一种用于激光加工的装置，包括具有谐振器（１１）的激光器（１０），该谐振器被装备用于产生具有预定的焦散面的激光射线（１００），该装置还包括光学元件（３０），该光学元件用于将所述激光射线（１００）转换成射线（１００′），该射线具有沿着该激光射线（１００′）的焦散面区域的环形强度分布，其中，该环形强度分布在沿着该射线（１００′）传播方向的焦散面最小直径区域中在与该射线（１００′）的传播方向垂直的平面中具有按照二阶矩法确定的射线半径（ＳＲ）和在径向上在强度为５０％最大强度时确定的环宽度（ＲＢ），其中，环宽度（ＲＢ）与射线半径（ＳＲ）的商（Ｑ）小于０．６，优选小于０．５。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于激光加工、尤其是用于激光焊接的装置和方法。本专利技术特别 涉及一种用于co2激光焊接的装置和方法。
技术介绍
在通过激光射线加工工件时主要使用高斯形激光射线。该加工包括焊接、切割、熔 化、加热、去除、标记、热拼接。在激光焊接时、尤其是在co2激光焊接时，通过将由激光射线 定义的能量输入到要被焊接的结构中来产生要被焊接的工件的连接，其中，两个工件在通 过激光射线辐射的区域中熔化并且然后在流到一起后再共同地凝固。在此，通过聚焦的激光射线在激光焊接时产生以金属蒸汽充满的小孔(keyhole)， 通过该小孔(细管)激光射线能够更深地侵入到工件中并且在该小孔(细管)周围产生熔 液。由于这个窄小的小孔，在熔液中可能产生不稳定，这些不稳定导致喷发并由此导致不理 想的焊缝。同样在通过导热焊焊接薄板时不利的是，恰好对于以不同金属涂覆的薄板，所产 生的熔液是不稳定的并且由于喷发而阻碍可靠的焊缝。因此在现有技术中在焊接例如用于 汽车工业的镀锌板时借助间隔物工作，这些间隔物要负责使所产生的蒸汽不会将熔液从焊 缝中吹出。作为示例使用小的微型球，这些微型球在焊接前被引入到要被焊接的薄板之间， 用于实现这个间隔。C02激光器的射线在垂直射到金属表面上时反射接近90%。只有射线几乎划线式 地(入射角>80° )照射时，才实现每次照射到金属表面上的激光射线的经济上有意义的 约40%输入耦合度。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是，提供一种用于尤其是通过C02激光加工金属的装置和方 法，通过该装置和方法避免现有技术的缺陷。该任务通过如独立权利要求所述的装置和方法得以实现。在从属权利要求中给出 有利的构型。该任务尤其通过一种用于激光加工的装置实现，该装置包括具有谐振器(11)的 激光器(10)，该谐振器被装备用于产生具有预定的焦散面的激光射线(100)，该装置还包 括光学元件(30)，该光学元件用于将所述激光射线(100)转换成射线(100')，该射线具有 沿着该激光射线(100')的焦散面区域的环形强度分布，其中，该环形强度分布在沿着该 射线(100')传播方向的焦散面最小直径区域中在与该射线(100')的传播方向垂直的 平面中具有按照二阶矩法确定的射线半径(SR)和在径向上在强度为50%最大强度时确定 的环宽度(RB)，其中，环宽度(RB)与射线半径(SR)的商(Q)小于0.6，优选小于0.5、特别 优选小于0. 4。利用激光射线的工件加工优选包括焊接、切割、熔化、加热、去除、标记、热拼接或者其组合。 用于激光加工、例如用于激光焊接的装置或者说激光焊接设备优选由激光器、CNC 控制的多轴运动单元、用于在运动系统内部引导激光射线的光学系统、加工和聚焦光具以 及工件接收装置组成。优选该运动系统或者使激光射线运动到工件上面或者使工件在激光 射线下面运动穿过。也可想到这样的结构形式其中不仅工件而且激光射线都运动。优选 也使用扫描系统，用于使成束的激光射线运动到工件上。扫描系统优选由旋转的多面镜和/ 或可倾翻的偏转镜的组合组成，它们可以将激光射线通过反射镜的可调整的角度反射到不 同的位置。优点主要是非常高速的激光射线定位。 优选使用单模纤维激光器、YAG激光器或者特别优选C02激光器作为激光器。特别 优选使用在相对较高的激光功率下具有非常高的射线质量的激光射线的激光器(例如纤 维激光器、圆盘激光器、co2板式激光器等)。对于根据本专利技术的装置，尤其在激光焊接时优 选使用C02激光器(波长约10. 6 i! m)。其它的尤其在激光焊接金属时优选使用的射线源是 Nd:YAG激光器(波长约1.06i!m)。也使用二极管激光器，尤其是大功率(几百瓦)范围内 的半导体激光器。在此有利的是与Nd:YAG激光器和C02激光器相比高得多的逆转效率。Nd:YAG激光器和二极管激光器的射线是可透过光纤的，S卩，该射线通过光波导体 或玻璃纤维光缆引导到通常由透镜组组成的激光焊接光具中。而co2射线通过空气引导并 且通过反射镜转向到焊接位置，在那里或者利用透镜、或者更散布地利用聚焦反射镜聚焦。所述激光器通常优选包括谐振器，通过该谐振器产生激光射线。激光射线的射线 特性主要通过激光谐振器的类型确定通过谐振器只能在一个方向上实现激光发射，该方 向通过镜组件和激活介质的几何特征确定。因为激光器由此几乎平行地在一个方向上发出 延伸的射线，通过成束(聚焦)可以达到比传统的光源高许多的功率密度。由此该激光器产生具有预定的射线特性的激光射线，尤其是相应的发散度、预定 的强度分布和预定的焦散面。焦散面说明传播的激光射线在空间中的几何形状且尤其说明 激光射线在垂直于传播方向的平面中的能量分布或强度分布。焦点焦散面说明沿着传播方 向在激光射线聚焦时的焦点区域中的该结构。沿着激光射线的传播方向，激光射线的直径相应于激光射线的发散度而改变，所 达到的激光射线最小值称为射线腰。在激光射线聚焦的情况下在焦点中实现该最小值，这 个焦点通常不与射线腰重合。激光射线的特性经常可以通过高斯射线良好地描述，S卩，激光射线在中心点具有 强度的最大值，该最大值在垂直于激光射线传播方向的径向方向上在其强度上按照高斯分 布减弱。这个模式被称为TEM_00模式。也可以激励具有其它断面的其它横向模式；根据 其节线在水平和垂直方向的数量将它们称为TEM_XY模式。对于这些模式，通过谐振器直到 输出点的光程部分地不同，即，谐振器长度好像是变化的。这一点可能导致纵向模式光谱失 真，其方式是不同横向模式的光谱相叠加。通过光学元件使由谐振器发射的、通常具有高斯形强度分布的激光射线转换成具 有环形强度分布的射线。这样的光学元件可以是一个通过它来改变激光射线的模式的元 件，尤其是改变模数并由此产生垂直于传播方向具有环形强度分布的激光射线。在此它优 选可以是具有旋涡结构的光学元件。优选使激光射线通过光学元件转换成在垂直于传播方向的平面中具有环形强度分布的激光射线。在此，转换后的激光射线优选具有环形强度分布，该强度分布在垂直于传 播方向的平面的中心具有圆形最小值或零强度并且该强度分布处于围绕中心点的、具有内 径di和外径da的圆中。因此在具有直径di的内圆中强度非常小或者说等于零，而在di 与da之间的环中已经形成最大强度。因此，具有环形强度分布的射线优选通过两个参数描述射线直径或作为射线直 径一半的射线半径和环宽度。所述射线直径或射线半径优选通过二阶矩法确定。这个方法在EN IS011146-1 2005中描述。同样能够这样定义射线半径该射线半径是与环形强度分布的中心点的距 离，在该距离上，强度曲线下的积分面积已经达到预定的值，例如总强度的86%。也可想到， 将环形强度分布的最大值与中心点的距离定义为射线半径。优选当最大强度的圆形功率密 度分布以大于0. 8、优选大于0. 87的椭圆度呈现时，也呈现环形强度分布。所述环宽度应通过垂直于传播方向的平面中的强度分布来定义所述环宽度是内 半径与外半径之间的差，其中内半径是通过环形强度分布的强度定义的环半径，在该半径 处，从中心点出发首次达到最大强度的一个预定分数，例如最大强度的10%或50%。类似 地所述外半径是强度圆的一个半径，在该半径处，从中心点出发在经本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于激光加工的装置，包括具有谐振器（１１）的激光器（１０），该谐振器被装备用于产生具有预定的焦散面的激光射线（１００），该装置还包括光学元件（３０），该光学元件用于将所述激光射线（１００）转换成射线（１００′），该射线（１００′）具有沿着该激光射线（１００′）的焦散面区域的环形强度分布，其中，该环形强度分布在沿着该射线（１００′）传播方向的焦散面最小直径区域中在与该射线（１００′）的传播方向垂直的平面中具有按照二阶矩法确定的射线半径（ＳＲ）和在径向上在强度为５０％最大强度时确定的环宽度（ＲＢ），其特征在于，环宽度（ＲＢ）与射线半径（ＳＲ）的商（Ｑ）小于０．６，优选小于０．５。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2007-9-24 102007045500.5;DE 2007-9-26 102007046一种用于激光加工的装置，包括具有谐振器(11)的激光器(10)，该谐振器被装备用于产生具有预定的焦散面的激光射线(100)，该装置还包括光学元件(30)，该光学元件用于将所述激光射线(100)转换成射线(100′)，该射线(100′)具有沿着该激光射线(100′)的焦散面区域的环形强度分布，其中，该环形强度分布在沿着该射线(100′)传播方向的焦散面最小直径区域中在与该射线(100′)的传播方向垂直的平面中具有按照二阶矩法确定的射线半径(SR)和在径向上在强度为50％最大强度时确定的环宽度(RB)，其特征在于，环宽度(RB)与射线半径(SR)的商(Q)小于0.6，优选小于0.5。2.如权利要求1所述的用于激光加工的装置，其中，径向环宽度(RB)与射线半径(SR) 的商(Q)在沿着该射线(100')传播方向的焦散面最小直径区域的前面和后面在至少n倍 于瑞利长度(zR)的区域上在偏差小于10%的情况下继续保持，其中n等于5，优选等于10， 尤其优选等于50。3.如上述权利要求中任一项所述的用于激光加工的装置，其中，所述沿着传播方向的 焦散面最小直径区域是通过聚焦光具(60)产生的焦点。4.如上述权利要求中任一项所述的用于激光加工的装置，其中，所述光学元件(30)具 有商调整装置(35)，用于调整径向环宽度(RB)与射线半径(SR)的商(Q)。5.如上述权利要求中任一项所述的用于激光加工的装置，其中，所述光学元件(30)设 置在谐振器(11)外部。6.如上述权利要求中任一项所述的用于激光加工的装置，其中，所述射线半径(SR)的 值是可调整的。7.如上述权利要求中任一项所述的用于激光加工的装置，其中，所述光学元件(30)是 反射光具并且该反射光具具有用于修正成像误差的几何特征。8.如上述权利要求中任一项所述的用于激光加工的装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：M贝亚，J舒尔茨，H泽费里，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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