DE29822750U1 - Anordnungen zum Schweißen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle - Google Patents
Anordnungen zum Schweißen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer ZweistrahlquelleInfo
- Publication number
- DE29822750U1 DE29822750U1 DE29822750U DE29822750U DE29822750U1 DE 29822750 U1 DE29822750 U1 DE 29822750U1 DE 29822750 U DE29822750 U DE 29822750U DE 29822750 U DE29822750 U DE 29822750U DE 29822750 U1 DE29822750 U1 DE 29822750U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- light
- radiation
- laser radiation
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 26
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims description 25
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 23
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 87
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 44
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 39
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 21
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 7
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Description
e ··
Beschreibung
Anordnungen zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle
Die Erfindung betrifft Anordnungen zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit
einer Zweistrahlquelle nach den Oberbegriffen der Schutzansprüche 1,3, 10 und 15.
In den überwiegendem Teil der durch die vielfältigsten Veröffentlichungen bekannten Verfahren
und Anordnungen wird die Laserstrahlung eines Lasers zum Schweißen, Schneiden, Bohren
oder Beschichten genutzt. Ein Vorwärmen oder ein Nachwärmen der Schweißstelle erfolgt
mit dem Bearbeitungsstrahl selbst. Durch die aus ökonomischen Gründen angewandte hohe
Bearbeitungsgeschwindigkeit kommte es dennoch zu erhöhten Abkühlgeschwindigkeiten an
der Bearbeitungsstelle, die zur Spannungs- und Rißbildung bei dafür anfalligen Materialien
fuhren können.
Diesem Nachteil begegnet man, indem entweder die Laserstrahlung in Teilstrahlen aufgeteilt
wird oder die Laserstrahlung eines zweiten Lasers zusätzlich zur Anwendung kommt. Im
ersten Fall wird die Intensität der Laserstrahlung reduziert, während im zweiten Fall der Aufwand
wesentlich größer ist.
Faserlaser sind unter anderem durch die DE 28 44 129 (Longitudinal gepumpter YAG zu
Nd3+ - Faserlaser) bekannt und dienen bisher überwiegend der Nachrichtenübertragung.
Der in den Schutzansprüchen 1,3, 10 und 15 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
metallische oder nichtmetallische Stoffe mit einer Zweistrahlquelle zu schweissen,
schneiden, bohren oder zu beschichten.
Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1,3, 10 und 15 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
Die Anordnungen zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle
bestehend aus einer Licht emittierenden Quelle und einer daran optisch angekoppelten
Faser oder einem optisch angekoppelten Laserstab zeichnen sich besonders durch ihre einfache
Realisierung aus.
Als Licht emittierende Quellen werden ein Diodenlaser oder eine Hochleistungshalogenlampe
eingesetzt. Beide Quellen emittieren Strahlen mit einem hohen Strahlparameterprodukt, weshalb
diese nur sehr begrenzt fokussiert werden können. Dadurch kann mit solchen Strahlen
entsprechend dem Stand der Technik bisher lediglich gehärtet, beschichtet oder wärmeleitgeschweißt
werden. Die qualitativ hochwertigeren Strahlverfahren wie Schneiden, Bohren und Tiefschweißen setzen eine hohe Strahlqualität und damit eine gute Fokussierbarkeit der Strahlen,
die zu einer hohen Intensität an der Bearbeitungsstelle fuhrt, voraus.
Die Strahlung eines Faser- oder eines Festkörperlasers zeichnet sich durch eine hohe Strahlqualität
aus. Mit beiden Laserquellen ist es möglich, Grundmodestrahlung zu erzeugen. Diese
läßt sich optimal fokussieren. Die erzeugbare Leistung mit der hohen Strahlqualität ist auf
einige 10 W begrenzt. Außerdem läßt sich auch Multimodestrahlung in guter Strahlqualität mit
Leistungen bis zu einigen 100 W erzeugen.
Durch die technisch einfache Kombination der qualitativ verschiedenen Strahlqellen werden
mehrere positive Effekte erzielt.
Es erfogt eine optimale Energieausnutzung, da die nicht zur Generation der Laserstrahlung
verwendete Pumpstrahlung fast vollständig für den Bearbeitungsprozess zur Verfugung steht.
Dazu befindet sich am Ausgang der Lichtleitfaser eine die Pumpstrahlung und die Laserstrahlen
bündelnde Einrichtung.
Ein Faserlaser kann einfach in die Lichtleitfaser zur Strahlführung integriert werden. Durch die
optische Kopplung von Faserlaser und Lichtleitfaser entsteht eine nicht aufwendig zu realisierende
Anordnung zum Pumpen des Faserlasers.
Die Superposition der beiden Strahlen unterschiedlicher Strahlqualität führt zu einer Intensitätsverteilung
an der Bearbeitungstelle, die einerseits durch einen großen Durchmesser von 0,5
bis 3 mm und andererseits durch einen Peak in der Mitte mit Intensitäten
> 106 W/cm2 gekennzeichnet ist.
Mit einem solchen Strahlprofil kann vorteilhaft laserbearbeitet werden, da die Abkühlgeschwindigkeit
der Bearbeitungsstelle geringer als bei konventioneller Laserbearbeitung ist. Die hohen
Abkühlgeschwindigkeiten bei der Laserbearbeitung mit einem Strahl führen bei dazu neigenden
Materialien zur Aufhärtung der Schnittkanten, der Schweißnähte oder der abgeschiedenen
Schichten. Um dies zu vermeiden, wurden bisher aufwendige Zweistrahlanordnungen verwendet.
Dies fuhrt zu einem erhöhten ökonomischen Aufwand.
Mit der Verwendung von Diodenlaser- oder Halogenlampenstrahlung kann auf Grund der zu
geringen Intensität an der Bearbeitungsstelle bisher nicht effektiv geschnitten, gebohrt oder
tiefgeschweisst werden, während mit der Verwendung von Faserlaser- oder Nd:YAG-Laserstrahlung
hoher Strahlqualität auf Grund der zu geringen Leistung nur Material geringer Dicke
bearbeitet werden kann. Durch die Kombination der beiden Strahlqualitäten kann das Einsatzfeld
der Diodenlaser- und Halogenlampenstrahlung wesentlich erweitert und der Bearbeitungsprozess
ökonomischer gestaltet werden. Die Bearbeitungsverfahren Schneiden, Bohren und Tiefschweißen mit preiswerter Diodenlaser- oder Halogenlampenstrahlung werden durch
die verwendete Anordnung überhaupt erst ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2, 4 bis 9, 11 bis 14,
16 und 17 angegeben.
Diodenlaser oder Halogenlampen nach den Weiterbildungen der Schutzansprüche 2, 4 und 17
erzeugen Strahlung mit einer hohen Effizienz bis zu einer Leistung von mehreren 1000 W.
Beide Strahlquellen sind in den Betriebskosten wesentlich preiswerter als Hochleistungsfestkörper-
oder Gaslaser.
Durch die auftretenden Wellenlängen lassen sich die Strahlen verlustarm in einer Lichtleitfaser
führen und Festkörperlaser effizient pumpen.
Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 5 gibt eine preiswerte Möglichkeit an, die Pump- und
die Laserstrahlung auf einen Bearbeitungsfleck zusammenzuführen.
Durch die getrennte optische Behandlung der Pump- und der Laserstrahlung werden nach den
Weiterbildungen der Schutzansprüche 6, 7 und 11 beide Strahlen auf einem Bearbeitungsfleck
optimal zusammengeführt. An der Kollimationsoptik wird die Laserstrahlung ohne optische
Beeinflussung durchgeleitet und die Pumpstrahlung so kollimiert, dass die nachfolgende Fokussierlinse
beide Strahlen auf einen Fleck fokussiert. Bei Verwendung von Grundmodestrahlung
mit geringem Strahldurchmesser von z.B. d < 20&mgr;&idiagr;&eegr; wird die Laserstrahlung vorzugsweise
auch durch die Fokussierlinse durchgeleitet.
Die Weiterbildungen nach den Schutzansprüchen 8, 12 und 14 erlauben die Erzeugung einer
hohen Intensität im Fokus. Das ist insbesondere bei Laserstrahlung mit einem größeren Strahl
durchmesser von z.B. d > 50&mgr;&eegr;&igr; und einer schlechteren Strahlqualität vorteilhaft.
Die Mikrooptiken nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 9 sind ökonomisch günstig am
Ende des Faserlasers anzubringen.
Mit der Weiterbildung des Schutzanspruchs 13 wird der Laserauskoppelspiegel eingespart.
Die Weiterbildung des Anspruches 16 erlaubt eine kompakte Lösung zur Kopplung von
Laserstab und Lichtleitfaser.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Quelle, einem Faserlaser und einer
Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Quelle, einem Faserlaser und einer
nachgeordneten Optik,
Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Pumpquelle, einem Faserlaser, einer kollimierenden und einer fokussierenden Linse,
Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Pumpquelle, einem Faserlaser, einer kollimierenden und einer fokussierenden Linse,
Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder
Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Pumpquelle, einem Faserlaser, einer
kollimierenden Linse mit Öffnung sowie einer fokussierenden Linse,
Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder
Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Pumpquelle, einem Faserlaser mit
einer Mikrooptik, einer kollimierenden und einer fokussierenden Linse,
einer Mikrooptik, einer kollimierenden und einer fokussierenden Linse,
Fig. 5 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder
Beschichten bestehend aus einer Licht emittierenden Pumpquelle, einem Laserstab, einer
kollimierenden und einer fokussierenden Linse,
Fig. 6 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder
Beschichten bestehend aus einem Laserstab, einer kollimierenden Linse mit Laserauskoppelspiegel
und konkavem Innenbereich und einer fokussierenden Linse,
und konkavem Innenbereich und einer fokussierenden Linse,
Fig. 7 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder
Beschichten bestehend aus einem Laserstab, einem Laserauskoppelspiegel mit konkaver
Auskoppelfläche sowie einer kollimierenden und einer fokussierenden Linse,
Fig. 8 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder
Beschichten bestehend aus einer Einkoppeloptik mit Laserendspiegel, einem Laserstab
mit Auskoppelspiegel sowie einer Abbildungsoptik und
mit Auskoppelspiegel sowie einer Abbildungsoptik und
Fig. 9 eine Darstellung des Querschnitts der Strahlintensität.
1. Ausfuhrungsbeispiel
Die Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten besteht in einem ersten
Ausfuhrungsbeispiel aus einer Zweistrahlquelle, einer Lichtleitfaser 2 und einer Licht fokussierenden
Einrichtung 4 entsprechend der Darstellung in der Fig. 1.
In Strahlrichtung ist nach einer Licht emittierenden Quelle 1 die Lichtleitfaser 2 angekoppelt.
In der Lichtleitfaser 2 ist ein Laserstrahlung emittierender Faserlaser 3 angeordnet.
Die Licht emittierende Quelle 1 ist eine Halogenlampe mit hoher Leistung.
In Strahlrichtung unmittelbar nach der Lichtleitfaser 2 ist die das restliche Licht der Licht emittierenden Quelle 1 und die Laserstrahlung des Faserlasers 3 fokussierende Einrichtung 4 angekoppelt. Die eingesetzte Optik bildet gleichzeitig sowohl die aus der Lichtleitfaser 2 austretende restliche Lichtstrahlung der Licht emittierenden Quelle 1 als auch die Laserstrahlung des
In der Lichtleitfaser 2 ist ein Laserstrahlung emittierender Faserlaser 3 angeordnet.
Die Licht emittierende Quelle 1 ist eine Halogenlampe mit hoher Leistung.
In Strahlrichtung unmittelbar nach der Lichtleitfaser 2 ist die das restliche Licht der Licht emittierenden Quelle 1 und die Laserstrahlung des Faserlasers 3 fokussierende Einrichtung 4 angekoppelt. Die eingesetzte Optik bildet gleichzeitig sowohl die aus der Lichtleitfaser 2 austretende restliche Lichtstrahlung der Licht emittierenden Quelle 1 als auch die Laserstrahlung des
&iacgr;'&idigr; "&iacgr; * &idigr; ....
6
Faserlasers 3 vom Faserende auf die Bearbeitungsstelle 5 ab.
Faserlasers 3 vom Faserende auf die Bearbeitungsstelle 5 ab.
2. Ausfuhrungsbeispiel
Die Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten besteht in einem
zweiten Ausfuhrungsbeispiel aus einer Licht emittierenden Pumpquelle 1, einer Lichtleitfaser 2
mit einem integrierten Faserlaser 3, einer kollimierenden Linse 6 und einer fokussierenden
Linse 7 (Darstellung in der Fig. 2).
In Strahlrichtung nach der Licht emittierenden Pumpquelle 1 in Form eines Diodenlasers vorzugsweise
mit einer Leistung von 2kW als erste Strahlquelle der Zweistrahlquelle ist die Lichtleitfaser 2 mit einem Durchmesser von 1,5mm angekoppelt. Die Diodenlaserstrahlung
weist ein Strahlparameterprodukt von 200mm * mmrad auf, wodurch eine verlustarme Einkopplung
in die Lichtleitfaser 2 möglich ist. Die Wellenlänge des Diodenlasers beträgt ca.
808nm. In der Lichtleitfaser 2 befindet sich ein optisch leitend mit der Lichtleitfaser 2 verbundener
und Laserstrahlung 8 emittierender Faserkern mit einem Durchmesser von 150&mgr;&eegr;&igr; - der
Faserlaser 3 - als zweite Strahlquelle der Zweistrahlquelle. Der Faserkern besteht aus Nd:Glas.
Der Eingang der Lichtleitfaser 2 ist für das Licht der Pumpquelle 1 entspiegelt und fur die
Laserstrahlung 8 des Faserkerns verspiegelt. Üblicherweise erfolgt die Entspiegelung der
Lichtleitfaser 2 durch das Aufbringen dielektrischer Schichten und die Verspiegelung des
Faserlasers 3 durch ein in den Faserkern eingeschriebenes Bragg-Gitter. Damit wird das Licht
der Pump-quelle 1 in die Lichtleitfaser 2 optimal eingekoppelt. Für die Laserstrahlung 8 des
Faserkerns ist der Eingang ein Laserendspiegel.
Der Ausgang der Lichtleitfaser 2 ist für die Laserstrahlung 8 des Faserkerns teilweise verspiegelt
und für das Licht der Pumpquelle 1 entspiegelt. Damit ist zum einen ein Laserauskoppelspiegel
vorhanden und zum anderen tritt gleichzeitig das restliche Licht 9 der Pumpquelle 1
verlustarm aus der Lichtleitfaser 2 aus.
In Strahlrichtung nach der Lichtleitfaser 2 ist eine das Faserende abbildende Einrichtung nachgeordnet.
Die abbildende Einrichtung besteht aus einer kollimierenden 6 und einer in Strahlrichtung
danach angeordneten fokussierenden Linse 7. Der Abbildungsmaßstab beträgt 1,5 : 1.
Das Ergebnis ist ein Strahl, der durch die Superposition von Pump- und Laserstrahlung 8 zu
einer Intensitätsverteilung an der Bearbeitungstelle 5 führt, die einerseits durch einen Durch-
messer von lmm und andererseits durch einen Peak in der Mitte mit Intensitäten
> 106 W/cm2 gekennzeichnet ist (Darstellung der Fig. 9). Die Peakleistung an der Bearbeitungsstelle 5
beträgt ca. lOOW und ist auf einem Durchmesser von &Igr;&Ogr;&Ogr;&mgr;&eegr;&igr; konzentriert. Die Leistung der
restlichen Pumpstrahlung 9 beträgt ca. IkW.
In einer Variante des Ausflihrungsbeispiels besitzt die kollimierende Linse 6 in der Symmetrieachse
eine Öffnung 10, die größer als der Querschnitt des Faserkerns ausgebildet ist. In der
Öffnung 10 ist der Endbereich des Faserkerns angeordnet. Dadurch wird die Laserstrahlung
ohne Beeinflußung durch die kollimierende Linse 6 geführt. Mit der nachgeordneten fokussierenden Linse 7 wird sowohl das restliche Licht 9 der Pumpquelle
1 als auch die Laserstrahlung 8 des Faserkerns auf die Bearbeitungsstelle 5 kollimiert
(Darstellung in der Fig. 3).
In einer weiteren Variante ist an das Ende der Lichtleitfaser 2 begrenzt auf den Durchmesser
des Faserkerns eine Mikrooptik 11 aufgebracht. Diese fuhrt zur Aufweitung der Laserstrahlung
8. Dadurch werden sowohl die aufgeweitete Laserstrahlung 8 als auch das restliche Licht 9
gemeinsam kollimiert und fokussiert (Darstellung in der Fig. 4).
In einer nächsten Variante wird ein Diodenlaser mit einer Wellenlänge von ca. 970nm zum
Pumpen einer mit Ytterbium dotierten Faser eingesetzt. Die emittierte Laserstrahlung weist
eine Wellenlänge von ca. 1060nm auf. Durch die geringe Differenz zwischen Pump- und
Laserwellenlänge kann die abbildende Einrichtung einfach gestaltet werden (Darstellungen
entsprechend der Fig. 2 bis 4).
3. Ausfuhrungsbeispiel
Die Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten besteht in einem dritten
Ausfuhrungsbeispiel prinzipiell aus einer Licht emittierenden Pumpquelle 1 in Form eines
Diodenlasers großer Leistung, einem Laserstab 12, einer kollimierenden Linse 6 und einer
fokussierenden Linse 7 (Darstellung in der Fig. 5). Der Laserstab 12 ist in Strahlrichtung nach
der Licht emittierenden Pumpquelle 1 angekoppelt.
Der Eingang des Laserstabs 12 ist fur das Licht der Pumpquelle 1 entspiegelt und für die
Laserstrahlung 8 verspiegelt. Damit wird das Licht der Pumpquelle 1 weitestgehend ungehindert
in den Laserstab 12 eingekoppelt und gleichzeitig ist ein Laserendspiegel 13 vorhanden.
Der Ausgang des Laserstabs 12 ist sowohl fur das Licht der Pumpquelle 1 als auch für die
Laserstrahlung 8 entspiegelt.
In Strahlrichtung nach dem Laserstab 12 befindet sich ein Laserauskoppelspiegel 14, der für
das Licht der Pumpquelle 1 entspiegelt und für die Laserstrahlung 8 teilweise verspiegelt ist.
In Strahlrichtung nach dem Laserauskoppelspiegel 14 ist eine das restliche Licht 9 der Pumpquelle
1 und die Laserstrahlung 8 fokussierende Einrichtung angeordnet. Die Einrichtung besteht aus einer kollimierenden 6 und einer in Strahlrichtung danach angeordneten
fokussierenden Linse 7.
Die kollimierende Linse 6 formt die aus dem Laserstab 12 austretenden restlichen divergenten
Lichtstrahlen 9 der Pumpquelle 1 in annähernd parallele Strahlen um. Die mittleren Bereiche
der kollimierenden Linse 6 sind als parallel zueinander angeordnete und plane Flächen 15a, 15b
ausgeführt. Die Symmetrieachse der kollimierenden Linse 7 ist gleich der Mitte dieser planen
Flächen 15a, 15b. Die planen Flächen 15a, 15b sind geringfügig größer als der Querschnitt der
Laserstrahlung 8 des Laserstabs 12. Weiterhin sind diese planen Flächen 15a, 15b für die
Laserstrahlung 8 des Laserstabs 12 entspiegelt. Damit gelangen die Laserstrahlen 8 weitestgehend
unbeeinflußt durch die kollimierende Linse 6.
Die in Strahlrichtung nachgeordnete fokussierende Linse 7 der Einrichtung fokussiert sowohl
die kollimierten restlichen Lichtstrahlen 9 der Pumpquelle 1 als auch die Laserstrahlung 8 des
Laserstabs 12 auf die Bearbeitungsstelle 5.
Das Ergebnis ist ein Strahl, der zu einer Intensitätsverteilung an der Bearbeitungstelle 5 führt,
die einerseits durch einen großen Durchmesser von 0,5 bis 3 mm und andererseits durch einen
Peak in der Mitte mit Intensitäten > 106 W/cm2 gekennzeichnet ist (Darstellung in der Fig. 9).
In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels ist der Laserauskoppelspiegel 14 gleichzeitig die
in Strahlrichtung erste plane Fläche 15a der kollimierenden Linse 6.
In einer weiteren Variante wird die Laserstrahlung 8 an konkaven oder konvexen Flächen 15c
eines Laserspiegels 16 oder einer Kollimationsoptik 6 aufgeweitet. Dies führt zur besseren
9
Fokussierbarkeit der Laserstrahlung 8 (Darstellungen der Fig. 6 und 7).
Fokussierbarkeit der Laserstrahlung 8 (Darstellungen der Fig. 6 und 7).
In einer nächsten Variante des Ausfuhrungsbeispiels ist der Laserstab durch Dotieren des Endstückes
einer Lichtleitfaser mit Neodym entstanden. Der Laserendspiegel wird durch ein
Bragg-Gitter in der Faser realisiert. In der vor dem Bereich des Lasers befindlichen Lichtleitfaser
wird die Pumpstrahlung zum Laserstab geleitet.
4. Ausführungsbeispiel
Die Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten besteht in einem vierten
Ausfiihrungsbeispiel aus einer Licht emittierenden Pumpquelle 1 in Form eines Diodenlasers
mit 2kW Leistung und einer Wellenlänge von 808nm, einem Nd:YAG Laserstab 12 mit einem
Durchmesser von 1,5mm und einer Länge von 100mm, einer kollimierenden Linse 6 und einer
fokussierenden Linse 7 (Darstellung in der Fig. 8). Der Nd: YAG Laserstab 12 ist in Strahlrichtung
nach dem Diodenlaser angekoppelt.
Eine nach dem Diodenlaser angeordnete Einkoppelungsoptik 18 ist für die Diodenlaserstrahlung
17 entspiegelt und für die Nd: YAG Laserstrahlung 8 verspiegelt. Sie stellt damit den
Endspiegel 13 des Nd: YAG Laserstabs 12 dar. Durch eine konkave Krümmung wird die
Justage des Nd: YAG Laserstabs 12 vereinfacht.
Der Eingang des Nd: YAG Laserstabs 12 ist für die Diodenlaserstrahlung 17 und für die
Nd: YAG Laserstrahlung 8 entspiegelt. Damit wird die Diodenlaserstrahlung 17 weitestgehend
ungehindert in den Nd:YAG Laserstab 12 eingekoppelt.
Der Ausgang des Nd: YAG Laserstabs 12 ist für die Diodenlaserstrahlung 17 entspiegelt und
für die Nd: YAG Laserstrahlung 8 teilweise verspiegelt, wodurch der Laserauskoppelspiegel 14
gebildet wird.
In Strahlrichtung nach dem Laserauskoppelspiegel 14 ist eine die restliche Diodenlaserstrahlung
9 und die Nd: YAG Laserstrahlung 8 abbildende Einrichtung angeordnet. Der Abbildungsmaßstab
beträgt 1,5 : 1.
Das Ergebnis ist ein Strahl, der durch die Superposition von Diodenlaserstrahlung 9 als Pumpstrahlung
und Nd: YAG Laserstrahlung 8 zu einer Intensitätsverteilung an der Bearbeitungsstelle
5 führt, die einerseits durch einen Durchmesser von lmm und andererseits durch einen Peak
in der Mitte mit Intensitäten > 106 W/cm2 gekennzeichnet ist (Darstellung in der Fig. 9). Die
Peakleistung an der Bearbeitungsstelle 5 beträgt ca. 200W und ist auf einem Durchmesser von
&Igr;&Ogr;&Ogr;&mgr;&eegr;&igr; konzentriert. Die Leistung der restlichen Diodenlaserstrahlung beträgt ca. 0,9kW.
In einer Variante des Ausfuhrungsbeispiels ist der Laserstab durch dotieren des Endstückes
einer Lichtleitfaser mit Neodym entstanden. Der Laserauskoppelspiegel wird durch ein Bragg-Gitter
in der Faser realisiert. In der nach dem Bereich des Lasers befindlichen Lichtleitfaser
wird die Pump- und die Laserstrahlung gemeinsam weitergeleitet.
Claims (17)
1. Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strahlrichtung nach einer Licht emittierenden Quelle
(1) eine Lichtleitfaser (2) angekoppelt ist, dass sich in der Lichtleitfaser (2) ein Laserstrahlung
emittierender Faserlaser (3) befindet, dass eine die Lichtstrahlung und die Laserstrahlung
gleichzeitig fokussierende Einrichtung (4) nachgeordnet ist.
2. Anordnung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende
Quelle (1) ein Diodenlaser oder eine Halogenlampe ist.
3. Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle
insbesondere nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strahlrichtung
nach einer Licht emittierenden Pumpquelle (1) eine Lichtleitfaser (2) angekoppelt ist, dass sich
in der Lichtleitfaser (2) ein optisch leitend mit der Lichtleitfaser (2) verbundener und
Laserstrahlung emittierender Faserkern als Faserlaser (3) befindet, dass der Eingang der
Lichtleitfaser (2) fur das Licht der Pumpquelle (1) entspiegelt und für die Laserstrahlung des
Faserkerns verspiegelt ist, dass der Ausgang der Lichtleitfaser (2) für die Laserstrahlung des
Faserkerns teilweise verspiegelt und für das Licht der Pumpquelle (1) entspiegelt ist und dass
eine die Laserstrahlung des Faserkerns und das restliche Licht der Pumpquelle (1)
fokussierende Einrichtung nachgeordnet ist.
4. Anordnung nach Schutzanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende
Pumpquelle (1) ein Diodenlaser ist.
5. Anordnung nach einem der Schutzansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
fokussierende Einrichtung eine für die Lichtstrahlung und die Laserstrahlung entspiegelte und
das Faserende abbildende Optik (4) ist.
6. Anordnung nach einem der Schutzansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
fokussierende Einrichtung aus einer kollimierenden (6) und einer fokussierenden Linse (7)
besteht und dass mindestens die koUimierende Linse (6) eine in der Symmetrieachse
angeordnete, den Faserkern aufnehmende und führende Öffnung (10) aufweist.
7. Anordnung nach einem der Schutzansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
fokussierende Einrichtung aus einer kollimierenden (6) und einer fokussierenden Linse (7)
besteht und dass mindestens die koUimierende Linse (7) in der Symmetrieachse parallel
zueinander angeordnete, plane, für die Laserstrahlung entspiegelte und den Laserstrahl
führende Flächen (15a, 15b) aufweist.
8. Anordnung nach einem der Schutzansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
fokussierende Einrichtung aus einer zerstreuenden, einer kollimierenden (6) und einer
fokussierenden Linse (7) besteht, dass die zerstreuende Linse unmittelbar am Ausgang des
Faserlasers (3) angebracht ist und dass sich die koUimierende (6) und die fokussierende Linse
(7) im Strahlengang der aufgeweiteten Laser- (8) und der Lichtstrahlung befinden.
9. Anordnung nach Schutzanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zerstreuende Linse als
konkave oder konvexe oder Fresnel- Mikrooptik oder als beugende Mikrooptik mit dem
Durchmesser des Faserkerns ausgeführt ist.
• ·
10. Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle
insbesondere nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strahlrichtung
nach einer Licht emittierenden Pumpquelle (1) eine Lichtleitfaser oder ein Laserstab (12)
angekoppelt, dass zum einen der Eingang des Laserstabs (12) für das Licht der Pumpquelle (1)
entspiegelt und für die Laserstrahlung (8) verspiegelt oder zum anderen der Eingang des
Laserstabs (12) fur die Laserstrahlung verspiegelt und die Lichtleitfaser fest an dem Eingang
des Laserstabs (12) angekoppelt, dass der Ausgang des Laserstabs (12) für das Licht der
Pumpquelle (1) und die Laserstrahlung (8) entspiegelt ist, dass ein Laserauskoppelspiegel (14,
15a oder 15b) nachgeordnet, dass der Laserauskoppelspiegel (14, 15a oder 15b) für das Licht
der Pumpquelle (1) entspiegelt und für die Laserstrahlung (8) teilweise verspiegelt und dass in
Strahlrichtung nach dem Laserauskoppelspiegel (14, 15a oder 15b) eine das restliche Licht (9)
der Pumpquelle (1) und die Laserstrahlung (8) fokussierende Einrichtung angeordnet sind.
11. Anordnung nach Schutzanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierende
Einrichtung aus einer kollimierenden (6) und einer fokussierenden Linse (7) besteht und dass
mindestens die kollimierende Linse (7) in der Symmetrieachse parallel zueinander angeordnete,
plane, für die Laserstrahlung entspiegelte und den Laserstrahl führende Flächen (15a, 15b)
aufweist.
12. Anordnung nach Schutzanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierende
Einrichtung aus einer kollimierenden (6) und einer fokussierenden Linse (7) besteht und dass
die kollimierende Linse (7) in der Symmetrieachse parallel zueinander angeordnete, konkave
oder konvexe, für die Laserstrahlung entspiegelte und den Laserstrahl aufweitende Flächen
(15c) aufweist.
13. Anordnung nach Schutzanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierende
Einrichtung aus einer kollimierenden (6) und einer foku ssier enden Linse (7) besteht, dass
mindestens die kollimierende Linse (6) in der Symmetrieachse parallel zueinander angeordnete
und plane, konvexe oder konkave Flächen (15a, 15b) aufweist und dass eine dieser Flächen
(15a oder 15b) der kollimierenden Linse gleichzeitig der Laserauskoppelspiegel (14) ist.
14. Anordnung nach Schutzanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserauskoppelspiegel
(14) an der dem Laserstab (12) abgewandten Seite konkav oder konvex (15c) ausgeführt ist und dass die fokussierende Einrichtung aus zwei die aufgeweiteten Laser- und
die Lichtstrahlen kollimierenden (6) und fokussierenden Linsen (7) besteht.
15. Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer
Zweistrahlquelle insbesondere nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in
Strahlrichtung nach einer Licht emittierenden Pumpquelle (1) nacheinander eine Einkoppeloptik (18) und ein Laserstab (12) angekoppelt sind, dass die Einkoppeloptik (18) der
Lichtstrahlung in Richtung Laserstab (12) eine konkave, konvexe oder plane als
Laserendspiegel (13) für die Laserstrahlung (8) ausgebildete Fläche aufweist, dass mindestens
die Fläche für die Laserstrahlung (8) verspiegelt, dass der Eingang des Laserstabs (12) für das
Licht der Pumpquelle (1) und für die Laserstrahlung (8) entspiegelt, dass zum einen der
Ausgang des Laserstabs (12) für das Licht der Pumpquelle (1) entspiegelt und für die
Laserstrahlung (8) teilweise verspiegelt oder zum anderen der Ausgang des Laserstabs (12) für
die Laserstrahlung teilweise verspiegelt und eine Lichtleitfaser fest an den Laserstab (12)
angekoppelt und dass in Strahlrichtung nach dem Ausgang des Laserstabs (12) oder der
Lichtleitfaser eine für das restliche Licht (9) der Pumpquelle (1) und die Laserstrahlung (8)
entspiegelte und den Ausgang des Laserstabs (12) oder der Lichtleitfaser abbildende Optik
angeordnet sind.
16. Anordnung nach einem der Schutzansprüche 10 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der
Laserstab (12) eine im Endstück dotierte Lichtleitfaser ist.
17. Anordnung nach einem der Schutzansprüche 10 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Licht emittierende Pumpquelle (1) ein Diodenlaser ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29822750U DE29822750U1 (de) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | Anordnungen zum Schweißen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29822750U DE29822750U1 (de) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | Anordnungen zum Schweißen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29822750U1 true DE29822750U1 (de) | 1999-03-25 |
Family
ID=8066957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29822750U Expired - Lifetime DE29822750U1 (de) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | Anordnungen zum Schweißen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29822750U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020200909A1 (de) | 2020-01-27 | 2021-07-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines metallischen Werkstücks |
-
1998
- 1998-12-22 DE DE29822750U patent/DE29822750U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020200909A1 (de) | 2020-01-27 | 2021-07-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines metallischen Werkstücks |
| WO2021151789A2 (de) | 2020-01-27 | 2021-08-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten eines metallischen werkstücks |
| DE102020200909B4 (de) | 2020-01-27 | 2024-05-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Verfahren zum Bearbeiten eines metallischen Werkstücks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1531963B1 (de) | Vorrichtung mit einer strahlformungseinheit mit zwei axicon-linsen zum einbringen von strahlungsenergie in ein werkstück aus einem schwach absorbierenden material | |
| DE69418725T2 (de) | Strahlumformer | |
| EP1896893B1 (de) | Vorrichtung zur strahlformung | |
| DE102004045912B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln | |
| DE3835325C1 (de) | ||
| DE19743322A1 (de) | Laserstrahlformgebungssystem | |
| EP2976817B1 (de) | Laseranordnung | |
| DE112008000872T5 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Laserbearbeitung | |
| WO2009068192A1 (de) | Vorrichtung zur strahlformung | |
| EP2184818A1 (de) | Laserpumpanordnung und Laserpumpverfahren mit Strahlhomogenisierung | |
| DE19859243A1 (de) | Anordnung zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle und Verwendung von Laserstrahlen zum Schweissen, Schneiden, Bohren oder Beschichten von metallischen oder nichtmetallischen Stoffen | |
| DE102005057617A1 (de) | Bestrahlungseinrichtung mit Faserbündel-Einkopplung | |
| AT504335B1 (de) | Laserzündvorrichtung | |
| EP2591875B1 (de) | Laser mit Strahltransformationslinse | |
| DE19841040A1 (de) | Vorrichtung zum Markieren einer Oberfläche mittels Laserstrahlen | |
| DE69924544T2 (de) | Faserlaser | |
| DE112017000225T5 (de) | Element zur Formung des Fokus eines Lasers | |
| DE10296788B4 (de) | Laserpumpverfahren | |
| EP0301526A1 (de) | Festkörperlaser-Stab | |
| DE29822750U1 (de) | Anordnungen zum Schweißen, Schneiden, Bohren oder Beschichten mit einer Zweistrahlquelle | |
| DE19644315A1 (de) | Festkörperlaseroszillator und mit diesem versehene Bearbeitungsvorrichtung | |
| EP1540785B1 (de) | Halbleiterlaservorrichtung | |
| DE69609672T2 (de) | Laser-System | |
| DE19736155C2 (de) | Anordnung für einen kompakten Faserlaser zur Erzeugung von Laserstrahlung | |
| DE102015205163B4 (de) | Optisches System für eine Laserbearbeitungsmaschine, mit einem optischen Element in einem Stecker eines Lichtleitkabels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990506 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20020702 |