用于激光加工工件的加工设备、用于激光加工工件的加工设备的成套零件以及用于使用这种加工设备激光加工工件的方法技术

提供了一种用于在加工区(13)中激光加工工件(12)的加工设备，该加工设备具有：用于加工激光源的第一接口(14)，加工激光源用于产生加工激光束(15)；用于加工激光束(15)的出口开口(18)；第一接口(14)与出口开口(18)之间的光学系统，该光学系统具有至少一个激光束导引装置(22)，该至少一个激光束导引装置具有至少一个可移动表面(24)和至少一个致动器(26)，可移动表面(24)利用至少一个致动器能够动态地调整；以及用于对至少一个致动器(26)进行冷却的冷却装置(28)，其中，冷却装置(28)具有至少一个初级回路(30)，第一冷却流体可以流动通过至少一个初级回路而不与致动器(26)接触。此外，还提供了用于激光加工工件(12)的加工设备的成套零件以及用于使用这种加工设备激光加工工件(12)的方法。工件(12)的方法。工件(12)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Optical Systems，主动光学系统、LLC)或Fraunhofer IOF(也参见“Fast adaptive focusing mirrors for material processing”https://www.iof.fraunhofer.de/de/presse
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medien/presse
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mitteilungen/2019/LASER
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Messe
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Highlights.html)。如果镜的表面区域可以彼此独立地快速调整，例如在高于100Hz的频率的情况下，则可以利用这种镜执行动态光束成形。
[0008]此外，Fraunhofer IWS Dresden已经表明，翻转/倾斜压电扫描仪似乎适于动态光束成形，参见C.Goppold等，2019年6月慕尼黑LIM会议，“Tip
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Tilt piezo platform scanner qualifies dynamic beam shaping for highlaser power in cutting applications”。为此，大约1英寸的镜联接至压电致动器，压电致动器以高度动态的方式移动镜。仅在短期的操作中因此实现了达到2kHz。商购可得的电流扫描仪(或电流计扫描仪)系统通常可以被使用达到kHz范围。
[0009]然而，已被证明的是，市场上可得的用于动态激光束成形的装置、例如翻转/倾斜压电扫描器在高热曝光/显影的情况下容易出故障，特别是在较高的振动频率(几个100Hz至几个kHz)的范围内和/或长期应用中。在产生的高振动幅度的情况下，高热显影本身可以由致动器确定，特别是在连续操作中。
[0010]EP 1 030 206 A2公开了用于激光束的可变形镜和具有冷却水通道的镜座。根据US5777807 A和US2001008469 A，提出了在激光加工机中对可变形镜的镜平台进行冷却。EP1104940 A1描述了设置有冷指的固态致动器。EP1104940 A1还指出，致动器的空气冷却技术上复杂并且不能设计为封闭系统。压电致动器的空气冷却在以下中描述：https://www.piezomechanik.com/fileadmin/filestorage/Kataloge/de/Piezomechanik_Katalog_D_2010
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05
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05_web.pdf中的第42页；https://static.physikinstrument.com/fileadmin/user_upload/physik_instrument/files/user_manuals/P
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21x
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Benutzeranleitung
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PZ249D110.pdf中的第26页；http://www.dyneos.ch/pdf/Dyneos_Katalog_Piezoelektrische_Aktor.pdf中的第62页图48。
[0011]激光加工头必须满足高洁净度要求。在借助于镜进行激光束成形的通常的装置中，例如翻转/倾斜压电扫描仪，在镜后部的下方存在通向激光加工头的光学腔室的开口。气态的冷却介质可以用于对扫描仪进行主动冷却。为此，大量冷却介质(用于冷却空气的通常值＞100l/min)被引入到扫描仪壳体中。然而，冷却介质可以通过开口进入光学腔室并与镜表面及其他光学元件(例如偏转镜、透镜和防护玻璃)接触。然而，与激光束相互作用的污染可能导致损坏或甚至损毁这些光学元件。冷却介质本身因此可以是扫描仪壳体中和/或光学腔室中的污垢的来源，或者可以通过高流速使存在于光学腔室中的污垢旋转并且因此将污垢导引到光学元件中的激光束的有效范围内。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供用于激光加工工件的一种加工设备和一种方法，该装置和方法允许可靠的和/或不易产生误差的激光束成形。
[0013]该目的是通过下述实现的：根据权利要求1的用于激光加工工件的加工设备、根据权利要求12的加工设备的用途、根据权利要求13的用于激光加工工件的加工设备的成套零件以及根据权利要求15的用于激光加工工件的方法。
[0014]在本专利技术的实施方式中，提供了一种用于在加工区中激光加工、特别地用于激光切割工件的加工设备、特别是激光加工头，该加工设备具有：用于加工激光源的第一接口，加工激光源用于产生加工激光束；用于加工激光束的出口开口；第一接口与出口开口之间的光学系统，该光学系统具有至少一个激光束导引装置，该至少一个激光束导引装置具有至少一个可移动表面和至少一个致动器，可移动表面利用至少一个致动器能够动态地调整；以及用于对至少一个致动器进行冷却的冷却装置，其中，冷却装置具有至少一个初级回路，第一冷却流体可以流动通过至少一个初级回路且不与致动器接触。
[0015]初级回路中的至少一个初级回路可以构造成由第一冷却流体主动流动通过，例如，初级回路中的至少一个初级回路可以包括用于使第一冷却流体主动流动通过初级回路的装置，比如泵送装置。加工设备的内部可以设置在第一接口与出口开口之间。激光束导引装置可以具有到加工设备的内部的开口。可移动表面可以布置在加工设备的内部中和/或到加工设备的内部的开口中。
[0016]加工设备使至少一个致动器能够被冷却且第一冷却流体不与致动器接触。因此避免了致动器和可移动表面的污染。以这种方式，也避免了来自致动器周围的第一冷却流体进入加工设备的内部——也称为光学腔室——并在那里与光学元件进一步接触或使污垢颗粒旋转。另外，致动器的冷却稳定激光束导引装置在高温下、甚至在长期运行中，例如在工业应用中的功能。因此，至少一个可移动表面能够由至少一个冷却致动器在期望的频率范围内并且甚至以从几个100Hz至几个kHz的高频可靠地调整，并且能可靠地工作且几乎没有干扰，特别是在高热曝光/显影的情况下。
[0017]因此，在实施方式的加工设备中，通过调整至少一个可移动表面，甚至在长期使用和在通常用于激光加工的热曝光/显影情况下，也可以可靠地修改按时间积分的加工激光束的光束参数乘积。此外，如果仅对可移动表面进行空间调整，则可以设置光束参数乘积并且可以进行加工激光束的静态光束成形。如果不仅在空间上而且在时间上对可移动表面进行调整，即在一个或更多个时间段期间，则可以设置或改变光束参数乘积，并且使加工激光束的动态光束成形成为可能。以这种方式，几乎可以提供任何强度分布的束斑和加工激光束的光束参数乘积。由于可移动表面，改变焦距的功能、轴向聚焦位置的调整以及静态和/或动态光束成形的功能也可以在单个部件中实现。因此，加工激光束的光束路径的节省空间布置还可以与冷却装置一起实现。另外，为了提供改变焦距的功能、焦点位置调整以及静态和/或动态光束成形的功能，不必使整个激光束导引装置移动或移位。至少一个激光束导引装置和/或至少一个致动器可以因此在加工设备中以固定的方式提供并且可以被冷却。
[0018]在一个实施方式中，冷却装置可以具有封本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种加工设备，所述加工设备用于在加工区(13)中对工件(12)进行激光加工、特别地用于对所述工件(12)进行激光切割，所述加工设备特别地为激光加工头，所述加工设备具有：第一接口(14)，所述第一接口(14)用于加工激光源(16)，所述加工激光源(16)用于产生加工激光束(15)；出口开口(18)，所述出口开口(18)用于所述加工激光束；光学系统，所述光学系统在所述第一接口与所述出口开口之间，所述光学系统具有至少一个激光束导引装置(22)，所述至少一个激光束导引装置(22)具有至少一个可移动表面(24)和至少一个致动器(26)，利用所述至少一个致动器(26)，所述可移动表面(24)能够被动态地调整；以及冷却装置(28)，所述冷却装置(28)用于对所述至少一个致动器进行冷却，其中，所述冷却装置具有至少一个初级回路(30；32)，第一冷却流体能够流动通过所述至少一个初级回路(30；32)且不与所述致动器接触。2.根据权利要求1所述的加工设备，其中，所述冷却装置具有封闭的次级回路(34)，第二冷却流体能够流动通过所述次级回路(34)且与所述致动器接触并且所述第二冷却流体能够通过初级回路(32)中的第一初级回路进行冷却。3.根据前述权利要求中的任一项所述的加工设备，其中，所述冷却装置具有从下述内部(36)选取的至少一个元件以及冷却结构件(37)：所述至少一个致动器和/或所述激光束导引装置至少部分地布置在所述内部(36)中。4.根据权利要求3所述的加工设备，其中，所述内部是所述次级回路的一部分；和/或其中，所述冷却结构件是所述初级回路中的所述第一初级回路或第二初级回路的一部分。5.根据权利要求3或4所述的加工设备，其中，所述冷却结构件具有所述冷却装置的壁，所述壁能够被流动通过并且特别地至少部分地围绕所述冷却装置的所述内部和/或所述激光束导引装置；以及/或者其中，所述冷却结构件具有至少一个冷却翅片，所述冷却翅片能够被流动通过并且特别地布置在所述冷却装置的所述内部中。6.根据前述权利要求中的任一项所述的加工设备，其中，所述加工设备具有第二接口(17)，所述冷却装置和/或所述激光束导引装置以可互换的方式设置在所述第二接口(17)处；以及/或者其中，所述第一冷却流体是液态的和/或所述第二冷却流体是气态的；以及/或者其中，所述冷却装置、特别是所述冷却装置的所述壁以气密的方式设置在所述加工设备上。7.根据前述权利要求中的任一项所述的加工设备，其中，所述至少一个致动器从压电致动器、电流计扫描仪致动器、多个所述压电致动器或多个所述电流计扫描仪致动器以及所述压电致动器和所述电流计扫描仪致动器的组合中选取；和/或
其中，所述至少一个可移动表面至少部分地反射所述加工激光束；和/或其中，所述至少一个可移动表面能够动态地定向；和/或其中，所述至少一个可移动表面是能够动态变形的连续表面；和/或其中，所述可移动表面(24)能够被动态地调整成使得所述可移动表面(24)改变按时间积分的加工激光束的光束参数乘积；和/或其中，所述至少一个可移动表面能够调整成使得所述至少一个可移动表面改变所述光学系统的焦距；和/或其中，所述至少一个可移动表面能够调整成使得所述至少一个可移动表面改变所述加工激光束的轴向聚焦位置。8.根据前述权利要求中的任一项所述的加工设备，其中，所述激光束导引装置具有作为所述至少一个可移动表面的带有多个镜部段的至少一个分段镜，所述至少一个分段镜中的每个分段镜均能够动态地定向；和/或其中，所述激光束导引装置具有作为所述至少一个可移动表面的至少一个能够动态变形的镜。9.根据前述权利要求中的任一项所述的加工设备，其中，所述至少一个可移动表面能够调整成使得所述至少一个可移动表面至少垂直于传播方向动态地移动所述加工激光束；和/或其中，所述至少一个可移动表面能够调整成使得所述至少一个可移动表面动态地移动所述加工激光束并且产生至少一个焦点振荡，所述至少一个焦点振荡具有至少一个振荡幅度和至少一个振荡频率并且具有焦点振荡路径，所述焦点振荡路径对应于二维或三维李萨如图形或者二维或三维李萨如图形的组合。10.根据前述权利要求中的任一项所述的加工设备，其中，所述至少一个致动器构造成以高频动态地调整所述可移动表面；和/或其中，所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙，
申请(专利权)人：百超激光有限公司，
类型：发明
国别省市：