy reflectantes, en particular piezas de trabajo metálicas muy reflectantes.
El objetivo mencionado ser resuelve de acuerdo con la invención con una disposición con las características de la reivindicación 1. De acuerdo con estas características, la disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo con un rayo láser, en particular para el mecanizado de una pieza de trabajo muy reflectante, comprende un láser de fibra como fuente de rayo láser para generar un rayo láser primario pulsado con un ancho de banda que es inferior a 1nm.
De acuerdo con la invención, está previsto un equipo para desacoplar y detectar una radiación que emana axialmente de la pieza de trabajo.
Para ello, el sistema óptico de desviación fijo o móvil comprende un espejo de desviación que es de banda estrecha altamente reflectante para el rayo o los rayos láser primarios y secundarios y que es permeable para la radiación de plasma y térmica que emana de la pieza de trabajo.
De acuerdo con una segunda alternativa, la radiación que emana axialmente de la pieza de trabajo puede ser desacoplada por medio de un divisor de haz de fibra óptica de una fibra de transporte.
El láser de fibra genera preferentemente un rayo láser primario de polarización lineal.
En particular, el láser de fibra es monomodo o un láser de fibra de modo bajo.
En otro diseño de la invención, el láser de fibra es un láser de fibra QCW.
Si, en la entrada de rayo del rayo láser primario, está dispuesto un módulo multiplicador de frecuencia para generar al menos un rayo láser secundario de frecuencia multiplicada, se mejora la absorción y mejoran significativamente la calidad del mecanizado y la reproducibilidad de las piezas de trabajo muy reflectantes.
En particular, en la entrada de rayo de los rayos láser que emanan del módulo multiplicador de frecuencia, está dispuesto un módulo de ajuste óptico con el que se puede ajustar la intensidad del rayo láser primario restante, es decir, no convertido en el módulo multiplicador de frecuencia a un rayo láser con frecuencia multiplicada, relativamente a la intensidad del rayo o rayos láser secundarios para poder adaptar la energía de radiación total a la geometría de mecanizado (por ejemplo, profundidad de soldadura) y, en particular, suprimir durante la soldadura el desarrollo de salpicaduras.
En otro diseño ventajoso de la invención, aguas abajo del módulo multiplicador de frecuencia, está dispuesto un polarizador circular. De esta manera, se pueden impedir efectos que pueden surgir debido a la dependencia de las propiedades de absorción de la pieza de trabajo de la dirección de polarización de un rayo láser linealmente polarizado.
En una forma de realización preferente, para la conducción de los rayos láser, está prevista una fibra de transporte o una pluralidad de ellas, presentando todas las fibras de transporte un diámetro de núcleo superior a 15pm. Con tal fibra de transporte, se facilita el acoplamiento de los rayos láser. Además, se mantiene la calidad de la radiación y se impiden efectos no lineales.
En particular, la disposición comprende un cabezal de mecanizado que comprende un equipo colimador, un sistema óptico de desviación y un sistema óptico de enfoque para el enfoque del rayo o los rayos láser sobre la pieza de trabajo.
Preferentemente, los componentes ópticos que se encuentran en la entrada de rayo de los rayos láser se componen de vidrio de cuarzo.
Si la radiación que emana de la pieza de trabajo se analiza en una unidad de procesamiento de señales y, sobre la base de este análisis, se generan señales de control para controlar el proceso de mecanizado, se puede controlar la calidad del mecanizado y se puede mejorar significativamente mediante la adaptación de los rayos láser utilizados para el mecanizado. Esta radiación que emana de la pieza de trabajo puede ser radiación láser reflejada, radiación térmica que emana de la fuente de calor en la zona de mecanizado o radiación de plasma que emana de un plasma formado en la zona de mecanizado, utilizándose, en particular, para el análisis la forma de un solo pulso, así como la forma de un tren de pulsos de la radiación que emana de la pieza de trabajo.
Para una explicación más detallada de la invención, se remite al dibujo, en cuya única figura se representa esquemáticamente un ejemplo de realización de una disposición de acuerdo con la invención.
De acuerdo con esta figura, la disposición comprende un láser de fibra 1, preferentemente un láser de fibra QCW o un láser de fibra CW modulado con radiación en el infrarrojo cercano (1-2|jm), que está concebido para generar un rayo láser primario Li cuasi continuo, preferentemente de polarización lineal, de un solo modo (singlemode) o en multimodo (multimode) con un número reducido de modos, que presenta un ancho de banda que es inferior a inm, y cuya duración de pulso se sitúa entre 10js y 50ms. El láser de fibra 1 puede funcionar en modo de pulso único, así como con una frecuencia de pulso de hasta 100kHz. En un perfeccionamiento ventajoso, es posible, además, mediante un correspondiente control de los diodos de bombeo utilizados para el bombeo óptico conformar los pulsos o trenes de pulsos generados por el láser de fibra 1. El control del láser de fibra 1 se efectúa con una unidad de control 2.
El rayo láser primario Li, que tiene un perfil de sección transversal gaussiano, a través de una primera fibra de transporte 3, que preferentemente preserva la polarización, y un primer sistema óptico de colimación 4, se acopla a un módulo multiplicador de frecuencia 5 que comprende un cristal no lineal 7, por ejemplo, KTP o LBO, dispuesto entre un sistema óptico de enfoque 6a y un segundo sistema óptico de colimación 6b. La fibra de transporte 3 es suficientemente corta para limitar en gran medida una elevación en ella del ancho de banda provocada por efectos ópticos no lineales y limitarla a valores por debajo de 1nm. La primera fibra de transporte 3 es preferentemente una fibra monomodo de gran núcleo o una fibra de bajo modo cuyo diámetro de núcleo es mayor de 15jm.
Un equipo termostático 8 sirve para estabilizar la temperatura del cristal no lineal 7. Adicionalmente, con un equipo de sensores 9 se mide un valor correspondiente a la intensidad del rayo láser primario L1 acoplado al módulo multiplicador de frecuencia 5 y se alimenta a la unidad de control 2 para el control del láser de fibra 1.
En una realización alternativa, el módulo multiplicador de frecuencia 5 se monta sin intermediación de una primera fibra de transporte 3 directamente tras la salida del láser de fibra 1. El rayo láser L que sale del módulo multiplicador de frecuencia 5 se compone del restante rayo láser primario LT (eficacia típica de la multiplicación de frecuencias < 50 %) con la frecuencia u> y el rayo láser secundario L2 de frecuencia multiplicada con las frecuencias 2u> o 3w. Rayo láser primario LT y rayo láser secundario L2 son guiados a través de un módulo de ajuste óptico 10 con el que se puede ajustar la relación de intensidad entre el restante rayo láser primario LT y el rayo láser secundario L2. El módulo de ajuste óptico 10 utilizado para este fin es, por ejemplo, un filtro graduado que sirve como filtro de corte para el rayo láser primario restante LT, cuya permeabilidad para el rayo láser primario LT puede ajustarse automáticamente generalmente en un 10-100 %. Este filtro de corte permite al mismo tiempo el paso del rayo láser secundario L2. La radiación láser primaria no transmitida por el módulo de ajuste óptico 10, es decir, reflejada, es guiada hacia un absorbedor 11.
En una forma de realización alternativa, el módulo de ajuste óptico 10 comprende un elemento electro-óptico o acustoóptico selectivo de la longitud de onda que guía de forma ajustable una parte del rayo láser primario restante LT hacia el absorbedor 11.
El rayo láser L que emerge del módulo de ajuste óptico 10 y que se compone de un rayo láser primario restante L1" y del rayo láser secundario L2 se acopla a través de un aislador óptico 13 independiente de la polarización y de un sistema óptico de enfoque 14 a una segunda fibra de transporte 16 que conduce a un cabezal de mecanizado 15 y se desacopla de esta a un equipo colimador 17 dispuesto en el cabezal de mecanizado 15 o sobre él, un primer equipo de conformación de rayo 18 y un polarizador circular (placa A/4) 12.
El aislador óptico 13 sirve para reducir la radiación láser reflejada por la pieza de trabajo, que es principalmente radiación láser primaria reflejada, hasta tal punto que no perjudique el funcionamiento del láser de fibra 1.
La segunda fibra de transporte 16 es una fibra monomodo de núcleo grande o una fibra de modo bajo que presenta un diámetro de núcleo generalmente mayor de 15jm. Las propiedades de esta fibra de transporte 16 están seleccionadas preferentemente de tal modo que en su salida -en particular en el rayo láser primario restante L0"- se cree un perfil de rayo diferente, por ejemplo, un perfil de sobrero alto o de donut, a partir del perfil gaussiano original.
En una realización alternativa, en la fibra de transporte 16 se mantiene el perfil de rayo original y, en la salida de la segunda fibra de transporte 16, con ayuda del primer equipo de conformación de rayo 18, se ajusta la forma del perfil de intensidad, por ejemplo, un perfil de donut, un perfil de sombrero alto u otro perfil gaussiano para garantizar un calentamiento lo más homogéneo posible de la zona de mecanizado.
Con un segundo equipo de conformación de rayo 19 dispuesto en el cabezal de mecanizado 15, se puede variar el diámetro del restante rayo láser primario Li" y del rayo láser secundario L2. Los dos equipos de conformación de rayo 18 y 19 también pueden formar una unidad.
El rayo láser L (L1" y L2) formado de esta manera llega por medio de un sistema de desviación óptica 20 a un sistema óptico de enfoque 21 que enfoca el rayo láser L sobre una pieza de trabajo 22. El sistema de desviación óptica 20 comprende tanto una disposición de espejo para la desviación lateral del rayo (paralelamente a la superficie de la pieza de trabajo), por ejemplo, un escáner 2D o 3D, o, en una forma de realización alternativa mostrada en la figura, un espejo de desviación fijo 23 selectivo en cuanto a la longitud de onda y al espacio, que, por una parte, guía el rayo láser L sobre la pieza de trabajo 22 y, por otra, transmite la radiación axial Ra que se produce durante el mecanizado láser de la pieza de trabajo 22, es decir, la radiación que emana del punto de soldadura en contra de la dirección del rayo láser L que incide sobre la pieza 22. Su intensidad se detecta tras el paso a través del espejo de desviación 23 selectivo en cuanto a la longitud de onda y el espacio con un sensor 24. La propiedad espacialmente selectiva del espejo de desviación 23 consiste en que solo es reflectante en una zona limitada para las longitudes de onda del rayo láser L, mientras que fuera de esta zona es permeable. En este sentido, se aprovecha que la apertura de la radiación Ra que emana de la pieza de trabajo 22 es mayor que la apertura del rayo láser L sobre el espejo de desviación 23, de tal modo que solo debe ser reflectante en esta zona. Espejo de desviación 23 y sensor 24 forman de esta manera un equipo para el desacoplamiento y la detección de la radiación que emana axialmente de la pieza de trabajo 22.
En otro sensor 25, se detecta adicionalmente de manera directa una radiación óptica Rna no axial que emana del punto de mecanizado. Las señales de medición detectadas por los sensores 24, 25 se alimentan a una unidad de procesamiento de señales 26. En la unidad de procesamiento de señales 26, a partir de las señales de medición, se generan señales de control para la unidad de control 2 que controla el láser de fibra 1.
Alternativamente a la realización mostrada, las señales ópticas Ra,na también pueden acoplarse primero a fibras conductoras de luz y transportarse a la unidad de procesamiento de señales 26 en la que, en este caso, estén integrados los sensores 24, 25.
Con ayuda de las señales de medición generadas por los sensores 24, 25, es posible supervisar la operación de mecanizado y controlar el proceso de mecanizado por medio de la unidad de procesamiento de señales 26.
En una variante particularmente ventajosa, el sistema de desviación óptica 20 fijo o móvil no comprende un espejo de desviación 23 selectivo en cuanto a la longitud de onda y el espacio, de tal modo que la radiación que emana del punto de mecanizado en dirección axial como, por ejemplo, los rayos láser reflejados, la radiación de plasma o la radiación térmica se acoplan de nuevo al núcleo y el revestimiento de la fibra de transporte 15. En esta forma de realización, la radiación que regresa de la pieza de trabajo 22 se desacopla con un divisor de haz de fibra óptica 27 en la fibra de transporte 15 y se sigue analizando en la unidad de procesamiento de señales 26.
En la figura se ilustra, además, un monitor 28 en el que se representa un pulso 29a de la radiación que emana del punto de mecanizado. De la forma de tal pulso 29a se puede extraer información, por ejemplo, sobre el comportamiento de absorción dinámico del punto de mecanizado durante la duración del pulso, ya que la absorción en metales es dependiente de la temperatura. Esta información puede utilizarse para el control del proceso de mecanizado.
En la figura se representa, además, un tren de pulsos 29b que también se puede reflejar en el monitor 28. A partir del comportamiento relativo de los pulsos 29a de tal tren de pulsos 29b se pueden detectar variaciones locales en la pieza de trabajo 22, ya sea una variación en la superficie o también una variación geométrica durante el mecanizado en la pieza de trabajo. Puede tratarse, por ejemplo, de defectos de soldadura durante el proceso de soldadura como salpicaduras en el punto de soldadura o también de orificios no deseados. Esta posibilidad de análisis ayuda a la inversa también a reconocer la perforación o el corte exitosos realizados por el rayo láser.
En otra realización -con aislador óptico retirado 13-, la radiación reacoplada a la segunda fibra de transporte 16 también puede captarse en la fibra de transporte 3 del lado del láser o también en el propio láser de fibra 1 mediante conductores de haz de fibra óptica y alimentarse al análisis y el control del proceso.
La disposición de acuerdo con la invención es apropiada en particular para el mecanizado por láser de cobre, aluminio u otros materiales altamente reflectantes de la industria electrónica, médica o de la joyería.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle por medio del ejemplo de realización preferente, esta no está limitada por los ejemplos revelados y el experto puede deducir de ello otras variaciones sin abandonar el alcance de la protección de la invención tal y como define a través de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Disposición para el mecanizado de una pieza (22) con un rayo láser (L), en particular para el mecanizado de piezas muy reflectantes, con un láser de fibra (1) como fuente de rayo láser para generar un rayo láser primario pulsado (Li) con un ancho de banda que es inferior a 1nm, caracterizada por que está previsto un equipo para desacoplar y detectar una radiación que emana axialmente de la pieza de trabajo (22), desacoplándose la radiación (Ra) que emana axialmente de la pieza de trabajo (22) de una fibra de transporte (3,16) por medio de un divisor de haz de fibra óptica (27) o comprendiendo la disposición un cabezal de mecanizado (15) que comprende un equipo colimador (17), una sistema óptico de desviación (20) y un sistema óptico de enfoque (21) para enfocar los rayos láser (LT',L2) sobre la pieza de trabajo (22), comprendiendo el sistema óptico de desviación (20) un espejo de desviación (23) que es de banda estrecha altamente reflectante para el rayo o los rayos láser primarios y secundarios y que es permeable para la radiación de plasma y térmica que emana de la pieza de trabajo.
2. Disposición según la reivindicación 1, en la que el rayo láser primario (L1) está polarizado linealmente.
3. Disposición según la reivindicación 1 o 2, en la que el láser de fibra (1) es monomodo o un láser de fibra de modo bajo.
4. Disposición según la reivindicación 1, 2 o 3, en la que el láser de fibra (1) es un láser de fibra QCW.
5. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes en la que, en la entrada de rayo del rayo láser primario (L1), está dispuesto un módulo multiplicador de frecuencia (5) para generar un rayo láser secundario de frecuencia multiplicada (L2).
6. Disposición según la reivindicación 5, en la que, en la entrada de rayo de los rayos láser (L-T, L2) que salen del módulo multiplicador de frecuencia (5), está dispuesto un módulo de ajuste óptico (10) con el que se puede ajustar la intensidad del rayo láser primario (L1") relativamente a la intensidad del rayo láser secundario (L2).
7. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes en relación con la reivindicación 3, con una fibra de transporte o múltiples fibras de transporte (3,16) para conducir los rayos láser (L1,LT,L1",L2), presentando todas las fibras de transporte (3,16) un diámetro de núcleo superior a 15pm.
8. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes 5 - 7, en la que, aguas abajo del módulo multiplicador de frecuencia (5) está dispuesto un polarizador circular (12).
9. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, en la que los componentes ópticos que se encuentran en la entrada de rayo de los rayos láser (LT',L2) se componen de vidrio de cuarzo.
10. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 9, con una unidad de procesamiento de señales (26) en la que se analiza la variación de la forma de pulso y/o de los trenes de pulso y el curso temporal de la radiación (Ra,Rna) que emana de la pieza de trabajo (22) durante el mecanizado y, sobre la base de este análisis, se generan señales de control para controlar el proceso de mecanizado.
ES13755981T 2012-08-09 2013-08-09 Disposición para el mecanizado de piezas de trabajo con un rayo láser Active ES2895521T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12179826 2012-08-09
PCT/EP2013/066723 WO2014023828A2 (de) 2012-08-09 2013-08-09 Anordnung zum bearbeiten von werkstücken mit einem laserstrahl

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2895521T3 true ES2895521T3 (es) 2022-02-21

Family

ID=49084971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13755981T Active ES2895521T3 (es) 2012-08-09 2013-08-09 Disposición para el mecanizado de piezas de trabajo con un rayo láser

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20150190882A1 (es)
EP (1) EP2882563B1 (es)
JP (1) JP6367194B2 (es)
CN (1) CN104619453B (es)
ES (1) ES2895521T3 (es)
HK (1) HK1206307A1 (es)
WO (1) WO2014023828A2 (es)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150367451A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Ipg Photonics Corporation High power fiber laser effusion hole drilling apparatus and method of using same
WO2016033494A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Ipg Photonics Corporation System and method for laser beveling and/or polishing
WO2018217928A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 Branson Ultrasonics Corporation Dual channel feedback for ascertaining fiber bundle throughput
US11673208B2 (en) * 2017-07-31 2023-06-13 Ipg Photonics Corporation Fiber laser apparatus and method for processing workpiece
US20210093679A1 (en) 2018-02-05 2021-04-01 Novome Biotechnologies, Inc. Engineered gut microbes and uses thereof
US20220290120A1 (en) 2019-02-25 2022-09-15 Novome Biotechnologies, Inc. Plasmids for gene editing
JP2020145345A (ja) * 2019-03-07 2020-09-10 株式会社フジクラ ファイバレーザーの制御装置及び制御方法
US11913830B2 (en) * 2020-11-11 2024-02-27 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Laser absorptivity measurement device

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0129603A4 (en) * 1982-12-17 1985-06-10 Inoue Japax Res CUTTING DEVICE WITH LASER.
JPH02155589A (ja) * 1988-12-09 1990-06-14 Hitachi Ltd 光路調整システム
DE3908187A1 (de) * 1989-03-14 1990-09-20 Jurca Marius Christian Verfahren zur qualitaetssicherung beim laserstrahlschweissen und -schneiden
US5219345A (en) * 1990-03-30 1993-06-15 Health Research, Inc. Backscatter monitoring system
IT1263111B (it) * 1992-03-24 1996-07-30 Comau Spa Dispositivo laser, in particolare robot-laser, con testa focalizzatrice provvista di mezzi sensori per il controllo della qualita' di un processo in un sistema di produzione automatizzato
DE4333501C2 (de) * 1993-10-01 1998-04-09 Univ Stuttgart Strahlwerkzeuge Verfahren zur Bestimmung der momentanen und Herbeiführung einer gewünschten Eindringtiefe eines Bearbeitungslaserstrahles in ein Werkstück sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
US5627848A (en) * 1995-09-05 1997-05-06 Imra America, Inc. Apparatus for producing femtosecond and picosecond pulses from modelocked fiber lasers cladding pumped with broad area diode laser arrays
US5701319A (en) * 1995-10-20 1997-12-23 Imra America, Inc. Method and apparatus for generating ultrashort pulses with adjustable repetition rates from passively modelocked fiber lasers
DE19544502C1 (de) * 1995-11-29 1997-05-15 Baasel Scheel Lasergraphics Gm Lasergravuranlage
US5887009A (en) * 1997-05-22 1999-03-23 Optical Biopsy Technologies, Inc. Confocal optical scanning system employing a fiber laser
US6188041B1 (en) * 1998-11-13 2001-02-13 Korea Atomic Energy Research Institute Method and apparatus for real-time weld process monitoring in a pulsed laser welding
EP1210042B1 (de) * 1999-09-10 2008-06-18 Haag-Streit Ag Vorrichtung zur fotoablation der kornea mit einem laserstrahl
US6621060B1 (en) * 2002-03-29 2003-09-16 Photonics Research Ontario Autofocus feedback positioning system for laser processing
DE10222117B4 (de) * 2002-05-17 2004-09-16 W&H Dentalwerk Bürmoos Gesellschaft m.b.H. Dentalmedizinisches Laserbearbeitungsgerät zur plasmainduzierten Ablation
US7057135B2 (en) * 2004-03-04 2006-06-06 Matsushita Electric Industrial, Co. Ltd. Method of precise laser nanomachining with UV ultrafast laser pulses
CN101107501B (zh) * 2005-03-04 2011-07-27 松下电器产业株式会社 激光加热装置及激光加热方法
DE102006004919A1 (de) * 2006-02-01 2007-08-16 Thyssenkrupp Steel Ag Laserstrahlschweißkopf
JP4739063B2 (ja) * 2006-02-27 2011-08-03 トヨタ自動車株式会社 レーザ接合方法
KR20080108219A (ko) * 2006-04-11 2008-12-12 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 Ｙａｇ 레이저, 파이버 레이저용 렌즈 및 레이저 가공 장치
EP1886758B1 (de) * 2006-08-07 2009-03-18 WaveLight AG Lasersystem für die refraktive Chirurgie
FR2910621B1 (fr) * 2006-12-21 2009-02-06 Renault Sas Procede et dispositif de controle de la qualite d'un cordon de soudure
US20100163537A1 (en) * 2007-04-04 2010-07-01 Mitsubishi Electric Corporation Apparatus and method for laser machining
US7764719B2 (en) * 2007-07-06 2010-07-27 Deep Photonics Corporation Pulsed fiber laser
US7733922B1 (en) * 2007-09-28 2010-06-08 Deep Photonics Corporation Method and apparatus for fast pulse harmonic fiber laser
JP5060678B2 (ja) * 2008-05-08 2012-10-31 株式会社キーエンス 光学式変位計
JP5536319B2 (ja) * 2008-07-31 2014-07-02 西進商事株式会社 レーザスクライブ方法および装置
JP5548886B2 (ja) * 2009-01-27 2014-07-16 静岡県 レーザマーキング方法
JP2010232650A (ja) * 2009-03-04 2010-10-14 Omron Corp レーザ光源装置、レーザ加工装置、レーザ光源装置の制御装置、およびレーザ光源装置の制御方法
JP5580826B2 (ja) * 2009-08-11 2014-08-27 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
US8525073B2 (en) * 2010-01-27 2013-09-03 United Technologies Corporation Depth and breakthrough detection for laser machining
EP2392429A1 (fr) * 2010-06-03 2011-12-07 Lasag Ag Procédé et installation d'usinage laser pulsé, en particulier pour le soudage, avec variation de l' apuissance de chaque impulsion laser
JP5671873B2 (ja) * 2010-08-09 2015-02-18 日産自動車株式会社 レーザ溶接モニタリング装置
GB2482867A (en) * 2010-08-16 2012-02-22 Gsi Group Ltd Optimising the focus of a fibre laser

Also Published As

Publication number Publication date
US20150190882A1 (en) 2015-07-09
CN104619453A (zh) 2015-05-13
JP2015530251A (ja) 2015-10-15
EP2882563A2 (de) 2015-06-17
HK1206307A1 (en) 2016-01-08
EP2882563B1 (de) 2021-07-28
JP6367194B2 (ja) 2018-08-01
CN104619453B (zh) 2016-08-24
WO2014023828A3 (de) 2014-05-15
WO2014023828A2 (de) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2895521T3 (es) Disposición para el mecanizado de piezas de trabajo con un rayo láser
US10967452B2 (en) Device for measuring the depth of a weld seam in real time
CA3036985C (en) Method for optically measuring the weld penetration depth
US20150338210A1 (en) Measuring device for acquiring surface data and/or interfaces of a workpiece to be processed by a laser processing device
US20130258321A1 (en) Method and monitoring device for the detection and monitoring of the contamination of an optical component in a device for laser material processing
EP3689530A1 (en) Industrial high power fiber laser system with optical monitoring assembly
JP5785740B2 (ja) ファイバーレーザ加工機におけるレーザ出力および戻り光検出方法及びファイバーレーザ加工機の加工ヘッド
JP2019093429A (ja) レーザ加工中に保護ウインドの汚れを警告するレーザ加工装置
JP7058372B2 (ja) レーザビームを用いてワークを加工するためのレーザ加工システムおよび方法
JP6211437B2 (ja) レーザ加工装置
JPWO2018097018A1 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
CN106796097B (zh) 用于在激光加工工件时进行受温度补偿的干涉仪式间距测量的装置和方法
ES2925885T3 (es) Procedimiento de detección de la condición de funcionamiento de un elemento óptico dispuesto a lo largo de una trayectoria de propagación de un haz de láser de una máquina para procesar un material; máquina de procesamiento por láser provista de un sistema que lleva a cabo dicho procedimiento
JP6364305B2 (ja) 水素ガス濃度計測装置および方法
CN105157956A (zh) 激光头热特性的测量装置
JP2014219199A (ja) レーザビーム観測装置
KR20120093386A (ko) 재료 처리 장치 및 재료 처리 장치의 작동 방법
WO2014023498A3 (de) Messsystem zur bestimmung von reflexionscharakteristiken von solarspiegelmaterialien und verfahren zur qualitätsbestimmung einer spiegelmaterialprobe
US20170304940A1 (en) Direct diode laser oscillator, direct diode laser processing apparatus, and reflected light detecting method
CN113543922A (zh) 激光加工装置
JP6430142B2 (ja) レーザ加工モニタ及びレーザ加工装置
ITVI20080154A1 (it) Dispositivo di controllo per macchine utensili per il taglio laser di materiali.
JP7291587B2 (ja) レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工装置
US20220410309A1 (en) Method and system for determining the local position of at least one optical element in a machine for laser processing of a material, using low-coherence optical interferometry techniques
JP7296769B2 (ja) スパッタ検出装置、レーザ加工装置およびスパッタの検出方法