一种激光加工头(1)，用于借助激光射束(3)激光加工工件(2)其中，布置在激光射束(3)的光路中光学元件(6)根据本发明专利技术地构造用于从来自工件(2)的过程辐射(7)中过滤掉波长小于400纳米的辐射分量。优选，所述至少一个光学元件(6)具有对于激光射束(3)的激光波长透射的并且对于过程辐射(7)的小于400纳米的波长高反射的涂层(8)。
Laser processing head and corresponding laser processing method of optical elements for filtering ultraviolet process radiation
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于过滤紫外线过程辐射的光学元件的激光加工头和对应的激光加工方法
本专利技术涉及一种激光加工头，其用于借助激光射束对工件进行激光加工，所述激光加工头具有布置在激光射束的光路中的至少一个光学元件，还涉及一种用于借助通过激光加工头指向到工件上的激光射束激光加工、尤其是激光切割工件的对应的方法。
技术介绍
这种激光加工头和激光加工方法充分已知。在以CO2激光辐射进行的激光加工过程、尤其是激光切割过程中已知的是，基于在过程区中的高的能量输入会形成等离子。将过程区包围的气氛的形成等离子的倾向取决于起作用的激光辐射的波长并且在使用波长10.6微米的CO2激光辐射的情况下是在使用具有1微米范围中或其下的波长的固体激光辐射或二极管激光辐射的情况下的约100倍。因而，在以CO2激光器进行材料加工时通常设有调节过程，例如用于调节激光功率或切割速度，通过该调节过程探测和/或防止等离子的出现。在以固体激光器进行材料加工时，直至6千瓦的激光功率为止都无需这种调节介入到过程中，因为不会形成等离子。但已表明的是，以大于6千瓦的激光功率进行的激光切割的情况下，即使使用激光器固体或二极管激光器作为射束源，尤其是在长切口的情况下仍会导致过程干扰直至切口破坏。
技术实现思路
因而本专利技术的任务是将开头所述类型的激光加工头进行改进，以使得可在以大于6千瓦的激光功率进行激光材料加工的情况下避免这种过程干扰并从而可提高过程稳定性。根据本专利技术的任务通过以下方式解决，所述至少一个光学元件构造用于从来自工件的过程辐射中将波长小于400纳米的辐射分量过滤掉或者说封挡。优选，所述光学元件由石英玻璃或硒化锌构成。根据本专利技术已经已知，在以较高功率(>6千瓦)的固体激光辐射或二极管激光辐射进行材料加工、尤其是激光切割的情况下，虽然不形成气氛-等离子，但形成的金属蒸气被置于能量强化状态中，这导致小于400纳米的波长范围中的强功率的过程辐射。在用于以固体激光器进行材料加工的激光加工头中所用的光学元件(反射镜，透镜，保护玻璃)通常由高纯石英构成。对于这种光学元件，波长低于400纳米的过程辐射是关键的，因为石英在该波长范围中吸收。同样，例如用于光学元件的抗反射的涂层材料(例如Ta2O5)在低于400纳米的波长范围中能够是吸收的并且造成光学元件的不利的加热过程。尤其是在长的过程时长，例如在长的切口的情况下，会由于光学元件的变热而导致焦点方位的偏移，即导致激光射束的焦点方位沿射束传播方向的改变。根据本专利技术，光学元件将波长小于400纳米的辐射分量从由工件或者说过程区产生的过程辐射过滤掉，使得光学元件不变热或者说仅稍微变热并从而不出现焦点方位的偏移。在优选的第一实施方式中，光学元件具有对于激光射束的激光波长透射的并且对于过程辐射的波长小于400纳米的辐射分量高反射的涂层。造成干扰的过程辐射在光学元件上往回朝工件或者说过程区方向反射，使得该过程辐射不穿过光学元件并且通过该方式与激光加工头的剩余光学元件隔离。优选，所述涂层对于在900至1100纳米之间的或在10.6微米的范围中的激光波长具有至少99％的透射率并且对于过程辐射的波长小于400纳米的辐射分量具有至少90％、优选至少95％的反射率。换言之，所述涂层对于激光波长不吸收和抗反射并且同时对于过程辐射的低于400纳米的波长高反射。涂层优选通过包括多个层的干涉层系统构成并且有利地实施为使得其对于激光射束到光学元件上的小于15°的入射角度导致在各个层上反射的辐射分量的相消干涉并且对于波长小于400纳米的过程辐射在过程辐射到光学元件上的小于15°的入射角度的情况下导致经反射的辐射分量的相长干涉。通过该方式实现光学元件对于激光射束到光学元件上的典型入射角度的良好抗反射。干涉层系统可包括由电介质材料构成的多个层，这些层在其折射系数和其层厚度方面不同。所述电介质材料可具有金属氧化物或由金属氧化物构成并且必须耐紫外线和耐温。对于紫外线-反射涂层适合的例如是由二氧化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)构成的层系统。对于紫外线辐射高反射的干涉层系统例如由WO01/46718A2已知。特别优选的是，所述涂层设置在激光射束的光路中的最后的或次后的光学元件上，并且更具体地说尤其是在其面向工件的一侧上。一般，光学元件仅在一侧设有涂层就已足够。光学元件例如可涉及工件侧的保护玻璃，其面向工件的一侧具有涂层，使得造成干扰的过程辐射一开始就不进入到激光加工头中。当这——例如出于要经常更换的替换件的成本原因——而无意义时，也可以是激光加工头中的剩余光学元件之一设有涂层。例如在光路中在工件侧的保护玻璃之前可布置有另一保护玻璃，该另一保护玻璃不会被弄赃并因而不必更换或不必那么频繁地更换。在优选的第二实施方式中，光学元件具有对于激光射束的激光波长反射的并且对于过程辐射的小于400纳米的波长高吸收的涂层。过程辐射的造成干扰的辐射分量则在光学元件、例如在设置用于激光射束的转向反射镜上被吸收，并且在激光加工头中不进一步传播。第二实施方式的前提在于从起吸收作用的光学元件良好导出热量，从而光学元件优选与散热器处于热接触中。优选，所述涂层对于900至1100纳米之间的或在10.6微米范围中的激光波长具有至少97％的反射率并且对于过程辐射的小于400纳米的波长具有至少90％的吸收率。换言之，所述涂层对于激光波长是不吸收和反射的并且同时对于过程辐射的低于400纳米的波长是高吸收的。所述涂层优选通过用于吸收紫外线辐射的包括多个层的层系统实施并且例如可具有五氧化二钽(Ta2O5)或氧化铪(HfO2)作为层材料。这种对于紫外线辐射高吸收的涂层例如由DE10127225A1已知。在根据本专利技术的激光加工头的优选实施方式中，所述涂层对于可见的过程辐射具有大于50％的透射率，以使得能透过光学元件(保护玻璃，透镜，波长选择式反射镜)对过程进行观察或对可见的领航激光射束进行观察。在优选实施方式中，光学元件具有编码部，尤其是机械或视觉编码部，用于将光学元件方位正确地装入到激光加工头中。通过编码部保证，光学元件仅可这样装入激光加工头中，使得其有涂层的一侧面向工件。编码部可涉及光学元件的特殊外轮廓或也涉及例如在光学元件的侧边沿上的文字标记。本专利技术也涉及一种用于如上地构造的激光加工头的光学元件。最后，本专利技术涉及一种用于借助激光射束激光加工、尤其是激光切割工件的方法，所述激光射束具有大于6千瓦的功率并且优选具有900至1100纳米之间或在10.6微米范围中的激光波长，其中，激光射束通过如上地构造的激光加工头指向到工件上。附图说明本专利技术的主题的另外的优点和有利的构型可由说明书、权利要求书和附图得到。前面提到的和后面还会举出的特征可自身单独应用或在多个特征的情况下以任意组合使用。所示的和所述的实施方式不应理解为穷举，而是仅具有用于解释本专利技术的示例性特征。附图示出:图1根据本专利技术的激光加工头的第一实施方式，其具有用于反射紫外线-过程辐射的保护玻璃；图2图1所示的激光加工头，具有附加的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光加工头(1)，其用于借助激光射束(3)对工件(2)进行激光加工，该激光加工头具有布置在激光射束(3)的光路中的至少一个光学元件(6；12；14)，/n其特征在于，/n所述至少一个光学元件(6；12；14)构造用于从来自工件(2)的过程辐射(7)过滤掉波长小于400纳米的辐射分量。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170816 DE 102017214249.91.一种激光加工头(1)，其用于借助激光射束(3)对工件(2)进行激光加工，该激光加工头具有布置在激光射束(3)的光路中的至少一个光学元件(6；12；14)，
其特征在于，
所述至少一个光学元件(6；12；14)构造用于从来自工件(2)的过程辐射(7)过滤掉波长小于400纳米的辐射分量。
2.根据权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，所述至少一个光学元件(6；12)具有对于激光射束(3)的激光波长透射的并且对于过程辐射(7)的波长小于400纳米的辐射分量高反射的涂层(8)。
3.根据权利要求2所述的激光加工头，其特征在于，所述涂层(8)对于在900至1100纳米之间的激光波长或对于在10.6微米范围中的激光波长具有至少99％的透射率。
4.根据权利要求2或3所述的激光加工头，其特征在于，所述涂层(8)对于过程辐射(7)的波长小于400纳米的辐射分量具有至少90％、优选至少95％的反射率。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的激光加工头，其特征在于，所述光学元件(6；12)由石英玻璃或硒化锌构成。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的激光加工头，其特征在于，所述涂层(8)通过干涉层系统构成，该干涉层系统由多个层构成，所述涂层尤其是实施成，使得：对于激光射束(3)到光学元件(6；12)上的小于15°的入射角度(α)，所述涂层(8)导致在各层上反射的辐射分量的相消干涉；并且，对于过程辐射(7)的波长小于400纳米的辐射分量，在过程辐射(7)到光学元件(6；12)上的小于15°的入射角度(β)的情况下，所述涂层导致所反射的辐射分量的相长干涉。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的激光加工头，其特征在于，所述涂层(8)设置在激光射束(3)的光路中的最后的或次后的光学元件(6；12)上，...
【专利技术属性】
技术研发人员：JM·魏克，A·保罗，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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