[发明专利]用于激光加工的加工头和方法

说明书

本发明涉及用于激光加工工件的加工头(100)，该加工头(100)具有针对用于发射加工激光束的加工激光源的第一接口(102)；针对用于发射线性偏振照明光束的照明光源的第二接口(104)；用于加工激光束和照明光束的出口开口(112)；用于检测从工件反射的照明光束的检测器装置的第三接口(106)；以及引导光学器件(116，117)，所述引导光学器件(116，117)用于至少部分同轴地引导发射的照明光束通过出口开口和至少部分同轴地引导从工件反射的照明光束通过出口开口至第三接口。引导光学元件具有：偏振分束器(116)，该偏振分束器(116)用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束引导至出口开口的方向上；以及设置在偏振分束器与出口开口之间的延缓板(117)。本发明还涉及用于激光加工工件的方法。

本发明涉及根据权利要求1所述的用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的加工头、根据另一项独立权利要求所述的这样的加工头的用途、以及根据另一项独立权利要求所述的用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的方法，特别是用于用加工头来激光加工工件的方法。

过程监视，即对加工过程的监视，对于激光加工工件特别是激光切割变得越来越重要。一段时间以来，人们试图使切割期间生成的过程光可用于监视和控制目的。为此，工件的加工区(也被称为过程区)可以借助于摄像装置技术或其他检测器以空间分辨率的方式进行观察。这在过程分析方面持有很大的潜力，因为除了过程光强度之外，可以获得几何信息，特别是关于切口的几何信息。然而，不仅可以利用过程光来获得几何信息，还可以附加地或替选地对过程区进行主动照明。

在用于激光加工的加工头的情况下，加工激光束和照明光可以通过出口开口照射到工件上。如果用加工头内部的摄像装置检测到从工件反射的照明光，则照明光必须两次通过出口开口，即从照明光源到过程区并且再沿摄像装置的方向返回。根据激光加工的类型，出口开口可以相对小。例如，在激光切割期间，根据切割过程和使用的切割气体，加工头的出口开口(也被称为喷嘴)的孔径可以具有非常小的快门直径。因此，在这样的情况下，照明光的非常陡峭的入射角是期望的。

在加工头的情况下，出口开口和摄像装置可以被同轴地布置。另外，加工激光束和照明激光束可以被同轴地引导至工件上，例如经由一个或更多个耦合镜被同轴地引导至工件上。图1示意性地示出了激光切割头10，该激光切割头10具有出口开口12、被布置成与出口开口同轴的摄像装置14、用于照明光的分束器16、照明光源18、加工激光源20、用于偏转加工激光束的二向色镜22和待加工工件24。

通常情况下，使用50:50的分束器作为分束器16，它反射50％的照明光，并且透射50％的照明光。将照明光强度分成反射光和透射光是期望的，因为最初照明光在分束器处偏转至出口开口12和工件24的方向上，在工件24上反射并再次通过出口开口12之后，通过分束器16透射至摄像装置14。然而，利用50:50分束器，最多仅可以使用25％的发射的照明光。当照明光被偏转时，50％的光被丢失，而当照明光被透射时，又有50％被丢失。因此，加工过程在具有低照明光产量的摄像装置14上被监视。此外，照明光束的不期望的反射可能在光学元件例如激光光学器件和快门的光学元件上以及加工头的其他部件上的边界表面处和边界层处发生。图2示出了具有照明光束28的激光切割头10和激光切割头10的基本反射点29，在这些位置处通常出现照明光束28的不期望反射。图3示出了具有这样的干扰反射32的切口30的示例性摄像装置记录。然而，在摄像装置处的低照明光产量和/或干扰反射降低了在加工过程的监视期间获得的摄像装置记录的信息价值。