Flexishaper光束整形器控制可调环-光斑功率比,以提高高功率激光焊接速度

随着近年来价格实惠的高功率NIR光纤激光器的可用性日益增加,功率实际上已不再是激光焊接工艺速度的限制因素。取而代之的是,飞溅、咬边、隆起和焊缝气孔等其他物理现象在高焊接速度下成为主要的限制因素。当使用由同心环和光斑组成的特殊照明配置时,已经证明可以大幅减少这些现象。然而,光斑和环之间的最佳功率比因焊接工艺参数和系统设置的不同而不同,因此可调节的环-光斑比使系统制造商能够找到每一种工艺的最佳工作点。

提高处理速度时出现的焊接问题,由BLACKBIRD提供
提高处理速度时出现的焊接问题,由BLACKBIRD提供
使用单模激光器的箔焊:左-高斯光斑;右-带有Flexishaper同心环和光斑的光束整形器。以相同的功率和速度执行两种焊接,由BLACKBIRD提供
使用单模激光器的箔焊:左-高斯光斑;右-带有Flexishaper同心环和光斑的光束整形器。以相同的功率和速度执行两种焊接,由BLACKBIRD提供

Flexishaper–实验室演示的真实测量见我们的LDT报告。

为了满足该需求,HOLO/OR推出了Flexishaper光束整形光学模块以实现可控和可调节环-光斑比。Flexishaper是一种衍射整形解决方案,它由放置在同一光轴上的两个相同的衍射光学元件(DOE)组成,当它们相互旋转时,可以将通过它们传播的光束从中心光斑的100%功率整形为周围环上约80%的功率(中心几乎没有能量),并在这两种状态之间进行连续全范围的功率比控制

这些无源DOE拥有所有HOLO/OR产品的高LDT和极高的角精度,适用于所有高功率激光焊接应用。见我们的LDT报告。

在选定的中间状态,衍射光束整形模块显示不同设置下环-光斑之间的功率分布
在选定的中间状态,衍射光束整形模块显示不同设置下环-光斑之间的功率分布

Flexishaper的DOE可以轻松安装到现成的手动或电动旋转安装座中以创建光学模块。该模块可通过多种配置集成到光轴中,不需要高NA或不同于标准激光焊接光学器件的其他昂贵光学器件。一对Flexishaper™可与单模和多模激光器一起使用,并可调整用于通常与数千瓦激光器一起使用的大型光束,从而实现大范围的大型和微型焊接工艺。

一旦找到了该工艺的最佳比率,即可使用单个定制的静态DOE替换该模块,以生成精确的所需比率,从而为更大的机器系列提供具有成本效益的解决方案

HOLO/OR在2019年的一篇学术论文中首次介绍了用于可调节环-光斑整形的Flexishaper概念。随后,其被改进为旋转模块形式并于2021年发布

与HOLO/OR的姊妹公司SCANLAB和BLACKBIRD合作对该模块形式用于单模高速箔激光焊接进行了测试和验证,功率达到700W时焊接速度显著提高了30%以上,并且随着激光功率升高至接近1kW,焊接速度有可能提高55%以上(对两个100 µm 不锈钢板进行搭接焊}。 

与SCANLAB和BLACKBIRD共同验证Flexishaper概念:左–SM高斯点焊,不使用Flexishaper;右–带有Flexishaper同心环和光斑光束整形器的SM激光器

规格范围

照明模式
中心光斑与周围同心环,环与光斑之间的功率比可调、可控
环角
0.2-20mRad(300-2000um环尺寸,带聚焦镜头,EFL=255mm,典型)
波长
515nm,532nm,910-1080nm,其他根据要求提供
输入准直器后的光束直径(1/e^-2)
6-30 mm,其他根据要求提供
激光模式
SM或MM
极化
不敏感
DOE材料
紫外级熔融石英
DOE尺寸
直径从25.4mm、50.8mm到150mm(方形或圆形)
DOE厚度
1.0-3.0 mm
DOE之间的距离
< 4 mm
效率
从80%(到环的最大值)到98%(到光斑的最大值)
全周期旋转范围调整
15度,其他可根据要求提供
调整方法
手动
涂层
AR/AR

标准FLEXISHAPER元件

* 需要两个Flexishaper元件以实现可调节的光学性能,即以下元件必须成对订购。 

PN
波长[nm]
环直径[mRad]
零阶可调范围[%]
元件类型
尺寸
数据表
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CU-330-I-Y-A
1064
1.2
0.5-100%
窗*
25.4[mm]直径x3[mm]厚度
请在此下载
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典型设置

Flexishaper typical installation setup

定制FLEXISHAPER DOE

Holo/Or可以轻松定制不同模式以适应客户的应用需求和激光功率。如果您对定制衍射光学元件(DOE)感兴趣,请联系我们,我们将为您提供以下数据:

  • 工作距离及其要求的输出尺寸
  • 波长
  • 光束定义(直径、输入模式、发散度)
  • 衍射光学元件(DOE)的尺寸——如果需要某些特定值。
  • 样品数量和批量生产