RU2532686C9 - Система для лазерной сварки и способ сварки с помощью лазерного луча - Google Patents

Система для лазерной сварки и способ сварки с помощью лазерного луча Download PDF

Info

Publication number
RU2532686C9
RU2532686C9 RU2011149136/02A RU2011149136A RU2532686C9 RU 2532686 C9 RU2532686 C9 RU 2532686C9 RU 2011149136/02 A RU2011149136/02 A RU 2011149136/02A RU 2011149136 A RU2011149136 A RU 2011149136A RU 2532686 C9 RU2532686 C9 RU 2532686C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser beam
optical element
power distribution
laser
collimator
Prior art date
Application number
RU2011149136/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2532686C2 (ru
RU2011149136A (ru
Inventor
Мартин БЛЯЙХЕР
Маркус ХААГ
Original Assignee
Тайко Электроникс Амп Гмбх
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 Тайко Электроникс Амп Гмбх filed Critical Тайко Электроникс Амп Гмбх
Publication of RU2011149136A publication Critical patent/RU2011149136A/ru
Publication of RU2532686C2 publication Critical patent/RU2532686C2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2532686C9 publication Critical patent/RU2532686C9/ru

Links

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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0732—Shaping the laser spot into a rectangular shape
    • 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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0734—Shaping the laser spot into an annular shape
    • 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
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0736—Shaping the laser spot into an oval shape, e.g. elliptic shape

Abstract

Изобретение относится к способу (варианты) и системе (варианты) для лазерной сварки и может быть использовано для соединения различных деталей друг с другом. Система содержит источник (1) лазерного луча, коллиматор (2) лазерного луча и фокусирующее устройство (3). Оптический элемент (5) расположен между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3) и предназначен для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча. В системе по первому варианту бифокальный элемент (6) расположен или между оптическим элементом (5) и коллиматором (2), или между оптическим элементом (5) и фокусирующим устройством (3). По второму варианту бифокальный элемент (6) расположен между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3). В результате обеспечивается гомогенность распределения мощности лазерного излучения в свариваемой области. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Настоящее изобретение раскрывает систему для лазерной сварки, состоящую из источника лазерного луча, коллиматора, предназначенного для коллимации лазерного луча, и фокусирующего устройства, предназначенного для фокусировки сколлимированного лазерного луча в одну точку на подвергающемся сварке объекте. Кроме того, настоящее изобретение также раскрывает соответствующий способ сварки с помощью лазерного луча.
Способ сварки с помощью лазерного луча - это способ сварки, используемый для соединения различных деталей друг с другом. Лазерный луч позволяет создать концентрированный источник тепла, что позволяет получать тонкие и глубокие сварные швы. Процесс лазерной сварки часто используется в приложениях, связанных с обработкой большого количества деталей, например, в автомобильной промышленности.
Используемый лазерный луч обычно характеризуется плотностью потока энергии в районе порядка 1 МВт/см2. Таким образом, концентрированное тепло лазерного луча воздействует на сравнительно небольшие участки поверхности. Например, ширина лазерного луча может варьировать от 0,2 мм до 13 мм, однако в процессе сварки используются лазерные лучи меньшей ширины. Глубина проникновения тепла, генерируемого лазерным лучом, пропорциональна количеству приносимой им энергии, а также зависит от положения точки фокусировки лазерного луча. Максимальная глубина проникновения достигается при оптимальном выборе положения точки фокусировки лазерного луча.
В зависимости от конкретного приложения, для сварки может использоваться непрерывный или импульсный лазерный луч. Для сварки тонких материалов, например бритвенных лезвий, используются миллисекундные импульсы лазерного излучения, а для получения глубоких сварных швов используются системы на основе лазеров непрерывного действия.
Способ лазерной сварки - это универсальный процесс, который можно использовать, например, для сварки обыкновенной стали, высококачественной стали, алюминия, титана и пластиков. Скорость сварки пропорциональна количеству излучаемой энергии, но она также зависит от типа и толщины свариваемых деталей. Высокие эксплуатационные характеристики газовых лазеров делают их особенно хорошо пригодными для использования в приложениях, связанных с обработкой большого количества деталей.
В известных процессах лазерной сварки пластиковые пластины, пленки и литые детали свариваются хорошо сфокусированными лазерными лучами; для сварки или соединения пластиковых материалов используется лазерный луч, фокусируемый на точки. Направление сварного шва определяется программируемым перемещением устройств, направляющих лазерные лучи, или самих свариваемых деталей.
При этом, однако, распределение интенсивности лазерного луча является недостатком способа соединения плоских деталей с помощью лазерного луча, фокусируемого на точку, поскольку гауссово распределение интенсивности в нем приводит к неоднородности соединения между свариваемыми деталями.
На фиг.1 показан профиль гауссова распределения мощности в лазерном луче, создаваемом формирующей оптикой систем для лазерной сварки, созданных на основе существующего уровня техники. При распределении мощности подобного типа большая часть энергии, около 90%, сконцентрирована в центре, в так называемой "горячей точке". Лазерный луч такого типа позволяет осуществлять исключительно точечную лазерную сварку.
Это означает, что лишь часть точки сварки работает на обеспечение прочности создаваемого соединения, и процесс лазерной сварки этого типа особенно склонен к возникновению дефектов, поскольку для него требуется обеспечение очень точного позиционирования точки сварки. Если точка сварки будет находиться в неправильном положении, это приведет к нарушению правильного распределения энергии. Кроме того, существует риск, когда, например, производится сварка рессорно-пружинной стали, что при неправильном положении точки сварки в ней может возникнуть прогар.
Настоящее изобретение направлено на создание системы для лазерной сварки и способа сварки с помощью лазерного луча, позволяющих обеспечивать гомогенность свариваемой области.
Решение этой задачи достигается с помощью объектов изобретений, описанных в отдельных независимых пунктах формулы данного изобретения. Предпочтительные формы воплощения изобретения отражены в зависимых пунктах.
В соответствии с одним из возможных воплощений настоящего изобретения, система для лазерной сварки включает в себя источник лазерного луча, коллиматор, осуществляющий коллимацию лазерного луча, и фокусирующее устройство, предназначенное для фокусировки сколлимированного лазерного луча в одну точку на подвергающемся сварке объекте, и отличается тем, что оптический элемент располагается между коллиматором и фокусирующим устройством и используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, бифокальный элемент устанавливается между оптическим элементом и коллиматором.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, бифокальный элемент устанавливается между оптическим элементом и фокусирующим устройством.
В соответствии с другим возможным воплощением настоящего изобретения, система для лазерной сварки включает в себя источник лазерного луча, коллиматор, осуществляющий коллимацию лазерного луча, и фокусирующее устройство, предназначенное для фокусировки сколлимированного лазерного луча в одну точку на подвергающемся сварке объекте, и отличается тем, что оптический элемент располагается между источником лазерного луча и коллиматором и используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, первое направление располагается, по сути, перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча. В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, бифокальный элемент устанавливается между коллиматором и фокусирующим устройством.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в две точки на подвергающемся сварке объекте, которые, желательно, должны быть организованы в серии.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча вдоль по меньшей мере одной линии на подвергающемся сварке объекте.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере вдоль двух линий на подвергающемся сварке объекте, которые должны быть организованы в серии.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении и во втором направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, второе направление располагается, по сути, перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в одну кубическую, прямоугольную, трапециевидную, овальную или круглую область на подвергающемся сварке объекте.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент является системой определенным образом расположенных микролинз.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент является дифракционным оптическим элементом.
В соответствии с одним возможным воплощением настоящего изобретения, способ сварки с помощью лазерного луча включает в себя генерацию лазерного луча, коллимацию лазерного луча с помощью коллиматора и фокусировку сколлимированного лазерного луча с помощью фокусирующего устройства в одну точку на подвергающемся сварке объекте, и отличается тем, что сколлимированный лазерный луч пропускается через оптический элемент, располагающийся между коллиматором и фокусирующим устройством, для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча.
В соответствии с одним возможным воплощением настоящего изобретения, способ сварки с помощью лазерного луча включает в себя генерацию лазерного луча, коллимацию лазерного луча с помощью коллиматора и фокусировку сколлимированного лазерного луча с помощью фокусирующего устройства в одну точку на подвергающемся сварке объекте, и отличается тем, что сгенерированный лазерный луч пропускается через оптический элемент, располагающийся между источником лазерного луча и коллиматором, для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча.
Настоящее изобретение ниже будет описано более детально на основе примеров, изображенных на прилагающихся схемах. Аналогичные или сходные компоненты системы для лазерной сварки, описываемой настоящим изобретением, обозначены на схемах одинаковыми номерами:
на фиг.1 показан профиль гауссова распределения мощности в лазерном луче;
на фиг.2 показан профиль распределения мощности в лазерном луче после его прохождения через формирующую оптику системы для лазерной сварки в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;
на фиг.3 показан профиль распределения мощности в лазерном луче после его прохождения через формирующую оптику системы для лазерной сварки в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения;
на фиг.4 показан схематический вид формирующей оптики в соответствии с первым воплощением системы для лазерной сварки в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.5 показан профиль распределения мощности в лазерном луче после его прохождения через формирующую оптику, показанную на фиг.4;
на фиг.6 показан схематический вид формирующей оптики в соответствии со вторым воплощением системы для лазерной сварки в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.7 показан профиль распределения мощности в лазерном луче после его прохождения через формирующую оптику, показанную на фиг.6;
на фиг.8 показан схематический вид формирующей оптики в соответствии с третьим воплощением системы для лазерной сварки в соответствии с настоящим изобретением; и
на фиг.9 показан профиль распределения мощности в лазерном луче после его прохождения через формирующую оптику, показанную на фиг.8.
На фиг.2 показан профиль распределения мощности в лазерном луче после его прохождения через формирующую оптику системы для лазерной сварки в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения. По сравнению с гауссовым распределением мощности, показанным на фиг.1, из фиг.2 видно, что в этом случае распределение мощности в лазерном луче является более гомогенным, поскольку она концентрируется не только в "горячей точке", расположенной в центре, но и распределена по большей площади.
Мощность центральной части лазерного луча, показанного на фиг.2, меньше, чем мощность соответствующей части лазерного луча, показанного на фиг.1. При этом, однако, мощность лазерного луча, показанного на фиг.2, в области на границе луча больше, чем мощность в соответствующей части лазерного луча, показанного на фиг.1. Таким образом, в соответствии с этим воплощением настоящего изобретения, распределение мощности лазерного луча, показанного на фиг.2, развернуто вдоль первого направления X, направленного перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча.
Хотя на фиг.2 показано распределение мощности лазерного луча вдоль первого направления X, направленного перпендикулярно оси сколлимированного лазерного луча, настоящее изобретение не ограничено углом в 90° с осью сколлимированного лазерного луча: оптический элемент может использоваться для развертывания системы распределения мощности лазерного луча вдоль первого направления, ориентированного под любым нужным углом к оси сколлимированного лазерного луча. Для достижения этого оптический элемент может устанавливаться под нужным углом к оси сколлимированного лазерного луча, например, с помощью наклонения основной плоскости оптического элемента относительно оси сколлимированного лазерного луча.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, распределение мощности лазерного луча, показанное на фиг.2, развернуто вдоль второго направления Y, направленного перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению X.
Хотя на фиг.2 показано распределение мощности лазерного луча, развернутое вдоль первого направления Х и второго направления Y, первое направление Х и второе направление Y направлены перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча и друг другу, и этот случай является предпочтительным воплощением настоящего изобретения. Это изобретение не ограничивается им; напротив, распределение мощности лазерного луча может быть развернуто вдоль второго направления, ориентированного под любым нужным углом к оси первого направления.
На фиг.3 показано другое воплощение настоящего изобретения, распределение мощности лазерного луча, развернутое исключительно вдоль направления X. Оно, однако, точно так же может быть развернуто и вдоль направления Y, как это показано на фиг.7. Настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным углом, и распределение мощности лазерного луча может быть в действительности развернуто под любым нужным углом.
В соответствии с одним возможным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в две точки на подвергающемся сварке объекте, которые должны быть организованы в серии. Распределение мощности лазерного луча может быть также развернуто по меньшей мере вдоль одной линии на подвергающемся сварке объекте, как это, например, показано на фиг.3. Распределение мощности лазерного луча, однако, может быть также развернуто вдоль по меньшей мере двух линий на подвергающемся сварке объекте, которые должны быть организованы в серии.
Способ, по которому с использованием настоящего изобретения может быть создан гомогенный участок сварки подобного типа, будет описан ниже.
На фиг.4 показан схематический вид формирующей оптики в соответствии с первым возможным воплощением системы для лазерной сварки в соответствии с настоящим изобретением. Формирующая оптика включает в себя источник 1 лазерного луча, коллиматор 2, осуществляющий коллимацию лазерного луча, и фокусирующее устройство 3 (например, линзу), фокусирующее сколлимированный лазерный луч на подвергающемся сварке объекте 4.
Оптический элемент 5, позволяющий разворачивать распределение мощности лазерного луча вдоль по меньшей мере одного направления, ориентированного под углом к оси сколлимированного лазерного луча, устанавливается между коллиматором 2 и фокусирующим устройством 3.
В этом воплощении настоящего изобретения, показанном на фиг.4, оптический элемент 5 установлен таким образом, что его плоскость ориентирована, по сути, параллельно плоскости коллиматора 2 и фокусирующего устройства 3, однако оптический элемент 5 может быть наклонен так, что его плоскость будет располагаться под углом к плоскости коллиматора 2 и фокусирующего устройства 3. Таким образом, распределение мощности лазерного луча может быть развернуто вдоль направления, ориентированного под любым нужным углом к оси сколлимированного лазерного луча.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент 5 является системой микролинз.
Микролинзы используются в тех случаях, когда оптические системы и размеры необходимо уменьшить до размеров в несколько миллиметров, однако миниатюрные линзы также используются в системах для оптической передачи данных, например, для соединения волоконно-оптических устройств и в так называемой "плоской" оптике. В этом случае вместо одной большой линзы используют большое число маленьких линз, расположенных рядом друг с другом, что позволяет существенно снизить расстояние до создаваемого изображения. Таким образом, расстояние между оригиналом и изображением существенно сокращается, что позволяет сильно уменьшить толщину оптических устройств. Подобные плоские оптические системы в настоящее время используются в различных типах сканеров и копировальных аппаратов. Исходные документы сканируются с помощью микролинз, и полученные изображения переносятся на светочувствительный барабан.
В соответствии с другим предпочтительным воплощением настоящего изобретения, оптический элемент 5 является дифракционным оптическим элементом, а не системой микролинз.
Дифракционный оптический элемент - это поверхность, на которой создана специальная микроструктура, позволяющая получать практически любые нужные дифракционные эффекты. Специальные микроструктуры формируются способом литографического травления. Дифракционные оптические элементы используются для формирования лазерных лучей с помощью их дифракции на решетке или для их разложения на множество частичных лучей. Для их создания могут использоваться различные материалы, в том числе, например, ZnSe, ZnS и GaAs.
Оптический элемент 5, установленный между коллиматором 2 и фокусирующим устройством 3, позволяет развертывать распределение мощности сколлимированного лазерного луча вдоль первого направления, ориентированного под углом к оси сколлимированного лазерного луча. На фиг.5 показано развертывание системы распределения мощности лазерного луча перпендикулярно к оси сколлимированного луча вдоль первого направления Y.
Однако в соответствии с одним из возможных воплощений настоящего изобретения, распределение мощности лазерного луча может быть также развернуто вдоль первого направления и вдоль второго направления, ориентированного перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению. Распределение мощности лазерного луча может быть развернуто по меньшей мере в одну кубическую, прямоугольную, трапециевидную, овальную или круглую область на подвергающемся сварке объекте. Форма этих областей определяется выбором надлежащего оптического элемента.
На фиг.6 показан схематический вид формирующей оптики в соответствии со вторым возможным воплощением системы для лазерной сварки в соответствии с настоящим изобретением.
Формирующая оптика включает в себя источник 1 лазерного луча, коллиматор 2, осуществляющий коллимацию лазерного луча, и фокусирующее устройство 3 (например, линзу), фокусирующее сколлимированный лазерный луч на подвергающемся сварке объекте 4.
В этом воплощении настоящего изобретения оптический элемент 5 устанавливается между источником 1 лазерного луча и коллиматором 2. На фиг.7 показано развертывание системы распределения мощности лазерного луча вдоль первого направления Y, однако распределение мощности лазерного луча также может быть развернуто под любым нужным углом.
На фиг.8 показан схематический вид формирующей оптики в соответствии с третьим возможным воплощением системы для лазерной сварки в соответствии с настоящим изобретением.
Формирующая оптика включает в себя источник 1 лазерного луча, коллиматор 2, осуществляющий коллимацию лазерного луча, и фокусирующее устройство 3 (например, линзу), фокусирующее сколлимированный лазерный луч на подвергающемся сварке объекте 4.
В этом воплощении настоящего изобретения, как и в его втором воплощении, оптический элемент 5 устанавливается между источником 1 лазерного луча и коллиматором 2. Кроме того, между коллиматором 2 и фокусирующим устройством 3 устанавливается бифокальный элемент. На фиг.9 показано развертывание системы распределения мощности двух лазерных лучей, генерируемых бифокальным элементом, вдоль первого направления Y.
Настоящее изобретение позволяет создавать гомогенную область сварки, в которой распределение мощности лазерного луча развернуто вдоль направления, ориентированного под углом к оси сколлимированного лазерного луча. Это обеспечивает более благоприятные условия поступления энергии в случае неправильного позиционирования точки сварки. Настоящее изобретение особенно хорошо пригодно для линейной сварки при осуществлении штамповочных операций.

Claims (22)

1. Система для лазерной сварки, включающая в себя:
источник (1) лазерного луча;
коллиматор (2) лазерного луча; и
фокусирующее устройство (3), предназначенное для фокусирования сколлимированного лазерного луча в одну точку на подвергающемся сварке объекте (4), в которой оптический элемент (5) расположен между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3) и предназначен для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча,
отличающаяся тем, что она снабжена бифокальным элементом (6), расположенным между оптическим элементом (5) и коллиматором (2) или между оптическим элементом (5) и фокусирующим устройством (3).
2. Система для лазерной сварки по п.1, в которой первое направление расположено перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча.
3. Система для лазерной сварки по п.1, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в две точки на подвергающемся сварке объекте (4), которые, преимущественно, организованы в серии.
4. Система для лазерной сварки по п.1, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча вдоль по меньшей мере одной линии на подвергающемся сварке объекте (4).
5. Система для лазерной сварки по п.1, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча вдоль по меньшей мере двух линий на подвергающемся сварке объекте (4), которые, преимущественно организованы в серии.
6. Система для лазерной сварки по п.1, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении и во втором направлении, находящимся под углом к оси сколлимированного лазерного луча к первому направлению.
7. Система для лазерной сварки по п.6, в которой второе направление располагается, по существу, перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению.
8. Система для лазерной сварки по п.6, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в одну кубическую, прямоугольную, трапециевидную, овальную или круглую область на подвергающемся сварке объекте (4).
9. Система для лазерной сварки по п.6, в которой оптический элемент (5) является системой микролинз.
10. Система для лазерной сварки по п.6, в которой оптический элемент (5) является дифракционным оптическим элементом.
11. Система для лазерной сварки, включающая в себя:
источник (1) лазерного луча;
коллиматор(2) лазерного луча; и
фокусирующее устройство (3), предназначенное для фокусирования сколлимированного лазерного луча в одну точку на подвергающемся сварке объекте (4), в которой оптический элемент (5) расположен между источником (1) лазерного луча и коллиматором (2) и предназначен для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча,
отличающаяся тем, что она снабжена бифокальным элементом (6), расположенным между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3).
12. Система для лазерной сварки по п.11, в которой первое направление расположено перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча.
13. Система для лазерной сварки по п.11, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в две точки на подвергающемся сварке объекте (4), которые преимущественно организованы в серии.
14. Система для лазерной сварки по п.11, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча вдоль по меньшей мере одной линии на подвергающемся сварке объекте (4).
15. Система для лазерной сварки по п.14, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча вдоль по меньшей мере двух линий на подвергающемся сварке объекте (4), которые преимущественно организованы в серии.
16. Система для лазерной сварки по п.11, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении и во втором направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению.
17. Система для лазерной сварки по п.16, в которой второе направление располагается, по существу, перпендикулярно к оси сколлимированного лазерного луча и к первому направлению.
18. Система для лазерной сварки по п.16, в которой оптический элемент (5) используется для развертывания системы распределения мощности лазерного луча по меньшей мере в одну кубическую, прямоугольную, трапециевидную, овальную или круглую область на подвергающемся сварке объекте (4).
19. Система для лазерной сварки по п.11, в которой оптический элемент (5) является системой микролинз.
20. Система для лазерной сварки по п.11, в которой оптический элемент (5) является дифракционным оптическим элементом.
21. Способ сварки с помощью лазерного луча, включающий в себя следующие этапы:
генерацию лазерного луча;
коллимацию лазерного луча с помощью коллиматора (2); и
фокусировку сколлимированного лазерного луча с помощью фокусирующего устройства (3) в одну точку на подвергающемся сварке объекте (4), в котором сколлимированный лазерный луч проходит через оптический элемент (5), расположенный между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3) для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча, отличающийся тем, что между оптическим элементом (5) и коллиматором (2) или между оптическим элементом (5) и фокусирующим устройством (3) размещают бифокальный элемент (6).
22. Способ сварки с помощью лазерного луча, включающий в себя следующие этапы:
генерацию лазерного луча;
коллимацию лазерного луча с помощью коллиматора (2); и
фокусировку сколлимированного лазерного луча с помощью фокусирующего устройства (3) в одну точку на подвергающемся сварке объекте (4), в котором сгенерированный лазерный луч проходит через оптический элемент (5), расположенный между источником (1) лазерного луча и коллиматором (2), для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча,
отличающийся тем, что между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3) размещают бифокальный элемент (6).
RU2011149136/02A 2009-05-07 2010-04-26 Система для лазерной сварки и способ сварки с помощью лазерного луча RU2532686C9 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009020272.2A DE102009020272B4 (de) 2009-05-07 2009-05-07 Laserschweißsystem
DE102009020272.2 2009-05-07
PCT/EP2010/055533 WO2010127955A1 (en) 2009-05-07 2010-04-26 Laser welding system and method for welding by means of a laser beam

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2011149136A RU2011149136A (ru) 2013-06-20
RU2532686C2 RU2532686C2 (ru) 2014-11-10
RU2532686C9 true RU2532686C9 (ru) 2015-02-10

Family

ID=42307923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011149136/02A RU2532686C9 (ru) 2009-05-07 2010-04-26 Система для лазерной сварки и способ сварки с помощью лазерного луча

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20120048837A1 (ru)
EP (1) EP2427297B1 (ru)
JP (1) JP5885253B2 (ru)
KR (2) KR20120025509A (ru)
CN (1) CN102421564B (ru)
BR (1) BRPI1011039B1 (ru)
DE (1) DE102009020272B4 (ru)
HU (1) HUE038913T2 (ru)
MX (1) MX2011011771A (ru)
PL (1) PL2427297T3 (ru)
RU (1) RU2532686C9 (ru)
WO (1) WO2010127955A1 (ru)
ZA (1) ZA201108156B (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2478990B1 (de) * 2011-01-21 2019-04-17 Leister Technologies AG Verfahren zum Einstellen eines Laserlichtspots zur Laserbearbeitung von Werkstücken sowie Laseranordnung zur Durchführung des Verfahrens
CN104317065B (zh) * 2013-11-28 2017-02-01 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种双波长激光准直光学系统
DE102016106724A1 (de) * 2016-04-12 2017-10-12 Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft Ventilkörper und Verfahren zum Herstellen des Ventilkörpers
DE102016116779A1 (de) * 2016-09-07 2018-03-08 Rofin-Sinar Laser Gmbh Resonatorspiegel für einen optischen Resonator einer Laservorrichtung und Laservorrichtung
KR102423197B1 (ko) * 2017-09-07 2022-07-21 솔루스첨단소재 주식회사 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
RU192565U1 (ru) * 2019-04-18 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Устройство для лазерной сварки с помощью лазерного излучения
JP2023546373A (ja) * 2020-10-09 2023-11-02 アイピージー フォトニクス コーポレーション レーザ溶接の過程におけるビーム成形システム
US11945130B2 (en) * 2021-05-03 2024-04-02 The Gillette Company Llc Methods of forming a razor blade assembly
DE102021124893A1 (de) 2021-09-27 2023-03-30 André LeGuin Vorrichtung zum Beaufschlagen eines Werkstücks mit einem Laserstrahl

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU295165A1 (ru) * Э. И. Крутицкий , Л. П. Карпов Устройство когерентной оптической фильтрации
US5864430A (en) * 1996-09-10 1999-01-26 Sandia Corporation Gaussian beam profile shaping apparatus, method therefor and evaluation thereof
RU2317183C2 (ru) * 2002-02-08 2008-02-20 Хонейвелл Интернэшнл Инк. Ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением
DE102007018400A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3534462A (en) * 1967-08-31 1970-10-20 Western Electric Co Simultaneous multiple lead bonding
DE3831743A1 (de) * 1988-09-17 1990-03-29 Philips Patentverwaltung Vorrichtung zur bearbeitung eines werkstueckes mit laserlicht und verwendung dieser vorrichtung
JPH082511B2 (ja) * 1989-05-08 1996-01-17 松下電器産業株式会社 レーザ加工装置
DE19846368C1 (de) * 1998-10-08 2000-04-13 Univ Stuttgart Strahlwerkzeuge Vorrichtung zum Schneiden, Schweißen, Bohren oder Abtragen eines Werkstückes mittels eines Laserstrahles
FR2803549B1 (fr) * 2000-01-10 2002-03-29 Air Liquide Procede et installation de coupage laser d'acier doux ou de construction avec optique multifocale
TW523837B (en) * 2001-02-01 2003-03-11 Electro Scient Ind Inc Resistor trimming with small uniform spot from solid-state UV laser
JP3925169B2 (ja) * 2001-11-26 2007-06-06 株式会社デンソー レーザー光による材料の同時一括溶融方法及び装置
JP2003285171A (ja) * 2002-03-26 2003-10-07 Toshiba Corp レーザ除去加工装置、ハンディトーチ及びレーザ除去加工方法
JP4102092B2 (ja) * 2002-04-01 2008-06-18 新日本製鐵株式会社 レーザ溶接方法
JP2003311452A (ja) * 2002-04-26 2003-11-05 Nissan Motor Co Ltd レーザブレージング加工方法および加工装置
US20040195222A1 (en) * 2002-12-25 2004-10-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
DE10308708A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-09 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co.Kg Vorrichtung zur Beaufschlagung eines Objektes mit Laserstrahlung, Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung eines Objektes sowie Druckvorrichtung für das Drucken von Bildinformationen
KR100586497B1 (ko) * 2004-05-13 2006-06-07 (주)한빛레이저 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치.
JP4293098B2 (ja) * 2004-09-15 2009-07-08 セイコーエプソン株式会社 レーザー加工方法、レーザー加工装置、電子機器
WO2006116722A2 (en) * 2005-04-28 2006-11-02 The Pennsylvania State Research Foundation Apparatus and method for conducting laser stir welding
JP2007021526A (ja) * 2005-07-15 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置
JP2007102091A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザビームの大面積照射光学系
JP4630827B2 (ja) * 2006-01-30 2011-02-09 株式会社アルファ・オイコス レーザ加熱装置
JP5110830B2 (ja) * 2006-08-31 2012-12-26 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
US7907341B2 (en) * 2006-09-28 2011-03-15 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Laser processing method and laser processing apparatus
US8198565B2 (en) * 2007-04-11 2012-06-12 Chrysler Group Llc Laser-welding apparatus and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU295165A1 (ru) * Э. И. Крутицкий , Л. П. Карпов Устройство когерентной оптической фильтрации
US5864430A (en) * 1996-09-10 1999-01-26 Sandia Corporation Gaussian beam profile shaping apparatus, method therefor and evaluation thereof
RU2317183C2 (ru) * 2002-02-08 2008-02-20 Хонейвелл Интернэшнл Инк. Ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением
DE102007018400A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf

Also Published As

Publication number Publication date
CN102421564B (zh) 2015-11-25
MX2011011771A (es) 2011-12-16
HUE038913T2 (hu) 2018-12-28
DE102009020272B4 (de) 2014-09-11
DE102009020272A1 (de) 2010-11-11
BRPI1011039B1 (pt) 2019-11-05
RU2532686C2 (ru) 2014-11-10
RU2011149136A (ru) 2013-06-20
JP2012525980A (ja) 2012-10-25
KR102034068B1 (ko) 2019-10-18
US20120048837A1 (en) 2012-03-01
BRPI1011039A2 (pt) 2017-01-17
EP2427297A1 (en) 2012-03-14
KR20170007552A (ko) 2017-01-18
KR20120025509A (ko) 2012-03-15
WO2010127955A1 (en) 2010-11-11
JP5885253B2 (ja) 2016-03-15
PL2427297T3 (pl) 2018-08-31
EP2427297B1 (en) 2018-03-21
ZA201108156B (en) 2013-01-30
CN102421564A (zh) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2532686C9 (ru) Система для лазерной сварки и способ сварки с помощью лазерного луча
JP5398340B2 (ja) レーザ駆動方法及びその装置
JP6837969B2 (ja) 非回折レーザビームを用いたガラス切断システムおよび方法
US9436012B2 (en) Method and apparatus for laser cutting
JP4429974B2 (ja) レーザ加工方法および装置
US20080083886A1 (en) Optical system suitable for processing multiphoton curable photoreactive compositions
KR102618163B1 (ko) 레이저 가공 장치
KR101582632B1 (ko) 프레넬 영역 소자를 이용한 기판 절단 방법
US10274738B2 (en) Field mapper
KR20160127462A (ko) 레이저 가공장치 및 그 가공방법
JP2007310368A (ja) ホモジナイザを用いた整形ビームの伝搬方法およびそれを用いたレ−ザ加工光学系
US9547176B2 (en) Device for generating laser radiation having a linear intensity distribution
JPWO2019245053A1 (ja) 溶接方法および溶接装置
EP1212166B1 (en) Laser apparatus for use in material processing
KR101453855B1 (ko) 극초단 펄스 레이저를 이용한 다중 부재의 접합 방법
JP2007000897A (ja) レーザ装置
WO2018099851A1 (en) Laser beam shaping element
JP7246922B2 (ja) 溶接装置
JP2019020731A (ja) レーザビームの線形強度分布を生成するための装置
CN217019011U (zh) 激光加工系统及互补锥形镜组
US11947104B2 (en) Reflective spiral phase plate, and apparatus for generating Laguerre Gaussian beam comprising same
US20230150062A1 (en) Optical system for laser machining
US11067815B2 (en) Apparatus for beam shaping of laser radiation
JP2007189168A (ja) レーザー照射光学系
JPH0727994A (ja) ビーム分布均一化装置

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 31-2014

PD4A Correction of name of patent owner