"Laservorrichtung, insbesondere für das Schweißen oder die Bearbeitung eines Werkstücks" "Laser device, especially for welding or machining a workpiece"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung, insbesondere 5 für das Schweißen oder die Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend eine Mehrzahl von Lasereinheiten, die jeweils mindestens ein Halbleiterlaserelement umfassen, wobei das Laserlicht des mindestens einen Halbleiterlaserelementes aus der Lasereinheit austreten kann, sowie Strahlvereinigungsmittel, die das von den .0 einzelnen Lasereinheiten ausgehende Laserlicht in zusammen aus den Strahlvereinigungsmitteln austretendes Laserlicht vereinigen können.The present invention relates to a laser device, in particular 5 for welding or machining a workpiece, comprising a plurality of laser units, each comprising at least one semiconductor laser element, the laser light of the at least one semiconductor laser element being able to emerge from the laser unit, and beam combining means which be able to combine the .0 individual laser units outgoing laser light into laser light emerging from the beam combining means.
Laservorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt und .5 weisen gemäß dem Stand der Technik als Halbleiterlaserelemente sogenannte Stacks von Laserdiodenbarren auf. In Laservorrichtungen der vorgenannten Art wird dabei das von den einzelnen Stacks ausgehende Licht in Strahlvereinigungsmitteln, d ie beispielsweise als Polarisationskoppler oder Wellenlängenkoppler ausgebildet sein :0 können, zusammengefasst und mit entsprechenden Optiken entweder direkt auf ein zu bearbeitendes Werkstück fokussiert oder aber zuerst in eine Lichtleitfaser eingebracht.Laser devices of the type mentioned at the outset are known and, according to the prior art, have so-called stacks of laser diode bars as semiconductor laser elements. In laser devices of the aforementioned type, the light emanating from the individual stacks is combined in beam combining means, which can be designed, for example, as polarization couplers or wavelength couplers: 0 and focused with appropriate optics either directly on a workpiece to be machined or first introduced into an optical fiber ,
Als nachteilig bei Laservorrichtungen der eingangs genannten Art :5 erweist sich, dass bei Ausfall eines als Halbleiterlaserelement dienenden Stacks ein neuer, den ausgefallenen Stack ersetzender Stack nur mit ausgesprochen hohem Justierungsaufwand wieder in die Laservorrichtung eingebracht werden kann. Dies hat seinen Grund darin, dass das von den Stacks beziehungsweise den von diesen im 0 Wesentlichen gebildeten Lasereinheiten ausgehende Laserlicht durch in der Nähe der Stacks angeordnete Optiken geformt beziehungsweise kollimiert werden muss, wobei je nach
Positionierung des neu eingebrachten Stacks in der Laservorrichtung die gesamte optische Justage des Laserlichtes, das von den Lasereinheiten ausgeht, unter Umständen sehr zeitaufwändig sein kann.It proves to be disadvantageous in the case of laser devices of the type mentioned at the outset: 5 that if a stack serving as a semiconductor laser element fails, a new stack which replaces the failed stack can only be reintroduced into the laser device with a particularly high adjustment effort. The reason for this is that the laser light emanating from the stacks or the laser units essentially formed by them must be shaped or collimated by optics arranged in the vicinity of the stacks, depending on Positioning the newly introduced stack in the laser device, the entire optical adjustment of the laser light emanating from the laser units can under certain circumstances be very time-consuming.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung einer Laservorrichtung der eingangs genannten Art, bei der ein ausgefallenes Halbleiterlaserelement mit geringerem Aufwand ersetzt werden kann.The problem on which the present invention is based is the creation of a laser device of the type mentioned at the outset, in which a failed semiconductor laser element can be replaced with less effort.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass mindestens eine, vorzugsweise eine jede der Lasereinheiten Optikmittel umfasst, die gewährleisten, dass das aus der Lasereinheit austretende Laserlicht zumindest teilweise kollimiert ist, wobei mindestens eine, vorzugsweise eine jede der Lasereinheiten eine als Ganzes austauschbare Einheit darstellt. Die das von dem Halbleiterlaserelement ausgehende Laserlicht zumindest teilweise kollimierende Optik ist somit in die Lasereinheiten integriert, wobei diese Lasereinheiten als Ganzes austauschbar sind . Dadurch wird der Justierungsaufwand bei dem Austausch eines defektenThis is achieved according to the invention in that at least one, preferably each, of the laser units comprises optical means which ensure that the laser light emerging from the laser unit is at least partially collimated, at least one, preferably each, of the laser units representing a unit which can be exchanged as a whole. The at least partially collimating laser light emanating from the semiconductor laser element is thus integrated into the laser units, these laser units as a whole being interchangeable. This eliminates the adjustment effort when replacing a defective one
Halbleiterlaserelementes minimiert. Dies hat seinen Grund darin, dass die gesamte Lasereinheit, die neben dem Halbleiterlaserelement auch entsprechende Optikmittel umfasst, ausgetauscht werden kann. Die insbesondere sehr aufwändigen Justierungen sogenannter FAC- Linsen für die Kollimierung der Fast-Axis und sogenannter SAC-Semiconductor laser element minimized. The reason for this is that the entire laser unit, which in addition to the semiconductor laser element also includes appropriate optical means, can be replaced. The particularly complex adjustments of so-called FAC lenses for the collimation of the fast axis and so-called SAC
Linsen für die Kollimierung der Slow-Axis können somit werkseitig in der Lasereinheit vorgegeben sein, so dass der Justierungsaufwand beim Austausch eines Halbleiterlaserelementes vergleichsweise klein sein kann.Lenses for the collimation of the slow axis can thus be preset in the laser unit at the factory, so that the adjustment effort when replacing a semiconductor laser element can be comparatively small.
Gemäß Anspruch 2 kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung Positioniermittel umfasst, die eine reproduzierbare
Positionierung mindestens einer, vorzugsweise einer jeder der Lasereinheiten in der Laservorrichtung ermöglichen. Durch derartige Positioniermittel wird die Position einer ausgetauschten Lasereinheit gegenüber den anderen Lasereinheiten beziehungsweise gegenüber den Strahlvereinigungsmitteln im Wesentlichen der Position entsprechen, die die defekte und inzwischen entfernte Lasereinheit eingenommen hat. Die reproduzierbare Positionierung minimiert somit den Justageaufwand bei Austausch einer Lasereinheit.According to claim 2, it can preferably be provided that the laser device comprises positioning means that are reproducible Allow positioning of at least one, preferably one of each of the laser units in the laser device. By means of such positioning means, the position of an exchanged laser unit with respect to the other laser units or with respect to the beam combining means will essentially correspond to the position which the defective and meanwhile removed laser unit has assumed. The reproducible positioning thus minimizes the adjustment effort when replacing a laser unit.
Gemäß Anspruch 3 kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass die Positioniermittel eine Positionierung der mindestens einen Lasereinheit in zwei, insbesondere drei zueinander senkrechten Raumrichtungen ermöglichen. Gemäß Anspruch 4 kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Positioniermittel eine Positionierung der mindestens einen Lasereinheit in zwei, insbesondere drei voneinander unabhängigen Verstellwinkeln ermöglichen. Die Lasereinheit kann somit weitestgehend vollständig durch die Positioniermittel in einer dreidimensionalen Umgebung positioniert werden.According to claim 3, it can in particular be provided that the positioning means enable the at least one laser unit to be positioned in two, in particular three, spatial directions perpendicular to one another. According to claim 4, it can further be provided that the positioning means enable the at least one laser unit to be positioned in two, in particular three mutually independent adjustment angles. The laser unit can thus be positioned as completely as possible in a three-dimensional environment by the positioning means.
Gemäß Anspruch 5 kann insbesondere vorgesehen sein, dass dieAccording to claim 5 it can in particular be provided that the
Positioniermittel die Positionierung der mindestens einen Lasereinheit mit einer Genauigkeit von 1 μm oder besser ermöglichen. Eine derartige Genauigkeit ist völlig ausreichend für eine beispielsweise für das Laserschweißen verwendete Laservorrichtung. Die Positioniermittel können also den Austausch einer Lasereinheit mit dem darin vorgesehenen Halbleiterlaserelement ohne zusätzliche optische Justierung der eingebauten Lasereinheit ermöglichen.Positioning means enable the positioning of the at least one laser unit with an accuracy of 1 μm or better. Such an accuracy is completely sufficient for a laser device used, for example, for laser welding. The positioning means can thus enable the exchange of a laser unit with the semiconductor laser element provided therein without additional optical adjustment of the installed laser unit.
Gemäß Anspruch 6 kann dabei vorgesehen sein, dass die Positioniermittel Stifte und/oder Vorsprünge sowie mit diesen zusammenwirkende Ausnehmungen umfassen. Derartige Positioniermittel sind zum Einen fertigungstechnisch einfach
herzustellen und können zum Anderen eine Positionierung mit der vorgenannten hohen Genauigkeit ermöglichen.According to claim 6 it can be provided that the positioning means comprise pins and / or projections as well as recesses cooperating with them. Such positioning means are, on the one hand, simple in terms of production technology produce and can also enable positioning with the aforementioned high accuracy.
Gemäß Anspruch 7 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung eine Platte umfasst, auf der die Lasereinheiten und die Strahlvereinigungsmittel angeordnet sind.According to claim 7, it can in particular be provided that the laser device comprises a plate on which the laser units and the beam combining means are arranged.
Alternativ oder zusätzlich kann dazu gemäß Anspruch 8 vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung einen Quader oder dergleichen umfasst, auf dessen Oberflächen die Lasereinheiten und dieAlternatively or additionally, it can be provided according to claim 8 that the laser device comprises a cuboid or the like, on the surfaces of which the laser units and the
Strahlvereinigungsmittel angeordnet sind.Beam combining means are arranged.
Dabei können gemäß Anspruch 9 jeweils Stifte und/oder Vorsprünge und/oder mit d iesen zusammenwirkende Ausnehmungen an der Platte oder dem Quader oder dergleichen und an den Lasereinheiten und/oder den Strahlvereinigungsmitteln vorgesehen sein.Pins and / or projections and / or recesses which cooperate with them can be provided on the plate or cuboid or the like and on the laser units and / or the beam combining means.
Gemäß Anspruch 1 0 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Platte oder der Quader gekühlt sind, insbesondere wassergekühlt. Die Platte oder der Quader können somit nicht nur als Basis für dieAccording to claim 1 0 can be provided in particular that the plate or the cuboid are cooled, in particular water-cooled. The plate or cuboid can not only be used as the basis for the
Positionierung der Lasereinheiten dienen, sondern gleichzeitig auch die Kühlung der Lasereinheiten bewirken.Serve positioning of the laser units, but also effect the cooling of the laser units.
Gemäß Anspruch 1 1 kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Halbleiterlaserelement ein Laserdiodenbarren ist. Ein derartigerAccording to claim 1 1 can be provided in particular that the semiconductor laser element is a laser diode bar. Such one
Laserdiodenbarren ist eine deutlich kleinere und unkompliziertere Einheit als die aus dem Stand der Technik bekannten austauschbaren Stacks von Laserdiodenbarren. Durch die Zusammenfassung eines Laserdiodenbarrens mit entsprechenden Optikmitteln zur Kollimierung des von dem Laserdiodenbarren ausgehenden Lichts wird eine kompakte Lasereinheit geschaffen, die einfach austauschbar ist und insbesondere auch wesentlich kostengünstiger ist als ein Stack von
Laserdiodenbarren. Wenn bei einem Stack von Laserdiodenbarren einer der Laserdiodenbarren des Stacks ausfällt, muss der gesamte ausgesprochen teure Stack ausgetauscht werden. Bei der erfindungsgemäßen Laservorrichtung muss lediglich eine vergleichsweise kostengünstige kompakte Lasereinheit ausgetauscht werden, d ie als Halbleiterlaserelement einen Laserd iodenbarren enthält.Laser diode bars is a significantly smaller and less complicated unit than the interchangeable stacks of laser diode bars known from the prior art. By combining a laser diode bar with appropriate optical means for collimating the light emanating from the laser diode bar, a compact laser unit is created which is simple to replace and, in particular, is also considerably less expensive than a stack of Laser diode bars. If one of the laser diode bars in the stack fails in a stack of laser diode bars, the entire extremely expensive stack must be replaced. In the laser device according to the invention, it is only necessary to replace a comparatively inexpensive, compact laser unit, which contains a laser diode bar as the semiconductor laser element.
Gemäß Anspruch 12 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung derart gestaltet ist, dass mindestens eine, insbesondere jede der Lasereinheiten während des Betriebs der Laservorrichtung austauschbar ist. Auf diese Weise wird der reibungslose Betrieb der erfindungsgemäßen Laservorrichtung gewährleistet. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Laservorrichtungen war dies insbesondere aufgrund der schwierigenAccording to claim 12, it can in particular be provided that the laser device is designed in such a way that at least one, in particular each, of the laser units can be replaced during operation of the laser device. In this way, the smooth operation of the laser device according to the invention is ensured. In the case of the laser devices known from the prior art, this was due in particular to the difficult ones
Nachjustage des von den Stacks ausgehenden Laserlichts nicht möglich.Readjustment of the laser light coming from the stacks is not possible.
Gemäß Anspruch 13 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Strahlvereinigungsmittel eine Mehrzahl von Spiegeln zur Vereinigung des von mehreren Lasereinheiten ausgehenden Laserlichts umfassen , wobei insbesondere das von einer der Lasereinheiten ausgehende Laserlicht an einem der Spiegel reflektiert werden kann, wohingegen das von einer anderen Lasereinheit ausgehende Laserlicht an diesem Spiegel vorbeitreten kann. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln das von zwei oder mehreren Lasereinheiten ausgehende Laserlicht vereinigt werden.According to claim 13, it can be provided in particular that the beam combining means comprise a plurality of mirrors for combining the laser light emanating from a plurality of laser units, in particular the laser light emanating from one of the laser units can be reflected on one of the mirrors, whereas the laser light emanating from another laser unit can walk past this mirror. In this way, the laser light emanating from two or more laser units can be combined with simple means.
Gemäß Anspruch 14 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Strahlvereinigungsmittel mindestens einen Polarisationskoppler umfassen, der Laserlicht unterschiedlicher Polarisation zusammenfassen kann.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann gemäß Anspruch 15 vorgesehen sein, dass die Strahlvereinigungsmittel mindestens einen Wellenlängenkoppler umfassen, der Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen zusammenfassen kann. Durch diese aus dem Stand der Technik bekannten Wellenlängenkoppler kann somit auch das aus derAccording to claim 14, it can be provided in particular that the beam combining means comprise at least one polarization coupler which can combine laser light of different polarization. Alternatively or additionally, it can be provided according to claim 15 that the beam combining means comprise at least one wavelength coupler that can combine laser light of different wavelengths. By means of these wavelength couplers known from the prior art, that from the
Laservorrichtung austretende Laserlicht aus Anteilen unterschiedlicher Wellenlängen bestehen. Dies kann unter Umständen von Vorteil sein. I nsbesondere können hier auch kundenspezifische Anforderungen hinsichtlich unterschied licher Wellenlängen erfüllt werden.Laser device emerging laser light consist of portions of different wavelengths. This may be an advantage. In particular, customer-specific requirements with regard to different wavelengths can also be met here.
Gemäß Anspruch 16 kann vorgesehen sein, dass mindestens eine, vorzugsweise eine jede der Lasereinheiten als Modul ausgebildet ist, insbesondere als gekapseltes Modul, vorzugsweise als mit Stickstoff oder dergleichen gefülltes Modul. Die Ausführung einer Lasereinheit als gekapseltes Modul macht die Lasereinheit gegenüber Umwelteinflüssen vergleichsweise unempfindlich, so dass insbesondere die werkseitige Vorjustierung der Optikmittel nicht beeinträchtigt wird . Auf diese Weise kann die Laservorrichtung vergleichsweise störungsfrei betrieben werden. Durch die Füllung dieses gekapselten Moduls mit Stickstoff oder anderen vergleichsweise neutralen Gasen wird diese Unempfindlichkeit der Lasereinheit weiter erhöht.According to claim 16 it can be provided that at least one, preferably each, of the laser units is designed as a module, in particular as an encapsulated module, preferably as a module filled with nitrogen or the like. The design of a laser unit as an encapsulated module makes the laser unit comparatively insensitive to environmental influences, so that in particular the factory pre-adjustment of the optical means is not impaired. In this way, the laser device can be operated comparatively trouble-free. This insensitivity of the laser unit is further increased by filling this encapsulated module with nitrogen or other comparatively neutral gases.
Gemäß Anspruch 1 7 kann insbesondere vorgesehen sein, dass dieAccording to claim 1 7 can in particular be provided that the
Laservorrichtung Steuermittel umfasst, die die Ausgangsleistung der Laservorrichtung steuern können.Laser device control means which can control the output power of the laser device.
Dabei kann gemäß Anspruch 18 vorgesehen sein, dass die Steuermittel bei Ausfall einer Lasereinheit den Versorgungsstrom und/oder die Versorgungsspannung der anderen Lasereinheiten derart verändern können, dass die Gesamtleistung des aus der
Laservorrichtung austretenden Laserlichts im Wesentlichen gleich bleibt. Auf diese Weise wird der reibungslose Betrieb der Laservorrichtung gewährleistet.It can be provided according to claim 18 that the control means can change the supply current and / or the supply voltage of the other laser units in the event of failure of a laser unit in such a way that the total output of the Laser device emerging laser light remains substantially the same. In this way, the smooth operation of the laser device is ensured.
Gemäß Anspruch 19 kann alternativ oder zusätzlich dazu vorgesehen sein , dass die Laservorrichtung mindestens eine als Reserve dienende Lasereinheit umfasst, wobei die Steuermittel bei Ausfall einer Lasereinheit die mindestens eine als Reserve dienende Lasereinheit in Betrieb nehmen können, so dass die Gesamtleistung des aus der Laservorrichtung austretenden Laserlichts imAs an alternative or in addition, it can be provided that the laser device comprises at least one laser unit serving as a reserve, the control means being able to operate the at least one laser unit serving as a reserve in the event of a laser unit failure, so that the total output of the laser device exiting the laser device Laser light in
Wesentlichen gleich bleibt. Auch durch diese Maßnahme kann der reibungslose Betrieb der erfindungsgemäßen Laservorrichtung gewährleistet werden.Remains essentially the same. This measure can also ensure the smooth operation of the laser device according to the invention.
Gemäß Anspruch 20 kann insbesondere vorgesehen sein, dass dieAccording to claim 20 it can in particular be provided that the
Optikmittel der mindestens einen, vorzugsweise einer jeder der Lasereinheiten eine FAC-Linse und/oder eine SAC-Linse, vorzugsweise zusätzlich weitere Linsen zur Homogenisierung und/oder Strahltransformation, umfassen. Durch derartig ausgebildete Optikmittel kann das aus der Lasereinheit austretende Laserlicht hohen Ansprüchen gerecht werden und problemlos durch die Strahlvereinigungsmittel mit dem aus anderen Lasereinheiten austretenden Laserlicht vereinigt werden beziehungsweise kann das vereinigte Laserlicht vergleichsweise einfach auf einen Anwendungsbereich auf dem Werkstück fokussiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenOptical means of the at least one, preferably each of the laser units comprise a FAC lens and / or a SAC lens, preferably additionally additional lenses for homogenization and / or beam transformation. By means of such optical means, the laser light emerging from the laser unit can meet high demands and can be easily combined with the laser light emerging from other laser units by means of the beam combining means, or the combined laser light can be focused comparatively easily on an area of application on the workpiece. Further features and advantages of the present invention will become clear from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show in it
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;Figure 1 is a schematic plan view of a section of a laser device according to the invention.
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;2 shows a schematic top view of a further embodiment of a laser device according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;3 shows a schematic plan view of a section of a further embodiment of a laser device according to the invention;
Fig. 4 eine Ansicht gemäß den Pfeilen IV-IV in Fig. 3.4 is a view according to arrows IV-IV in FIG. 3rd
Die aus Fig . 1 ersichtliche erfindungsgemäße Laservorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lasereinheiten 1 , die jeweils in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ein Halbleiterlaserelement 2 sowie Optikmittel 3 umfasst. Das Halbleiterlaserelement 2 kann dabei insbesondere als Laserdiodenbarren ausgebildet sein. Die Optikmittel 3 sind lediglich schematisch durch eine Linse dargestellt. Die Optikmittel 3 können insbesondere eine FAC-Linse, mehrere SAC-The from Fig. 1 visible laser device according to the invention comprises a plurality of laser units 1, each of which comprises a semiconductor laser element 2 and optical means 3 in the illustrated embodiment. The semiconductor laser element 2 can in particular be designed as a laser diode bar. The optical means 3 are only shown schematically by a lens. The optical means 3 can in particular one FAC lens, several SAC
Linsen sowie weitere Strahlformungsmittel umfassen. Die FAC-Linse dient dabei zur zumindest teilweisen Kollimierung des von dem Laserdiodenbarren 2 ausgehenden Laserlichts in der sogenannten Fast-Axis-Richtung, wohingegen die SAC-Linsen zur zumindest teilweisen Kollimierung des von dem Laserdiodenbarren ausgehendenLenses and other beam shaping means include. The FAC lens is used for at least partial collimation of the laser light emanating from the laser diode bar 2 in the so-called fast-axis direction, whereas the SAC lenses are used for at least partial collimation of the light emitting from the laser diode bar
Laserlichts in der dazu senkrechten, sogenannten Slow-Axis d ienen. Die weiteren Strahlformungsmittel der Lasereinheiten 1 können
beispielsweise Homogenisierer oder aber auch Linsenkombinationen zur Zusammenfassung der einzelnen Teilstrahlen des von dem Halbleiterlaserelement ausgehenden Lichtes sein.Serve laser light in the perpendicular, so-called slow axis. The other beam shaping means of the laser units 1 can for example, homogenizers or lens combinations for combining the individual partial beams of the light emanating from the semiconductor laser element.
Eine jede der Lasereinheiten 1 kann somit derart gestaltet sein, dass ein vergleichsweise gut kollimierter, insbesondere homogener und gut fokussierbarer Laserstrahl 4a bis 4h aus ihnen austritt. Insbesondere können die Lasereinheiten 1 modulartig ausgebildet sein und dabei beispielsweise gekapselt sein, so dass das Innere der Lasereinheiten 1 keinerlei oder nur sehr wenigen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist.Each of the laser units 1 can thus be designed such that a comparatively well-collimated, in particular homogeneous and well-focussable laser beam 4a to 4h emerges from them. In particular, the laser units 1 can have a modular design and can be encapsulated, for example, so that the interior of the laser units 1 is not exposed to any or only very few environmental influences.
I nsbesondere könnten diese gekapselten Lasereinheiten 1 auch mit Stickstoff oder ähnlich neutralen Gasen gefüllt sein.In particular, these encapsulated laser units 1 could also be filled with nitrogen or similar neutral gases.
Die in Fig. 1 abgebildete Laservorrichtung umfasst weiterhin Strahlvereinigungsmittel 5, mittels denen die aus den einzelnenThe laser device shown in FIG. 1 further comprises beam combining means 5, by means of which the individual
Lasereinheiten 1 austretenden Laserstrahlen 4a bis 4h vereinigt werden können. Dazu umfassen die Strahlvereinigungsmittel 5 eine Mehrzahl von Spiegeln 6, die jeweils eine Mehrzahl von Laserstrahlen 4a bis 4h derart zusammenfassen können, dass aus den Strahlvereinigungsmitteln 5 das zusammengefasste Laserlicht 7 der einzelnen Lasereinheiten 1 austreten kann.Laser units 1 emerging laser beams 4a to 4h can be combined. For this purpose, the beam combining means 5 comprise a plurality of mirrors 6, each of which can combine a plurality of laser beams 4a to 4h in such a way that the combined laser light 7 of the individual laser units 1 can emerge from the beam combining means 5.
Aus Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich , d ie das Zusammenfassen einzelner Laserstrahlen 8a bis 8h durch Spiegel 9a bis 9h verdeutlicht. Dabei ist insbesondere ersichtlich, dass der von einer ersten Lasereinheit 1 ausgehende Laserstrahl 8a an dem Spiegel 9a nach unten in Fig . 3 reflektiert wird. Der von einer zweiten Lasereinheit 1 ausgehende Laserstrahl 8b wird von einem zweiten Spiegel 9b nach unten in Fig. 3 reflektiert, wobei der von dem Spiegel 9a ausgehende Laserstrahl 8a über diesen zweiten Spiegel 9b hinweg verläuft (siehe dazu Fig. 4). Der von einer dritten Lasereinheit 1 ausgehende Laserstrahl 8c wird
von einem dritten Spiegel 9c nach unten in Fig. 3 reflektiert, wobei die von den beiden Spiegeln 9a und 9b reflektierten Laserstrahlen 8a und 8 b über diesen Spiegel 9c hinwegverlaufen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, d ass die übrigen Spiegel 9d bis 9h entsprechend ausgebildet sind und in Richtung von links nach rechts in Fig. 4 beziehungsweise von unten n ach oben in Fig. 3 eine immer geringere Höhe haben, so dass immer mehr der Laserstrahlen 8a bis 8g über die Spiegel 9d bis 9h hinweg verlaufen können.3 shows a further embodiment of a device according to the invention, which illustrates the combination of individual laser beams 8a to 8h by mirrors 9a to 9h. It can be seen in particular that the laser beam 8a emanating from a first laser unit 1 on the mirror 9a downwards in FIG. 3 is reflected. The laser beam 8b emanating from a second laser unit 1 is reflected downward in FIG. 3 by a second mirror 9b, the laser beam 8a emanating from the mirror 9a passing over this second mirror 9b (see FIG. 4 in this regard). The laser beam 8c emanating from a third laser unit 1 becomes 3 reflected downward from a third mirror 9c, the laser beams 8a and 8b reflected by the two mirrors 9a and 9b passing over this mirror 9c. From Fig. 4 it can be seen that the remaining mirrors 9d to 9h are designed accordingly and have an ever smaller height in the direction from left to right in Fig. 4 or from bottom to top in Fig. 3, so that more and more Laser beams 8a to 8g can run across the mirrors 9d to 9h.
A uf diese Weise wird erreicht, dass nach unten aus Fig. 3 ein Bündel von übereinander angeordneten Laserstrahlen 8a austreten kann, das b eispielsweise durch weitere Optikmittel wie der beispielhaft e i ngezeichneten Linse 10 auf einen gemeinsamen Fokusbereich fokussiert werden kann.In this way it is achieved that a bundle of laser beams 8a arranged one above the other can emerge downward from FIG. 3 and can be focused on a common focus area, for example, by further optical means such as the lens 10 shown as an example.
Aus Fig. 1 sind weiterhin eine Optikeinheit 1 1 mit einem schematisch d arin verdeutlichten optischen Element 12 sowie beispielhaft eine F asereinkopplung 13 abgebildet. I nnerhalb der Optikeinheit 1 1 b efindet sich weiterhin ein Strahlvereinigungsmittel 14, das b eispielsweise als sogenannter Polarisationskoppler ausgebildet sein kann. Hier wird das aus dem Strahlvereinigungsmittel 5 austretende Laserlicht 7 mit beispielsweise aus ähnlichen1 also shows an optical unit 11 with a schematically illustrated optical element 12 and, by way of example, a fiber coupling 13. Within the optics unit 1 1 there is also a beam combining means 14, which can be designed, for example, as a so-called polarization coupler. Here, the laser light 7 emerging from the beam combining means 5 is used, for example, from similar ones
Strahlvereinigungsmitteln austretendem Laserlicht 7' vereinigt. Dazu rn uss das Laserlicht 7 eine andere Polarisation aufweisen als das Laserlicht 7', insbesondere müssen die Polarisationsvektoren desBeam combining means emerging laser light 7 'united. For this purpose, the laser light 7 must have a different polarization than the laser light 7 ', in particular the polarization vectors of the
L aserlichtes 7, 7' senkrecht aufeinander stehen. Derartige Polarisationskoppler sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.Laser light 7, 7 'are perpendicular to each other. Such polarization couplers are well known from the prior art and are not described in detail here.
A lternativ besteht d ie Möglichkeit, dass das StrahlvereinigungsmittelAlternatively, there is the possibility that the beam combining means
1 4 als sogenannter Wellenlängenkoppler ausgebildet ist. Hierzu m üssten das Laserlicht 7 und das Laserlicht 7' eine unterschiedliche
Wellenlänge aufweisen, so dass mit beispielsweise dielektrischen Spiegeln oder dergleichen eine Strahlvereinigung des Laserlichtes 7 mit dem Laserlicht 7' stattfinden kann. Auch derartige Wellenlängenkoppler sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.1 4 is designed as a so-called wavelength coupler. For this purpose, the laser light 7 and the laser light 7 'would have to be different Have a wavelength so that, for example, dielectric mirrors or the like can combine the laser light 7 with the laser light 7 '. Such wavelength couplers are also well known from the prior art and are not described in detail here.
I nnerhalb der Optikeinheit 1 1 kann beispielsweise mittels des schematisch dargestellten optischen Elementes 12 das derart zusammengefasste Laserlicht 7, 7' weiter geformt werden. I nsbesondere können übereinander angeordnete Teilstrahlen mit aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln zusammengefasst werden. Auf diese Weise kann durch die nachfolgend abgebildete Fasereinkopplung 13 das Laserlicht in eine Lichtleitfaser eingekoppelt werden. Alternativ kann auch das aus der Optikeinheit 1 1 austretende Laserlicht direkt zur Materialbearbeitung beziehungsweise zumWithin the optical unit 11, the laser light 7, 7 ′ combined in this way can be shaped further, for example, by means of the schematically illustrated optical element 12. In particular, partial beams arranged one above the other can be combined using means known from the prior art. In this way, the laser light can be coupled into an optical fiber by the fiber coupling 13 shown below. Alternatively, the laser light emerging from the optical unit 11 can also be used directly for material processing or
Schweißen verwendet werden. Dazu kann beispielsweise die Optikeinheit entsprechende Fokussiermittel umfassen, die einen zum Schweißen geeigneten Fokusbereich erzeugen können.Welding can be used. For this purpose, for example, the optical unit can comprise corresponding focusing means, which can generate a focus area suitable for welding.
Aus Fig. 2 ist eine Laservorrichtung ersichtlich, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1 . I nsbesondere sind auch hier eine Mehrzahl von Lasereinheiten 1 vorgesehen. Weiterhin sind vier Strahlvereinigungsmittel 5 eingezeichnet, die beispielsweise wie das Strahlvereinigungsmittel 5 in Fig. 1 ausgebildet sind . Die von diesen Strahlvereinigungsmitteln 5 ausgehenden Laserstrahlen können in weiteren Strahlvereinigungsmitteln 14 sukzessiv zusammengefasst werden. Beispielsweise können dabei das in Fig. 2 linke und das in Fig. 2 rechte Strahlvereinigungsmittel 14 als Polarisationskoppler ausgeführt sein und das in Fig. 2 mittlere Strahlvereinigungsmittel 14 als2 shows a laser device in which the same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. In particular, a plurality of laser units 1 are also provided here. Furthermore, four beam combining means 5 are shown, which are designed, for example, like the beam combining means 5 in FIG. 1. The laser beams emanating from these beam combining means 5 can be successively combined in further beam combining means 14. For example, the beam combination means 14 on the left in FIG. 2 and the right in FIG. 2 can be designed as a polarization coupler and the beam combination means 14 in the middle in FIG. 2 as
Wellenlängenkoppler ausgeführt sein.
Auch in Fig . 2 sind eine Optikeinheit 1 1 und eine Fasereinkopplung 13 abgebildet, wobei durch d ie Fasereinkopplung 13 das zusammengefasste Laserlicht in eine Lichtleitfaser 15 eingekoppelt wird.Wavelength coupler can be executed. Also in Fig. 2, an optical unit 11 and a fiber coupling 13 are shown, the combined laser light being coupled into an optical fiber 15 by the fiber coupling 13.
Die in Fig. 1 bis Fig. 3 abgebildete Lasereinheiten 1 können insbesonde re sämtlich auf einer Platte angeordnet sein. Alternativ dazu könne n die Lasereinheiten auch auf den Oberflächen eines Quaders in d rei Raumrichtungen zueinander angeordnet sein. Insbesonde re umfassen die abgebildeten LaservorrichtungenThe laser units 1 shown in FIGS. 1 to 3 can in particular all be arranged on a plate. Alternatively, the laser units could also be arranged on the surfaces of a cuboid in three spatial directions with respect to one another. In particular include the laser devices shown
Positioniermittel , die eine reproduzierbare Positionierung einer jeder der Laserei nheiten 1 auf der Platte oder auf dem Quader ermöglichen . Beispielsweise können diese Positioniermittel Stifte und dazugehörige Ausnehmun gen oder Vorsprünge und dazugehörige Ausnehmungen umfassen. Beispielsweise können dabei die Stifte auf der Platte oder dem Quade r angeordnet sein und die Ausnehmungen in den Lasereinhe iten 1 oder aber auch umgekehrt. Insbesondere können durch diese Positioniermittel Positioniergenauigkeiten von 1 μm oder besser erzi elt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Positioniermittel eine Positionierung der Lasereinheiten in drei voneinande r unabhängigen Raumrichtungen und drei voneinander unabhängig en Winkelstellungen, wie beispielsweise einem Nickwinkel , einem Schwenkwinkel und einem Drehwinkel ermöglichen.Positioning means that enable reproducible positioning of each of the laser units 1 on the plate or on the cuboid. For example, these positioning means can comprise pins and associated recesses or projections and associated recesses. For example, the pins can be arranged on the plate or the square r and the recesses in the laser units 1 or vice versa. In particular, positioning accuracies of 1 μm or better can be achieved using these positioning means. There is also the possibility that the positioning means enable the laser units to be positioned in three mutually independent spatial directions and three mutually independent angular positions, such as, for example, a pitch angle, a swivel angle and an angle of rotation.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die Platte und/oder derThere is still the possibility that the plate and / or the
Quader wassergekühlt sind, insbesondere von einem ganzen System von Wasserleitungen durchzogen sind .Cuboids are water-cooled, in particular are traversed by a whole system of water pipes.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass das von einzelnen Lasereinhe iten 1 ausgehende Laserlicht eine andere Wellenlänge aufweist als das von anderen Lasereinheiten 1 ausgehende Laserlicht. I nsgesamt können in der erfindungsgemäßen
Laservorrichtung d urchaus vier oder mehr unterschied liche Laserwellenlängen miteinander zusammengefasst werden.There is also the possibility that the laser light originating from individual laser units 1 has a different wavelength than the laser light originating from other laser units 1. Overall, in the invention Laser device by four or more different laser wavelengths are combined together.
Di e erfindungsgemäße Laservorrichtung kann weiterhin als Steuerelektronik ausgebildete Steuermittel umfassen, die bei Ausfall ei ner der Lasereinheiten beispielsweise die Versorgungsspannung und/oder den Versorgungsstrom der übrigen Lasereinheiten erhöhen kö nnen, so dass die Ausgangsleistung der gesamten Laservorrichtung im Wesentlichen gleich bleibt. Alternativ oder zusätzlich dazu könnten in der Laservorrichtung auch als Reserve dienende Lasereinheiten vo rhanden sein, die bei Ausfall einer oder mehrerer der Lasereinheiten 1 in Betrieb genommen werden.The laser device according to the invention can further comprise control means designed as control electronics, which can increase, for example, the supply voltage and / or the supply current of the other laser units if one of the laser units fails, so that the output power of the entire laser device remains essentially the same. As an alternative or in addition to this, laser units serving as a reserve could also be present in the laser device and are put into operation in the event of failure of one or more of the laser units 1.
Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Laservorrichtung das Auswechseln einer einzelnen Lasereinheit 1 während des Betriebs derFurthermore, in the laser device according to the invention, the replacement of a single laser unit 1 during the operation of the
Laservorrichtung möglich sein. Hierzu könnten beispielsweise Sicherheitsmittel vorgesehen sein, die verhindern, dass bei Betrieb de r Laservorrichtung Licht an einer anderen Stelle als der dafür vo rgesehenen austritt. Beispielsweise könnten bei dem Auswechseln ei ner Lasereinheit 1 Fenster geschlossen werden, um Rücklicht oder dergleichen zu verhindern. Insbesondere können die einzelnen Lasereinheiten mit einer vergleichsweise kleinen Versorgungsspannung von beispielsweise 2V betrieben werden, so dass aufgrund d ieser niedrigen Versorgungsspannung das händische Auswechseln einer einzelnen Lasereinheit mit keinerlei Gefahren für de n Benutzer verbunden ist.
Bezugszeichenliste Lasereinheit Halbleiterlaserelement Optikmittela - 4h von 1 ausgehendes Laserlicht Strahlvereinigungsmittel Spiegel, 7' aus 5 austretendes Laserlichta - 8h von Lasereinheiten 1 ausgehendes Laserlichta - 9h Spiegel0 Linse1 Optikeinheit2 optisches Element in 1 13 Fasereinkopplung4 Strahlvereinigungsmittel5 Lichtleitfaser
Laser device may be possible. For this purpose, safety means could be provided, for example, which prevent light from escaping at a different location than the one provided for when the laser device is in operation. For example, when replacing a laser unit 1, windows could be closed to prevent taillights or the like. In particular, the individual laser units can be operated with a comparatively small supply voltage of, for example, 2V, so that due to this low supply voltage, manual replacement of an individual laser unit is not associated with any dangers for the user. LIST OF REFERENCE NUMERALS Laser unit semiconductor laser element opticsa - 4h of 1 outgoing laser light beam combination means mirror, 7 'out of 5 outgoing laser lightta - 8h outgoing laser lightta - 9h laser light outgoing - 9h mirror0 lens1 optics unit2 optical element in 1 13 fiber coupling4 beam combining means5 optical fiber