用于激光焊接/钎焊的激光束亮度增强分束制造技术

激光加工头可用于接合(例如焊接、钎焊、锡焊等)工件。准直器使激光准直，所述激光传递到分束器。所述分束器在所述分束器的周边区域和内部区域上具有抗反射涂层和高反射涂层。所述分束器将所述准直光分成来自所述内部区域的中心光或内部光和来自所述周边区域的周边光。与所述分束器通信的主输出端将至少所述周边光引导成朝向所述工件的主光束。例如，缆线可邻近所述主光束馈送钎焊丝以将所述工件钎焊在一起。同时，与所述分束器通信的次级输出端将至少所述中心光引导成次级光束，所述次级光束可用于预热所述工件、后加热所述工件或从所述工件去除任何表面涂层。述工件去除任何表面涂层。述工件去除任何表面涂层。

【技术实现步骤摘要】
用于激光焊接/钎焊的激光束亮度增强分束

技术介绍

[0001]某些接合工艺可用于将不同的工件接合在一起。例如，激光钎焊工艺通过用激光束熔化钎焊材料，使熔化的钎焊材料流入工件之间的接缝中，并在工件之间的接缝中形成接头，从而将不同的工件接合在一起。钎焊材料可为熔点低于工件材料的熔点的焊丝。钎焊丝位于激光束和被接合的工件之间，并在钎焊过程期间沿着工件的接缝移动以填充和形成接头。类似的接合工艺涉及使用由与工件中的至少一个相同的材料制成的填充焊丝将工件焊接在一起。
[0002]对于成功的接合(例如，钎焊或焊接)工艺，焊丝沿着接缝移动，同时工件中的至少一个上的力保持恒定。为此，可将焊丝或一些其他元件定位靠着一个或两个工件，以在焊丝被激光束熔化时施加力。
[0003]在一些实施方式中，主激光束用于创建主熔点以熔化用于钎焊、焊接等的焊丝，而第二激光束用于在主熔点前面创建一个或多个相对较小的加热点。加热点可用于预热工件和/或从工件上去除涂层。
[0004]为了创建小的加热点，激光加工头可使用与主激光源分开的独立激光源。代替使用单独的激光源，激光加工头可使用源自主激光束的第二激光束。在接合过程期间，需要相对较小的点才能有效加热，因此有两种解决方案可用。
[0005]在第一种解决方案中，用于预热或涂层去除的激光由用于聚焦主激光束的同一聚焦透镜输送。用于预热和/或涂层去除的激光通常非常靠近焊丝传递并且可能在运动期间(例如，在弯曲期间)接触焊丝，导致不稳定的预热并因此导致不稳定的接合过程。
[0006]在第二种解决方案中，主光束可分开，使得第二根光纤可将光的部分传输到第二聚焦单元，从而产生加热点。不幸的是，由于耦合到第二根光纤中的光的亮度较低，现有布置可能无法实现相对较小的点。
[0007]所需要的是一种在主钎焊/焊接点前面输送一个或多个加热点以便可使用相对较小且不干扰钎焊/焊接丝的加热点对工件进行预热的方式。
[0008]本公开的主题旨在克服上述问题中的一个或多个或至少降低上述问题中的一个或多个的影响。

技术实现思路

[0009]如本文所公开的，激光加工头用于将激光引导至工件。激光加工头包括准直器、分束器、主输出端和次级输出端。准直器设置在激光的光轴上，并且被配置成将激光准直成准直光。分束器设置在准直光中且具有至少两个部分。该至少两个部分包括抗反射部分和高反射部分。分束器被配置成将准直光分成来自至少两个部分中的第一者的第一光和来自至少两个部分中的第二者的第二光。主输出端设置成与分束器光通信，并且主输出端被配置成将至少第一光引导成朝向工件的主激光束。次级输出端设置成与分束器光通信，并且次级输出端被配置成将至少第二部分引导成与主激光束相邻的次级激光束。
[0010]如本文所公开的，激光加工头用于使用激光和焊丝将工件接合在一起。激光加工
头包括准直器、分束器、主输出端、次级输出端和缆线。准直器设置在激光的光轴上，并且被配置成将激光准直成准直光。分束器设置在准直器和主输出端之间的光轴上。分束器在其周边区域上具有抗反射部分并且在其内部区域上具有高反射部分。周边区域围绕内部区域。抗反射部分被配置成至少部分地将准直光的周边光传递到主输出端，并且高反射部分被配置成至少部分反射准直光的内部光。主输出端设置在光轴上并且被配置成将穿过/来自分束器的任何准直光引导成朝向工件的主激光束。次级输出端设置成与分束器光通信。次级输出端被配置成将从分束器反射的任何准直光引导成与主激光束相邻的次级激光束。缆线被配置成将焊丝馈送到主激光束中。
[0011]如本文所公开的，激光加工头用于使用激光和焊丝将工件接合在一起。激光加工头包括准直器、分束器、主输出端、次级输出端和缆线。准直器设置在激光的光轴上，并且被配置成将激光准直成准直光。分束器设置在准直器和主输出端之间的光轴上。分束器在其内部区域上具有抗反射部分并且在其周边区域上具有高反射部分。周边区域围绕内部区域。抗反射部分被配置成至少部分地将准直光的周边光反射到主输出端，并且高反射部分被配置成至少部分传递准直光的内部光。主输出端设置在光轴上并且被配置成将从分束器反射的任何准直光引导成朝向工件的主激光束。次级输出端设置成与分束器的内部区域光通信。次级输出端被配置成将穿过/来自分束器的任何准直光引导成与主激光束相邻的次级激光束。缆线被配置成将焊丝馈送到主激光束中。
[0012]次级输出端可包括聚焦透镜和波导。聚焦透镜设置成与分束器光通信并且被配置成聚焦从分束器传送并入射到聚焦透镜的任何准直光。波导具有设置成与聚焦透镜光通信的输入端并且具有设置成朝向工件光通信的输出端。波导可包括光纤或一束微光纤，并且波导的输出端可包括微透镜、光学块、光束整形元件或平面尖端。
[0013]本文公开的方法用于将激光引导至工件。该方法包括：将激光沿着光轴准直成准直光；使用分束器将准直光分成第一光和第二光，所述分束器具有至少两个反射部分，包括抗反射部分和高反射部分；将第一光的至少一部分引导成朝向工件的主激光束；以及将第二光的至少一部分引导成朝向工件的次级激光束。
[0014]前述
技术实现思路
并不意图概述本公开的每个潜在实施方案或每个方面。
附图说明
[0015]图1A图示了根据本公开的激光输送系统。
[0016]图1B图示了根据本公开的激光加工头的透视图。
[0017]图2图示了用于将次级光束输送至工件的根据本公开的第一实施方案的具有次级光纤的激光加工头的示意图。
[0018]图3图示了根据本公开的第二实施方案的具有次级光纤的激光加工头的示意图。
[0019]图4图示了根据本公开的第三实施方案的具有次级光纤的激光加工头的示意图。
[0020]图5图示了具有本公开的替代布置的激光加工头的示意图。
[0021]图6图示了用于次级光纤的输出端的实施方案。
[0022]图7图示了具有布置在导线器上的次级光纤的组件。
[0023]图8A至图8E图示了根据本公开的分束器的平面图。
[0024]图9A至图9B图示了其横向取向被移动以改变激光的次级输出端的分束器的示意
图。
具体实施方式
[0025]图1A图示了根据本公开的激光输送系统10。激光源12产生沿着光纤缆线14传播到激光加工头50的激光。根据所需的激光束质量，激光源12可为多模或单模激光器。单模激光器输送更高质量的激光束，但通常钎焊或焊接不需要如此高的质量。
[0026]激光加工头50可相对于工件WP移动和/或可使工件WP相对于其移动。例如，激光加工头50可通过龙门架系统、机械臂或本领域中使用的其他装置16移动。在内部，激光加工头50包括光学器件以将激光束LB中的激光能量聚焦到工件WP以实现钎焊、锡焊、焊接或一些其他接合工艺。
[0027]更详细地看，图1B示出了用于激光加工装置(未示出)的激光加工头50的透视图。并未示出激光加工头50的所有部件。通常，激光加工头50包括框架52、联接到框架52的支撑体54和联接到支撑体54的聚焦单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将激光引导至工件的激光加工头，所述激光加工头包括：准直器，所述准直器设置在所述激光的光轴上，并且被配置成将所述激光准直成准直光；分束器，所述分束器设置在所述准直光中并具有至少两个部分，所述至少两个部分包括抗反射部分和高反射部分，所述分束器被配置成将所述准直光分成来自所述至少两个部分中的第一者的第一光和来自所述至少两个部分中的第二者的第二光；主输出端，所述主输出端设置成与所述分束器光通信，所述主输出端被配置成将至少所述第一光引导成朝向所述工件的主激光束；以及次级输出端，所述次级输出端设置成与所述分束器光通信，所述次级输出端被配置成将至少所述第二部分引导成与所述主激光束相邻的次级激光束。2.如权利要求1所述的激光加工头，其中所述准直器包括一个或多个透镜。3.如权利要求1所述的激光加工头，其中所述分束器包括衬底；其中所述高反射部分包括在所述衬底上或在抗反射涂层顶部上光刻结构化的高反射涂层。4.如权利要求1所述的激光加工头，其中所述分束器设置在相对于所述光轴的横向位置，所述横向位置相对于所述光轴可调整，所述横向位置被配置成调整由所述分束器分出的所述第一光、所述第二光或所述第一光和所述第二光的量。5.如权利要求1所述的激光加工头，其中所述主输出端包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述光轴上并且被配置成将从所述分束器传送并入射到所述聚焦透镜的任何所述准直光聚焦成朝向所述工件的所述主激光束。6.如权利要求1所述的激光加工头，其中所述次级输出端包括：至少一个聚焦透镜，所述至少一个聚焦透镜设置成与所述分束器光通信并且被配置成聚焦从所述分束器传送并入射到所述聚焦透镜的任何所述准直光；以及至少一个波导，所述至少一个波导具有设置成与所述聚焦透镜光通信的输入端并且具有设置成朝向所述工件光通信的输出端。7.如权利要求6所述的激光加工头，其中所述波导包括光纤或一束微光纤。8.如权利要求6所述的激光加工头，其中所述波导的所述输出端包括微透镜、光学块、光束整形元件或平面尖端。9.如权利要求1所述的激光加工头，其中所述至少两个部分设置在所述分束器的至少两个区域上，所述至少两个区域包括周边区域和内部区域，所述周边区域围绕所述内部区域，所述分束器被配置成将所述准直光分成来自所述内部区域的内部光和来自所述周边区域的周边光；其中所述主输出端被配置成将至少所述周边光作为所述第一光引导成朝向所述工件的所述主激光束；并且其中所述次级输出端被配置成将至少所述内部光作为所述第二光引导成与所述主激光束相邻的所述次级激光束。10.如权利要求9所述的激光加工头，其中所述分束器的所述内部区域包括椭圆形形状、卵形形状、对称形状、不对称形状、均匀形状或不均匀形状。11.如权利要求9所述的激光加工头，其中所述分束器在其所述周边区域上包括所述抗反射部分并且在其所述内部区域上包括所述高反射部分，所述高反射部分被配置成至少部
分地将所述内部光反射到所述次级输出端，所述抗反射部分被配置成至少部分地将所述周边光传递到所述主输出端。12.如权利要求11所述的激光加工头，其中所述主输出端包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述光轴中并被配置成将入射到其上的任何所述准直光聚焦成朝向所述工件的所述主激光束。13.如权利要求12所述的激光加工头，其中所述主输出端包括至少一个反射器，所述至少一个反射器设置在所述分束器和所述聚焦透镜之间的所述光轴上并且被配置成反射从所述分束器传送并入射到所述聚焦透镜的任何所述准直光。14.如权利要求11所述的激光加工头，其中所述次级输出端包括：至少一个聚焦透镜，所述至少一个聚焦透镜设置成与所述分束器光通信并且被配置成聚焦从所述分束器传送并入射到所述聚焦透镜的任何所述准直光；以及至少一个波导，所述至少一个波导具有设置成与所述聚焦透镜光通信的输入端并且具有设置成朝向所述工件光通信的输出端。15.如权利要求9所述的激光加工头...

【专利技术属性】
技术研发人员：耶罗伦，
申请(专利权)人：IIVI特拉华有限公司，
类型：发明
国别省市：