在一种用于借助于至少一个激光射束(3)对工件(2)进行激光加工、尤其用于激光切割的方法中，该至少一个激光射束在多芯光纤(5)中在朝向工件(2)的方向上被引导，该多芯光纤具有多个、尤其至少三个平行地沿直线(A)并排布置的光纤芯(6)，根据本发明专利技术根据工件特性或加工参数来设定至少一个激光射束(3)耦合到其中的光纤芯(6)的数量和/或至少一个激光射束(3)的激光功率向光纤芯(6)的分配。激光功率向光纤芯(6)的分配。激光功率向光纤芯(6)的分配。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助在多芯光纤中引导的激光射束进行激光切割的方法和设备及相关计算机程序产品
[0001]本专利技术涉及用于借助于至少一个激光射束对工件进行激光加工、尤其激光切割的方法和设备，以及相关的计算机程序产品，该激光射束在多芯光纤中在朝向工件的方向上被引导，该多芯光纤具有多个、尤其至少三个平行地沿直线并排布置的光纤芯。
技术介绍
[0002]这样的方法和这样的设备例如已从US 2018/0217408 A1中已知。
[0003]在激光切割中提高工艺效率和边缘品质的一种可能性是对所聚焦射束的强度轮廓进行整形，例如以沿进给方向定向的线或多个在焦平面上彼此错开的子射束的形式。
[0004]从US 2018/0217408 A1和WO 2014/060091 A1中已知的是，在切割或焊接时，在激光器与激光机的加工头之间使用具有两个不同直径的线性错开的光纤芯的传输光纤。从各个光纤芯出射的(子)射束通过加工头中的光学元件在工件上的多个焦点(多光斑)成像。
[0005]从DE 10 2015 010 892 A1和US 2018/0185960 A1中已知具有不同直径的环形布置的光纤芯的多芯光纤。在US 2018/0185960 A1中提出，叠加从不同光纤芯出射的射束并且共同成像在工件上的“单光斑”中，或借助于道威(Dove)棱镜旋转射束并且因此使射束轮廓与加工方向相匹配。
[0006]从WO 2016/025701 A1中已知的是，使用具有不同芯直径的平行光纤产生“米老鼠(Mickey Maus)”射束轮廓。
[0007]DE 203 08 097 U1和US 10,401,562 B2示出了用于激光材料加工的设备，这些设备具有光纤，该光纤具有在传输光纤中一维地布置为线或二维地布置为场的多个光纤芯。在材料加工时，激光射束可以动态、即随时间变化地耦合到各个光纤芯中，使得得到耦合出的射束的扫描运动。
[0008]从JP 2003290965 A中已知利用光纤束将激光射束传输至加工头。各个光纤平行地布置并且具有在z方向上错开的光纤端部。因此，可以在工件中产生多个水平和竖直错开的射束焦点。
技术实现思路
[0009]相对于此，本专利技术的任务是，如下地改进开篇所述类型的方法，使得激光射束的射束轮廓可以特别好地匹配金属工件的激光切割，以及给出一种适用于执行该方法的设备。
[0010]在开篇提及的方法的情况下，该任务根据本专利技术以如下方式实现：根据工件特性(例如厚度、材料、表面状态
……
)或加工参数(例如进给速度、激光功率、切割轮廓、激光波长、工艺气体
……
)来设定该至少一个激光射束耦合到其中的光纤芯的数量和/或该至少一个激光射束的激光功率向光纤芯的分配。优选地，该至少一个激光射束耦合到这些光纤芯中的多个光纤芯中，以产生从多芯光纤中出射的多个输出激光射束，该多个输出激光射束的射束轴线在一个平面中延伸并且在工件上布置在直线中，并且在激光加工期间，这些输
出激光射束的直线沿以下方向分别旋转：激光射束在工件上沿所述方向运动。
[0011]该至少一个激光射束向不同的光纤芯的分配例如可以通过彼此相继地布置在输入激光束的射束路径中的楔形板来进行，其例如在WO 2011/124671A1(图3)中示出。替代性地，光纤激光器的不同的模块可以通过唯一的传输光纤(“feed fibers”)拼接成多芯光纤的光纤芯，例如在WO 2014/118516A1中所示出的。根据本专利技术，可以在对应的分束之后将单一的激光射束耦合到光纤芯中，或将多个、尤其不同的激光射束耦合到光纤芯中。
[0012]例如根据工件厚度来改变激光辐射耦合到其中的光纤芯的数量。根据本专利技术已经认识到，为了改善切割过程的生产率和切割品质，由各个(子)激光射束构成的线的长度必须是可变的，以便能够与工件厚度相匹配。在此，目的在于实现在整个倾斜的切割前沿上激光射束的最大吸收度。还可以根据工件厚度来改变激光功率在光纤芯中的分布。随着越来越大的工件厚度，该至少一个激光射束的激光功率优选地耦合到递增的数量的光纤芯上，并且越来越多地耦合到沿该直线靠外的光纤芯中。
[0013]在一个优选的方法变体中，所有光纤芯具有相同的直径，并且以彼此间尽可能小的间距(例如10μm)布置。每个光纤芯通过加工头中常规的成像光学器件(准直透镜和聚焦透镜或变焦望远镜)在像区域中产生分开的焦点(光斑)。通过将具有可变功率分布的激光辐射耦合至各个光纤芯中，可以在像区域中设定由单光斑组合而成的经匹配的强度分布，例如以由单光斑近似而成的线的形式。通过灵活的耦合，所得到的强度轮廓与工件厚度相匹配：在单独耦合到中央的芯(例如具有100μm的直径)时，在工件上获得单个焦点。这有利于切割厚度最高达6mm的薄工件。如果激光辐射分布到多个光纤芯上，则产生线性的非旋转对称的射束轮廓，该射束轮廓必须例如通过道威棱镜或柱面透镜的组合在切割单元中对应于进给方向同时旋转。在8
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12mm的中等工件厚度范围内，通过将激光辐射耦合到三个分别具有100μm直径的光纤芯中并且随后将输出激光射束2:1成像在工件上，在从光纤芯出射的子射束的聚焦区域中得到约650μm的线长度。在工件厚度大于12mm时有利的是，将激光射束分配到五个光纤芯以进一步增加线长度。在此，激光功率优选如下地分配到这些光纤芯，使得在从8mm起的工件厚度d下，耦合到中部的光纤芯中的激光功率小于耦合到一个或多个外侧的光纤芯中的激光功率。使用功率分布为40:20:40的三个共线布置的焦点进行的实验已经表明，在切割不锈钢时的明显的进给率增大(数量级+60％)。功率分布为50:30:20也是有利的，因为在切割间隙中进一步在后方和下方需要的热量输入较少，因为熔体本身已经向下传输热量。
[0014]在另一个优选的方法变体中，这些光纤芯中的至少一些光纤芯、尤其所有光纤芯具有不同的直径。当光纤芯的直径沿该直线沿一个方向减小时，可以在激光切割时同时旋转多芯光纤，使得芯的直径与切割方向反向地减小或增大。特别优选地，激光辐射分别以相同的功率耦合到不同的光纤芯中。
[0015]例如，如果光纤芯的直径与切割方向反向地减小，例如150/100/75/50μm，则系统可以如下设计：当所有子射束聚焦到工件上侧上时，所有子射束的直径在倾斜的切割前沿上的照射点处近似相同。于是，切割间隙壁垂直延伸并且不具有由射束焦散引起的曲率。此外，在切割工件厚度较大的工件时，希望有较大的切割间隙宽度，以实现使气体更好地耦合到切割间隙中、使熔体更好地排出并且可以更好地从剩余工件上取出所切割的部分。因此，在工件厚度较小的情况下，激光功率仅耦合到最小的那个或最小的两个光纤芯中，而在工
件厚度较大的情况下，激光功率还耦合到具有较大直径的光纤芯中。
[0016]光纤芯的直径随切割方向反向地增大的变体也可以对切割品质产生有利影响。例如，如果光纤芯的直径与切割方向反向地增加，例如100/150/200/250μm，则以这种方式逐渐加宽切割间隙。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于借助于至少一个激光射束(3)对工件(2)进行激光加工、尤其激光切割的方法，所述至少一个激光射束在多芯光纤(5)中在朝向工件(2)的方向上被引导，所述多芯光纤具有多个、尤其至少三个平行地沿直线(A)并排布置的光纤芯(6)，其特征在于，根据工件特性或加工参数来设定所述至少一个激光射束(3)耦合到其中的所述光纤芯(6)的数量和/或所述至少一个激光射束(3)的激光功率到所述光纤芯(6)的分配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个激光射束(3)耦合到所述光纤芯(6)中的多个光纤芯中，以产生从所述多芯光纤(5)中出射的多个输出激光射束(8)，所述多个输出激光射束的射束轴线在一个平面中延伸并且在所述工件(2)上布置在直线(13)中，在所述激光加工期间，所述输出激光射束(8)的所述直线(13)沿以下方向分别旋转：所述激光射束(3)在所述工件(2)上沿所述方向运动。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，随着越来越大的工件厚度(d)，将所述至少一个激光射束(3)的激光功率分配到递增的数量的光纤芯(6)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，随着越来越大的工件厚度(d)，将所述至少一个激光射束(3)的激光功率越来越多地耦合到沿所述直线(A)靠外的光纤芯(6)中。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将多个激光射束、尤其不同的激光射束(3)耦合到所述光纤芯(6)中。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所有光纤芯(6)具有相同的直径。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述光纤芯(6)中的至少一些光纤芯、尤其所有光纤芯(6)具有不同的直径。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光纤芯(6)的直径沿所述直线(A)沿一个方向减小。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将具有不同射束发散度的激光射束(3)耦合到具有不同直...
【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：通快机床欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：
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