CN115464257A - 用于激光加工工件的方法和相关的激光加工*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光加工工件的方法，该方法包括以下步骤：将激光束照射到至少一个工件上，其中，所述激光束包括彼此同轴地延伸的芯射束和环形射束，其中，所述激光束沿着预给定的加工路径运动经过所述工件，和根据所述激光束在所述工件上的位置适配所述芯射束的激光功率和/或所述环形射束的激光功率。此外，公开一种与此相关的激光加工***。

Description

用于激光加工工件的方法和相关的激光加工***

技术领域

本发明涉及一种用于激光加工工件的方法和一种用于激光加工工件的激光加工***。

背景技术

在激光加工***，也称为激光加工设备或设备中，将从激光束源或激光传导纤维一端发出的激光束借助射束引导和聚焦光学器件照射并聚焦到工件上，用于加工工件。激光加工***可以包括集成有射束引导和聚焦光学器件的激光加工头。通常，激光束在工件表面上沿着加工路径运动。在激光束照射时，工件的材料由于入射的激光功率而强烈地加热，使得该材料熔化并蒸发。加工可以包括接合或分离工件，例如激光切割或激光焊接。

在加工时、尤其在激光焊接时，材料如铝或铝合金、尤其是第6和第7系列的合金，或高强度钢，强烈地形成所谓的热裂纹。此外，在激光焊接时强烈地形成飞溅物会带来问题，尤其在铜和铜合金的情况下。这两个问题也可能结合地出现，尤其在接合不同材料时。主要在焊接由具有非常不同的热导率材料制成的工件时，例如在焊接铝和铜时出现问题。为了防止这些问题已经研发了各种解决方案。

WO2018/011456A1描述了使用具有芯射束和与其同心地延伸的环形射束的激光束，用于激光材料加工。

工件的激光焊接可以通过叠加激光束沿着加工路径的运动的“摆动(Wobbeln)”来进行，由此可以提高在此形成的焊缝的质量。

虽然，提及的解决方案会改善问题，但这些解决方案不能完全消除问题，尤其在高加工速度和要求高的材料组合的情况下。

发明内容

本发明的任务是给出一种用于激光加工的方法，以防止加工缺陷、尤其是热裂纹和飞溅物，并且提高加工质量。尤其，本发明的任务是给出一种用于激光加工的方法，利用该方法可以在加工具有不同热导率的工件时提高加工质量。

本发明的另一任务是能够在高速和要求高的材料组合的情况下实现具有恒定加工质量的激光加工、尤其是激光焊接。

此外，本发明的任务是给出一种设置为用于执行该方法的激光加工***。

这些任务通过独立权利要求的内容来解决。有利的构型和扩展方案是从属权利要求的内容。

根据本发明的第一方面给出一种用于激光加工工件的方法。该方法包括以下步骤：将激光束照射到至少一个工件上，其中，该激光束包括相对彼此同轴地延伸的芯射束和环形射束，其中，该激光束沿着预给定的加工路径引导或运动经过工件，并且根据激光束在工件上的(当前)位置或作为(当前)位置的函数适配或者说调制芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率。

根据本发明的第二方面给出一种激光加工***，其设置为用于执行上述方法。用于激光加工工件的激光加工***包括：激光加工头，用于将具有芯射束和与该芯射束同轴地延伸的环形射束的激光束照射到至少一个工件上；以及控制单元。控制单元设置为用于执行根据在此描述的实施方式之一的用于激光加工的方法。

通过将激光束照射到至少一个工件上，在至少一个工件上执行激光加工过程，其方式是：将工件的材料通过入射的激光功率在相互作用区域中强烈地加热，使得该材料熔化或甚至蒸发。激光加工过程，也称为激光束加工过程可以包括激光焊接过程和/或激光切割过程。例如，在激光焊接时可以在两个待焊接的工件之间形成焊缝。在激光切割时可以在工件上形成用于分离工件的切割棱边。

通常从相互作用区域发射过程辐射，其包括在可见波长范围内的等离子体辐射和在红外波长范围内的热辐射。过程辐射一般也包括激光束的在激光束照射到至少一个工件上时反射的部分，该部分也可以称为逆反射。

通过根据激光束在工件上的位置适配芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率，在执行激光加工时尤其通过调节可以考虑在该位置处的工件特性。尤其，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以基于在该位置处的工件特性，例如工件的热导率、材料和/或厚度来适配。优选地，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以彼此独立地调整或适配。由此可以改善激光加工过程的加工质量、尤其在激光焊接由不同材料构成、具有不同热导率和/或不同厚度的工件时的加工质量。例如，在激光焊接由第6或第7系列铝合金或高强度钢制成的工件时可以防止热裂纹。在激光焊接由铜或铜合金制成的工件时可以防止或减少飞溅物。在加工质量保持不变的情况下，也可以提高加工速度。

所提及的方面可以包括以下可选特征中的一个或多个。

通过借助激光加工头的至少一个偏转装置使激光束相对于工件偏转，可以使激光束沿着加工路径在工件上运动或引导。激光加工头(通过其将激光束照射到工件上)和工件可以因此在激光束照射到工件上时相对彼此静止地布置。因此，激光束优选地仅被偏转装置沿着加工路径偏转。偏转装置也可以称为扫描装置、扫描单元、扫描光学器件或扫描仪。激光加工***也可以称为扫描***。

对于激光束相对于工件偏转替代地或附加地，激光加工头也可以相对于工件运动和/或工件可以相对于激光加工头运动。例如，激光加工头可以借助激光加工***的机器人运动，激光加工头固定在该机器人上。可以借助轴***或工件台使工件运动。

例如，偏转装置可以将激光束偏转，其中，机器人同时或同步地运动。由此可以节约加工时间或节拍时间。在此，激光加工***的控制单元可以控制机器人或工件台和偏转装置，以便协调机器人和偏转装置的运动。

偏转装置可以设置为用于将激光束沿着至少一个第一轴线偏转第一偏转角。偏转装置优选地还设置为用于将激光束沿着第二轴线偏转第二偏转角，其中，第一和第二轴线彼此成一角度，例如90度地布置。第一和第二最大偏转角可以在构造技术上预给定。至少一个工件或其表面上的一个区域(在该区域内，偏转装置可以将激光束相对于工件最大地偏转)可以通过第一偏转装置的第一最大偏转角和第二最大偏转角以及激光加工头与工件的距离预给定并且称为偏转装置或激光加工头的扫描场或加工场。激光束在扫描场中的位置也可以称为扫描位置。

偏转装置可以构造为大型场扫描仪。在这种情况下，偏转装置的第一最大偏转角和/或第二最大偏转角可以分别等于或大于10度、尤其10至20度。如果偏转装置具有反射镜作为偏转元件，则这些最大偏转角相应于至少5度、尤其10度的最大反射镜角，因为激光束被偏转了反射镜角的两倍。扫描场的长度和/或宽度可以等于或大于50mm。扫描场例如可以在工件上具有大于50mm×50mm的尺寸、尤其等于或大于约100mm×200mm或250mm×150mm的尺寸。

替代地，偏转装置可以构造为小型场扫描仪。在这种情况下，偏转装置的第一最大偏转角和/或第二最大偏转角可以分别小于10度，并且优选地可以小于3度、尤其是约2度。在工件上的扫描场的宽度可以小于30mm、优选地小于15mm，例如为约10mm。

根据实施方式，扫描场具有椭圆形状。在这种情况下，扫描场的长度可以说明椭圆长轴的长度，而扫描场的宽度可以说明椭圆短轴的长度。

为了引起激光束的偏转，偏转装置可以具有可运动的第一反射镜和可运动的第二反射镜。可运动的第一反射镜可以绕着第一旋转轴线旋转并且可运动的第二反射镜可以绕着第二旋转轴线旋转，其中，第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此成一角度，例如在45°至135°之间的角度、尤其是约75°或90°。为此，反射镜或者说第一和第二反射镜可以构造为检流计反射镜，简称为振镜(Galvo-Spiegel)。替代地，偏转装置可以具有可绕着至少两个轴线旋转或枢转的可运动的反射镜。与此相应地，偏转装置可以称为电流计扫描仪或振镜扫描仪。替代地，偏转装置可以具有基于MEMS的压电和/或感应式驱动器。替代地，偏转装置可以构造为棱镜扫描仪或透镜扫描仪。

激光束可以称为环形模式激光束。芯射束在垂直于激光束传播方向的平面中可以具有基本上圆形的横截面。环形射束在垂直于激光束传播方向的平面中可以具有基本上环形的横截面。环形射束可以与芯射束在径向方向上间隔开或邻接于芯射束。

激光加工***可以包括用于产生激光束或用于同时产生芯射束和环形射束的激光源以及用于将这些射束传输给激光加工头的光导纤维。替代地，激光源也可以具有用于产生芯射束的第一激光源和用于产生环形射束的第二激光源。在这种情况下，芯射束和环形射束即在分离的激光源中产生，其中，芯射束和环形射束可以随后被耦合到共同的光导纤维中，以便一起形成(共同的)激光束并且被传递到激光加工头上。在这种情况下，芯射束的激光功率和环形射束的激光功率即来自不同的激光源。第一和第二激光源可以在不同的波长范围内或以不同的波长发射。相应地，芯射束和环形射束可以具有不同的波长。

激光束的激光功率可以是芯射束的激光功率和环形射束的激光功率之和。激光功率可以指示相应射光束的辐射强度并且可以以W/m²为单位给定。

激光束在工件上的位置可以相应于在激光束照射到工件上时激光束在工件上的作用点并且可以相应于激光束的中心点、尤其是芯射束的中心点。激光束在工件上的位置可以是在激光束照射到工件上期间激光束在工件上的当前位置。

预给定的加工路径可以相应于期望的焊缝或切割棱边在至少一个工件上或至少一个工件处的走势。在激光焊接时，加工路径也可以称为焊接轨迹。激光束在工件上的位置可以相应于在加工路径上的位置或可以配属于在加工路径上的位置。加工路径可以线形地形成，并且可以具有起点和终点。根据实施方式，起点和终点可以重合，即在闭合加工路径的情况下。根据实施方式，激光束从起点沿着加工路径运动到终点。激光束也可以在起点和终点之间至少关断一次。沿着加工路径的运动可以以预给定的加工速度进行。加工速度矢量可以定义为平行于至少一个工件表面的二维矢量，其在每个位置处都与加工路径相切地延伸，并且其量值相应于在该位置处的加工速度。加工速度可以沿着加工路径是恒定的或可变的。

优选地，在激光束沿着加工路径运动时适配芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率。因此，可以根据激光束在加工路径上的位置适配芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率。

芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率的适配可以沿着加工路径重复和/或周期性地进行。例如，该适配可以至少两次和/或在加工路径的至少两个位置处、尤其至少三次和/或在加工路径的至少三个位置处进行。芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率的适配可以在加工路径的两个位置之间连续地或者说持续地或逐步地进行。

优选地，加工路径包括第一区域，该第一区域包括和/或邻接于加工路径的起点；以及第二区域，该第二区域包括和/或邻接于加工路径的终点，并且芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率的调整在第一区域和第二区域之间的加工路径的第三区域中进行。

在激光束沿着加工路径运动期间，激光束可以在至少一个工件上优选地沿着预给定的摆动图案(Wobbelmuster)运动。因此，激光束沿着加工路径的运动可以与激光束沿着预给定的摆动图案的运动叠加。激光束沿着摆动图案的运动也可以称为摆动运动。

激光束沿摆动图案的运动可以通过将激光束由同一偏转装置沿着摆动图案偏转来实现，该偏转装置使激光束沿着加工路径运动。沿着加工路径的运动和沿摆动图案的运动替代地也可以通过激光加工头的两个不同的偏转装置实现。例如，沿着加工路径的运动可以通过作为第一偏转装置的大型场扫描仪实现，而沿着摆动图案的运动可以通过作为第二偏转装置的小型场扫描仪实现。沿着摆动图案的运动也可以通过小型场扫描仪并且沿着加工路径的运动也可以通过激光加工头和至少一个工件相对彼此的上述的相对运动实现。

摆动图案，也称为摆动图形，相应于在没有激光束沿着加工路径运动的情况下的激光束在工件上的假想运动或偏转路径。摆动图形可以视为在移动坐标系中的静止图形，该移动坐标系以预给定的加工速度在工件上沿着加工路径运动。

摆动图案的中心点可以与移动坐标系的中心或原点重合，摆动图案可以具有闭合形状。换言之，摆动图案的起点和终点可以在移动坐标系中重合。摆动图案例如可以具有线形、立八字形、花生形或圆形。

激光束可以沿着摆动图案重复运动。因此，摆动运动可以视为激光束相对于沿着加工路径的运动的振荡或重复或均匀的偏转或运动。由此在移动坐标系和/或相对于至少一个工件固定的坐标系中产生激光束的位置在至少一个坐标轴上随时间的周期性或振荡运动。

激光束在工件上的位置可以相应于或配属于激光束在摆动图案中的位置。可以在激光束沿着摆动图案运动时适配芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率。根据实施方式，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以相应于激光束在摆动图案中的位置来适配。

摆动图案可以包括在加工路径上在前的第一位置和/或在加工路径上在后的第二位置。当从移动坐标系的原点起沿加工方向跟随加工路径时，第一位置可以相应于摆动图案与加工路径的交点。当从移动坐标系的原点起反向于加工方向地跟随加工路径时，第二位置可以相应于摆动图案与加工路径的交点。在前的第一位置可以位于工件的未加工的第一区域中，即激光束尚未照射到第一位置上。在后的第二个位置可以位于工件的已加工的第二区域中，即激光束已经照射到第二位置上并且材料已经熔化并且可能已经又冷却。例如在激光焊接时，焊缝已经可以在工件的第二区域中形成。通过熔化和冷却，工件材料在在后的第二位置处改变。通常，在后的第二位置处的经改变的材料的热导率小于在前的第一位置处的材料的热导率。因此，在第一位置处的芯射束的激光功率可以与此相应地调整或适配得大于在后的第二位置处的芯射束的激光功率。替代地或附加地，在第一位置处的环形射束的激光功率可以调整或适配得大于在后的第二位置处的环形射束的激光功率。

摆动图案也可以包括横向于加工路径的至少一个横向位置，即在加工路径旁或加工路径外。在横向位置处的芯射束的激光功率可以调整或适配得小于在前的第一位置处和/或在后的第二位置处的芯射束的激光功率。替代地或附加地，在横向位置处的环形射束的激光功率可以调整或适配得小于在前的第一位置处和/或在后的第二位置处的环形射束的激光功率。在摆动图案上的至少一个横向位置可以相应于摆动图案与垂直于通过移动坐标系原点的加工路径的线的交点。

芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以基于在激光束位置处的工件特性来调整。例如，激光功率可以基于在激光束位置处的工件的热导率、厚度和/或材料来调整，和/或可以基于工件在激光束位置处在激光束照射在该位置上之前是已经被加工或尚未被加工来适配激光功率。

芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率例如可以与在该位置处的工件的厚度和/或热导率成比例地调整。换言之，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以随着工件的增大的厚度和/或增大的热导率而调整得更大。替代地或附加地，环形射束的相对激光功率与芯射束的相对激光功率之间的差可以与工件的厚度和/或热导率成反比地调整。换言之，环形射束的相对激光功率与芯射束的相对激光功率之间的差可以随着工件增大的厚度和/或增大的热导率而调整得更小。芯射束或环形射束的相对激光功率可以定义为(当前)设定的激光功率相比于最大或者说最大可能的激光功率，并且可以例如以最大激光功率的百分比给出。

该位置处的热导率可以是在激光束位置处的工件材料的比导热率，或在激光束位置处的工件的绝对导热率。绝对热导率例如可以取决于在该位置处的工件材料、尤其是其比热导率以及在该位置处的工件几何形状，例如厚度。工件的厚度可以沿着平行于激光束到工件上的传播或入射方向延伸的轴线给出或定义。替代地，工件的厚度可以在该点处沿着工件表面的法线给出或定义。

如果预给定的加工路径沿着两个待加工工件、尤其两个待焊接工件的接头棱边延伸，则芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以与至少一个工件沿着加工路径的厚度成比例地调整。替代地或附加地，环形射束的激光功率和芯射束的激光功率之间的差可以与至少一个工件沿着加工路径的厚度成比例地调整。

芯射束的激光功率和环形射束的激光功率能够彼此独立调整或适配。芯射束的激光功率和环形射束的激光功率优选彼此独立地、尤其在时间上彼此独立地适配或调整。芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率尤其可以在激光束照射到至少一个工件上时进行适配或调整。由此不必预先设定芯射束的激光功率和环形射束的激光功率。这也使得能够在执行激光加工过程期间控制或调节芯射束的激光功率和环形射束的激光功率。

根据实施方式，芯射束的激光功率和环形射束的激光功率的商在激光束沿着加工路径和/或沿着摆动图案运动期间可以是恒定的。替代地或附加地，芯射束的激光功率和环形射束的激光功率的和在激光束沿着加工路径和/或沿着摆动图案运动期间可以是恒定的。

激光加工头优选地包括用于调整激光束焦点位置的准直光学器件。该准直光学器件可以沿着准直光学器件的光轴和/或沿着激光束的射束传播方向是可调节的，以便调整激光束的焦点位置。控制单元可以控制或例如基于距离信号调节准直光学器件，用于调整激光束的焦点位置。控制单元可以设置为基于距离测量、尤其连续的距离测量来调节焦点位置(优选实时地)。

此外，激光加工头优选地包括用于聚焦激光束的聚焦光学器件。该聚焦光学器件尤其可以设置为用于将激光束聚焦到工件上、尤其聚焦到至少一个工件的表面上。聚焦光学器件可以包括F-Theta透镜或被构造为这样的透镜。F-theta镜头可以远心地构造。

控制单元可以设置为用于控制激光加工***或其元件、尤其是激光加工头、偏转装置、聚焦光学器件、准直光学器件和激光源，以便执行用于激光加工的方法和激光加工过程。控制单元尤其可以设置为用于通过控制至少一个激光源来适配或调整芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率。此外，控制装置可以设置为用于通过控制至少一个偏转装置和必要时机器人、轴***和工具台使激光束沿着加工路径和/或沿着摆动图案或在扫描场内运动。

操控激光源用于适配芯射束和环形射束的激光功率、操控第一激光源用于适配芯射束的激光功率或操控第二激光源用于适配环形光束的激光功率可以分别通过模拟接口实现，例如通过调整电流和/或电压，或通过数字接口实现。

激光加工***、尤其是激光加工***的控制单元可以被编程为用于执行用于激光加工的方法、尤其用于执行激光加工过程和用于适配环形射束的激光功率和/或芯射束的激光功率。芯射束和/或环形射束的激光功率的适配也可以称为芯射束或环形射束的功率调制。功率调制的编程可以通过图形用户界面进行。

尤其，加工路径和/或摆动图案可以保存在控制单元中，或控制单元可以以加工路径和/或摆动图案编程。加工路径和/或摆动图案的编程可以通过激光加工***或控制单元的图形用户界面进行。

芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率也可以根据激光束在至少一个工件上的位置、激光束在加工路径上的激光束和/或激光束在摆动图案上的位置或作为其函数保存在控制单元中或控制单元可以以此编程。替代地或附加地，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以根据工件沿着加工路径和/或摆动图案的特性或作为其函数保存在控制单元中或控制单元可以以此编程。例如，经过训练的神经网络、分析函数或表格可以保存在控制单元中。

至少一个工件可以是金属工件。至少一个工件可以由铜、铝、钢或具有这些材料的合金构成或包括它们。至少一个工件尤其可以由高强度钢构成。替代地，工件可以由第6或第7系列铝合金构成。

根据实施方式，在激光焊接时可以将至少两个工件布置在平行接头或搭接接头中，并且可以将至少两个工件通过形成I形缝或角焊缝相互焊接。根据其它实施方式，在激光焊接时可以将至少两个工件布置在对接接头中，并且至少两个工件可以通过形成I形缝相互连接。然而，本公开不限于此。

在激光焊接时，至少一个工件可以具有第一工件和第二工件。第一工件例如可以由铝或铝合金构成，而第二工件可以由铜或铜合金构成。第一工件和第二工件可以对接地布置，并且加工路径可以布置在第一工件和第二工件的接头棱边处。优选地，沿着加工路径的运动可以与沿着摆动图案的运动叠加。摆动图案的第一横向位置可以位于第一工件上并且第二横向位置可以位于第二工件上。可以将芯射束的激光功率在第一横向位置处调整得小于在第二位置处，和/或可以将环形射束的激光功率在第一横向位置处调整得小于在第二位置处。

在激光焊接时，至少一个工件可以具有第一工件和第二工件。第一工件可以具有第一厚度并且第二工件可以具有第二厚度，其中，第一厚度小于第二厚度。第一工件和第二工件对接地布置，并且加工路径可以布置在第一工件和第二工件的接头棱边处。沿着加工路径的运动可以优选地与沿着摆动图案的运动叠加。摆动图案的第一横向位置可以位于第一工件上并且第二横向位置可以位于第二工件上。可以将芯射束的激光功率在第一横向位置处调整得小于在第二位置处，和/或可以将环形射束的激光功率在第一横向位置处调整得小于在第二位置处。

此外，用于激光加工的方法还可以包括感测用于监控激光加工过程的监控参数。芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以根据感测到的监控参数适配。监控参数可以包括例如在不同波长范围内的过程辐射的强度等。为此，激光加工***可以具有光电二极管监控***。光电二极管监控***例如可以借助光电二极管感测和分析评估激光加工过程在不同波长范围内或在不同波长下的过程辐射。此外，激光加工***可以具有摄像机监控***。摄像头监控***例如可以在激光加工过程期间记录和分析评估工件表面与激光加工过程相互作用区域的照片。借助摄像机监控***可以感测和监控激光束在至少一个工件上的位置。此外，激光加工***可以具有OCT(“光学相干断层扫描”)监控***。借助OCT***例如可以用于感测和监控激光加工头到至少一个工件之间的距离。借助这些监控***可以监控激光加工过程的质量。

此外，该方法还可以包括通过中央单元，例如控制单元收集和存储在激光加工过程期间调整的激光束和/或芯射束和/或环形射束的激光功率，和/或由激光束在工件上所占据的位置，和/或偏转装置的调设和/或上述监控***的质量监控结果。此外，该方法还可以包括借助神经网络将在激光加工过程期间调整的激光束和/或芯射束和/或环形射束的激光功率，和/或由激光束在工件上占据的位置，和/或偏转装置的调设与质量监控的结果关联。

附图说明

下面根据附图详细地描述本发明。

图1示出根据本发明实施方式的激光加工***的示意图；

图2示出根据本发明实施方式的用于激光加工的方法的流程图；

图3示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明实施方式的激光加工方法；

图4A示出工件的示意性立体视图，图4B示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明另外的实施方式的方法；

图5示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明实施方式的激光加工方法的加工路径和摆动图案。

图6A-6D示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明实施方式的激光加工方法。

在下面，相同的附图标记标明相同或相同作用的元件，并且省略对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出根据本发明实施方式的激光加工***的示意图。

激光加工***10包括用于将激光束14照射和引导到至少一个工件16a、16b上的激光加工头12。如参照附图详细阐述的那样，激光束14至少在离开激光加工头12之后并且在作用到至少一个工件上时包括芯射束14a和与该芯射束同轴地延伸的环形射束14b，这些射束指向工件16a、16b。

通过将激光束14照射到至少一个工件16a、16b上，在至少一个工件16a、16b上执行激光加工过程，其方式是：工件的材料通过入射的激光功率在相互作用区域中强烈地加热，使得该材料熔化甚至蒸发。激光加工过程可以包括激光焊接过程和/或激光切割过程。通常，从相互作用区域发射过程辐射(未示出)，其包括在可见波长范围内的等离子体辐射和在红外波长范围内的热辐射。过程辐射通常也包括激光束14的一部分，该部分在激光束14照射到至少一个工件16a、16b上时被反射，该部分也可以称为逆反射。

根据实施方式，至少一个工件16a、16b是金属工件。至少一个工件16a、16b例如可以由铜、铝、钢或具有这些材料的合金构成或包括这些材料。至少一个工件16a、16b可以例如包括第6或第7系列的高强度钢或铝合金。

激光束14在工件16a、16b上的作用部位36也可以称为激光束14在工件16a、16b上的位置并且可以相应于激光束14的中心点、尤其是芯射束14a的中心点。激光束14的位置可以在平行于至少一个工件16a、16b的表面并且相对于至少一个工件16a、16b静态或静止的二维x-y笛卡尔坐标系中给定。

当在激光束14照射时，激光束14沿着对于该激光焊接过程预给定的加工路径18运动。加工路径18布置在至少一个工件16a、16b上或关于至少一个工件16a、16b限定。例如，加工路径18限定在x-y坐标系中。根据实施方式，加工路径18布置在两个工件上或两个工件16a、16b之间的边界或接头棱边处。

如在图1中的示例性示出地，激光加工***10设置为用于执行用于焊接两个工件16a、16b的激光焊接或激光焊接过程。然而，本公开不限于此。激光加工***10也可以是激光切割***，以便对至少一个工件进行激光切割过程。两个工件16a、16b构造为板材并且搭接地布置，并且激光束14照射到位于上方的工件16a上，该工件16a也可以称为上板材。在该实施方式中，预给定的加工路径18给定通过工件16a、16b的冷却材料形成的、用于连接工件16a、16b的期望焊缝的走势。在图1所示的示例中，应在工件16a、16b上形成I形缝。

为了改变激光束14在至少一个工件16a、16b上的位置、尤其为了沿着加工路径18引导激光束14，激光加工***10包括用于将激光束14关于或相对于至少一个工件16a、16b偏转或转向的偏转装置20。偏转装置20例如设置为用于将激光束14沿着x-y坐标系的轴线运动或偏转。偏转装置20也可以称为扫描单元或扫描仪。借助偏转装置20，预给定的加工路径18可以被激光束14移过。

激光加工头12(通过其将激光束14照射到工件16a、16b上)和工件16a、16b因此可以在激光束14照射期间相对彼此静止地布置。在这种情况下，激光束14仅由偏转装置20沿着加工路径18偏转。对于将激光束14相对于工件16a、16b偏转替代地或附加地，激光加工头12也可以相对于工件16a、16b运动和/或工件16a、16b可以相对于激光加工头12运动，以便引起激光束14沿着加工路径18的运动。例如，激光加工头12可以借助激光加工***10的机器人(未示出)运动，在该激光加工***上安装有激光加工头12。工件16a、16b可以借助轴***或工件台(未示出)运动。

为了引起激光束14的偏转，偏转装置20包括可运动的第一反射镜22a和可运动的第二反射镜22b。可运动的第一反射镜22a可以绕着第一旋转轴线旋转，可运动的第二反射镜22b可以绕着第二旋转轴线旋转，其中，第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此成一角度，例如在45°至135°之间的角度，尤其约75°或90°。为此，第一和第二反射镜22a、22b中的至少一个可以构造为电流计反射镜，或简称为振镜。替代地，偏转装置20可以具有可绕着至少两个轴线旋转或枢转的可运动的反射镜。因此，偏转装置可以被称为电流计或电流扫描仪。

偏转装置20具有第一最大偏转角，激光束14可以沿着第一轴线，例如x轴偏转该第一最大偏转角；以及第二最大偏转角，激光束14可以沿着第二轴，例如y轴偏转第二最大偏转角。第一和第二最大偏转角可以构造技术上预给定。替代地，用作聚焦光学器件30的F-Theta透镜可以限制最大偏转角。至少一个工件16a、16b或其表面上的区域(在该区域内，偏转装置20可以将激光束相对于工件16a、16b最大地偏转)可以由偏转装置20的第一最大偏转角和第二最大偏转角以及激光加工头12与工件16a、16b的距离预给定，并且可以称为工件16a、16b的扫描场。

根据实施方式，偏转装置20构造为大型场扫描仪。在这种情况下，偏转装置20的第一最大偏转角和/或第二最大偏转角可以分别等于或大于10度、尤其是10至20度。对于在图1中所示的实施方式，这些最大偏转角相应于至少5度、尤其10度的最大反射镜角，因为激光束14由于反射定律而偏转了两倍的反射镜角。替代地，偏转装置20可以构造为小型场扫描仪。在这种情况下，偏转装置的第一最大偏转角和/或第二最大偏转角可以分别小于10度并且优选地可以小于3度、尤其是约2度。在这种情况下，如上所述，为了使激光束14沿着加工路径18运动，激光束14优选地被偏转装置20偏转并且激光加工头12和工件16a、16b相对彼此运动。

根据未示出的替代实施方式，偏转装置20可以包括构造为大型场扫描仪的第一偏转装置和构造为小型场扫描仪的第二偏转装置。如上所述，第一偏转装置可以优选地用于沿着加工路径18运动，而第二偏转装置可以用于激光束14的在下面详细描述的摆动运动。

激光焊接***10可以具有激光源24，用于产生激光束14，也称为加工激光束。激光源24可以构造为二极管激光器、固态激光器或光纤激光器，但本发明不限于此。激光焊接***10还可以具有光导纤维26，以便将具有芯射束14a和环形射束14b的激光束14从激光源24传输至激光焊接头12并且将其耦合到激光加工头12中。为此，激光束14例如从光导纤维26的一端借助光纤耦合器27耦合到激光焊接头12中。为了传输芯射束14a和环形射束14b，光导纤维26可以具有芯和包层。

激光束14具有芯射束14a和环形射束14b。因此，激光束14可以是环形模式激光束。芯射束14a可以在垂直于传播方向的平面中具有基本上圆形的横截面。环形射束14b可以在垂直于传播方向的平面中具有基本上环形的横截面。环形射束14b可以在径向方向上与芯射束14a间隔开或邻接于芯射束14a。然而，至少在垂直于传播方向的平面上存在两个彼此可分离的强度最大值，即芯射束的圆形的强度最大值和环形射束的环形的强度最大值，它们彼此同轴地布置。

根据实施方式，激光源24设置为用于产生芯射束和环形射束，并且光导纤维26设置为用于将芯射束和环形射束传输给激光加工头12。

根据替代的实施方式，激光源24包括用于产生芯射束14a的第一激光源和用于产生环形射束14b的第二激光源(均未示出)。在这种情况下，芯射束和环形射束在不同的激光源中产生，其中，芯射束14a和环形射束14b随后在激光源24中耦合到共同的光导纤维中，在那里它们一起形成(共同的)激光束14。然后，芯射束14a和环形射束14b被光导纤维26传输到激光加工头12上。在这种情况下，芯射束14a的激光功率和环形射束14b的激光功率来自不同的激光源。第一和第二激光源可以在不同的波长范围内或在不同波长下发射。相应地，芯射束14a和环形射束14b可以具有不同的波长。

替代地，激光源24也可以产生传统的简单激光束，并且激光束可以借助光导纤维26传输到激光加工头12上。在这种情况下，可以通过激光加工头12中的相应光学器件(未示出)将激光束14分成芯射束和环形射束。

紧接着光纤耦合器27布置的准直光学器件28设置为用于准直从光导纤维26的端部发散地射出的激光束14。激光束14的焦点位置可以借助准直光学器件28调整或校正。沿着其可调整激光束14的焦点位置的轴线可以相应于激光焊接头12的光轴、尤其是聚焦光学器件30的光轴。该轴线也可以称为z轴。z轴例如可以垂直于x-y坐标系轴线。因此，准直器光学器件28可以称为z-准直器光学器件或简称为z-准直器。焦点位置的调整可以通过沿准直光学器件28的光轴或激光束14的射束轴调节准直光学器件28的透镜。准直光学器件28可以具有用于调节透镜的马达单元(未示出)。

此外，激光加工头12可以在光导纤维26的端部之后，例如在光纤耦合器27中或之后具有在激光束14的光束传播方向上的光圈。借助该光圈可以遮蔽或抑制激光束14、尤其是环形射束14b的不希望的模式，因为环形射束14b在离开光导纤维26的端部之后会强烈地发散。

此外，激光加工头12还具有用于将激光束14耦合到偏转装置20中的耦合装置32。耦合装置32例如构造为分束器或分色镜，其基本上反射具有激光束14波长的光并且基本上允许具有与激光束14波长不同的波长的光通过，即反射镜对于具有与激光束14不同波长的光基本上是透过的。借助耦合装置32，在激光束14照射到工件16a、16b上并耦合到激光加工头12中时产生的过程辐射可以从激光束14分离并且从激光加工头12脱耦，以便可供用于监控激光加工过程。

此外，激光焊接头12包括用于将激光束14聚焦到至少一个工件16a、16b上、尤其至少一个工件16a、16b的表面上的聚焦光学器件30。根据实施方式，聚焦光学器件30构造为F-theta透镜。F-theta透镜可以远心地构造。

激光加工***10可以包括用于监控激光加工过程的不同监控***(未示出)。监控可以基于通过耦合装置32从激光加工头12脱耦的过程辐射。例如，激光加工***10可以包括光电二极管监控***。光电二极管监控***可以借助光电二极管记录和分析评估在不同波长范围内或在不同波长下的激光加工过程的过程辐射。因此，例如可以记录和分析评估等离子体辐射、温度辐射和逆反射。此外，激光加工***10可以具有摄像机监控***。摄像机监控***可以在激光加工过程期间拍摄和分析评估工件表面与相互作用区域的照片。因此可以感测和监控激光束14在工件16a、16b上的位置。此外，激光加工***10可以包括OCT(光学相干断层扫描)监控***。借助OCT***例如可以用于感测和监控激光加工头12到至少一个工件16a、16b的距离。在激光焊接过程中，蒸汽毛细管的深度也可以被感测和监控。

此外，激光加工***10还包括控制单元34，用于控制激光加工***10的部件，以便执行根据本发明实施方式的上述激光加工过程和用于激光加工的方法。控制单元34设置为用于控制激光源24、准直光学器件28和偏转装置20。尤其，控制单元34设置为用于控制准直光学器件28以调整激光束14的焦点位置。此外，控制单元34设置为用于控制偏转装置20，以便将激光束14相对于工件16a、16b偏转并且沿着加工路径18和稍后描述的摆动图案引导，并且控制单元34设置为用于控制激光源24，以便调整激光束14的激光功率、环形射束14a的激光功率和/或芯射束14b的激光功率。控制单元34还可以设置为用于控制机器人、轴***和/或工具台，以便将激光束14沿着加工路径18和摆动图案引导。

因此，控制单元34设置为用于一方面控制激光束14在工件16a、16b上或在扫描场中的位置，同时将用于芯射束14a和环形射束14b的功率规格传递给激光源24、尤其是激光源24的控制单元(未示出)。

控制单元34可以被编程或可编程为用于执行激光加工方法、尤其用于执行激光加工过程和用于适配环形射束14b的激光功率和/或芯射束12a的激光功率。例如，预给定的加工路径18和预给定的摆动图案可以保存在控制单元34中或控制单元34可以以此来编程。此外，控制单元34可以被编程为用于适配激光束14的激光功率、芯射束14a的激光功率和/或环形射束14b的激光功率，统称为功率调制。

例如，激光束14的激光功率、芯射束14a的激光功率和/或环形射束14b的激光功率可以根据激光束14在至少一个工件16a、16b上的位置、激光束14在加工路径18上的位置和/或激光束14在摆动图案19上的位置或作为其函数存储在控制单元34中，或控制单元34可以以此来编程。替代地或附加地，激光束14的激光功率、芯射束14a的激光功率和/或环形射束14b的激光功率可以作为工件16a、16b沿着加工路径18和/或摆动图案19的特性的函数保存在控制单元34中，或控制单元34可以以此来编程。例如，分析函数或表格可以保存在控制单元34中。

因此，图1的激光加工***10设置为用于执行根据本发明实施方式的激光加工的方法。

此外，控制单元34还可以设置为用于从上述监控***接收监控数据，并且在此基础上调节激光加工过程和/或功率调制。

图2示出根据本发明实施方式的用于激光加工的方法的流程图，用于激光加工工件的该方法可以借助在图1中描述的激光加工***10执行，包括以下步骤。

为了执行激光加工过程，激光束被照射到至少一个工件上。激光束包括彼此同轴地延伸的芯射束和环形射束。在此，将激光束沿着预给定的加工路径在工件上引导(S1)。在激光束照射到至少一个工件上时，激光束的激光功率、芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率根据激光束照射到至少一个工件上的位置或激光束在扫描场中的位置或作为起函数来适配或调整(S2)。尤其，激光束的激光功率、芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以根据激光束在加工路径上的位置和/或激光束在摆动图案上的位置或作为其函数来适配。

根据实施方式，激光束的激光功率、芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率基于在激光束照射在工件上的位置处的工件特性来调整。例如可以基于在激光束位置处的工件的热导率、厚度和/或材料适配激光功率，和/或可以基于工件在激光束的当前位置处在激光束照射之前是已经被加工还是尚未被加工。

在该位置处的热导率可以是在该位置处的工件材料的比热导率，也可以是在该位置处的工件的绝对热导率。绝对热导率可以取决于例如工件在该位置处的材料和工件在该位置处的几何形状，例如厚度和比热导率。工件的厚度可以沿着平行于激光束在工件上的传播或照射方向的轴线给定或测量。

芯射束的激光功率和环形射束的激光功率可以彼此独立地调整或适配。根据实施方式，芯射束的激光功率和环形射束的激光功率优选彼此独立地、尤其在时间上彼此独立地适配或调整。替代地或附加地，激光功率也可以同时适配和/或按相同的百分比量值适配。

芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率的适配可以在激光束在工件上的两个位置之间连续地、尤其持续地或逐步地进行。

图3示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明实施方式的用于激光加工的方法，图4A示出示意性的立体视图，图4B示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明的另外实施方式的方法。

图3示出图1的搭接地布置的工件16a、16b的位于上方的工件16a的俯视图。图4示出工件16a、16b对接地布置的实施方式。在两个实施方式中，工件16a、16b通过应沿着预给定的加工路径18延伸的焊缝相互焊接。因此，预给定的加工路径18给出所期望的焊缝的走势，在图3中，焊缝应在工件16a的表面上延伸。在图4A、4B中，待形成的焊缝应在工件16a、16b的接头棱边处延伸。

在图4A、4B中，工件16b包括具有不同厚度的区域或区段。工件16b的区域17a具有比区域17b更小的厚度。工件16a具有基本上恒定的厚度。工件16a的厚度例如可以相应于工件16b的区域17a的厚度。

在激光束14照射到工件16a上以执行激光加工过程并且形成焊缝时，激光束14沿着预给定的加工路径18从加工路径18的起点18a被引导至终点18b。加工路径18通常是线形的。

激光束14在工件16a上的位置可以相应于在加工路径18上的位置或可以配属于加工路径18上的位置。激光束14以预给定的加工速度沿着加工路径18运动，该加工速度可以沿着加工路径18是恒定的或可变的。加工速度矢量38可以定义为平行于工件16a表面的二维矢量，或定义为在与工件16a静止的x-y坐标系中的二维矢量，其在激光束14的每个位置处与加工路径18相切地延伸并且其绝对值相应于在该位置的加工速度。加工速度矢量38的取向也可以称为加工方向。在激光焊接过程中，加工方向也可以称为焊接方向，并且加工路径18可以称为焊接轨迹。

根据在图3和4A和4B中所示的实施方式，将芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率在激光束14沿着加工路径18运动时适配。因此，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率根据激光束14在加工路径18上的位置来适配。可以基于关于图2提及的工件16a、16b的特性、尤其是工件16a、16b的厚度、热导率和/或材料，在激光束14的位置处适配激光功率。

芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率的适配可以在加工路径18的两个位置之间连续或逐步地进行。芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率沿着加工路径18的适配可以重复和/或周期性地实行。例如，适配可以分别至少三次或在加工路径18上的三个不同位置处进行。本发明中的功率规格涉及环形射束或芯射束的最大功率。优选地，在更大的材料或工件厚度的情况下，对于芯射束和/或环形射束调整较高的激光功率。芯射束和环形射束之间的激光功率比可以优选地根据应用而改变或适配，即可以执行芯射束和环形射束激光功率的独立调制。

例如，在图4A和4B中，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率与工件16a、16b中的至少一个工件沿着加工路径18的厚度成比例地调整。替代地或附加地，环形射束的激光功率和芯射束的激光功率之间的差或区别可以与工件16a、16b中的至少一个工件沿着加工路径18的厚度成比例地调整。

例如，在加工路径18上的位置18c处，芯射束的激光功率调整为关于芯射束的最大激光功率的30％，并且环形射束的激光功率调整为关于环形射束的最大激光功率30％。在加工路径18上的位置18d处，芯射束的激光功率调整为关于芯射束的最大激光功率的40％，并且环形射束的激光功率调整为关于最大激光功率的50％。芯射束关于芯射束最大激光功率调设的激光功率也可以称为芯射束的相对激光功率。同样情况适用于环形射束。

因此，在位置18c处的芯射束的相对激光功率和环形射束的相对功率之间的差为零并且在位置18d处的差不等于零或大于零，例如为10％。在此，加工路径18上的位置18c邻接于工件16b的具有与工件16a相同厚度的区域17a。位置18d邻接于工件16b的比区域17a具有增加厚度的区域17b。如上所述，芯射束和环形射束的激光功率可以在沿着加工路径的两个连续位置18c、18d之间连续或逐步地适配或改变。

在激光束沿着加工路径运动期间，激光束可以附加地沿着至少一个工件上的预给定的摆动图案运动。图5示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明实施方式的用于激光加工的方法的加工路径和摆动图案。

激光束14沿着加工路径18的运动与激光束14沿着预给定的摆动图案19的运动叠加。激光束14沿着摆动图案19的运动也可以称为摆动运动，摆动图案相应于在没有激光束14沿着加工路径18运动情况下的激光束14在工件16a、16b上的假想运动或偏转路径。

激光束14沿着摆动图案19的运动可以通过图1的偏转装置20使激光束14沿着摆动图案19偏转实现，该偏转装置也用于使激光束14沿着加工路径18运动。此外，沿着摆动图案19的运动通过偏转装置20实现并且沿着加工路径18的运动通过激光加工头12和至少一个工件16a、16b相对彼此的上述相对运动实现。

替代地，偏转装置20可以包括用于沿着加工路径18运动的第一偏转装置和用于沿着摆动图案19运动的第二偏转装置。例如，第一偏转装置可以构造为大型场扫描仪，而第二偏转装置可以构造为小型场扫描仪。沿着摆动图案19的运动也可以通过第二偏转装置实现并且沿着加工路径18的运动也可以通过激光加工头12与至少一个工件16a、16b相对彼此的上述相对运动和通过第一偏转装置的偏转的组合实现。

参照图5解释说明摆动运动和摆动图案。假设激光束14以预给定的由加工速度矢量38表示的加工速度沿着加工路径18运动，但没有沿着工件16a上的摆动图案19的摆动运动，则激光束14的该运动可以在任何时间点配属有加工路径18上的位置40。加工路径18上的该位置也可以称为(理论)加工点40。该加工点40因此以加工速度沿着加工路径18运动并且可以用作平行于工件16a的表面的二维笛卡尔坐标系x'-y'的原点，其中，坐标系的x'轴平行于加工速度矢量38延伸并且y'轴垂直于该加工速度矢量延伸。摆动图案19则可以视为在该坐标系中的静止图形。因此，x'-y'坐标系以加工速度和加工速度矢量38沿着加工路径18在工件16a上运动。

在图5中所示的摆动图案是圆形的，其中，圆心与x'-y'坐标系的原点重合。因此，摆动图案19的起点和终点重合。然而，本公开不限于此。摆动图案19也可以相对于x'和/或y'轴不对称地布置和/或摆动图案19的中心点可以与坐标系的原点间隔开。

根据替代的实施方式，摆动图案19可以构造为线，该线沿着y'轴并且从而横向于加工路径18，或沿着x'轴并且从而沿着加工路径18或平行于加工速度矢量38形成。摆动图案19也可以具有立八字形或花生形。

根据在图5中所示的实施方式，激光束14在沿着加工路径18运动期间沿着摆动图案19重复运动。换言之，激光束环绕加工点40。由此在x'-y'坐标系或在x-y坐标系中产生激光束14的位置在至少一个相应的坐标轴x、y或x'、y'中随时间变化的周期性或振荡的运动。因此，摆动运动可以视为激光束14相对于或叠加于沿着加工路径18的运动的振荡偏转或运动。沿着摆动图案19的运动通常以明显高于沿着加工路径18运动的速度进行，使得产生激光束14的高频振荡运动，其与沿着加工路径18的运动叠加。

激光束14在工件16a上的位置可以相应于或配属于激光束14在摆动图案19中的位置。根据在图5中所示的实施例，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率在激光束14沿着摆动图案19运动时被适配。因此，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率根据激光束14在摆动图案19上的位置来适配。激光功率可以基于关于图2提及的在激光束14位置处的工件16a的特性、尤其工件16a的厚度、热导率和/或材料来适配。替代地或附加地，该适配可以实现用于在激光束14沿着加工路径18运动时进行适配。

图6A-6D示出工件的俯视图，用于解释说明根据本发明实施方式的用于激光加工的方法。

图6A-6D示出这样的实施方式，其中工件16a、16b对接地布置并且应通过在工件16a、16b的接头棱边处的焊缝焊接，使得预给定的加工路径18也沿着工件16a、16b的接头棱边延伸。因此，激光束14不但照射到工件16a上而且照射到工件16b上。

此外，在图6A-6D中示意性地示出已经部分形成的焊缝42。激光束沿着加工路径18的运动与沿着圆形摆动图案19的摆动运动叠加。摆动图案19包括激光束14依次经过的四个位置19a、19c、19b和19d。

在此，工件16a比工件16b更厚，例如大约厚50％，即工件16a的厚度为工件16b的厚度的150％。

根据在图6A-6D中所示的实施方式，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率在激光束14沿着摆动图案19运动时被适配。因此，根据激光束14在摆动图案19上的位置适配芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率。激光功率可以基于在激光束14的位置处工件16a的关于图2提及的特性、尤其是工件16a,16b的厚度、热导率和/或材料适配激光功率。该适配可以替代或附加于在激光束14沿着加工路径18运动时的适配实现。

在图6A中，激光束14在加工路径18上在前位于摆动图案19的第一位置19a处。当从加工点40起沿加工方向跟随加工路径18时，第一位置19a相应于摆动图案19与加工路径18的交点。第一位置19a布置在工件16a、16b的之前未经加工的区域中，即激光束14尚未照射到该区域上。

在图6B中，激光束14在加工路径18上在后位于摆动图案19的第二位置19b处。当从加工点40起反向于加工方向跟随加工路径18时，第二位置19b相应于摆动图案19与加工路径18的交点。第二位置19b布置在工件16a、16b的之前已经加工过的区域中，即激光束14之前已经照射到该区域上。在此，工件16a、16b的材料已经熔化并且在冷却时又凝固，由此形成焊缝42。通常，该区域中的材料已经改变，改变的材料在后在第二位置19b处的热导率可以小于在前在第一位置19a处的热导率。激光束14通过沿着摆动图案19的运动重新在焊缝42上被引导。

根据实施方式，芯射束在前在第一位置19a处的激光功率调整得大于芯射束在后在第二位置19b处的激光功率。例如，芯射束在前在第一位置19a处的激光功率调整为关于芯射束的最大激光功率的100％，并且芯射束在后在第二位置19b处的激光功率调整得等于或小于关于芯射束的最大激光功率的50％，例如30％。环形射束在前在第一位置19a处的激光功率调整为关于环射束的最大激光功率的100％，并且在后在第二位置19b处调整得等于或小于关于芯射束的最大激光功率的50％，例如30％。

摆动图案19也可以包括横向于加工路径18的至少一个横向位置。如在图6C和6D中所示地，摆动图案19包括相对于加工方向38在加工路径18左侧上的第一横向位置19c和相对于加工方向38在加工路径右侧上的第二横向位置19d。在此，第一横向位置19c布置在较薄的工件16b上，而第二横向位置19d布置在较厚的工件16a上。横向位置19c、19d因此与加工路径18间隔开地布置。如在图6C和6D中所示地，摆动图案19上的横向位置19c、19d相应于摆动图案19与坐标轴y'的交点，即与垂直于加工路径18穿过加工点40延伸的线的交点。

根据实施方式，芯射束在横向位置19c、19d处的激光功率调整得小于芯射束在前在第一位置19a处和/或在后在第二位置19b处的激光功率。相应地，环形射束在横向位置19c、19d处的激光功率调整得小于环形射束在前在第一位置19a处和/或在后在第二位置19b处的激光功率。

根据实施方式，芯射束的激光功率和环形射束的激光功率根据工件16a、16b在激光束14的位置处的厚度来调整。该厚度对工件16a、16b在激光束14的位置处的热导率产生影响。芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率例如可以分别与工件16a、16b在激光束14的位置处的厚度成比例地调整。

根据另外的未示出的实施方式，工件16a、16b具有相同的厚度，但由不同的材料构成。例如，工件16a由比工件16b的材料具有更高热导率的材料构成。例如，工件16a由铜或铜合金制成，而工件16b由铝或铝合金制成。

在这种情况下，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以根据在激光束14位置处工件16a、16b的材料或材料的比热导率来调整。比热导率对工件16a、16b在激光束14的位置处的绝对热导率产生影响。芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率例如可以分别与工件16a、16b在激光束14的位置处的比热导率成比例地调整。

换言之，芯射束的激光功率和/或环形射束的激光功率可以随着在激光束14位置处工件的厚度和/或比热导率的增加而调整得更大。在第一种情况下，环形射束的激光功率和芯射束的激光功率在具有较小厚度的工件16b上的位置19c处分别比在具有较大厚度的工件16a上的位置19c处调整得更小。在第二种情况下，环形射束的激光功率和芯射束的激光功率在由铝制成的工件16b上的位置19c处分别比在由铜制成的工件16a上的位置19c处调整得更小，因为铜具有比铝更高的比热导率。

例如，环形射束的激光功率和芯射束的激光功率在工件16b上的位置19c处分别比工在件16a上的位置19d处调整得更小。因此，将芯射束的激光功率在第一横向位置19c处调整为关于芯射束的最大激光功率的30％，并且在第二横向位置19d处调整为关于芯射束的最大激光功率的50％。环形光束的激光功率在第一横向位置19c处调整为关于环形射束的最大激光功率的40％，并且在第二横向位置19d处调整为关于环形射束的最大激光功率的50％。

替代地或附加地，环形射束的相对激光功率和芯射束的相对激光功率之间的差可以与在激光位置处工件16a、16b的厚度和/或比热导率成反比地调整。换言之，环形射束的相对激光功率与芯射束的相对激光功率之间的差可以在激光束14的位置处随着工件16a、16b的厚度和/或比热导率的增加而调整得更小。在此，相对激光功率说明关于最大激光功率调设的激光功率。例如，环形射束的相对激光功率与芯射束的相对激光功率之间的差在第一横向位置19c处等于10％，而在第二横向位置19d处，该差值为零。由此可以考虑这样的效果，即随着厚度减小或随着比热导率减小，相对于通过芯射束照射到工件16a或16b上的激光功率，更多的功率在工件16a、16b上沿径向方向流出。由此，材料可能无法充分或无法如预期那样加热，以便熔化或蒸发。由此，激光焊接过程可能无法正常执行。通过提高芯射束的相对激光功率与环形射束的相对激光功率之间的差，可以通过环形射束的附加激光功率补偿径向流出的功率。由此可以防止激光焊接过程的加工误差。

本发明包括借助具有同轴延伸的芯射束和环射束的激光束对工件进行激光加工、尤其激光焊接的方法和激光加工***，其中，芯射束的激光功率和环形射束的激光功率在激光加工过程，例如在激光焊接过程中彼此独立地被调整或调制，或作为激光束在工件上或扫描场中的位置的函数进行调整，以便获得最优的加工结果、尤其是最优的焊接结果。由此，在焊接由高强度钢、铝和铜制成的工件或焊接具有明显不同热导率的材料时尤其产生优点。例如，减少或防止热裂纹和飞溅物。

Claims (15)

1.一种用于激光加工工件(16a、16b)的方法，该方法包括以下步骤：

-将激光束(14)照射(S1)到至少一个工件(16a、16b)上，其中，所述激光束(14)包括彼此同轴地延伸的芯射束(14a)和环形射束(14b)，其中，所述激光束(14)沿着预给定的加工路径(18)运动经过所述工件(16a、16b)，

-根据所述激光束(14)在所述工件(16a、16b)上的位置适配(S2)所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率的适配连续地或逐步地进行。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述激光束(14)在所述工件(16a、16b)上的位置相应于在所述加工路径(18)上的位置，

其中，将所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率沿着所述加工路径(18)适配。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率的适配沿着所述加工路径(18)重复和/或周期性地进行。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

-在所述激光束(14)沿着所述加工路径(18)运动期间，使所述激光束(14)沿着在所述工件(16a、16b)上的预给定的摆动图案(19)运动，

其中，所述激光束(14)在所述工件(16a、16b)上的位置相应于所述激光束(14)在所述摆动图案(19)中的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述摆动图案(19)包括在所述加工路径(18)上在前的第一位置(19a)和在所述加工路径(18)上在后的第二位置(19b)，

其中，将在所述第一位置(19a)处的所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率相应地适配得大于在第二位置(19b)处的所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述摆动图案(19)包括相对于所述加工路径(18)在侧向上的至少一个横向位置(19c、19d)，并且

其中，将在所述至少一个横向位置(19c、19d)处的所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率相应地适配得小于在前的第一位置(19a)处的所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率，和/或将在至少一个横向位置(19c、19d)处的所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率分别适配得大于在后的第二位置(19b)处的所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率基于在所述激光束(14)在所述工件(16a、16b)上的位置处的所述工件(16a、16b)的材料、热导率和/或厚度来适配。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率作为在所述激光束(14)在所述工件(16a、16b)上的位置处的所述工件(16a、16b)的热导率和/或厚度的函数来适配，和/或

其中，所述芯射束(14a)的相对激光功率和所述环形射束(14b)的相对激光功率之间的差作为在所述激光束(14)的该位置处的所述工件(16a、16b)的热导率和/或厚度的函数来适配。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述预给定的加工路径(18)沿着两个工件(16a、16b)的接头棱边延伸，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和/或所述环形射束(14b)的激光功率作为所述工件(16a、16b)中的至少一个工件沿着所述加工路径(18)的厚度的函数来适配，和/或

其中，所述芯射束(14a)的相对激光功率和所述环形射束(14b)的相对激光功率之间的差作为所述工件(16a、16b)中的至少一个工件沿着所述加工路径(18)的厚度的函数来适配。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率彼此独立地适配。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率的商在所述激光束(14)沿着所述加工路径(18)和/或沿着所述摆动图案(19)运动期间是恒定的，或

其中，所述芯射束(14a)的激光功率和所述环形射束(14b)的激光功率的和在所述激光束(14)沿着所述加工路径(18)和/或沿着所述摆动图案(19)运动期间是恒定的。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述芯射束(14a)和所述环形射束(14b)具有不同的波长。

14.一种用于激光加工工件(16a、16b)的激光加工***(10)，包括：

-激光加工头(12)，用于将具有芯射束(14a)和与该芯射束(14a)同轴地延伸的环形射束(14b)的激光束(14)照射到至少一个工件(16a、16b)上，和

-控制单元(34)，该控制单元设置为用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

15.根据权利要求14所述的激光加工***(10)，还包括：

-至少一个激光源(24)，用于提供所述芯射束(14a)和所述环形射束(14b)，和

-光导纤维(26)，该光导纤维设置为用于将所述芯射束(14a)和所述环形射束(14b)从所述至少一个激光源(26)引导至所述激光加工头(12)。

Images