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TWI758365B - 雷射加工裝置以及方法 - Google Patents

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TWI758365B
TWI758365B TW106142463A TW106142463A TWI758365B TW I758365 B TWI758365 B TW I758365B TW 106142463 A TW106142463 A TW 106142463A TW 106142463 A TW106142463 A TW 106142463A TW I758365 B TWI758365 B TW I758365B
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fiber
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laser
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Inventor
傑洛 肯賈斯帕
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芬蘭商可利雷斯股份有限公司
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Abstract

本發明是有關於一種用於雷射加工的裝置。根據本發明， 提供用於提供第一光學饋送光纖的第一雷射元件及用於提供第二光學饋送光纖的第二雷射元件。連接至第一光學饋送光纖及第二光學饋送光纖並連接至多芯光纖的束組合構件適以藉由使第一光學饋送光纖與多芯光纖的第一芯對準並使第二光學饋送光纖與多芯光纖的至少一個第二芯對準而形成複合雷射束。第一芯及第二芯將複合雷射束輸出至待加工的工件。控制單元因應於接近切割前進方向的改變點及被切割的工件的厚度的改變而控制複合雷射束的第一雷射束及第二雷射束中的至少一者的功率密度。

Description

雷射加工裝置以及方法
本發明是有關於一種雷射加工裝置以及方法。具體而言，本發明是有關於藉由雷射加工來切割材料。
當以雷射束來加工金屬時，雷射束通常藉由聚光透鏡被聚集成100微米至500微米的點以提高能量密度，並立即將工件加熱至金屬熔點(metal melting point)以使工件熔融。同時，可饋送輔助氣體(assist gas)以防止熔融金屬的腐蝕。相較於來自CO2雷射的處於十微米波段的雷射束而言，來自固態雷射或光纖雷射的一微米波段的雷射束在金屬加工件(metallic work)上達成非常高的光能強度及吸收率。然而，若將具有高斯束(Gaussian beam)的一微米波段的雷射束與氧輔助氣體一起使用來切割軟鋼板工件(mild steel sheet workpiece)，則工件的頂面上的熔融寬度會不必要地變寬並削弱切口(kerf)控制。另外，可發生自燃(self-burning)而使雷射切割的品質劣化。
已知使用環狀雷射束來進行雷射加工，所述環狀雷射束提供可被闡述為具有環形或「環圈(doughnut)」式形狀的強度分 佈。已觀察到，在使用環圈狀束而非更傳統的束輪廓時，可以低得多的功率來對給定厚度的金屬執行切割，且在切割速度及品質方面可產生良好的結果。
US8781269揭露將雷射束引導至多包層(multi-clad)光纖來產生輸出雷射束的不同束輪廓特性的各種排列形式，其中輸入雷射束可選地耦合至內光纖芯(inner fiber core)中或外環芯(outer ring core)中。
此類材料加工應用致力於使雷射束的亮度最大化。亮度被定義為每單位立體角(solid angle)及每單位面積的功率。作為亮度的重要性的實例，增大雷射束的亮度意味著雷射束可用於提高加工速度或增加材料厚度。可自例如光纖雷射及薄碟雷射(thin disc laser)獲得高亮度雷射束。直接二極體雷射的亮度亦已不斷地得到改善，但用於材料加工的商業直接二極體雷射尚未完全達到光纖雷射或薄碟雷射的亮度。
根據先前技術所執行的雷射加工存在一些重要缺陷。在切割應用中，尤其是在厚的材料的切割應用中，為了蒸發及以其他方式移除熔融金屬，雷射束需要具有高強度及相對寬的焦點，以避免熔融金屬在雷射束之後再次將各件焊接於一起。此高功率切割使切割表面的形狀在某種程度上是不規則的。需要用於雷射切割的改善的方法及元件。
本發明是由獨立請求項的特徵來界定。在附屬請求項中 界定一些具體實施例。
根據本發明的一個態樣，一種雷射加工裝置包括：-至少一個第一雷射元件，所述至少一個第一雷射元件中的每一者為至少一條第一光學饋送光纖提供第一雷射束；-至少一個第二雷射元件，所述至少一個第二雷射元件中的每一者為至少一條第二光學饋送光纖提供第二雷射束；-束組合構件，連接至所述第一光學饋送光纖及所述第二光學饋送光纖並連接至多芯光纖，所述束組合構件適以藉由使所述至少一條光學饋送光纖與所述多芯光纖的第一芯對準並使所述至少一條第二光學饋送光纖與所述多芯光纖的至少一個第二芯對準而形成複合雷射束，其中所述多芯光纖的所述第一芯具有圓形橫截面，且所述第二芯具有與所述第一芯同心的環形形狀；-所述第一芯及所述第二芯，能夠連接至雷射加工頭，以將包括第一輸出雷射束及第二輸出雷射束的複合雷射束引導至待切割的工件；以及-控制單元，在功能上連接至所述第一雷射元件及所述第二雷射元件，以各別地控制所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束中的功率密度，其中所述控制單元被配置成在以下中的至少一種情況下修改所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束中的至少一者的所述功率密度：因應於接近切割前進方向的改變點，以及為了根據被切割的所述工件的厚度而改變所述第一輸出雷射束的所述功率密度與所述第二輸出雷射束的所述功率密度之間的 關係。
根據本發明的第二態樣，一種使用雷射束切割工件的方法包括以下步驟：-自連接至至少一個第一雷射元件的至少一條第一光學饋送光纖提供至少一個第一雷射束；-自連接至至少一個第二雷射元件的至少一條第二光學饋送光纖提供至少一個第二雷射束；-藉由使所述至少一條第一光學饋送光纖與多芯光纖的第一芯對準並使所述至少一條第二光學饋送光纖與所述多芯光纖的第二芯對準而將所述第一雷射束與所述第二雷射束組合於所述多芯光纖中，其中所述多芯光纖的所述第一芯具有圓形橫截面，且所述第二芯具有與所述第一芯同心的環形形狀，-將包括第一輸出雷射束及第二輸出雷射束的複合雷射束自所述多芯光纖引導至待切割的工件；以及-由控制單元各別地控制所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束中的功率密度，其中所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束中的至少一者的所述功率密度是在以下中的至少一種情況下加以修改：因應於接近切割前進方向的改變點，以及為了根據被切割的所述工件的厚度而改變所述第一輸出雷射束的所述功率密度與所述第二輸出雷射束的所述功率密度之間的關係。
根據一些實施例，所述工件是根據包括切割操作前進方向的至少一次改變的預定加工輪廓來加工，且所述第一輸出雷射 束及所述第二輸出雷射束中的至少一者的所述功率密度是基於相對於所述加工輪廓的當前切割位置來修改。
根據一些實施例，當接近所述改變點時所述功率密度逐漸減小。
根據一些實施例，所述第二雷射束因應於所述工件的所述厚度下降到預定厚度限值以下而關閉以關閉環形雷射束。
接下來，參照附圖更詳細地闡述本發明的實施例。
1:中心束
2:環狀束
10:控制單元/單元
11:處理器
12:雷射單元
13:記憶體
14:電腦指令
15:參數
16:使用者介面
17:感測器
20:加工頭/雷射加工頭/雷射頭
21:工件
22、25:改變點/改變/轉向點
23、24、26:操作方向/切割操作前進方向/加工方向
30:高亮度光纖雷射/光纖雷射/雷射/雷射單元/單元/光纖雷射元件/元件
31:固態雷射或二極體雷射/雷射/第二雷射諧振器/雷射單元/ 單元/元件
32、33:光纖
34:雷射束組合器/束組合器
35:雙芯光纖/光纖
36:回饋
40:複合雷射束
41:內部中心束
42:環形外部環狀束
43:環形形狀的地帶
50:雙芯光纖
51:中心芯/芯/第一芯
53:外芯/周緣芯/芯/第二芯
54:主要包層/內包層/包圍材料
55:外包層/包圍材料/主要包層
56:熔合饋送光纖/第一光學饋送光纖
57:熔合饋送光纖/第二光學饋送光纖
70:關鍵光學組件/組件/毛細管/管/光學組件
71:饋送光纖/第二光學饋送光纖/光纖
72:饋送光纖/光纖/第一光學饋送光纖
71a:第二光導芯/光導芯/芯/熔合芯
72a:第一中心光導芯/光導芯/芯/熔合芯
73:腰部/腰區段
74:輸出端/端表面/端
75:接縫
76:輸入端
77:熔合二氧化矽玻璃管/玻璃管
n51、n53、n54、n55:折射率
P:功率
R:預定距離
以下，參照附圖詳細闡述本發明，在附圖中：圖1a至圖1d示出中心束輪廓實例及環狀束輪廓實例的示意性橫截面。
圖2示出根據本發明一些實施例的用於進行雷射束輪廓功率控制的控制單元。
圖3示出涉及轉向點(turning point)的雷射切割操作的實例。
圖4示出根據本發明一些實施例的裝置的實例。
圖5在橫截面中示出根據本發明一些實施例的複合雷射束。
圖6a示出根據一些實施例的耦合構件的接收端的橫截面。
圖6b示出根據本發明一些實施例的在耦合構件的輸出處的折射率分佈曲線。
圖7示意性地示出根據本發明實施例的光學組件。
現在提供一種能夠針對某些雷射切割挑戰來改善切割品質的方法及裝置，即如何針對切割操作期間的變化的材料厚度及不一致性進行最佳化。此是藉由利用對每一雷射束進行的自適應功率控制(adaptive power control)來安排由多個雷射束進行的切割操作以便能夠對於具體情況達成最佳束輪廓組合來達成。該些特徵可來應用於形成具有實質上圓形橫截面的第一雷射輸出束及具有與所述第一雷射輸出束同心的實質上環形形狀的第二雷射輸出束的方法及裝置中。雷射束可由單獨的雷射元件(例如二極體及光纖雷射)來形成。第一輸出雷射束因此可被稱為圓形束或中心束，且第二輸出雷射束因此可被稱為環形束或環狀束。選擇性地將第一輸出雷射束及第二雷射輸出束引導至具有待切割的交疊部件的工件。
提供一種無論其他束的狀態如何皆能夠使雷射切割裝置的控制單元各別地控制中心束及/或環狀束中的功率密度的雷射切割裝置。具體而言，安排進行具體的功率密度控制來產生對於切割製程及/或被切割的材料中的不一致點而言最佳的束輪廓組合。在以下中的至少一種情況下對中心束及/或環狀束的功率密度進行修改：因應於接近切割前進方向的改變點，以及為了根據被切割的工件的厚度而改變中心束的功率密度與環狀束的功率密度之間的關係。可藉由修改以下者來修改所得輸出束的功率密度：相應的雷射功率位準、雷射元件中的調變參數、來自雷射元件的光脈波(light pulse)的脈寬及/或頻率、及/或影響由相應雷射輸出束 對工件施加的功率密度的其他參數。
圖1a至圖1d示出可在切割操作期間進行控制的不同的束輪廓組合的一些基本實例。在圖1a中僅對中心束1以及在圖1b中僅對環狀束2施加功率P。圖1c示出在中心束1處具有較高功率的雙束輪廓，而在圖1d中，環狀束2具有較高的功率密度及功率位準。
圖2示出對雷射裝置的中心束1及環狀束2進行自適應功率控制的根據一些實施例的控制單元10。所述控制單元10直接或間接連接至至少一個雷射單元12。控制單元10可包括設置有適當軟體以進行功率控制的通用電腦，或者所述控制單元10可包括微控制器。所述控制單元10包括至少一個處理器11，所述至少一個處理器11可為單核處理器或多核處理器，其中單核處理器包括一個處理核而多核處理器包括多於一個處理核。所述處理器11可包括至少一個應用專用積體電路(application-specific integrated circuit)，ASIC。所述處理器11可為用於在元件中執行方法步驟的構件。所述處理器可至少部分地由電腦指令配置成執行本發明所示束輪廓功率控制特徵。
所述控制單元10可包括記憶體13。所述記憶體13可包括隨機存取記憶體及/或永久記憶體。所述記憶體13可包括至少一個隨機存取記憶體(random-access memory，RAM)晶片。所述記憶體13可包括例如固態記憶體、磁性記憶體、光學記憶體、及/或全像記憶體(holographic memory)。所述記憶體13可至少部分 地讓處理器進行存取。所述記憶體13可包含電腦指令14，處理器11被配置成執行電腦指令14。當被配置成使處理器11執行某些動作的電腦指令14儲存於記憶體13中且所述元件整體被配置成使用來自記憶體13的電腦指令14在處理器11的引導之下運行時，處理器11及/或處理器11的至少一個處理核可被認為被配置成執行所述某些動作。記憶體13可至少部分地包含於處理器11中。記憶體13可至少部分地位於所述元件之外，但可由控制單元10進行存取。
本發明所示功率控制特徵可由儲存於記憶體13中且包含指令的至少一個電腦程式產生，所述指令當在處理器11中執行時使所述處理器11藉由輸出至雷射單元12的相應輸出控制訊號來自適應地控制雷射束的功率密度。記憶體13亦可儲存會影響由處理器11進行的功率控制的各種參數15，例如用於界定不同中心束輪廓及/或環狀束輪廓以及界定可由操作者調節的不同切割輪廓及程式的參數集。
所述控制單元10可包括使用者介面(user interface)UI 16。所述使用者介面16可包括例如顯示器、鍵盤、觸控螢幕中的至少一者。所述控制單元10可被安排成至少部分地基於使用者輸入來控制功率密度，例如基於關於工件的使用者輸入來修改功率密度關係。控制單元10亦可連接至一或多個感測器17，例如對雷射切割操作的進度進行監視的感測器及/或偵測被加工的工件的性質的感測器。控制單元10亦可包括其他單元，例如被配置成根據 至少一個蜂巢標準(cellular standard)或非蜂巢標準(non-cellular standard)來傳送及接收資訊的發射器及接收器。
根據第一態樣，所述第一輸出雷射束(或中心束)1的功率密度與所述第二輸出雷射束(或環狀束)2的功率密度之間的關係根據被切割的工件的厚度。
根據一些實施例，當第一工件較第二工件薄時，相較於對於第二工件而言，對於第一工件而言控制成使中心束1的功率密度對環狀束2的功率密度的比例更高。換言之，相對較大的功率被控制至中心束1以切割較薄的材料，而環狀束2被控制成對於較厚的材料具有相對較大的功率。
存在各種優點，所述各種優點可藉由應用本發明所揭露的特徵並對變化的工件厚度應用中心束及環狀束的最佳功率密度以及中心束的功率密度與環狀束的功率密度之間的關係來達成。優點在於切割品質可得到改善。由於形狀及束橫截面面積的差異，由多芯光纖的內芯提供的中心束1可產生較環狀束2更佳的束品質，且因此可被控制成提供品質極佳的切割表面區域來切割薄的材料及工件，或者使得在對厚的材料進行切割時能夠穿透。對於較厚的材料，由於外芯的環狀強度分佈，加工速度及切割表面的清潔性相結合可勝過由環狀束產生的略低束品質的此一缺點。內芯及外芯的功率密度可由控制單元10藉由調節發端雷射源(originating laser source)的功率各別地且根據工件的當前厚度以及可能的與切割操作相關聯的其他參數集來調節。
環狀束2的功率密度因此可被控制成因應於工件的厚度增加而較中心束1的功率密度增加得多。使用環狀束2能夠在被切割的較厚材料的邊緣區域中具有良好的吸收率，進而有利於良好的切割邊緣品質。
控制單元10可被配置成使得端視工件的厚度而利用具體的功率密度及中心束與環狀束之間的關係來穿透工件。在一些實施例中，中心束1及環狀束2二者被控制成產生所述穿透。在穿透之後，所述控制單元可控制最佳功率密度及中心束與環狀束之間的關係以進行切割操作。
控制單元10可被配置成因應於工件的厚度下降到預定厚度限值以下而關閉環狀束以關閉環狀雷射束。在一些實施例中，所述限值選自4毫米至8毫米的範圍，在一個實施例中為6毫米。
可端視被切割的材料來控制不同的功率密度以及中心束1與環狀束2之間的關係。用於對中心束1的功率密度與環狀束2的功率密度之間的關係進行控制的以上所示實施例已經過測試而具有良好的結果。舉例而言，對於銅而言，已偵測到當工件為10毫米或大於10毫米時，可利用本發明所揭露的方案藉由控制環狀束的密度與中心束的密度之間為~3：1的關係來達成優異的切割品質。
對於不同的工件厚度亦存在其他切割參數(例如中心束及環狀束的切割速度及直徑)，所述其他切割參數可影響對中心束1及環狀束2的功率密度以及中心束1與環狀束2之間的功率密度 關係的控制。此類其他參數可與本發明所揭露的功率控制參數一起進行控制以及相對於本發明所揭露的功率控制參數進行控制。
圖3示出涉及切割操作方向23、24、26的改變22、25的切割操作。根據預定加工輪廓來對工件21進行切割，所述預定加工輪廓包含切割操作前進方向23、24、26的改變，所述改變通常是指工件中的加工/切割動作的推進方向的改變。
根據第二態樣，控制單元10被配置成因應於接近加工方向23、24、26的改變點(change point)22、25(亦可被稱為轉向點)來修改中心束1及/或環狀束2的功率密度。中心束1及/或環狀束2中的功率密度可被控制成隨著雷射頭20相對於工件的移動放慢速度而降低。相似地，在轉向點22、25之後，當雷射頭20如在接近轉向點之前般返回至切割進度時，功率密度會恢復。
控制單元10可因應於接近改變點而降低環狀束1及/或中心束2的功率密度達預定週期。在另一些實施例中，基於相對於加工輪廓的當前切割位置(即，雷射頭20相對於切割輪廓來切割工件的位置)及/或雷射頭相對於工件的當前速度來進行功率控制。此能夠亦在雷射頭可放慢速度或暫時停止的轉向點處維持高品質切割表面。
在一些實施例中，可因應於接近轉向點22、25來降低環狀束2的功率密度。在一些實施例中，控制單元10可在轉向點處關閉中心束1而在改變點之後接通中心束1。
當接近轉向點22、25時，控制單元10可逐漸降低功率 密度。相似地，功率密度可在轉向點之後逐漸恢復。功率密度可隨著加工頭20的速度的減小或增加而線性地降低或提高。
在一些實施例中，除了或代替功率密度控制以外，控制單元10被安排成亦產生其他控制操作，所述其他控制操作會在切割操作中的不一致點附近影響複合雷射束1、2。在實施例中，控制單元10被配置成當接近改變點22時及/或因應於工件寬度的改變來控制中心束1及/或環狀束2的調變。舉例而言，控制單元10可在接近改變點時接通調變。當在轉向點之後繼續進行直接切割時，可對在轉向點之前的關於調變的狀態或參數進行控制。
與加工方向改變有關的本發明的功率控制特徵能夠補償雷射頭在轉向點之前放慢速度並接著再次加速的品質劣化效應。
本發明所揭露的實施例中的至少一些實施例可應用於穿透應用及連續切割應用。在連續切割的情形中，環狀束2在雷射加工頭的移動方向上的前緣(leading edge)產生第一強度峰值，且環狀束的後緣(rear edge)產生第二強度峰值。因此，部件被分階段進行加熱，且後緣及前緣的強度程度相較於單一中心束或點束可較低，以產生充足的動作。除預加熱以外，前緣亦可能夠達成污染物消融(ablation)。此使得能夠避免急劇的溫度改變並避免或至少減少隨後的回火，且因此避免產生由急劇的溫度改變導致的較弱的區域。在連續的切割中使用環狀束在避免濺灑(spatter)方面亦為有利的。
中心束1與環狀束2的混合可藉由將來自發端雷射元件 及饋送光纖的雷射束組合於多芯光纖中而產生，自所述多芯光纖所得的具有中心束1及環狀束2的複合雷射束可被引導至工件。第一光學饋送光纖可與所述多芯光纖的第一芯對準，且第二光學饋送光纖可與所述多芯光纖的第二芯對準。所述多芯光纖的第一芯具有圓形橫截面，且第二芯具有與所述第一芯同心的環形形狀。以下說明再一些示例性實施例。
在一些實施例中，將鎖孔雷射切割(keyhole laser cutting)與熱傳導切割組合起來應用以提供可動態修改的中心雷射束輪廓及環狀雷射束輪廓。熱傳導切割可適用於切割通常達近似2毫米的材料厚度的金屬片材。由能夠進行傳導切割的二極體雷射加工的金屬片材會衝擊出金屬的相對淺但寬的點。通常，此種二極體雷射具有2千瓦特的額定功率(power rating)以及遠低於0.1百萬瓦特/平方公分的功率密度。典型鎖孔圖案由高亮度雷射(例如，光纖雷射)產生。對以此種雷射可切割多厚的金屬片材無實際限制，但此當然取決於雷射束強度及加工速度，即雷射束跨越金屬表面移動的速度。光纖雷射可具有高達1千瓦特至10千瓦特或更高的額定功率以及數百萬瓦特/平方公分的功率密度。鎖孔的直徑可處於小於1毫米(例如0.1毫米)的範圍內，且點的直徑可處於例如數毫米(例如，3毫米)的範圍內。當將純鎖孔切割與由圓形雷射束及環形雷射束施加的混合切割進行比較時，已注意到，混合切割穿透較使用相同處理速度的純鎖孔切割的穿透至少深20%。
圖4示出能夠獨立地進行中心束功率控制與環狀束功率控制且可應用以上所示功率控制特徵中的至少一些功率控制特徵的裝置的一個實施例。高亮度光纖雷射30與光纖32連接至雷射束組合器34。同樣地，一或若干固態雷射或二極體雷射31與光纖33連接至束組合器34。一般而言，單雷射束組合器是此項技術中已知的。在此種情形中，組合器的任務是對所有進入的雷射束進行排列以使所有入射雷射束可耦合至雙芯光學光纖35。因此，雷射的混合本質是具有在單個雙芯光學光纖35內傳播的兩個雷射束的結果。光纖35內的所述兩個雷射束通常具有不同的亮度及強度分佈曲線，且甚至可具有不同的波長。此外，可藉由調節來自光纖雷射30及固態雷射或二極體雷射31的功率位準來獨立並連續地控制所述兩個雷射束中的功率位準。
為達成束的足夠亮度，高亮度光纖雷射30可由二極體激升(diode-pumped)單光纖雷射振盪器或二極體激升多光纖雷射振盪器、或者主振盪器-功率放大器(master oscillator-power amplifier，MOPA)模組組成，所述組成元件例如分別由耦合至光纖諧振器的光纖耦合二極體雷射組成。高亮度雷射的其他實例為使用來自二極體雷射的光激升的光纖耦合薄碟雷射(fiber-coupled thin-disc laser)或摻釹釔鋁石榴石(Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet，Nd-YAG)雷射。現代雷射技術常常依賴於光作為能量轉移媒介，乃因諸多主動固態光放大材料是絕緣體。二極體雷射因其較高的效率及較窄的光譜而已取代了先前使用的閃 光燈。
雷射31通常為光纖耦合雷射，所述光纖耦合雷射亦可包括由二極體雷射激升的固態雷射諧振器，例如薄碟雷射諧振器(圖中未示出)。參見圖6a，雙芯光學光纖35可被安排成在雙芯光學光纖35的中心芯中載送來自光纖雷射30的雷射束，且在距中心芯一定距離處圍繞中心芯以環形安排的外芯中載送由一或多個第二雷射諧振器31產生的束。顯而易見地且在本發明的一個實施例中，第一雷射及第二雷射兩者皆可為光纖雷射，所述第一雷射及第二雷射分別具有可獨立控制的功率位準。一些雷射在構造上為光纖雷射，且固有地將光饋送至光纖中，其他雷射需要與光纖光學地介接以將雷射束對準至輸出光纖的芯。因此，在一些實施例中，雷射30及雷射31兩者皆可為光纖雷射，且在其他實施例中，雷射30及雷射31可為光纖雷射與固態雷射或二極體雷射的任何組合，或者雷射30及雷射31兩者皆可為二極體雷射。雷射裝置的用途及各別雷射模組的額定功率決定哪些種類的雷射將可行地連接至束組合器34。
雙芯光學光纖35在其相對端處連接至雷射加工頭20，雷射加工頭20將經組合或複合雷射束1、2向前導引至工件21。雷射加工頭20通常包括準直及聚焦透鏡(圖中未示出)，從而以所期望大小在工件21上產生具有自光纖35的末端發出的強度分佈曲線的影像，所述所期望大小由透鏡的焦距確定。雷射頭20的任務亦可為向切割線提供加壓氣體噴射。加壓氣體亦保護雷射頭20 內的光學元件不會碰到噴射熔融金屬，且亦自切割線移除熔融金屬以幫助保持切割線清潔。在一個實施例中，至少與切割前進轉向點結合地施加氧輔助氣體(oxygen assist gas)，以提供附加能量並使得能夠進一步改善該些點處的切割邊緣品質。
在本發明的一個實施例中，所述裝置設置有控制單元10。所述控制單元10亦可整合於雷射單元30或31中的一者中。作為另一選擇，為方便及可靠起見，所有的單元30、31及10可被置於單個殼體中並在所述單元的構造上彼此整合。正如所述，控制單元10可用於對環狀束2及中心束1的輪廓執行獨立功率控制，並使得能夠達成可藉由應用以上所示特徵中的至少一些特徵進行即時調節的可動態調節的環狀-中心束。所述控制單元10可被配置成控制雷射單元30、31中的至少一者的調變。較佳地，所述兩種雷射束的調變可被分別進行動態控制。因此，可藉由同一裝置來達成各種不同的切割應用及目的。束輪廓可被動態調節以適應各種具有挑戰性的切割類型/應用的需求，例如不同材料、塗層、及/或厚度。
控制單元10可被安排成自雷射頭20的使用者接收回饋36，或例如自光強度感測器接收自動回饋。然後使用所述回饋或輸入來控制雷射30及31的功率以遵循預定目標，或根據在工件21處觀察到的所得切割結果來調節雷射功率。控制單元10或另一控制單元亦可控制裝置的其他功能，例如雷射加工頭20相對於工件的移動。
根據本發明，束組合器34是由熔合二氧化矽組件製成，其中光功率藉由整個組合器結構在熔合二氧化矽內傳播，且所述組合器在輸入及輸出處具有光纖。因此，在本發明中，束組合器34可被稱為全玻璃光纖組合器。
在圖5中示出自雷射加工頭發出至工件21的複合雷射束40的結構。環形外部環狀束42載送由雷射元件31提供的雷射功率。對應地，內部中心束41載送由光纖雷射元件30提供的雷射功率，且將因其較高的亮度而在工件中產生鎖孔圖案。在環形外部環狀束與內部中心束之間是環形形狀的地帶43，環形形狀的地帶43僅提供雜散的雷射輻照或根本不提供雷射輻照。
在圖6a中示出示例性雙芯光纖50的橫截面，雙芯光纖50具有帶有主要包層54的中心芯51。外芯53在空間上由內包層54及外包層55形成。如對任意熟習此項技術者而言顯而易見，包層被定義為具有較芯的折射率低的折射率的材料。舉例而言，中心芯51的直徑可為70微米，且外芯53的內徑及外徑可分別為100微米及180微米。中心芯51及周緣芯53亦可採用不同於上述的其他形式。舉例而言，中心芯51可具有正方形或矩形形狀。周緣芯53亦可具有矩形邊界或由具有線性形狀或圓形形狀的多個區段構成。
以虛線示出來自束組合器的熔合饋送光纖56及57(在圖7中為光纖72及71)的端部的芯可如何與雙芯光纖50的橫截面對準。
雙芯光纖50的中心芯51中的雷射輻照具有位於中心的且狹窄的空間強度分佈曲線，而外芯53中的強度分佈呈環圈形狀。此空間強度圖案進一步由雷射頭20中的處理光學元件成像至工件上。藉由此構型，在中心芯及外芯兩者中雷射束的束品質皆為相對高的。
現在參照圖6b，圖6b示出雙芯光纖50的示例性折射率分佈曲線。芯51及53的折射率n51及n53分別高於包圍材料54及55的折射率n54及n55。如此一來，參照圖5，雷射束被導引至工件，使環形強度分佈曲線的劣化以及每一芯中的光功率及強度的衰減的可能性最小。
可藉由對熔合二氧化矽摻雜雜質而調節所述熔合二氧化矽的折射率。以鍺(Ge)摻雜熔合二氧化矽會使得折射率增大，而以氟(F)摻雜熔合二氧化矽會使得折射率減小。因此，舉例而言，芯51及53可由摻雜有鍺或未經摻雜的熔合二氧化矽製成，且芯51及53的主要包層54及55可由摻雜有氟的熔合二氧化矽製成。
在圖7中示出光纖組合器34的關鍵光學組件70。關鍵光學組件70為多孔毛細管，具有由熔合二氧化矽玻璃管77組成的本體部、用於自至少兩個雷射元件(例如，自元件30及31延伸的光纖32及33)接收由光學饋送光纖71及72載送的雷射束(圖中未示出)的輸入端76。關鍵光學組件70亦具有用於遞送複合輸出雷射束的相對的輸出端74，所述複合輸出雷射束由在同一方向 上彼此對準的至少兩個雷射束組成。
在輸入端76處進入的光學饋送光纖71、72在毛細管孔中穿過所述本體部延伸至所述輸出端74，並與玻璃管77熔合以形成由光導芯71a、72a及包圍玻璃材料組成的組件。所述芯的折射率高於圍繞所述芯的包圍玻璃材料的折射率，以使光功率藉由全內反射而經由整個所述組件在所述芯中傳播。
為示出光纖組合器的原理，未按比例繪製芯的尺寸及組件70的尺寸，且為清晰起見，僅以虛線示出一對芯。
可藉由例如拉製(drawing)來製造光學組件70。在此實例中，可存在位於中心的光纖72的直徑為約300微米的較大的孔，以及對稱放置且位於中心孔72的周圍的光纖71的四個較小的孔。舉例而言，所述較小的孔可具有約150微米的直徑。毛細管的外徑可為1毫米。舉例而言，管的材料可為熔合二氧化矽。塊體玻璃外包層(圖中未示出)已較佳地被至少部分地蝕刻掉的光纖被插入至中間孔中並被推動至毛細錐形管的腰部73。當光纖放置就位時，在腰區段73處對毛細管70加熱以將光纖熔合至管並形成第一中心光導芯72a及第二光導芯71a，所述第一中心光導芯72a及所述第二光導芯71a皆延伸穿過光學組件70。
作為另一選擇，光纖71、72可具有由純熔合二氧化矽材料製成的內芯及由摻雜有氟的二氧化矽製成的外包層。如此一來，由於光纖的光導芯固有地被具有較低折射率的材料環繞，因此光學組件70的熔合二氧化矽玻璃管77可由純熔合二氧化矽製 造。此意味著即使毛細管的折射率與光纖芯中的折射率相同，光仍保持在芯71a、72a中。在此種情形中，塊體玻璃的外光纖包層可被向下蝕刻至摻雜有氟的包層，或甚至進一步地向下蝕刻，只要一些摻雜有氟的包層保持位於純的或摻雜有鍺的內光纖芯周圍即可。
然後將熔合芯71a、72a(以虛線示出)及管70切除或劈開以產生端表面74。然後可在端74處將雙芯光學光纖35(如同圖4中所示者)焊接至毛細管，從而產生接縫75。
在較佳實施例中，第一光學饋送光纖72的中心與組件70的中心對準，且例如四個第二光學饋送光纖71的中心被定位成在輸出端74處在距第一中心光導芯72a預定距離R處提供輸出束。應理解，第二饋送光纖的數目並非被限制為如此，而是舉例而言為8個、16個或32個而非4個。第二光導芯71a較佳地相對於中心芯72a對稱地排列，以提供彼此之間具有90的角度距離的輸出束。
本發明所揭露的雷射切割方法及裝置可應用於各種應用中。在需要針對具有不同性質(例如厚度)的雷射切割材料達成的優異切割表面品質及/或需要改變切割操作及進行多種形式的切割操作的應用中會達成特定優點。現在則可對該些變化的性質/要求使用單個切割裝置，進而能夠據此立即適應於最佳切割束輪廓。作為一些實例，本發明系統可特別有利於汽車行業的切割需要。
應理解，本發明所揭露的實施例並非僅限於本文中所揭露的特定結構、製程步驟或材料，而是擴展至相關技術中具有通常知識者將認識到的所述特定結構、製程步驟或材料的等效形式。亦應理解，本文中所採用的術語僅用於闡述特定實施例，而並非旨在進行限制。
本說明書通篇中所提及的「一個實施例」或「實施例」意指結合所述實施例所闡述的特定特徵、結構或特性包括於本發明的至少一個實施例中。因此，在本說明書通篇中各處出現的片語「在一個實施例中」或「在實施例中」未必皆指同一實施例。
在本文中，本發明的各種實施例及實例可與其各種組件的替代形式一起提及。應理解，此類實施例、實例及替代形式不應被理解為彼此的實際等效形式，而是應被視為本發明的單獨及自主的表示形式。
此外，在一或多個實施例中，所闡述的特徵、結構或特性可以任何適合的方式進行組合。在說明中提供眾多具體細節(例如長度、寬度、形狀等的實例)是為了提供對本發明實施例的透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，無需所述具體細節中的一或多者亦可實踐本發明或以其他方法、組件、材料等亦可實踐本發明。在其他情形中，未詳細示出或闡述眾所習知的結構、材料或操作以免使本發明的態樣模糊不清。
儘管上述實例在一或多種特定應用中說明本發明的原理，然而對於此項技術中具有通常知識者將顯而易見的是，在不 執行創造能力且不背離本發明的原理及概念的條件下可作出形式、使用及實作細節方面的諸多潤飾。因此，預期本發明除受下述申請專利範圍限制外將不受限制。
20:加工頭/雷射加工頭/雷射頭
21:工件
22、25:改變點/改變/轉向點
23、24、26:操作方向/切割操作前進方向/加工方向

Claims (26)

  1. 一種雷射加工裝置，包括：至少一個第一雷射元件(30)，每一第一雷射元件(30)包括用於遞送第一雷射束的至少一條第一光學饋送光纖(32)；至少一個第二雷射元件(31)，每一第二雷射元件(31)包括用於遞送第二雷射束的至少一條第二光學饋送光纖(33)；束組合構件(34)，連接至所述第一光學饋送光纖及所述第二光學饋送光纖並連接至多芯光纖(35；50)，所述多芯光纖(50)具有位於所述多芯光纖的中心為圓形橫截面的第一芯(51)、以及為與所述第一芯間隔開且同心的環形橫截面的第二芯(53)，其中所述至少一個第一光學饋送光纖(72；56)與所述多芯光纖(50)的第一芯(51)對準，且其中使所述至少一個第二光學饋送光纖(71；57)對準於所述多芯光纖(50)的環形的所述第二芯(53)的內徑及外徑之間，且其中所述第一光學饋送光纖及所述第二光學饋送光纖的端點熔合在玻璃管中且其中所述玻璃管熔合至所述多芯光纖，所述束組合構件由玻璃製成且其中光功率藉由整個所述束組合構件的結構在玻璃內傳播；所述第一芯及所述第二芯，能夠連接至雷射加工頭(20)，以將包括第一輸出雷射束(1)及第二輸出雷射束(2)的複合雷射束(40)引導至待切割的工件(21)，其中所述第一輸出雷射束具有圓形橫截面且所述第二輸出雷射束具有與在所述工件上的所述第一輸出雷射束同心的環形橫截面；以及 控制單元(10)，在功能上連接至所述第一雷射元件及所述第二雷射元件(30，31)，以根據所述雷射加工頭相對於所述工件的速度控制所述第一雷射元件及所述第二雷射元件的功率位準，以各別地控制所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)中的功率密度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述裝置被配置成根據包括切割操作前進方向的至少一次改變的預定的加工輪廓來加工所述工件，且其中所述控制單元被配置成基於相對於所述加工輪廓的當前切割位置來修改所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)中的至少一者的所述功率密度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成因應於接近切割前進方向的改變點(22)而減小所述第一輸出雷射束的所述功率密度。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成當接近切割前進方向的改變點(22)時逐漸減小所述第一輸出雷射束的所述功率密度。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成因應於所述雷射加工頭接近切割前進方向的改變點而關閉所述第一輸出雷射束(1)並在所述改變點之後接通所述第一輸出雷射束(1)。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成當接近切割前進方向的改變點(22)時及/或因應於所述 工件的厚度的改變而改變對所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)中的至少一者的調變。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成使所述工件被所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束二者穿透。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成因應於所述工件的厚度下降到用於關閉環形雷射束的預定的厚度限值以下而關閉所述第二輸出雷射束(2)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的裝置，其中所述厚度限值處於4毫米至8毫米範圍內。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成控制所述第一雷射元件(30)及/或所述第二雷射元件(31)，以使所述第二輸出雷射束的所述功率密度三倍於所述第一輸出雷射束的所述功率密度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成改變所述第一雷射元件及所述第二雷射元件中的至少一者的光脈波的脈寬及/或頻率以控制所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束中的至少一者的所述功率密度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述控制單元被配置成至少部分地基於關於所述工件(21)的使用者輸入來控制所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)的每一者或兩者的所述功率密度的關係。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中用於感測所述工件的厚度的感測器(17)連接至所述控制單元，且所述控制單元被配置成基於指示所述工件(21)的厚度的所接收感測器輸出來修改所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)的所述功率密度的關係。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中適以導引所述第一雷射束的所述第一光學饋送光纖(72；56)的中心與所述多芯光纖(50)的所述第一芯(51)的中心對準，且適以導引所述第二雷射束的所述至少一個第二光學饋送光纖(71；57)的中心對準於所述多芯光纖(50)中環形的所述第二芯(53)的所述內徑與所述外徑之間。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述至少一個第一雷射元件(30)是光纖雷射。
  16. 一種使用雷射束切割工件的方法，包括：在至少一個第一雷射元件(30)中產生至少一個第一雷射束且經由至少一個第一光學饋送光纖(32)遞送所述至少一個第一雷射束；在至少一個第二雷射元件(31)中經由至少一個第二光學饋送光纖(33)產生至少一個第二雷射束；藉由使所述至少一個第一光學饋送光纖與多芯光纖(35；50)的第一芯(51)對準並使所述至少一個第二光學饋送光纖對準於所述多芯光纖的第二芯(53)的內徑及外徑之間而將所述第一雷 射束與所述第二雷射束組合於所述多芯光纖(35；50)中，其中所述多芯光纖具有位於所述多芯光纖的中心為圓形橫截面的所述第一芯(51)、以及為與所述第一芯同心的環形橫截面的所述第二芯(53)，且其中所述第一光學饋送光纖及所述第二光學饋送光纖的端點熔合在玻璃管中且其中所述玻璃管熔合至所述多芯光纖，束組合構件由玻璃製成且其中光功率藉由整個所述束組合構件的結構在玻璃內傳播；將包括第一輸出雷射束(1)及第二輸出雷射束(2)的複合雷射束自所述多芯光纖(50)引導至待切割的工件(21)，其中所述第一輸出雷射束具有圓形橫截面且所述第二輸出雷射束具有與在所述工件上的所述第一輸出雷射束同心的環形橫截面；以及由控制單元(10)控制所述第一雷射元件及所述第二雷射元件的功率位準，以控制所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)各別的功率密度，其中所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)的所述功率密度是根據雷射加工頭相對於所述工件的速度來控制的。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中所述工件(21)是根據包括切割操作前進方向的至少一次改變的預定的加工輪廓來加工，且所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)中的至少一者的所述功率密度是基於相對於所述加工輪廓的當前切割位置來修改。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述第一輸 出雷射束(2)的所述功率密度因應於接近切割前進方向的改變點(22)而減小。
  19. 如申請專利範圍第17或18項所述的方法，其中當接近切割前進方向的改變點(22)時所述第一輸出雷射束(1)的所述功率密度逐漸減小。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述第一輸出雷射束(1)因應於雷射加工頭接近切割前進方向的改變點(22)而關閉且所述第一輸出雷射束在所述改變點之後接通。
  21. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中對所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)中的至少一者的調變因應於接近切割前進方向的改變點及/或因應於所述工件的厚度的改變而改變。
  22. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中藉由所述第一輸出雷射束(1)及所述第二輸出雷射束(2)二者使得所述工件被穿透。
  23. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中所述第二雷射束(2)因應於所述工件(21)的厚度下降到用於關閉環形雷射束的預定的厚度限值以下而關閉。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的方法，其中所述厚度限值處於4毫米至8毫米範圍內。
  25. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中控制所述第一雷射元件及所述第二雷射元件，以使所述第二輸出雷射束的所 述功率密度三倍於所述第一輸出雷射束的所述功率密度。
  26. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中改變所述第一雷射元件及所述第二雷射元件中的至少一者的光脈波的脈寬及/或頻率以控制所述第一輸出雷射束及所述第二輸出雷射束中的至少一者的所述功率密度。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7119094B2 (ja) * 2017-12-29 2022-08-16 コアレイズ オーワイ レーザ処理装置及び方法
CN112533726B (zh) * 2018-09-04 2022-11-18 古河电气工业株式会社 焊接方法及焊接装置
WO2020101970A1 (en) 2018-11-12 2020-05-22 Panasonic intellectual property Management co., Ltd Optical fiber structures and methods for beam shaping
IT201800021538A1 (it) * 2018-12-31 2020-07-01 Prima Electro S P A Apparato per combinazione di fasci laser in fibre ottiche e procedimento corrispondente
EP3924136B1 (en) 2019-02-13 2023-04-26 Coherent, Inc. Laser welding method
CN109687271A (zh) * 2019-02-22 2019-04-26 深圳市杰普特光电股份有限公司 光纤激光器及激光材料加工系统
GB2582331A (en) * 2019-03-19 2020-09-23 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus for laser processing a material
WO2020198553A1 (en) * 2019-03-28 2020-10-01 Panasonic intellectual property Management co., Ltd Material processing utilizing high-frequency beam shaping
CN110320593B (zh) * 2019-07-12 2020-06-23 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种光纤激光耦合器
US11005227B2 (en) 2019-09-05 2021-05-11 Nufern Multi-wavelength adjustable-radial-mode fiber laser
US20210069834A1 (en) * 2019-09-11 2021-03-11 Curio Holding Company Method, device, and system for protecting a touch screen
DE102020200798A1 (de) 2020-01-23 2021-07-29 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung mittels eines in seinem Leistungsprofil verstellbaren Bearbeitungslaserstrahls
CN113399825B (zh) * 2020-03-17 2022-05-20 深圳市联赢激光股份有限公司 一种激光装置
CN113478074A (zh) * 2020-03-17 2021-10-08 深圳市联赢激光股份有限公司 一种激光装置
DE102020205948A1 (de) 2020-05-12 2021-11-18 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserschneidverfahren und Laserschneidanlage
US11524361B2 (en) 2020-05-22 2022-12-13 Coherent, Inc. Laser welding method
CN113794091B (zh) * 2020-05-25 2023-07-18 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种激光器和多波长输出激光加工系统
CN116056829A (zh) * 2020-07-07 2023-05-02 松下知识产权经营株式会社 用于更改光束形状和强度的阶跃芯光纤结构和方法
DE102020128186A1 (de) * 2020-10-27 2022-04-28 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Laserschneiden mittels eines in einer Multikernfaser geführten Laserstrahls sowie zugehöriges Computerprogrammprodukt
CN113140951B (zh) * 2021-04-06 2022-09-06 华中科技大学 一种环形激光输出器件
DE102021108759A1 (de) 2021-04-08 2022-10-13 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Polarisation eines Laserstrahls, der einen undefinierten Polarisationszustand aufweist
JP7394088B2 (ja) * 2021-05-13 2023-12-07 三菱電線工業株式会社 レーザ加工用光ファイバ
CN113210893B (zh) * 2021-05-20 2022-08-30 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种复合激光打孔方法及激光打孔装置
DE102021115036A1 (de) 2021-06-10 2022-12-15 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks und dazugehöriges Laserbearbeitungssystem
AT525314B1 (de) * 2021-07-22 2023-10-15 Trotec Laser Gmbh Verfahren zum Erzeugen einer Perforierung an einem Werkstück für unterschiedliche Lasermaschinen
CN114101942A (zh) * 2021-11-29 2022-03-01 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 材料切割的控制方法、设备、装置、存储介质及电子装置
CN114043089B (zh) * 2021-12-10 2022-05-17 哈尔滨工业大学 一种t型接头点环激光双侧同步焊接方法
JP2025509310A (ja) * 2022-03-07 2025-04-11 アイピージー フォトニクス コーポレーション 動的に制御されたレーザ穴開けシステムおよび穴を生成する方法
US20250242436A1 (en) * 2022-06-29 2025-07-31 Trumpf Laser Uk Limited Apparatus for laser processing a material
JP7229441B1 (ja) * 2022-08-10 2023-02-27 ヤマザキマザック株式会社 レーザピアッシング方法、及び、レーザ加工機
US20240231085A1 (en) * 2023-01-06 2024-07-11 Mloptic Corp Waveguide calibration
US11709325B1 (en) * 2023-01-06 2023-07-25 Mloptic Corp. Waveguide calibration
KR20240111595A (ko) * 2023-01-10 2024-07-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 제조 장치 및 방법
DE102023134096A1 (de) 2023-12-06 2025-06-12 TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Lasereinrichtung und Verfahren zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks mittels mindestens eines Laserstrahls

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58159514A (ja) * 1982-03-18 1983-09-21 Toshiba Corp レ−ザビ−ム空間分布形成方法
JP2000351087A (ja) * 1999-06-14 2000-12-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工機およびその数値制御装置ならびにレーザ加工機の制御方法
JP2004105972A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ切断加工システム
CN101077549A (zh) * 2006-01-25 2007-11-28 发那科株式会社 激光加工方法
US20090211700A1 (en) * 2003-06-11 2009-08-27 Masaki Terada Process for laser welding resinous members, apparatus for the same and laser-welded resinous product
TW201008689A (en) * 2008-06-03 2010-03-01 M Solv Ltd Method and apparatus for controlling the size of a laser beam focal spot
JP2013180295A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加工装置及び加工方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01197084A (ja) * 1988-01-29 1989-08-08 Fanuc Ltd Ｃｎｃレーザ加工機のパワー制御方式
JPH03238184A (ja) * 1990-02-15 1991-10-23 Nec Corp レーザ加工法
JPH067973A (ja) * 1992-06-25 1994-01-18 Fanuc Ltd レーザ加工装置
JP3531199B2 (ja) * 1994-02-22 2004-05-24 三菱電機株式会社 光伝送装置
DE60239925D1 (de) * 2001-03-29 2011-06-16 Lasx Ind Inc Steuerung für einen laser mit prädiktiven modellen des bewegungssystems des laserstrahls
GB0328370D0 (en) 2003-12-05 2004-01-14 Southampton Photonics Ltd Apparatus for providing optical radiation
JP4795886B2 (ja) * 2006-07-27 2011-10-19 株式会社キーエンス レーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム
WO2009077637A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Corelase Oy Method and device relating to optical fibers
JP5693705B2 (ja) * 2010-03-30 2015-04-01 イムラ アメリカ インコーポレイテッド レーザベースの材料加工装置及び方法
DE102010003750A1 (de) * 2010-04-08 2011-10-13 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zum Verändern der Strahlprofilcharakteristik eines Laserstrahls mittels einer Mehrfachclad-Faser
US9403238B2 (en) 2011-09-21 2016-08-02 Align Technology, Inc. Laser cutting
JP5923765B2 (ja) 2011-10-07 2016-05-25 株式会社ブイ・テクノロジー ガラス基板のレーザ加工装置
JP6244308B2 (ja) * 2011-12-09 2017-12-06 ルーメンタム オペレーションズ エルエルシーＬｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ レーザービームのビームパラメータ積を変動させること
JP2013235139A (ja) 2012-05-09 2013-11-21 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバ接続構造、光増幅器の励起光制御方法
JP2014013354A (ja) 2012-07-05 2014-01-23 Hitachi Cable Ltd マルチコアインタフェース及びその製造方法
JP5990419B2 (ja) 2012-07-09 2016-09-14 株式会社フジクラ 光学入出力デバイス
JP2014018800A (ja) * 2012-07-12 2014-02-03 Miyachi Technos Corp レーザ接合方法及びレーザ接合システム
GB2510370A (en) * 2013-01-31 2014-08-06 Gsi Group Ltd Fibre Optical Laser Combiner
JP5460917B1 (ja) * 2013-11-08 2014-04-02 坂口電熱株式会社 レーザ加熱装置
CN105720463B (zh) * 2014-08-01 2021-05-14 恩耐公司 光纤和光纤传输的激光器中的背向反射保护与监控
JP6698701B2 (ja) * 2015-06-09 2020-05-27 コアレイズ オーワイ レーザー加工装置および方法ならびにその光学部品
WO2018011456A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 Corelase Oy Laser processing apparatus and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58159514A (ja) * 1982-03-18 1983-09-21 Toshiba Corp レ−ザビ−ム空間分布形成方法
JP2000351087A (ja) * 1999-06-14 2000-12-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工機およびその数値制御装置ならびにレーザ加工機の制御方法
JP2004105972A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ切断加工システム
US20090211700A1 (en) * 2003-06-11 2009-08-27 Masaki Terada Process for laser welding resinous members, apparatus for the same and laser-welded resinous product
CN101077549A (zh) * 2006-01-25 2007-11-28 发那科株式会社 激光加工方法
TW201008689A (en) * 2008-06-03 2010-03-01 M Solv Ltd Method and apparatus for controlling the size of a laser beam focal spot
JP2013180295A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加工装置及び加工方法

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JP6887502B2 (ja) 2021-06-16
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KR20190093622A (ko) 2019-08-09

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