ES2935748T3 - Dispositivo y procedimiento para el procesamiento térmico - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un dispositivo y un método para el mecanizado térmico en una zona de mecanizado (1) sobre una superficie de pieza (2) por medio de un rayo láser (6) emitido por al menos una fuente de radiación (5). Al menos un elemento (10, 11, 12) está dispuesto en la trayectoria del rayo láser (6), entre al menos una fuente de radiación (5) y la zona de mecanizado (1) en la superficie de la pieza (2), sirviendo dicho elemento para modificar la intensidad del rayo láser (6) en la región de mecanizado (1) de manera localmente definida. Alternativamente o adicionalmente, la intensidad de al menos uno de los rayos láser (6) en la zona de mecanizado (1) puede modificarse de manera localmente definida, mediante un control definido de varias fuentes de radiación (5), (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para el procesamiento térmico
La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para el procesamiento térmico dentro de una zona de procesamiento en una superficie de pieza de trabajo mediante un rayo láser emitido por al menos una fuente de radiación.
La radiación láser se utiliza a menudo para el procesamiento de piezas de trabajo, por ejemplo, la soldadura, el corte o el revestimiento. En este caso, la energía aportada por la radiación láser produce el cambio deseado en el material. Sin embargo, muchos procedimientos tienen la desventaja de que la intensidad de la radiación láser, en particular la distribución local de la intensidad, se puede ajustar desde el exterior de una manera insuficiente y aproximada. La distribución de la intensidad sigue entonces usualmente una distribución gaussiana en el punto focal. El documento DE19944470A1, previsto como el estado más actual de la técnica, da a conocer un procedimiento y un dispositivo para la soldadura por rayo láser con un material adicional. El documento DE102014208435A1 se refiere a una disposición y un procedimiento para construir por capas una capa de revestimiento. Del documento DE102012207220A1 es conocido una formación de haces mediante un aparato formador de haces.
Por tanto, la presente invención tiene el objetivo de desarrollar un dispositivo y un procedimiento que permita de manera definida una influencia definida localmente en la intensidad de la radiación láser durante un procesamiento térmico de piezas de trabajo.
Según la invención, este objetivo se consigue mediante un dispositivo según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 14. En las reivindicaciones dependientes se describen configuraciones y variantes ventajosas.
Un dispositivo, que no representa una forma de realización de la invención, para el procesamiento térmico dentro de una zona de procesamiento en una superficie de la pieza de trabajo mediante un rayo láser emitido por al menos una fuente de radiación presenta en la trayectoria de rayos del rayo láser al menos un elemento dispuesto entre la al menos una fuente de radiación y la zona de procesamiento sobre la superficie de la pieza de trabajo. El al menos un elemento permite modificar de una manera definida localmente la intensidad del rayo láser dentro de la zona de procesamiento. Alternativa o adicionalmente, es posible una modificación definida localmente de la intensidad de al menos uno de los rayos láser dentro de la zona de procesamiento mediante un control definido de varias fuentes de radiación. Por tanto, dentro de la zona de procesamiento se puede conseguir una distribución definida localmente de la intensidad del rayo láser que incide sobre la superficie de la pieza de trabajo.
La distribución de la intensidad definida localmente, que se ha conseguido, en la superficie de la pieza de trabajo influye también en una distribución de la temperatura en la superficie de la pieza de trabajo o en el volumen de la pieza de trabajo y, por consiguiente, el procesamiento deseado de la superficie se puede controlar de una manera más específica. Dado que con este fin, la intensidad de uno o varios rayos láser se modifica en la trayectoria de rayos o una adaptación correspondiente de la intensidad alcanzable en la superficie de la pieza de trabajo se realiza mediante un control de las fuentes de radiación, esto se puede llevar a cabo tanto de una manera eficiente como con un pequeño gasto por concepto de equipamiento. En principio, se puede influir entonces desde el exterior o externamente en la intensidad de uno o preferentemente de dos o más de dos rayos láser, de modo que la intensidad deseada puede influir en la superficie de la pieza de trabajo en la distribución espacial deseada. Por zona de procesamiento se ha de entender aquí en particular la zona, en la que incide la radiación láser y que es procesada preferentemente al mismo tiempo por al menos dos rayos láser. En este caso, la distribución de la intensidad puede ser tanto no homogénea como homogénea en la zona de procesamiento o puede estar configurada de manera simétrica o asimétrica.
Puede estar previsto que los rayos láser, emitidos por varias fuentes de radiación, estén dirigidos como rayos láser individuales hacia la zona de procesamiento, de modo que sólo en la zona de procesamiento se consigue la distribución definida localmente de la intensidad para la configuración de un perfil de procesamiento deseado. Según la invención, en la zona de procesamiento se pueden conseguir también, por tanto, al menos dos, preferentemente al menos tres, en particular preferentemente al menos seis puntos focales mediante un número correspondiente de fuentes de radiación o una división correspondiente de un rayo láser individual, emitido por una única fuente de radiación, cuya distribución espacial refleja la distribución definida localmente de la intensidad de la radiación láser.
Las múltiples fuentes de radiación y/o los rayos láser están dispuestos preferentemente de forma anular para conseguir un campo de radiación lo más uniforme posible en la zona de procesamiento. Por una disposición anular se ha de entender aquí en particular cualquier disposición, en la que los puntos centrales de las fuentes de radiación y/o de los rayos láser están unidos mediante una línea cerrada sin dobleces. Se puede proporcionar así una disposición elíptica, en particular una disposición circular.
De una manera particularmente preferida, las múltiples fuentes de radiación y/o los rayos láser están dispuestos en al menos dos anillos para aumentar más la flexibilidad. Por lo general, los anillos están dispuestos concéntricamente, o sea, presentan un punto central común. En cada uno de los anillos puede estar dispuesto un número par o impar de fuentes de radiación o rayos láser. Puede estar previsto que las fuentes de radiación estén dispuestas de manera no uniforme alrededor de un eje de propagación central, en particular con un desplazamiento angular distinto por pares, de modo que se evitan retrorreflexiones hacia una de la fuentes de radiación. Varios rayos láser pueden estar dirigidos hacia la zona de procesamiento mediante un sistema óptico común, es decir, elementos ópticos conductores de haz y/o formadores de haz, aunque al menos uno de los rayos láser puede presentar también un sistema óptico propio que se diferencia de los demás rayos láser. Cada una de las fuentes de radiación está provista preferentemente de un elemento óptico conductor de haz y/o un elemento óptico formador de haz, posibles de ajustar de manera independiente entre sí, por lo que el elemento óptico respectivo puede influir en las propiedades de cada uno de los rayos láser, independientemente de los demás rayos láser.
Por lo general, el control selectivo permite controlar varias fuentes de radiación al mismo tiempo y de manera independiente entre sí de tal modo que se puede modificar la intensidad del rayo láser emitido en cada caso. Esto proporciona una pluralidad de posibilidades de procesamiento como resultado del control de fuentes de radiación individuales. Dicho control de varias fuentes de radiación se puede modificar también con el tiempo, de modo que con el paso del tiempo se pueden obtener distribuciones diferentes de la intensidad dentro de la zona de procesamiento. Así, por ejemplo, una intensidad elevada en dirección del movimiento de avance en la parte delantera se puede modificar de tal modo que en un momento posterior se puede conseguir una intensidad elevada cerca de la dirección del eje de avance o la dirección del movimiento de avance en la parte trasera. Asimismo, se puede implementar un movimiento circular o elíptico de una zona de intensidad elevada dentro de la zona de procesamiento.
Al menos uno de los rayos láser puede estar dirigido hacia la zona de procesamiento con una distancia focal, diferente a los demás rayos láser, para posibilitar ajustes adicionales de la distribución de la intensidad en la superficie de la pieza de trabajo.
Un elemento óptico refractivo o difractivo puede influir también en la distancia focal de uno de los rayos láser para poder ajustar fácilmente la distancia focal. Éste puede ser, por ejemplo, una lente o un soporte de cristal, en el que las microestructuras forman una rejilla óptica. Un elemento óptico refractivo o difractivo, asignado a la fuente de radiación que emite el rayo láser respectivo, puede influir en la distancia focal de cada uno de los rayos láser.
Alternativa o adicionalmente, al menos uno de los rayos láser puede estar dirigido hacia la zona de procesamiento con una potencia diferente a los demás rayos láser. Por tanto, el ajuste de la potencia en la fuente de radiación láser permite influir en la distribución de la intensidad sobre la superficie de la pieza de trabajo. Puede estar previsto también que al menos uno de los rayos láser presente una sección transversal de rayo diferente a los demás rayos láser para apoyar la formación de la distribución de la intensidad definida localmente, en particular en caso de una superposición del punto focal dentro de la zona de procesamiento.
Esto se consigue usualmente, porque un elemento óptico difractivo o refractivo, dispuesto en un ángulo diferente a 90° respecto al eje óptico (en otras palabras, situado de manera inclinada en la trayectoria de los rayos), o un diafragma influye en la forma, en particular la sección transversal del rayo, de al menos uno de los rayos láser. Con este fin se puede utilizar en particular un elemento óptico difractivo (DOE) dispuesto en un ángulo cualquiera, preferentemente de 90°, respecto al eje óptico en la trayectoria de los rayos.
Puede estar previsto que un elemento de ajuste electromecánico, preferentemente un motor o un actuador, mueva el al menos un elemento óptico difractivo o refractivo. Este movimiento es preferentemente un movimiento de rotación, o sea, un giro, una inclinación o un ladeo. No obstante, se puede ejecutar alternativa o adicionalmente también al menos un movimiento lineal mediante el elemento de ajuste electromecánico, por lo que el al menos un elemento óptico difractivo o refractivo se puede mover en tres grados de libertad de traslación y tres grados de libertad de rotación. Alternativa o adicionalmente, el elemento de ajuste electromecánico puede mover también la propia fuente de radiación respecto al elemento óptico difractivo o refractivo.
La distribución definida localmente de la intensidad del rayo láser incidente en la superficie de la pieza de trabajo o de los rayos láser incidentes es usualmente una distribución anular de la intensidad que se consigue preferentemente mediante una disposición anular de los rayos láser respecto a una dirección de propagación media de los rayos láser individuales entre la fuente de radiación y la zona de procesamiento.
Como fuente de radiación se ha de entender también una salida de la fibra conductora de luz, porque aquí se emite un rayo láser.
Puede estar previsto que al menos una fuente de radiación esté provista de una fibra conductora de luz, aunque varias fuentes de radiación están provistas usualmente de fibras conductoras de luz, es decir, a cada una de las fuentes de radiación está asignada una fibra conductora de luz o la fibra conductora de luz está dispuesta en esta fuente de radiación. Al menos dos de las fibras conductoras de luz están agrupadas preferentemente en un haz de fibras, en el que las fibras conductoras de luz están situadas preferentemente tan cerca una de la otra que se puede utilizar un sistema óptico de colimación para el haz de fibras. El diseño se simplifica con un único sistema óptico de colimación que puede estar configurado, por ejemplo, como sistema óptico de colimación común para todas las fibras. La utilización de las fibras conductoras de luz posibilita también un guiado más flexible de la radiación. Por último, una potencia de la radiación láser, aplicada en la zona de procesamiento, se puede incrementar fácilmente al añadirse fuentes de radiación adicionales, por ejemplo, módulos láser adicionales, al haz de fibras o al guiarse también los rayos láser adicionales emitidos a través del sistema óptico de colimación. Asimismo, es posible también que sólo una fuente de radiación o algunas de las fuentes de radiación se provean de una fibra conductora de luz y que las demás fuentes de radiación se operen sin fibras conductoras de luz.
En caso de utilizarse las fibras conductoras de luz, en particular las propias fuentes de radiación pueden estar orientadas de cualquier manera, si las fibras conductoras de luz están dispuestas de tal modo que en la superficie de la pieza de trabajo se consigue una distribución anular de la intensidad, por ejemplo, mediante una disposición anular de salidas de las fibras conductoras de luz o una influencia correspondiente en la radiación láser mediante elementos ópticos.
Varias fuentes de radiación se pueden controlar de manera independiente entre sí mediante resistencias eléctricas regulables o controlables, que están conectadas aguas arriba o en paralelo y están asignadas a las fuentes de radiación respectivas, o las fuentes de radiación se pueden operar individualmente con corrientes o tensiones eléctricas predefinidas. Además, una fuente de radiación respectiva se puede operar individualmente mediante una fuente de corriente controlable o regulable y se puede desconectar individualmente. Es posible también controlar las múltiples fuentes de radiación de manera independiente entre sí mediante circuitos de bypass eléctricos o electrónicos asignados a las fuentes de radiación respectivas. Esto permite un ajuste rápido y selectivo de las intensidades de los distintos rayos láser emitidos. Si varias fuentes de radiación se han unido para formar grupos de emisores, estos grupos de emisores se pueden ajustar también conjuntamente mediante una resistencia eléctrica ajustable y una corriente eléctrica resultante de lo anterior.
Según la invención está presente un número impar de fuentes de radiación y/o de rayos láser, si se utilizan varias fuentes de radiación o varios rayos láser, porque así se evita una retrorreflexión hacia una de las fuentes de radiación o un daño en la fuente de radiación. Alternativa o adicionalmente puede estar prevista también una disposición asimétrica de las fuentes de radiación y/o de los rayos láser.
Puede estar previsto utilizar varias fuentes de radiación que puedan emitir o emitan en cada caso un rayo láser. Al menos uno de los rayos láser presenta usualmente una polarización diferente a los demás rayos láser. De una manera particularmente preferida, la polarización de los rayos láser es diferente por pares en casa caso.
Alternativa o adicionalmente, en caso de varias fuentes de radiación, las fuentes de radiación opuestas una a la otra emiten según la invención rayos láser con una longitud de onda diferente para reducir el riesgo de daño mutuo y posibilitar tipos de procesamiento diferentes.
Al menos una de las fuentes de radiación puede presentar un filtro de longitud de onda que es transmisivo sólo para la longitud de onda del rayo láser que ha sido emitida por la fuente de radiación respectiva, es decir, es reflexivo en particular para otras longitudes de onda. De esta manera se puede evitar una entrada de radiación dispersa procedente de otras fuentes de radiación.
Por lo general, al menos una de las fuentes de radiación presenta un diodo óptico para evitar daños debido a la entrada de radiación dispersa o las retrorreflexiones. En caso de una radiación polarizada linealmente, el diodo óptico está construido usualmente a partir de un filtro de polarización y un polarizador circular, es decir, una placa X/4. No obstante, en vez del filtro de polarización (o de manera adicional al mismo) se puede utilizar también un divisor de haz polarizador, por ejemplo, un cubo divisor de haz polarizador.
En caso de una radiación polarizada circularmente, el diodo óptico presenta preferentemente un filtro de polarización y/o un divisor de haz polarizador para dividir la radiación polarizada circularmente en sus componentes polarizados linealmente y/o un rotador de Faraday, así como un filtro de polarización y/o un divisor de haz polarizador para unir los rayos individuales polarizados linealmente.
El filtro de longitud de onda y/o el diodo óptico pueden estar inclinados o ladeados respecto a una dirección de propagación de la fuente de radiación respectiva, provista del filtro de longitud de onda, para evitar una retrorreflexión hacia la fuente de radiación. De manera alternativa o adicional al filtro de longitud de onda y al diodo óptico se puede utilizar también un filtro de polarización para proteger la fuente de radiación.
Según la invención está presente un aparato para el suministro de material adicional a la zona de procesamiento y el al menos un rayo láser emitido está dirigido hacia la zona de procesamiento de tal modo que dentro de la zona de procesamiento hay una zona libre, no irradiada con el rayo láser o los rayos láser, que posibilita un suministro sin sombra. Con preferencia, el material adicional se suministra directamente a la zona libre. Esto permite procesar al mismo tiempo la pieza de trabajo mediante la radiación láser, ajustable respecto a su intensidad, y mediante el material adicional.
Las múltiples fuentes de radiación y/o los rayos láser están dispuestos ventajosamente de forma anular alrededor del aparato para el suministro de material adicional, de modo que es posible una aplicación uniforme de la radiación láser en el material adicional. Las fuentes de radiación y/o los rayos láser están dispuestos preferentemente en al menos dos anillos que son en particular preferentemente concéntricos. Puede estar previsto que el material adicional esté guiado a través del punto central de estos anillos concéntricos.
En caso de utilizarse varias fuentes de radiación, las mismas pueden estar dispuestas de tal modo que los rayos láser, emitidos por las fuentes de radiación, se cruzan en una única zona de intersección o un único punto de intersección. El material adicional se guía preferentemente también a través de esta zona de intersección, de modo que sólo en la zona de intersección, que puede estar situada, por ejemplo, en la zona de procesamiento, tiene lugar un calentamiento del material adicional, mientras que en zonas situadas por encima y por debajo de esta zona de intersección no tiene lugar un calentamiento.
Para la configuración de un campo de radiación anular del rayo láser, un axicón u otro elemento óptico, que transforma un rayo puntual en un rayo anular, puede estar dispuesto en la trayectoria de rayos de al menos un rayo láser. El elemento óptico puede ser una lente cónica especial o un prisma, una lente cónica o un cono hueco o puede estar provisto de superficies tóricas. El elemento óptico puede estar diseñado también como elemento difractivo, elemento refractivo o una estructura híbrida creada a partir del elemento difractivo y del elemento refractivo. Para formar la geometría del rayo y adaptar la distribución de la intensidad, el elemento óptico descrito o el axicón se puede combinar con otros axicones, lentes de colimación, lentes de enfoque u otros elementos ópticos. El aparato para el suministro del material adicional está dispuesto preferentemente en la zona libre, no irradiada con el rayo láser, del campo de radiación anular.
El elemento para influir localmente en la intensidad del rayo láser puede ser un polarizador, un par de polarizadores con eje de polarización diferente en cada caso, un filtro de color, un diafragma, una trampa de haz o un obturador (shutter). En la trayectoria de rayos de uno o varios rayos láser pueden estar dispuestas naturalmente también combinaciones de los componentes mencionados.
La fuente de radiación es usualmente un láser de diodo, un láser de fibras, un láser de cuerpo sólido, un láser de excímeros, un láser a base de CO2 u otro tipo de láser a base de gas. En caso de utilizarse varias fuentes de radiación se pueden utilizar también distintos tipos de láser combinados entre sí. La al menos una fuente de radiación se puede operar preferentemente en el modo de onda continua, en el modo de onda casi continua o en el modo pulsado. La fuente de radiación está configurada preferentemente como un láser de diodo, porque este tipo de láser presenta una forma constructiva compacta con la potencia deseada, estando presente preferentemente la fuente de radiación como pilas de láser de diodo, barras de láser de diodo o láser emisor único.
La fuente de radiación es preferentemente una fuente de radiación de láser de diodo que irradia directamente la superficie de la pieza de trabajo, sin acoplamiento de fibra, para obtener una intensidad lo más alta posible en la superficie de la pieza de trabajo.
Esta fuente de radiación de láser de diodo, que irradia directamente, puede estar diseñada de tal modo que varias fuentes de radiación individuales pueden estar dispuestas de forma anular alrededor del eje óptico, lo que crea un espacio libre a lo largo del eje óptico. Este espacio libre se puede utilizar para suministrar el material adicional o un gas. En el espacio libre puede estar situado alternativa o adicionalmente también un dispositivo para observar el proceso durante el procesamiento de la superficie en la zona de procesamiento.
Puede estar previsto que el rayo láser o, en particular en el caso de la fuente de radiación láser descrita antes, los rayos láser se enfoquen mediante una lente de enfoque o al menos un espejo en la zona de procesamiento. A tal efecto, el espejo puede ser semitransparente. Asimismo, varios espejos semitransparentes pueden estar dispuestos también uno detrás del otro para conseguir la distribución deseada de la intensidad.
Las fuentes de radiación individuales y/o los rayos láser están dispuestos usualmente en al menos dos sectores alrededor del eje óptico, pudiéndose repetir una estructura de la disposición en una relación angular regular o irregular.
Estos sectores pueden estar dispuestos también de tal modo que una dirección de propagación lenta de láser de diodo (identificada también como “slow axis”, eje lento) se diferencia entre al menos dos de los sectores, preferentemente entre todos los sectores. La fuente de radiación de láser de diodo está presente en particular
preferentemente en forma de una barra láser (conocida también como “laser stack”, pila de láser). Por lo general, las direcciones de propagación lentas de láser de diodo de las fuentes de radiación individuales de diodo de láser, que forman la barra láser, están orientadas de tal modo que discurren en paralelo a la dirección de propagación lenta de láser de diodo de toda la barra láser. La propia barra láser debería presentar menos de diez fuentes de radiación individuales de láser de diodo.
Puede estar previsto también que los rayos láser, emitidos por las fuentes de radiación individuales en los distintos sectores, se superpongan por multiplexación de longitud de onda, multiplexación de polarización o superposición de haz (multiplexación espacial).
La fuente de radiación o las fuentes de radiación y/o el al menos un elemento están dispuestos preferentemente dentro de una carcasa. La carcasa puede estar hecha de metal, pero se puede utilizar también una carcasa de plástico. Por lo general, todos los componentes, necesarios para emitir o influir en el rayo láser o los rayos láser, están dispuestos dentro de la carcasa.
Un procedimiento según la invención se da a conocer en la reivindicación 14.
Puede estar previsto que los rayos láser, emitidos por varias fuentes de radiación, se dirijan como rayos láser individuales hacia la zona de procesamiento y que al menos uno de los rayos láser presente una distancia focal que es diferente a los demás rayos láser y que se ajusta mediante un elemento óptico refractivo o difractivo, dispuesto en la trayectoria de rayos de este rayo láser y desplazable a lo largo de la trayectoria de rayos. La posibilidad de desplazamiento permite una adaptación fácil y rápida de la distancia focal y, por tanto, también de la densidad de potencia en la zona de procesamiento.
Alternativa o adicionalmente, al menos uno de los rayos láser se puede configurar con una sección transversal de rayo de forma diferente a los demás rayos láser mediante un elemento óptico difractivo o refractivo, dispuesto en un ángulo diferente a 90° respecto al eje óptico, y/o mediante un diafragma. El elemento óptico difractivo o refractivo se puede girar también alrededor de un eje de giro perpendicular al eje óptico para modificar así la forma de la sección transversal de rayo del rayo láser.
La potencia de al menos uno de los rayos láser emitidos por las fuentes de radiación se puede modificar ventajosamente a fin de poder conseguir distintas intensidades dentro de la zona de procesamiento. Con preferencia, varios de los rayos láser se modifican respecto a su potencia o se desconectan sucesiva o simultáneamente.
Una temperatura de la zona de procesamiento se puede monitorizar mediante un sistema medidor de temperatura que comprende preferentemente un sensor óptico de infrarrojos, un sensor pirométrico y/o un sensor termográfico y/o que está configurado como sistema termográfico por imágenes. Por lo general, la intensidad del rayo láser o de los rayos láser se regula mediante una unidad de control con ayuda de los valores de medición del sistema medidor de temperatura. De esta manera se consigue siempre un perfil de temperatura deseado en la zona de procesamiento.
El procedimiento descrito se puede ejecutar con el dispositivo descrito, o sea, el dispositivo está diseñado para ejecutar el procedimiento.
El procedimiento descrito y el dispositivo descrito se pueden utilizar para la fabricación aditiva, el corte, la soldadura directa, la soldadura indirecta, el endurecimiento, la estructuración superficial, la modificación de las propiedades del material y/o el revestimiento.
Ejemplos de realización de la invención están representados en los dibujos y se explican a continuación por medio de las figuras 1 a 29.
Muestran:
Fig.1 una vista esquemática lateral de un dispositivo para el procesamiento térmico que no representa una forma de realización de la invención;
Fig. 2 una vista correspondiente a la figura 1 con varias fuentes de radiación controlables de manera separada entre sí;
Fig. 3 una vista correspondiente a la figura 2 con un elemento para ajustar la distancia focal en una trayectoria de rayos;
Fig. 4 dos rayos láser con secciones transversales de rayo de forma diferente;
Fig. 5 una vista correspondiente a la figura 3 con un elemento óptico para influir en la sección transversal de rayo;
Fig. 6 una vista, correspondiente a la figura 1, del dispositivo con dispositivo adicional para el suministro de material adicional;
Fig. 7 una vista lateral de la fuente de radiación láser y del rayo láser emitido;
Fig. 8 una vista, correspondiente a la figura 4, de varios rayos láser emitidos por fuentes de radiación dispuestas de forma anular;
Fig. 9 una vista correspondiente a la figura 8 con rayos láser individuales suprimidos;
Fig. 10 una vista, correspondiente a la figura 9, de los rayos láser superpuestos en el plano focal;
Fig. 11 una estructura esquemática de las fuentes de radiación láser dispuestas de forma anular;
Fig. 12 una vista correspondiente a la figura 7 con dos axicones;
Fig. 13 una vista, correspondiente a la figura 8, del rayo láser con dos diafragmas;
Fig. 14 una representación, correspondiente a la figura 9, del campo de radiación obtenido mediante la disposición mostrada en la figura 13;
Fig. 15 una representación, correspondiente a la figura 10, del rayo láser mostrado en la figura 14 en el plano focal;
Fig. 16 una vista correspondiente a la figura 7 con varias fibras;
Fig. 17 una vista, correspondiente a la figura 8, de rayos láser que discurren de forma anular;
Fig. 18 una vista correspondiente a la figura 17 con rayos láser que se solapan parcialmente;
Fig. 19 una vista correspondiente a la figura 18 con rayos láser suprimidos parcialmente;
Fig. 20 una vista, correspondiente a la figura 10, de rayos láser superpuestos en el plano focal;
Fig. 21 una representación lateral esquemática, correspondiente a la figura 1, del dispositivo con carcasa y sistema medidor de temperatura;
Fig. 22 una representación lateral esquemática que corresponde a la figura 1 y en la que cada una de las fuentes de radiación presenta una lente individual en la trayectoria de rayos de la radiación láser emitida;
Fig. 23 una representación esquemática de un robot industrial con cabezal láser;
Fig. 24 una representación esquemática de un haz de fibras con sistema óptico de colimación común;
Fig. 25 una representación esquemática de fuentes de radiación con longitud de onda diferente;
Fig. 26 una representación esquemática de fuentes de radiación que emiten radiación láser con una polarización diferente;
Fig. 27 una vista en planta de una disposición de fuentes de radiación o rayos láser distribuidos de manera no uniforme;
Fig. 28 una vista, correspondiente a la figura 27, de fuentes de radiación o rayos láser dispuestos en varios círculos no concéntricos; y
Fig. 29 una vista, correspondiente a la figura 27, de fuentes de radiación o rayos láser dispuestos respectivamente en círculos de diámetros diferentes.
La figura 1 muestra en una vista lateral esquemática una fuente de radiación 5 que emite un rayo láser 6 hacia una zona de procesamiento 1 situada en una superficie de pieza de trabajo 2. En el ejemplo de realización representado, el rayo láser 6 está enfocado hacia la superficie de pieza de trabajo 2 al abandonar la fuente de radiación 5, o sea, no necesita otros elementos ópticos dispuestos en la trayectoria de rayos por fuera de la fuente de radiación 5. Para ajustar una intensidad del rayo láser 6, un filtro óptico 12, ajustable respecto a su efecto de filtrado, se encuentra en su trayectoria de rayo como elemento reductor de la intensidad. No obstante, en otros ejemplos de realización, en vez del filtro óptico 12 o de manera adicional al mismo, puede estar dispuesto también un polarizador, un par de polarizadores con eje de polarización diferente en cada caso, un diafragma, una trampa de haz, que sombrea, por lo general, parcialmente el rayo láser 6, o un obturador preferentemente rotatorio. El dispositivo mostrado se puede utilizar para separar, soldar o modificar propiedades del material mediante radiación láser.
En la figura 2 está representada en una vista lateral, correspondiente a la figura 1, una estructura, en la que se utilizan dos fuentes de radiación 5 que emiten en cada caso un rayo láser individual 6. Las características recurrentes están identificadas en esta figura, así como en las figuras siguientes con números de referencia idénticos. Los rayos láser 6 inciden como rayos láser 6 individuales en ángulos distintos en la zona de procesamiento sobre la superficie de pieza de trabajo 2. Sin embargo, ambos están orientados de tal modo que el punto focal queda situado respectivamente en la superficie de pieza de trabajo 2. Es decir, que ambos rayos láser 6 se encuentran o se superponen sólo en el punto focal. Las dos fuentes de radiación 5 se pueden controlar en cada caso de manera separada e independiente una de la otra mediante una respectiva unidad de control 14. Sin embargo, se puede utilizar también sólo una única unidad de control 14 para el control separado de las fuentes de radiación 5. Esto se lleva a cabo en el ejemplo de realización representado mediante resistencias eléctricas variables que permiten corrientes o tensiones eléctricas de magnitud diferente para las fuentes de radiación 5 y que se controlan o regulan asimismo mediante la unidad de control 14. En correspondencia con la corriente o la tensión eléctrica suministrada varía también la potencia de salida del respectivo rayo láser 6. Mediante la superposición de los rayos láser 6 en la superficie de pieza de trabajo 2 se puede conseguir en la zona de procesamiento 1 una distribución definida localmente de la intensidad que da como resultado también una distribución correspondientemente similar de la temperatura y que se puede ajustar entonces a los requisitos del procesamiento deseado del material en cada caso. Por tanto, se puede conseguir una distribución ventajosa de la temperatura respecto a la dirección del eje de avance.
Si se utilizan y se controlan separadamente varias fuentes de radiación 5, una de las fuentes de radiación 5 puede emitir en un momento dado un rayo láser 6 con la mayor potencia posible o puede no emitir un rayo láser.
Esto se puede conseguir con un bypass de corriente, un ajuste correspondiente de la resistencia o fuentes de corriente eléctrica controladas.
En la figura 3 se muestra nuevamente en una vista correspondiente a la figura 2 una combinación de varias fuentes de radiación 5, en las que un elemento 13 para el ajuste de la distancia focal está dispuesto al menos en la trayectoria de rayos de una de las fuentes de radiación 5. Este elemento 13 es una lente biconvexa en el ejemplo de realización representado. Sin embargo, se puede utilizar también otro elemento óptico difractivo o refractivo. Además, uno de los rayos láser 6 no está enfocado ahora hacia la superficie de pieza de trabajo 2, sino que el plano focal está dispuesto en el volumen de la pieza de trabajo. En otros ejemplos de realización, el plano focal de al menos uno de los rayos láser 6 puede estar dispuesto también por encima de la superficie de pieza de trabajo 2 o por debajo de una pieza de trabajo.
La figura 4 muestra la sección transversal de rayo de dos rayos láser 6 en un plano de corte por encima de la superficie de pieza de trabajo 2, por ejemplo, el plano de corte A trazado en la figura 3. Los dos rayos láser 6 están enfocados hacia la superficie de pieza de trabajo 2 y se superponen sólo en la zona de procesamiento 1. Una forma de las secciones transversales de rayo de los rayos láser 6 es diferente para obtener una distribución de la intensidad, elongada espacialmente en este caso, en la superficie de pieza de trabajo 2 dentro de la zona de procesamiento 1. Mientras que una de las secciones transversales de rayo es redonda, la otra es elíptica. Sin embargo, en otros ejemplos de realización se pueden utilizar también otras formas geométricas.
Según la representación de la figura 5 se puede influir en la forma de la sección transversal de rayo de al menos uno de los rayos láser 6 mediante un elemento óptico 13 dispuesto en la trayectoria de rayos en un ángulo a que presenta un ángulo diferente a 90° respecto al eje óptico de la fuente de radiación 5. A tal efecto, el elemento óptico 13 puede girar alrededor de un eje de rotación, orientado en perpendicular al eje óptico, en la trayectoria de rayos, de modo que es posible ajustar distintas secciones transversales de rayo. El giro, la inclinación o el ladeo del elemento óptico 13 se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante la unidad de control 14 y un elemento de ajuste electromecánico, tal como un motor o un actuador, preferentemente un actuador piezoeléctrico.
El ejemplo de realización de la figura 6 muestra un dispositivo para el procesamiento térmico, en el que los rayos láser 6 no inciden en perpendicular sobre la superficie de pieza de trabajo 2, pero un aparato 4 para el suministro de material adicional 3 a la zona de procesamiento 1 está previsto entre las trayectorias de rayos de los rayos láser 6. El material adicional 3 y los rayos láser 6 coinciden sólo en la zona de procesamiento 1 y se guían hasta aquí de manera separada. Por lo general, las fuentes de radiación 5 están dispuestas de forma anular alrededor del aparato 4 para el suministro de material adicional 3. Asimismo, puede estar prevista una disposición de las fuentes de radiación 5 en varios anillos concéntricos, en los que el aparato 4 para el suministro de material adicional 3 está situado en el centro de los anillos concéntricos. En otros ejemplos de realización se puede utilizar también una disposición anular sin el aparato 4 para el suministro de material adicional 3.
En el ejemplo de realización mostrado, todas las fuentes de radiación 5 presentan una potencia de salida de láser ajustable de 200 W como máximo, pero en otros ejemplos de realización se puede utilizar también otra potencia de salida de láser máxima o se pueden utilizar fuentes de radiación 5 con una potencia de salida de láser fija, o sea, sin posibilidad de un ajuste. Es posible asimismo que al menos una de las fuentes de radiación 5 utilizadas presente una potencia de salida de láser diferente a las demás fuentes de radiación 5. Fuentes de radiación 5 diferentes pueden emitir rayos láser 6 con longitudes de onda diferentes, es decir, que al menos una de las fuentes de radiación 5 emite una longitud de onda distinta a las demás fuentes de radiación 5. Además, las fuentes de radiación 5 individuales pueden ser láseres de tipos diferentes, por ejemplo, láseres de diodo, láseres de cuerpo sólido, láseres de excímeros, láseres de gas, láseres de fibras u otros tipos de láseres.
En el ejemplo de realización representado, el material adicional 3 se aplica en perpendicular sobre la superficie de pieza de trabajo 2 o la zona de procesamiento 1, mientras que los rayos láser 6 inciden respectivamente en un ángulo diferente a 90° sobre la zona de procesamiento 1. El material adicional 3 está presente aquí usualmente en forma de polvo, pero se pueden utilizar también suspensiones con un líquido o un alambre o una banda.
La figura 7 muestra una vista lateral de fuentes de radiación 5 dispuestas una al lado de la otra, así como de los rayos láser emitidos 6. Al menos uno de los rayos láser 6 está guiado a partir de la fuente de radiación 5 mediante un obturador 12' que se abre y se cierra alternativamente. En otros ejemplos de realización se puede utilizar también, en vez del obturador 12 ', un diafragma o una trampa de haz.
La figura 8 muestra un corte a lo largo del plano de corte A en la figura 7. Los rayos láser 6 se solapan parcialmente entre sí y están dispuestos de forma anular. Según la invención, el material adicional 3 se suministra también a una zona 7 que no entra en contacto con la radiación láser y que se encuentra en el centro dentro de los rayos láser 6.
El número de rayos láser 6, así como el número de fuentes de radiación 5 son impares según la invención, resultando menos probable cualquier daño en las fuentes de radiación 5 individuales a causa de las retrorreflexiones.
La figura 9 muestra un corte, correspondiente a la figura 8, a lo largo del plano de corte B en la figura 7. En este caso, una parte de los rayos láser 6 se ha suprimido mediante el o los obturadores 12. Todos los rayos láser 6 se solapan sólo en el plano de corte C de la figura 7, es decir, el plano focal, como muestra la figura 10. Al suprimirse los rayos láser 6 individuales se consigue una distribución definida, adaptada localmente, de la intensidad de la radiación láser en el plano focal, así como en la zona de procesamiento 1. Según la invención se consigue una distribución asimétrica de la intensidad de la radiación láser.
La figura 11 muestra en una vista en planta las fuentes de radiación 5 que están dispuestas de forma circular o anular y en cuyo centro está situado el aparato 4 para el suministro de material adicional 3. En el ejemplo de realización representado, las fuentes de radiación 5 son láseres de diodo, pero pueden ser también láseres de cuerpo sólido o láseres de otro tipo. Es posible asimismo que sólo una parte de las fuentes de radiación 5 esté configurada como láser de diodo, mientras que las demás fuentes de radiación 5 son láseres de otro tipo, por ejemplo, láseres de cuerpo sólido. En principio, es posible cualquier combinación de láseres de diferente tipo. Los láseres de diodo, mostrados en la figura 11 y utilizados como fuentes de radiación 5, irradian directamente la superficie de pieza de trabajo 2 sin acoplamiento de fibras. En vez del aparato 4 para el suministro de material adicional 3 o de manera adicional al mismo es posible que una cámara u otro dispositivo de visualización para observar el proceso ejecutado esté situado también centralmente entre las fuentes de radiación 5.
En el ejemplo de realización mostrado en la figura 11, las fuentes de radiación 5 están dispuestas de forma anular en sectores, diferenciándose una dirección de un eje lento, o sea, una dirección de propagación lenta de láser de diodo, en un primer sector de la dirección del eje lento en un segundo sector. Además, los rayos láser emitidos por las fuentes de radiación individuales en los distintos sectores se superponen entre sí mediante multiplexación de longitud de onda, multiplexación de polarización o superposición de haz.
En otros ejemplos de realización, las fuentes de radiación 5 pueden estar presentes también como barras láser. En la figura 12 se muestra una vista lateral, correspondiente a la figura 7, de otro ejemplo de realización de una trayectoria de rayos de la radiación láser. La fuente de radiación 5 emite un rayo láser individual 6.1 que incide en un primer axicón 8 y se transforma en un rayo láser anular 6.2 con una zona 7 sin radiación en el interior. El rayo láser 6.2 varía respecto a la forma y la superficie de la sección transversal de rayo mediante un segundo axicón 8 y un diafragma 9 dispuesto a continuación. El diafragma 9 puede estar configurado también de manera giratoria. Como en el corte a lo largo del plano de corte A de la figura 12, que se muestra en la figura 13, se puede influir en la distribución espacial de la radiación láser en la trayectoria de rayos mediante otros diafragmas 10 y 11.
Es posible también configurar un rayo láser 6 anular y suprimir zonas individuales del mismo mediante los diafragmas 10 y 11. En el centro del rayo láser anular 6.2 se puede guiar entonces el material adicional 3, como se muestra en la figura 14.
La figura 15 muestra a su vez que el rayo láser 6.2, influido por el axicón 8, converge sólo en el plano focal y se vuelve a ensanchar a continuación.
En la figura 16 se muestra otro ejemplo de realización, en el que la radiación láser se guía a través de varias fibras 15. Las fibras 15 están dispuestas de forma anular y en el centro entre las fibras se encuentra la zona 7, a la que no llega la radiación láser.
Una sección transversal a lo largo del plano de corte A en la figura 16 se puede observar de manera correspondiente en la figura 17. En este caso, los rayos láser 6 no se superponen. La figura 18 muestra cómo los rayos láser 6 se solapan entre sí al aproximarse más al plano focal. El patrón de las secciones transversales de rayo, mostrado en esta figura, se obtiene en el plano de corte B de la figura 16.
En otros ejemplos de realización y también en el ejemplo de realización mostrado en la figura 16, fibras individuales se pueden bloquear también completamente mediante diafragmas u otros elementos de bloqueo o aniquilación de rayos, de modo que se crea el patrón de las secciones transversales de rayo mostrado en la figura 19. En la figura 20 se muestra a su vez que los rayos láser 6 se superponen completamente sólo en el plano focal que corresponde al plano de corte C en la figura 16.
La figura 21 muestra en una vista lateral esquemática un ejemplo de realización de la invención, en el que dos fuentes de radiación láser 5 están dispuestas junto con la unidad de control 14 y un sistema medidor de temperatura 16 en una carcasa 17 por encima de la zona de procesamiento 1. La carcasa 17 presenta un orificio, a través del que los rayos láser 6 inciden en la zona de procesamiento 1. Una distribución de la temperatura en la
zona de procesamiento 1 se monitoriza mediante el sistema medidor de temperatura 16. El sistema medidor de temperatura 16 está configurado al respecto como sensor de infrarrojos de medición bidimensional que transmite sus valores de medición a la unidad de control 14 por medio de un cable 22.
La intensidad de las fuentes de radiación 5 se controla o se regula mediante el ordenador 14 por medio de otros cables 22, de modo que el perfil de temperatura requerido está presente siempre en la zona de procesamiento. En otras formas de realización pueden estar dispuestos también en la carcasa 17 otros componentes o grupos constructivos necesarios para el funcionamiento de las fuentes de radiación 5 o para influir en las propiedades ópticas de los rayos láser 6. Es posible además que la unidad de control 14 controle también elementos ópticos individuales 10, 11, 12 o lentes 13, que se hayan dispuesto en la trayectoria de rayos de los rayos láser 6, a fin de influir en la intensidad de los rayos láser 6 en la zona de procesamiento 1.
En la figura 22 se muestra un ejemplo de realización, en el que un elemento 13 en forma de una lente convexa está dispuesto en la trayectoria de rayos de cada uno de los rayos láser 6. En este ejemplo de realización está dispuesta a continuación de cada fuente de radiación 5 una fibra conductora de luz 18, a través de la que la radiación láser emitida llega al elemento óptico 13 y se enfoca desde aquí hacia la zona de procesamiento 1. Cada uno de los elementos ópticos 13 se puede ajustar individualmente, es decir, en particular de manera independiente de otros elementos ópticos, por ejemplo, se puede desplazar en tres ejes de traslación y/o girar alrededor de tres ejes de rotación. Aunque en la figura 22 está representado sólo un elemento óptico individual 13, tal elemento óptico individual 13 puede presentar varios componentes, por ejemplo, una combinación de al menos un colimador y al menos una lente de enfoque para manipular y formar el punto láser, de modo que se puede ajustar cualquier forma del punto láser, tal como una línea o una elipse, en particular un círculo. Esto posibilita una flexibilidad máxima con aberraciones mínimas. Asimismo, los elementos ópticos 13 de las fuentes de radiación 5 individuales pueden tener un diseño idéntico o pueden ser distintos al menos una vez por pares. Según la representación de la figura 24, al menos dos de las fibras conductoras de luz 18 pueden estar agrupadas también como fibras de transporte conductoras de luz en un haz de fibras que presenta una lente de colimación 13 común como sistema óptico de colimación. A tal efecto, las fibras conductoras de luz están apoyadas, por lo general, directamente una contra la otra, o sea, están en contacto directo. Entre las fibras conductoras de luz 18 puede estar prevista alternativamente una distancia que corresponde al diámetro de fibra máximo de una de las fibras conductoras de luz 18. Una disposición de las fibras puede estar configurada aquí de tal modo que alrededor de una fibra conductora de luz 18 central están agrupadas en total otras seis fibras conductoras de luz 18. Alternativamente, el espacio de las fibras conductoras de luz 18 centrales puede quedar también libre.
La utilización de haces de fibras permite escalar fácilmente la potencia láser aplicada en la zona de procesamiento 1. Si como fuentes de radiación 5 están previstos, por ejemplo, seis módulos, cuya radiación láser emitida se guía a través de un haz de fibras, la potencia se puede escalar mediante el montaje de otros seis módulos láser y otro haz de fibras.
En la figura 23 está representado un robot industrial 26, es decir, un robot, cuyo brazo portante presenta seis grados de libertad. Una fuente de corriente 19 abastece a la fuente de radiación 5 que está montada en el brazo portante y que emite radiación láser. La radiación láser emitida se guía hacia el cabezal láser 20 mediante un haz de fibras conductoras de luz 18. Un cabezal intercambiable 21 está montado en el cabezal láser 20 mediante un cierre de bayoneta. El cabezal intercambiable 21 contiene componentes ópticos para ajustar la distancia focal o la intensidad de la radiación láser o, de manera más general, un sistema óptico formador de haz, y se puede intercambiar en caso necesario, creándose así un sistema flexible. Mediante la utilización de las fibras conductoras de luz 18 se puede conseguir tanto una disposición contigua espacialmente como una disposición separada espacialmente de la fuente de radiación 5 y del sistema óptico formador de haz dentro o fuera de la carcasa 17.
La disposición de las fibras conductoras de luz 18 en el haz de fibras permite un aumento de la potencia y simultáneamente una adaptación de un diámetro de punto focal o diámetro de foco. Un sistema electrónico de potencia para el control adaptivo de fuentes de radiación individuales 5 puede estar dispuesto tanto en la fuente de corriente 19 como en el cabezal láser 20.
En la figura 25 se muestra nuevamente en una vista lateral esquemática una realización de la invención, en la que las fuentes de radiación 5 emiten rayos láser 6 con longitudes de onda diferentes. Las fuentes de radiación 5 representadas están situadas de manera opuesta entre sí y están provistas respectivamente de un filtro de longitud de onda 23 que transmite sólo para la longitud de onda de la radiación láser emitida por la respectiva fuente de radiación 5 y que, sin embargo, refleja o absorbe otras longitudes de onda para conseguir así una protección contra retrorreflexiones a partir de la superficie de pieza de trabajo 2. Por tanto, los filtros de longitud de onda representados tienen propiedades diferentes, porque cada uno de estos filtros de longitud de onda es sensible generalmente a otra longitud de onda.
En el ejemplo de realización representado en la figura 26, las fuentes de radiación 5 emiten en cada caso una radiación láser 6 polarizada linealmente o una radiación láser no polarizada que atraviesa un polarizador antes
de incidir en la superficie de pieza de trabajo 2. A fin de evitar el retrorreflejo se ha previsto un diodo óptico formado por un filtro de polarización 24 y un polarizador circular 25 entre cada una de las fuentes de radiación 5 y la superficie de pieza de trabajo 2. Los diodos ópticos pueden ser idénticos respectivamente, pero al menos uno de los diodos ópticos puede tener también un diseño distinto a los demás diodos ópticos.
En caso de utilizarse una radiación láser 6 polarizada circularmente, el diodo óptico presenta, por lo general, el filtro de polarización 24 para dividir la radiación láser 6 polarizada circularmente en sus componentes polarizados linealmente y un rotador de Faraday y un filtro de polarización 24 para unir los componentes polarizados linealmente.
La figura 27 muestra una vista en planta de una disposición de varias fuentes de radiación 5, por ejemplo, módulos láser o salidas de las fibras conductoras de luz 18 o varios rayos láser 6 distribuidos de manera no uniforme en un círculo. Las fuentes de radiación 5 o los rayos láser 6 están dispuestos en un círculo, un único círculo, pero no están separados de manera uniforme en el diámetro del círculo, sino que están dispuestos respectivamente con un desplazamiento angular, de modo que ninguna de las fuentes de radiación 5 o ninguno de los rayos láser 6 queda opuesto exactamente a otra fuente de radiación 5 o a otro rayo láser 6.
En la figura 28 se representa en una vista de las múltiples fuentes de radiación 5 o de los rayos láser 6, que corresponde a la figura 27, una disposición, en la que las fuentes de radiación 5 o los rayos láser 6 están distribuidos en total en tres círculos no concéntricos. Dos de las fuentes de radiación 5 o de los rayos láser 6 están dispuestos en este caso en un círculo.
En la figura 29 está representada en una vista correspondiente a la figura 27 una disposición correspondiente de cinco fuentes de radiación 5 o rayos láser 6, en la que cada fuente de radiación 5 o cada rayo láser 6 está dispuesto en un círculo con un diámetro diferente respecto al eje central común o al punto central común.
Todas las características de las distintas formas de realización mencionadas en los ejemplos de realización se pueden combinar entre sí y reivindicar individualmente.
Claims (15)
1. Dispositivo para el tratamiento térmico dentro de una zona de procesamiento (1) en una superficie de pieza de trabajo (2) mediante rayos láser (6), emitidos por varias fuentes de radiación (5), con una unidad de control (14) configurada para modificar de una manera definida localmente la intensidad de al menos uno de los rayos láser (6) dentro de la zona de procesamiento (1) mediante un control definido de varias de las fuentes de radiación (5), de modo que dentro de la zona de procesamiento (1 ) se puede conseguir una distribución definida localmente de la intensidad de los rayos láser (6) incidentes en la superficie de pieza de trabajo (2), caracterizado por que hay un número impar de varias fuentes de radiación (5) y de rayos láser (6) y/o una disposición de varias fuentes de radiación (5) y de rayos láser (6) está presente en una disposición asimétrica y las fuentes de radiación (5), opuestas entre sí, emiten rayos láser (6) con longitud de onda diferente y está presente un aparato (4) para el suministro de material adicional (3) a la zona de procesamiento (1) y los rayos láser (6) emitidos están dirigidos hacia la zona de procesamiento (1 ) de tal modo que dentro de la zona de procesamiento (1 ) hay una zona libre (7) no irradiada con los rayos láser (6), suministrándose el material adicional (3) a la zona libre (7).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que los rayos láser (6), emitidos por varias fuentes de radiación (5), están dirigidos como rayos láser (6) individuales hacia la zona de procesamiento (1) y/o por que las múltiples fuentes de radiación (5) y/o los rayos láser (6) están dispuestos de forma anular.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por que las múltiples fuentes de radiación (5) y/o los rayos láser (6) están dispuestos en al menos dos anillos, siendo los anillos preferentemente concéntricos.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que al menos uno de los rayos láser (6) está dirigido hacia la zona de procesamiento (1 ) con una distancia focal diferente a los demás rayos láser (6), pudiéndose influir preferentemente en la distancia focal de uno de los rayos láser (6) con un elemento óptico refractivo o difractivo (13) y pudiéndose influir en particular preferentemente en la distancia focal de cada uno de los rayos láser (6) mediante un elemento óptico refractivo o difractivo asignado a la fuente de radiación (5) que emite el respectivo rayo láser.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que al menos uno de los rayos láser (6) está dirigido hacia la zona de procesamiento (1 ) con una potencia diferente a los demás rayos láser (6) y/o al menos uno de los rayos láser (6) presenta una sección transversal de rayo con una forma diferente a los demás rayos láser (6).
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado por que se puede influir en la forma de la sección transversal de rayo mediante un elemento óptico difractivo o refractivo (13), dispuesto en un ángulo diferente a 90° respecto al eje óptico, y/o mediante un diafragma.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que el elemento óptico difractivo o refractivo (13) se puede mover mediante un elemento de ajuste electromecánico.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que varias fuentes de radiación (5) están provistas respectivamente de fibras conductoras de luz (18) y preferentemente al menos dos de las fibras conductoras de luz (18) están agrupadas en un haz de fibras, en el que las fibras conductoras de luz están situadas muy preferentemente tan cerca una de la otra que se puede utilizar un sistema óptico de colimación para el haz de fibras y/o las múltiples fuentes de radiación (5) se pueden controlar de manera independiente entre sí mediante resistencias eléctricas regulables, asignadas a las respectivas fuentes de radiación (5), y/o mediante circuitos de bypass eléctricos o electrónicos asignados a las respectivas fuentes de radiación (5) y/o la respectiva fuente de radiación (5) se puede operar en cada caso individualmente mediante una fuente de corriente electrónica controlable o regulable y se puede desconectar individualmente.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que varias fuentes de radiación (5) emiten en cada caso un rayo láser (6), presentando al menos uno de los rayos láser (6) una polarización distinta a los demás rayos láser y/o presentando al menos una de las fuentes de radiación (5) un diodo óptico.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado por que al menos una de las fuentes de radiación (5) presenta un filtro de longitud de onda que es transmisivo sólo para la longitud de onda del rayo láser (6) emitida por la respectiva fuente de radiación.
11. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado por que el diodo óptico presenta un filtro de polarización (24) y/o un divisor de haz polarizador, así como un polarizador circular (25) para rayos láser (6) polarizados o un filtro de polarización (24) y/o un divisor de haz polarizador para dividir una radiación láser (6) polarizada circularmente en sus componentes polarizados linealmente y un rotador de Faraday y un filtro de polarización (24) y/o un divisor de haz polarizador para unir los componentes polarizados linealmente.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las múltiples fuentes de radiación (5) y/o los rayos láser (6) están dispuestos de forma anular alrededor del aparato (4) para el suministro de material adicional (3).
13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado por que están previstas varias fuentes de radiación (5), cuyos rayos láser (6) se cruzan en una única zona de intersección, guiándose el material adicional (3) a través de esta zona de intersección y/o por que para la configuración de un campo de radiación anular se ha dispuesto al menos un axicón (8, 9) en la trayectoria de rayos de al menos un rayo láser, estando dispuesto el aparato (4) para el suministro de material adicional (3) preferentemente en la zona libre (7), no irradiada con el rayo láser (6), del campo de radiación anular, y/o por que está previsto un elemento (10, 11, 12) que permite modificar de manera definida localmente la intensidad del rayo láser (6) dentro de la zona de procesamiento y que es preferentemente un polarizador, un par de polarizadores con eje de polarización diferente en cada caso, un filtro de color, un diafragma, una trampa de haz o un obturador y/o por que la fuente de radiación (5) está configurada como láser de diodo, preferentemente como pilas de láser de diodo, barras de láser de diodo y/o láser emisor único, y/o por que la fuente de radiación 5 o las múltiples fuentes de radiación (5) y/o el al menos un elemento (10, 11, 12) están dispuestos dentro de una carcasa (17).
14. Procedimiento para el procesamiento térmico dentro de una zona de procesamiento (1) en una superficie de pieza de trabajo (2) mediante rayos láser (6) emitidos por varias fuentes de radiación (5), en el que mediante una unidad de control (14) se modifica de una manera definida localmente la intensidad de al menos uno de los rayos láser (6) dentro de la zona de procesamiento (1 ) mediante un control definido de varias de las fuentes de radiación (5), de modo que dentro de la zona de procesamiento (1) se consigue una distribución definida localmente de la intensidad de los rayos láser (6) incidentes en la superficie de pieza de trabajo, caracterizado por que hay un número impar de varias fuentes de radiación (5) y de rayos láser (6) y/o una disposición de varias fuentes de radiación (5) y de rayos láser (6) está presente en una disposición asimétrica y las fuentes de radiación (5) opuestas entre sí emiten rayos láser (6) con longitud de onda diferente, dirigiéndose los rayos láser (6) emitidos hacia la zona de procesamiento (1 ) de tal modo que dentro de la zona de procesamiento (1 ) hay una zona libre (7) no irradiada con los rayos láser (6), suministrándose el material adicional (3) a la zona libre (7).
15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que los rayos láser (6), emitidos por varias fuentes de radiación (5), se dirigen como rayos láser (6) individuales hacia la zona de procesamiento (1) y al menos uno de los rayos láser (6) presenta una distancia focal que se diferencia de los demás rayos láser (6) y se ajusta mediante un elemento óptico refractivo o difractivo (13), dispuesto en la trayectoria de rayos de este rayo láser (6) y desplazable a lo largo de la trayectoria de rayos, y/o por que al menos uno de los rayos láser (6) se configura con una sección transversal de rayo de forma diferente a los demás rayos láser (6) mediante un elemento óptico difractivo o refractivo (13), dispuesto en un ángulo diferente a 90° respecto al eje óptico, y/o mediante un diafragma y/o por que al menos uno de los rayos láser (6) emitidos por las fuentes de radiación (5) se varía con el tiempo respecto a su potencia, variándose con preferencia varios de los rayos láser respecto a su potencia o desconectándose sucesiva o simultáneamente y/o por que una temperatura de la zona de procesamiento (1) se monitoriza mediante un sistema medidor de temperatura (16).
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