[发明专利]用于设置激光束的焦点位置的装置和方法及激光加工系统

说明书

本发明涉及一种调节激光加工系统(100)中的激光束(10)的焦点位置(z)的装置(200)。所述装置(200)包括：计算单元，其被配置为能够计算焦点位置(z)的时间相关值z_t，其中，所述计算单元基于第一参数、第二参数和第三参数来计算焦点位置(z)的时间相关值z_t；以及控制单元，其被配置为能够基于焦点位置(z)的时间相关值z_t借助于用于调节焦点位置(z)的机构来设置激光束(10)的焦点位置(z)。

技术领域

本发明涉及一种用于设置激光加工系统或激光加工头、例如切割或焊接头中的激光束的焦点位置的装置，一种包括这样的装置的激光加工系统以及一种用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的方法。特别地，本公开涉及对加工激光束的焦点位置的实时确定和校正。

背景技术

在使用激光来加工材料的装置中、例如在激光加工头、例如用于激光焊接或激光切割的激光加工头中，从激光源或激光光纤末端射出的激光束借助于激光束引导和聚焦光学器件被聚焦或准直到待加工的工件上。常规地，激光加工头与准直光学器件和聚焦光学器件一起使用，其中，激光通过光纤提供。

激光加工材料中的一个问题是所谓的“热透镜”，这是由于用于激光束引导和聚焦的光学元件通过激光功率、特别是在多千瓦范围内的激光功率而变热，以及光学玻璃的折射率的温度相关性。特别地，不均匀加热导致光学器件中的热梯度，产生所谓的“热透镜”效应。例如，当具有多千瓦激光功率的激光辐射通过时，保护玻璃由于产生的热梯度而变得折射，即成为热透镜。相比之下，均匀加热的保护玻璃不会变折射。在激光加工材料中，热透镜会导致沿光束传播方向的焦点偏移，这可能会对加工质量产生负面影响。

在激光加工材料处理期间，主要有两种机制导致光学元件发热。一方面是激光功率的增加，另一方面是光学元件的污染。此外，光学元件可能会发生机械变形，从而导致折射率变化。例如，机械变形可能是由光学元件的插座的热膨胀引起的。

为了确保高质量的激光加工，有必要检测相应的焦点位置并补偿焦点偏移，即，提供快速而准确的焦点位置控制。

然而，热透镜不仅导致焦点偏移，而且导致光束质量劣化，并且可能导致例如像差。这导致整体光束焦散的改变、例如焦点直径的改变。因此，通过与参考值的简单比较来确定焦点位置是不精确的，并且不能代表对焦点位置的实时控制。

发明内容

本公开的目的是提供一种用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的装置、一种包括这样的装置的激光加工系统以及一种用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的方法，其能够在无需复杂的机械器具的情况下可靠地确定针对期望或预定焦点位置的一个或多个设置。特别地，本公开的目的是在激光加工处理期间实时地确定和设置针对激光束的期望或预定焦点位置的一个或多个设置。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中说明了本发明的有利实施例。