JPH09501104A - ダイオードビームを用いた材料加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ダイオードビーム、例えばレーザダイオードビームを用いた材料加工方法に関する。ビームプロフィールの、加工過程に対する整合を実現するために、上記方法は、多数のダイオードから放射される、前以て決められたビームプロフィールを有するビームを工作物の加工領域に指向し、かつビームプロフィールにおける強度分布の変化をダイオード出力の制御によって行うように実施される。

Description

【発明の詳細な説明】 ダイオードビームを用いた材料加工方法 技術分野 本発明は、その都度工作物の材料を考慮して、工作物を溶接、切断、穿孔、は んだ付けおよび熱処理する、ダイオードビーム、殊にレーザダイオードビームを 用いた材料加工方法に関する。 従来の技術 一般に、レーザビームを用いて材料加工することは公知である。レーザビーム は、１０³Ｗａｔｔ／ｃｍより大きい必要な強度を難なく実現することができる ＣＯ₂レーザ、エキシマレーザまたはＮｄ−ＹＡＧレーザによって生成される。 しかし効率が１０％より小でありかつレーザシステムの寿命が平均して約１００ ００時間に制限されていることは不都合である。さらに、レーザの熱的および機 械的な影響の受け易さが大でかつこれに関連して作業が面倒でかつコストがかか る保守が必要な点も不都合である。冷却電力、電源部出力およびレーザシステム の構成に対する空間は比較的大きい。 レーザビームのビームプロフィールはレーザの共振器によって予め決められる 。それは、集光用光学素子、円柱鏡、放物面鏡、切子鏡およびインテグレータに よ って可変である。しかしこれら可変手段は、時間およびコストがかかる。殊にそ の都度の加工結果を考慮して材料加工中にビームプロフィールを変化させること は現在は可能でない。 発明の開示 本発明の課題は、ダイオードビーム、殊にレーザダイオードビームを用いた材 料加工方法を、材料加工期間中のビームプロフィール整合を問題なく可能にする ように改良することである。 この課題は、前以て決められたビームプロフィールを有する、複数のダイオー ドから放射されたビームを工作物の加工領域に指向し、かつビームプロフィール における強度分布の可変をダイオード出力の制御によって行うことによって解決 される。 本発明にとってまず、材料加工のために、多数のダイオードに由来するダイオ ードビームを使用することが重要である。加工のために使用される全ビームのビ ーム成分に対して、複数のダイオードまたは複数のダイオードを包含するダイオ ードユニットを制御することによって作用を及ぼすことができる。この制御によ ってダイオード出力パワー、ひいてはビーム強度および工作物でのその分布が作 用を受ける。この制御は非常に短い時間で、例えば１ｍｓｅｃより短い時間内に 行うことができる。その結果、ビームプロフィールにおける強度分布の可変はプ ロセスの間中ないしオンラ インで行うことができる。これにより従来のレーザに比べて、重要な更なる可能 性が提供される。すなわち、工作物に対するビームプロフィールないし強度分布 の、加工過程の要求に応じた整合である。 上述の方法は殊に、他の発光ダイオードに比してレーザビームの放射（エミッ ション）能力の点で優れているレーザダイオードに適している。しかしこの方法 は、材料加工に対してレーザビームの特性が要求されないときにも有利に使用可 能である。この形式のダイオードないしダイオードユニットは相互に無関係にそ の出力を変化させることができるので、工作物におけるビームプロフィールない しビームの強度分布の相応の変化を行い得る。 この材料加工実施期間中のダイオード出力エネルギの制御は、所定の実施プロ フィールが予め決められているとき、例えば種々異なったビーム幅による搬送さ れる工作物の熱ビームが予め決められているときに有利である。このような場合 、ビームプロフィールを実施プロフィールに相応に型に合わせて制御することが できる。その場合加工結果の応答は必要ない。しかし工作物における加工がどの ようにに展開されているかに依存してビームプロフィールが調整される、ダイオ ードビームを用いた材料加工法も数多くある。さらに、例えば工作物の幾何学形 状が捕捉されていない場合のため、工作物におけるビームプロフィールないしビ ー ムスポットを監視する必要があることがある。この種の監視は、本発明の方法を 閉ループ制御するために用いることができる。それ故にこのことは有利には、ビ ームプロフィールによって生じる、照射期間の加工領域の温度分布を監視し、か つ強度分布の変化を監視結果に応じて行うことによって実施される。監視結果は 例えば、工作物表面の２次元の熱像である。このことは、工作物の表面のスキャ ンおよび高速パイロメータを用いた評価によって、または例えば検出器アレイを 用いた加工領域の検出によって行うことができる。閉ループ制御はリアルタイム で行うことができる。 本発明の方法は有利には、複数のダイオードを少なくとも１つのユニットに合 成接続しかつダイオード出力の制御をダイオードユニット毎に行うようにして実 施される。この方法は、高い出力密度を得るために複数のダイオードを使用する ときに殊に有利である。その場合、ダイオード出力のユニット毎の制御により、 比較的僅かな制御（開ループ制御）コストないし閉ループ制御コストですむよう になる。 本発明の方法は、ダイオードユニットを光学結合手段を用いてビームガイド手 段に接続し、そこからダイオードビームを加工箇所に集光するようにして実施さ れる。光学結合手段の構成は、詳細には、ダイオードの構成および配置に応じて 決められる。光学結合手段は、レーザに比べて大きい放射角度のため、それぞれ の個別レーザダイオードに対するマイクロレンズとすることができるか、または 複数のレーザダイオードに対して使用される円柱形コリメータレンズとすること ができるコリメータレンズを備えている。結合手段の構成は、レーザダイオード インゴットおよび／またはレーザダイオードウェファにおける個別ダイオード配 列状態、並びにダイオードに対する冷却装置の構成にも依存している。この点で 、およびビームガイド部材の構成に関しても、詳しくは、その公開内容は本明細 書に関連して本発明の対象である西独国特許出願第４２３４３４２．９号明細書 が参考になる。このことは殊に、そこに記載の集光手段に関しても当てはまる。 ダイオードビームは、ビームガイド手段として、個々にまたは群毎にダイオー ドユニットに対応付けられている光導波ファイバを使用することによってダイオ ードから工作物に伝送される。一方において光導波ファイバをダイオードないし ダイオードユニットに対応付けかつ光導波ファイバを工作物の前に配置すること によって、ビームプロフィールを決定することができる。光導波ファイバを比較 的大きな面積にわたって分配することで、工作物の相応に大面積の照射が実現さ れる。このことは殊に、光導波ファイバの端部が集光手段を形成することに結び つけることができる。しかし光導波ファイバは工作物側において、集光レンズに よってダイオードビームの集光を加工領域としての共 通の点において行われるように、例えば集光レンズに関連して配置することもで きる。すなわち本発明の方法は、加工領域におけるビームプロフィールの面状の 分布のみならず、例えばキーホール溶接の場合における小さなスポットへのビー ムプロフィールの集中にも有利に使用される。 本発明の方法にとって、ビームプロフィールを検出器によって求めかつ検出器 の測定結果をダイオード出力の制御のために中央制御ユニットに転送すると有利 である。検出器はその空間的な構成において、それぞれのビームプロフィールに 整合することができ、その結果その使用場所は任意に選択可能であり、その際検 出器の測定結果は別の個所に存在する中央制御ユニットにおいて評価される。 しかし検出器は、ダイオードビームのビーム路に配置されている部分透過性の 鏡が加工箇所に転送されたおよび／または加工箇所によって反射された、検出器 に対するダイオードビームの部分を出力結合することによって、ビームプロフィ ールの空間的な構成に無関係に構成することもできる。この場合、ダイオードビ ームの軌道における部分透過性の鏡は、とりわけそれによって出力結合される出 力が僅かであるという理由から、極めて僅かしか障害にならない。他方において 、部分透過性の鏡は、全体のダイオードビームのビーム成分の空間的な分布を幾 何学的に正確に出力結合する ことができるので、それはビームプロフィールの相応に正確な像を提供する。部 分透過性の鏡は、加工箇所によって反射されるダイオードビームを相応に正確に 求める。 しかし工作物の加工領域の監視は、部分透過性の鏡が加工領域に由来する熱お よび／またはプラズマビームをダイオードビームのビーム路から出力結合しかつ ダイオード出力を制御するために検出器ユニットにダイオードビームに対して不 透過性のフィルタを介して転送することによっても行うことができる。部分透過 性の鏡は熱および／またはプラズマビームをダイオードビームのビーム路から出 力結合しかつフィルタは、同時に出力結合され反射されたダイオードビームが測 定結果を歪ませることを妨げる。 加工領域の温度分布を時間的に短い間隔をおいて完全に求めるおよび／または 前以て決められた領域位置を前以て決められたダイオードユニットに対応付ける と、有利である。時間的に短い間隔をおいて行われる、温度分布の検出により、 ダイオード出力、ひいてはビームプロフィールに対する影響も相応に短くするこ とができる。前以て決められた領域位置に前以て決められたダイオードユニット を対応付けることで、重心形成による簡単化された対応付け法の使用が可能にな り、このことは同様に、調整設定、整合および制御を迅速化する方向に作用する 。この検出のために、例えば中 央制御ユニットの領域に配置されている評価ユニットを使用することができる。 その場合この種の評価ユニットは、本発明の方法を、加工領域の温度分布を求 める際に加工箇所において生じた、ダイオードユニットに由来するダイオードビ ーム成分のオーバラップをビーム成分とダイオードユニットとの間の指向された 対応付けのために用いるようにして実施するときも、使用することができる。評 価ユニットはオーバラップを検出し、このオーバラップを生ぜしめるダイオード ビーム成分ないしこの成分を生ぜしめるダイオードまたはダイオードユニットを 検出しかつこれにより、関連ダイオードまたはダイオードユニットの出力の制御 を実施する。 本発明の方法はさらに次のように実施することができる：ビームプロフィール を求めるまたは加工箇所によって反射されるダイオードビームを捕捉検出する検 出器をダイオードユニットの後方のビーム路に直接配置しおよび／または加工箇 所から放射される熱および／またはプラズマビームを捕捉検出する検出器ユニッ トを放射方向で見て集光ユニットの後方に直接配置する。このようにして、有利 には群構成の構成ユニットが実現されかつ測定結果の影響は大幅に回避される。 ダイオードビームは有利には、光導波ファイバのファイバ束によってダイオー ドユニットから加工領域に伝送することができる。光導波ファイバ束を一部だけ ダイオードビームの加工領域へのガイドのために用いかつ別の部分を加工領域か ら放射された熱および／またはプラズマビームの転送のために用いるようにすれ ば、有利である。ダイオードレーザビームを工作物に伝送せずに、反対方向にお いて加工物表面を相応のセンサユニットに結像する光導波ファイバを通して工作 物の加工領域における熱像ないし温度分布を検出する相当に簡単な可能性があり 、すなわちここでは工作物表面の結像は集光用光学素子を通して求められる。 ダイオードビームを加工領域にガイドする光導波ファイバの、工作物の加工領 域の結像のために用いられる光導波ファイバによる影響をいずれにせよ回避する ために、本発明の方法は、光導波ファイバ束の別の部分を該光導波ファイバ束の 部分において外側に配置するようにして実施される。 有利にはダイオードビームは、局所的な特殊性に無関係に、前以て決められた 温度プロフィールを有する金属工作物領域の変態焼き入れまたは局所的な溶融の 際に使用される。両方の加工例において、ダイオードビームによって前以て決め られた温度プロフィールが生成され、これは、加工領域の表面特性にも、ビーム の局所的な吸収にも、工作物幾何学形状にも無関係に、ダイオード出力を制御す ることで、一定に保持するかもしくは必要に応じて変化させることができる。 ダイオードビームは、工作物の変形および曲げの際 にも使用することができ、その際加工領域の温度分布および該加工領域の、加工 によって決められるそれぞれの幾何学形状が、ダイオード出力の制御のために用 いられる。すなわち工作物の変形および曲げは変形過程を考慮して行われ、その 際ダイオード出力を制御することによって、変形のためにそれ相応の出力が使用 される。 継ぎ目構造の変更、内部応力の低減のための局所的な加熱の際、または工作物 の切断、殊に焼損安定化されたレーザビーム燃焼切断の際でのビームプロフィー ルを制御しながらのビームダイオードの使用はその都度、ビームプロフィールな いしダイオードビームの強度分布を制御することによって実施され、その際再結 晶化特性、内部応力発生ないし酸素反応を考慮することができる。殊に、小さな 半径、縁綾または隅の輪郭切断の際に、尖端における熱蓄積によっておよび丸み の内側において惹き起こされる過剰反応を回避することができる。 殊に、ビームプロフィールを制御しながら、工作物を溶接する際に溶接個所の 近傍における局所的な前加熱および後加熱のために、有利にはダイオードビーム を使用することができる。前加熱は通例、溶接箇所の僅か数ミリメータ前で行わ れかつ入力結合すべきエネルギーの低減を可能にする。しかしダイオード出力の 制御は、ダイオードビームが溶接の際に調整すべき全 エネルギー成分を引き受け、その結果主溶接ビームを制御せずにおくことができ る、少なくとも著しく低減された制御コストで間に合うようにするためにも利用 することができる。後加熱の際、生じているまだ熱い表面ビードを新たな融解な いし緩慢な硬化によって滑らかにすることができ、これにより焼き疵または継ぎ 目盛りを補償することができる。継目区域がまだ溶融流体状である場合は、溶融 浴不安定性の発生を回避することができる。 ダイオードビームは有利には、例えば錫、ラッカ、蝋、合成樹脂などの、工作 物の汚れまたは被膜を局所的に蒸発させるためにも使用することができる。 ダイオードビームは、溶接の際の溶融浴を、殊に蒸気毛細管の裏面の領域にお いて局所的に加熱するためにも使用することができる。溶融浴における温度勾配 に基づいて惹き起こされる表面張力は低減され、その結果溶融物運動は一層均一 に行われかつハンピング（ｈｕｍｐｉｎｇ）滴の発生は回避される。溶接の際の レーザビームに対して付加的にダイオードビームを使用することで、ダイオード 出力の簡単な制御によって、溶接結果を改善する方向に有利な作用効果が生じる 。 さらに、切削形工作物加工の支援のための工作物の局所的な加熱の際にダイオ ードビームを使用すると有利である。この加熱は殊に、切断工具の一層長い安定 時間を可能にしかつ加工結果を改善するために、旋回 またはフライス加工の際の支援のために用いられる。 ダイオードビームの強度分布の制御は、はんだを融溶するためにダイオード出 力の制御を用いる工作物のはんだ付けの際および工作物の過熱のない加熱の際に も使用することができ、これにより局所的な過熱および融剤によるスパッタ発生 なしに結合すべき部分の濡れが実現される。 図面の簡単な説明 本発明を図面に示された実施例に基づいて説明する。その際 第１図は、ダイオードビームによる材料加工装置を略示するブロック図であり、 第２図は、構成要素の一部が変更されている、第１図に相応するブロック図であ る。 本発明の方法に対する手法 第１図には、複数の個別ダイオードまたは、複数のダイオードを有する回路ユ ニットしての複数のダイオードユニットから構成されているダイオードユニット １２が図示されている。さらに殊に、電源装置１，２，…，ｕのブロック２２が 図示されており、１，２，…，ｕはそれぞれ１つのダイオードユニットに割当て られておりかつ１２と相応に接続されている。 ダイオードユニット１２から、放射されたビームは、工作物１１に通じる相応 のビームガイド部材１３を備えているビーム路１８に達し、その際ダイオードビ ー ムを工作物１１の加工領域１０の加工箇所１４に集光する集光ユニット２３が介 挿されている。ビームガイド部材１３は例えばファイバ束２０の形の光導波ファ イバである。このような光導波ファイバ１５から集光ユニット２３はダイオード ビームを、例えば集光レンズを用いて受容する。 ダイオードユニット１２とビームガイド部材１３との間に、ダイオードビーム のビームプロフィールを求める検出器１６が存在している。このために検出器１ ６は、ダイオードビームの僅かな部分２４を出力結合する部分透過性の鏡１６′ を有している。その際略図から、ダイオードユニットに由来するダイオードビー ム成分２５が位置的に忠実に出力結合されかつこれによりダイオードビーム成分 ２５の面積的分布の検出、換言すればビームプロフィールの検出を可能にしてい ることが分かる。さらに、部分透過性の鏡１６′によって、工作物１１によって 反射されるダイオードビームが出力結合される。反射ダイオードビームのこの成 分は、工作物１１からビームガイド部材１３を介して検出器１６′の部分透過性 の鏡１６′に達する。加工箇所ないし加工領域１０から反射されたダイオードビ ーム２５が、その局所的な分布に相応して求められ、その結果加工箇所ないし加 工領域１０の相応の２次元の反射像が形成される。検出器１６はその２つの検出 結果に対応するようにそれぞれが中央制御ユニット１ ７に接続されており、そこで測定結果が評価される。評価に相応して制御ユニッ ト１７はブロック２２の電源装置、ひいてはダイオードないしダイオードユニッ ト１２の出力を制御する。ダイオードビームの検出は時間的に短い間隔をおいて 実施することができるので、ダイオード出力の相応に短時間の制御ないしオンラ インで行われる制御が可能である。 第２図において、装置の構成は、検出器に代わって、加工領域１０から放射さ れる熱および／またはプラズマビームを捕捉検出する検出器ユニット１９が使用 されるように、修正されている。ユニット１９は、ファイバ束１５の部分２１を 介して集光ユニット２３に結合されており、その際この部分２１は光導波ファイ バ束２０の、専らダイオードビームを加工領域１０にガイドするために用いられ るその他の部分の外側に配置されている。 集光ユニット２３の後方に直接、放射方向において配置しておくことができる この検出器ユニット１９によって、加工箇所１４ないし加工領域１０の熱像が求 められる。この像は例えば、束部分２１の光導波ファイバの数および、加工領域 １０のその都度異なった箇所に対する対応によって位置分解された監視を可能に する。検出器ユニット１９を中央制御ユニット１７に結合することによって、求 められた熱像が評価されかつ個々のダイオードユニットを制御するために利用さ れるので、その結果ビーム分布は、工作物を適当な方法で加工することができる ように、調整される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月５日 【補正内容】 請求の範囲 １．多数のダイオードから放射されかつ前以て決められたビームプロフィールを 以て工作物（１１）の加工領域（１０）に指向されるダイオードビーム、例えば レーザダイオードビームを用いた材料加工方法において、 ビームプロフィールにおける強度分布の変化をダイオード出力パワー（エネル ギ）の制御によって行うことを特徴とする方法。 ２．ビームプロフィールによって生じる、加工領域（１０）の温度分布を照射期 間中監視し、かつ強度分布の変化を監視結果に相応して行う 請求項１記載の方法。 ３．複数のダイオードを少なくとも１つのユニット（１２）の形成されるように 合成接続しかつダイオード出力パワーの制御をダイオードユニット毎に行う 請求項１または２記載の方法。 ４．ダイオードユニット（１２）を光学結合手段によってビームガイド手段（１ ３）に結合し、該ビームガイド手段からダイオードビームを加工箇所（１４）に 集束する 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５．ビームガイド手段（１３）として、個々にまたは 群毎にダイオードユニット（１２）に対応付けられる光導波ファイバ（１５）を 使用する 請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 ６．ビームプロフィールを検出器（１６）によって求めかつ検出器（１６）の測 定結果をダイオード出力パワーを制御するために中央制御ユニット（１７）に転 送する 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 ７．ダイオードビームのビーム路（１８）中に配置された部分透過性の鏡（１６ ′）が、加工箇所に転送されたおよび／または加工箇所によって反射された、検 出器（１６）に対するダイオードビーム（２５）の一部を出力結合する 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 ８．部分透過性の鏡が、加工領域（１０）に由来する熱ビームおよび／またはプ ラズマビームをダイオードビームのビーム路から出力結合しかつダイオード出力 パワーを制御するためにダイオードビームに対して不透過性のフィルタを介して 検出器ユニット（１９）に転送する 請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。 ９．加工領域（１０）の温度分布を時間的に短い間隔をおいて完全に求めおよび ／または前以て決められた領域に前以て決められたダイオードユニットを対応付 ける 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。 １０．加工領域（１０）の温度分布を求める際に、加工箇所（１４）において生 じる、ダイオードユニットに由来する各ダイオードビーム部分（２５）のオーバ ラップを、ビーム成分とダイオードユニットとの間の指向性に従っての対応付け のために用いる 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。 １１．ビームプロフィールを求めるまたは加工箇所（１４）によって反射された ダイオードビームを検出する検出器を放射方向でダイオードユニットの直ぐ後方 に配置しおよび／または加工箇所（１４）から放射された熱および／またはプラ ズマビームを捕捉検出するダイオードユニットを放射方向において集光ユニット の直ぐ後方に配置する 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。 １２．光導波ファイバ束（２０）を、ごく一部のみをダイオードビーム（１０） の、加工領域（１０）へのガイドのために用いかつ他の部分（２１）を、加工領 域（１０）から放射される熱および／またはプラズマビームのガイドのために用 いる 請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。 １３．光導波ファイバ束（２０）の別の部分（２１）を該光導波ファイバ束の部 分において外側に配置する 請求項１２記載の方法。 １４．局所的な特殊性に無関係に、前以て決められた温度プロフィールにより金 属の工作物領域を変態焼き入れまたは局所的な融解の際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオードビームの使用法。 １５．加工領域の温度分布および加工によって決められる、加工領域のその都度 の幾何学的形状をダイオード出力の制御のために用いる、工作物の変形および曲 げの際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオードビームの使用法。 １６．その都度ビームプロフィールの制御下で、継目構造を変化させるため、内 部応力の低減のための局所的な加熱、または工作物の切断、例えば焼損安定され たレーザビーム焼切断の際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオードビームの使用法。 １７．例えばビームプロフィールの制御下で、溶接個所の近傍において局所的に 前加熱および後加熱するために工作物の溶接の際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオードビームの使用法。 １８．工作物の汚れまたは被膜の局所的な蒸発の際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオ ードビームの使用法。 １９．例えば蒸気毛細管の裏面の領域において、溶接の際の溶融浴の局所的な加 熱のために使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオードビームの使用法。 ２０．切削形工作物加工を支援するために工作物を局所的に加熱する際に使用す る 請求項１から１３までのいずれか１項記載のダイオードビームの使用法。 ２１．はんだの融解および工作物の過熱のない加熱のためにダイオード出力を制 御しながら工作物をろう付けする際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 レーザビームのビームプロフィールはレーザの共振器によって予め決められる 。それは、集光用光学素子、円柱鏡、放物面鏡、切子鏡およびインテグレータに よって可変できる。しかしこれら可変手段は、時間およびコストがかかる。殊に その都度の加工結果を考慮して材料加工中にビームプロフィールを変化させるこ とは現在は可能でない。 特公昭２１４２６９５号公報から、複数のダイオードから放射されかつ前以て 決められたビームプロフィールを以て工作物の加工領域に指向されるダイオード ビーム、殊にレーザダイオードビームを用いた工作物の材料加工方法が既に公知 である。この公知の方法では、それぞれの個別ダイオードのダイオードビームは 各ダイオードに配属されている光導波ファイバによって受光される。複数の光導 波ファイバの光は、はんだ付け剤を溶融するために、レンズを用いて工作物に集 光される。集光は、特別な方法で、各ダイオードのダイオードビームが、基板上 のチップを点状にはんだ付けするために、加工領域の前以て決められた加工箇所 に供給されるように行われる。それ故に、光導波ファイバの端部は、基板上のチ ップの接続点の分布によって予め決められているパターンに相応して配置されて いる。したがって、はんだ付けないし材料加工の期間中のビームプロフィールの 整合は可能でない。 発明の開示 本発明の課題は、ダイオードビーム、殊にレーザダイオードビームを用いた材 料加工方法を、材料加工期間中のビームプロフィール整合を問題なく可能にする ように改良することである。 この課題は、ビームプロフィールにおける強度分布の可変をダイオード出力の 制御によって行うことによって解決される。 本発明にとってまず、材料加工のために、多数のダイオードに由来するダイオ ードビームを使用することが重要である。加工のために使用される全ビームのビ ーム成分に対して、複数のダイオードまたは複数のダイオードを包含するダイオ ードユニットを制御することによって作用を及ぼすことができる。この制御によ ってダイオード出力、ひいてはビーム強度および工作物でのその分布が作用を受 ける。この制御は非常に短い時間で、例えば１ｍｓｅｃより短い時間内に行うこ とができる。その結果、ビームプロフィールにおける強度分布の可変はプロセス の間中ないしオンラインで行うことができる。これにより従来のレーザに比べて 、重要な更なる可能性が提供される。すなわち、工作物に対するビームプロフィ ールないし強度分布の、加工過程の要求に応じた整合である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウゼ，フォルカー ドイツ連邦共和国 Ｄ―52062 アーヘン ローフス シュトラーセ 15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多数のダイオードから放射される、前以て決められたビームプロフィールを 有するビームを工作物（１１）の加工領域（１０）に指向し、かつビームプロフ ィールにおける強度分布の変化をダイオード出力パワー（エネルギ）の制御によ って行うことを特徴とするダイオードビーム、例えばレーザダイオードビームを 用いた材料加工方法。 ２．ビームプロフィールによって生じる、加工領域（１０）の温度分布を照射期 間中監視し、かつ強度分布の変化を監視結果に相応して行う 請求項１記載の方法。 ３．複数のダイオードを少なくとも１つのユニット（１２）の形成されるように 合成接続しかつダイオード出力パワーの制御をダイオードユニット毎に行う 請求項１または２記載の方法。 ４．ダイオードユニット（１２）を光学結合手段によってビームガイド手段（１ ３）に結合し、該ビームガイド手段からダイオードビームを加工箇所（１４）に 集束する 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５．ビームガイド手段（１３）として、個々にまたは群毎にダイオードユニット （１２）に対応付けられ る光導波ファイバ（１５）を使用する 請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 ６．ビームプロフィールを検出器（１６）によって求めかつ検出器（１６）の測 定結果をダイオード出力パワーを制御するために中央制御ユニット（１７）に転 送する 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 ７．ダイオードビームのビーム路（１８）中に配置された部分透過性の鏡（１６ ′）が、加工箇所に転送されたおよび／または加工箇所によって反射された、検 出器（１６）に対するダイオードビーム（２５）の一部を出力結合する 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 ８．部分透過性の鏡が、加工領域（１０）に由来する熱ビームおよび／またはプ ラズマビームをダイオードビームのビーム路から出力結合しかつダイオード出力 パワーを制御するためにダイオードビームに対して不透過性のフィルタを介して 検出器ユニット（１９）に転送する 請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。 ９．加工領域（１０）の温度分布を時間的に短い間隔をおいて完全に求めおよび ／または前以て決められた領域に前以て決められたダイオードユニットを対応付 ける 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。 １０．加工領域（１０）の温度分布を求める際に、加工箇所（１４）において生 じる、ダイオードユニットに由来する各ダイオードビーム部分（２５）のオーバ ラップを、ビーム成分とダイオードユニットとの間の指向性に従っての対応付け のために用いる 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。 １１．ビームプロフィールを求めるまたは加工箇所（１４）によって反射された ダイオードビームを検出する検出器を放射方向でダイオードユニットの直ぐ後方 に配置しおよび／または加工箇所（１４）から放射された熱および／またはプラ ズマビームを捕捉検出するダイオードユニットを放射方向において集光ユニット の直ぐ後方に配置する 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。 １２．光導波ファイバ束（２０）を、ごく一部のみをダイオードビーム（１０） の、加工領域（１０）へのガイドのために用いかつ他の部分（２１）を、加工領 域（１０）から放射される熱および／またはプラズマビームのガイドのために用 いる 請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。 １３．光導波ファイバ束（２０）の別の部分（２１）を該光導波ファイバ束の部 分において外側に配置する 請求項１２記載の方法。 １４．局所的な特殊性に無関係に、前以て決められた 温度プロフィールにより金属の工作物領域を変態焼き入れまたは局所的な融解の 際に使用する 請求項１から１３までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 １５．加工領域の温度分布および加工によって決められる、加工領域のその都度 の幾何学的形状をダイオード出力の制御のために用いる、工作物の変形および曲 げの際に使用する 請求項１から１４までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 １６．その都度ビームプロフィールの制御下で、継目構造を変化させるため、内 部応力の低減のための局所的な加熱、または工作物の切断、例えば焼損安定化さ れたレーザビーム焼切断の際に使用する 請求項１から１５までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 １７．例えばビームプロフィールの制御下で、溶接個所の近傍において局所的に 前加熱および後加熱するために工作物の溶接の際に使用する、 請求項１から１６までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 １８．工作物の汚れまたは被膜の局所的な蒸発の際に使用する 請求項１から１７までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 １９．例えば蒸気毛細管の裏面の領域において、溶接の際の溶融浴の局所的な加 熱のために使用する、 請求項１から１８までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 ２０．切削形工作物加工を支援するために工作物を局所的に加熱する際に使用す る、 請求項１から１９までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。 ２１．はんだの融解および工作物の過熱のない加熱のためにダイオード出力を制 御しながら工作物をろう付けする際に使用する、 請求項１から２０までのいずれか１項記載の、ダイオードビームの使用法。