本发明专利技术涉及一种用于选择性地将光学系统(10)引入到激光加工头的激光束中的装置，所述装置包括：光学系统(10)和用于运动所述光学系统(10)的运动单元(20)，其中，所述运动单元(20)包括驱动元件(210)和至少一个耦合元件(220)，所述耦合元件将所述光学系统(10)与所述驱动元件(210)耦合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将光学系统引入到激光加工头的射束路径中的装置和具有该装置的激光加工头
本专利技术涉及一种用于将光学系统(例如射束成形光学系统)引入到激光加工头的射束路径中的装置和一种具有该装置的激光加工头。在此，激光加工头表示借助激光束进行材料加工的装置，优选地是用于激光焊接或激光切割的装置。在借助激光束进行材料加工(例如激光焊接或激光切割)的过程中，从激光源(例如光导纤维的端部)发出的激光束借助射束引导和聚焦光学系统聚焦到待加工的工件上。随后由射束引导和聚焦光学系统的单个光学元件的光学数据得出焦点的直径(即激光源在工件上成像的直径)。如果标准情况下使用具有准直光学系统和聚焦光学系统的激光加工头，其中，通过光导纤维输送激光，则由纤芯直径和聚焦焦距的乘积除以准直焦距得出焦点直径。为了进行激光切割(根据板材厚度)需要不同的焦点直径、即焦点中的激光束直径。在此，待切割的材料的厚度越大，激光束直径应越大。例如，对于5mm以内的板材厚度使用约为125μm的焦点直径，而在切割5mm至10mm厚的板材的情况下则使用两倍大的焦点直径，即期望的是约为250μm的焦点直径。自10mm的板材厚度起使用引导和聚焦光学系统，所述光学系统提供约为600μm的焦点直径。在大的焦点直径的情况下也能够有利的是在焦点中构造强度分布的环形轮廓，因为由此得到切口中更均匀的温度分布。因此能够更有效地通过切割气体排出熔体。为了能够高质量地加工尽可能广泛的材料和板材厚度，现代的激光加工头需要能够调节在工件上相应优化地适用的激光束特性，尤其能够调节焦点直径或激光功率密度分布。射束成形光学系统能够用于匹配激光束特性。射束成形光学系统具有一个光学系统或多个光学系统，用于将激光束特性(例如功率密度分布、焦点直径和/或激光束形状)匹配于待加工工件的厚度(薄板材/厚板材)、工件的材料(铝、不锈钢、结构钢......)或加工步骤(穿刺、定轮廓、标记......)。
技术介绍
由EP2711121A1已知一种激光加工装置，其中，能够通过选择性地将不同的准直透镜引入到射束路径中改变激光束的射束直径和瑞利长度(Rayleigh-)。为此，接收在透镜支架中的准直透镜能够通过切换单元，或者垂直于光学轴线直线地或者以平行于光学轴线的旋转轴线旋转地运动到激光束中或从中运动出。通常，光学系统(尤其射束成形光学系统)被托座完全包围。因此，必须在将光学系统引入到激光束的射束路径中或从中移除之前切断激光束，从而避免激光束在托座上发生不受控制的反射并且确保人员的激光安全性和激光加工头的寿命。此外，在接通激光放射后，激光束特性也许不会立即是恒定的，从而在接通后等待一定时间会是必要的。然而，在将光学系统引入或移除的过程中所需的激光放射中断对于加工持续时间有负面影响并且使过程控制复杂化。
技术实现思路
本专利技术基于以下任务：提供一种装置，用于选择性地将光学系统(尤其射束成形光学系统，例如用于形成焦点中的环形轮廓)引入到激光加工头的射束路径中，以及提供一种具有上述装置的用于借助激光束进行材料加工的装置(尤其用于激光切割，例如激光加工头)，其中，在确保激光安全性和结构紧凑的情况下，所述装置实现光学系统在激光束中的快速接通和断开或者实现对激光束特性的快速匹配。根据本专利技术，该任务通过根据权利要求1的用于选择性地引入光学系统的装置和具有该装置的激光加工头解决。在从属权利要求中说明本专利技术的有利构型和扩展方案。本专利技术基于以下构思：使用运动单元，所述运动单元具有驱动元件和在光学系统与驱动元件之间的耦合元件，以便将光学系统移入和移出射束路径。根据本专利技术，用于选择性地将光学系统引入到激光加工头的射束路径中的装置包括光学系统(例如射束成形光学系统)和用于运动该光学系统的运动单元。优选地，运动单元定向为使光学系统从射束路径外的第一位置运动到射束路径中的第二位置中，和/或反过来从第二位置到第一位置中。换句话说，光学系统的第一位置位于该装置(或激光加工头)的光学轴线外，并且光学系统的第二位置位于光学轴线上。当该装置安装在激光加工头中时，该装置的光学轴线在此相应于激光加工头的光学轴线。运动单元能够包括驱动元件和耦合元件，其中，耦合元件定向为用于将光学系统与驱动元件耦合。该装置还能够具有用于保持光学系统的托座。运动单元能够固定在托座上。所述托座能够构型为除了敞开的周缘区域外该托座仅部分地包围光学系统。通过具有部分侧边托座(该托座空出了光学系统所谓的敞开的周缘区域)的光学系统能够在接通激光期间将光学系统引入到射束路径中，而不存在由于在托座上发生不受控制的反射而产生对人员和仪器的危险。换句话说，在激光加工头中能够实现高功率激光的持续运行，其中，能够以快速的切换时间没有危险地在运行期间匹配激光束特性。所述敞开的周缘区域能够构型成在光学系统运动到激光束中时使得激光束(仅仅或主要)横穿该敞开的周缘区域。因此，在将光学系统引入或移除时激光束不会碰到托座，从而在托座上不会产生激光反射。为此，敞开的周缘区域能够相应于穿过光学系统的激光束的至少一个直径。更准确地说，由敞开的周缘区域所形成的弦的长度能够大于或等于激光束直径，即，如果将光学系统引入到准直的射束中，则该弦的长度大于或等于准直的激光束的直径。以这种方式，光学系统能够从射束路径中移除或添入其中而不必中断激光放射，因为在托座处不存在发生不受控制的反射的危险。如果光学系统具有圆形的周缘，则能够沿该周缘上的具有小于360°(例如小于270°或180°)的开口角或中心角的圆弧段构造所述托座。当然，光学系统也能够成形为矩形、特别是正方形，其中，托座沿光学系统的周缘的一部分构造。优选地，托座包围光学系统周缘的至少一半，即对应于180°的中心角。驱动元件能够手动运行，并且包括例如调节螺栓或诸如此类。替代地，驱动元件能够自动运行。例如，驱动元件能够包括以下元件中的至少一个元件：马达(例如旋转马达)和/或线性马达、压电装置、气动缸、电动缸和磁缸。运动单元能够定向为用于使光学系统围绕处在垂直于装置或激光加工头的光学轴线的平面中的旋转轴线摆动或转动。在此，光学系统的应被光学射束穿过的光学面具有面法线，所述面法线在从第一位置运动到第二位置中时从垂直于光学轴线的定向运动到平行于光学轴线的定向中。运动单元还能够定向为用于使光学系统围绕处于平行于装置或激光加工头的光学轴线的旋转轴线摆动或旋转。即，运动单元能够定向为用于使光学系统在垂直于光学轴线的平面中转动。因此，光学系统能够在垂直于光学轴线的平面中沿圆周运动。在此，光学系统的光学面的面法线既能够在第一位置中也能够在第二位置中平行于光学轴线地定向。此外，运动单元能够定向为用于使光学系统直线地在垂直于光学轴线的平面中运动。在此，运动单元能够将光学系统推到或拉到射束路径中或者从所述射束路径推出或拉出。根据一个实施方式，运动单元能够包括轴，所述轴固定在光学系统的托座上，并且光学系统能够围绕所述轴摆动。优选地，该轴在一个端部上与驱动元件(例如旋转马达)连接。该轴线在另一端部上能够支承在引导元件(例如转动轴承)中。根据另一实施方式，运动单元能够包括第一关节杆或剪式杆和第二关节杆或剪式杆。第一关节杆能够布置在马达(例如旋转马达)和第二关节杆之间。第二关节杆能够与光学系统的托座连接。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于将光学系统(10)选择性地引入到激光加工头的激光束中的装置，其包括：‑光学系统(10)，和‑用于使所述光学系统(10)运动的运动单元(20)，其中，所述运动单元(20)包括驱动元件(210)和至少一个耦合元件(220)，所述耦合元件将所述光学系统(10)与所述驱动元件(210)耦合。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.04 DE 102016112176.21.一种用于将光学系统(10)选择性地引入到激光加工头的激光束中的装置，其包括：-光学系统(10)，和-用于使所述光学系统(10)运动的运动单元(20)，其中，所述运动单元(20)包括驱动元件(210)和至少一个耦合元件(220)，所述耦合元件将所述光学系统(10)与所述驱动元件(210)耦合。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动单元(20)定向为使得所述光学系统(10)围绕处于垂直于所述装置的光学轴线(OA)的平面中的旋转轴线运动或者围绕平行于所述装置的光学轴线(OA)的旋转轴线运动。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述耦合元件(220)包括轴(221)，所述轴垂直于所述装置的光学轴线(OA)延伸并且所述光学系统(10)能够围绕所述轴翻转。4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述运动单元(20)包括第一关节杆和第二关节杆(222、223)，其中，所述第一关节杆(222)的第一端部与驱动元件(210)耦合，所述第一关节杆(222)的第二端部与所述第二关节杆(223)的第一端部连接，并且所述第二关节杆(223)的第二端部与所述光学系统(10)连接。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述关节杆(222、223)布置在垂直于所述装置的光学轴线的平面中或者平行于所述装置的光学轴线(OA)的平面中。6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述运动单元(20)包括用于引导所述光学系统(10)的运动的至少一个引导元件(230)，所述引导元件与所述光学系统(10)耦合。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述引导元件(230)平行于运动方向直线地构造或在平行于所述装置的光学轴线(OA)的平面中弧形地构造。8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述引导元件(230)包括至少两个引导区段(231、232)，所述引导区段互相构成90°至180°之间的角度，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·鲁道夫，G·施珀尔，F·贝克尔，
申请(专利权)人：普雷茨特两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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