[發(fā)明專利]利用激光束對(duì)工件進(jìn)行同步外周加工的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110307000.2
• 申請(qǐng)日: 2011-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN102441734A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 維爾納·沃爾曼;揚(yáng)·朗格巴赫;安德烈亞斯·青特爾;馬丁·格里貝爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 詹諾普蒂克自動(dòng)化技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/06
• 分類號(hào): B23K26/06;B23K26/073
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 車文;樊衛(wèi)民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用激光束對(duì)工件進(jìn)行外周加工的裝置，正如其依據(jù)分類由US?7,368,681B2所公開的那樣。

背景技術(shù)

對(duì)于外周加工而言借助依據(jù)本發(fā)明的裝置尤其適用于具有呈棱柱形或呈柱體形周面的工件。在此，工件應(yīng)該被理解為單個(gè)構(gòu)件，但也被理解為由兩個(gè)彼此交錯(cuò)接合的構(gòu)件所組成的組件。

外周加工可以例如是兩個(gè)塑料構(gòu)件的焊接、薄膜軟管縮套到玻璃纖維上或覆層在構(gòu)件上的硬化。依據(jù)分類的裝置在現(xiàn)有技術(shù)中尤其是與焊接方法相結(jié)合。在此，輪廓焊接與同步焊接之間存在區(qū)別。在輪廓焊接時(shí)，一個(gè)或多個(gè)激光束和待焊接工件相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)，從而一個(gè)或多個(gè)激光束沿所希望的焊縫抹過工件周面。在同步焊接時(shí)，同時(shí)以一個(gè)或多個(gè)激光束加載整個(gè)焊縫。在US?7,368,681B2中公開了這種裝置。該裝置包括大量的激光束源，這些激光束源以彼此相同的間距布置在一條環(huán)線上并徑向地朝環(huán)線的中點(diǎn)分別發(fā)射激光束，在該中點(diǎn)這些激光束疊加并形成恒定能量密度的加工區(qū)。可以是二極管激光器(激光二極管或激光二極管線陣(Laserdiodenbarren))的激光源可分別在波束方向上前置射束成形光學(xué)系統(tǒng)，利用該射束成型光學(xué)系統(tǒng)影響激光束的發(fā)散度。

在此，經(jīng)由在環(huán)線平面中的發(fā)散度，結(jié)合環(huán)線半徑，可以使恒定能量密度的加工區(qū)尺寸匹配于為了加工而裝入到該加工區(qū)中的工件尺寸。垂直于環(huán)線平面的射束擴(kuò)張決定了焊縫寬度。因?yàn)樵诩す馐械哪芰糠植荚瓌t上對(duì)應(yīng)于高斯分布，所以能量分布的均勻性隨著彼此偏移的、疊加的激光束的增加的數(shù)量而得到改善。不利的是，利用非常大量的激光束源才能達(dá)到在環(huán)線平面中的近似恒定的能量密度，該環(huán)線平面中的能量密度決定了焊縫長(zhǎng)度上的焊縫質(zhì)量。決定焊縫寬度上的焊縫質(zhì)量的、垂直于所述平面的能量分布仍保持高斯分布。此外，這種裝置需要附加措施來保證激光器安全性，也就是說，這些措施確保在裝置工作期間人和機(jī)器均不會(huì)暴露在被激光束損傷的危險(xiǎn)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)基于，提供一種激光器安全裝置，利用該裝置，在加工區(qū)域中以能量均勻分布的激光束加載裝入到該裝置中的工件周面。

提出一種利用激光束對(duì)工件進(jìn)行同步外周加工、具有大量的由二極管激光器和前置的射束成形光學(xué)系統(tǒng)組成的激光器-光學(xué)系統(tǒng)-模塊的裝置，這些激光器-光學(xué)系統(tǒng)-模塊彼此以相同的間距布置在環(huán)線上并徑向朝環(huán)線的中點(diǎn)分別發(fā)射處在共同的波束平面中的激光束，從而使激光束的激光束軸線在中點(diǎn)相交。本發(fā)明的任務(wù)通過這種裝置以如下方式得以實(shí)現(xiàn)，即，在環(huán)線的內(nèi)部布置專門構(gòu)造的波導(dǎo)。

波導(dǎo)具有直柱體的形狀并以如下方式設(shè)置，即，使該波導(dǎo)的柱體軸線垂直于波束平面直立地穿過環(huán)線的中點(diǎn)延伸。圍繞柱體軸線構(gòu)造用于容納待加工工件的凹座。該凹座可以以如下方式構(gòu)造，即，使該凹座以其形狀和尺寸匹配待容納的工件，從而可以直接將工件插入到凹座中，或者該凹座以如下尺寸構(gòu)造，即，在該凹座中可以裝入不同的適配器，這些適配器以不同的呈柱體形的內(nèi)面圍成與不同工件匹配的自由內(nèi)部區(qū)域，從而使具有不同周面的工件可以間接經(jīng)由適配器裝入到凹座中。波導(dǎo)由下部和上部組成。二者共同圍出一個(gè)含有波束平面的內(nèi)腔。該內(nèi)腔居中地通過凹座敞開，從而可以將插入到凹座中的工件至少部分地布置在內(nèi)腔中。波導(dǎo)的下部形成內(nèi)腔的底面并且波導(dǎo)的上部形成頂面。這兩個(gè)面對(duì)于激光束而言進(jìn)行反射。在波導(dǎo)的外周上，內(nèi)腔具有如存在的激光器-光學(xué)系統(tǒng)-模塊數(shù)量的相同數(shù)量的射束入口。這些射束入口分別與一個(gè)激光器-光學(xué)系統(tǒng)-模塊對(duì)置并且具有如下的尺寸，即，這些射束入口不限制入射的激光束。通過激光入射窗入射的激光束在底面與頂面之間多重來回地反射，由此，使能量分布在射束截面上均勻化。相反的，激光束在波束平面的內(nèi)部保持不受影響。因此，在工件上每個(gè)激光器-光學(xué)系統(tǒng)-模塊形成一個(gè)具有均勻能量分布的射束光斑，該射束光斑在柱體軸線方向上的高度通過底面與頂面之間的間距確定，并且該射束光斑的寬度通過在波束平面中和在激光器-光學(xué)系統(tǒng)-模塊與工件表面的間距中激光束的發(fā)散角確定。

凹座可以要么僅穿過上部，因此，所裝入的工件平放在下部上并且用激光束加載鄰接于工件的一端的工件外周區(qū)，例如用于形成焊縫。凹座也可以部分延伸到下部中，因此，用激光束加載的工件外周區(qū)，是從距工件一端等于凹座延伸到下部中的深度的距離處開始的。凹座也可以完全穿過下部，從而可以將工件在柱體軸線方向上引導(dǎo)穿過裝置。這一點(diǎn)在如下情況下可能是需要的，即，例如當(dāng)工件應(yīng)該在其整個(gè)周面上用激光束來加載，以便例如硬化該工件表面，或者工件是如光導(dǎo)纖維那樣的無盡件，且應(yīng)該將例如塑料外皮縮套到該光導(dǎo)纖維上。