DE112006000858T5

DE112006000858T5 - Laserschweisssystem

Info

Publication number: DE112006000858T5
Application number: DE112006000858T
Authority: DE
Inventors: Marjan S. Corvallis Amesbury; Barbara Helen Corvallis Baxter; Michael O. Corvallis King; Mark T. Corvallis Hardin; Qiong Chen; Muay Kheng Neo; Louis-Raymond Rozario
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2008-01-31
Also published as: GB2440086A; GB0721964D0; WO2006115808A1; US8017886B2; GB2440086B; US20090200278A1; US20060237401A1; US7538295B2

Abstract

Ein Laserschweißsystem (10), das folgende Merkmale aufweist:
einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf (12), der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden (14) in demselben aufweist, wobei jede der Dioden (14) angepasst ist, um einen Laserstrahl (16) mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen angepasst sind, um ein Arbeitsstück (18) zu schweißen, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die erste Komponente (20) geschweißt werden soll, wobei die erste Komponente (20) im Wesentlichen durchlässig gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist, wobei die zumindest eine andere Komponente (22) im Wesentlichen absorbierend gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist; und
eine Linse (24), die in einem vorbestimmten Abstand von jeder der zumindest zwei Laserdioden (14) beabstandet ist, wobei jede der Linsen (24) angepasst ist, um den jeweiligen Laserstrahl (16) in ein Fokussierter-Laserstrahl-Segment (l) zu fokussieren, wodurch eine kontinuierliche Lilie von Laserenergie (L) aus einer im Wesentlichen...

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Laserschweißen und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Laserschweißen.
Laserschweißen ist ein Schmelzschweißprozess, bei dem Materialien durch ein Schmelzen oder ein Erweichen der Grenzfläche zwischen den Teilen, die verbunden werden sollen, und durch ein Ermöglichen, dass dieselbe fest wird, verbunden werden. Ein intensiver Strahl einer Laserstrahlung wird auf das Material, das verbunden werden soll, fokussiert. Die Strahlung regt eine Resonanzfrequenz in den Molekülen der Teile an, die verbunden werden sollen, was zu einem Erwärmen des Materials führt. Die Strahlung, die durch Laserdioden erzeugt wird, kann verwendet werden, um Kunststoffteile zu schweißen, aber die Leistung, die einer einzelnen Laserdiode zugeordnet ist, kann in einigen Fällen unzureichend sein, um das Material, das verbunden werden soll, schnell und effizient zu schmelzen. Einige Laserschweißgeräte kombinieren die Ausgabe einer Anzahl von Laserdioden, um ein schnelles Erwärmen einer großen Fläche des Materials, das verbunden werden soll, zu erzeugen. Ein Verfahren zum Kombinieren der Laserstrahlung aus einer Bank von Laserdioden besteht darin, optische Fasern zu verwenden, um die Laserstrahlung zu benachbarten Stellen durchzulassen, um eine ausreichende Strahlungsdichte zum Schweißen zu erzeugen. Die Flexibilität von optischen Fasern kann bei Anwendungen, bei denen ein Schweißen in drei räumlichen Dimensionen erwünscht ist, vorteilhaft sein.
Die Bank von Lasern eines Laserschweißsystems enthält 15 einzelne 50-Watt-Laserdioden für eine kombinierte Leistung von 750 Watt. Die Laserdioden, die in der Bank von Lasern spezifiziert sind, erzeugen jeweils eine kontinuierliche Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 808 nm mit einer spektralen Breite von weniger als 2,5 nm. Die vergleichsweise enge spektrale Breite kann vorteilhaft sein, wenn die Laser als ein Bumpquelle für Festkörperlaser verwendet werden, jedoch entspricht eine enge spektrale Breite im Allgemeinen einer Niedrigenergieverstärkungseffizienz bei Laserdioden.
In Abhängigkeit von der Anwendung können vergleichsweise hohe Wartungskosten für sowohl die Diodenlaser als auch für das Optische-Faser-Array vorhanden sein. Bei einer Massenproduktionsumgebung können erhebliche Kosten einer Stillstandszeit vorhanden sein, wenn eine der 15 Laserdioden oder optischen Fasern eine Neuausrichtung oder eine Wartung erfordert. Die Wartungszwischenzeit des Systems (MTBM des Systems; MTBM = mean time between maintenance) ist aufgrund der vergleichsweise großen Anzahl von Komponenten im Allgemeinen kürzer. Ein anderer möglicher Nachteil eines Optische-Faser-Arrays besteht in dem möglichen hohen Energieverlust während eines Strahlentransports durch die Faser(n).
Ferner verhindern einige Laserschweißgeräte ein Schmelzen von Abschnitten der Teile, die geschweißt werden sollen, indem sie eine Laserstrahlbestrahlung der geschützten Fläche mit einer Maske blockieren, die die Laserenergie absorbiert und reflektiert. Jedoch besteht ein Nachteil darin, dass die Maske durch die Laserenergie ablatiert oder abgetragen werden kann und nach einer vergleichsweise kurzen Zeit im Dienst eine Ersetzung oder eine Wiederaufbereitung erfordern kann.
Somit wäre es wünschenswert, eine Vorrichtung zum Laserschweißen zu liefern, die die obigen Nachteile durch ein Liefern einer Vorrichtung, die eine längere Wartungszwischenzeit (MTBM), niedrigere Anfangskapitalkosten und einen energieeffizienteren Betrieb aufweist, im Wesentlichen überwindet.
Zusammenfassung
Ein Laserschweißsystem umfasst einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf, der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden aufweist. Jede der Dioden ist angepasst, um einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen angepasst sind, um ein Arbeitsstück zu schweißen, das eine erste Komponente und zumindest eine andere Komponente, die an die erste Komponente geschweißt werden soll, aufweist, wobei die erste Komponente im Wesentlichen durchlässig gegenüber der Wellenlänge ist und die andere Komponente im Wesentlichen absorbierend gegenüber der Wellenlänge ist. In einem vorbestimmten Abstand von jeder der Laserdioden ist eine Linse beabstandet, wobei jede der Linsen angepasst ist, um den jeweiligen Laserstrahl in ein Fokussierter-Laserstahl-Segment zu fokussieren, wobei aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination von jedem Fokussierter-Laserstrahi-Segment eine kontinuierliche Linie von Laserenergie gebildet wird. Die kontinuierliche Linie von Laserenergie befindet sich in einer Ebene, die das Arbeitsstück enthält, und ist zu der Arbeitsstücktranslationsrichtung im Wesentlichen orthogonal.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Objekte, Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung werden durch eine Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibungen und die Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen ähnlichen, wenn auch nicht zwangsläufig identischen, Komponenten entsprechen. Zum Zwecke der Kürze sind Bezugszeichen, die eine vorhergehend beschriebene Funktion aufweisen, gegebenenfalls in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen dieselben auftauchen, nicht zwangsläufig beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Laserschweißsystems, das einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf umfasst.
2 ist eine schematische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Laserschweißsystems, das ein faseroptisches Bündel umfasst;
3 ist eine vergrößerte perspektivische semischematische Ansicht des Ausführungsbeispiels von 2 und zeigt eine wassergekühlte maskierte Druckplatte;
4 ist eine semischematische perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels von 2;
5 ist eine semischematische perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels von 2 und zeigt eine Arbeitsstückhebevorrichtung und ein translierendes Bauglied;
6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer wassergekühlten maskierten Druckplatte;
7 ist eine Querschnittsansicht der wassergekühlten maskierten Druckplatte von 6; und
8 ist eine Abbildung von zwei kontinuierlichen Linien von Laserenergie mit einer variierenden Breite, die durch das Ausführungsbeispiel von 1 erzeugt werden.
Detaillierte Beschreibung
Es ist unerwartet und zufällig entdeckt worden, dass das/die Laserschweißsystem(e) der vorliegenden Offenbarung eine längere Wartungszwischenzeit (MTBM), vergleichsweise niedrige Anfangskapitalkosten und einen energieeffizienteren Betrieb aufweisen.
Sich nun auf 1 beziehend ist bei einem Ausführungsbeispiel ein Laserschweißsystem im Allgemeinen mit 10 bezeichnet. Das Laserschweißsystem 10 umfasst einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf 12, der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden 14 in demselben aufweist. In der Figur ist ein lineares Array von sechs Laserdioden 14 gezeigt, die einen im Wesentlichen horizontalen 1X6 Laserdiodenstapel bilden; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass irgendeine geeignete Anzahl von Laserdioden 14 verwendet werden kann, wie es für eine bestimmte Anwendung erwünscht und/oder geeignet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Laserkopf 12 eine Ausgabeleistung von ungefähr 480 Watt/6 Dioden auf.
Die Bezeichnung „Freiabstand-Strahllieferung", wie dieselbe hierin verwendet wird, wird im Weiten so aufgefasst, dass dieselbe bedeutet, dass die Laserstrahlen 16 nicht durch Faseroptiken, faseroptische Bündel oder dergleichen geleitet werden.
Jede der Dioden 14 ist angepasst, um einen Kontinuierliche-Welle-Laserstrahl 16 mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen. Die Laserstahlen 16 sind angepasst, um ein Arbeitsstück 18 zu schweißen, das eine erste Komponente 20 und zumindest eine andere Komponenten) 22, die an die erste Komponente 20 geschweißt werden soll, aufweist. Die erste Komponente 20 ist gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge im Wesentlichen durchlässig; und die andere Komponente 22 ist gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge im Wesentlichen absorbierend. Es sei darauf hinge wiesen, dass die Bezeichnung „durchlässig" oder „im Wesentlichen durchlässig", wie dieselbe hierin verwendet wird, nicht 100%ig durchlässig bedeuten soll. Ein Material, das ungefähr 75 % bis ungefähr 100 % der Lichtenergie durchlässt, kann für eine Verwendung bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen geeignet sein. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „absorbierend" oder „im Wesentlichen absorbierend", wie dieselbe hierin verwendet wird, ein Material bedeuten soll, das im Wesentlichen alle Lichtenergie (z.B. ungefähr 90 % des Lichts in ungefähr 0,2 mm der Grenzfläche 21 zwischen den Komponenten 20 und 22), die dasselbe nicht reflektiert, absorbiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass beliebige geeignete Polymermaterialien für die Komponenten 20 und 22 verwendet werden können, vorausgesetzt, dass die Komponente 20 im Wesentlichen durchlässig und die Komponente 22 im Wesentlichen absorbierend ist. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Materialien, die für die Komponente 20 oder 22 verwendet werden, die folgenden geeignet modifizierten Materialien (d. h. ein Formulieren der Materialien, damit dieselben die erwünschten optischen Eigenschaften aufweisen): Acrylnitrilbutadienestyrol (ABS; ABS = acrylonitrilebutadiene styrene), Polypropylen (PP; PP = polypropylene), Polyethylenterephthalat (PET; PET = polyethylene terephthalate) glycolmodifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG; PETG = glycol modified polyethylene terephthalate), Polyphenylenoxid (PPO; P20 = polyphenylene Oxide), Flüssigkristallpolymer (LCP; LCP = liquid crystal polymer) und/oder Mischungen derselben.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Komponente 20 aus den folgenden Materialien gebildet, die modifiziert sind, um im Wesentlichen durchlässig zu sein: Acrylnitrilbutadienestyrol (ABS), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) PETG, Polyphenylenoxid (PPO) und/oder Mischungen derselben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Komponente 22 aus den folgenden Materialien gebildet, die modifiziert sind, um im Wesentlichen absorbierend zu sein: Acrylnitrilbutadienestyrol (ABS), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylenoxid (PPO), Flüssigkristallpolymer (LCP) und/oder Mischungen derselben.
Eine Linse 24 ist in einem vorbestimmten Abstand d von jeder der Laserdioden 14 beabstandet, wie es gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abstand d irgendein geeigneter Abstand sein kann, wie es für eine bestimmte Anwendung erwünscht und/oder geeignet ist; bei einem Ausführungsbeispiel jedoch reicht der Abstand d von ungefähr 0,32 cm (1/8 Zoll) bis ungefähr 5,1 cm (2 Zoll).
Die Achse A der Linsen 24 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung W (unten weiter erörtert) der Translation des Arbeitsstücks 18. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jede Linse 24 eine zylindrische fokussierende Linse, die angepasst ist, um die jeweilige Laserstrahl-16-Dichte einzustellen und eine Strahldivergenz im Wesentlichen zu reduzieren. Eine derartige Reduzierung einer Strahldivergenz kann um irgendeinen erwünschten Betrag erfolgen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt diese Strahldivergenz +/ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm. Jede der Linsen 24 ist angepasst, um den jeweiligen Laserstrahl 16 nach einem Durchlaufen durch die Fokalebene F in ein Fokussierter-Laserstrahl-Segment l zu fokussieren, wodurch eine kontinuierliche Linie von Laserenergie L aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination von jedem Fokussierter-Laserstrahl-Segment l gebildet wird, wie es gezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein vorbestimmter Betrag einer Überlappung o zwischen jedem der benachbarten Laserstrahlsegmente l vorhanden sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Überlappung o irgendeinen geeigneten Betrag betragen kann, wie es erwünscht ist. Ein geeigneter Betrag der Überlappung o kann von ungefähr 0 bis ungefähr 50 % der Länge des Liniensegments l reichen. Ein weiteres Beispiel für einen geeigneten Betrag einer Überlappung beträgt ungefähr 10 der Länge des Liniensegments l. Alternativ können die Segmente l einander ohne eine Überlappung o im Wesentlichen berühren, um die kontinuierliche Linie L zu bilden. Ferner kann bei einer Linie L eine Kombination aus überlappenden Segmenten l und einander berührenden Segmenten l vorhanden sein.
Die kontinuierliche Linie von Laserenergie L ist im Allgemeinen in einer Ebene, die das Arbeitsstück 18 enthält, und ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung W einer Translation des Arbeitsstücks. Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Richtung W in/außerhalb der Seite. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die kontinuierliche Linie von Laserenergie L in einer Ebene, die die Grenzfläche 21 zwischen der ersten Komponente 20 und der anderen Komponente 22 enthält (wie gezeigt).
Das System 10 kann ferner ein Arbeitsstück positionierendes Bauglied 28 und/oder ein translierendes Bauglied 32 umfassen, im Allgemeinen in Verbindung mit einer geeigneten Hebevorrichtung 30 mit einem vorbestimmten Druck (unten weiter erörtert), die angepasst sind, um aufeinanderfolgende benachbarte Flächen des Arbeitsstücks 18, die geschweißt werden sollen, für eine vorbestimmte Zeitdauer in einem vorbestimmten Abstand von dem Laserkopf 12 im Wesentlichen kontinuierlich zu positionieren. Die Zeitdauer, die das Arbeitsstück 18 der Linie L (oder einer Laserenergie 38 bei dem Ausführungsbeispiel von 2) ausgesetzt ist, kann irgendeine geeignete Zeitdauer sein; bei einem Ausführungsbeispiel kann eine derartige Zeit von ungefähr 1 Sekunde bis zu ungefähr 50 Sekunden reichen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abstand von dem Arbeitsstück 18 zu dem Laserkopf 12 in Abhängigkeit von der Überlappungsrate o (falls vorhanden), die zwischen den benachbarten Laserstrahlsegmenten l erwünscht ist, variiert werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen dem Laserkopf 12 und dem Arbeitsstück 18 ungefähr 17,8 cm (7 Zoll) für eine Überlappung 0 von ungefähr 10 der Länge eines Laserstrahlsegments l. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt der Abstand zwischen dem Laserkopf 12 und dem Arbeitsstück 18 zwischen ungefähr 0,32 cm (1/8 Zoll) und ungefähr 25,4 cm (10 Zoll).
Die Geschwindigkeit, mit der das Arbeitsstück 18 unter die Linie L (oder Laserenergie 38 bei dem Ausführungsbeispiel von 2) geführt wird, kann ebenfalls irgendeine geeignete Geschwindigkeit sein, die ausreichend ist, um die Komponenten 20, 22 im Wesentlichen gleichmäßig zu schweißen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Geschwindigkeit, mit der das Arbeitsstück 18 unter die Linie L/Laserenergie 38 geführt wird, und die Anzahl von Durchgängen unter einer Berücksichtigung der folgenden Faktoren (unter anderen Faktoren) bestimmt werden können: der Schmelzpunkttemperatur der Materialien, die für die Komponenten 20, 22 verwendet werden, und der erwünschten Verbindungszusammenfalltiefe. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine derartige Geschwindigkeit zwischen ungefähr 8 mm/sek. und ungefähr 50 mm/sek. liegen, und die Durchgänge können von ungefähr 1 bis ungefähr 5 reichen. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Arbeitsstück 18 zweimal unter die Linie L/Laserenergie 38 geführt wird, beträgt die Geschwindigkeit ungefähr 19 mm/sek.
Es sei darauf hingewiesen, dass die kontinuierliche Linie von Laserenergie L/die Laserenergie 38 irgendeine Wellenlänge aufweisen kann, die geeignet ist, um die Materialien, aus denen die Komponenten 20, 22 gebildet sind, zu schweißen. Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die Kontinuierliche-Welle-Wellenlänge (CW-Wellenlänge; CW = continuous wave) der Laserstrahlen 16, die durch die Dioden 14 emittiert werden, und somit die Wellenlänge der Linie L, zwischen ungefähr 780 nm CW und ungefähr 840 nm CW (dies ist der Bereich der Durchlässigkeit durch die Komponente 20 und der Absorption durch die Komponente 22). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt diese Wellenlänge ungefähr 808 nm CW. Die Spektralbreite der Strahlen 16/Linie L kann weniger als ungefähr 10 nm betragen. Bei einem Ausführungsbeispiel reicht die Spektralbreite von ungefähr 5 nm bis ungefähr 7 nm. Es ist unerwartet und vorteilhafterweise festgestellt worden, dass durch ein Wählen von Materialien, aus denen die Komponenten 20, 22 gebildet sind, die eine vergleichsweise breite Absorption aufweisen, die Spektralbreite auf die unmittelbar oben erwähnten Parameter gelockert werden kann. Somit können vergleichsweise kostengünstigere und zuverlässigere Diodenlaser 14 bei den Ausführungsbeispielen 10, 100 von 1 bzw. 2 verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die erste Komponente 20 und die zweite Komponente 22 jeweils aus zumindest einem Polymermaterial gebildet, vorausgesetzt, dass ein derartiges Material(en) gegenüber der Wellenlänge der Linie L durchlässig bzw. absorbierend ist. Das Arbeitsstück 18 ist angepasst, um durch ein partielles Schmelzen und Erweichen des Materials benachbart zu der Grenzfläche 21 zwischen der ersten Komponente 20 und der anderen Komponente 22 geschweißt zu werden und zu ermöglichen, dass die Materialien benachbart zu der Grenzfläche 21 fest werden, wodurch das Arbeitsstück 18 aus geschweißten Komponenten 20, 22 gebildet wird.
Das Laserschweißsystem 10 kann ferner eine obere Druckplatte 26 umfassen (ein Beispiel für dieselbe ist eine wassergekühlte Druckplatte 42), die wirksam zwischen den Linsen 24 und der ersten Komponente 20 des Arbeitsstücks 18 angeordnet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die wassergekühlte Druckplatte 42 entweder bei dem Ausführungsbeispiel, das oben in Beziehung zu 1 erörtert ist, oder bei dem Ausführungsbeispiel, das unten in Beziehung zu 2 erörtert ist, verwendet werden kann. Details der wassergekühlten Druckplatte 42 sind unten in Beziehung zu 6 und 7 erörtert.
Sich nun auf 2 beziehend ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Laserschweißsystems im Allgemeinen mit 100 bezeichnet (und schematisch gezeigt). Das System 100 umfasst zumindest zwei Diodenlaser 14, die angepasst sind, um einen Kontinuierliche-Welle-Laserstrahl 16 zu erzeugen, wobei jeder Strahl 16 durch zumindest ein faseroptisches Bündel 36 zu einem Laserschweißkopf 34 geleitet wird, wobei der Laserstrahl, der aus dem Schweißkopf 34 austritt, in einem im Wesentlichen geraden Linienarray von Laserenergie 38 angeordnet wird. Zumindest eine Linse 40 (z.B. eine zylindrische Linse), die eine Achse an A' aufweist (in/aus der Seite, wie in der Figur gezeigt), ist angepasst, um das im Wesentlichen gerade Linienarray 38 auf ein Arbeitsstück 18 zu fokussieren. Die Fokalebene F befindet sich im Wesentlichen an der Grenzfläche 21, wobei die Fokalebene F und das gerade Linienarray 38 im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung W eines Abtastens des Arbeitsstücks sind.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Arbeitsstück 18 mit den Komponenten 20, 21 und der Grenzfläche 21 sowie das Positionierungsbauglied 28 und die Hebevorrichtung 30 wie hierin oben in Beziehung zu 1 beschrieben sind.
Das Laserschweißsystem 100 umfasst ferner eine wassergekühlte, wärmeleitende, maskierte Druckplatte 42, die wirksam zwischen der Linse 40 und der ersten Komponente 20 (oder zwischen den Linsen 24 und der ersten Komponente 20 bei dem Ausführungsbeispiel von 1) angeordnet ist und angepasst ist, um selektiv das Durchlassen des geraden Linienarrays von Laserenergie 38 (oder der kontinuierlichen Linie von Laserenergie L, wenn in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von 1 verwendet) zu blocken, wodurch ein unerwünschtes Erwärmen des Arbeitsstücks 18 (z.B. in Bereichen des Arbeitsstücks 18, in denen ein Schweißen nicht erwünscht ist) im Wesentlichen verhindert wird.
3 ist eine semischematische perspektivische Ansicht, die das Laserschweißsystem von 2 zeigt. Sich nun auf
4 und 5 zusammen beziehend ist eine semischematische perspektivische Ansicht des Laserschweißsystems 100 gezeigt, die auch zwei Bänke 44 zeigt, von denen jede eine Mehrzahl von Laserdioden 14 in derselben aufweist (15 in jeder Bank 44, wie es gezeigt ist, obwohl darauf hinzuweisen ist, dass sich irgendeine geeignete Anzahl von Dioden 14 in jeder Bank 44 befinden kann und irgendeine geeignete Anzahl von Bänken 44 verwendet werden kann, wie es für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist). Das Laserschweißsystem 100 umfasst auch eine Mehrzahl von Faserbündeln 48, von denen jedes über einen Faserbündelverbinder 46 mit einer Laserdiode 14 verbunden ist (zur Klarheit sind lediglich zwei Bündel 48 und zugeordnete Verbinder 46 gezeigt). Das Arbeitsstückpositionierungsbauglied 28, das translierende Bauglied 32 und/oder die Hebevorrichtung 30 sind wirksam mit einem Servomotor 50 und einer Antriebsschraube 52 verbunden, um das Arbeitsstück 18 wie für eine geeignete Laserabtastung erwünscht zu positionieren. 5 ist eine semischematische perspektivische Ansicht, die das Laserschweißsystem 100 in Verbindung mit der Hebevorrichtung 30, dem translierenden Bauglied 32 und dem Positionierungsbauglied 28 zeigt. Der Laserkopf 34, das/die Faserbündel 36, die Linse 40 und die wassergekühlte Druckplatte 42 sind ebenfalls gezeigt.
Sich nun auf 6 und 7 zusammen beziehend umfasst die wassergekühlte Druckplatte 42 bei einem Ausführungsbeispiel einen Rahmen, der eine innere Öffnung durch denselben aufweist, und zumindest einen Wasserkühlungsdurchgang 72, 74 in einer äußeren Peripherie des Rahmens. Es sei darauf hingewiesen, dass der Rahmen aus irgendeinem geeigneten Material und mit irgendeiner geeigneten Größe, Form und/oder Konfiguration gebildet sein kann. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Rahmen aus einer oder mehreren Schichten aus Aluminium, Kupfer, anderen geeigneten hoch leitfähigen Metallen, Legierungen derselben und/oder Kombinationen derselben gebildet.
Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, weist ein Ausführungsbeispiel des Rahmens ein oberes Bauglied 54 auf, das über Befestigungsdurchbohrungen 56 an ein unteres Bauglied anbringbar ist; und die Kühlungsdurchgänge 72, 74 befinden sich in dem unteren Rahmenbauglied. Eine erste Schicht 68 aus einem im Wesentlichen hochdurchlässigen Material wird durch den Rahmen gestützt und bedeckt im Wesentlichen die innere Öffnung, wie es gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass „hochdurchlässig" oder „im Wesentlichen hochdurchlässig", wie hierin definiert, ein Material bedeuten soll, das mehr als ungefähr 85 des Lichts, das auf dasselbe auftritt, durchlässt. Einige Beispiele für hochdurchlässige Materialen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt darauf, Quarz, Glas, klaren Kunststoff (Beispiele für denselben umfassen Polykarbonat, Acryl und/oder Kombinationen derselben) und/oder Kombinationen derselben.
Eine Maske 66 wird in einer vorbestimmten Konfiguration an der ersten Schicht 68 des durchlässigen Materials errichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Maske 66 aus irgendeinem geeigneten Material und mit irgendeiner geeigneten Dicke gebildet sein kann und durch irgendwelche geeignete Mittel, z.B. durch irgendwelche geeignete Aufbringungstechniken, errichtet werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel reicht die Maske 66 in Dicke von ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 50 Mikrometern. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Maske 66 eine Dicke von ungefähr 5 Mikrometern auf. Es sei darauf hingewiesen, dass die Maske 66 aus irgendeinem geeigneten, im Wesentlichen nichtdurchlässigen, hochreflektierenden Material gebildet sein kann. Wie hierin verwendet, soll „hochreflektierend" ein Material bedeuten, das zumindest 90 % des Lichts, das auf dasselbe auftrifft, reflektiert. Beispiele für derartige Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, Gold, Chrom, hochpoliertes Aluminium, hochpoliertes Silber und/oder Kombinationen derselben. Die Bezeichnung „hochpoliert" soll bedeuten, dass das Material einen Spiegelschliff aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Maske 66 Gold. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Schicht aus Silber (um bei einer Haftung der Goldschicht zu helfen) zwischen der Schicht aus Gold und der ersten durchlässigen Schicht 68 errichtet, um die Maske 66 zu bilden.
Eine zweite Schicht 70 aus einem im Wesentlichen hochdurchlässigen Material, z.B. Quarz, kann durch den Rahmen gestützt und an der Maske 66/ersten Schicht 68 errichtet werden, falls dies erwünscht ist. Die zweite Schicht 70 kann vorteilhafterweise im Wesentlichen eine gewisse Abnutzung der Platte 42 verhindern.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste 68 und zweite Schicht 70 aus Quarz gebildet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Schichten 68 und 70 von irgendeiner geeigneten Dicke sein können. Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die erste Schicht 68 aus einem hochdurchlässigen Material in Dicke zwischen ungefähr 0,1 mm und ungefähr 2,0 mm; und die zweite Schicht 70 aus hochdurchlässigem Material liegt in Dicke zwischen ungefähr 3,0 mm und ungefähr 20,0 mm.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Wasser optional vorgekühlt, bevor dasselbe in einen oberen Kühlungswassereinlass 58 und/oder einen unteren Kühlungswassereinlass 64 eintritt (wenn mehr als ein Kühlungsdurchgang benutzt wird). Das Wasser/gekühlte Wasser (wenn gekühltes Wasser verwendet wird) ist angepasst, um durch den (die) Wasserkühlungsdurchgang (Durchgänge) 72 und/oder 74 und durch den (die) Auslass (Auslässe) 60 und/oder 62 zu zirkulieren, wodurch Wärme von der Druckplatte 42 entfernt wird. Wenn gekühltes Wasser verwendet wird, kann dasselbe auf irgendeine geeignete Temperatur gekühlt sein; und bei einem Ausführungsbeispiel ist das Wasser auf eine Temperatur gekühlt, die zwischen ungefähr 12°C und ungefähr 18°C liegt.
Bei einem Ausführungsbeispiel, das sowohl den oberen 74 als auch den unteren 72 Wasserkühlungsdurchgang verwendet, ist der obere Wasserkühlungsdurchgang 74 angepasst, um Wärme zu entfernen, die im Wesentlichen in einem oberen Bereich der Druckplatte 42 durch eine Absorption durch die Maske 66 erzeugt wird. Der untere Wasserkühlungsdurchgang 72 ist angepasst, um Wärme zu entfernen, die im Wesentlichen in einem unteren Bereich der Druckplatte 42 durch einen Kontakt mit dem Arbeitsstück 18 erzeugt wird.
Ein Verfahren gemäß dem/den Ausführungsbeispielen) hierin umfasst ein Heben der ersten Komponente 20 und der anderen Komponente 22 gegen eine Druckplatte 26, 42; und ein Halten der Komponenten 20, 22 zusammen unter einem vorbestimmten Druck, während das Arbeitsstückpositionierungsbauglied 28 und das translierende Bauglied 32 das Arbeitsstück 18 durch ein im Wesentlichen kontinuierliches Platzieren von aufeinanderfolgenden benachbarten Flächen des Arbeitsstücks 18, die geschweißt werden sollen, in einem vorbestimmten Abstand von dem Laserkopf 12 oder 34 für eine vorbestimmte Zeitdauer abtasten lassen, wobei das Arbeitsstück 18 durch die kontinuierliche Linie von Laserenergie L oder das im Wesentlichen gerade Linienarray von Laserenergie 38 abgetastet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass irgendein geeigneter Druck verwendet werden kann, wie es erwünscht ist und von der bestimmen Anwendung abhängt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Druck zwischen ungefähr 30 psi und ungefähr 90 psi liegen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt der Druck ungefähr 60 psi.
Das Verfahren umfasst ferner ein partielles Schmelzen und Verbinden der ersten Komponente 20 und der anderen Komponente 22 an einer Schweißgrenzfläche 21 zwischen denselben durch Wärme, die durch die kontinuierliche Linie von Laserenergie L oder das im Wesentlichen gerade Linienarray von Laserenergie 38 erzeugt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Arbeitsstück 18 ein oder mehrere Male abgetastet werden kann, wie es erwünscht oder von den bestimmten Materialien abhängig ist, die für die Komponenten 20, 22 verwendet werden, und/oder wie es von der bestimmten Anwendung abhängig ist. Ein Abtasten des Arbeitsstücks 18 mehr als einmal kann in einigen Fällen eine Gleichmäßigkeit einer Haftungsstärke an der Schweißgrenzfläche 21 im Wesentlichen verbessern.
Ein Verfahren zum Verwenden des Laserschweißsystems 10, 100 umfasst ein Setzen des Laserkopfs 12, 34 auf eine vorbestimmte Strahldivergenz, Ausgangsleistung, Betriebsstrom und/oder Temperatur. Die Rate der Überlappung o zwischen benachbarten Laserstrahlsegmenten l (Ausführungsbeispiel von 1) und/oder die Energiedichte können durch ein Variieren des Abstands zwischen dem Arbeitsstück 18 und dem Laserkopf 12, 34 eingestellt werden. Das Arbeitsstück 18 kann dann abgetastet werden, wie es oben erörtert ist.
8 zeigt zwei Abbildungen einer variierenden Breite der kontinuierlichen Linie von Laserenergie L des Ausführungsbeispiels von 1. Wie aus der Offenbarung hierin entnommen werden kann, kann die Kontinuierlichkeit der Linie L durch ein Einstellen des Betrags von Überlappung o zwischen benachbarten Liniensegmenten l variiert werden, falls dies erwünscht ist. Die Linie L oder die im Wesentlichen gerade Linie von Laserenergie 38 kann zu irgendeiner geeigneten Länge und/oder Breite variiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Abmessung der Linie L, 38 ungefähr 8,6 cm (3,4 Zoll) (Länge) mal ungefähr 0,25 cm (0,1 Zoll) (Dicke der Linie L, 38) an dem Arbeitsstück 18 (z.B. an der Grenzfläche 21).
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Ausführungsbeispiel(e) der vorliegenden Offenbarung viele Vorteile aufweisen können, einschließlich dieser hierin erwähnten, jedoch nicht beschränkt darauf.
Während mehrere Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden sind, ist es für Fachleute auf dem Gebiet offenkundig, dass die offenbarten Ausführungsbeispiele modifiziert werden können. Somit soll die vorhergehende Beschreibung als beispielhaft und nicht als einschränkend betrachtet werden.
Zusammenfassung
Ein Laserschweißsystem (10) umfasst einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf (12), der ein lineares Array von Laserdioden (14) aufweist, wobei jede (14) einen Laserstrahl (16) erzeugt, der angepasst ist, um ein Arbeitsstück (18) zu schweißen, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die Komponente (20) geschweißt werden soll. Die Komponente (20) ist im Wesentlichen durchlässig gegenüber der Laserstrahlwellenlänge und die Komponente (22) ist im Wesentlichen absorbierend gegenüber der Wellenlänge. Eine Linse (24) ist in einem vorbestimmten Abstand von jeder der Laserdioden (14) beabstandet, wobei jede der Linsen (24) angepasst ist, um den jeweiligen Laserstrahl (16) in ein Fokussierter-Laserstrahl-Segment (l) zu fokussieren, wodurch eine kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination von jedem Segment (l) gebildet wird, wobei die Linie von Laserenergie (L) sich in einer Ebene befindet, die das Arbeitsstück (18) enthält, wobei die Linie (L) im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung (W) einer Translation des Arbeitsstücks (18) ist.

Claims

Ein Laserschweißsystem (10), das folgende Merkmale aufweist: einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf (12), der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden (14) in demselben aufweist, wobei jede der Dioden (14) angepasst ist, um einen Laserstrahl (16) mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen angepasst sind, um ein Arbeitsstück (18) zu schweißen, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die erste Komponente (20) geschweißt werden soll, wobei die erste Komponente (20) im Wesentlichen durchlässig gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist, wobei die zumindest eine andere Komponente (22) im Wesentlichen absorbierend gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist; und eine Linse (24), die in einem vorbestimmten Abstand von jeder der zumindest zwei Laserdioden (14) beabstandet ist, wobei jede der Linsen (24) angepasst ist, um den jeweiligen Laserstrahl (16) in ein Fokussierter-Laserstrahl-Segment (l) zu fokussieren, wodurch eine kontinuierliche Lilie von Laserenergie (L) aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination aus jedem Fokussierter-Laserstrahl-Segment (l) gebildet wird, wobei die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) sich in einer Ebene befindet, die das Arbeitsstück (18) enthält, wobei die Linie (L) im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung (W) einer Translation des Arbeitsstücks (18) ist.
Das Laserschweißsystem gemäß Anspruch 1, bei dem das lineare Array sechs Laserdioden (14) umfasst und einen im Wesentlichen horizontalen 1X6-Laserdiode(14)-Stapel aufweist.
Das Laserschweißsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) sich in einer Ebene befindet, die eine Grenzfläche (21) zwischen der ersten Komponente (20) und der zumindest einen anderen Komponente (22) enthält.
Das Laserschweißsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Linse (24) eine zylindrische fokussierende Linse ist, die angepasst ist, um die jeweilige Laserstrahl(16)-Dichte einzustellen und eine Strahldivergenz zu reduzieren.
Das Laserschweißsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner ein das Arbeitsstück (18) positionierendes (28) und translierendes (32) Bauglied aufweist, das angepasst ist, um aufeinanderfolgende benachbarte Flächen des Arbeitsstücks (18), die geschweißt werden sollen, im Wesentlichen kontinuierlich in einem vorbestimmten Abstand von dem Laserkopf (12) für eine vorbestimmte Zeitdauer zu platzieren.
Das Laserschweißsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) eine Wellenlänge, die zwischen ungefähr 780 nm und ungefähr 840 nm liegt, und eine Spektralbreite, die von ungefähr 5 nm bis ungefähr 7 nm reicht, aufweist.
Das Laserschweißsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste Komponente (20) und die zumindest eine andere Komponente (22) jeweils aus zumindest einem Polymermaterial gebildet ist.
Das Laserschweißsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen vorbestimmten Betrag von 0-berlappung (o) zwischen jedem der benachbarten Laserstrahlsegmente (1) aufweist.
Das Laserschweißsystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner eine wassergekühlte, wärmeleitende, maskierte Druckplatte (42) aufweist, die wirksam zwischen den Linsen (24) und der ersten Komponente (20) des Arbeitsstücks (18) angeordnet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen von geschweißten Arbeitsstücken (18) unter Verwendung eines Laserschweißsystems (10), wobei das Laserschweißsystem (10) folgende Merkmale aufweist: einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf (12), der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden (14) in demselben aufweist, wobei jede der Dioden (14) angepasst ist, um einen Laserstrahl (16) mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen angepasst sind, um das Arbeitsstück (18) zu schweißen, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die erste Komponente (20) geschweißt werden soll, wobei die erste Komponente (20) im Wesentlichen durchlässig gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist, wobei die zumindest eine andere Komponente (22) im Wesentlichen absorbierend gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist; und eine Linse (24), die in einem vorbestimmten Abstand von jeder der zumindest zwei Laserdioden (14) beabstandet ist, wobei jede der Linsen (24) angepasst ist, um den jeweiligen Laserstrahl in ein Fokussierter-Laserstrahl-Segment (l) zu fokussieren, wodurch eine kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination von jedem Fokussierter-Laserstrahl-Segment (1) gebildet wird, wobei die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) sich in einer Ebene befindet, die das Arbeitsstück (18) enthält, wobei die Linie im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung (W) einer Translation des Arbeitsstücks (18) ist; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Heben der ersten Komponente (20) und der zumindest einen anderen Komponente (22) gegen eine Druckplatte (26, 42); Halten der ersten Komponente (20) und der zumindest einen anderen Komponente (22) zusammen unter einem vorbestimmten Druck, während ein das Arbeitsstück (18) positionierendes (28) und translierendes (32) Bauglied aufeinanderfolgende benachbarte Flächen des Arbeitsstücks (18), die geschweißt werden sollen, im Wesentlichen kontinuierlich in einem vorbestimmten Abstand von dem Laserkopf (12) für eine vorbestimmte Zeitdauer platziert, wobei das Arbeitsstück (18) durch die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) abgetastet wird; und partielles Schmelzen und Verbinden der ersten Komponente (20) und der zumindest einen anderen Komponente (22) an einer Schweißgrenzfläche (21) zwischen denselben durch Wärme, die durch die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) erzeugt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, das ferner ein Abtasten des Arbeitsstücks (18) mehr als einmal aufweist, wodurch eine Gleichmäßigkeit einer Haftungsstärke an der Schweißgrenzfläche (21) im Wesentlichen verbessert wird.
Ein Arbeitsstück (18), das durch den Prozess gemäß Anspruch 10 oder 11 geschweißt ist.
Ein Verfahren zum Verwenden eines Laserschweißsystems (10), wobei das System folgende Merkmale aufweist: einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf (12), der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden (14) in demselben aufweist, wobei jede der Dioden (14) angepasst ist, um einen Laserstrahl (16) mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen angepasst sind, um ein Arbeitsstück (18) zu schweißen, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die erste Komponente (20) geschweißt werden soll, wobei die erste Komponente (20) im Wesentlichen durchlässig gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist, wobei die zumindest eine andere Komponente (22) im Wesentlichen absorbierend gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist; und eine Linse (24), die in einem vorbestimmten Abstand von jeder der zumindest zwei Laserdioden (14) beabstandet ist, wobei jede der Linsen (24) angepasst ist, um den jeweiligen Laserstrahl (16) in ein Fokussierter-Laserstrahl-Segment (1) zu fokussieren, wodurch eine kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination von jedem Fokussierter-Laserstrahl-Segment (l) gebildet wird, wobei die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) sich in einer Ebene befindet, die das Arbeitsstück (18) enthält, wobei die Linie im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung (W) einer Translation des Arbeitsstücks (18) ist; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Setzen des Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopfs (12) auf eine vorbestimmte Strahldivergenz, Ausgabeleistung, Betriebsstrom und Temperatur; Einstellen einer Rate von Überlappung (o) zwischen den benachbarten Laserstrahlsegmenten (l) und einer Energiedichte durch ein Variieren des Abstands zwischen dem Arbeitsstück (18) und dem Laserkopf (12); und Halten der ersten Komponente (20) und der zumindest einen anderen Komponente (22) zusammen unter einem vorbestimmten Druck, während ein das Arbeitsstück (18) positionierendes (28) und translierendes (32) Bauglied aufeinanderfolgende benachbarte Flächen des Arbeitsstücks (18), die geschweißt werden sollen, im Wesentlichen kontinuierlich in dem Abstand von dem Laserkopf für eine vorbestimmte Zeitdauer platziert, wobei das Arbeitsstück (18) durch die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) abgetastet wird.
Ein Laserschweißsystem (10), das folgende Merkmale aufweist: einen Freiabstand-Strahlliefer-Laserkopf (12), der ein lineares Array von zumindest zwei Laserdioden (14) in demselben aufweist, wobei jede der Dioden (14) angepasst ist, um einen Laserstrahl (16) mit einer vorbestimmten Wellenlänge und Spektralbreite zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen angepasst sind, um ein Arbeitsstück (18) zu schweißen, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die erste Komponente (20) geschweißt werden soll, wobei die erste Komponente (20) im Wesentlichen durchlässig gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist, wobei die zumindest eine andere Kom ponente (22) im Wesentlichen absorbierend gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist; und eine Einrichtung zum Bilden einer kontinuierlichen Linie von Laserenergie (L) aus einer im Wesentlichen seriellen Kombination von Fokussierter-Laserstrahl-Segmenten (l) aus jeder der zumindest zwei Laserdioden (14), wobei die kontinuierliche Linie von Laserenergie (L) sich in einer Ebene befindet, die das Arbeitsstück (18) enthält, wobei die Linie im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung (W) einer Translation des Arbeitsstücks (18) ist.
Ein Laserschweißsystem (100), das folgende Merkmale aufweist: zumindest zwei Diode(14)-Laser, die angepasst sind, um einen Kontinuierliche-Wellenlänge-Laserstrahl zu erzeugen, wobei jeder Strahl (16) durch zumindest ein faseroptisches Bündel (36) zu einem Schweißkopf (34) geleitet wird, wobei der Laserstrahl, der aus dem Schweißkopf austritt, in einem im Wesentlichen geraden Linienarray von Laserenergie (38) angeordnet wird; eine zylindrische Linse (40), die angepasst ist, um das im Wesentlichen gerade Linienarray (38) auf ein Arbeitsstück (18) zu fokussieren, das eine erste Komponente (20) und zumindest eine andere Komponente (22) aufweist, die an die erste Komponente (20) geschweißt werden soll, wobei die erste Komponente (20) im Wesentlichen durchlässig gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist, wobei die zumindest eine andere Komponente (22) im Wesentlichen absorbierend gegenüber der vorbestimmten Wellenlänge ist; und eine wassergekühlte, wärmeleitende, maskierte Druckplatte (42), die wirksam zwischen der Linse (40) und der ersten Komponente (20) angeordnet ist und ange passt ist, um ein Durchlassen des geraden Linienarrays von Laserenergie (38) selektiv zu blocken, wodurch ein unerwünschtes Erwärmen des Arbeitsstücks (18) im Wesentlichen verhindert wird.
Das Laserschweißsystem (10, 100) gemäß einem der Ansprüche 9 und 15, bei dem die wassergekühlte Druckplatte (42) folgende Merkmale aufweist: einen Rahmen, der eine innere Öffnung durch denselben und zumindest einen Wasserkühlungsdurchgang (72, 74) in einer äußeren Peripherie des Rahmens aufweist; eine erste Schicht (68) aus einem im Wesentlichen durchlässigen Material, die durch den Rahmen gestützt ist und die innere Öffnung im Wesentlichen bedeckt; eine Maske (66), die in einer vorbestimmten Konfiguration an der ersten Schicht (68) aus dem im Wesentlichen durchlässigen Material errichtet ist; und eine zweite Schicht (70) aus einem im Wesentlichen durchlässigen Material, die durch den Rahmen gestützt ist und an der Maske (66) errichtet ist.
Das Laserschweißsystem (10, 100) gemäß einem der Ansprüche 9 und 15 bis 16, bei dem die Maske (66) ein im Wesentlichen nichtdurchlässiges, hochreflektierendes Material aufweist.
Das Laserschweißsystem (10, 100) gemäß einem der Ansprüche 9 und 15 bis 17, bei dem der Rahmen aus Aluminium gebildet ist, wobei eine Schicht aus einem haftungsunterstützenden Material zwischen dem im Wesentlichen nichtdurchlässigen, hochreflektierenden Material und der ersten durchlässigen Schicht (68) errichtet ist, und wobei jede erste (68) und zweite (70) durchlässige Schicht aus Quarz gebildet ist.
Das Laserschweißsystem (10, 100) gemäß einem der Ansprüche 9 und 15 bis 18, bei dem abgekühltes Wasser angepasst ist, um durch den zumindest einen Wasserkühlungsdurchgang (72, 74) zu zirkulieren, wodurch Wärme von der Druckplatte (42) entfernt wird.
Das Laserschweißsystem (10, 100) gemäß einem der Ansprüche 9 und 15 bis 19, bei dem der zumindest eine Wasserkühlungsdurchgang (72, 72) folgende Merkmale aufweist: einen oberen Wasserkühlungsdurchgang (74), der angepasst ist, um Wärme zu entfernen, die im Wesentlichen in einem oberen Bereich der Druckplatte (42) erzeugt wird, durch eine Absorption durch die Maske (66); und einen unteren Wasserkühlungsdurchgang (72), der angepasst ist, um Wärme zu entfernen, die im Wesentlichen in einem unteren Bereich der Druckplatte (42) erzeugt wird, durch einen Kontakt mit dem Arbeitsstück (18).