[发明专利]激光器运行方法和激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种借助于激光束用于工件加工和/或者连接的方法， 带有一有效功率激光器和一导向瞄准激光器，所述激光器发射不同波 长的有效激光束和导向激光束，其中激光束通过激光光学系统对准工 件，并且有效功率激光器和导向瞄准激光器的激光束借助于一激光光 学系统用可自由确定的、相互重叠的、位置和形状相同的光束图案被 投影到工件上。此外本发明涉及一种用于实施提出的方法的激光装 置。其中，导向瞄准激光器涉及一种在可见的光谱区域中发射的激光 器，该激光器简化了调试过程和过程监视。

背景技术

这样的激光装置和激光加工方法由实践中已是众所周知的。在工 件用电磁辐射、尤其是用激光束加工或者连接时对准工件的光束横截 面的大小和形状起到重要的作用。此外，与此同时另外取决于在产生 的焦斑之内恰当的调整的功率分布密度。而且在工件上常常必须被用 激光束生产带有各种各样形状的热量分布图案或者焊缝。为此，用使 用的有效功率激光器在工件上产生一聚焦的光斑，它的大小和形状根 据各自的激光任务调节，以便得到最佳的制作结果。

为了在确定的位置上逐点的或者沿着规定的线条用有效激光束 对该工件产生影响，要求的光斑的调节和光斑相对于工件的精确的对 准常常是困难的，因为有效功率激光器的激光通常是看不见的或者是 很难看得见的。这除了激光装置的调试过程之外同样地也适合于工件 的激光加工过程，并且也给激光加工过程期间持续的过程监视造成困 难。

为了减少困难，已知的是，将一导向激光束引入有效激光束的光 路中，该导向激光束由带有看得见的光波范围的导向瞄准激光器发 出。导向激光束这样被转向和形成，以使它看得见的光斑相对于看不 见的有效功率激光器的光斑具有一基本上相同的形状，并且两个光斑 的中心达到上下重叠放置。由于有效激光束和导向激光束不同的波 长，激光光学系统通常对有效功率激光器和导向瞄准激光器的激光束 影响不同，因此导向瞄准激光器在工件上的光斑相对于有效功率激光 器在工件上的光斑在直径上构成得较小。

通常这是值得追求的或者必需的，了解有效功率激光器光斑的大 小，该有效功率激光器对工件产生影响。为了补偿在导向激光束和有 效激光束波长之间的差别和因此随之而来的不同折射状态和聚焦状 态，必需将导向激光束扩大，并且因此使导向激光光斑或者光束图案 的大小与有效激光光斑或者光束图案的大小相匹配。

当在一圆形的光束横截面的位置上需要形成另一特殊的热量分 布图案的光束横截面时，那么从激光源发出的圆形光束横截面必须被 通过适当的措施、例如用一衍射光学元件(DOE)变换到要求的大小 和需要的形状。这一方面对于共同进行的焊接过程可通过对该任务调 整固定的光学系统或者蔽光框(固定的衍射光学元件)或者可电子控 制的光学系统(变化的衍射光学元件)进行。因此代替一圆形的光斑 可在工件上产生一任意的光束图案。

由专利文件DE19825092C2和DE19836115A1公开了带有一有效 功率激光器和一导向激光器的激光系统，在该激光系统中导向激光器 的光束横截面借助于一扩大和聚焦系统与有效功率激光器的光束横 截面相匹配，因此它们在工件上具有同样大小的圆形的光斑。光束成 形通常地与全反射镜或者半透镜相结合借助于会聚透镜和发散透镜 实现。两个引用的文件的激光源具有一圆形的光束横截面，该光束横 截面借助于一个或者多个衍射光学元件可被调制成带有任意横截面 形状的光束横截面。对此一电子位置分辨光束调制器特别适合，该光 束调制器可以改变激光的振幅和/或者偏振和/或者相位。

在DE102004017129A1中公开了一光束调制器，该光束调制器改 变激光的偏振。在那里描述的光束调制器使得激光束各个部分的起偏 振成为可能，以便确定改变的和未改变的部分。一偏振滤光镜连接在 光束调制器上，以便有选择地阻止改变的或者未改变的部分的透射， 因此激光束在通过偏振滤光镜之后在横截面上具有一由光束调制器 确定的光束横截面。

此外，由US2002/0021723A1已知一激光装置，在该激光装置中 使用两个不同波长的激光束用于工件的加工。从不同的有效功率激光 源发出的有效激光束通过一特殊的半透镜会聚在一起，并且通过一影 响相位的衍射光栅共同投影到工件上。