[发明专利]用于在激光加工系统中确定焦点位置的装置、激光加工系统和相应的方法

说明书

本公开文件涉及一种用于在激光加工系统(100)中确定激光束(10)的焦点位置(F)的装置(200)。该装置(200)包括第一光学元件(210)，所述第一光学元件设置用于反射激光束(10)的一部分以耦合输出激光束(10)的第一子光束(12)；第二光学元件(220)，所述第二光学元件设置用于反射激光束(10)的另外的部分以耦合输出激光束(10)的与第一子光束(12)基本上同轴的第二子光束(14)；空间分辨传感器(230)，第一子光束(12)和第二子光束(14)能够偏转到所述空间分辨传感器上；和评估单元(240)，所述评估单元设置用于基于射到空间分辨传感器(230)上的第一和第二子光束(12，14)来确定激光束(10)的焦点位置(F)。

技术领域

本公开文件涉及一种用于在激光加工系统中确定激光束的焦点位置的装置、一种具有该装置的激光加工系统以及一种用于在激光加工系统中确定激光束焦点位置的方法。本公开文件特别是涉及用于实时地确定加工激光束的焦点位置的装置和方法。

背景技术

在用于借助激光进行材料加工的装置，例如在例如用于激光焊接或激光切割的激光加工头中，由激光光源或激光光纤的端部射出的激光束借助光束导向透镜和聚焦光学器件聚焦或聚束到待加工的工件上。符合标准地使用具有准直器光学器件和聚焦光学器件的激光加工头，其中，激光束通过光纤传输。

在激光材料加工时的一个问题是所谓的“热透镜效应”，所述热透镜效应归因于通过特别是在多千瓦范围内的激光功率对用于激光束导向和聚焦光学元件的加热，以及光学玻璃的折射率的温度相关性。热透镜效应在激光材料加工中导致沿着光束传播方向的焦点移动，所述焦点移动会消极地影响加工质量。

在激光材料加工过程期间首先出现两个作用原理，所述作用原理导致光学元件的加热。其原因一方面在于激光功率的增大并且另一方面在于光学元件的污染。此外可能的是，光学元件经受机械变形，所述机械变形导致折射能力的改变。机械变形可以例如由光学元件的边框的热膨胀引起。

为了确保高质量的激光加工而需要的是，检测相应的焦点位置并且补偿焦点位置移动、即提供快速的和准确的焦点位置调节。

DE 10 2011 007 176 A1描述了一种用于将激光束聚焦到工件上的装置，该装置包括：至少一个透射光学元件，所述至少一个透射光学元件关于垂直于激光束的光轴的平面在一定的倾斜角度下布置；和用于检测在透射光学元件上反射的激光束的空间分辨探测器。由被探测器检测到的图像通过图像评估装置确定在探测器上反射的激光束的大小或直径，为了焦点位置调节又可以由大小或直径确定聚焦位置。

然而热透镜效应(即热感应的折射能力或折射能力改变)不仅导致焦点移动，而且导致光束质量变差，并且可以引起例如像差。这导致改变整个光束焦散线、例如聚焦直径。因此，通过与参考值简单地比较而对焦点位置的确定是不准确的。这特别是不能实时地实现焦点位置的测定。

发明内容

本公开文件的任务在于，给出一种用于在激光加工系统中确定焦点位置的装置、一种具有该装置的激光加工系统以及一种用于在激光加工系统中确定激光束的焦点位置的方法，该装置、该激光加工系统和该方法可以可靠地确定激光束的焦点位置。本公开文件的任务尤其在于，在激光加工过程期间实时地确定激光束的焦点位置。

该任务通过本发明来解决。本发明的有利的构型从以下说明给出。

根据本公开文件的实施方式，给出一种用于在激光加工系统中确定激光束的焦点位置的装置。该装置包括：第一光学元件，所述第一光学元件设置用于反射激光束的一部分以耦合输出激光束的第一子光束；第二光学元件，所述第二光学元件设置用于反射激光束的另外的部分以耦合输出激光束的与第一子光束基本上同轴的第二子光束；空间分辨传感器，第一子光束和第二子光束能够偏转到所述空间分辨传感器上；和评估单元，所述评估单元设置用于基于射到空间分辨传感器上的第一子光束和第二子光束来确定激光束的焦点位置。