[发明专利]用于借助于激光辐射加工材料的装置

说明书

本发明涉及一种用于借助于激光辐射加工材料的装置，所述装置包括：用于将激光束聚焦到工件上的聚焦光学器件(15)和用于调节强度分布的调节光学器件(20)。所述调节光学器件包括至少两个板状光学元件(10)，所述至少两个板状光学元件在所述激光束(14)的光束路径中一个接一个地布置，在圆周方向上能够相对于彼此旋转，且所述板状光学元件中的每一个都具有扇形块面构成的圆形型式，所述扇形块面在圆周方向上相对于各自的板平面交替倾斜。

技术领域

本发明涉及一种用于借助于激光辐射加工材料的装置。

背景技术

在激光加工期间，即借助于激光辐射加工材料、例如激光焊接或激光切割，从激光光源、例如激光光纤的端部发射的激光束借助于光束引导和聚焦光学器件被聚焦在待加工的工件上。焦点的直径，即激光光源在工件上的图像的直径是引导和聚焦光学器件的各个光学元件的光学数据得出的结果。如通常那样，如果使用了具有准直光学器件和聚焦光学器件的光束引导和聚焦光学器件，光束引导和聚焦光学器件的激光是经由光纤提供，则焦点直径是纤芯直径与聚焦焦距的乘积除以准直焦距的结果。

根据片材的厚度，激光切割需要不同的激光束直径。这里，待切割的材料的厚度越大，激光束直径应该越大。例如，厚度多达5mm的片材需使用约125μm的焦点直径，而用于切割厚度为5mm至10mm的片材，则需要两倍大的焦点直径，即约250μm的焦点直径。从片材厚度为10mm起，使用引导和聚焦光学器件，其提供的焦点直径约为600μm或更大。然而，高切割边缘质量只能实现定制束焦散。否则，在切割边缘处形成凹槽、脊和毛刺。

在大的焦点直径的情况下，在焦点上形成强度分布的环形轮廓是有利的，因为这使得在切割切口中产生更均匀的温度分布。因此，可以通过切割气体更有效地排出熔融材料。

DE 28 21 883 C2已经公开了一种用于借助于激光辐射加工材料、例如钻孔、冲压和焊接材料的装置，其中，在用于加宽激光束的准直光学器件和用于将激光束聚焦到工件之上的聚焦系统之间，获得由透明折射材料组成的圆锥体(轴椎体)，所述轴锥体用于远离轴线和靠近轴线的激光加工光束的横截面区域的轴对称反转。然后，聚焦光学器件根据激光加工光束的变化的光束特性将激光加工光束聚焦到工件上的环形区域中。因此，通过使用轴锥体，在激光加工光束中的强度分布是变化的，使得在焦点区域中出现环形轮廓。

从DE 10 2013 102 442 A1中已知在用于使用激光材料加工的光学装置中，在相对于激光束可以横向移动的聚焦光学器件和准直光学器件之间提供双折射光学元件。这里，折射光学元件配置为板状元件，板状元件的相互面对的表面被成形为使得可以通过位移来模拟具有可变锥角的轴锥体。从而，可以制造顶帽轮廓和环形轮廓。环形直径可以连续被调节。

从WO 2013/086227 A1已知一种装置，该装置中，聚焦在工件上的光束特性不是通过光束引导和聚焦光学器件的干预获得的，而是在将激光辐射提供给光束引导和聚焦光学器件的光纤的激光出口端部获得光束特性。为此，激光束借助于可移动的耦合装置以不同的角度耦合到工艺光纤中，以便仅激发几种光纤模式。因此，可以产生高斯/顶帽轮廓以及环形轮廓。环形直径也可以连续被调节。这里，利用了光纤的入口侧的数值孔径等于出口侧的数值孔径的物理特性。

此外，已经提出了具有在圆周方向上形成锯齿形轮廓的圆周或方位角相斜面的反射玻璃板。锯齿形轮廓在内侧比在外侧更倾斜。利用这样的元件，可以制造具有固定直径的环。

DE 10 2011 113 980 A1公开了一种具有可变折射率的透镜系统，其中，两个平凸透镜围绕光轴可旋转地布置，且它们的平面表面堆叠。在这种情况下，凸透镜表面分别具有一个具有折射率的螺旋状曲率轮廓，该折射率随着围绕轴线旋转的角度而连续地增加或减小，并且在各自的零角度方向处具有至少一个方位角阶跃折射率。在透镜相对于彼此旋转期间，折射率以及因此的一对透镜的焦距变化。必须涵盖方位角阶跃。