[發(fā)明專利]用于工件的激光加工的光學單元和激光加工裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080056548.1
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN114206539B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 西蒙·沙伊迪格;馬丁·穆門塔勒;安德烈亞斯·呂迪
• 申請（專利權(quán)）人: 百超激光有限公司
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/70
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李增苗

公開了一種用于對工件進行激光加工的激光光束、特別是用于高功率激光光束的光學單元，該光學單元包括用于激光光束的光學成像的光學元件以及對于激光光束透明的兩個防護玻璃，防護玻璃的外邊緣由保持器以密閉的方式圍封成使得防護玻璃與保持器形成內(nèi)部空間，光學元件布置在該內(nèi)部空間中。還公開了一種激光加工裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于對工件進行激光加工的激光光束的光學單元、激光加工裝置以及光學單元或激光加工裝置的用途。

背景技術(shù)

激光加工裝置在工件的激光加工中使用，具體地，在借助于激光輻射進行的材料的熱分離、比如激光切割的方法中使用。加工激光光束被引導到工件上、例如引導到待加工的金屬片上。這通常通過使用一個或更多個光學元件將激光光束光學成像到待加工的工件上來完成。在本上下文中，光學成像理解成指的是例如通過折射、反射、衍射和/或光束成形而將激光光束引導到工件上。

通常地，由石英玻璃(熔融石英，F(xiàn)S)制成的光學元件比如透鏡用于高功率激光加工。由石英玻璃制成的光學元件僅以較小的程度吸收激光功率、難以變熱、可以被非常好地涂覆、具有非常良好的成像特性并且相對低廉。然而，石英玻璃光學元件的缺點是，石英玻璃光學元件對污垢非常敏感。如果光學元件上存在少量污染物，則光學元件由于激光功率而變熱，并且由于石英玻璃難以導熱，因此所產(chǎn)生的熱不能充分地散發(fā)。用于高功率激光加工的石英玻璃光學元件因此可能被附著的污染物例如污垢顆粒或濕氣損壞，并且/或者石英玻璃光學元件的成像特性可能受到損害。這特別地在工業(yè)環(huán)境中的高功率激光應(yīng)用的情況下是不利的。因為工業(yè)環(huán)境在高功率激光應(yīng)用中、特別是在對金屬進行切割和焊接時通常與較高等級的污染相關(guān)聯(lián)，所以將所使用的部件對污垢的敏感性考慮在內(nèi)是有利的。例如，在由石英制成的聚焦透鏡的情況下，污染區(qū)域中的局部變熱可能引起不期望的焦點偏移、即焦點沿傳播方向和/或與激光光束的傳播方向成角度的偏移。激光加工系統(tǒng)通常由于石英玻璃光學元件被(即使非常輕微地)污染而失效。EP?2511040?A1描述了用于保持激光加工頭中的光學元件的具有透明的防護裝置的盒。

用于高功率激光光學元件的替代性材料是硫化鋅(ZnS)。ZnS具有良好的導熱性。然而，該材料不僅昂貴，而且還通常是晶體狀且非均質(zhì)的，并且具有相對高的激光吸收和約2％至3％的前向散射。這意味著2％至3％的所施用的激光功率不會按照預期進行成像、例如聚焦。更確切地說，2％至3％的激光功率或多或少在較大的散射錐形中以不可控的方式向前散射。其結(jié)果是，圍繞ZnS光學元件的周圍物體、例如光學元件保持器或整個激光加工頭被加熱。由于散射的光，激光加工過程還可能受到不利影響。

已經(jīng)提出將藍寶石作為用于高功率激光光學元件的另一種材料。該材料的散射程度小于ZnS(但是大于FS)并且具有可接受的導熱性，所以輕微的污染不會立即導致光學元件或激光加工系統(tǒng)的失效。然而，藍寶石是昂貴的并且由于藍寶石的較高的硬度等級而難以進行加工(例如研磨、拋光)。在制造由藍寶石制成的彎曲的光學元件時，還存在形狀方面(例如邊緣厚度、曲率半徑)的限制。

藍寶石還具有的缺點是，該材料是非均質(zhì)的并且具有雙折射性。因此，光根據(jù)通過由藍寶石制成的彎曲的光學元件產(chǎn)生的偏振而不同地成像。由于激光光束在大多數(shù)情況下(特別是具有高功率激光的情況下)具有不同的或隨機的偏振，因此該雙折射性會導致成像誤差(像散現(xiàn)象)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有對表面污染物的低敏感性和良好的成像特性的光學單元。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的光學單元、根據(jù)權(quán)利要求11的激光加工裝置以及根據(jù)權(quán)利要求14的光學單元或激光加工裝置的用途來實現(xiàn)。

在實施方式中，本發(fā)明涉及一種用于對工件進行激光加工的激光光束、特別是用于高功率激光光束的光學單元，該光學單元包括：光學元件，該光學元件用于激光光束的光學成像；以及兩個防護玻璃，防護玻璃對于激光光束是透明的，防護玻璃的外邊緣由保持器以密閉的方式圍封成使得防護玻璃與保持器形成內(nèi)部空間，光學元件布置在內(nèi)部空間中。