具有光电连接元件的激光系统技术方案

根据本实用新型专利技术的激光系统(1)包括：一个用于产生激光束(3)的激光束源(2)；一个加工单元(4)，在自由光束传播中被引导通过加工单元(4)的激光束(3)从该加工单元输出；一个用于控制激光束源(2)和/或加工单元(4)的控制单元(5)；一个用于引导激光束(3)从激光束源(2)至加工单元(4)的光导纤维(6)；用于连接控制单元(5)和加工单元(4)的电线(7)；和一个与加工单元(4)可分地连接的连接元件(10)，光导纤维(6)和电线(7)在该连接元件中结束，其中，所述连接元件(10)具有与光导纤维(6)的输出端(11)间隔布置的光束输出光学装置(12)以及电线(7)的末端电触点(13)，连接元件(10)的末端电触点(13)与加工单元(4)的配对电触点(14)相连，并且从输出端(11)输出的激光束(3)穿过光束输出光学装置(12)耦合输入到加工单元(4)中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光系统、特别是激光打标系统，具有一个用于产生激光束的激光束源；一个加工单元，激光束从加工单元输出；一个用于控制激光束源和/或加工单元的控制单元；一个用于引导激光束从激光束源至加工单元的光导纤维；和用于连接控制单元与加工单元的电线。
技术介绍
激光系统通常被分为两部分，即一个包括激光束源和控制单元的供给单元和一个尽可能紧凑的加工单元，激光束从该加工单元输出。这种分成两部分的做法确保了即便在位置关系受限制的情况下或者在作用地点交替的情况下也能够将激光束带到相应的作用地点上。供给单元与加工单元相互连接，其中，该连接包括至少一个将激光束由激光束源传送到加工单元的光导纤维以及在控制单元与加工单元之间的电线。光导纤维与电线可在两个单独的连接线缆中或甚至共同地在一个混合线缆内导向。特别是在材料加工中使用具有较高的激光束质量并且同时还具有kW范围的高激光功率的激光系统或者是具有在kW至GW范围中的高脉冲峰值功率的脉冲激光系统。在这种条件下，那么就存在一种挑战，即要将高的激光功率从激光束源传输到加工单元。分为两部分的激光系统的加工单元可包括其他元件，如串联的用于束展宽以及束聚焦的光学装置、用于频率转换的非线性晶体、机械式光掣(Lichtverschluss)、用于测量光功率的设备、具有加工光学装置的光学扫描仪、切割头或焊接头、适合用来冷却加工单元的设备(通风机、帕尔贴元件、水管路)、集成式吸出装置、加工气体的集成式供给线、激光警示灯和/或集成式摄像系统。加工单元因而通常不能任意紧凑地被构造并且在很多情况下体积较大、不轻便并且较重。如果供给单元不可分地与加工单元相连，会给这种两分式激光系统的操作带来困难。这种情况尤其是适用于激光系统在机器和设备中的集成，其中，通常存在位置关系的限制，如果两个末端不可分地与大体积、不轻便以及重量大的单元连接，供给单元与加工单元之间的连接线缆的铺设就十分困难。因此，供给单元与加工单元就应该可以相互分离。这不仅适用于至少一个将激光束由激光束源传输给加工单元的光导纤维，同时也适用于控制单元与加工单元之间的电连接。为了将加工单元不仅光学地、同时电地与供给单元相连，要采用类似于EP2003477A1中的混合式插拔连接。所述插拔连接必须具有极小的纤维芯直径以便借助光纤传输光束质量高的激光束。这就增加了如EP2003477A1中所述的纤维-纤维间耦合的应用难度，因为小的纤维芯直径需要纤维末端相互间的相对定位非常精确。在激光功率或者说脉冲峰值功率较高的情况下，这种对于定位精确性的要求进一步提高，因为高的激光功率在定位错误的条件下就不能完全耦合输入到相对布置的纤维芯中并且可能带来损伤。此外，极小的纤维芯直径还会使得纤维芯内部的功率密度很高。因此，纤维末端上的杂质就特别关键，因为其会降低损伤阈值并且可能导致纤维末端上的烧穿。此外，纤维-纤维间耦合通常会使得光束质量变差。在专利文献EP2003477A1中所述的混合式插拔连接因此就不适用于光束质量高、激光功率大的激光束，特别是当脉冲激光的脉冲峰值功率大于IkW或IOkW时。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的主要目的在于这样来改进一种具有与激光束源和控制单元可分的加工单元的两分式激光系统，使得能够传输具有高光束质量并和高的激光功率、特别是具有大于IkW或IOkW的脉冲峰值功率的激光束，并且激光系统在此可特别紧凑、成本低且简单地集成。根据本技术提出了一种激光系统，它包括一个用于产生激光束的激光束源；一个加工单元，在自由光束传播中被引导通过加工单元的激光束从该加工单元输出；一个用于控制激光束源和/或加工单元的控制单元；一个用于引导激光束从激光束源至加工单元的光导纤维；用于连接控制单元和加工单元的电线；和一个与加工单元可分地连接的连接元件，光导纤维和电线在该连接元件中结束，其中，所述连接元件具有与光导纤维的输出端间隔布置的光束输出光学装置以及电线的末端电触点，连接元件的末端电触点与加工单元的配对电触点相连，并且从输出端输出的激光束穿过光束输出光学装置耦合输入到加工单元中。根据本技术，借助光电连接元件来使得在光导纤维中引导的激光束自由光束耦合进入加工单元中，耦合输入的激光束在加工单元中以自由光束传播穿过直到其输出。通过连接元件与加工单元的分开，不仅断开激光束源与加工单元之间的光学连接，同时也断开电连接，通过该电连接供给或控制加工单元内的组件。光学连接以及电连接可被构造为两个单独的连接线缆或构造为同一个混合线缆。这种混合线缆在操作、可集成性以及成本方面具有优势，因为这样就可无需为光导纤维设置保护软管，而仅须铺设唯一的一个连接线缆。光导纤维例如可布置在电连接线缆内的一个空心管中。与光导纤维的输出端间隔布置的连接元件的光束输出光学装置可相对较大。当连接元件还包括附加的部件时，则尤其是这种情况。因此，特别是若将纤维激光器用作激光束源时，激光功率或者说脉冲峰值功率高的激光束源就需要在纤维输出端上布置光隔离器，以防止激光束源反射。当激光功率或脉冲峰值功率极高时，在光导纤维中就可能出现非线性效果如自相位调制、喇曼散射以及布里渊散射，这可能增不利地加宽激光束的波长谱或者甚至损坏激光束源。这种效果取决于光导纤维的纤维长度，高功率密度在该纤维长度上传播。通过将光导纤维构造为增强纤维，其本身减小，从而使直到纤维输出端上才出现完全的功率密度。作为替代方案的是，也可以使激光放大器悬置在光导纤维的末端上，如在W02007/0831 IOAl中针对具有附设的激光放大器的纤维激光器的情况所述。在这种情况下，供给单元与加工单元之间的光导纤维就具有极小的功率密度，其只有在连接状态下才会被增强至所需的激光功率。这种激光放大器所需的激发光可例如在一个附加的光导纤维中由位于供给单元中的激发源传输至激光放大器。特别是在激光打标系统中，激光束源为脉冲峰值功率大于IkW或IOkW的脉冲激光器，并且优选为纤维激光器。连接元件内的激光放大器决定了光束输出光学装置特别大并且构成热源，因为被给进其中的激发光功率仅有50%至80%被转化为激光功率，激发光的其余部分作为热量释放。因此有利的是，包括激光放大器的连接元件被冷却。例如通过使连接元件明显比加工单元更小更轻，由此也实现了通过连接元件与加工单元的分离而要达到的目的，即更好的操作性以及可集成性。为了维持较小的结构尺寸，在优选实施例中由外部实现连接元件的冷却，例如通过在光束输出元件与冷却的加工单元之间的接触面上进行直接的接触冷却或者通过空气环流，其中，可在加工单元或周边设备中集成某些通风机。加工单元例如可以被动(冷却片)或主动(通风机)的方式经过空气冷却或者水冷却。根据本技术的光电连接元件的另一个优势在于，电连接能够以非常简单且成本极低的方式监控，连接元件是否与加工单元相连。在一个非常简单的实施例中，电连接的两个单独的管线可在连接状态下导电地相互相连。控制单元能够通过测量管线之间的电阻来识别，连接元件是否与加工单元连接。这种监控用于避免，激光束源被意外驱动，而其连接元件并未与加工单元相连。在这种情况下危险的激光束不受控制地输出。附图说明本技术的其他优点由说明书以及附图中得出。上述以及后述的特征可单独地或者以多个任意组合的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光系统（1），包括：?一个用于产生激光束（3）的激光束源（2）；?一个加工单元（4），在自由光束传播中被引导通过加工单元（4）的激光束（3）从该加工单元输出；?一个用于控制激光束源（2）和/或加工单元（4）的控制单元（5）；?一个用于引导激光束（3）从激光束源（2）至加工单元（4）的光导纤维（6）；?用于连接控制单元（5）和加工单元（4）的电线（7）；和?一个与加工单元（4）可分地连接的连接元件（10），光导纤维（6）和电线（7）在该连接元件中结束，?其中，所述连接元件（10）具有与光导纤维（6）的输出端（11）间隔布置的光束输出光学装置（12）以及电线（7）的末端电触点（13），连接元件（10）的末端电触点（13）与加工单元（4）的配对电触点（14）相连，并且从输出端（11）输出的激光束（3）穿过光束输出光学装置（12）耦合输入到加工单元（4）中。

【技术特征摘要】
2011.06.28 EP 11171702.11.激光系统(I)，包括: 一个用于产生激光束(3)的激光束源(2)； 一个加工单元(4)，在自由光束传播中被引导通过加工单元(4)的激光束(3)从该加工单兀输出； 一个用于控制激光束源(2)和/或加工单元(4)的控制单元(5)； 一个用于引导激光束(3)从激光束源(2)至加工单元(4)的光导纤维(6)； 用于连接控制单元(5)和加工单元(4)的电线(7);和 一个与加工单元(4)可分地连接的连接元件(10)，光导纤维(6)和电线(7)在该连接元件中结束， 其中，所述连接兀件(10)具有与光导纤维(6)的输出端(11)间隔布置的光束输出光学装置(12)以及电线(7)的末端电触点(13)，连接元件(10)的末端电触点(13)与加工单元(4)的配对电触点(14)相连，并且从输出端(11)输出的激光束(3)穿过光束输出光学装置(12)耦合输入到加工单元(4)中。2.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述光导纤维(6)和电线(7)共同构造为混合线缆(30)。3.根据权利要求2所述的激光系统，其特征在于，所述混合线缆(30)与设置在激光束源(2)的壳体(40)上的混合线缆接头(32)相连，并且控制单元(5)的电线(33)通过激光束源(2)直至混合线缆接头(32)构成回路。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光系统，其特征在于，所述光束输出光学装置(12)由防护玻璃(12a)、由光学准直仪(12b)或者由防护玻璃(12a...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·克鲁泽，D·比歇，
申请(专利权)人：通快激光标记系统公司，
类型：实用新型
国别省市：