[发明专利]激光加工头和具有激光加工头的激光加工机

说明书

本发明涉及一种激光加工头(1)，其包括：用于将加工激光射束(3)聚焦到待加工的工件(4)上的聚焦装置(2)——所述聚焦装置布置在加所述工激光射束(3)的加工射束路径(14)中、光学成像装置(5)——所述光学成像装置包括探测器(6)并且构造用于将观察辐射(8)从所述工件(4)的加工区域(9)沿着穿过所述聚焦装置(2)的观察射束路径(10)成像到所述探测器(6)上、以及用于将所述观察辐射(8)的所述观察射束路径(10)与所述加工激光射束(3)的所述加工射束路径(14)分离的分束器(13)。所述激光加工头(1)具有布置在所述分束器(13)与所述探测器(6)之间的所述观察射束路径(10)中的所述光学成像装置(5)的成像光学器件(16)、以及布置在所述成像光学器件(16)与所述探测器(6)之间的与所述探测器(6)间隔开的光圈(15)。所述成像光学器件(16)构造用于在所述分束器(13)与所述工件(4)之间的所述加工激光射束(3)的所述加工射束路径(14)中产生所述光圈(15)的像(15a)。本发明也涉及一种具有这种激光加工头(1)以及具有用于产生加工激光射束(3)的射束源(21)的激光加工机(20)。

技术领域

本发明涉及一种激光加工头，其包括：聚焦装置、光学成像装置以及分束器(Strahlteiler)，其中，所述聚焦装置用于将加工激光射束聚焦到待加工工件上，所述聚焦装置布置在加工激光射束的加工射束路径中，所述光学成像装置包括探测器并且构造用于将观察辐射从工件的加工区域沿着穿过聚焦装置的观察射束路径成像到探测器上，所述分束器用于将观察辐射的观察射束路径与加工激光射束的加工射束路径分离。本发明还涉及一种具有这种激光加工头的激光加工机。

背景技术

在激光材料加工的情况下，通过布置在激光加工头中的、由透镜和/或镜构成的具有聚焦装置的光学装置沿着加工射束路径引导加工激光射束并且将其聚焦到待加工的工件上。

为了在激光材料加工期间进行工艺观察，通常将分束器(例如波长选择性的镜或刮镜)布置在激光加工头内部的加工射束路径中，通过该分束器将观察射束路径与加工射束路径分离。

这种激光加工头例如在DE10120251B4中公开。在那里描述的激光加工头具有传感器设备，该传感器设备包括具有成像光学器件、光圈以及辐射敏感的接收器的进行空间分辨的接收装置。借助该成像光学器件能够将激光射束与工件之间的相互作用区的范围内的区域成像到布置在探测器上的光圈上。为了对探测到的观察场(Beobachtungsfeld)进行选择，光圈能够在垂直于成像光学器件的光轴的至少一个方向上移动。

由DE19630437A1已知一种用于工艺观察的激光加工头，其中，通过布置在加工激光射束侧向的转向镜将从工件出发的射束引导至观察通道。

在所谓的同轴的工艺观察的情况下，观察射束路径延伸穿过聚焦装置，其中，加工激光射束的射束轴线通常与观察射束路径的光轴重合。聚焦装置通常具有聚焦透镜或由聚焦透镜构成，该聚焦透镜将加工激光射束聚焦到工件上，由此得出以下多个问题：

在以高功率的加工激光辐射照射聚焦透镜的情况下，通过透镜基底中以及通常存在的透镜涂层中的对加工激光辐射的吸收而形成热透镜，也就是说基底中的折射率不再均匀，而是随着形成的温度梯度而变化。在加工激光射束的功率在聚焦透镜中旋转对称分布的理想情况下，聚焦透镜在中间具有最高的温度，并且温度径向向外地减小直至透镜边缘。在使用CO₂加工激光射束以及用于聚焦加工激光射束的硒化锌透镜的情况下，随着激光功率的增大以及加工持续时间的推进，发生聚焦透镜的直至5％的显著的焦距缩短。在将固体激光器和石英光学器件作为用于产生激光射束的射束源的情况下，该效应不再那么显著，但在在聚焦透镜上的大功率密度处同样发生。