WO2006037370A1 - Laseranordnung - Google Patents

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WO2006037370A1
WO2006037370A1 PCT/EP2004/013494 EP2004013494W WO2006037370A1 WO 2006037370 A1 WO2006037370 A1 WO 2006037370A1 EP 2004013494 W EP2004013494 W EP 2004013494W WO 2006037370 A1 WO2006037370 A1 WO 2006037370A1
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laser
laser light
light sources
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workpiece
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Vitalij Lissotschenko
Aleksei Mikhailov
Original Assignee
Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a laser arrangement according to claim 1.
  • the plurality of laser light sources mentioned in the aforementioned arrangement can be realized not only by a plurality of lasers, but also by the laser radiation emitted by a laser beam, which is split into a plurality of partial beams. For example, these partial beams can then be coupled into different optical fibers.
  • the laser beam forms a work area on the workpiece, which is defined by a specific energy input. It is also known to arrange a number of laser light sources in a row and to align their laser beams together on a workpiece. In this case, when the laser beams are aligned in parallel, a working area is formed by the intersecting laser beams.
  • edge regions of the linear working region which have a lower energy density result, since they are only achieved by one laser light source and inner regions of higher energy density, since they reach from two or more laser light sources become.
  • a work area is required, for example, which has a minimum and predetermined energy irradiation and a predetermined spatial extent having. Accordingly, a corresponding number of laser light sources must be arranged in the manner described above in order to meet the requirements for energy irradiation and expansion, whereas the edge regions, which can be achieved for example only by a laser light source, remain unused, since the energy input is too low here.
  • this object is achieved in that at least one reflection element is provided, which is suitable for deflecting part of the laser radiation into the working area. Accordingly, the otherwise unusable laser radiation can be diverted into the work area, whereby the efficiency is increased. Also, a more homogeneous energy distribution over the work area can be achieved by the deflection, as targeted areas with lower energy density can be additionally illuminated.
  • a plurality of laser light sources are arranged in at least one row, wherein the laser light sources form a linear working area, wherein the at least one reflection element is adapted to the emanating from the outer laser light sources laser radiation in the Reflect workspace.
  • the at least one reflection element is designed to be flat, wherein the row of laser light sources is aligned approximately orthogonal to the at least one reflection element.
  • a first reflection element and a second reflection element are provided, wherein the reflection elements extend approximately between the laser light sources and the workpiece. This arrangement is particularly suitable for industrial use.
  • a lens device to be arranged between the laser light sources and the workpiece for collimation or focusing of the laser beams emitted by the laser light sources with respect to one direction, in particular with respect to a direction perpendicular to the mean propagation direction of the laser beams , suitable is.
  • the lens device is at least one cylindrical lens. It can also be provided that the lens device is a plurality of cylindrical lenses which preferably enclose an angle not equal to 0 ° and not equal to 180 °, in particular an angle between 140 ° and 160 °.
  • the laser light sources are arranged in parallel rows.
  • the distance between the lens device and the workpiece is about 50 cm. This makes it possible to design working areas with a particularly homogeneous energy density.
  • the laser light source is an optical fiber, which is preferably fed by at least one semiconductor laser.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a laser arrangement according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a laser arrangement according to the invention in a plan view
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a laser arrangement according to the invention in a lateral view
  • Fig. 4 is a schematic representation of another
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an embodiment according to FIG. 4 of a laser arrangement according to the invention in a lateral view
  • FIG. 6 shows a perspective view of an embodiment according to FIG. 4 with a reflection element
  • Fig. 7 is a purely schematic and not real conditions directed representation to illustrate the formation of the linear work area by overlapping laser light incident cone after passing through the lens device.
  • FIG. 1 Di ⁇ Fig. 1 shows a laser arrangement according to the prior art.
  • a plurality of laser light sources 1 are each arranged in a row and their laser light exit is aligned in the direction of a workpiece 6.
  • a linear work area 5 is generated on the workpiece, which is characterized by different energy densities, but in any case by low energy densities in the edge regions because of the respective overlaps of the indicated laser beam cone.
  • the laser arrangement according to the invention is initially characterized in that two flat reflection elements 2, 2a, in particular flat mirrors, are provided at least in sections laterally of the laser light sources 1 and the workpiece 2.
  • the reflection elements 2, 2 a are suitable for reflecting part of the laser light into a predeterminable work area 5.
  • the laser light of the laser light sources 1 provided at the edge can likewise be utilized for the predetermined working area 5.
  • Another advantageous effect of the arrangement of reflection elements 2, 2a in the proposed manner is that the homogeneity of the energy distribution over the working area 5 can be improved.
  • areas of high energy radiation result in addition to areas of low or lowest energy radiation.
  • the degree of energy irradiation depends inter alia on how many laser light sources 1 illuminate a specific section of the working area 5.
  • By appropriate reflection or deflection of the laser beams targeted areas with low or lowest laser light irradiation can be additionally illuminated, so that a largely homogeneous energy distribution along the work area can be ensured.
  • At least one cylindrical lens 3 is arranged between the laser light sources 1 and the workpiece 6 or working area 5.
  • the cylindrical lens 3 also contributes to a homogenization of the energy distribution along the working area 5 and to the advantageous shaping of the working area 5.
  • a sequence of intersecting circular laser light cones forming the working area 5 results.
  • a cylindrical lens 3 is inserted into the beam path, the originally diverging laser beam is collimated or focused in one direction, but not affected in the direction perpendicular thereto, so that the working area 5 now characterized by a sequence of highly elliptically shaped incident light cones is (see purely exemplary and shown schematically in Fig. 7).
  • there are extensive overlapping areas which result in an approximately homogeneous energy distribution over the working area 5. Particularly good results are obtained at a distance of about 50 cm between the cylindrical lens and the workpiece 6.
  • a plate 4 permeable to the laser light is advantageously provided between the reflection elements 2, 2a and the workpiece 6.
  • the laser light sources are 1 ⁇ m optical fibers, which are correspondingly exposed to a suitable laser.
  • it can also be provided to attach the laser directly to the indicated Einstrahlpositionen (laser light source 1), however, this results in unnecessary restrictions on the distance of the laser light sources 1 to each other, which should preferably be 1 cm.
  • optical fibers in approximately circular laser beams in contrast to directly emerging from the laser laser beams, for example, have a predominantly square cross-section.
  • a laser beam with a circular cross section or with an elliptical cross section (after the cylindrical lens 3) produces much softer transition regions in terms of energy distribution than would be the case, for example, with laser beams with a rectangular cross section (after the cylindrical lens 3).
  • laser light sources 1 are used with a laser light power of about 100 W. It is envisaged that about 100 laser light sources 1 are combined in a laser light arrangement, so that a light output in the working area 5 of about 10 kW results. However, it is conceivable light powers of 1 megawatt, which can be achieved preferably by individual laser light sources 1 of about 400 watts and an arrangement of Laser light sources 1 and the cylindrical lens 3 as shown schematically in FIG. 6.
  • the cylindrical lens 3 is arranged like a dome above the workpiece 6 or the working area 5.
  • the arrangement or alignment of the laser light sources 1 and the cylindrical lens 3 is in each case selected so that the laser beams form the linear working area 5, which is optimized or homogenized in the manner proposed above , Alternatively, an arrangement of a plurality of cylindrical lenses 3, 3a, 3b may be provided.
  • a laser arrangement according to the prior art can be significantly improved with the measures proposed here, both with regard to the homogenization of the energy distribution in the working area 5, and in the efficiency of energy irradiation in the working area 5.
  • the number of laser light sources can be 1 at the same light power in the work area reduce, since the laser light is exploited much more effectively by the laser light of the external laser light sources 1 is deflected into the work area.
  • a significantly higher light output can also be introduced into the working area, whereby such high powers of 1 megawatt in the working area 5 are possible in a rational manner.
  • Such a laser arrangement offers high reliability. In the event that a laser light source should fail, this will only result in a power loss of 0.01%, whereas the failure of a laser light source in a prior art arrangement already represents 1% power loss.
  • a laser arrangement proposed here can be provided, for example, for drying a workpiece web or also for melting workpiece surfaces. Accordingly, it can also be provided that the workpiece 6 and the laser arrangement are each moved relative to each other.

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Abstract

Laseranordnung zur Bearbeitung eines Werkstückes (6), umfassend eine Mehrzahl von Laserlichtquellen (1) zur Einbringung einer Laserstrahlung in einen vorbestimmbaren Arbeitsbereich (5) und mindestens ein Reflektionselement (2, 2a), welches dazu geeignet ist, einen Teil der Laserstrahlung in den Arbeitsbereich (5) umzulenken.

Description

" Laseranordnung"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laseranordnung gemäß Anspruch 1.
Die in der vorgenannten Anordnung erwähnte Mehrzahl von Laserlichtquellen kann nicht nur durch eine Mehrzahl von Lasern realisiert werden, sondern auch durch die von einem Laser ausgehende Laserstrahlung, die in mehrere Teilstrahlen aufgespalten wird. Beispielsweise können diese Teilstrahlen dann in unterschiedliche Lichtleitfasern eingekoppelt werden.
Es ist bekannt, Werkstücke mit einem Laserstrahl zu bearbeiten. Der Laserstrahl bildet einen Arbeitsbereich auf dem Werkstück aus, der durch einen bestimmten Energieeintrag definiert ist. Es ist weiterhin bekannt eine Anzahl von Laserlichtquellen in einer Reihe anzuordnen und deren Laserstrahlen gemeinsam auf ein Werkstück auszurichten. In diesem Fall ergibt sich bei paralleler Ausrichtung der Laserstrahlen ein Arbeitsbereich der durch die sich überschneidenden Laserstrahlen ausgebildet wird.
Bedingt durch die Auffächerung und Überschneidung der Laserstrahlen (angedeutet in Fig. 1 ) ergeben sich Randbereiche des linienförmigen Arbeitsbereichs, die eine geringere Energiedichte aufweisen, da sie lediglich von einer Laserlichtquelle erreicht werden und innere Bereiche höherer Energiedichte, da sie von zwei oder mehr Laserlichtquellen erreicht werden.
Für die Bearbeitung eines Werkstücks wird jedoch beispielsweise ein Arbeitsbereich gefordert, der eine minimale und vorgegebene Energieeinstrahlung und eine vorbestimmte räumliche Ausdehnung aufweist. Dementsprechend müssen entsprechend viele Laserlichtquellen in der zuvor beschrieben Weise angeordnet werden um die Anforderungen hinsichtlich Energieeinstrahlung und Ausdehnung zu erfüllen, wohingegen die Randbereiche, die beispielsweise nur von einer Laserlichtquelle erreicht werden können, ungenutzt bleiben, da der Energieeintrag hier zu gering ist.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laseranordnung bereitzustellen, die durch einen höheren Wirkungsgrad gekennzeichnet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens ein Reflektionselement vorgesehen ist, welches dazu geeignet ist, einen Teil der Laserstrahlung in den Arbeitsbereich umzulenken. Dementsprechend kann die ansonsten nicht nutzbare Laserstrahlung in den Arbeitsbereich umgeleitet werden, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Auch kann durch die Umlenkung eine homogenere Energieverteilung über den Arbeitsbereich erreicht werden, da gezielt Bereiche mit geringerer Energiedichte zusätzlich ausgeleuchtet werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Laserlichtquellen in mindestens einer Reihe angeordnet sind, wobei die Laserlichtquellen einen linienförmigen Arbeitsbereich ausbilden können, wobei das mindestens eine Reflektionselement dazu geeignet ist, die von den äußeren Laserlichtquellen ausgehende Laserstrahlung in den Arbeitsbereich zu reflektieren. Durch eine derartige Anordnung der Laserlichtquellen und des mindestens einen Reflektionselements wird es ermöglicht, die ansonsten ungenutzte Energie der im Randbereich angeordneten Laserlichtquellen für den vorbestimmten Arbeitsbereich nutzbar zu machen, wodurch ein höherer Wirkungsgrad der gesamten Laseranordnung erzielbar ist.
Auch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das mindestens eine Reflektionselement flächig ausgestaltet ist, wobei die Reihe der Laserlichtquellen in etwa orthogonal zu dem mindestens einen Reflektionselement ausgerichtet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung und Anordnung von Reflektionselement und Laserlichtquellen lassen sich besonders gute Ergebnisse erzielen. Insbesondere eignet sich eine derartige Laseranordnung für den Einsatz in der industriellen Fertigung.
In diesem Zusammenhang kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein erstes Reflektionselement und ein zweites Reflektionselement vorgesehen ist, wobei sich die Reflektionselemente in etwa zwischen den Laserlichtquellen und dem Werkstück erstrecken. Auch diese Anordnung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für den industriellen Einsatz.
Zur Verbesserung der Homogenität der Energieverteilung im Arbeitsbereich kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass eine Linseneinrichtung zwischen den Laserlichtquellen und dem Werkstück angeordnet ist, die zur Kollimation oder Fokussierung der von den Laserlichtquellen ausgesandten Laserstrahlen hinsichtlich einer Richtung, insbesondere hinsichtlich einer Richtung senkrecht zur mittleren Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen, geeignet ist. Weil die Laserstrahlen nur hinsichtlich einer Querrichtung, nicht aber in der dazu senkrechten Querrichtung kollimiert oder fokussiert werden, wird es ermöglicht, vorzugsweise stark elliptische und weitgehend überlappende Laserlichtkegel zu erzeugen, die sich zu dem gewünschten linienförmigen Arbeitsbereich ergänzen. Hierzu kann in vorteilhafter weise vorgesehen sein, dass es sich bei der Linseneinrichtung um mindestens eine Zylinderlinse handelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass es sich bei der Linseneinrichtung um eine Mehrzahl von Zylinderlinsen handelt, die vorzugsweise einen Winkel ungleich 0° und ungleich 180°, insbesondere einen Winkel zwischen 140° und 160°, miteinander einschließen.
Auch kann zur Einbringung einer höheren Lichtleistung in den Arbeitsbereich vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Laserlichtquellen in parallelen Reihen angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen der Linseneinrichtung und dem Werkstück in etwa 50 cm beträgt. Hierdurch lassen sich Arbeitsbereiche mit besonders homogener Energiedichte ausgestalten.
Vorzugsweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass es sich bei der Laserlichtquelle um eine Lichtleitfaser handelt, die vorzugsweise von mindestens einem Halbleiterlaser gespeist wird.
Zum Schutz der Laseranordnung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass eine laserlichtdurchlässige Platte zwischen der Linseneinrichtung und dem Werkstück vorgesehen ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematisch Darstellung einer Laseranordnung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laseranordnung in einer Draufsicht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laseranordnung in einer seitlichen Ansicht;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laseranordnung in einer Draufsicht;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform gemäß Fig. 4 einer erfindungsgemäßen Laseranordnung in einer seitlichen Ansicht;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform gemäß Fig. 4 mit einem Reflektionselement;
Fig. 7 eine rein schematische und nicht auf wirkliche Verhältnisse gerichtete Darstellung zur Illustration der Ausbildung des linienförmigen Arbeitsbereiches durch sich überlappende Laserlichteinfallkegel nach Durchtritt durch die Linseneinrichtung.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Diθ Fig. 1 zeigt eine Laseranordnung gemäß dem Stand der Technik. Eine Mehrzahl von Laserlichtquellen 1 ist jeweils in einer Reihe angeordnet und deren Laserlichtaustritt in Richtung eines Werkstücks 6 ausgerichtet. Durch diese Anordnung wird ein linienförmiger Arbeitsbereich 5 auf dem Werkstück erzeugt, der wegen der jeweiligen Überschneidungen der angedeuteten Laserstrahlkegel durch unterschiedliche Energiedichten, jedenfalls aber durch geringe Energiedichten in den Randbereichen gekennzeichnet ist.
In Fig. 2 und Fig. 3 ist nunmehr eine erfindungsgemäße Laseranordnung dargestellt. Die erfindungsgemäße Laseranordnung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass zwei flächige Reflektionselemente 2, 2a, insbesondere flächige Spiegel, zumindest abschnittsweise seitlich der Laserlichtquellen 1 und des Werkstücks 2 vorgesehen sind. Die Reflexionselemente 2, 2a sind dazu geeignet einen Teil des Laserlichts in einen vorbestimmbaren Arbeitsbereich 5 zu reflektieren. Hierdurch kann das Laserlicht der randseitig vorgesehenen Laserlichtquellen 1 ebenfalls für den vorbestimmten Arbeitsbereich 5 nutzbar gemacht werden.
Hieraus ergibt sich eine bessere Ausnutzung des von den Laserlichtquellen 1 bereitgestellten Laserlichtes, da der ursprünglich nicht nutzbare Teil in den vorbestimmten Arbeitsbereich reflektiert werden kann. Dementsprechend wird der Wirkungsgrad einer erfinderisch ausgestalteten Laseranordnung erhöht bzw. es werden weniger Laserlichtquellen 1 benötigt um einen, vergleichbar dem Stand der Technik, gleichen Arbeitsbereich 5 mit der gleichen vorbestimmbaren Energie auszuleuchten.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt der Anordnung von Reflexionselementen 2, 2a in der vorgeschlagenen Weise ist, dass die Homogenität der Energieverteilung über den Arbeitsbereich 5 verbessert werden kann. Ausgehend von sich überschneidenden Laserlichtkegeln, wie beispielsweise in Fig. 1 angedeutet, ergeben sich Bereiche hoher Energieeinstrahlung neben Bereichen geringer oder geringster Energieeinstrahlung. Das Maß der Energieeinstrahlung ist unter anderem davon abhängig, wie viele Laserlichtquellen 1 einen bestimmten Abschnitt des Arbeitsbereiches 5 ausleuchten. Durch entsprechende Reflexion bzw. Umlenkung der Laserstrahlen können gezielt Bereiche mit niedriger bzw. niedrigster Laserlichteinstrahlung zusätzlich ausgeleuchtet werden, so dass eine weitgehend homogene Energieverteilung entlang des Arbeitsbereiches sichergestellt werden kann.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass mindestens eine Zylinderlinse 3 zwischen den Laserlichtquellen 1 und dem Werkstück 6 bzw. Arbeitsbereich 5 angeordnet ist. Die Zylinderlinse 3 trägt ebenfalls zu einer Homogenisierung der Energieverteilung entlang des Arbeitsbereiches 5 und zur vorteilhaften Ausformung des Arbeitsbereiches 5 bei. Ausgehend von einer im Wesentlichen kreisförmigen Gestalt des jeweils auftreffenden Laserlichtkegels, ergibt sich ohne die Zylinderlinse 3 eine Abfolge von sich überschneidenden kreisförmigen Laserlichtkegeln, die den Arbeitsbereich 5 ausbilden. Wird nunmehr wie vorgeschlagen, eine Zylinderlinse 3 in den Strahlengang eingefügt, wird der ursprünglich divergierende Laserstrahl in einer Richtung kollimiert oder fokussiert, in der dazu senkrechten Richtung jedoch nicht beeinflusst, so dass der Arbeitsbereich 5 nunmehr durch eine Abfolge von stark elliptisch ausgeformten auftreffenden Lichtkegeln gekennzeichnet ist (vgl. rein beispielhaft und schematisch dargestellt in Fig. 7). Dementsprechend ergeben sich weitreichende Überlappungsbereiche, die eine annährend homogene Energieverteilung über den Arbeitsbereich 5 zur Folge haben. Besonders gute Ergebnisse ergeben sich bei einem Abstand von etwa 50 cm zwischen der Zylinderlinse und dem Werkstück 6.
Auch ist vorteilhafterweise eine für das Laserlicht durchlässige Platte 4 zwischen den Reflexionselementen 2, 2a und dem Werkstück 6 vorgesehen.
Auch ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass es sich bei den Laserlichtquellen 1 -μm-Lichtleitfasem handelt, die entsprechend mit einem geeigneten Laser beaufschlagt sind. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, die Laser direkt an den angedeuteten Einstrahlpositionen (Laserlichtquelle 1 ) anzubringen, jedoch ergeben sich hierdurch unnötige Beschränkungen des Abstandes der Laserlichtquellen 1 zueinander, der vorzugsweise 1 cm betragen sollte. Auch ergeben sich durch die Verwendung von Lichtleitfasern in etwa kreisförmige Laserstrahlen, im Gegensatz von direkt aus dem Laser austretende Laserstrahlen, die beispielsweise einen vornehmlich quadratischen Querschnitt aufweisen. Eine Laserstrahl mit einem kreisförmigen Querschnitt bzw. mit einem elliptischen Querschnitt (nach der Zylinderlinse 3) erzeugt jedoch weitaus weichere Übergangsbereiche hinsichtlich der Energieverteilung als es beispielsweise bei Laserstrahlen mit einem rechteckigen Querschnitt (nach der Zylinderlinse 3) der Fall wäre.
Derzeit werden Laserlichtquellen 1 mit einer Laserlichtleistung von etwa 100 W eingesetzt. Es ist vorgesehen, dass etwa 100 Laserlichtquellen 1 in einer Laserlichtanordnung zusammengefasst werden, so dass sich eine Lichtleistung in dem Arbeitsbereich 5 von etwa 10 kW ergibt. Denkbar sind jedoch Lichtleistungen von 1 Megawatt, die sich vorzugsweise durch einzelne Laserlichtquellen 1 von etwa 400 Watt erreichen lassen und einer Anordnung der Laserlichtquellen 1 bzw. der Zylinderlinse 3 wie schematisch in der Fig. 6 dargestellt.
Dabei ist die Zylinderlinse 3 wie eine Kuppel oberhalb des Werkstücks 6 bzw. des Arbeitsbereiches 5 angeordnet. Die angedeuteten Kreise stellen jeweils Einstrahlungspunkte für die Laserlichtquellen 1 dar. Die Anordnung bzw. Ausrichtung der Laserlichtquellen 1 bzw. der Zylinderlinse 3 ist jeweils so gewählt, dass die Laserstrahlen den linienförmigen Arbeitsbereich 5 ausbilden, der in der oben vorgeschlagenen Weise optimiert bzw. homogenisiert ist. Alternativ kann auch eine Anordnung mehrerer Zylinderlinsen 3, 3a, 3b vorgesehen sein.
Insgesamt lässt sich eine Laseranordnung gemäß dem Stand der Technik mit den hier vorgeschlagenen Maßnahmen deutlich verbessern, sowohl hinsichtlich der Homogenisierung der Energieverteilung im Arbeitsbereich 5, als auch in der Effizienz der Energieeinstrahlung in den Arbeitsbereich 5. Wie bereits angedeutet lässt sich auch die Anzahl der Laserlichtquellen 1 bei gleichbleibender Lichtleistung im Arbeitsbereich reduzieren, da das Laserlicht wesentlich effektiver ausgenutzt wird, indem auch das Laserlicht der äußeren Laserlichtquellen 1 in den Arbeitsbereich umgelenkt wird. Im Umkehrschluss kann mit der gleichen Anzahl von Laserlichtquellen 1 auch eine wesentlich höhere Lichtleistung in den Arbeitsbereich eingebracht werden, wodurch derart hohe Leistungen von 1 Megawatt im Arbeitsbereich 5 auf rationale Art und Weise möglich sind.
Auch bietet eine derartige Laseranordnung eine hohe Ausfallsicherheit. Für den Fall, dass eine Laserlichtquelle ausfallen sollte, hat dies nur einen Leistungsverlust von 0,01 % zur Folge, wohingegen der Ausfall einer Laserlichtquelle in einer Anordnung gemäß dem Stand der Technik bereits 1 % Leistungsverlust bedeutet.
Eine hier vorgeschlagene Laseranordnung kann beispielsweise zur Trocknung einer Werkstückbahn oder auch für die Aufschmelzung von Werkstückoberflächen vorgesehen sein. Dementsprechend kann auch vorgesehen sein, dass das Werkstück 6 und die Laseranordnung jeweils relativ zueinander bewegt werden.

Claims

Patentansprüche:
1 . Laseranordnung zur Bearbeitung eines Werkstückes (6), umfassend eine Mehrzahl von Laserlichtquellen (1 ) zur Einbringung einer Laserstrahlung in einen vorbestimmbaren Arbeitsbereich (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reflektionselement (2, 2a) vorgesehen ist, welches dazu geeignet ist, einen Teil der Laserstrahlung in den Arbeitsbereich (5) umzulenken.
2. Laseranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Laserlichtquellen (1 ) in mindestens einer Reihe angeordnet sind, wobei die Laserlichtquellen (1 ) einen linienförmigen Arbeitsbereich (5) ausbilden können, wobei das mindestens eine Reflektionselement (2, 2a) dazu geeignet ist, die von den äußeren Laserlichtquellen ausgehende Laserstrahlung in den Arbeitsbereich (5) zu reflektieren.
3. Laseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reflektionselement (2, 2a) flächig ausgestaltet ist, wobei die Reihe der Laserlichtquellen (1 ) in etwa orthogonal zu dem mindestens einen Reflektionselement (2, 2a) ausgerichtet ist.
4. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Reflektionselement (2) und ein zweites Reflektionselement (2a) vorgesehen ist, wobei sich die Reflektionselemente (2, 2a) in etwa zwischen den Laserlichtquellen (1 ) und dem Werkstück (6) erstrecken.
5. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linseneinrichtung zwischen den Laserlichtquellen (1 ) und dem Werkstück (6) angeordnet ist, die zur Kollimation oder Fokussierung der von den Laserlichtquellen (1 ) ausgesandten Laserstrahlen hinsichtlich einer Richtung, insbesondere hinsichtlich einer Richtung senkrecht zur mittleren Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen, geeignet ist.
6. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Linseneinrichtung um mindestens eine Zylinderlinse (3) handelt.
7. Laseranordnung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Linseneinrichtung um eine Mehrzahl von Zylinderlinsen (3, 3a, 3b) handelt, die vorzugsweise einen Winkel ungleich 0° und ungleich 180°, insbesondere einen Winkel zwischen 140° und 160°, miteinander einschließen.
8. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Linseneinrichtung (3) und dem Werkstück (6) in etwa 50 cm beträgt.
9. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Laserlichtquelle (1 ) um eine Lichtleitfaser handelt, die vorzugsweise von mindestens einem Halbleiterlaser gespeist wird.
10. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Platte (4) zwischen der Linseneinrichtung (3) und dem Werkstück (6) vorgesehen ist.
11. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquellen (1 ) in parallelen Reihen angeordnet sind.
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