【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、用于切割或材料加工的激光加工头可以提供10千瓦甚至高达30千瓦的高功率激光束。激光材料加工头通常使用可调整光学器件，诸如变焦光学器件，用于调整激光束的焦点。
2、在激光材料加工期间，通常使用过程传感器(例如，刺穿传感器)来监控过程。为此，来自加工区的加工光必须到达位于加工头上的过程传感器。然而，感兴趣的加工区可能离光学器件的焦点非常远，因此很难在过程传感器处从加工区获得光。
3、此外，对于一些激光材料加工应用(例如，利用扫描仪系统的切割应用或远程焊接应用)，可以动态调整焦点位置。在这种情况下，过程传感器处的信号不仅会受到过程变化的影响，而且还会受到激光束的光斑位置的预期调整的影响。
4、在二维切割头中，切割气体力学与切割头的喷嘴一起使用，以控制朝向待切割工件的切割气体。切割气体力学设计用于使切割气体均匀并最大限度地流向加工区。因此，切割气体力学的尺寸通常接近最大可能的激光束轮廓。出于这个原因，切割气体力学定义了限制孔径，所述孔径限制了哪些加工光可以从加工过程通过切割头反射回来。
5、用于激光切割头中的过程监控的常见布置使用位于激光切割头内的准直光束中的折叠镜(例如，分色镜)。传感器和光学器件位于折叠镜后面。在这种布置中，传感器与过程的光轴同轴，并且可以监控通过折叠镜的加工光。然而，这种布置需要大量空间并且显著增加了激光切割头的重量。
6、用于激光切割头中的过程监控的另一种布置也使用折叠镜(例如，分色镜)，但是所述折叠镜在激光切割头内部位于输入光纤和准直透
7、用于激光切割头中过程监控的另一种布置使用嵌入激光光缆或嵌入激光源本身的传感器来检测反射回来的加工光。在us 2020/0298334中公开了一个示例。这种布置可能很昂贵并且会影响激光源的质量。
8、本公开的主题旨在克服上述问题中的一个或多个或至少减少上述问题中的一个或多个的影响。
技术实现思路
1、本文公开的激光加工头将激光能量传导至对工件的加工过程。所述激光加工头包括光纤输入、可调光学系统、输出和过程监控器。所述光纤输入沿着光轴发射所述激光能量，并且设置在所述光轴上的所述可调光学系统用于将所述激光能量聚焦为激光束。所述可调光学系统包括一个或多个可调光学元件。所述一个或多个可调光学元件中的初始可调光学元件设置在所述光纤输入和所述一个或多个可调光学元件中的任何其他可调光学元件之间。所述输出设置在所述光轴上，所述激光束被配置为通过所述输出传递到焦点。所述过程监控器被配置为感测已经从所述加工过程通过所述可调光学系统的至少一部分返回到感测位置的所述加工光的一部分。所述感测位置设置在所述光轴的侧面，并且位于在所述激光束外部的所述加工光的所述部分中。所述感测位置沿着所述光轴纵向设置，并位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间。
2、本文公开的激光加工头将激光能量传导至对工件的加工过程。所述激光加工头包括光纤输入、可调光学系统、输出以及一个或多个传感器。所述光纤输入沿着光轴发射所述激光能量，并且设置在所述光轴上的所述可调光学系统用于将所述激光能量聚焦为激光束。所述可调光学系统包括一个或多个可调光学元件。所述一个或多个可调光学元件中的初始可调光学元件设置在所述光纤输入和所述一个或多个可调光学元件中的任何其他可调光学元件之间。所述输出被配置为将所述激光束传递到焦点。所述一个或多个传感器被配置为感测已经从所述加工过程通过所述可调光学系统的至少一部分返回到感测位置的所述加工光的一部分。所述感测位置设置在所述光轴的侧面，并且位于在所述激光束外部的所述加工光的所述部分中。所述感测位置沿着所述光轴纵向设置，并位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间。
3、本文公开的激光加工头将激光能量传导至对工件的加工过程。所述激光加工头包括光纤输入、可调光学系统、输出、中继器和一个或多个传感器。所述光纤输入沿着光轴发射所述激光能量，并且设置在所述光轴上的所述可调光学系统用于将所述激光能量聚焦为激光束。所述可调光学系统包括一个或多个可调光学元件。所述一个或多个可调光学元件中的初始可调光学元件设置在所述光纤输入和所述一个或多个可调光学元件中的任何其他可调光学元件之间。设置在所述光轴上的所述输出被配置为将所述激光束传递到焦点。所述中继器位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间的感测位置中。所述中继器被配置为引导已经从所述加工过程通过所述可调光学系统的至少一部分返回到感测位置的所述加工光的一部分。所述感测位置设置在所述光轴的侧面，并且位于在所述激光束外部的所述加工光的所述部分中。所述感测位置沿着所述光轴纵向设置，并位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间。与所述中继器光通信的一个或多个传感器被配置为检测引导至其的所述加工光的所述部分。
4、本文公开的激光加工方法包括：通过以下方式将激光能量传导至对工件的加工过程：从头部的光纤输入发射所述激光能量，使用所述头部的可调光学系统将所述激光能量聚焦为激光束，并通过所述头部的输出将所述激光束传递到焦点，所述可调光学系统包括一个或多个可调光学元件，所述一个或多个可调光学元件中的初始可调光学元件设置在所述光纤输入和所述一个或多个可调光学元件中的任何其他可调光学元件之间；以及通过检测已经从所述加工过程通过所述可调光学系统的至少一部分返回到感测位置的所述加工光的一部分来监控所述加工过程，所述感测位置设置在所述光轴的侧面并且位于在所述激光束外部的所述加工光的所述部分中，所述感测位置沿着所述光轴纵向设置，并位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间。
5、前述
技术实现思路
并不意图概述本公开的每个潜在实施方案或每个方面。
【技术保护点】
1.一种用于将激光能量传导至对工件的加工过程的激光加工头，所述激光加工头包括：
2.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述过程监控器包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间的所述感测位置中并且被配置为感测所述加工光的所述部分。
3.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述过程监控器包括：
4.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括反射器、镜子或光学玻璃纤维。
5.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括刮刀镜，所述刮刀镜设置成相对于所述光轴成一定角度。
6.根据权利要求5所述的激光加工头，其中所述刮刀镜设置在从所述初始可调光学元件朝向所述光纤输入会聚的所述加工光的会聚锥中。
7.根据权利要求6所述的激光加工头，其中所述刮刀镜限定截头圆锥形状。
8.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括：
9.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括相对的第一表面和第二表面，所述相对的第一表面和第二表面被配置为将所
10.根据权利要求3所述的激光加工头，其中一个或多个传感器选自由光电二极管、红外相机、高速相机、光谱仪和高温计组成的组。
11.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述光纤输入具有第一数值孔径；并且其中所述感测位置设置在第二数值孔径处，所述第二数值孔径大于或等于所述光纤输入的所述第一数值孔径。
12.根据权利要求11所述的激光加工头，其中所述第二数值孔径比所述第一数值孔径大至少10％。
13.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述可调光学系统包括：
14.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述一个或多个可调光学元件包括变焦光学系统。
15.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述输出包括喷嘴。
16.一种用于将激光能量传导至对工件的加工过程的激光加工头，所述激光加工头包括：
17.根据权利要求16所述的激光加工头，其中所述一个或多个传感器以一定角度设置在邻近从所述光纤输入发射到内部光学器件的所述激光能量的发散锥的空间中。
18.根据权利要求17所述的激光加工头，其中所述一个或多个传感器设置在从所述初始可调光学元件朝向所述光纤输入会聚的所述加工光的会聚锥中。
19.根据权利要求17所述的激光加工头，其中所述光纤输入具有第一数值孔径；并且其中所述一个或多个传感器设置在第二数值孔径处，所述第二数值孔径大于所述光纤输入的所述第一数值孔径。
20.根据权利要求19所述的激光加工头，其中所述第二数值孔径比所述第一数值孔径大至少10％。
21.一种用于将激光能量传导至对工件的加工过程的激光加工头，所述激光加工头包括：
22.一种激光加工方法，其包括：
23.根据权利要求22所述的方法，其中检测已经从所述加工过程通过内部光学器件返回到所述光纤输入和所述内部光学器件之间的角空间的所述加工光的所述部分包括：
24.根据权利要求22所述的方法，其中检测已经从所述加工过程通过内部光学器件返回到所述光纤输入和所述内部光学器件之间的角空间的所述加工光的所述部分包括：用位于所述光纤输入和所述内部光学器件之间的角空间中的一个或多个传感器感测所述加工光的所述部分。
...【技术特征摘要】
1.一种用于将激光能量传导至对工件的加工过程的激光加工头，所述激光加工头包括：
2.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述过程监控器包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器位于所述光纤输入和所述初始可调光学元件之间的所述感测位置中并且被配置为感测所述加工光的所述部分。
3.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述过程监控器包括：
4.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括反射器、镜子或光学玻璃纤维。
5.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括刮刀镜，所述刮刀镜设置成相对于所述光轴成一定角度。
6.根据权利要求5所述的激光加工头，其中所述刮刀镜设置在从所述初始可调光学元件朝向所述光纤输入会聚的所述加工光的会聚锥中。
7.根据权利要求6所述的激光加工头，其中所述刮刀镜限定截头圆锥形状。
8.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括：
9.根据权利要求3所述的激光加工头，其中所述中继器包括相对的第一表面和第二表面，所述相对的第一表面和第二表面被配置为将所述加工光的所述部分在它们之间朝向所述反射器的边缘反射；并且其中所述一个或多个传感器设置在所述反射器的所述边缘处并且被配置为检测被引导至其的所述加工光的所述部分。
10.根据权利要求3所述的激光加工头，其中一个或多个传感器选自由光电二极管、红外相机、高速相机、光谱仪和高温计组成的组。
11.根据权利要求1所述的激光加工头，其中所述光纤输入具有第一数值孔径；并且其中所述感测位置设置在第二数值孔径处，所述第二数值孔径大于或等于所述光纤输入的所述第一数值孔径。
12.根据权利要求11所述的激光加工头，其中所述第二数值孔径比...
【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼·禅，
申请(专利权)人：IIVI特拉华有限公司，
类型：发明
国别省市：
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