[发明专利]包括用于光聚焦的单透镜的激光束机械加工装置和激光机械加工的方法

说明书

本申请请求2010年12月16日提交的EPO申请案(号码为EP10195433)的外国优先权，并且还请求2010年12月16日提交的US临时申请案(系列号为61/423,992)的优先权并且作为它的非临时申请案，EPO申请案EP10195433和US临时申请案系列号61/423,992均以它们的整体通过参考的方式在此清楚地并入，用于所有意图和目的，就像同样地在此完全地阐明的一样。

技术领域

本发明涉及一种包括出光点和沿辐射方向在出光点之后的单透镜的激光束机械加工装置，该出光点发射未聚焦激光，而该单透镜聚焦该激光并且被设计成将被聚焦的激光引导到工件的机械加工点上，并且该单透镜沿辐射方向能够移动。而且，本发明涉及一种激光束机械加工装置的使用。

背景技术

早已得知用激光辅助物料加工处理。高赋能光束被指向到物料上并且熔化它、蒸发它和/或燃烧它。因此物料可以被分离(激光切割)并且也可以被结合(激光焊接)。例如，CO₂激光器、圆盘激光器、Nd:YAG激光器、纤维激光器以及还有最近的二极管激光器都用于此目的。在使用激光器的物料加工处理的情况下的重点是将激光束聚焦到焦点上。

例如，DE202007018689U1公开了一种旨在主动调节用于物料的激光束机械加工的高能激光辐射的光学系统中的聚焦位置的系统。该系统由用于检测聚焦位置的传感器、控制处理器和用于改变和修正聚焦位置的光学系统的可移动轴构成。

WO2008/019681A1，US2010/0096370A1，EP2042258A1，WO2009/016645A2，US7,786,404B2，EP1998215A1和EP0536951A2中公开了用于调节激光束的聚焦位置的另外的解决方案。

其它文献描述了一种激光束机械加工头，其除了用于聚焦光学系统的驱动装置以外，还包括与工作气体、清洁气体和/或冷却气体相关联的或多或少的复杂的补偿装置。这些补偿装置的原理大致基于前述辅助气体的压强变化可能导致聚焦光学系统的不希望有的移位的事实。例如，聚焦光学系统之下的工作或者切割气体导致聚焦光学系统中压强的升高。这种补偿装置的目标在于经由在相反方向上起作用的活塞表面补偿该升高的压强。

在这种类型的激光束机械加工装置中，用于聚焦光学系统的驱动装置既可以由布置在激光束机械加工头外侧的机械或者液压驱动器构成，或者又可以集成到激光束机械加工头的壁中。壁腔用流体加压，该流体在每种情形下作用在活塞表面上，该活塞表面本质上连接至聚焦光学系统或者形成它的一部分。

具体地，这些文件包括EP1743726B1和EP2018933B1，(均来自Fanuc)，EP2062676A1和EP2062679A1(均来自申请人)以及DE4317384A1，DE4129278A1，DE19628857A1，US6204473B1，FR2923168A1和US6204473B1。

这种实施例的缺点在于补偿装置需要许多空间并且驱动装置“鼓动”激光束机械加工头，以及，作为它们集成到激光束机械加工头的壁中的结果，不可进行维护和修理工作。

另外，US5,815,626A公开了一种用于传输激光束的光传输装置，包括具有渐变折射率的光纤，其中所述光纤的所述核心的中心处和周边部分处的折射指数是不同的。另外，装置包括在所述光纤的入射侧面处具有最小聚焦点的光纤入射系统，激光束通过该光纤入射系统被引入所述光纤或者接近所述光纤的所述入射侧面。

并且，JP2001-129679公开了一种光学系统，其中非球面透镜上的入射激光束的强度分布通过布置在由激光束发生器所产生的激光束的轴线上的非球面透镜转化成能量强度朝向圆周区域不对称的这样一种强度分布。

此外，JP2002-283085公开了一种在激光振荡放大器的共振器外部的非球面透镜，其中非球面透镜的曲率元件(curvature element)是收敛的曲率元件和扩散的曲率元件的总和，收敛的曲率元件在整个平面上是均匀的，而扩散的曲率元件与束强度在透镜位置的分布成正比。而且，此装置包括束传输光学系统，其被提供用于引导从非球面透镜传输的激光束至机械加工点并且将与非球面透镜的收敛的曲率元件相对应的聚焦点位置复制到机械加工点上。