[發(fā)明專利]用于激光加工機械的加工頭部和激光加工機械

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580065139.7
• 申請日: 2015-10-20
• 公開（公告）號: CN107000122B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 托馬斯·拉特
• 申請（專利權）人: 百超激光股份公司
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/38;B23K26/14;B23K26/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李江暉

用于激光加工機械的加工頭部(1)具有至激光源(3)和聚焦光學器件(11)的接口。用于至少工作激光束(6)的單次偏轉的偏轉組件(9、10)布置在接口和聚焦光學器件(11)之間，并且被設計成根據(jù)功率改變工作激光束(6)的發(fā)散的無源光學元件的形式。

技術領域

本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1的前序所述的特別用于激光切割機械的用于激光加工機械的加工頭部以及根據(jù)權利要求18的前序所述的具有該加工頭部的激光加工機械。

背景技術

當該激光加工機械用于金屬加工時，例如，激光加工機械在非常高于例如根據(jù)EP0515983 A1操作的醫(yī)療激光器系統(tǒng)的功率范圍的高功率范圍中操作。這些激光器分別地在低或中功率范圍中操作并且不必克服在具有超過500W的輸出功率的激光源中由于光學元件的熱應力而出現(xiàn)的問題。

特別地激光切割機械的激光加工機械的重要元件是激光束源、激光束引導件和包括切割噴嘴的加工頭部(聚焦光學器件)。離開激光束源的光束可以在使用在近紅外范圍中操作的激光器(Nd：YAG激光器、光纖激光器、盤形激光器、直接二極管激光器)時借助于光學波導并且在使用CO₂激光器時借助于偏轉鏡而被引導到位于加工點處的聚焦光學器件。聚焦光學器件將激光束聚集在焦點處，并且從而生成用于切割過程的強度。

具有CO₂激光器的系統(tǒng)主要由固定激光束源、反射鏡和在加工頭部中的聚焦光學器件組成。反射鏡望遠鏡確保近似準直光束，近似準直光束在整個加工空間中具有輕微發(fā)散或會聚。聚焦光學器件上的光束直徑因此是相同的或大約相同的并且在焦點中還導致等同的焦比和強度。對應的激光加工頭部通常地借助于具有可變曲率的偏轉鏡將該準直光束優(yōu)選地偏轉90°，使得聚焦光學器件下游的焦點位置可以改變。根據(jù)US5493095A，懸臂式聚焦光學器件還能夠改變焦點位置并且從而校正準直激光束的輕微發(fā)散或收斂。

共振器(激光束源)和聚焦光學器件之間的光束引導件借助于，如果適用，用水冷卻的偏轉鏡而實現(xiàn)。偏轉鏡涂覆有金或鉬并且由單晶硅或純銅組成。大約1μm的波長范圍中的激光輻射(Nd：YAG激光器、光纖激光器、盤形激光器)，相比之下，可以借助于撓性光纖光纜通過較遠的距離而沒有損耗地被引導到加工頭部。

偏轉鏡為了各種目的而用于激光機械。例如，DE 202004007511 U1公開了利用部分反射式偏轉鏡以用于去耦一小部分激光輻射以用于功率測量。然而，在具有顯然未變的發(fā)散的情況下，工作激光束穿過該偏轉鏡。較小的去耦部分然后在探測器上借助于彎曲的偏轉鏡而被反射。部分反射式偏轉鏡被優(yōu)化以用于傳輸大部分激光輻射并且為此目的以抗反射涂層為特征。

另一方面，DE 102009047105 A1公開了以具有光纖出射面的光纖以及反射式聚焦光學器件為特征的成像光學器件，激光束從光纖出射面發(fā)散地出射。公開的成像光學器件在焦點處形成發(fā)散激光束的圖像。反射式聚焦光學器件由單個聚焦反射鏡元件組成，聚焦反射鏡元件的反射鏡表面被設計用于在焦點處對光纖出射面點對點成像。

為實現(xiàn)定向獨立切割質量，線性偏振激光束借助于移相偏轉鏡而在CO₂激光共振器下游圓偏振。使用的偏轉鏡具有多層涂層，多層涂層的功能對應于四分之一波板。在切割間隙中的激光輻射的偏振依賴式吸收率可以導致定向依賴式邊緣質量和切割效率。激光源的在近紅外范圍中的激光輻射通常地至少在經(jīng)過一段平均時間中是非偏振的。

近紅外激光源的加工頭部中的聚焦光學器件通常地由硅玻璃組成，然而CO₂激光器的聚焦光學器件由單晶硒化鋅或銅的軸偏離拋物面反射鏡組成。光束以聚焦方式穿過所謂的切割噴嘴，其中所述切割噴嘴通常包括銅并且還在加工點處引導吹制氣體或過程氣體。