用于产生具有不同功率和亮度的激光辐射的设备和方法技术

根据本发明专利技术的用于激光材料加工的设备(1)包括用于通过第一二极管激光器单元(2)的多个二极管激光器射束(10)的密集波长耦合产生具有较高亮度的第一输入激光辐射(3)的第一二极管激光器单元(2)，用于通过第二二极管激光器单元(4)的多个二极管激光器射束(11)的几何叠加产生具有较低亮度的第二输入激光辐射(5)的第二二极管激光器单元(4)，呈具有至少一个第一纤维芯和第二纤维芯(7、8)的双芯或多芯纤维(6)的形式或呈梯度折射率纤维(16)的形式的光学纤维，和至少一个光学元件(9)，至少一个光学元件用于将第一输入激光辐射(3)耦入到双芯或多芯纤维(6)的第一纤维芯(7)中并且将第二输入激光辐射(5)耦入到第二纤维芯(8)中，或者，用于将第一输入激光辐射(3)耦入到梯度折射率纤维(16)的第一区域中并且将第二输入激光辐射(5)耦入到第二区域中，使得第一输入激光辐射(3)作为第一输出激光辐射(13)并且第一输入激光辐射和第二输入激光辐射(3、5)作为第二输出激光辐射(14)从光学纤维(6)的纤维端部(6b)耦出。

Equipment and method for generating laser radiation with different power and brightness

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生具有不同功率和亮度的激光辐射的设备和方法
本专利技术涉及一种用于产生具有较低功率和较高亮度的第一输出激光辐射或具有较高功率和较低亮度的第二输出激光辐射的设备和方法。
技术介绍
由结构钢(例如S235)组成的具有大工件厚度(>5mm)的工件通常通过激光火焰切割、即在添加氧气的情况下进行切割。在这种结果钢板中的有效的火焰切割需要在差射束质量(射束参数乘积>16mm*mrad)的情况下的高激光功率。而尤其是由不锈钢或铝组成的具有小工件厚度(<5mm)的工件通过激光熔融切割进行切割，即借助氮气或氩气作为切割气体，该切割气体被驱动以2和20巴之间的压力通过切缝。用于激光切割的密集波长耦合的DWM(DenseWavelengthMultiplexing，密集波复用)二极管激光器的当前发展的目标在于在尽可能好的射束质量(射束参数乘积<4mm*mrad)的情况下的高激光输出功率，这对于(不锈钢板的)激光熔融切割非常好地适用，但对于结构钢板中的火焰切割不那么理想。DWM二极管激光器例如由US6,192,062B1、US6,208,679B1、US6,327,292B1、US9,306,369B2、US9,391,713B2、US2016/0336714A1、WO2016/062758A1和DE102011003142A1已知。由US2013/0215914A1已知以下构造，在该构造中使用具有好射束质量的光纤激光器和具有差射束质量的固体激光器来进行加工。由光纤激光器产生的第一输入激光辐射仅耦入到纤维芯中，并且由固体激光器产生的第二输入激光辐射耦入到传输纤维中的纤维芯和纤维套中，并且二者共同作为输出激光射束耦出。由EP1848074A1还已知一种激光源，在该激光源中这样控制泵浦辐射(Pumpstrahlung)，使得所述泵浦辐射位于激活介质的吸收最大值上并且输出激光辐射主要通过激活介质提供并且具有好的射束质量，或者所述泵浦辐射位于激活介质的吸收的外部并且输出激光辐射主要通过泵浦源提供并且具有差的射束质量。最后，由US8,008,600B2已知具有光纤激光器的激光加工机，其中，由光纤激光器产生的输入激光辐射和在光纤激光器中未被吸收的泵浦激光辐射耦入到传输纤维中并且为了加工共同作为输出激光射束耦出。
技术实现思路
与此相对地，本专利技术的任务是，给出一种用于产生具有较低功率和较高亮度的第一输出激光辐射或具有较高功率和较低亮度的第二输出激光辐射的设备和方法。根据本专利技术，该任务通过用于激光材料加工的设备解决，该设备具有用于尤其通过第一二极管激光器单元的多个二极管激光器射束的密集波长耦合产生具有较高亮度的第一输入激光辐射的第一二极管激光器单元、用于尤其通过第二二极管激光器单元的多个二极管激光器射束的几何叠加产生具有较低亮度的第二输入激光辐射的第二二极管激光器单元、呈具有至少一个第一和第二纤维芯的双芯或多芯纤维的形式或呈梯度折射率纤维的形式的光学纤维和用于将第一输入激光辐射耦入到双芯或多芯纤维的第一纤维芯中并且将第二输入激光辐射耦入到第二纤维芯中或者用于将第一输入激光辐射耦入到梯度折射率纤维的第一区域中并且将第二输入激光辐射耦入到第二区域中的至少一个光学元件，使得第一输入激光辐射作为第一输出激光辐射并且第一和第二输入激光辐射作为第二输出激光辐射从光学纤维的纤维端部耦出。二极管激光器单元可以分别包括多个二极管激光器模块。在此，二极管激光器模块可以具有一个或多个信号发射器或者具有多个发射器的一个或多个二极管棒。信号发射器或二极管棒布置在一维或二维的阵列中，其中，所述阵列由信号发射器或二极管棒的竖直的和/或水平的堆组成。根据本专利技术，第一二极管激光器单元是密集波长耦合的DWM二极管激光器并且第二二极管激光器单元是具有低射束质量的二极管激光器。通过将由第二二极管激光器单元产生的第二输入激光辐射耦入到第二纤维芯中，对于火焰切割提供较高的激光功率。较高的激光输出功率能够实现较高的进给，并且可以分割较大的板材厚度。降低的射束质量(约16mm*mrad)在火焰切割时导致较好的切割棱边质量。在切割较薄的工件时所需的激光功率较低。因此，可以关断第二二极管激光器单元并且机器可以节能地运行。根据本专利技术，遵循下列基本思想：非波长耦合的(非DWM)输入激光射束的激光功率以降低的射束质量添加给密集波长耦合的DWM射束的激光功率，这整体上导致较高的输出功率并且导致输出激光射束的较低的射束质量并且尤其在火焰切割具有大厚度的工件时既有利地影响切割速度也有利地影响切割棱边质量。在双芯或多芯纤维的情况下特别优选的是，第一纤维芯构造为内部纤维芯并且第二纤维芯构造为外部纤维芯，该外部纤维芯环形地围绕内部纤维芯。因此，第一输入激光辐射耦入到内部纤维芯中，并且第二输入激光辐射耦入到外部纤维芯中。所述至少一个光学元件、例如共同的透镜或分别用于两个输入激光辐射的各一个透镜还可以构造成用于将第一和第二输入激光辐射以不同的入射角度和/或以不同的发散度耦入到光学纤维中。如试验已经示出，对于薄板和厚板加工，第一输入激光辐射应具有最高4mm*mrad的射束参数乘积并且第二输入激光辐射应具有至少16mm*mrad的射束参数乘积。优选地，在第一和第二输出激光辐射的光路中布置有聚焦装置，该聚焦装置将第一和第二输出激光辐射聚焦到焦平面中。如试验已经示出，对于薄板和厚板加工，第一输出辐射在焦平面中的焦斑直径应位于30μm和500μm之间，并且第二输出辐射在焦平面中的焦斑直径应位于700μm和900μm之间。第二输入激光辐射的波长范围优选位于第一输入激光辐射的波长范围的外部，即例如第一输入激光辐射位于900nm至950nm的波长范围中，并且第二输入激光辐射位于960nm和965nm的波长范围中。有利地，在第一和第二输入激光辐射的光路中，在一方面的第一二极管激光器单元和第二二极管激光器单元和另一方面的光学纤维之间布置有耦合光学器件，该耦合光学器件使第一输入激光辐射和第二输入激光辐射叠加。耦合光学器件例如可以是波长选择的镜(多层镜)，该镜对于第一输入激光辐射而言穿透地构造并且对于第二输入激光辐射而言反射地构造，反之亦然。为此，两个二极管激光器单元必须在两个不同的波长范围中发射。替代地，两个输入激光辐射也可以通过偏振耦合。在该情况下，耦合光学器件构造为偏振分束器，该偏振分束器对于第一输入激光辐射的偏振方向而言是反射的并且对于第二输入激光辐射的偏振方向而言是透射的，反之亦然。本专利技术在另一方面中也涉及一种用于激光材料加工的、用于产生具有较低功率和较高亮度的第一输出激光辐射或具有较高功率和较低亮度的第二输出激光辐射的方法，所述方法具有以下步骤：通过多个二极管激光器射束的密集波长耦合产生具有较高亮度的第一输入激光辐射，通过多个二极管激光器射束的几何叠加产生具有较低亮度的第二输入激光辐射，并且，将第一输入激光辐射耦入到构造为双芯或多芯纤维的光学纤维的第一纤维芯中并且将第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光材料加工的设备(1)，所述设备具有：/n用于产生具有较高亮度的第一输入激光辐射(3)的第一二极管激光器单元(2)，尤其通过所述第一二极管激光器单元(2)的多个二极管激光器射束(10)的密集波长耦合，/n用于产生具有较低亮度的第二输入激光辐射(5)的第二二极管激光器单元(4)，尤其通过所述第二二极管激光器单元(4)的多个二极管激光器射束(11)的几何叠加，/n呈具有至少一个第一纤维芯和第二纤维芯(7、8)的双芯或多芯纤维(6)的形式或呈梯度折射率纤维(16)的形式的光学纤维，和/n至少一个光学元件(9)，所述至少一个光学元件用于将所述第一输入激光辐射(3)耦入到所述双芯或多芯纤维(6)的所述第一纤维芯(7)中并且将所述第二输入激光辐射(5)耦入到所述第二纤维芯(8)中，或者，所述至少一个光学元件用于将所述第一输入激光辐射(3)耦入到所述梯度折射率纤维(16)的第一区域中并且将所述第二输入激光辐射(5)耦入到第二区域中，使得所述第一输入激光辐射(3)作为第一输出激光辐射(13)并且第一输入激光辐射和第二输入激光辐射(3、5)作为第二输出激光辐射(14)从所述光学纤维(6)的纤维端部(6b)耦出。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180329 DE 102018204814.21.一种用于激光材料加工的设备(1)，所述设备具有：
用于产生具有较高亮度的第一输入激光辐射(3)的第一二极管激光器单元(2)，尤其通过所述第一二极管激光器单元(2)的多个二极管激光器射束(10)的密集波长耦合，
用于产生具有较低亮度的第二输入激光辐射(5)的第二二极管激光器单元(4)，尤其通过所述第二二极管激光器单元(4)的多个二极管激光器射束(11)的几何叠加，
呈具有至少一个第一纤维芯和第二纤维芯(7、8)的双芯或多芯纤维(6)的形式或呈梯度折射率纤维(16)的形式的光学纤维，和
至少一个光学元件(9)，所述至少一个光学元件用于将所述第一输入激光辐射(3)耦入到所述双芯或多芯纤维(6)的所述第一纤维芯(7)中并且将所述第二输入激光辐射(5)耦入到所述第二纤维芯(8)中，或者，所述至少一个光学元件用于将所述第一输入激光辐射(3)耦入到所述梯度折射率纤维(16)的第一区域中并且将所述第二输入激光辐射(5)耦入到第二区域中，使得所述第一输入激光辐射(3)作为第一输出激光辐射(13)并且第一输入激光辐射和第二输入激光辐射(3、5)作为第二输出激光辐射(14)从所述光学纤维(6)的纤维端部(6b)耦出。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一纤维芯(7)构造为内部纤维芯并且所述第二纤维芯(8)构造为外部纤维芯，该外部纤维芯环形地围绕所述内部纤维芯。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述至少一个光学元件(9)构造成用于将所述第一输入激光辐射和第二输入激光辐射(3、5)以不同的耦入角度和/或以不同的发散度耦入到所述光学纤维(6)中。


4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一输入激光辐射(3)具有最高4mm*mrad的射束参数乘积并且所述第二输入激光辐射(5)具有至少16mm*mrad的射束参数乘积。


5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述第一输出激光辐射和第二输出激光辐射(13、14)的光路中布置有聚焦装置(15)，该聚焦装置使所述第一输出激光辐射和第二输出激光辐射(13、14)聚焦到焦平面(16)中，其中，在所述焦平面(16)中所述第一输出辐射(13)的焦斑直径(D1)位于30μm和500μm之间并且所述第二输出辐射(14)的焦斑直径(D2)位于700μm和900μm之间。


6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二输入激光辐射(5)的波长范围位于所述第一输入激光辐射(3)的波长范围外部。


7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一输入激光辐射(3)位于900nm至950nm的波长范围中，并且所述第二输入激光辐射(5)位于960nm至96...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·齐莫尔，T·凯泽，A·波普，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE