用于利用激光辐射作用旋转对称的构件的外侧的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于利用激光辐射作用旋转对称的构件的外侧的装置。
【背景技术】
[0002]定义:沿激光辐射的传播方向是指激光辐射的平均传播方向，特别是当该激光辐射不是平面波或者至少部分地发散时。当没有明确地额外指明某物时，激光射束、光束、部分光束或者射束指的不是几何上的光学的理想化了的射束，而是真实的光束、例如具有高斯轮廓或者改进的高斯轮廓或者Top-Hat轮廓的激光射束，该激光射束不具有无限小的而是伸展的射束横截面。
[0003]在由外部焊接旋转对称的、特别是圆柱体的塑料件时经常使用二极管激光器。在此，典型地使用两种方法或者装置类型。在已知的第一种装置中，射束绕构件运动，或者构件在激光射束中旋转。这种装置的缺点在于，必须使零件运动并且焊接不同时发生。这可能对于焊接缝的质量产生负面作用。在已知的第二种装置中，多个例如发散的辐射源由环状布置结构照射构件。图4示意性地示出一种这样的装置，在该装置中，五个激光辐射I由五个不同方向击中旋转对称的构件2上。
[0004]这种装置的缺点在于，构件2被照射的角度在构件2的表面上是不同的。因此，反射和吸收在构件上面有所波动。此外，可以仅针对构件的固定直径达到所定义的照射(见图4)。在构件2'直径较大时，不以激光辐射作用表面的各部分3 (见图5)。在构件2"直径较小时，激光辐射的部分4经过构件2"旁边(见图6)。
【发明内容】
[0005]本发明的问题在于，创造一种开头提到类型的装置，在该装置中，利用激光辐射与构件的直径相对无关地进行作用，和/或在该装置中，击中到构件的外侧上的激光辐射具有较均匀的角度分布。
[0006]按照本发明，这点通过同类型的具有权利要求1的特征的装置达到。各从属权利要求涉及本发明的优选的实施方案。
[0007]按照权利要求1规定，所述装置包括多个透镜，这些透镜这样设计和/或设置，使得构件的对称轴线位于每个所述透镜的焦点处。通过这样的布置结构可以保证穿过透镜并且击中到构件上的激光辐射具有均匀的角度分布。该均匀的角度分布一方面可以保证构件的外侧沿周向方向被以激光辐射均匀地作用，其中，由于相同的击中角度，激光辐射的吸收和反射在外周上也不变化。另一方面，激光的均匀的角度分布对以下做出贡献，即，具有不同直径的各构件可以利用激光辐射优化地被作用。
[0008]存在如下可能性，S卩，所述装置包括均匀化器件，这些均匀化器件可以在激光辐射穿过透镜之前将其均匀化。按照这种方式保证激光辐射的击中到构件上的角度分布的大的均匀性。
[0009]在此例如可以规定，均匀化器件在透镜的数量小于8时这样设计，使得激光辐射具有强度朝向各边缘按照COS2(Ci))下降的Top-Hat强度分布，并且所述均匀化器件在透镜的数量大于或者等于8时这样设计，使得激光辐射具有线性的Top-Hat强度分布。
[0010]存在如下可能性，S卩，所述均匀化器件具有一个、优选两个透镜阵列或者一个光导体。
[0011]备选地存在如下可能性，S卩，所述均匀化器件具有带有至少区段式的方形的光导区域的波导。
[0012]在此，光导区域的在光导区域的射入面和射出面之间延伸的第一延伸尺寸大于光导区域的垂直于第一延伸尺寸的第二和/或第三延伸尺寸，优选大至少3倍、特别是至少7倍、例如至少10倍，和/或优选大最高100倍、特别是最高50倍、例如最高40倍。通过这种设计例如可以创造均匀的、但朝向各边缘略微下降的、例如如cos2 ( Φ)下降的强度分布。
[0013]可以规定，所述透镜中的至少两个或者每个具有相同的焦距。通过该措施可以构建同轴于构件的对称轴线的装置，由此更简单地达到击中到构件上的激光辐射的均匀的角度分布。
[0014]存在如下可能性，S卩，所述装置包括至少一个激光源、优选多个激光源，这些激光源能够产生用于对构件作用的激光辐射。特别是可以给每一个所述透镜配设激光源。例如激光二极管栅(Laserd1denbarren)或者光纤親合的二极管激光器适合作为激光源。
[0015]可以规定，所述装置包括光学器件，所述光学器件可以利用激光辐射、特别是利用由所述至少一个激光源发出的激光辐射来作用所述透镜中的至少一个或者每个。所述光学器件例如可以包括成像的或者调焦的透镜。此外，所述光学器件包括均匀化器件。例如，所述光学器件和/或所述均匀化器件可以这样设计，使得每个所述透镜的射入面以激光辐射的均匀的位置分布或者均匀的空间强度分布来作用。穿过这些透镜，从均匀的位置分布变成均匀的角度分布。
[0016]备选地可以规定，所述光学器件和/或所述均匀化器件可以这样设计，使得每个所述透镜的射入面以激光辐射的匹配于透镜的构型的位置分布或者说匹配于透镜的构型的空间强度分布来作用。例如，在与理想的透镜相似的透镜中朝向各边缘略微下降的空间强度分布可以施加到透镜上，这些透镜可以对在构件上的还均匀的强度分布做出贡献。在透镜的另一种构型中，例如在真实的透镜或者F-Theta透镜中，可以将激光辐射的其他合适的空间强度分布或者位置分布施加到透镜上。
[0017]存在如下可能性，S卩，所述光学器件包括准直器件、特别是至少一个用于准直的透镜，该透镜这样设计并且设置在所述装置中，使得激光辐射以没有发散量或者有尽可能少的发散量或者说至少尽可能对准地击中到各透镜上。击中到透镜上的激光辐射的准直也对击中到构件上的强度分布的均匀性做出贡献。
[0018]存在如下可能性，S卩，所述透镜中的至少一个或者每个是柱面透镜，该柱面透镜的柱面轴线平行于构件的对称轴线。按照这种方式，在构件的外侧上产生朝向构件的对称轴线方向、按照透镜的柱面轴线的长度延伸的环形的强度分布。该强度分布例如可以在加工过程的范围内朝向构件的对称轴线方向运动。
[0019]备选地存在如下可能性，即，所述透镜中的至少一个或者每个具有旋转对称的曲面并且特别是球面的透镜。按照这种方式，在构件的外侧上产生极窄的环形的强度分布。该强度分布也例如可以在加工过程的范围内朝向构件的对称轴线方向运动。此外，该强度分布也可以用于产生局部环绕的焊接缝。
[0020]可以规定，透镜关于构件的对称轴线沿周向方向并排地设置，特别是彼此邻接。按照这种方式，利用简单的手段可以保证，在构件的整个外周上存在激光辐射的均匀的强度分布O
[0021]此外，存在如下可能性，S卩，所述透镜中的至少一个或者每个这样设置，使得激光辐射在穿过所述所述透镜中的所述至少一个或者每个之后的传播方向关于构件的对称轴线不仅具有径向分量、而且具有轴向分量。由此可以达到，激光源不会被在构件上反射的激光辐射或者被从构件旁经过的激光辐射所损坏。
[0022]备选地或者附加地可以规定，所述装置具有射束阱(Strahlfalle)，该射束阱可以将激光辐射的由构件反射的和/或从该构件旁经过的和/或穿过所述构件传输的部分俘获，其中，射束倾斜特别是构成为环形的。通过这样的射束倾斜也可以达到，激光源不会被在构件上反射的激光辐射或者被从构件旁经过的激光辐射或者被穿过部分透明的构件的激光辐射所损坏。
【附图说明】
[0023]本发明的其他的特征和优点借助于对优选的各实施例的以下说明参考附图来明确。图中:
[0024]图1示出按照本发明的装置连同带有旋转对称的第一构件的示意图；
[0025]图2示出按照图1的、带有旋转对称的第二构件的视图；
[0026]图3示出按照图1的、带有旋转对称的第三构件的视图；
[0027]图4示出按照现有技术的装置连同旋转对称的第一构件的示意图；
[0028]图5示出按照图4的、带有旋转对称的第二构件的视图；
[0029]图6示出按照图4的、带有旋转对称的第三构件的视图；
[0030]图7示出按照本发明的带有透镜的装置的按照图1的视图，所述透镜构成为平凸透镜；
[0031]图8示出按照本发明的装置连同均匀化器件的第一实施形式的细节视图；
[0032]图9示出按照本发明的装置连同均匀化器件的第二实施形式的细节视图；
[0033]图10示出均匀化器件的第三实施形式的透视图；
[0034]图11示出从第三均匀化器件射出的光的示例性的强度分布；
[0035]图12示出按照本发明的装置连同均匀化器件的第三实施形式的细节视图；
[0036]图13示出对于理想的透镜而言激光辐射在构件上的强度分布的示意图，所述理想的透镜以线性的Top-Hat分布来作用；
[0037]图14示出激光辐射在理想的透镜上朝向各边缘下降的强度分布的示意图；
[0038]图15示出对于理想的透镜而言激光辐射在构件上的强度分布的示意图，所述理想的透镜以按照图15的强度分布来作用。
【具体实施方式】
[0039]在这些图中，相同的或者功能相同的部分配设有相同的附图标记。
[0040]按照本发明的装置的在图1至3中示出的实施形式包括五个