[发明专利]用于激光加工机械的加工头部和激光加工机械

说明书

用于激光加工机械的加工头部(1)具有至激光源(3)和聚焦光学器件(11)的接口。用于至少工作激光束(6)的单次偏转的偏转组件(9、10)布置在接口和聚焦光学器件(11)之间，并且被设计成根据功率改变工作激光束(6)的发散的无源光学元件的形式。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序所述的特别用于激光切割机械的用于激光加工机械的加工头部以及根据权利要求18的前序所述的具有该加工头部的激光加工机械。

背景技术

当该激光加工机械用于金属加工时，例如，激光加工机械在非常高于例如根据EP0515983 A1操作的医疗激光器系统的功率范围的高功率范围中操作。这些激光器分别地在低或中功率范围中操作并且不必克服在具有超过500W的输出功率的激光源中由于光学元件的热应力而出现的问题。

特别地激光切割机械的激光加工机械的重要元件是激光束源、激光束引导件和包括切割喷嘴的加工头部(聚焦光学器件)。离开激光束源的光束可以在使用在近红外范围中操作的激光器(Nd：YAG激光器、光纤激光器、盘形激光器、直接二极管激光器)时借助于光学波导并且在使用CO₂激光器时借助于偏转镜而被引导到位于加工点处的聚焦光学器件。聚焦光学器件将激光束聚集在焦点处，并且从而生成用于切割过程的强度。

具有CO₂激光器的系统主要由固定激光束源、反射镜和在加工头部中的聚焦光学器件组成。反射镜望远镜确保近似准直光束，近似准直光束在整个加工空间中具有轻微发散或会聚。聚焦光学器件上的光束直径因此是相同的或大约相同的并且在焦点中还导致等同的焦比和强度。对应的激光加工头部通常地借助于具有可变曲率的偏转镜将该准直光束优选地偏转90°，使得聚焦光学器件下游的焦点位置可以改变。根据US5493095A，悬臂式聚焦光学器件还能够改变焦点位置并且从而校正准直激光束的轻微发散或收敛。

共振器(激光束源)和聚焦光学器件之间的光束引导件借助于，如果适用，用水冷却的偏转镜而实现。偏转镜涂覆有金或钼并且由单晶硅或纯铜组成。大约1μm的波长范围中的激光辐射(Nd：YAG激光器、光纤激光器、盘形激光器)，相比之下，可以借助于挠性光纤光缆通过较远的距离而没有损耗地被引导到加工头部。

偏转镜为了各种目的而用于激光机械。例如，DE 202004007511 U1公开了利用部分反射式偏转镜以用于去耦一小部分激光辐射以用于功率测量。然而，在具有显然未变的发散的情况下，工作激光束穿过该偏转镜。较小的去耦部分然后在探测器上借助于弯曲的偏转镜而被反射。部分反射式偏转镜被优化以用于传输大部分激光辐射并且为此目的以抗反射涂层为特征。

另一方面，DE 102009047105 A1公开了以具有光纤出射面的光纤以及反射式聚焦光学器件为特征的成像光学器件，激光束从光纤出射面发散地出射。公开的成像光学器件在焦点处形成发散激光束的图像。反射式聚焦光学器件由单个聚焦反射镜元件组成，聚焦反射镜元件的反射镜表面被设计用于在焦点处对光纤出射面点对点成像。

为实现定向独立切割质量，线性偏振激光束借助于移相偏转镜而在CO₂激光共振器下游圆偏振。使用的偏转镜具有多层涂层，多层涂层的功能对应于四分之一波板。在切割间隙中的激光辐射的偏振依赖式吸收率可以导致定向依赖式边缘质量和切割效率。激光源的在近红外范围中的激光辐射通常地至少在经过一段平均时间中是非偏振的。

近红外激光源的加工头部中的聚焦光学器件通常地由硅玻璃组成，然而CO₂激光器的聚焦光学器件由单晶硒化锌或铜的轴偏离抛物面反射镜组成。光束以聚焦方式穿过所谓的切割喷嘴，其中所述切割喷嘴通常包括铜并且还在加工点处引导吹制气体或过程气体。