[发明专利]用于激光光斑调整的方法及用于执行该方法的激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助激光装置对用于工件的激光处理、优选地为用于待接合工件的激光塑性焊接的高强度激光光斑进行调整的方法以及用于执行该方法的激光装置。所述激光装置包括发射激光束的激光器和用于会聚激光束的至少一个聚焦透镜以及用于调整激光束的光束直径的光学操作元件，其中所述光学操作元件被构造为将原始激光束分成指向工件的一束(bundle)局部激光束的衍射光学元件。

背景技术

当借助激光器处理工件时，通常借助光学聚焦系统将由激光器发射的并且典型地对准至较小的光束横截面的未聚焦的激光辐射聚焦，并且将已聚焦的激光束引导到待处理的工件的材料表面上。已聚焦的激光束的射束轴可能相对于工件的材料不可移动，或者可以沿处理路径被移动。同时，由于聚焦而得到的并且确定焦平面的已聚焦的激光辐射的减小的直径被保持在工件的交互表面的至少部分地吸收激光辐射的区域中。用于材料处理的激光辐射可由用一个或多个辐射源产生的一个或多个光束组成。其中已聚焦的激光辐射进入待处理工件的材料的借助激光器的材料处理方法包括例如钻孔、研磨、切割或焊接。

当借助激光辐射处理及接合工件时，聚焦在工件上的激光束的尺寸和形式起着重要作用。所产生的激光高强度光斑内的正确调整的功率密度分布具有特殊的重要性。激光源通常具有需要借助适当措施被变换为期望尺寸和所需形式的圆形高斯型光束轮廓(beam profile)。在这个背景下，从一些专利公开中已知衍射光学元件(DOE)被用于对专门用于激光塑性焊接和激光焊接的光束进行成形。关于现有技术，我们参考下述公开文献：US 2003/098 295 A1、US 7,009,138 B2、EP 1 449610 A1、EP 1 524 096 A3、EP 0 184 290 A1以及WO 2009/045 320。来自现有技术的引用全部针对借助DOE将由激光器发射的激光束分割为局部光束以便使其独立于彼此地达到不同的处理点，并且在关联的处理点上同时或准同时地作用于工件。常见的衍射光学元件的功能和布置对于本领域技术人员而言是公知的，因而在这个背景下不需要解释。

例如在激光塑性焊接的情况下，可借助光纤耦合二极管激光器作为激光源为工件的激光处理在工件上产生的高强度激光光斑的直径由纤芯直径和成像系统给定并且在使用普通的光学操作元件的情况下仅可在有限程度内被影响。然而，在许多情况下，需要产生明显宽于激光光斑直径的焊缝。如果要用连续轮廓方法来实现这样更宽的焊缝，则需要或者用横向位移的激光束沿焊接轮廓遍历两次或更多次，或者以使焦平面不与例如为工件表面的交互表面重合的方式重新调整成像系统。当将扫描器用于激光束到工件的准同时传输时，同样借助纤芯直径、准直透镜以及聚焦透镜-典型地为具有一定操作域的平面物镜对激光光斑的尺寸的调整仅可能达到上述程度。如果期望更宽的焊接线，则也必须在不同时刻若干次遍历焊接轮廓的轨迹。

通常，如果工件的交互表面与激光装置的焦平面重合，则到工件的能量传递是最佳的。这里，激光光斑具有由激光装置确定的最高能量密度的直径。如果焊缝的宽度或焊接轮廓宽于由光学系统确定的激光光斑的直径，则这将始终需要额外的处理时间，这对生产成本具有负面影响，因而是所不期望的。

发明内容

鉴于以上提及的现有技术，本发明致力于解决提出用于将与焦平面关联的最佳激光光斑直径放大至对应于待制作的焊缝的宽度的某一期望宽度的方法的问题。

根据本发明，通过具有专利权利要求1的特征的方法和具有相关的专利权利要求10的特征的激光装置来解决这个问题。在相关的专利权利要求中给出了本发明的其他有利的实施例。

本发明的核心思想是借助衍射光学元件(DOE)将典型地由准直透镜校准的原始激光束分割为局部激光束，并且重新合成所述局部激光束，得到形成指向工件并且作用于其的改进的激光束的一束光束。具体地，可以借助DOE来确定所述局部激光束的数量、它们的横向间隔、它们的直径以及所述一束光束的总直径。