JP2008544859A - Laser welding system and method - Google Patents
Laser welding system and method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008544859A JP2008544859A JP2008519062A JP2008519062A JP2008544859A JP 2008544859 A JP2008544859 A JP 2008544859A JP 2008519062 A JP2008519062 A JP 2008519062A JP 2008519062 A JP2008519062 A JP 2008519062A JP 2008544859 A JP2008544859 A JP 2008544859A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- diffraction grating
- optical axis
- laser
- rotatable diffraction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
- B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
- B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
-
- 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
- B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
-
- 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
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/22—Spot welding
-
- 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
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/244—Overlap seam welding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
レーザ溶接システム及び方法であって、該システムは、ターゲットを溶接するとともに、光軸を有し、レーザビーム24のソース22と、レーザビーム24を、前記光軸30の周りを回転する一対のレーザスポット32に変換する回転可能回折格子26と、前記一対のレーザスポット32をターゲット34に集束させるレンズとを含む。 A laser welding system and method for welding a target and having an optical axis, a source 22 of a laser beam 24 and a pair of lasers that rotate the laser beam 24 about the optical axis 30 It includes a rotatable diffraction grating 26 that converts to a spot 32 and a lens that focuses the pair of laser spots 32 onto a target 34.
Description
本発明は、一般に溶接システムに関し、より詳細には、レーザ溶接システム及び方法に関する。 The present invention relates generally to welding systems, and more particularly to laser welding systems and methods.
現代の製造プロセスは、しばしば異種の材料の接合、例えば、ニッケルを真鍮に、ステンレススチールを銅に、ステンレススチールを真鍮に、又は金属をサーメット(cermet)に接合することを必要とする。異種の材料を融接しようとしても、溶接において形成される金属間相により、ある程度しか成功しない。2つの材料における異なる物理特性は、溶融池形状、凝固微細構造、及び偏析パターンにおいて、複雑な問題をもたらす。現行技術のレーザ溶接技術は、硬く、脆性微細構造であり、弱く、大きな亀裂を有する結果となる。このような溶接は、信頼できず、不安定な溶接プロセスである。 Modern manufacturing processes often require bonding of dissimilar materials, for example, bonding nickel to brass, stainless steel to copper, stainless steel to brass, or metal to cermet. Attempts to fusion weld dissimilar materials are only somewhat successful due to the intermetallic phase formed in the weld. Different physical properties in the two materials lead to complex problems in the weld pool shape, solidification microstructure, and segregation pattern. Current laser welding techniques are hard, brittle microstructures, weak and result in large cracks. Such welding is an unreliable and unstable welding process.
従来の回転するレーザビームを使用するレーザ溶接装置は、複雑な光学系、及び機構を使用している。典型的に、レーザビームは、レーザビームを光軸からそらすとともに、溶接ターゲット上に円形路を生成する、回転光学要素を通過させられる。レーザビームをそらすために使用されるレンズ、鏡、及びプリズムは、放射対称性ではないか、又は光軸に対して非対称に取り付けられ、回転速度を制限する。こうすることは、溶接するターゲットにおいて、レーザビームの安定性及び速度を制限する。ゆっくりした速度は、レーザビームの、溶接ターゲットとの相互作用時間を増加させ、スパッタリング及び粗い溶接を避けるために、ビーム電力の減少を必要とする。相互作用時間が増加されると、異種金属の溶接の冶金学的能力が低下する。光学安定性が低下すると、溶接の正確性も低下する。 A conventional laser welding apparatus using a rotating laser beam uses complicated optical systems and mechanisms. Typically, the laser beam is passed through a rotating optical element that deflects the laser beam from the optical axis and creates a circular path on the weld target. The lenses, mirrors, and prisms used to deflect the laser beam are not radial symmetric or are mounted asymmetrically with respect to the optical axis to limit the rotational speed. This limits the stability and speed of the laser beam at the target to be welded. The slow speed increases the interaction time of the laser beam with the welding target and requires a reduction in beam power to avoid sputtering and rough welding. As the interaction time increases, the metallurgical capacity of dissimilar metal welding decreases. As optical stability decreases, so does the accuracy of welding.
上記の不利な点を克服するレーザ溶接システム及び方法を持つことが望ましい。 It would be desirable to have a laser welding system and method that overcomes the above disadvantages.
本発明の一態様は、ターゲットを溶接するとともに、光軸を有するシステムであって、レーザビームのソースと、光軸の周りを回転する一対のレーザスポットに、レーザビームを変換する回転可能回折格子と、該一対のレーザスポットをターゲットに集束させるレンズとを有するシステムを提供する。 One aspect of the invention is a rotatable diffraction grating that welds a target and has an optical axis that converts the laser beam into a laser beam source and a pair of laser spots that rotate about the optical axis. And a lens for focusing the pair of laser spots on a target.
本発明の他の態様は、ターゲットを溶接する方法であって、平面の回転可能回折格子を設けるステップと、該回転可能回折格子の平面に対して直交する光軸の周りを、回転可能回折格子を回転させるステップと、分割ビームを生成するために、前記回転可能回折格子に、光軸に沿うレーザビームを向けるステップと、該分割ビームをターゲットに集束させるステップとを有する方法を提供する。 Another aspect of the present invention is a method of welding a target, comprising the step of providing a planar rotatable diffraction grating, and a rotatable diffraction grating around an optical axis orthogonal to the plane of the rotatable diffraction grating. A method of providing a split beam, directing a laser beam along an optical axis to the rotatable diffraction grating, and focusing the split beam on a target to generate a split beam.
本発明の他の態様は、ターゲットを溶接するシステムであって、平面の回転可能回折格子と、該回転格子を、該回転格子の平面に対して直交する光軸の周りを回転させる手段と、分割ビームを生成するために、前記光軸に沿うレーザビームを、前記回転可能回折格子に向ける手段と、前記分割ビームをターゲットに集束させる手段とを有するシステムを提供する。 Another aspect of the present invention is a system for welding a target comprising a plane rotatable diffraction grating and means for rotating the rotating grating about an optical axis orthogonal to the plane of the rotating grating; To generate a split beam, a system is provided having means for directing a laser beam along the optical axis to the rotatable diffraction grating and means for focusing the split beam on a target.
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付の図面とともに読まれる、本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明から、更に明らかになるであろう。詳細な説明及び図面は、本発明を制限するものではなく、単に説明するものであり、本発明の範囲は、請求項及び、それと同じものにより規定されている。 The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, read in conjunction with the accompanying drawings. The detailed description and drawings are merely illustrative of the invention rather than limiting, the scope of the invention being defined by the appended claims and the same.
図1及び図2は、それぞれ、本発明によって作られる溶接システムの断面図及び溶接経路の概略図である。該溶接システムは、ターゲットにおいて一対の回転するレーザスポットを生成するために、回転可能回折格子を通じて、レーザビームをそらす。 1 and 2 are a cross-sectional view and a schematic view of a welding path, respectively, of a welding system made in accordance with the present invention. The welding system deflects the laser beam through a rotatable diffraction grating to produce a pair of rotating laser spots at the target.
図1及び図2を参照すると、溶接システム20は、レーザビーム24のソース22と、回転可能回折格子26と、レンズ28とを有する。溶接システム20の光学系は、光軸30に沿って位置合わせされる。回転可能回折格子26は、レーザビーム24を、光軸30の周りを回転する一対のレーザスポット32に変換する。静止レンズ28は、ステージ38に担持されるワークピース36に対して、ターゲット34を溶接するために、一対のレーザスポット32をターゲット34に集束させる。図2は、ターゲット34において溶接50を形成するレーザスポット32とともに、溶接プロセスを図示し、すなわち、溶接50は、まだ完全な円を形成していない。当業者らは、溶接システム20が、所望であれば完全な円ではない溶接を作るためにも使用され得ることを理解するであろう。回転可能回折格子26は、高速ベアリング44により、固定ハウジング42内に担持される、回転可能ハウジング40に取り付けられる。速度制御されたACサーボモータ46は、ベルト48を通じて、回転可能ハウジング40を駆動する。回転可能回折格子26における矢印は、回転可能回折格子26の回転を図示する。一実施例において、光軸30は、重力の向きに沿い、その結果回転可能ハウジング40は、固定ハウジング42からぶら下がる。
With reference to FIGS. 1 and 2, the
レーザビーム24のソース22は、レーザ21からのレーザビーム24を伝達するファイバ光学導体、又はレーザの直接出力部であり得る。レーザ21は、溶接に適したいかなるパルス又は連続レーザ源でもあり得る。一例において、レーザ21は、1064nmの波長で、パルス電力約600乃至6000ワットであるレーザビームを生成するネオジムドープされたイットリウムアルミニウムガーネット(Nd:YAG)レーザである。一実施例において、レーザは、Trumpf Laser GmbH of Schramberg, Germanyから利用可能であるHL204pである。レーザビーム24は、回転可能ハウジング40に入ると拡散し、拡散ビーム60になる。当業者らは、溶接、切断、孔あけ、及び/又は融除(ablate)するような特定の用途に適切な様々なタイプのレーザ及び様々なタイプの波長が、所望であれば使用され得るということを理解するであろう。
The
回転可能回折格子26は、レーザビーム24を少なくとも一対のレーザスポット32に分割することに適した二位相回折格子のような、いかなる回折格子でもあり得る。回転可能回折格子26は、拡散ビーム60から、分割ビーム62を生成し、該回転可能回折格子26は、光軸30の周りを回転する回転可能ハウジング40内に取り付けられる。回転可能回折格子26は、平面及び放射状に対称性を持つ。回転可能回折格子26の平面は、光軸30に対して直交し、光軸30の周りを高速度で、回転可能回折格子26が回転することを可能にする。回転可能回折格子26は、使用される特定のレーザに対して所望であれば、ガラス上にフォトレジストで覆われるか、又は溶融石英においてエッチングされ得る。当業者らは、回転可能回折格子26のパターンが一対より多くのレーザスポット32を生成するように選択され得るか、又は多量の分離した回転可能回折格子が使用され得ることを理解するであろう。例えばレーザビームを2つの同一の画像に分割する、1つの回転可能回折格子は、自身のパターンを、4つの分割ビームと二対のレーザスポットとを生成する同じ種類の他の回転可能回折格子に対して直角に位置され得る。
The rotatable diffraction grating 26 can be any diffraction grating, such as a two-phase diffraction grating suitable for dividing the
レンズ28は、前記一対のレーザスポット32を生成する、ターゲット34に集束されたビーム66を供給するように、回転可能回折格子26からの分割ビームを視準するとともに集束させるいかなる1つ又はグループのレンズであり得る。レンズ28は、光軸30に対して固定である。一実施例において、レンズ28は、Trumpf Laser GmbH of Schramberg, Germanyから利用可能であるBEO30集束光学系に見つけられるように、コリメートレンズ52と集束レンズ54とを含む。コリメートレンズ52は、分割ビーム62からコリメートビーム64を生成し、集束レンズ54は、コリメートビーム64から集束されたビーム66を生成する。
The
図示された例において、回転可能回折格子26は、ターゲット34における溶接経路51の直径及びレーザスポット32の直径を決定するために、拡散ビーム60内で軸方向に移動され得る。拡散ビーム60内に回転可能回折格子26をおくことは、ターゲット34における溶接経路51の直径の調整、すなわち、回転可能回折格子26の位置及び格子定数に従って、レーザスポット32の間におけるピッチの調整の柔軟性を提供する。他の実施例において、回転可能回折格子26は、コリメートビーム64内のコリメートレンズ52と集束レンズ54との間に配置され得る。コリメートビーム64内に回転可能回折格子26を位置することは、ターゲット34における溶接経路51の直径を固定、すなわち回転可能回折格子26の格子定数に従って、レーザスポット32の間におけるピッチを固定する。
In the illustrated example, the rotatable diffraction grating 26 can be moved axially within the
ターゲット34及びワークピース36は、溶接によって接合されるべき2つの部分でもあり得る。一例において、ターゲット34は、板状(plate)であり、ワークピース36が、中空の円筒状である。他の例において、ターゲット34とワークピース36の両方が板状である。他の例において、ターゲット34がワイヤであり、ワークピース36が板状である。ターゲット34とワークピース36とは、ニッケルと真鍮、ステンレススチールと銅、ステンレススチールと真鍮、又は金属とサーメットのような異種の材料であり得る。ターゲット34は金属であり得、ワークピース36は、金属化プラスチック、セラミック、及び/又は金属化ガラスのような繊細な材料であり得る。溶接の1つの例示的な使用は、高輝度放電(HID)ランプのセラミックバーナを密閉することである。
Target 34 and
ターゲット34及びワークピース36は、溶接のための位置にターゲット34とワークピース36とを固定するために、ステージ38に担持され得る。典型的に、ターゲット34の平面は、光軸30に対して直交し、それから、ターゲット34における溶接経路51は円形である。他の実施例において、ターゲット34の平面は、光軸30に対してある角度をなし、その結果ターゲット34における溶接経路51は楕円である。該角は、溶接を形成するのに十分な電力を供給するように、レーザスポット32が、溶接経路51全体に渡って十分に焦点が合ういかなる角、例えば約20度より小さい、ターゲット34の平面と光軸30との間の角であり得る。一実施例において、ステージ38は、溶接の間、光軸30に対して固定される。他の実施例において、ドライバ39は、ターゲット34上において、サイクロイドのような複雑な溶接経路を作り上げるように、溶接の間ステージ38を移動させる。当業者らは、ドライバ39が、所望であればいかなる軌道においても、例えば線形又は二次元の軌道においても、光軸30に直交してターゲット34を移動させるようにプログラムされ得ることを理解するであろう。
空気、窒素、アルゴン、及び/又は酸素のような高純度遮蔽ガスが、冷却及び補助プラズマ形成をするように、ターゲット34において適用され得る。遮蔽ガスは、特定の材料のターゲット34及びワークピース36に対して、要求通り選択され得る。遮蔽ガスの流れは、所望であればクロスフロー、ダウンフロー、及び/又はボックスフローであり得る。
A high purity shielding gas such as air, nitrogen, argon, and / or oxygen may be applied at the
図2を参照すると、一対のレーザスポット32は、ターゲット34における溶接50を生成する溶接経路51において、光軸30の周りを回転する。レーザスポット32の直径は、特定の用途に対して所望であれば、通常約0.1乃至0.6mmの範囲にある。回転可能回折格子26の高速回転は、ターゲット34を横切って急速にレーザスポット32を運動させ、レーザスポット32とターゲット34との間の相互作用時間を制限する。ここでは、相互作用時間は、レーザスポット32にとって、ターゲット34におけるレーザスポット32の直径1つ分を移動するのに必要とされる時間として規定される。相互作用時間は、レーザスポット32が、溶接経路51全体に沿うある地点にある時間でもある。10乃至20msにおいて行き来する溶接経路51に対して、相互作用時間は、通常0.1乃至0.2msである。制限された相互作用時間は、非常に短い時間に、ターゲット34及びワークピース36の両方に対して、高いエネルギーをもたらすことにより、確実な溶接を生成する。高いエネルギーは、ターゲット34を通じてワークピース36へのキーホール、及びプラズマプルームを形成する。キーホール内におけるレーザ光の反射は、ターゲット34へのエネルギー伝達を増加させる。キーホールの周りの溶融された金属は、表面張力及び凝固により、移動するレーザスポット32の背後の領域に流れ、溶接50を形成する。制限された相互作用時間は、溶接付近のスパッタリングを減少させ、スムーズな溶接表面をもたらす。
Referring to FIG. 2, a pair of
所望される相互作用時間は、ターゲット34及びワークピース36の材料に依存し、ターゲット34におけるレーザスポット32の速度の関数である。ここでは、相互作用時間は、レーザスポット32にとって、ターゲット34におけるレーザスポット32の直径1つ分を移動するために必要とされる時間として規定される。相互作用時間は、レーザスポット32が、溶接経路51全体に沿うある地点にある時間でもある。レーザスポット32の速度は、溶接されるべきターゲット34及びワークピース36の構成によって通常設定される、溶接経路51の直径と、可変である回転可能回折格子26の回転速度とにより決定される。回転可能回折格子26の回転速度は、通常、約1500と4500rpmとの間にあり、10000rpmより遅い。ターゲット34におけるレーザスポット32の速度は、通常約500mm/秒であり、約200乃至800mm/秒の範囲内にあり得る。レーザスポット32のターゲット34との所望された相互作用時間は、通常約0.2m秒であり、約0.1乃至0.5m秒の範囲内にあり得る。
The desired interaction time depends on the material of the
レーザに対する電力は、特定の溶接結果を生成するために、スイッチオン及びオフ、並びに/又は、時間とともに変化され得る。レーザは、溶接経路51に沿って2つの分離した溶接を生成するために、レーザスポット32の1つに対して、溶接経路51の半分を誘導するのに必要とされる時間よりも短くあてられ得る。レーザは、溶接経路51に沿って円形の溶接を生成するために、レーザスポット32の1つに対して、溶接経路の半分を誘導するのに必要とされる時間、あてられ得る。レーザは、溶接経路51に沿ってマルチパスの溶接を生成するために、レーザスポット32の1つに対して、溶接経路51の半分を誘導することが必要とされる時間よりも長くあてられ得る。レーザに対する電力は、溶接の間も時間とともに変化され得る。例えば電力は、溶接の開始の際に鋭くオンになり、溶接のほとんどの間一定に保ち、溶接の終了の際に線が先細るように徐々にオフになる。溶接の終了の際に、電力を徐々にオフにすることは、溶接の最後に孔を残さないことを保証する。
The power to the laser can be switched on and off and / or changed over time to produce a specific welding result. The laser is applied for less than the time required to guide half of the
図3及び図4は、本発明にしたがって作られる溶接システムのための溶接経路の概略図である。図3は、二対のレーザスポットを持つ固定のターゲットに対して溶接経路を図示する。図4は、一対のレーザスポットを持つ線形移動ターゲットに対する溶接経路を図示する。 3 and 4 are schematic views of a welding path for a welding system made in accordance with the present invention. FIG. 3 illustrates the welding path for a fixed target with two pairs of laser spots. FIG. 4 illustrates a welding path for a linear moving target having a pair of laser spots.
類似の要素は、図2における類似の参照符号を共有して、図3を参照すると、第1の対のレーザスポット32aと、第2の対のレーザスポット32bとが、ターゲット34上に溶接50を生成する溶接経路51上において、光軸30の周りを回転する。図3は、レーザスポット32a、32bとともに、ターゲット34上で溶接50を形成する、すなわち溶接50は完全な円を形成する、溶接プロセスを図示する。当業者らは、溶接システム20が、所望であれば完全な円よりも少ない溶接を作るように使用され得るということを理解するであろう。二対のレーザスポット32a、32bは、2つの回転可能回折格子を互いに直角に積み重ねることによって生成され得る。当業者らは、いかなる数の回転可能回折格子も、所望の数の対のレーザスポットを生成するために積み重ねられ得ることを理解するであろう。
Similar elements share similar reference numbers in FIG. 2, and referring to FIG. 3, a first pair of
類似の要素は、図2の類似の参照符号を共有して、図4を参照すると、溶接50は、溶接システムの光軸に対して垂直な平面における線に沿ってターゲット34を移動することにより、線形の軌道58に沿う複雑な溶接経路に沿って生成される。回転可能回折格子の回転速度に対するターゲット34の速度は、ループ56が形成される(長サイクロイド)か、又は溶接経路が、連続する2つの交差曲線(短サイクロイド)であるかを決定する。線形軌道58に沿う複雑な溶接経路は、線状のターゲットをワークピースに取り付けるか、又は2つのプレートを縁に沿って接続するように使用され得る。一実施例において、ワークピース及びターゲット34を担持するステージに動作可能に接続されるドライバは、ターゲット34の線形運動を駆動する。当業者らは、ドライバが、特定のターゲット形状に適合されるように、複雑な軌道に沿ってターゲットを駆動するようにプログラムされ得ると理解するであろう。例えば、ドライバは、大きな円形ターゲットの円周付近に円形軌道を提供するようにプログラムされ得、円形ターゲットの縁に沿う複雑な溶接経路となる。
Similar elements share the same reference numbers in FIG. 2, and referring to FIG. 4, the
図5は、類似の要素が図1の類似の参照符号と共有して、本発明によってつくられる他の溶接システムの概略的な図である。この実施例において、回転可能回折格子26は、拡散ビーム60ではなくコリメートビーム64内に配置される。
FIG. 5 is a schematic diagram of another welding system made by the present invention, with similar elements shared with like reference numerals in FIG. In this embodiment, the
溶接システム20は、レーザビーム24のソース22と、回転可能回折格子26と、コリメートレンズ52及び集束レンズ54を含むレンズ28とを含む。溶接システム20の光学系は、光軸30に沿って位置合わせされる。コリメートレンズ52と集束レンズ54との間に位置された回転可能回折格子26は、ターゲット34上で光軸30の周りを回転するレーザスポットの対に、レーザビーム24を変換する。回転可能回折格子26を取り付ける回転可能ハウジングと、回転可能ハウジングを駆動する速度制御可能ACサーボモータと、回転可能ハウジングに対する固定ハウジングとは、説明の明確化のために図5から除外されている。
The
コリメートレンズ52は、ソース22から拡散ビーム60を受け、コリメートビーム64を生成する。回転可能回折格子26は、コリメートビーム64を受け、分割ビーム62を生成する。集束レンズ54は、分割ビーム62を受け、ターゲット34上に集束された一対のレーザスポットを供給する焦点ビーム66を生成する。
The collimating
図6は、本発明による溶接の方法のフローチャートである。ターゲットを溶接する方法は、平面の回転可能回折格子を設けるステップ100と、回転可能回折格子を、回転可能回折格子の平面に直交する光軸の周りを回転させるステップ102と、分割ビームを生成するために、光軸に沿うレーザビームを回転可能回折格子に向けるステップ104と、分割ビームをターゲットに集束させるステップ106とを有する。一実施例において、該方法は、ターゲットを光軸に対して垂直に移動させ、例えば光軸に対して垂直な線に沿ってターゲットを移動させるステップを更に含む。他の実施例において、該方法は、ターゲットに対して遮蔽ガスを適用するステップを更に有する。
FIG. 6 is a flowchart of a welding method according to the present invention. The method of welding the target includes providing a planar
ここに開示される本発明の実施例が、現在好ましく考慮されるが、様々な変更及び修正が、本発明の範囲から逸脱せずになされ得る。例えばここに記載される溶接システムは、ターゲットを溶接、切断、孔あけ、及び/又は融除するように使用され得る。本発明の範囲は、請求項において示され、手段及び等価なものの範囲にある全ての変更は、ここに包含されると意図される。 While the embodiments of the invention disclosed herein are presently preferred, various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention. For example, the welding system described herein can be used to weld, cut, drill, and / or ablate a target. The scope of the invention is indicated in the claims, and all changes that come within the scope of the means and equivalents are intended to be embraced therein.
Claims (22)
レーザビームのソースと、
前記光軸の周りを回転する一対のレーザスポットに、前記レーザビームを変換する、回転可能回折格子と、
前記一対のレーザスポットをターゲットに集束させるレンズと、
を有する、システム。 A system for welding a target and having an optical axis,
A laser beam source;
A rotatable diffraction grating that converts the laser beam into a pair of laser spots that rotate about the optical axis;
A lens for focusing the pair of laser spots on a target;
Having a system.
平面の回転可能回折格子を設けるステップと、
前記回転可能回折格子を、前記回転可能回折格子の平面に直交する光軸の周りを回転させるステップと、
分割ビームを生成するために、前記光軸に沿うレーザビームを前記回転可能回折格子に向けるステップと、
前記分割ビームを前記ターゲットに集束させるステップと、
を有する方法。 A method of welding a target,
Providing a planar rotatable diffraction grating;
Rotating the rotatable diffraction grating about an optical axis orthogonal to a plane of the rotatable diffraction grating;
Directing a laser beam along the optical axis to the rotatable diffraction grating to generate a split beam;
Focusing the split beam on the target;
Having a method.
平面の回転可能回折格子と、
前記回転可能回折格子を、前記回転可能回折格子の平面に直交する光軸の周りを回転させる手段と、
分割ビームを生成するために、前記光軸に沿うレーザビームを前記回転可能回折格子に向ける手段と、
前記分割ビームを前記ターゲットに集束させる手段と、
を有するシステム。 A system for welding a target,
A planar rotatable diffraction grating; and
Means for rotating the rotatable diffraction grating about an optical axis perpendicular to the plane of the rotatable diffraction grating;
Means for directing a laser beam along the optical axis to the rotatable diffraction grating to generate a split beam;
Means for focusing the split beam on the target;
Having a system.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US69507205P | 2005-06-29 | 2005-06-29 | |
PCT/IB2006/052100 WO2007000717A1 (en) | 2005-06-29 | 2006-06-26 | Laser welding system and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008544859A true JP2008544859A (en) | 2008-12-11 |
Family
ID=37223146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008519062A Withdrawn JP2008544859A (en) | 2005-06-29 | 2006-06-26 | Laser welding system and method |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1910014A1 (en) |
JP (1) | JP2008544859A (en) |
KR (1) | KR20080017057A (en) |
CN (1) | CN101291774A (en) |
WO (1) | WO2007000717A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018045888A (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Method of manufacturing sealed battery |
JP2018520880A (en) * | 2015-06-26 | 2018-08-02 | トヨタ モーター ヨーロッパ | System and method for laser welding |
JP2020019023A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社タムロン | Laser processing method, laser processing device, and laser irradiation head |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI395630B (en) * | 2009-06-30 | 2013-05-11 | Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd | Apparatus for processing glass substrate by laser beam |
EP3184232A1 (en) | 2015-12-23 | 2017-06-28 | Universität Stuttgart | Drilling device, method, and use |
DE102020105540A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Optical punching of micro-holes in thin glass |
WO2024078804A1 (en) * | 2022-10-13 | 2024-04-18 | Robert Bosch Gmbh | Method for laser beam welding two components |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2547757B1 (en) * | 1983-06-27 | 1986-10-17 | Sciaky Sa | LASER BEAM POINT WELDING PROCESS AND INSTALLATION |
JP3293136B2 (en) * | 1993-06-04 | 2002-06-17 | セイコーエプソン株式会社 | Laser processing apparatus and laser processing method |
JP2003305585A (en) * | 2001-09-11 | 2003-10-28 | Seiko Epson Corp | Laser beam machining method and machining device |
JP3775410B2 (en) * | 2003-02-03 | 2006-05-17 | セイコーエプソン株式会社 | Laser processing method, laser welding method and laser processing apparatus |
EP1550528A1 (en) * | 2003-12-30 | 2005-07-06 | Advanced Laser Separation International (ALSI) B.V. | Method, device and diffraction grating for separating semiconductor elements formed on a substrate by altering said diffraction grating |
-
2006
- 2006-06-26 CN CNA2006800237909A patent/CN101291774A/en active Pending
- 2006-06-26 JP JP2008519062A patent/JP2008544859A/en not_active Withdrawn
- 2006-06-26 WO PCT/IB2006/052100 patent/WO2007000717A1/en not_active Application Discontinuation
- 2006-06-26 KR KR1020077030407A patent/KR20080017057A/en not_active Application Discontinuation
- 2006-06-26 EP EP06765880A patent/EP1910014A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018520880A (en) * | 2015-06-26 | 2018-08-02 | トヨタ モーター ヨーロッパ | System and method for laser welding |
JP2018045888A (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Method of manufacturing sealed battery |
JP2020019023A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社タムロン | Laser processing method, laser processing device, and laser irradiation head |
JP7185436B2 (en) | 2018-07-30 | 2022-12-07 | 株式会社タムロン | Laser processing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1910014A1 (en) | 2008-04-16 |
CN101291774A (en) | 2008-10-22 |
KR20080017057A (en) | 2008-02-25 |
WO2007000717A1 (en) | 2007-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013133128A1 (en) | Machining device, machining unit, and machining method | |
JP3686317B2 (en) | Laser processing head and laser processing apparatus provided with the same | |
JP4873191B2 (en) | Material drilling and removal equipment using laser beam | |
KR100348169B1 (en) | Laser joining method and a device for joining different workpieces made of plastic or joining plastic to other materials | |
JP2008544859A (en) | Laser welding system and method | |
US9931712B2 (en) | Laser drilling and trepanning device | |
TWI551384B (en) | Processing equipment and processing methods | |
EP0929376B2 (en) | A method of processing a material by means of a laser beam | |
JP2019511961A (en) | Laser cutting head with dual moveable mirrors providing beam alignment and / or wobble movement | |
JP6917809B2 (en) | Laser machining method for metallic materials by controlling the position of the optical axis of the laser with respect to the assist gas flow, and machine and computer programs for implementing the method. | |
US7345256B2 (en) | Methods and apparatus for delivering laser energy for joining parts | |
JP2001276988A (en) | Laser processing apparatus | |
US20180071848A1 (en) | Laser Beam Joining Method and Laser Machining Optics | |
KR20110014596A (en) | Laser scoring with curved trajectory | |
KR20150126603A (en) | Coordination of beam angle and workpiece movement for taper control | |
JP2003220484A (en) | Device and method for laser beam machining | |
JP2000042779A (en) | Laser beam machining device | |
JPH04322891A (en) | Laser beam machine | |
JP5496375B2 (en) | Processing apparatus, processing unit, and processing method | |
CN110977159A (en) | Laser light path component for forming annular light spots | |
JP7060335B2 (en) | Welding equipment and welding method | |
JP3040720B2 (en) | Laser processing head and laser processing method | |
JP2000271775A (en) | Laser beam emission optical system | |
JP4584683B2 (en) | Condensing head for laser welding | |
JP2003285182A (en) | Laser beam machining device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090901 |