Kann das einstellbare Spot-DOE-Lasermodul beim Laserschweißen verwendet werden?

DOE-LasermodulErzeugt energieverstellbare Punktringpunkte, die zum Laserschweißen verwendet werden können. Aber wie benutzt man es? Lassen Sie uns gemeinsam das Wissen erlernen!

Die Laserschweißgeschwindigkeit kann mithilfe der Energieverteilung des punktförmigen Gaußschen Ringlasers angepasst werden, und der Effekt des Punktringlaserschweißens kann durch Anpassen des Punktringpunktenergieprozesses erzielt werden, um so die Schweißgeschwindigkeit und -wirkung zu verbessern. Hier ist ein neuartiges und einfaches Konzept, das auf Laserbeugung basiert, um die Punktring-Punktformung von Standard-Faserlasern zu realisieren. Das auf DOE basierende Gaußsche Ringlaserformungsverfahren besteht aus nur zwei DOE-Linsen. Es ist einfach zu bedienen und kann das Energieverhältnis zwischen Punkten und Ringlichtpunkten genau steuern, um Benutzern dabei zu helfen, schnell den optimalen Schweißeffekt zu finden. Das Modul kann zwischen 100 Prozent Energie des Mittelflecks und keiner Energie des Mittelflecks gedreht werden, kann mit Single-Mode- und Multi-Mode-Lasern arbeiten, ist äußerst kompakt (weniger als 20 mm lang) und verfügt über eine hohe Laser- induzierte Schadensschwelle (LDT) passiver diffraktiver Elemente. Dieses Konzept vermeidet die Notwendigkeit eines speziellen Gaußschen Ringlaser-Faserlasers und vereinfacht die Konstruktion des geschweißten Laserkopfes erheblich.

Laserschweißen ist eine Technologie, die in vielen industriellen Prozessen in der Automobil-, Schiffbau-, Batteriepack- und anderen Industriezweigen weit verbreitet ist und in denen die Schweißgeschwindigkeit zu einem der kritischsten prozessbegrenzenden Faktoren bei vielen Laserschweißanwendungen wird. Die hohe Schweißgeschwindigkeit des Lasers wird durch verschiedene physikalische Phänomene während des Schweißprozesses begrenzt, wie z. B. Spritzer, Buckel und erhöhte Porosität der Schweißnaht. Durch den Einsatz des Punkt-Ring-Laserschweißverfahrens können die Einschränkungen dieser Schweißverfahren deutlich reduziert werden. Für unterschiedliche Prozessparameter von Schweißmaterialien (z. B. Metalldicke, Metallart und Geometrie) erfordert das Punktring-Laserschweißen unterschiedliche einstellbare Punkt-Ring-Energieverhältnisse, um den besten Prozess bei hohen Schweißgeschwindigkeiten bereitzustellen. Daher ist für viele optische Systeme eine kontrollierte, einstellbare Lösung zur Strahlleistungsformung ein komparativer Vorteil.

Wie in Abbildung 1 dargestellt, werden in diesem Punktring-Punktformungsschema drei relative Positionen (a, b und c) von zwei DOE nach oben angezeigt: Die relativen Drehwinkel der beiden DOE betragen 0, 7,5, bzw. 15 Grad. Unten zeigt die Intensitätsverteilung, die mit jeder Drehrichtung im Oben verbunden ist: (d) wobei die gesamte Leistung im Mittelpunkt konzentriert ist, (f) wobei die gesamte Leistung am Ring konzentriert ist, während (e) der Ort ist Dabei wird die Energie eines einstellbaren Punktrings proportional verteilt, wobei ein Teil der Energie am Mittelpunkt und ein Teil am umgebenden Ring liegt.

Bei der Gaußschen Ringlaserformung, die auf dem Schema des einstellbaren Punkt-Ring-Punkt-Energieverhältnisses der Faser basiert, ist die gebräuchlichere Methode der Punkt-Ring-Punktformung die Verwendung eines speziellen Multimode-Faserlasers, der über einen Doppel- oder Dreikern, das Zentrum, verfügt Der Kern ist von einem oder zwei gleichzeitigen Ringkernen umgeben und jeder Kern kann seine Laserleistung separat einstellen. Dadurch kann die Leistung des zentralen Lichtflecks und des umgebenden Ringlichtflecks angepasst werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Multimode-Hochleistungsfaserlasern ist dieses Lasersystem komplexer und teurer. Zweitens impliziert die hohe numerische Apertur (NA) einer solchen laserförmigen Gaußschen Ringfaser die Notwendigkeit eines speziellen Kollimators, der häufig eine größere optische Komponente erfordert als die standardmäßige geschweißte optische Komponente der derzeit verwendeten Faserlaser. Schließlich gibt es oft eine Grenze für das Verhältnis zwischen zentralen und ringförmigen Punkten. Beim Punktring-Laserschweißen ist es in der Regel notwendig, die Leistung im Ringinneren zu erhöhen, um mehr Leistung an der Lötstelle zu erzielen. Der Großteil der Leistung fließt in den zentralen Punkt und nur ein kleiner Teil in den Ringpunkt. Daher kann in diesem Fall nicht die volle Laserleistung genutzt werden, es sei denn, es wird ein benutzerdefiniertes Faserkernverhältnis verwendet.

Diese Abbildung beschreibt eine alternative Methode des Punkt-Ring-Punkts auf der Grundlage der Faser-Gaußschen Ringlaserformung, die einen Punkt-Ring-Laserschweißeffekt erzielt, eine vollständige Anpassung des Leistungsverhältnisses ermöglicht und außerdem ein einfaches, wirtschaftliches und direktes optisches System darstellt. Basierend auf diffraktiver Optik bietet dieses Verfahren eine gute Lösung für die Systemraumgröße eines Multi-Kilowatt-Faserlasersystems und überwindet den Nachteil des Hinzufügens einer weiteren Komponente zum optischen System.

Das Beugungsformungsschema besteht aus zwei identischen Beugungselementen DOE, auch Phasenplatten genannt, die auf derselben optischen Achse angeordnet sind. Durch Drehen einer Phasenplatte zur anderen kann die Phasenverzögerung zwischen dem Ring und dem Mittelpunkt erreicht werden. Wenn die Rotation zwischen Phasenplatten Null und zwischen Vollsegmenten ist, überlappt die Gesamtphase teilweise, wie in Abbildung 1b gezeigt, was dazu führt, dass ein Teil der Energie in den Ring gelangt, während der Rest der Energie in den Mittelpunkt gelangt, der Anteil von die stufenlos eingestellt werden kann.

Die Gesamteffizienz der Energieübertragung eines Punkt-Ring-Spots variiert zwischen 100 Prozent für einen einzelnen zentralen Punkt und 80 Prozent für einen einzelnen Ring. Die Effizienz geht bei höheren Beugungsübertragungsordnungen verloren und erscheint bei höheren Winkeln als Ring zweiter Ordnung. Der gesamte Variationsbereich tritt bei einem Drehwinkel auf, der einem Winkelsegment entspricht. Die Leistungsschwankung des Mittelpunkts ist in Abbildung 2 dargestellt, die in einem nichtlinearen Zusammenhang mit dem Drehwinkel steht.

Beim Punktring-Laserschweißen ist die Optimierung der einstellbaren Punktring-Punktenergie von großer Bedeutung. Sobald die Prozessparameter festgelegt sind, können die einstellbaren toroidalen und punktförmigen Module durch ein einzelnes passives DOE ersetzt werden, dessen angepasstes toroidales zu punktförmiges Leistungsverhältnis als die beste Wahl für einen bestimmten Schweißprozess angesehen wird. Dies bietet eine kompaktere und wirtschaftlichere orthopädische Lösung. Diese Klasse von Do-basierten beugungsbasierten Methoden bietet im Vergleich zu derzeit auf dem Markt erhältlichen Glasfaserlösungen im Gegensatz zu Glasfaserlösungen mit eingeschränkterer Abstimmbarkeit eine vollständige Kontrolle über das Leistungsverhältnis zwischen Spotringen. Dieses Modul kann für große Strahlen (15-22 mm Durchmesser) angepasst werden, die normalerweise für Multi-Kilowatt-Laser verwendet werden, dh das optische Element kann an einem handelsüblichen manuellen oder elektrischen Drehständer montiert werden, um ein optisches Modul zu bilden . Solche Module können auf der optischen Achse hinter dem Laserkollimator oder noch besser direkt am Eingang des Laserkopfes oder Scansystems platziert werden. Diese Konfigurationen ermöglichen, dass die geschweißten Optiken denen entsprechen, die in Standard-Multimode-Faserlasern verwendet werden, ohne dass eine größere NA und die größeren, teureren Optiken berücksichtigt werden müssen, die wie bei Ringmode-Faserlasern erforderlich sind. Der gesamte Einstellbereich muss nur erreicht werden, indem der Drehtisch einige Sekunden lang manövriert wird, um die Einstellung des einstellbaren Punkt-Ringpunkt-Energieverhältnisses abzuschließen. Darüber hinaus ist es besonders nützlich für das Mikroschweißen mit einem Einmoden-Einfallsstrahl, da die Faktoren, die die Bearbeitungsgeschwindigkeit begrenzen, in der Regel nicht die Leistung der Singlemode-Faser sind, sondern vielmehr der Buckel, die Porosität und andere Probleme, die auftreten können reduziert werden, indem ein Teil der Laserleistung auf den ringförmigen Bereich um den Punkt übertragen wird. Außerdem ist der Ringwinkel seiner Beugungslösung unempfindlich gegenüber der Größe des Eingangsstrahls, was mehr Flexibilität bei der Formung bietet. Daher bietet der beugungsbasierte Punktring-Punktformungsmodus viele Vorteile für das Laserschweißen und ist gleichzeitig einfach, kostengünstig und robust.

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