[发明专利]用于激光加工系统的设备、具有该设备的激光加工系统及用于调节光学元件的焦点位置的方法

说明书

本发明涉及一种用于激光加工系统的设备(100、600)，包括：至少一个光学元件(110、610)，所述光学元件布置在所述设备的射束路径中；和温度探测器组件(115、620)，所述温度探测器组件具有探测器元件矩阵，所述探测器元件矩阵配置成用于测量所述光学元件(110、610)的二维温度分布。

技术领域

本发明涉及一种用于激光加工系统的设备、一种激光加工系统(尤其用于借助于激光射束加工材料的系统、例如用于激光切割或激光焊接的激光加工头)以及一种用于调节光学元件的焦点位置的方法。本发明尤其涉及热透镜效应的补偿。

背景技术

在借助于激光射束进行材料加工、例如激光焊接或激光切割时，从激光源、例如激光传导纤维的端部射出的激光射束借助于射束引导和聚焦光学器件聚焦到要加工的工件上。按照标准，使用具有准直光学器件和聚焦光学器件的激光加工头，其中，激光通过光导纤维、也称为激光源来供应。激光在用于借助于激光进行材料加工的设备中、例如在激光加工头中穿过多个光学元件、例如透镜。

在激光应用中的光学元件、例如透镜和透镜系统中，由于吸收激光能量会出现局部加热。这种吸收导致温度梯度，所述温度梯度局部地改变透镜的折射率n(T)。由于透镜的不同折射率而导致激光焦点的位移。例如，视透镜材料而定，会出现负或正的焦点位移。这种焦点偏移导致在激光应用中、例如在切割过程中的加工质量降低。

在常规的应用中，能够进行透镜的冷却，以便从透镜的中部排出热量。然而，由此也产生了使焦点移动的温度梯度。由US 8274743 B2已知在用于补偿焦点偏移的透镜系统内使用不同的透镜材料。然而，这种被动补偿不适用于所有应用。

此外，由US 5991004A已知，通过光栅产生光图案，所述光图案被引导穿过透镜。这种光图案被CCD照相机检测到，并记录图案的位移。这些位移用于通过使光学器件移位来补偿焦点。

其他常规方案使用温度测量。因此，例如在JP 2000094173A中利用透镜边缘的热元件测量透镜温度。换句话说，探测光学元件的边缘上的平均加热。

在JP 01122688 A中，透镜上的温度借助于“单热电堆(Single Thermopile)”(热元件)并且通过透镜边缘上的另外的热元件来求取。换句话说，在面上和在边缘上点状地进行温度记录、即一维测量。微控制装置评估测量数据并且马达驱动地使透镜移位。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于激光加工系统的设备、一种用于调节光学元件的焦点位置的方法以及一种激光加工系统、尤其一种用于借助于激光射束加工材料的系统，例如激光加工头或用于激光切割或激光焊接的系统，它们允许以高进动补偿光学元件的由热引起的焦点偏移。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利构型在从属权利要求中给出。

根据本发明的实施方式，给出一种用于激光加工系统的设备。所述设备包括光学元件和温度探测器组件，所述光学元件布置在所述设备的射束路径中，所述温度探测器组件具有探测器元件矩阵，所述探测器元件矩阵配置成用于测量光学元件的二维温度分布，用于调节光学元件的焦点位置。光学元件能够配置成用于聚焦和/或准直激光射束。

优选地，温度探测器组件配置成用于位置分辨地测量光学元件的温度。

优选地，温度探测器组件包括至少一个热电堆。

优选地，探测器元件矩阵至少是2x2矩阵。尤其能够使用具有16个像点的4x4矩阵。

优选地，所述设备还包括至少一个加热装置，所述至少一个加热装置布置在光学元件上，以便给光学元件供应热能。

优选地，所述设备包括热隔离装置，所述热隔离装置配置成用于隔离所述至少一个加热装置。

优选地，所述至少一个加热装置布置在光学元件的边缘区域上，以便给边缘区域供应热能。