Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Auf dem technischen Gebiet der Laserbearbeitung von Werkstücken sind Laserbearbeitungsmaschinen mit angesteuerten Laserbearbeitungsköpfen verbreitet. Die Laserbearbeitungsmaschinen umfassen eine Laserquelle zum Bereitstellen von Laserleistung, insbesondere zum Schneiden oder Schweißen von Werkstücken. Der Laserbearbeitungskopf umfasst gewöhnlich verschiedene Bauteile und Optiken, mit welchen ein gesteuerter Laserstrahl an Bearbeitungspositionen am Werkstück gezielt zugeführt wird. Bekannt sind gesteuerte Ablenkoptiken im Laserbearbeitungskopf, welche schnell verkippbar oder schwenkbar sind und den bearbeitenden Laserstrahl in zwei senkrechte Achsen auslenken, so dass beliebige zweidimensionale Schneidgeometrien oder Schweißgeometrien am Werkstück erzielt werden können. Bekannt sind ferner Sensoreinrichtungen am Laserbearbeitungskopf, welche die bearbeiteten Geometrien am Werkstück zur Qualitätskontrolle und für weitere Funktionen erfassen, etwa zum Regeln des Bearbeitungsvorgangs.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen Laserbearbeitungskopf und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bereitzustellen, mit welchem eine Vielzahl von Bearbeitungsmöglichkeiten von Werkstücken erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Laserbearbeitungskopf und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks nach den unabhängigen Patentansprüchen.

Vorgesehen ist ein Laserbearbeitungskopf zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, umfassend wenigstens eine Scanvorrichtung zum Ablenken des Laserstrahls und wenigstens einen Kollimator zum Kollimieren des Laserstrahls, wobei der wenigstens eine Kollimator im Betrieb entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls beweglich ist, womit ein Durchmesser D des am Werkstück auftreffenden Laserstrahls veränderbar ist.

Weiter ist vorgesehen ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls mit den Verfahrensschritten:

- Bereitstellen eines Laserbearbeitungskopfs umfassend wenigstens eine Scanvorrichtung zum Ablenken des Laserstrahls und wenigstens einen Kollimator zum Kollimieren des Laserstrahls;

- Verändern eines Durchmessers D des am Werkstück auftreffenden Laserstrahls durch Bewegen des Kollimators im Betrieb entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Hierbei kann bevorzugt an einem Startpunkt eines Bearbeitungsvorgangs ein Spotdurchmesser von einem Ausgangsdurchmesser auf einen beabsichtigten Bearbeitungsdurchmesser verkleinert wird. Alternativ oder gleichzeitig kann eine Leistung des Laserstrahls von einer Anfangsleistung auf eine zur Bearbeitung des Werkstücks beabsichtigte Bearbeitungsleistung erhöht wird. Ferner ist es denkbar, dass an einem Endpunkt eines Bearbeitungsvorgangs der Spotdurchmesser von dem zur Bearbeitung des Werkstücks vorgesehene Bearbeitungsdurchmesser auf einen vorgegebenen Ausfahrdurchmesser vergrößert wird. Alternativ oder gleichzeitig kann die zur Bearbeitung des Werkstücks vorgesehene Leistung des Laserstrahls von der Bearbeitungsleistung auf eine beabsichtigte Ausfahrleistung verringert wird.

Bei einem Beispiel der Erfindung weist die wenigstens eine Scanvorrichtung einen ersten Scannerspiegel zum Scannen des Laserstrahls in einer ersten Richtung auf dem Werkstück und einen zweiten Scannerspiegel zum Scannen des Laserstrahls in einer zweiten Richtung auf dem Werkstück auf. Der Begriff des Scannens mittels der Scanvorrichtung bedeutet hierbei das gesteuerte und gezielte Ablenken oder Auslenken des Laserstrahls aus der einstrahlenden Laserstrahlbahn. Unter der Scanvorrichtung wird hierbei insbesondere jede Apparatur verstanden, die dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl gesteuert abzulenken. Der bearbeitende Laserstrahl kann derart an beliebige veränderliche Positionen am Werkstück aufgebracht werden.

Bei einem Beispiel weist der Kollimator ein konvexes Linsensystem oder eine konvexe Linse auf. Linsensysteme sind konstruktiv besonders einfach ausbildbar und gleichzeitig in der Lage, den Laserstrahl effektiv zu formen. Das konvexe Linsensystem umfasst hierbei wenigstens eine konvexe Linse, optional auch weitere optische Linsen.

Bei einem weiteren Beispiel der Erfindung umfasst der Laserbearbeitungskopf wenigstens einen Umlenkspiegel in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls hinter der Scanvorrichtung, wenigstens ein Objektiv zum Fokussieren das Laserstrahls auf das Werkstück und ein Sensorsystem zum Erfassen von Strahlung vom bearbeiteten Werkstück. Der Umlenkspiegel lenkt den von der Scanvorrichtung ausgelenkten Laserstrahl im Laserbearbeitungskopf in Richtung des Werkstücks um, etwa in senkrechter Richtung. Das Objektiv fokussiert den Laserstrahl vom Umlenkspiegel in geeigneter Weise auf das Werkstück, bevorzugt in eine Fokusebene, welche bei einer Bearbeitungsposition am Werkstück liegt. Das Sensorsystem erfasst die Strahlung, Prozessstrahlung, die beim Bearbeiten des Werkstücks entsteht oder andere Strahlung und liefert Daten bezüglich des Bearbeitungsvorgangs am Werkstück, etwa zur Einschweißtiefe, zur Nahtlage der Schweißung oder zur Nahtgeometrie. Das Sensorsystem wird vorteilhaft verwendet zum Überwachen der Laserbearbeitung durch den Laserbearbeitungskopf und weiter liefert das Sensorsystem Daten zum Steuern und Regeln der Laserbearbeitung. Das Sensorsystem kann eine Kamera und/oder ein Interferometer umfassen. Die Kamera erfasst hierbei bevorzugt die Prozessstrahlung oder das Prozesslicht, welches bei der Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Material des Werkstücks entsteht. Das Interferometer erfasst bevorzugt Strahlung, welche vom Interferometer selbst ausgestrahlt wird und vom Werkstück reflektiert wird. Zu dem Zweck, Strahlung zum Sensorsystem zu leiten, ist ein Strahlteiler vorgesehen, welcher die Strahlung des Laserstrahls zum Werkstück hin durchlässt und die Strahlung vom Werkstück zum Sensorsystem hin ablenkt.

Bei einem weiteren Beispiel der Erfindung weist der Laserbearbeitungskopf eine drehbare Prozessdüse auf, welche ein Prozessmedium zuführt, zum Anpassen der Prozessdüse an eine Bewegungsrichtung des Laserstrahls entlang des Werkstücks.

Bei einem weiteren Beispiel liefert eine Laserquelle über ein Laserlichtkabel eine veränderliche Laserleistung an den Laserbearbeitungskopf. Die Laserquelle erzeugt gewöhnlich den Laserstrahl, welcher durch das Laserlichtkabel zum Laserbearbeitungskopf geleitet wird. Bei diesem Beispiel wird die Laserleistung an der Laserquelle gesteuert verändert, so dass der Laserstrahl unterschiedliche Intensitäten aufweist und das Werkstück mit entsprechend unterschiedlichen Energien beaufschlagt wird, welche das Bearbeitungsergebnis beeinflussen. Darüber hinaus können durch die Strahlbewegung des Laserstrahls in Kombination mit dem durch den bewegbaren Kollimator gesteuerten Durchmesser D auf dem Werkstück Intensitätsverteilungen der Laserstrahlung gezielt eingestellt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist beispielhaft beschrieben anhand der folgenden Figuren.

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfs mit einer Scanvorrichtung, einer über ein Laserlichtkabel verbundenen Laserquelle und eine Steuerungseinrichtung nach einem Beispiel der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Laserbearbeitungskopfs mit einem Verlauf eines Laserstrahls zu einem Werkstück nach einem Beispiel der Erfindung; Fig. 3 zeigt verschiedene Draufsichten von Geometrien von Spots eines Laserstrahls, welche mit einem Laserbearbeitungskopf nach einem Beispiel der Erfindung ausgeführt sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische äußere Ansicht eines Laserbearbeitungskopfs 10 nach einem Beispiel der Erfindung. Der Laserbearbeitungskopf 10 ist ein wesentliches Bauteil einer Laserbearbeitungsmaschine und ist von Robotern gesteuert. Der Laserbearbeitungskopf 10 umfasst einen Koppler 17, welcher mit einem Lichtleitkabel 16 verbunden ist zum Einkoppeln von Laserleistung von einer Laserquelle 15 in den Laserbearbeitungskopf 10. Die Laserquelle 15 kann unterschiedlich ausgeführt sein, etwa als Festkörper-Laserquelle, und erzeugt einen Laserstrahl 12. Der Laserbearbeitungskopf 10 und die Laserquelle 15 sind mit wenigstens einer Steuerungseinrichtung 50 signaltechnisch verbunden. Weiter umfasst der Laserbearbeitungskopf 10 eine Scanvorrichtung 22, welche verschiedene Optiken umfasst zum zweidimensionalen Ablenken des Laserstrahls 12 im Laserbearbeitungskopf 10, d.h. zum gleichzeitigen gesteuerten Ablenken des Laserstrahls in zwei räumliche Richtungen. Dieses zweidimensionale Ablenken oder Auslenken des Laserstrahls 12 wird als Wobbeln bezeichnet. Der Laserbearbeitungskopf 10 umfasst weiter ein mit der Scanvorrichtung 22 verbundenes Gehäuse 36, in welchem weitere optische Elemente angebracht sind. Die Scanvorrichtung 22 kann hierbei auch im Gehäuse 36 integriert sein. Der Laserstrahl 12 wird in das Gehäuse 36 des Laserbearbeitungskopfs 10 geleitet und zu einer Austrittsöffnung 48 umgelenkt. An der Austrittsöffnung 48 verlässt der Laserstrahl 12 den Laserbearbeitungskopf 10 im Betrieb. Bei diesem Beispiel umfasst der Laserbearbeitungskopf 10 ein Sensorsystem 40, welches mit der Scanvorrichtung 22 verbunden ist. Das Sensorsystem 40 umfasst eine Kamera und/oder ein Interferometer zum Erfassen von Signalen von einem zu bearbeitenden Werkstück 14. Die Kamera erfasst hierbei Prozessstrahlung vom Werkstück 14, welche durch den Laserbearbeitungskopf 10 der Kamera zugeführt wird. Die Kamera weist eine schmalbandige Beleuchtung auf zur wellenlängenselektiven und damit von der Prozessstrahlung oder Prozessleuchten unabhängigen, weil gut filterbaren, Aufnahme sowie zur Aufnahme von Bildern am Werkstück 14, die über einer nachfolgende Bildverarbeitung in der Steuerungseinrichtung 50 ausgewertet werden. Das Interferometer, welches alternativ oder zusätzlich vom Sensorsystem 40 umfasst ist, sendet gewöhnlich einen Laserstrahl niedriger Leistung durch den Laserbearbeitungskopf 10, welcher am Werkstück 14 reflektiert wird, durch den Laserbearbeitungskopf 10 zum Interferometer zurückreflektiert wird und mit einem Referenzstrahl interferiert. Insbesondere kann der Laserstrahl von niedriger Leistung koaxial zum Laserstrahl 12 von der Laserquelle 15 ausgerichtet sein. Alternativ zum Interferometer kann das Sensorsystem 40 einen Linienlaser umfassen. Bei dem Linienlaser erfolgt eine Abstandsbestimmung des Laserbearbeitungskopfs 10 zum Werkstück 14 zusammen mit der Kamera nach dem Triangulationsprinzip. In allen drei Fällen werden Daten bezüglich des Bearbeitungsvorgangs ermittelt, zur Steuerungseinrichtung 50 übertragen und weiterverarbeitet. Diese Daten umfassen etwa Daten zur Schweißnaht, zur Einschweißtiefe und/oder zur Schweißgeometrie.

Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht von Bauteilen des Laserbearbeitungskopfs 10 zum weiteren Erläutern der Funktionsweise. Der gestrichelt dargestellte divergente Laserstrahl 12 verlässt das im Schnitt dargestellte Lichtleitkabel 16 zu einem Kollimator 30, welcher im Laserbearbeitungskopf 10 angeordnet ist. Der Koppler 17 zum Verbinden und Einkoppeln des Laserstrahls 12 ist in Fig. 2 nicht gezeigt. Der Kollimator 30 ist bei diesem Beispiel eine konvexe Linse, welche am Ausgang der Linse, in Fig. 2 unterhalb des Kollimators 30, in Richtung des Verlaufs des Laserstrahls 12, einen nahezu parallelen Strahlengang des Laserstrahls 12 bereitstellt; der Strahlenverlauf oder die Propagation des Laserstrahls 12 wird geändert von divergent zu parallel zu konvergent. Der Kollimator 30 kann weitere Linsen umfassen, etwa ein konvexes Linsensystem bestehend aus mehreren konvexen Linsen. Nach dem Kollimator 30 wird der Laserstrahl 12 der Scanvorrichtung 22 zugeführt, welche in Fig. 2 schematisch als gestricheltes Rechteck dargestellt ist. Die Scanvorrichtung 22 umfasst einen ersten Scannerspiegel 24 und einen zweiten Scannerspiegel 26, von welchen der Laserstrahl 12 nacheinander reflektiert wird. Der erste Scannerspiegel 24 und der zweite Scannerspiegel 26 werden von der Steuerungseinrichtung 50 angesteuert, wobei der erste Scannerspiegel 24 den Laserstrahl 12 in einer ersten Achse auslenkt und der zweite Scannerspiegel 26 den Laserstrahl 2 gleichzeitig in einer zweiten Achse senkrecht zur ersten Achse auslenkt. Folglich wird der Laserstrahl 12 von der Scanvorrichtung 22 in zwei räumliche Dimensionen ausgelenkt. Der erste Scannerspiegel 24 und der zweite Scannerspiegel 26 werden gewöhnlich von schnellen Galvanometer-Scannern mit Motoren von der Steuerungseinrichtung 50 angetrieben. Die Scanvorrichtung 22 kann auch als 2D-Scanner bezeichnet werden. Nach der Scanvorrichtung 22 trifft der Laserstrahl 12 auf einen Umlenkspiegel 31 im Laserbearbeitungskopf 10, welcher den Laserstrahl 12 in Richtung eines Strahlteilers 38 umlenkt, hierbei in senkrechter Richtung. Der Umlenkspiegel 31 ist unbeweglich im Laserbearbeitungskopf 10 installiert. Der in Fig. 2 von oben auf den Strahlteiler 38 auftreffende Laserstrahl 12 passiert den Strahlteiler 38 im Wesentlichen ungehindert und wird zu einem Objektiv 42 geleitet, welches den Laserstrahl 12 auf das Werkstück 14 fokussiert. Die Brennebene oder Fokusebene des Laserstrahls 12 wird mittels des Objektivs 42 etwa zum Abstand zwischen einer Prozessdüse 46 und dem Werkstück 14 eingestellt. Hinter dem Objektiv 42 des Laserbearbeitungskopfs 10, in Richtung des Laserstrahls 12 betrachtet, ist ein Schutzglas 44 angeordnet welches die Optiken des Laserbearbeitungskopfs 10 vor äußeren Einflüssen und Abtragungen vom Werkstück 14 schützt. Der Laserstrahl 12 verlässt den Laserbearbeitungskopf 10 bei der Austrittsöffnung 48 und trifft auf das zu bearbeitende Werkstück 14. Die Prozessdüse 46 ist drehbar angeordnet, wobei der Drehwinkel der Prozessdüse 46 von der Steuerungseinrichtung 50 derart gesteuert wird, dass die Ausrichtung der Prozessdüse 46 den Auftreffpositionen des Laserstrahls 12 am Werkstück 14 entspricht. Die Drehung der Prozessdüse 46 bewirkt folglich, dass das Prozessmedium an den gleichen Positionen am Werkstück 14 auftrifft, zu denen der Laserstrahl 12 gelenkt wird. Der Laserstrahl 12 wird in Richtung seines Verlaufs entlang des Werkstücks 14 um einen Winkel a verschoben entsprechend der gesteuerten Auslenkung des ersten Scannerspiegels 24 und des zweiten Scannerspiegels 26. Gewöhnlich besteht im Betrieb eine Relativbewegung zwischen dem Laserbearbeitungskopf 10 und dem Werkstück 14. Das gesteuerte Verschwenken des ersten Scannerspiegels 24 und des zweiten Scannerspiegels 26 etwa um einen Winkel a führt bei der Relativbewegung dazu, dass die Bearbeitungspositionen sich entsprechend um einen Winkel a verschieben, eine Schweißnaht verläuft dann um den Winkel a ohne Verschwenken versetzt. Die Steuerungseinrichtung 50 kann beliebige Drehwinkel für die Scanvorrichtung 22 vorgeben und somit den Laserstrahl 12 beliebig am Werkstück 14 orientieren.

Aufgrund der beschriebenen gesteuerten Ablenkung des Laserstrahls 12 in der Scanvorrichtung 22 kann der Laserstrahl beliebige zweidimensionale Geometrien oder Formen am Werkstück 14 überstreichen, beispielsweise kurvige Schweißnähte erzeugen. Ein Prozessmedium, etwa Prozessgas, wird hierbei gezielt zugeführt mit der gesteuerten drehbaren Prozessdüse 46, welche dem in der Scanvorrichtung 22 abgelenkten Laserstrahl 12 folgt.

Das Sensorsystem 40, welches wenigstens eine Kamera umfasst, erfasst Strahlung vom bearbeiteten Werkstück 14, welche als Wechselwirkung des auf das Material des Werkstücks 14 auftreffenden Laserstrahls 12 entsteht. Alternativ umfasst das Sensorsystem 40 ein Interferometer, welches den vom Interferometer ausgestrahlten und vom Werkstück 14 reflektierten Laserstrahl niedriger Leistung empfängt. In beiden Fällen verläuft die Strahlung vom Werkstück 14 in Richtung des Strahlteilers 38, durch welchen die Strahlung transmittiert und in Richtung des Sensorsystems 40 reflektiert wird, in Fig, 2 etwa im rechten Winkel. Alternativ ist das Sensorsystem 40 beim Umlenkspiegel 31 angeordnet, wobei der Strahlteiler 38 obsolet wird. Die reflektierte Strahlung bzw. die Prozessstrahlung vom Werkstück 14 nimmt bei dieser Alternative den gleichen Pfad wie der Laserstrahl 12 ohne Strahlteilung. Die reflektierte Strahlung bzw. die Prozessstrahlung vom Werkstück 14 ist in Fig. 2 dargestellt mit gestrichelten Linien an einem zum Strahlteiler 38 gerichteten Pfeil und an einem zum Sensorsystem 40 gerichteten Pfeil. Das Sensorsystem 40 ist mit der Steuerungseinrichtung 50 signaltechnisch verbunden und empfängt und verarbeitet die Daten des Sensorsystems 40.

Der Kollimator 30 nahe am Eingang des Laserbearbeitungskopfs 10 hinter dem Lichtleitkabel 16 ist entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 12 beweglich, in Fig. 2 in senkrechter Richtung nach oben und unten. Die Steuerungseinrichtung 50 sendet Signale an einen Antrieb, einen Motor, am Kollimator 30, welcher den Kollimator 30 entsprechend bewegt. Aufgrund der Veränderung der Position des Kollimators 30 wird der Strahlenverlauf des auf den Kollimator 30 auftreffenden Laserstrahls 12 verändert in einer Weise, dass ein Durchmesser D des am Werkstück 14 auftreffenden Laserstrahls 12 verändert wird. Der Durchmesser D des Laserstrahls 12 am Werkstück 14 wird entsprechend gesteuert eingestellt. Hiermit wird neben der Ausdehnung des Wechselwirkungsbereichs auch der Energieeintrag des Laserstrahls 12 in das Werkstück 14 gesteuert.

Die beschriebene Kombination der Veränderung des Durchmessers D des Laserstrahls 12, des Strahldurchmessers, bei der Oberfläche des Werkstücks 14 mit dem zweidimensionalen Ausrichten des Laserstrahls 12 durch die Scanvorrichtung 22 ermöglicht flexiblere Anwendungen des Laserbearbeitungskopfs 10 bezüglich der Geometrien und dem Verlauf von Schweißnähten und höherfrequente Laserbearbeitungen.

Fig. 3 zeigt verschiedene Draufsichten von Geometrien von Spots oder Spuren des Laserstrahls 12 auf dem Werkstück 14, welche mit einem Laserbearbeitungskopf 10 nach einem Beispiel der Erfindung ausgeführt sind. Als Spot ist definiert ein Bereich eines auf das Werkstück 14 auftreffenden Laserstrahls 12 in einem Moment. Eine Aneinanderreihung von momentan aufgenommenen Spots ergibt einen Nahtverlauf bei einem Schweißvorgang. In der oberen Reihe nach Fig. 3 sind drei unterschiedliche Geometrien von Spots dargestellt, welche durch alleiniges Verändern der Laserleistung an der Laserquelle 15 durch die Steuerungseinrichtung 50 verursacht sind. Je größer die Laserleistung oder die Amplitude der Laserleistung eingestellt ist, desto größer ist die Ausdehnung a der Geometrie, wobei in Fig. 3 an der rechten Seite der oberen Reihe die Ausdehnung a am größten ist. Die Bearbeitungsrichtung durch den Laserbearbeitungskopf 10, die Relativbewegung des Laserbearbeitungskopfs 10 zum Werkstück 14, ist hierbei senkrecht zur Ausdehnung a, d.h. die Ausdehnung a bezeichnet die Breite der entstehenden Schweißnaht bei unterschiedlichen Laserleistungen. In der zweiten Reihe nach Fig. 3 sind drei Beispiele einer geänderten Orientierung des Laserstrahls 12 gezeigt. Die Ausdehnung a der Geometrie ist hierbei unverändert zur oberen Reihe, so dass sich die Ausdehnungen a in Fig. 3 spaltenweise entsprechen mit der kleinsten Ausdehnung a der Laserleistung in der Mitte. Die Scanvorrichtung 22 hat den Laserstrahl 12 bei allen drei Geometrien in der zweiten Reihe um denselben Winkel a ausgelenkt, so dass die Ausrichtung oder Orientierung des Laserstrahls 12 am Werkstück 14 um den Winkel a gegenüber der nicht ausgelenkten Scanvorrichtung 22 geändert ist. In der dritten Reihe nach Fig. 3 ist die Orientierung der Geometrie der Spots oder Spuren wie in der ersten Reihe ohne Drehung durch den ersten Scannerspiegel 24 und den zweiten Scannerspiegel 26 der Scanvorrichtung 22 und derselben Ausdehnung a entsprechend einer Amplitude einer Laserleistung an der Laserquelle 15 wie in den oberen beiden Reihen nach Fig. 3. Bei den drei Geometrien in der dritten und vierten Reihe ist der Kollimator 30 im Vergleich zu den beiden oberen Reihen gesteuert verfahren oder bewegt mit dem Effekt, dass der Durchmesser D der Spots vergrößert ist. Der Durchmesser D ist hierbei definiert als die Länge in Vorschubrichtung des Werkstücks 14 senkrecht zur Ausdehnung a. In der dritten Reihe sind drei gleiche Durchmesser D entsprechend einer Position der Scanvorrichtung 22 dargestellt mit drei unterschiedlichen Ausdehnungen a entsprechend drei unterschiedlichen Laserleistungen. In der vierten Reihe sind die gleichen Durchmesser D und die gleichen Ausdehnungen a der Geometrien gezeigt wie in der dritten Reihe, wobei die Orientierung der Geometrien geändert ist gegenüber den Geometrien der dritten Reihe entsprechend einer gesteuerten Ausrichtung des Laserstrahls 12 durch die Scanvorrichtung 22. Fig. 3 zeigt beispielhafte Geometrien, welche durch Kombination der Merkmale des Laserbearbeitungskopfs 10 erzielt werden. Die Geometrien nach Fig. 3 beziehen sich auf einzelne Spots und werden beliebig entlang von Schweißbahnen fortgeführt, wobei im Betrieb die Ausdehnung a und der Durchmesser D des Spots sowie die Orientierung mit dem Winkel a unabhängig voneinander einzeln oder gemeinsam änderbar sind entsprechend von programmierten Anweisungen in der Steuerungseinrichtung 50.

Der Laserbearbeitungskopf 10 und das Verfahren zum Bearbeiten des Werkstücks 14 ermöglichen durch Ändern der Laserleistung an der Laserquelle 15 und/oder durch Ändern des Durchmessers D des Spots des Laserstrahls 12 am Werkstück 14 durch Verfahren des Kollimators 30 ein Umschalten von Tiefschweißen zu Wärmeleitschweißen und umgekehrt während des Betriebs. Die Steuerungseinrichtung 50 kann den Spot des Laserstrahls 12 dynamisch einstellen mit oszillierenden Bewegungen des Spots bei einstellbarer Frequenz an der Scanvorrichtung 22, welche die Schwenkfrequenz des ersten Scanspiegels 24 und des zweiten Scanspiegels 26 bezeichnen. Die Ausbildung des Nahtverlaufs der Schweißbahn wird in der Steuerungseinrichtung 50 vom Bediener einer Laserbearbeitungsmaschine gewählt, der Nahtverlauf der Schweißnaht kann beispielsweise kreisförmig, schleifenförmig, c-förmig oder dreieck-förmig ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

Laserbearbeitungskopf Laserstrahl

Werkstück Laserquelle Lichtleitkabel

Koppler Scanvorrichtung erster Scannerspiegel zweiter Scannerspiegel Kollimator Umlenkspiegel

Gehäuse Strahlteiler Sensorsystem

Objektiv Schutzglas Prozessdüse Austrittsöffnung Steuerungseinrichtung