[發(fā)明專利]用于借助激光束進行材料加工的設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780039427.4
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN109416419B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·魯?shù)婪?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 普雷茨特兩合公司
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 韓長永

本發(fā)明涉及一種用于借助激光束進行材料加工的射束成型光學(xué)系統(tǒng)，所述射束成型光學(xué)系統(tǒng)包括帶有多個微型軸棱錐(11)的二維的軸棱錐組件(10)，用于產(chǎn)生所述激光束的環(huán)形的強度輪廓，其中，所述微型軸棱錐(11)具有彎曲的周面(113)，以及一種用于借助激光束進行材料加工的設(shè)備，所述設(shè)備包括這種射束成型光學(xué)系統(tǒng)和用于將所述激光束聚焦在工件(18)上的聚焦光學(xué)系統(tǒng)(15)，其中，所述射束成型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置用于在所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)(15)的焦平面(F)中產(chǎn)生所述激光束的環(huán)形的強度輪廓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于借助激光束進行材料加工、優(yōu)選用于激光切割的射束成型光學(xué)系統(tǒng)，以及一種用于借助激光束進行材料加工的設(shè)備，該設(shè)備包含至少一個這種射束成型光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在借助激光束進行材料加工(例如激光焊接或激光切割)的情況下，借助射束引導(dǎo)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)將由激光源(例如光導(dǎo)纖維的端部)發(fā)出的激光束聚焦到待加工的工件上。然后，焦點的直徑(即激光源在工件上的圖像的直徑)由射束引導(dǎo)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)的各個光學(xué)元件的光學(xué)數(shù)據(jù)得出。如果標(biāo)準化地使用具有準直儀光學(xué)系統(tǒng)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)的激光加工頭，其中，通過光導(dǎo)纖維供給激光，則焦點直徑由纖維芯直徑與聚焦焦距的乘積除以準直焦距得出。根據(jù)板厚度的情況，需要不同的焦點直徑(即焦點中的激光束直徑)用于激光切割。在此，待切割的材料的厚度越大，激光束直徑應(yīng)該越大。直至5mm的板厚度例如使用大約125μm的焦點直徑，而在切割5mm至10mm厚的板的情況下期望兩倍大的焦點直徑(即大約250μm的焦點直徑)。從10mm的板厚度起，使用提供大約600μm的焦點直徑的引導(dǎo)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)。

在大的焦距直徑的情況下有利的是，在焦點中形成強度分布的環(huán)輪廓，因為由此在切割切口產(chǎn)生更均勻的溫度分布。其結(jié)果是，可以通過切割氣體更有效地排出熔液。

常見的激光加工頭可以以1：1與1：3之間的固定的或可變的成像比例進行成像并且產(chǎn)生100μm與1500μm之間的焦點直徑。例如用于以高的切割邊緣質(zhì)量切割薄板和厚板的激光加工頭需要能夠分別調(diào)節(jié)工件上的最佳合適的激光功率密度分布，例如用于在焦平面中產(chǎn)生環(huán)形的強度分布。

為此使用射束成型光學(xué)系統(tǒng)。射束成型光學(xué)系統(tǒng)表示用于改變激光束的強度分布或形狀的一個或多個光學(xué)系統(tǒng)。射束成型光學(xué)系統(tǒng)例如可以在焦平面中產(chǎn)生扁平的和/或環(huán)形的強度輪廓。射束成型光學(xué)系統(tǒng)例如可以包含一個或多個衍射或折射的光學(xué)元件。折射的光學(xué)元件具有如下的優(yōu)點：高傳輸效率、適合在高功率激光系統(tǒng)中長久使用和波長獨立性。

由DE 28 21 883 C2已知一種用于借助激光束進行材料加工(例如鉆孔、沖孔和焊接)的設(shè)備，其中，在用于擴展激光束的準直儀光學(xué)系統(tǒng)與用于將激光束聚焦到工件上的聚焦光學(xué)系統(tǒng)之間，實現(xiàn)由透明折射的材料構(gòu)成的錐體(軸棱錐)，用于將激光加工射束的靠近軸線和遠離軸線的橫截面區(qū)域軸對稱地反轉(zhuǎn)。然后，聚焦光學(xué)系統(tǒng)將激光加工射束根據(jù)其經(jīng)過改變的射束特性聚焦在工件上的環(huán)形區(qū)域中。通過使用軸棱錐如此改變激光加工射束中的強度分布，使得在焦點區(qū)域產(chǎn)生環(huán)輪廓。

US 6,326,998 B1示出具有多個軸棱錐的光學(xué)軟聚焦過濾器。

WO 2016/010954 A2示出用于借助于帶有可變的長度和可變的直徑的激光束的焦線加工透明的材料的材料加工系統(tǒng)。

US 2014/0126061 A1描述了一種光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括具有多個帶有拋物線形的尖端的錐形的軸棱錐鏡的陣列。

JP 2006142335 A涉及一種激光加工裝置，其中，可以借助于由多個錐形的透鏡裝配構(gòu)成的軸棱錐同時在多個位置在基質(zhì)上進行激光加工。

DE 10 2005 059 755 B3涉及一種用于借助于由微型軸棱錐構(gòu)成的陣列光譜分辨表征波前超短的激光脈沖的組件。

US 2014/0009816 A1涉及一種用于反射顯示器的擴散器，用于使視角遠離鏡面反射的方向運動，例如具有由軸棱錐透鏡構(gòu)成的組件。