包括光学元件和将其保持在激光处理机上的保持器的系统

摘要

本发明涉及一种光学元件(7)，其固定到激光处理机上的支撑件上，其中所述光学元件在其周面(16)上具有至少一个轮廓(16)，其确保该光学元件以不可转动地被固定的方式固定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括光学元件和用于将该光学元件安装在激光处理机上的保持器的系统。光学元件在本发明范围内被理解成聚焦线、保护玻璃或激光处理头的窗口等。

背景技术

像透镜如凹凸透镜这样的光学元件通常外径被磨成圆形。在CO₂激光器中使用的透镜另外还通常不对中。对于7.5”透镜而言在调节后对中误差通常＜0.1mm。如果透镜在清洗时被卸下来，它必须再次用脉冲装进去(再调节)，因为要求从焦点到喷嘴的对中要好于0.05mm，且光学元件相对于保持器的位置通常在再插入后由于其圆形周面而被扭曲。

当使用用于热焊接或切割的机器特别是激光处理机对工件进行处理时，切割透镜可能会被污染。杂质在光学表面上的沉积和破坏会使得对激光辐射的吸收增加。因此，增加了光学元件的热负载。这最终导致在处理区域中可用激光功率的明显减少。在污染严重时，特别是溅射时，对激光辐射的吸收的增加会导致破坏光学元件。

WO 99/59762描述了一种用于检查激光加工系统中由于脏粒子污染而导致的玻璃板的状态的装置。该装置包括具有与外面相连的温度传感器的玻璃板的保持器，该温度传感器用于检测温度的增加。温度的增加由玻璃板因脏粒子而对辐射的吸收增强所产生。

发明内容

与此相比，本发明的目的是进一步开发一种在本文开头描述过的光学元件和保持器，从而更容易在保持器中安装光学元件。特别是，可以简化对光学元件的保护的监控。

本发明的目的是通过开始部分所述类型的光学元件来实现的，所述光学元件在其周面上具有至少一个轮廓。

如果这种光学元件由于无扭转安装而总是具有相同的定向，则在清洗和再插入之后的再调节就变得多余了。所述轮廓例如可以通过面、台肩、凸起、毛刺、或者插入的销钉或者类似物来形成。

在一种有利的实施形式中，该轮廓被构造为成型的研磨表面，尤其是沟槽。由此，可实现光学元件的旋转特别地可靠的保持。

在一种特别有利的、代替的实施形式中，该轮廓被构造为平的研磨表面。这种研磨表面可以特别简单地被制造。

在该实施形式的一个特别有利的扩展方案中，该平面被构造为用于反射光束的反射面。反射的光束可以在激光加工之前用于测试光电二极管。此光电二极管可以因此用于检测可能会导致光学元件热负载的辐射强度或辐射热。光学元件因此可按特别优选的方式被监控。

在一个特别优选的实施例中，光学元件的保持器包括辐射测量装置，其包括位于周面上第一位置处用于发射光束的光源，和位于周面上第二位置处的传感器元件，用于接收由反射表面反射的光束。强度的变化意味着光学元件热负载的增加。在一个优选实施例中，光源实施成发光二极管，传感器元件被实施成光电二极管。这使得可以得到非常简单且成本有效的辐射测量装置结构。

在另一实施例中，研磨表面形成在发光二极管前面的光学元件的周面上。来自发光二极管的光线因此可以被很好地结合到光学元件中。

在一个优选实施例中，研磨表面具有被研磨和抛光的表面。研磨表面的状态可根据用光电二极管进行测量的适应性而变化。

本发明的目的也通过开始部分所述类型的保持器来实现，该保持器可以包括由弹簧安装的卡持体，其具有压力面，用于在径向上朝光学元件的轮廓施加压力。特别地，压力面的形状可以变化以适应研磨表面的形状。这使得可按精确配合来安装光学元件。

在一个优选实施例中，卡持体包括用于测量光学元件温度的温度传感器。该卡持体通过压力面与轮廓直接接触因此允许进行接触温度测量。

附图说明

下面以示例性附图示出本发明的两个优选实施例，在附图中：

图1示出了一个激光加工系统；

图2为激光加工系统的激光加工头的光学元件的保持器的透视图；

图3为该保持器的组装透视图；

图4为该光学元件的侧视图；

图5为包括监控装置的该光学元件的平面图；

图6为包括监控装置的另一光学元件的平面图。

具体实施方式

图1示出了一个使用CO₂激光器2、控制装置3、激光加工头4(喷嘴4a)和工件支撑件5来进行激光切割的激光加工系统1的结构。所产生的激光束6使用偏转镜被引导到激光加工头并使用聚焦透镜7被引导到工件8中。

在产生连续的平的接头之前，激光束6必须穿过工件8。金属板8必须在一个点的一个位置处被融化或氧化。可以快速(即以全部激光功率进行)或慢速(通过所谓的“斜坡”(ramp))进行插进式切割(plunge cutting)。

在使用斜坡进行慢速插进式切割的过程中，激光功率可以逐渐增加、减少以及保持恒定一段时间，直到形成插进式切割孔。插进式切割和激光切割都通过加入气体来辅助进行。可以使用氧气、氮气、压缩空气和/或根据应用而定的特定气体作为切割气体9。该气体的最终使用取决于待切割的材料和工件中的质量要求。

在使用氧气进行切割时，通常使用最大6巴的气压。在激光束冲击金属板8的点处，材料被融化且大量氧化。形成的熔融物与氧化铁一起吹出。形成的粒子和气体可以通过排出装置10从排出室11排出。在氧化过程中(放热反应)，额外能量释放，有利于切割过程。在可以使用同一激光功率来进行氧气切割和氮气高压切割的材料厚度中，与使用氮气作为切割气体相比，使用氧气作为切割气体时可以使用更高的切割速度，或者材料厚度更大。

光学元件7的保持器12实质上由圆筒形容器13和圆筒形夹持装置14形成，如图2所示。

保持器12的组装可从图3中看出。容器13一端具有同心凹槽，可在其中插入夹持环15，且光学元件7也可以靠在其上。光学元件配置成除轮廓16之外为圆形。卡持体18上的可以被固定到夹持装置14上的台肩17可以抵靠平的轮廓16，并将光学元件固定，使之不扭转。图4更清楚地示出了该防扭转抵靠。

光学元件被实施成如图5所示的透镜，可以用于例如激光切割头中。光学元件7具有反射表面19，其配置成位于光学元件7周面上的平的研磨表面。在图中没示出的卡持体可以作用在反射表面19上，使压力面与光学元件7以防扭转方式对齐。在光学元件7的周面20的第一位置21处，光学元件的保持器具有发光二极管22。发光二极管22可以在激光器操作之前或之中连续或以特定时间间隔发出光束23，此光束进入空间7’并在反射表面19处被反射。在反射后，光束23冲击在光电二极管24上，该光电二极管24固定在光学元件7的保持器上的周面20的第二位置25处。可以检查光电二极管24的激活状态。光电二极管24用于检查因在激光加工过程中光学元件的污染而被光学元件吸收的辐射热或辐射强度。随着辐射强度的增加，光电流增加。辐射强度的变化(与参考光电流相比的光电流的变化)可以因此用于导出光学元件7的变化直到最终材料损坏。

发光二极管22和光电二极管24是一体形成在图中未示出的光学元件保持器中的辐射测量装置的部件。可选地，光学元件7的温度还可以通过定位在激活元件的保持器中的卡持体中的温度传感器来测量。研磨表面不必是平的表面。研磨表面可以配置成带轮廓特别是槽口的研磨表面。研磨表面的表面可以被研磨、抛光或以其他方式加工。

根据图6，光学元件37具有带轮廓的研磨表面，在其表面41处，研磨表面大体对应于前面已描述过的研磨表面。研磨表面用于光学元件37的定向和安装，并帮助通过发光二极管38进行的光的辐射。发光二极管38用于监控光电二极管40。光电二极管39也位于光学元件37上，用于监控处理光线。

除了未示出的光学元件上研磨表面的两种结构外，其他实施例也是可行的，其中研磨表面形成于光学元件顶部或底面上。研磨表面也可以通过倾斜面来形成，其布置在光学元件外周面的任何点处。除了抵抗扭矩外，也可通过倾斜面来防止相对于上侧或下侧的错误插入。

参考号列表

1    激光加工系统

2    CO₂激光

3    控制装置

4    激光加工头

4a   喷嘴

5    工件支撑件

6    激光束

7    聚焦线

8    工件

9    切割气体

10   排出装置

11   排出室

12   保持器

13   容器

14   夹持装置

15   夹持环

16   轮廓

17   台肩

18   卡持体

19   反射表面

20   周面

21   周面的第一位置

22   发光二极管

23   光束

7’   空间

24    光电二极管

25    周面的第二位置

37    光学元件

38    发光二极管

39    光电二极管

40    光电二极管

41    表面