DE19942250A1

DE19942250A1 - Light conductor for laser welder has optical fibre strands packed together to follow line of welding point at light exit coupling surface

Info

Publication number: DE19942250A1
Application number: DE19942250A
Authority: DE
Inventors: Heinz Korsmeier
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1999-09-04
Filing date: 1999-09-04
Publication date: 2001-03-08

Abstract

The light conductor has a light conductor bundle (1) with one or more optical fibre strands (2,3), which are packed tightly together in a matrix array at either end, to provide a linear light input coupling surface (5) and a linear light exit coupling surface (6), the latter matched to the shape of the welding line, e.g. using a shaped outer frame (7).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtwellenleitung zur Übertragung einer Laserstrahlung hin zu einer Schweißstelle der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeich neten Art.The invention relates to an optical waveguide Transmission of laser radiation to a welding point which in the preamble of claim 1 denotes in more detail neten Art.

Es ist bekannt, für das Laser-Schweißen das von Diodenbar ren erzeugte Laserlicht mittels optischer Einrichtungen zu fokussieren und durch einen Lichtwellenleiter hindurch zu der betreffenden Schweißstelle hin zu übertragen. Somit steht zur Durchwärmung der Schweißstelle lediglich ein Lichtpunkt zur Verfügung, der unter Einsatz mechanischer Hilfsmittel entlang dem Verlauf der Schweißstelle bewegt werden muß. Vor allem beim Durchstrahl-Laserschweißen von Kunststoffteilen wirft eine solche sequentielle Bestrahlung des Verlaufs der Schweißstelle Probleme auf, weil schon kleinste Spalte oder Unebenheiten an den Schweißflächen ei nen negativen Einfluß haben, indem sie eine unterschiedli che Schweißgüte entlang dem Verlauf der Schweißstelle be dingen. It is known for the laser welding that of diode bars Ren generated laser light by means of optical devices focus and through an optical fiber to be transferred to the relevant welding point. Consequently is only responsible for heating the weld Light point available using mechanical Aids moved along the course of the weld must become. Especially when using laser beam welding from Such sequential radiation exposes plastic parts problems with the course of the weld, because yes smallest gaps or unevenness on the welding surfaces have a negative influence by making a difference weld quality along the course of the weld things; matters.

Bei einer Reihen- oder Rechteckanordnung der Schweißstelle hat man bereits ein simultanes Laser-Durchstrahlschweißen praktiziert, indem man einzelne Diodenbarren in der ent sprechenden Konfiguration unmittelbar an der Schweißstelle angeordnet hat. In vielen Fällen, so insbesondere bei ge schwungenen Schweißkonturen, ist eine solche Anordnung der Diodenbarren schwierig, ganz abgesehen davon, daß dafür aufwendige Haltevorrichtungen erforderlich sind und genü gender Platz zur Verfügung stehen muß.With a row or rectangular arrangement of the welding point you already have simultaneous laser transmission welding practiced by placing individual diode bars in the ent speaking configuration directly at the welding point has ordered. In many cases, especially with ge curved welding contours, such an arrangement is the Diode bars difficult, not to mention that for that elaborate holding devices are required and sufficient gender space must be available.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lichtwellenleitung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein simultanes oder gleichzeitiges Erwärmen der ge samten Schweißstelle oder -fläche möglich ist.The invention is therefore based on the object To create optical waveguide of the type mentioned at the beginning, with a simultaneous or simultaneous heating of the ge entire welding point or surface is possible.

Diese Aufgabe wird bei einer Lichtwellenleitung der gat tungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa stentanspruchs 1 gelöst.This task is the gat appropriate type by the characteristic features of Pa stent claim 1 solved.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Auskopplungsflä che des das Lichtwellenleiterbündel bildenden Stranges in ihrem schmalen, linienförmigen Verlauf der Schweißlinie entlang der Schweißstelle nachgeformt werden kann. Dies ist auch bei einem geschwungenen Verlauf der Schweißlinie leicht möglich, wie er bei den üblichen Schweißstegflächen an Kunststoffteilen vorkommen kann.It is essential for the invention that the Auskopplungsflä surface of the strand forming the optical waveguide bundle in their narrow, linear course of the welding line can be reshaped along the weld. This is even if the welding line is curved easily possible, as is the case with the usual welding land surfaces can occur on plastic parts.

An der Einkopplungsstelle des Lichtwellenleiterbündels kann eine einfache, geradlinige Anordnung von Diodenbarren vor gesehen werden, die einen geradlinigen Lichtaustritt haben. Die hierdurch gebildete Laserlinie wird mit Hilfe entspre chender optischer Geräte, wie einer länglichen Kondensor linse, in die Einkopplungsfläche des durch die Lichtwellen leiter gebildeten Stranges eingekoppelt. Anders als am Aus kopplungsende des Stranges ist hier die Verfügbarkeit einer frei formbaren linienförmigen Kontur nicht erforderlich. Des weiteren kann über eine unterschiedliche Steuerung der einzelnen Diodenbarren über die Länge der Einkopplungs- und der Auskopplungslinie hinweg eine Energieanpassung vorge nommen werden.At the coupling point of the optical fiber bundle a simple, straightforward arrangement of diode bars can be seen that have a linear light emission. The laser line formed in this way is corresponding with the help suitable optical devices, such as an elongated condenser lens, into the coupling surface of the light waves conductor formed strand coupled. Different from the end coupling end of the strand here is the availability of a free-form, linear contour not required. Furthermore, the individual diode bars over the length of the coupling and the decoupling line preceded an energy adjustment be taken.

Ebenso kann bei Verwendung eines oder mehrerer Diodenbarren das gesamte oder ein Teil des erzeugten Laserlichtes mit üblichen optischen Hilfsmitteln, wie der erwähnten Konden sorlinse, punktförmig gebündelt werden, um den so erzeugten Lichtpunkt in bekannter Weise über die linienförmige Ein kopplungsfläche des Lichtwellenleiterbündels zu scannen. Hierbei ist es dann möglich, die Energieanpassung über eine Leistungsregelung und/oder Scann-Geschwindigkeitsregelung durchzuführen.Likewise, when using one or more diode bars all or part of the laser light generated usual optical aids, such as the mentioned condensers sor lens, can be bundled in a punctiform manner around the thus produced Point of light in a known manner over the linear on Scan the coupling surface of the optical fiber bundle. It is then possible to adjust the energy via a Power control and / or scan speed control perform.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous design features of the invention result itself from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an ei nem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.The invention is based on the drawing to egg NEM embodiment explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Lichtwellenleitung mit am Einkopplungsende angeordneten Di odenbarren.The drawing shows a schematic representation of a Optical waveguide with Di arranged at the coupling end ground bars.

Im einzelnen ist in der Zeichnung ein Lichtwellenleiterbün del 1 dargestellt, welches aus einem oberen Flachstrang 2 und einem unteren Flachstrang 3 besteht, die jeweils aus einer Mehr- oder Vielzahl von Lichtwellenleitern 4 gebildet sind. Die Lichtwellenleiter 4 jedes Stranges 2, 3 sind zu einander parallel sowie unmittelbar aneinander anschließend angeordnet und über einen gemeinsamen Mantel miteinander verbunden. Dieser Mantel besteht aus einem verformbaren Werkstoff, damit die Stränge 2 und 3 zumindest am Licht- Auskopplungsende verformbar sind, worauf nachstehend noch näher eingegangen werden wird.In detail, an optical waveguide del 1 is shown in the drawing, which consists of an upper flat strand 2 and a lower flat strand 3 , each of which is formed from a plurality or a plurality of optical fibers 4 . The optical waveguides 4 of each strand 2 , 3 are arranged parallel to one another and immediately adjacent to one another and connected to one another via a common jacket. This jacket consists of a deformable material, so that the strands 2 and 3 are deformable at least at the end of the light coupling, which will be discussed in more detail below.

Die Lichtwellenleiter 4 eines Stranges 2, 3 sind mit ihren einen Stirnenden oder -flächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, um jeweils eine Licht-Einkopplungsfläche 5 zu bilden, die entsprechend der dicht nebeneinander angeordne ten Lichtwellenleiter 4 eine schmale Linie bzw. einen schmalen Streifen bildet, der hier gerade ausgerichtet ist.The optical fibers 4 of a strand 2 , 3 are arranged with their one end faces or surfaces in a common plane to form a respective light coupling surface 5 , which forms a narrow line or a narrow strip corresponding to the closely arranged optical fibers 4 th , which is currently aligned here.

Auch am anderen Ende liegen die Stirnflächen der Lichtwel lenleiter 4 der Stränge 2, 3 jeweils in einer gemeinsamen Ebene und bilden hier linienförmige Licht-Auskopplungsflä chen 6, wobei die Linie oder der längliche, schmale Strei fen dieser Auskopplungsflächen 6 frei verformbar ist. Dazu dient die Biegsamkeit vor allem des Mantels, in den die Lichtwellenleiter eingebettet sind. So kann jede Lichtaus kopplungsfläche 6 eine S- oder eine Z-Form einnehmen, wie es in der Zeichnung angedeutet ist. Sowohl kompliziert ge schwungene Linien als auch einfache Kreis- oder Rechteck formen können mit den Auskopplungsflächen 6 gebildet wer den. Also at the other end are the end faces of the Lichtwel lenleiter 4 of the strands 2 , 3 each in a common plane and here form linear light-Auskopplungsflä Chen 6 , the line or the elongated, narrow Strei fen these coupling surfaces 6 is freely deformable. This is mainly due to the flexibility of the cladding in which the optical fibers are embedded. Thus, each light-out coupling surface 6 can assume an S or a Z shape, as indicated in the drawing. Both complicated ge curved lines and simple circular or rectangular shapes can be formed with the coupling surfaces 6 who the.

Die Stränge 2 und 3 des Lichtwellenleiterbündels 1 dienen zur Übertragung einer Laserstrahlung, die zur Verschweißung von Kunststoffteilen eingesetzt wird. So ermöglicht es die freie Verformbarkeit der beiden Stränge 2 und 3 an den Aus kopplungsenden, die Auskopplungsflächen 6 dem linienförmi gen Verlauf einer Schweißstelle oder mehrerer aufeinander folgender Schweißstellen nachzubilden, um bei entsprechen der Anordnung an dem zu schweißenden Werkstück über die ge samte Schweißfläche hinweg eine gleichzeitige Erwärmung vorzunehmen.The strands 2 and 3 of the optical waveguide bundle 1 are used to transmit laser radiation which is used for welding plastic parts. Thus, the free deformability of the two strands 2 and 3 at the coupling ends enables the coupling surfaces 6 to replicate the linear shape of a welding point or a plurality of successive welding points, in order to correspond to the arrangement on the workpiece to be welded across the entire welding surface undertake simultaneous heating.

Eingespeist wird die Laser-Energie an den Einkopplungsflä chen 5 der Flachstränge 2 und 3 der Lichtwellenleiter 4. Dazu sind gegenüber den Einkopplungsflächen 5 das Laser licht erzeugende Diodenbarren 8 mit den gegebenenfalls er forderlichen Linsen angeordnet, was alles zusammen in einer gemeinsamen Vorrichtung 9 untergebracht sein kann. Die Vor richtung 9 kann auch eine Scanneinrichtung umfassen, um das gesamte oder ein Teil des von den Diodenbarren erzeugten Laserlichtes, das mit optischen Hilfsmitteln punktförmig gebündelt ist über die linienförmigen Einkopplungsflächen 5 zu scannen. Dies kann für jede der beiden Einkopplungsflä chen 5 der zwei Stränge 2 und 3 für sich als auch für beide Einkopplungsflächen 5 insgesamt vorgesehen werden. Dies hängt davon ab, welche Lichtleistung man an den Auskopp lungsflächen 6 beider Stränge 2 und 3 benötigt, so kann die Energieanpassung entweder über eine Leistungsregelung und/oder über die Regelung der Scann-Geschwindigkeit vorge nommen werden.The laser energy is fed in to the coupling surfaces 5 of the flat strands 2 and 3 of the optical waveguides 4 . For this, the lasers are over the Einkopplungsflächen 5 light-generating diode bars 8 with the optionally he ford variable lenses arranged, all of which may be housed together in a common device. 9 The device 9 can also comprise a scanning device in order to scan all or part of the laser light generated by the diode bars, which is bundled point-wise with optical aids via the linear coupling surfaces 5 . This can be provided for each of the two coupling surfaces 5 of the two strands 2 and 3 for themselves and for both coupling surfaces 5 as a whole. This depends on what light output you need at the Auskopp treatment surfaces 6 of both strands 2 and 3 , so the energy adjustment can be done either via a power control and / or by regulating the scanning speed.

Grundsätzlich genügt es für den beabsichtigten Zweck, einen einlagigen Flachstrang 2 oder 3 der Lichtwellenleiter 4 als Lichtwellenleiterbündel 1 vorzusehen. Wie in der Zeichnung gezeigt, können auch zwei oder mehrere solcher Flachstränge 2, 3 aufeinanderliegend angeordnet werden. Dies bietet die Möglichkeit, am Auskopplungsende der Flachstränge 2, 3 die beiden vorhandenen Auskopplungsflächen 6 in Längsrichtung des Lichtwellenleiterbündels 1 gegeneinander zu versetzen, wie es in der Zeichnung wiedergegeben ist. Damit können zwei oder mehrere Schweißstellen von gegebenenfalls unter schiedlicher Konfiguration erreicht werden.In principle, it is sufficient for the intended purpose to provide a single-layer flat strand 2 or 3 of the optical fibers 4 as an optical fiber bundle 1 . As shown in the drawing, two or more such flat strands 2 , 3 can also be arranged one on top of the other. This offers the possibility of displacing the two existing coupling surfaces 6 against one another in the longitudinal direction of the optical fiber bundle 1 at the coupling end of the flat strands 2 , 3 , as is shown in the drawing. This allows two or more welding points to be achieved, possibly with different configurations.

Um die jeweilige Linienkonfiguration der Licht-Auskopp lungsflächen 6 zu fixieren, kann es ausreichen, das Mantel material der Lichtwellenleiter 4 plastisch verformbar aus zubilden. Zusätzlich dazu oder bei anderer Materialwahl können die Auskopplungsflächen durch rahmenartige Formstüc ke 7 fixiert werden, die den für die jeweilige Schweißstel le benötigten Linienverlauf vorgeben. Solche rahmenartige Formstücke 7 können auch an den Einkopplungsflächen 5 der Stränge 2 und 3 der Lichtwellenleiter 4 vorgesehen sein.In order to fix the respective line configuration of the light decoupling surfaces 6 , it may be sufficient to form the cladding material of the optical waveguide 4 from plastic deformation. In addition to this or in the case of a different choice of material, the coupling-out surfaces can be fixed by frame-like shaped pieces 7 which specify the line course required for the respective welding point. Such frame-like shaped pieces 7 can also be provided on the coupling surfaces 5 of the strands 2 and 3 of the optical waveguides 4 .

Claims

1. Optical waveguide for transmitting a laser radiation from at least one light source generating the laser light to a welding point on workpieces made of a correspondingly fusible material, the light source having a linear light exit, characterized by an optical waveguide bundle ( 1 ) comprising at least one strand ( 2 , 3 ) with a plurality or a plurality of optical waveguides ( 4 ), the two end ends of which each adjoin one another in a row and form a linear coupling surface ( 5 ) and a linear coupling surface ( 6 ), at least in the region of the coupling surface ( 6 ) the United bundle of optical fibers ( 4 ) to adapt the Li never the coupling surface ( 6 ) is deformable to the course of the weld.

2. Optical waveguide according to claim 1, characterized in that the order of the optical waveguide ( 4 ) of the strand ( 2 , 3 ) along the line of the coupling surface ( 5 ) is the same as that along the line of the coupling surface ( 6 ).

3. Optical waveguide according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one strand ( 2 , 3 ) forming the light wave lenleiterbündel ( 1 ) is a flat strand, in which the optical fibers ( 4 ) are arranged in a position next to each other.

4. Optical waveguide according to claim 3, characterized in that the optical waveguide bundle ( 1 ) consists of two or more ren single-layer flat strands ( 2 , 3 ) which are arranged flat on top of each other.

5. Optical waveguide according to claim 4, characterized in that the flat strands ( 2 , 3 ) of the optical waveguide bundle ( 1 ) are at least unequal in length at least at the coupling end and correspondingly set against one another in their longitudinal direction, coupling surfaces ( 6 ).

6. Optical waveguide according to one of claims 1 to 5, characterized in that the composite of the optical waveguide ( 4 ) is plastically deformable at least at the coupling end.

7. Optical waveguide according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ends of the optical waveguide ( 4 ) on or near the coupling surface ( 6 ) and / or on or near the coupling surface ( 5 ) by means of enclosing, frame-like shaped pieces ( 7 ) are fixed together according to the respective line.