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EP1598907B1

Laser welding apparatus

Abstract

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EP1598907B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 6

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Expired 24 January 2025, 1.7 years ago.

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2 claims: 2 independent, 0 dependent

  1. 1
    A laser welding apparatus comprising:an optical resonator having a first (20) and a second (24) end mirror disposed optically opposed to each other;an active medium (26) disposed on a light path of the optical resonator;an excitation unit (30) for pumping the active medium to generate a fundamental wave pulse laser beam with a fundamental frequency that has a pulse width of 100 µs or longer;a KTP crystal (10) cut at a type II phase matching configuration and disposed on the light path of the optical resonator to generate a second harmonic pulse laser beam that has two (2) times the frequency of the fundamental wave pulse laser beam;a harmonic separator output mirror disposed on the light path of the optical resonator, wherein the harmonic separator output mirror (22) confines the fundamental wave pulse laser beam on the light path of the optical resonator and delivers the second harmonic pulse laser beam (SHG) to the outside of the light path of the optical resonator;a workpiece that is welded by the second harmonic pulse laser beam;wherein the excitation unit includes an excitation light generation unit (42) for generating an excitation light to optically pump the active medium (26), a laser power supply unit (44) for supplying electric power for causing the excitation light generation unit to generate the excitation light, and a control unit (46) for controlling the electric power supplied to the excitation light generation unit from the laser power supply unit;characterized in thatthe laser power supply unit includes a direct-current power source unit for outputting direct currents and a switching element connected between the direct-current power source unit and the excitation light generation unit, wherein the laser power supply unit supplies the excitation light generation unit with pulsed electric power by causing the switching element to perform a switching operation at high frequency during a period corresponding to the pulse width of the fundamental wave pulse laser beam;the control unit (46) includes a fundamental wave laser output power measurement unit (72) for measuring the laser output power of the fundamental wave pulse laser beam, wherein the control unit (46) generates a control signal in a pulse width control method by feeding back a laser output power measurement value obtained from the fundamental wave laser output power measurement unit and supplies the laser power supply unit with the control signal for causing the switching element to perform the switching operation;the control unit includes a limit value setup unit for setting at least one of a desirable upper limit and lower limit of laser output power of the second harmonic pulse laser beam as a limit value, a harmonic laser output power measurement unit (52) for measuring the laser output power of the second harmonic pulse laser beam, and a comparison unit (56) for comparing a laser output power measurement value of the second harmonic pulse laser beam with the limit value, wherein the control unit limits the feedback control over the laser output power of the fundamental wave pulse laser beam or takes an action for suspension if the comparison result of the comparison unit indicates that the harmonic laser power is outside the range of the upper limit or the lower limit. Eine Laserschweißvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen optischen Resonator mit einem ersten (20) und einem zweiten (24) Endspiegel, die optisch gegenüberliegend zueinander angeordnet sind;ein aktives Medium (26), das an einem Strahlengang des optischen Resonators angeordnet ist;eine Anregungseinheit (30) zum Pumpen des aktiven Mediums für die Erzeugung eines Grundwellen-Impulslaserstrahls mit einer Grundfrequenz, die eine Impulsbreite von 100µ oder mehr hat;einen KTP-Kristall (10), in einer Typ II-Phasenanpassungs-Konfiguration geschnitten und am Strahlengang des optischen Resonators angeordnet, um einen zweiten Oberwellen-Impulslaserstrahl zu erzeugen, der die zweifache (2) Frequenz des Grundwellen-Impulslaserstrahls hat;einen Oberwellenseparator-Auskoppelspiegel, der am Strahlengang des optischen Resonators angeordnet ist, wobei der Oberwellenseparator-Auskoppelspiegel (22) den Grundwellen-Impulslaserstrahl am Strahlengang des optischen Resonators begrenzt und den zweiten Oberwellen-Impulslaserstrahl (SHG) an die Außenseite des Strahlengangs des optischen Resonators leitet;ein Werkstück, das mit dem zweiten Oberwellen-Impulsstrahl geschweißt wird;wobei die Anregungseinheit eine Anregungslicht-Erzeugungseinheit (42) für die Erzeugung von Anregungslicht einschließt, um das aktive Medium (26) optisch zu pumpen, eine Laserstromversorgungseinheit (44) für die Stromzufuhr, damit die Anregungslicht-Erzeugungseinheit zur Erzeugung des Anregungslichts veranlasst wird, und eine Steuereinheit (46) für die Steuerung des Stroms, der an die Anregungslicht-Erzeugungseinheit von der Laserstromversorgungseinheit geliefert wird;dadurch gekennzeichnet, dassdie Laserstromversorgungseinheit eine Gleichspannungsquelleneinheit einschließt, um Gleichstrom bereitzustellen, und ein Schalterelement, das zwischen die Gleichspannungsquelleneinheit und die Anregungslicht-Erzeugungseinheit geschaltet ist, wobei die Laserstromversorgungseinheit die Anregungslicht-Erzeugungseinheit mit Impulsstrom versorgt, indem sie das Schalterelement dazu veranlasst, einen Schaltvorgang hoher Frequenz während eines Zeitraums auszuführen, der der Impulsbreite des Grundwellen-Impulslaserstrahls entspricht;die Steuereinheit (46) eine Messeinheit für die Grundwellen-Laserausgangsleistung (72) für die Messung der Laserausgangsleistung des Grundwellen-Impulslaserstrahls einschließt,wobei die Steuereinheit (46) ein Steuersignal bei einer Impulsbreiten-Aussteuerung erzeugt, indem sie einen Laserausgangsleistungs-Messwert, den sie von der Messeinheit für die Grundwellen-Laserausgangsleistung erhalten hat, zurücksendet und der Laserstromversorgungseinheit das Steuersignal liefert, um das Schalterelement zu veranlassen, den Schaltvorgang auszuführen;die Steuereinheit eine Grenzwert-Konfigurationseinheit einschließt, um mindestens entweder einen gewünschten oberen Grenzwert oder einen unteren Grenzwert der Laserausgangsleistung des zweiten Oberwellen-Impulslaserstrahls als Grenzwert einzustellen, eine Messeinheit für die Oberwellen-Laserausgangsleistung (52) zur Messung der Laserausgangsleistung des zweiten Oberwellen-Impulslaserstrahls, und eine Vergleichseinheit (56) für den Vergleich eines Laserausgangsleistungs-Messwerts des zweiten Oberwellen-Impulslaserstrahls mit dem Grenzwert, wobei die Steuereinheit die Feedback-Steuerung über die Laserausgangsleistung des Grundwellen-Impulslaserstrahls begrenzt oder eine Maßnahme zur Aufhebung ausführt, wenn das Vergleichsergebnis der Vergleichseinheit angibt, dass der Oberwellen-Laserstrom außerhalb des Bereichs des oberen Grenzwerts oder des unteren Grenzwerts liegt;Un appareil de soudage au laser comprenant : un résonateur optique présentant un premier (20) et un second (24) miroir d'extrémité disposés optiquement en regard l'un de l'autre ;un milieu actif (26) disposé sur un trajet de la lumière du résonateur optique;une unité d'excitation (30) destinée à pomper le milieu actif pour générer un faisceau laser d'impulsions par onde fondamentale comportant une fréquence fondamentale qui présente une largeur d'impulsion de 100µ ou plus ;un cristal de potassium-titanyle-phosphate (KTP) (10)découpé à une configuration à adaptation de phase de type II et disposé sur le trajet de la lumière du résonateur optique pour générer un faisceau laser à impulsions du second harmonique qui présente deux (2) fois la fréquence du faisceau laser d'impulsions par onde fondamentale ;un miroir de sortie du séparateur harmonique disposé sur le trajet de la lumière du résonateur optique, dans lequel le miroir de sortie du séparateur harmonique (22) confine le faisceau laser d'impulsions par onde fondamentale sur le trajet de la lumière du résonateur optique et délivre le faisceau laser à impulsions du second harmonique (SHG) à l'extérieur du trajet de la lumière du résonateur optique ;une pièce usinée qui est soudée par le faisceau laser à impulsions du second harmonique ;dans laquelle l'unité d'excitation comprend une unité de génération de lumière d'excitation (42) destinée à générer une lumière d'excitation pour pomper optiquement le milieu actif (26), une unité d'alimentation de puissance du laser (44) destiné à fournir l'alimentation électrique destinée à amener l'unité de génération de la lumière d'excitation à générer la lumière d'excitation et une unité de commande (46) destinée à commander la puissance électrique fournie à l'unité de génération de la lumière d'excitation à partir de l'unité d'alimentation de puissance du laser ;caractérisé en ce quel'unité d'alimentation de puissance du laser comprend une unité de source de puissance de courant direct destinée à produire en sortie des courants directs et un élément de commutation connecté entre l'unité de source de puissance de courant direct et l'unité de génération de la lumière d'excitation, dans laquelle l'unité d'alimentation de puissance du laser fournit à l'unité de génération de la lumière d'excitation la puissance électrique pulsée en amenant l'élément de commutation à effectuer une opération de commutation à haute fréquence pendant une période correspondant à la largeur d'impulsion du faisceau laser d'impulsions par onde fondamentale;l'unité de commande (46) comprend une unité de mesure de la puissance de sortie du laser à onde fondamentale (72) destinée à mesurer la puissance de sortie du laser du faisceau laser d'impulsions par onde fondamentale,dans laquelle l'unité de commande (46) génère un signal de commande dans le procédé de commande de largeur d'impulsion par le retour d'alimentation de la valeur de mesure de la puissance de sortie du laser obtenue à partir de l'unité de mesure de la puissance de sortie du laser à onde fondamentale et fournit à l'unité d'alimentation de puissance du laser le signal de commande destiné à amener l'élément de commutation à effectuer l'opération de commutation ;l'unité de commande comprend une unité de configuration de la valeur limite destinée à établir au moins une limite supérieure et une limite inférieure souhaitable de la puissance de sortie du laser du faisceau laser à impulsions du second harmonique comme une valeur limite, une unité de mesure de la puissance de sortie du laser harmonique (52) destinée à mesurer la puissance de sortie du laser du faisceau laser à impulsions du second harmonique et une unité de comparaison (56) destinée à comparer la valeur de mesure de la puissance de sortie du laser du faisceau laser à impulsions du second harmonique avec la valeur limite, dans laquelle l'unité de commande limite la commande de rétroaction sur la puissance de sortie du laser du faisceau laser d'impulsions par onde fondamentale ou entreprend une action destinée à la suspension si le résultat de la comparaison de l'unité de comparaison indique que la puissance laser harmonique est en dehors de la plage de la limite supérieure ou de la limite inférieure;
  2. 2
    Die Laserschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit Folgendes einschließt:eine Referenzwert-Konfigurationseinheit für die Einstellung eines gewünschten Referenzwerts der Laserausgangsleistung des zweiten Oberwellen-Impulslaserstrahls;eine Berechnungseinheit für einen Laserausgangsleistungs-Durchschnittswert, um einen zeitlichen Durchschnittswert der Laserausgangswerte zu finden, der von der Messeinheit für die Oberwellen-Laserausgangsleistung stammt;und eine Versatzwert-Berechnungseinheit, um eine Differenz zwischen einem Laserausgangsleistungs-Durchschnittswert (84), der von der Berechnungseinheit des Laserausgangsleistungs-Durchschnittswert stammt, zu finden, und den Referenzwert als Versatzwert, und wobei die Steuereinheit das Steuersignal, je nach Versatzwert, korrigiert. L'appareil de soudage au laser selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande comprend : une unité de configuration de la valeur de référence destinée à établir une valeur de référence souhaitable de la puissance de sortie du laser du faisceau laser à impulsions du second harmonique ;une unité de calcul de la valeur moyenne de la puissance de sortie du laser destinée à trouver une valeur moyenne temporelle des valeurs de sortie du laser obtenues à partir de l'unité de mesure de la puissance de sortie du laser harmonique ;et une unité de calcul de la valeur de décalage destinée à trouver une différence entre une valeur moyenne de la puissance de sortie du laser (84) obtenue à partir de la valeur moyenne de la puissance de sortie du laser et d'unité de calcul de la valeur de référence comme une valeur de décalage et dans lequel l'unité de commande corrige le signal de commande en fonction de la valeur de décalage. The laser welding apparatus of claim 1, wherein the control unit includes: a reference value setup unit for setting a desirable reference value of the laser output power of the second harmonic pulse laser beam;a laser output power average value calculation unit for finding a temporal average value of the laser output values obtained from the harmonic laser output power measurement unit;and an offset value calculation unit for finding a difference between a laser output power average value (84) obtained from the laser output power average value calculation unit and the reference value as an offset value, and wherein the control unit corrects the control signal depending on the offset value.