用于分析激光射束的分析装置和激光加工机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于分析激光射束的分析装置以及一种激光加工机。
【背景技术】
[0002] 在激光材料处理中应当经常既进行焦点位置分析而且也进行工艺分析。另一方 面，能够使用分别专用的传感机构或者用于诊断工艺或者用于诊断激光射束。在此，射束分 析首先包括焦散面（Kaustik)的诊断、即确定激光射束的最窄横截面的位置。在此，工艺分 析例如包括观察工作喷嘴、即检查遮光板，激光射束能够经过所述遮光板发射到工件上。为 了射束分析或者工艺分析，可以通过不同的分束器（Strahlteiler)使激光射束指向到不 同的传感器上，一方面指向到用于射束分析的一个或多个传感器上，另一方面指向到用于 工艺分析的一个或多个传感器上。
[0003] 出版物JP52121894A示出一种激光加工机，其中，在工艺分析期间能够借助于变 换单元替换观察光路中的具有不同焦距的透镜。由此，能够在不同的判据方面进行工艺分 析。
【发明内容】
[0004] 本发明的任务是，提供一种用于分析激光射束的装置，借助于该装置能够通过简 单的方式实现尽可能全面的、详尽的分析。在此，所述分析装置优选也提供能够在多个不同 参数方面使用的结果、尤其在激光材料加工时使用的结果。
[0005] 所述任务通过根据本发明的分析装置来解决。
[0006] 所述任务尤其通过一种用于尤其在激光材料加工时分析激光射束的分析装置来 解决，所述分析装置具有：
[0007] -布置在主光路中的光学部件，所述光学部件构造用于以光学方式调节所述激光 射束的主射束；
[0008] -射束传感器、尤其是摄像机芯片，用于分析所述激光射束，所述射束传感器布置 在与所述主光路分开的观察光路中；
[0009] -布置在所述光学部件和所述射束传感器之间的、可部分透射的镜，借助于所述可 部分透射的镜，优选，所述激光射束能够对准所述光学部件并且相对于所述分析装置的中 心纵轴线取向，其中，
[0010] 所述分析装置具有用于借助于第一分析射束来工艺分析的第一光学装置以及用 于借助于第二分析射束来射束分析的第二光学装置，其中，所述第一和第二分析射束能够 对准所述射束传感器。
[0011] 在此，用于分析激光射束的分析装置优选理解为一种装置，借助于所述装置例如 能够通过M2确定（M2-Bestimmung)来求取和/或检查激光射束的焦散面，和/或，能够求取 和/或检查聚焦的激光射束相对于激光喷嘴的位置。在此，分析装置优选构造为与激光加 工机分离的、能够与激光加工机耦合的装置。特别优选地，所述分析装置布置在加工激光器 (Bearbeitungslasers)的头部中。所述分析装置检查设置用于工件加工的激光射束，但是 不产生所述激光射束（必须）。
[0012] 在此，激光材料加工优选理解为借助于激光射束的刻、切割、表面处理或者面式的 材料剥离。在激光材料加工时，使来自激光射束的工作射束指向到工件上。在此，激光材料 加工可以在静态的点中进行，例如，在旋转和/或平移的工件情况下，或者也可以如下进行 激光加工机的控制：使得所述工作射束沿着可预先限定的路径被引导。所述分析装置优选 设置用于布置在激光加工机中。
[0013] 在此，主光路或者说工作光路优选理解为这样的区域，激光加工机的激光射束的 主射束或者说工作射束在所述区域中传播或者以光学方式定向，以照到工件上并且进行激 光加工。在此，所述激光射束的主射束或者说工作射束是激光射束的能够或者应当用于激 光加工的部分。
[0014] 在此，光学部件优选理解为用于激光加工的并且选择式地也用于分析的光学元件 或者具有光学功能的装置，其构造用于与主射束耦合或者说产生连接。光学部件优选可以 负责聚焦的功能，由此例如可以调节照到工件上的激光射束的功率密度。借助于所述光学 部件，主射束优选是能够调节的、尤其是能够聚焦的。所述光学部件优选对于主射束的辐射 是可透射的，然而不是透射达100%，从而一定的（按百分比计算非常小的）部分能够被 所述光学部件反射，尤其也沿预先限定的方向反射、优选沿相对于主射束照到所述光学部 件上的方向返回的方向反射。被反射的份额优选小于1%、尤其小于0. 5%、特别优选小于 0? 1%〇
[0015] 在此，射束传感器、尤其摄像机芯片优选理解为传感器装置，其构造用于，感测 (光）辐射的、尤其是IR辐射（红外辐射）的指向到所述射束传感器上的射束。优选 地，通过控制装置分析由所述传感器感测的信号，例如关于圆度（Rundheit)或者盲斑 (blindenFlecken)的产生方面进行分析，这例如能够推论出喷派或者射束内的不正常 的强度分布。优选地，射束传感器包括至少一个光电二极管、特别优选是CCD图像传感器 (Charge-CoupledDevice:电荷耦合装置）、特别优选是CMOS传感器（以CMOS技术制造的 主动像素传感器）。所述光电二极管可以实施为半导体二极管。特别优选地涉及光电二极 管或者图像传感器，所述光电二极管或者所述图像传感器能够探测IR辐射（尤其是NIR辐 射，即近红外辐射），特别优选是800纳米到1200纳米的范围内的射束，尤其优选是900纳 米到1100纳米范围内的射束。由此，可以将第一分析射束的波长选择得接近第二分析射束 的波长。这例如具有以下优点：可以选择这样的射束传感器，所述射束传感器恰好能够在所 述波长范围方面实现特别准确地评估射束。同时，所述射束传感器例如也能够关于激光喷 嘴的状态方面分析射束横截面轮廓（Strahlquerschnittsprofil)，射束能够通过所述激光 喷嘴发射到所述射束传感器上。优选地，所述分析装置构造用于，通过所述射束传感器也关 于激光喷嘴的状态方面分析射束横截面轮廓，射束能够通过所述激光喷嘴发射到所述射束 传感器上。在此，射束传感器也可以（隐含地）包括计算单元或者任一个电子的数据处理 器件，所述数据处理器件构造用于，分析能够通过照到射束传感器上的射束而产生的数据 并且选择式地也进行关于可预先确定的参数或者公差范围方面的评估。在此，射束传感器 也可以（隐含地）包括计算单元或者任一个电子的数据处理器件，所述数据处理器件构造 用于，分析能够通过照到射束传感器上的射束而产生的数据并且选择式地也进行关于可预 先确定的参数或者公差范围方面的评估。
[0016] 在此，观察光路优选理解为分析装置的这样的区域，在所述区域中，第一与第二 分析射束能够传输（传播），并且，在所述区域中，也能够检查第一及第二分析射束的焦散 面。所述观察光路优选在空间上与所述主光路分开。优选地，在观察光路中存在主射束的 强度的仅一部分，从而能够在比工作射束或者说主射束的强度低的情况下实施组合的射束 分析/工艺分析。
[0017] 在此，可部分透射的镜优选理解为射束偏转装置，所述射束偏转装置能够使主射 束以尽可能大的份额相对于分析装置的中心纵轴线对准所述光学部件或者工件。所述可 部分透射的镜优选是这样的镜，所述镜使主射束以尽最大可能的份额偏转、即为高效的反 射镜。所述镜优选具有平坦的表面，但是出于扩展的分析可能性的目的，所述镜也可以是在 (表面）曲率方面能够被调节的。优选，所述镜使射束的超过95%的份额偏转，而小于5% 的份额透过。尤其优选地，所述镜偏转多于99%的份额、特别优选多于99. 8%的份额。所 述镜优选由（石英）玻璃实施。干涉层（Interferenzschichten)优选负责反射，其允许透 射千分之1到2。
[0018] 在此，中心纵轴线在主射束的传播方向上延伸。所述中心纵轴线优选相对于所述 镜和所述射束传感器定中心地布置。在此，传播方向相应于主光路中的主射束方向，激光射 束的主射束在所述主射束方向上指向到工件上。
[0019] 在此，第一及第二光学装置优选理解为具有光学功能的装置，其构造用于，能够实 现对第一及第二分析射束的分析和/或在此提供调节可能性，例如关于第一及第二分析射 束的焦散面方面提供调节可能性。所述光学装置优选具有用于聚焦射束的元件、用于过滤 预先确定的波长的射束的滤波器或者用于衰减所述射束的强度的元件。此外，所述光学装 置中的至少一个优选具有这样的装置，借助于所述装置，所述光学装置的光学器件是能够 在观察光路中移位的。
[0020] 根据一变型方案，所述第一和第二光学装置能够以概括成一个单一的光学装置/ 光学器件部件的方式存在。由此，也可以提供一个单一的光学器件部件，其以组合的形式提 供两个光学元件/光学装置的功能，所述两个光学元件/光学装置是能够分别自身地或者 相互独立地相对于两个分析射束中的一个来调节的。优选地，所述光学元件中的至少一个 是能够在观察光路中被无功能地切换的，例如通过施加电压、或者通过从观察光路摆动出 来、或者通过这种调节（尤其是对光学表面的曲率的这种调节），使得分析射束不被所述光 学元件影响。
[0021] 在此，射束分析优选理解为对主射束自身的特性的分析。这优选通过对激光射束 的焦散面的分析、例如根据M2方法来进行。这种结果有助于判断，工作射束是否无误地成 像。在此，可以通过能够移位的光学元件、优选曲率可变的镜或者可移动的透镜经过并测量 射束的焦散面（所谓的"定焦测量"，Primes-Messung)。
[0022] 工艺分析优选理解为对影响激光加工工艺的装置的分析、例如工作射束在激光 喷嘴内的位置、或者激光加工工艺的流程（Ablauf)/进程（Fortschritt)。在此，优选监 控激光加工的工艺进展如何，例如通过监控切割品质或者工作射束在工件上的位置。为 了工艺分析，可以选择式地使用与主激光射束不同的、单独的光源/辐射源或者过程发光 (Prozessleuchten)，所述过程发光