用于激光加工的加工头和方法技术

本发明专利技术涉及用于激光加工工件的加工头(100)，该加工头(100)具有针对用于发射加工激光束的加工激光源的第一接口(102)；针对用于发射线性偏振照明光束的照明光源的第二接口(104)；用于加工激光束和照明光束的出口开口(112)；用于检测从工件反射的照明光束的检测器装置的第三接口(106)；以及引导光学器件(116，117)，所述引导光学器件(116，117)用于至少部分同轴地引导发射的照明光束通过出口开口和至少部分同轴地引导从工件反射的照明光束通过出口开口至第三接口。引导光学元件具有：偏振分束器(116)，该偏振分束器(116)用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束引导至出口开口的方向上；以及设置在偏振分束器与出口开口之间的延缓板(117)。本发明专利技术还涉及用于激光加工工件的方法。于激光加工工件的方法。于激光加工工件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光加工的加工头和方法
[0001]本专利技术涉及根据权利要求1所述的用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的加工头、根据另一项独立权利要求所述的这样的加工头的用途、以及根据另一项独立权利要求所述的用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的方法，特别是用于用加工头来激光加工工件的方法。
[0002]过程监视，即对加工过程的监视，对于激光加工工件特别是激光切割变得越来越重要。一段时间以来，人们试图使切割期间生成的过程光可用于监视和控制目的。为此，工件的加工区(也被称为过程区)可以借助于摄像装置技术或其他检测器以空间分辨率的方式进行观察。这在过程分析方面持有很大的潜力，因为除了过程光强度之外，可以获得几何信息，特别是关于切口的几何信息。然而，不仅可以利用过程光来获得几何信息，还可以附加地或替选地对过程区进行主动照明。
[0003]在用于激光加工的加工头的情况下，加工激光束和照明光可以通过出口开口照射到工件上。如果用加工头内部的摄像装置检测到从工件反射的照明光，则照明光必须两次通过出口开口，即从照明光源到过程区并且再沿摄像装置的方向返回。根据激光加工的类型，出口开口可以相对小。例如，在激光切割期间，根据切割过程和使用的切割气体，加工头的出口开口(也被称为喷嘴)的孔径可以具有非常小的快门直径。因此，在这样的情况下，照明光的非常陡峭的入射角是期望的。
[0004]在加工头的情况下，出口开口和摄像装置可以被同轴地布置。另外，加工激光束和照明激光束可以被同轴地引导至工件上，例如经由一个或更多个耦合镜被同轴地引导至工件上。图1示意性地示出了激光切割头10，该激光切割头10具有出口开口12、被布置成与出口开口同轴的摄像装置14、用于照明光的分束器16、照明光源18、加工激光源20、用于偏转加工激光束的二向色镜22和待加工工件24。
[0005]通常情况下，使用50:50的分束器作为分束器16，它反射50％的照明光，并且透射50％的照明光。将照明光强度分成反射光和透射光是期望的，因为最初照明光在分束器处偏转至出口开口12和工件24的方向上，在工件24上反射并再次通过出口开口12之后，通过分束器16透射至摄像装置14。然而，利用50:50分束器，最多仅可以使用25％的发射的照明光。当照明光被偏转时，50％的光被丢失，而当照明光被透射时，又有50％被丢失。因此，加工过程在具有低照明光产量的摄像装置14上被监视。此外，照明光束的不期望的反射可能在光学元件例如激光光学器件和快门的光学元件上以及加工头的其他部件上的边界表面处和边界层处发生。图2示出了具有照明光束28的激光切割头10和激光切割头10的基本反射点29，在这些位置处通常出现照明光束28的不期望反射。图3示出了具有这样的干扰反射32的切口30的示例性摄像装置记录。然而，在摄像装置处的低照明光产量和/或干扰反射降低了在加工过程的监视期间获得的摄像装置记录的信息价值。
[0006]US 2006/0196860 A1中描述了一种示例性激光光学器件，在该示例性激光光学器件中用两个λ/2板和它们之间的可旋转折射光学器件生成了可旋转的加工激光束。DE 102011119478 B4提出了一种用于照明光的耦合镜，该耦合镜是中心反射和外围透明的。US 2016/0193692 A1、DE102018205545A1、DE 102015121988 A1、US 2017/0043431 A1中描述
了激光加工装置的其他光学器件。EP 2886239 A1涉及一种用于监视和调节激光连接过程中的加工路径的方法和装置。在二向分束器上方安装了偏振分束器和λ/4板。从工件表面漫散射的照明激光辐射是圆偏振的，并且在λ/4板上方被转换成线性偏振辐射并由偏振分束器透射。然而，可能发生照明激光辐射的干扰反射。
[0007]本专利技术的目的是指定一种能够对加工过程进行有意义的监视的加工头和加工方法。
[0008]该目标通过根据权利要求1所述的加工头、根据权利要求9所述的加工装置、根据权利要求10所述的使用和根据权利要求11所述的用于激光加工工件的方法来实现。
[0009]本专利技术的第一实施方式涉及一种用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的加工头，该加工头具有：针对用于发射加工激光束的加工激光源的第一接口；针对用于发射线性偏振照明光束的照明光源的第二接口；用于加工激光束和照明光束的出口开口；针对用于检测从工件反射的照明光束的检测器装置的第三接口；以及引导光学器件，所述引导光学器件用于至少部分同轴地引导发射的照明光束通过出口开口和至少部分同轴地引导从工件反射的照明光束通过出口开口到第三接口。因此，引导光学器件示出：
[0010]偏振分束器，该偏振分束器用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束引导至出口开口的方向上；以及布置在偏振分束器与出口开口之间的延缓板，该延缓板用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束转换成圆偏振照明光束并且用于将从工件反射的至少一部分的圆偏振照明光束转换成线性偏振照明光束。
[0011]由于偏振分束器和延缓板的结合，光学引导意指可以有利地使用由照明光源发射出的照明光的偏振。在加工头的操作期间，高达100％的发射的照明光(即比50:50分束器多4倍)可以被引导至出口开口的方向上，并且最终用于检测并因此监视加工过程。因此，用于监视过程的照明光产量得到了优化。另一优点是减少了干扰反射。这是因为发射的线性偏振照明光在照明光源与延缓板之间的反射不会改变发射的照明光的线性偏振。在可能发生不期望反射的情况下，照明光在最坏的情况下被偏振分束器送回照明光源，并且不会干扰检测器记录。另外，发射和反射的照明光的干扰在引导光学器件中得到了避免。另外，可以使用在商业上容易可用的、经过验证的和廉价的光学元件。
[0012]偏振分束器和延缓板可以各自针对波长范围是选择性的，特别是针对照明光束的波长范围是选择性的，特别是针对照明光束的波长附近的波长范围是选择性的。以这种方式，检测器装置处的照明光产量增加。
[0013]偏振分束器可以被设计和/或对准成将超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间的线性偏振照明光束偏转和/或反射至延缓板的方向上。偏振分束器也可以被设计和/或对准成透射从工件反射的至少一部分，特别是超过80％，优选地80％至100％之间，更优选地90％至99％之间的照明光，特别是在第三接口的方向上透射。这使得引导光学器件的光学元件能够布置在小空间内，因为偏振分束器既可以在出口开口的方向上偏转照明光，又可以在第三接口的方向上透射反射的照明光。
[0014]延缓板可以被设计为λ/4板。延缓板也可以备设计和/或对准成将发射的线性偏振照明光束，特别是超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间的发射的线性偏振照明光束转换成圆偏振照明光束。延缓板还可以被设计和/或对准成将从工件反射的圆偏振照明光束，特别是从工件反射的超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地
95％至99％之间的圆偏振照明光束转换成线性偏振照明光束。特别地，延缓板可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于工件(24)的激光加工,特别是用于激光切割的加工头(100)，所述加工头(100)具有：针对用于发射加工激光束(129)的加工激光源(120)的第一接口(102)；针对用于发射线性偏振照明光束(128)的照明光源(118)的第二接口(104)；用于所述加工激光束(129)和所述照明光束(128)的出口开口(112)；针对用于检测从所述工件(24)反射的所述照明光束(128)的检测器装置(114)的第三接口(106)；以及引导光学器件(116，117)，所述引导光学器件(116，117)用于至少部分同轴地引导所发射的照明光束(128)通过所述出口开口(112)和至少部分同轴地引导从所述工件(24)反射的所述照明光束(128)通过所述出口开口(112)至所述第三接口(106)；其特征在于，所述引导光学器件(116；117)具有：偏振分束器(116)，所述偏振分束器(116)用于将至少一部分的所发射的线性偏振照明光束(128)引导至所述出口开口(112)的方向上；以及布置在所述偏振分束器(116)与所述出口开口(112)之间的延缓板(117)，所述延缓板(117)用于将至少一部分的所发射的线性偏振照明光束(128)转换成圆偏振照明光束(128)并且用于将从所述工件(24)反射的至少一部分的所述圆偏振照明光束(128)转换成线性偏振照明光束(128)。2.根据权利要求1所述的加工头(100)，其中，所述偏振分束器(116)和所述延缓板(117)各自针对波长范围是选择性的，特别是针对所述照明光束(128)的波长范围是选择性的，特别是针对在所述照明光束(128)的波长附近的波长范围是选择性的。3.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，其中，所述偏振分束器(116)被设计和/或对准成用于将超过90％的所述线性偏振照明光束(128)偏转和/或反射至所述延缓板(117)的方向上；以及/或者其中，所述偏振分束器(116)被设计和/或对准成透射从所述工件(24)反射的至少一部分，特别是超过80％的所述照明光，特别是在所述第三接口(106)的方向上透射。4.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，其中，所述延缓板(117)被设计为λ/4板；以及/或者其中，所述延缓板(117)被设计和/或对准成用于将所述发射的线性偏振照明光束(128)，特别是超过90％的所述发射的线性偏振照明光束(128)转换成圆偏振照明光束(128)；以及/或者其中，所述延缓板(117)被设计和/或对准成用于将从所述工件(24)反射的所述圆偏振照明光束(128)，特别是将从所述工件(24)反射的超过90％的所述圆偏振照明光束(128)转换成线性偏振照明光束(128)；特别是用于转换成线性偏振照明光束，所述线性偏振照明光束(128)的偏振面与所述发射的线性偏振照明光束(128)的偏振面垂直。5.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，其中，所述第一接口(102)连接至或设置有用于发射加工激光束(129)的加工激光源(120)；以及/或者其中，所述第二接口(104)连接至或设置有用于发射线性偏振照明光束(128)的照明光源(118)；以及/或者
其中，所述第三接口(106)连接至或设置有用于检测通过所述出口开口(112)从所述工件(24)反射的所述照明光束(128)，特别是用于检测由所述延缓板(117)线性偏振的照明光的检测器装置(114)。6.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，其中，所述延缓板(117)是所述引导光学器件中最接近所述出口开口(112)的光学元件；以及/或者其中，所述引导光学器件具有用于准直和/或聚焦所述照明光束(128)的至少一个光学元件(124)；以及/或者其中，在所述引导光学器件中，用于准直和/或聚焦所述照明光束(128)的至少一个光学元件(124)被定位在所述延缓板(117)与所述偏振分束器(116)之间。7.根据权利要求6所述的加工头(100)，其中，设置有加工激光光学器件(122)，特别是布置在引导光学器件与出口开口(112)之间的加工激光光学器件；以及/或者其中，所述引导光学器件(116，117)和所述加工激光光学器件(122)被设计成引导所述照明激光束和所述加工激光束(129)同轴地通过所述出口开口(112)。8.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，其中，所述出口开口(112)和针对所述检测器装置(114)的所述第三接口(106)被布置成同轴，特别是相对于所述加工激光束(129)在所述工件(24)上的入射...

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