CN101873908A - 包括气体供应部和用于补偿由所供应的气体传递的力的补偿单元的、用于激光加工机器的加工头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工头(10)，所述加工头用于激光加工机器(1)，所述激光加工机器用于利用激光束(5)加工工件(2)，所述加工头包括：聚焦激光束的聚焦光学器件(25)；和用于移动和/或调节聚焦光学器件(25)的驱动装置(40)，所述驱动装置被设计成流体驱动部(40)；其中气态流能够被引入到在激光束(5)的入射端上接界聚焦光学器件(25)的区域(75)。

Description

包括气体供应部和用于补偿由所供应的气体传递的力的补偿单元的、用于激光加工机器的加工头

技术领域

本发明涉及一种用于激光加工机器的加工头，所述激光加工机器用于利用激光束加工工件。

背景技术

激光加工机器的加工头是被用于利用激光加工机器加工工件的激光束的光束引导装置的最后元件。通常，加工头的任务在于在待加工工件上聚焦激光束，并且如果适用的话，则另外地将工艺气体或者几种不同的工艺气体引导到相应的激光束的焦点的周围环境中从而利用相应的工艺气体影响由激光束引发的加工工艺(例如切削工件、将几个工件焊接到一起、在表面上产生雕刻等)。因此，加工头通常包括至少一组聚焦光学器件和一个调节机构，该调节机构被用于移动或者调节聚焦光学器件从而能够改变聚焦光学器件相对于待加工工件的距离，并且因此能够影响焦点相对于工件的位置。进而，通常，加工头包括：用于获取(例如用于控制加工头的位置、用于监视利用激光束加工的相应的结果的质量、用于监视聚焦光学器件的完整性等)的各种操作参数的许多传感器、用于处理相应的传感器信号并且用于与激光加工机器的控制装置通信的电子器件、和各种介质的供应部(例如用于影响加工工艺的能量和/或冷却剂和/或工艺气体，和/或用于清洁和冷却聚焦光学器件的气体)。

关于气体的供应，在加工头的构造中必须被加以考虑的是，这些气体在激光加工机器的操作中在过压下、在一些情形中在高压下供应，并且通常被引入紧邻聚焦光学器件的区域。所供应的气体因此能够向聚焦光学器件传递力。为了影响加工工艺而被从加工头引导到待加工工件的工艺气体例如在范围从0.1巴到大致30巴的压力下供应并且能够因此向聚焦光学器件传递力，所述力能够在一方面达到高的数值，并且在另一方面(根据应用)还能够在大的范围改变。因为在工件加工期间，在需要精确地控制聚焦光学器件的位置的每一种情形中，并且如果适用的话，则需要以指标方式改变聚焦光学器件的位置，因此当调节聚焦光学器件时有必要对由所供应的气体传递的力加以考虑。

关于这个主题，几个概念是已知的。

例如从DE 41 29 278 A1已知一种其聚焦光学器件能够被以气动方式调节的激光加工机器的加工头。聚焦光学器件被联结到被以可移动方式保持的透镜保持布置，该透镜保持布置在每一种情形中均在相对端上即在激光束的出射端上和在激光束的入射端上包括活塞表面。在每一种情形中均在能够充满气体的气体腔室中引导所述两个活塞表面。在本实例中，一个气体腔室充满用于加工相应的工件所需要的、即在必须在相应的加工工艺期间实现的操作压力下的工艺气体。另一个气体腔室填充有控制气体(例如压缩空气或者工艺气体)，其中在另一个腔室中的控制气体的压力——取决于在所述一个气体腔室中的工艺气体的(操作)压力——必须得到调整以能够以指标方式自动地调节聚焦光学器件。用于调节聚焦光学器件的这个调节机构带有各种缺点。例如，控制气体还必须被高度加压以能够面对有时处于高压的工艺气体实现聚焦光学器件的精确调节。在相应的气体腔室中的控制气体压力的精确控制因此要求复杂的调整。进而，当不需要任何工艺气体时或者当仅仅在工艺气体上施加太低以致于不能抵抗它的重量而移动聚焦光学器件的压力时，聚焦光学器件的调节是不可能的或者仅仅在存在困难的情况下可能的。

根据DE 196 28 857 A1，一种其聚焦光学器件能够利用驱动装置调节的激光加工机器的加工头是已知的。所提出的驱动装置是人工、机电或者气动驱动装置，然而其中相对于气动驱动装置关于这种驱动装置如何能够得以实现并未给出任何具体的建议。作为工艺气体的供应部提供压力隔室，该压力隔室在激光束的出射端上被布置于聚焦光学器件上，其中加压工艺气体能够被引入所述压力隔室。为了在很大程度上抑制被工艺气体传递到聚焦光学器件的力的影响，提供保证由于工艺气体而产生的这些力得以补偿的补偿单元。为此目的，承载聚焦光学器件的可移动承载单元在激光束的入射端上包括突出到气体腔室中的活塞表面。气体能够被引入这个气体腔室，其中这个气体的压力被选择成使得聚焦光学器件的承载单元被保持是平衡的。原则上通过分离的线路利用加压气体供应压力隔室和气体腔室是可能的。然而，这个方案带有如下缺点：需要一种复杂控制装置以使得在气体腔室中的压力适合在压力腔室中的工艺气体在该具体时间的压力、并且保持聚焦光学器件是平衡的。根据补偿单元的可替代示例性实施例，压力隔室和压力腔室通过位于加工头的内部中的至少一个连接通道而相互连通。以此方式，在压力隔室和气体腔室之间实现完全压力均衡是可能的。然而，这个方案也带有显著的缺点。例如，气体腔室和在气体腔室和压力隔室之间的连接通道形成“死”空间，已被引入的相应的工艺气体能够在其中被长时期地存储。如果在激光加工机器的操作期间工艺气体的改变变得有必要，即，在利用第二(随后的)加工步骤中的第二(不同的)工艺气体替代在第一加工步骤中使用的第一工艺气体的情形中，则这是不利的。在工艺气体的这种改变中，存在于气体腔室中和/或连接通道中的、残余的第一工艺气体能够长时期地污染第二工艺气体，并且因此能够对于第二过程步骤的实现具有不利的影响，因为即使微小的工艺气体污染也能够已经导致不可接受的结果，所以更加是这样一种情形。然而，在该情形中，气体腔室的和连接通道的任何专门清洁以在工艺气体改变之前移除任何在前引入的工艺气体将是高花费的和耗时的。因此在激光加工机器的正常操作(不带有由于被污染的工艺气体产生的任何不利效果)成为可能之前，在工艺气体改变期间损失了大量的时间。存在的进一步的缺点在于，补偿单元占据大量的空间，因为压力隔室和气体腔室在激光束的入射端上和在激光束的出射端上均要求靠近聚焦光学器件的空间，并且因为另外地要求用于连接通道的空间，所以更加是这样一种情形。另外，这使得难以集成用于进一步的气体例如用于将被引入在激光束的入射端上的区域的气体的供应部。

发明内容

本发明的目的在于避免上述缺点并且提出一种带有用于补偿由所供应的气体传递的力的补偿单元的激光加工机器的加工头，其补偿单元在使得实现快速气体改变成为可能时要求很少的空间。

根据本发明，利用一种带有权利要求1的特征的加工头实现了这个目的。

根据本发明的加工头包括：

聚焦激光束的聚焦光学器件；

用于移动和/或调节聚焦光学器件的驱动装置，所述驱动装置被设计成流体驱动部；

用于至少一种加压气体的至少一个供应部，所述供应部包括用于相应的气体的至少一个出口开口，其中气体能够被导引至相应的出口开口，并且能够作为气态流从所述供应部通过相应的出口开口被引入接界聚焦光学器件的区域中；

补偿能够由相应的气态流传递到聚焦光学器件的力的至少一个补偿单元。

所述补偿单元包括能够充满相应的气体的气体腔室、和能够在气体腔室中移动并且能够在其上被相应的气体撞击并且被刚性连接到聚焦光学器件的活塞表面，其中所述活塞表面被布置成使得能够利用相应的气态流而被传递到聚焦光学器件的力被能够利用相应的气体而被传递到活塞表面的力完全地或者部分地补偿。

在这个布置中，气体流被集成于所述供应部中，使得气体腔室能够充满通过气体腔室中的至少一个进口开口而被导引至相应的出口开口的气体，其中在经过相应的进口开口之后，气体必须流动通过气体腔室以到达相应的出口开口。进而，气体腔室被设计成与激光束的传播方向是同心的，并且能够在其上被气体撞击的活塞表面包括相对于激光束的传播方向同心的环的形状。

由于气体腔室形成部分供应部，并且由于气体被强制通过所述气体腔室，气体腔室不能构成“死”空间(与在DE 196 28 857 A1中阐述的关于补偿单元的建议相反)，在所述“死”空间中，在向供应部供应第一气体之后，当此第一气体的供应停止时并且当(在气体改变期间)替代第一气体将第二(其它)气体引入供应部时，残余的此第一气体被长时期地存储。在气体改变期间，气体腔室能够被第二气体快速地“漂洗”(清洁)，并且能够因此被清除掉残余的第一气体。因此能够比较快速地执行气体改变。

在供应部中集成气体腔室使得紧邻出口开口布置气体腔室成为可能，来自相应的供应部的气体能够作为气态流从所述出口开口被引入接界聚焦光学器件的区域中。相应的补偿单元因此要求很少的空间。据此，设计带有用于气体的几个供应部的加工头并且为每一个的个体供应部提供补偿单元是可能的，而无另外的麻烦，所述补偿单元根据本发明被集成于相应的供应部中。

相应的气体腔室被设计成与激光束的传播方向同心，并且能够在其上被气体撞击的活塞表面包括相对于激光束的传播方向同心的环的形状。在此情形中，能够围绕聚焦光学器件以环形形状布置气体腔室。这个补偿单元能够被设计成是特别紧凑的。进而，由于这个布置，被传递到相应的活塞表面的力能够被均匀地分布于聚焦光学器件的周边。以此方式，防止由于由气体传递的干扰力而引起的聚焦光学器件的单侧加载是可能的，并且相应的干扰力能够被以有效率方式消除。

因为补偿单元保证了对于由所供应的气体传递的力进行补偿，所以驱动单元仅仅需要能够移动，并且如果适用的话，保持聚焦光学器件的质量。为此，驱动单元被设计成流体驱动部。这是特别有利的，因为这个驱动单元通常还包括在其上被加压流体撞击的活塞表面，并且因此能够使用与补偿单元的情形类似的技术方案而得以实现。流体驱动部具体使得实现聚焦光学器件的紧凑设计和快速的并且精确的调节成为可能。

根据本发明，供应部的相应的出口开口被布置成使得：相应的气态流能够被引入在激光束的入射端上接界聚焦光学器件的区域。因此，优选地能够在聚焦光学器件上紧邻激光束的入射端布置补偿单元的气体腔室。这是一种具体的节约空间的布置。例如这个实施例适用于在激光束的入射端上供给用于清洁和/或冷却聚焦光学器件的气体。

根据本发明的加工头的一个实施例包括例如用于气体的供应部，所述供应部包括至少一个出口开口，所述出口开口被布置成使得相应的气态流被引入在激光束的出射端上接界聚焦光学器件的区域。在此情形中，能够优选地在聚焦光学器件上紧邻激光束的出射端布置补偿单元的气体腔室。这是一种具体的节约空间的布置。这个实施例显然具体适用于向激光加工机器供给用于影响由激光束引发的加工工艺的工艺气体。

根据本发明的加工头的另一实施例包括两个上述实施例的特征组合，即：用于向在激光束的出射端上接界聚焦光学器件的区域供应第一气体的供应部、结合补偿由这个第一气体传递的力的根据本发明的补偿单元；和用于向在激光束的入射端上接界聚焦光学器件的区域供应第二气体的至少一个另外的供应部、结合用于补偿由这个第二气体传递的力的根据本发明的补偿单元。

用于气体的相应的供应部的相应的出口开口能够布置在距聚焦光学器件的预定距离处，使得如果聚焦光学器件被移动或者移位，则出口开口相对于聚焦光学器件的空间布置不能被改变。这种变型提供的优点在于，即便利用驱动装置移动或者移位聚焦光学器件，流动通过出口开口的相应的气态流相对于聚焦光学器件也总是遵循相同的路径。这提供了几个优点。首先，在相应的气态流和驱动装置的操作之间的引起干扰的相互作用得以避免。进而，气态流对于聚焦光学器件的影响独立于聚焦光学器件在该具体时间的位置。这应用于例如气体对于聚焦光学器件的冷却效果或者清洁效果。

根据本发明的加工头能够具有模块化设计，即，加工头能够包括静止部分和可互换的替换模块。在本文献中，术语加工头的“静止部分”指加工头除替换模块以外的任何构件，即加工头的全部构件，相应的替换模块(在从“静止部分”移除相应的替换模块期间)能够作为整体从所述构件分离，而不必要将“静止部分”拆解成各个构件。在一种变型中，替换模块能够包括聚焦光学器件和相应的补偿单元。根据这种变型的改进，替换模块另外地包括驱动装置的相应的从动部分，其中假设驱动装置包括至少一个从动部分。这个模块化设计简化了驱动装置和补偿单元的维修和维护，并且简化了聚焦光学器件的调换。

附图说明

在下面参考附图解释了本发明的进一步的细节以及本发明的具体示例性实施例。以下示出：

图1：带有模块化加工头的、用于利用激光束加工工件的激光加工机器，其中包括聚焦光学器件的替换模块相对于加工头的静止部分已被移动到静止操作位置；

图2：根据图1的加工头，其中替换模块从静止操作位置移除并且与加工头的静止部分分离；

图3：在3维视图中的根据图1的加工头，其中在沿着激光束传播方向的截面视图中示出加工头；

图4：在沿着激光束传播方向的截面中的根据图1的加工头；

图5：用于根据图1的加工头的替换模块，其中在沿着激光束传播方向的截面中示出替换模块；

图6：与用于移动聚焦光学器件的流体驱动部一起的、在沿着激光束传播方向的截面中的根据图4的替换模块。

具体实施方式

图1示出包括根据本发明的加工头10的激光加工机器1。在该实例中，激光加工机器1被示为处于正在利用激光束5加工工件2的过程中的操作中，其中激光束5从喷嘴6的出口开口(图2和3所示)离开。在该情形中，利用将结合图3-5的上下文解释的聚焦光学器件在工件2的表面(工件2的表面在聚焦光学器件的焦点5’中)上聚焦激光束5。喷嘴6进而使得将在激光束5的周围环境中的工艺气体流引导到工件2以能够影响利用工艺气体加工工件2成为可能。图1是激光加工机器1的简化图：例如利用机械臂(在图1中未示出)，加工头10能够相对于工件2移动。

如在图1和2中所示，加工头10包括形式为在一侧上打开的外罩的静止部分11，该外罩封装用于替换模块20的空间12。替换模块20能够滑动到空间12中以便垂直于激光束5的传播方向5.1，并且能够被相应地拉出。在根据图1的示意中，替换模块20相对于加工头10的静止部分11在静止操作位置中。图2示出替换模块20作为整体能够被从加工头10的静止部分11分离，而不存在将静止部分拆解成各个构件的任何需要。

图3和4示出加工头10的静止部分11和替换模块20的设计细节，其中替换模块20被示为相对于静止部分11处于静止操作位置中。图5分开地示出被从静止部分11分离的替换模块20，其中示出替换模块20的进一步的细节(在图3和4中未示出)。

为了将相应的替换模块20精确地移动到静止操作位置并且能够将其保持于静止操作位置中，加工头10的静止部分11包括用于替换模块20的定中和保持装置21。保持装置21包括两个定中销21.1，每一个所述定中销21.1在一端处都是锥形的，所述定中销21.1能够利用控制装置(未示出)被移动，使得在每一种情形中，它们的锥形端均能够接合位于被联结到替换模块20的外侧的两个臂20.1中的相应的中心孔(图3)。通过将定中销21.1移动到臂20.1中的上述中心孔中，替换模块20能够被定中、被移动到静止操作位置并且被保持于静止操作位置中。相应地，两个定中销21.1能够被从臂20.1中的中心孔移动以释放臂20.1并且使得替换模块20被从空间12移除成为可能。

如在图3-5中所示，替换模块20包括聚焦光学器件25，所述聚焦光学器件25在本实施例中包括透镜。聚焦光学器件25被布置成使得当替换模块20已被移动到它的静止操作位置时，聚焦光学器件25的光轴与激光束5的传播方向5.1相一致(共轴布置)。

为了使得激光束5在相对于喷嘴6的各种距离上聚焦成为可能，聚焦光学器件25进一步被布置成使得当替换模块20已被移动到它的静止操作位置时，它们的焦点5’能够沿着激光束的传播方向5.1或者聚焦光学器件25的光轴方向(共轴地)移动。

为此替换模块20包括用于聚焦光学器件25的支撑结构30，所述支撑结构30使得当替换模块(并且因此还有支撑结构30)已被移动到它的静止操作位置时与传播方向5.1共轴地移动聚焦光学器件25成为可能。

支撑结构30具有几个功能：它被用作用于替换模块20的外罩并且在聚焦光学器件25沿着激光束5的传播方向5’的运动中引导聚焦光学器件25，并且进而，所述支撑结构30形成用于移动聚焦光学器件25的驱动装置40(图6)的部分，所述驱动装置40能够被以流体方式致动。

与图3、4和6相结合，如在图5中所示，支撑结构30被设计成中空本体，包括：

横向地界定柱形中空空间的侧壁32，其中侧壁32的内侧形成相对于侧壁32的纵向方向包括圆形截面的中空空间壁45；

被联结到侧壁32的一端并且包括用于激光束5的圆形进口开口34.1的闭合板34，其中包括圆截面的管子34.2被附于闭合板34，所述管子34.2与中空空间壁45共轴地布置并且围绕进口开口34.1；

被联结到侧壁32的另一端并且包括用于激光束5的圆形出口开口36.1的闭合板36，其中包括圆截面的管子36.2被附于闭合板36，所述管子36.2与中空空间壁45共轴地布置并且围绕出口开口36.1。闭合板34在激光束5的入射端上界定替换模块20，而闭合板36在激光束5的出射端上界定替换模块20。

如在图3-5中所示意的，管子34.2和36.2相对于中空空间壁45被布置成在中空空间壁45和每一个管子34.2和36.2之间形成环形间隙。图3-5进一步示出，当替换模块20在静止操作位置中时，中空空间壁45、进口开口34.1、圆形出口开口36.1以及管子34.2和36.2相对于传播方向5.1共轴地或者同心地布置。

聚焦光学器件25安装于透镜架26中，由于与安装有关的原因，透镜架26包括两个管状部件26.1和26.2、和用于激光束5的贯通通道29(图3)。聚焦光学器件25布置于贯通通道29中并且利用弹簧垫圈27和螺母28联结到透镜架26以保证聚焦光学器件25的稳定安置。

为了能够保证聚焦光学器件25相对于替换模块的支撑结构30的精确可控运动，透镜架26进而被成形成使得它能够在由支撑结构30围绕的中空空间中布置和被引导，并且还能够用作驱动装置40的、能够利用流体而被致动的活塞单元。为此透镜架26被如下地设计：

a)如在图3-6中所示，透镜架26的尺寸被确定成使得当将其插入替换模块20中时，透镜架26的部分26.1突出到在中空空间壁45和管子34.2之间形成的环形间隙中，并且透镜架26的部分26.2突出到在中空空间壁45和管子36.2之间形成的环形间隙中。在这个布置中，透镜架26面对闭合板34的端(部分26.1)被形成为使得透镜架26的外侧以正锁定方式靠着中空空间壁45，而透镜架26的内侧以正锁定方式靠着管子34.2。相应地，透镜架26面对闭合板36的端(部分26.2)被形成为使得透镜架26的外侧以正锁定方式靠着中空空间壁45，而透镜架26的内侧以正锁定方式靠着管子36.2。因此，透镜架26被中空空间壁45并且被管子34.2和36.2引导。

b)透镜架26沿着替换模块20的侧壁32的纵向方向的延伸被选择成使得：能够沿着中空空间壁45将透镜架26与激光束的传播方向5.1共轴地移动预定的距离。为了防止透镜架26的旋转，销钉48能够被插入侧壁32中以使得：销钉48接合位于透镜架26的一侧上以平行于聚焦光学器件25的光轴的凹槽48.1(图6)。

c)闭合板34面对透镜架26(部分26.1)的端形成：利用密封件43相对中空空间壁45和管子34.2密封、并且用作驱动单元40的第一活塞表面41.1的环形表面。相应地，透镜架26面对闭合板36的端(部分26.2)形成：利用密封件43相对中空空间壁45和管子36.2密封、并且用作驱动单元40的第二活塞表面42.1的环形表面。如将在下面更加详细解释地，两个活塞表面41.1和42.1能够在其上被加压流体撞击，从而能够相对于支撑结构30移动透镜架26。活塞表面41.1和42.1或者透镜架26因此能够被视为驱动单元40的从动部分。

如在图3-6中所示，驱动单元40进一步包括第一压力腔室41和第二压力腔室42。在已经在中空空间壁45和管子34.2之间形成的环形间隙内的中空空间壁45的第一壁段45.1的区域中，第一压力腔室41由第一活塞表面41.1和闭合板34界定。相应地，在已经在中空空间壁45和管子36.2之间形成的环形间隙内的中空空间壁45的第二壁段45.2的区域中，第二压力腔室42由第二活塞表面42.1和闭合板36界定。压力腔室41被设计成使得：当透镜架26沿着中空空间壁45移动时，第一压力腔室41的容积和第二压力腔室42的容积(根据移动方向)被增加或者降低。

通过支撑结构30的侧壁32中的进口开口46.1，第一压力腔室41能够被填充有第一流体。相应地，通过支撑结构30的侧壁32中的进口开口46.2，第二压力腔室42能够被填充有第二流体。

在该情形中，在第一压力腔室41中的第一流体的相应的压力和第二压力腔室42中的第二流体的相应的压力之间的差异保证了透镜架26沿着激光束5的传播方向5.1移位。相应地，通过调节在第一压力腔室41中或者在第二压力腔室42中的相应的流体的压力，聚焦光学器件25相对于支撑结构30的位置能够受到控制，并且能够沿着激光束5的传播方向5.1被改变预定距离。

如在图3-6中所示意的，驱动装置40(作为用于第一流体的供应装置)包括用于第一流体的压力线路80.1，所述压力线路80.1通向加工头10的静止部分11。进口开口46.1在替换模块20的侧壁32中被布置成使得：当替换模块20已被移动到静止操作位置时，压力线路80.1自动地与进口开口46.1或者与第一压力腔室41连通。相应地，驱动装置40(作为用于第二流体的供应装置)包括用于第二流体的压力线路80.2，所述压力线路80.2通向加工头10的静止部分11。进口开口46.2在替换模块20的侧壁32中被布置成使得：当替换模块20已被移动到静止操作位置时，压力线路80.2自动地与进口开口46.2或者与第二压力腔室42连通。

如在图6中所示，在每一种情形中，流体均能够被引入压力线路80.1和80.2，所述流体被从压力线路80移除，并且能够通过可控调节阀52而被供应到压力线路80.1和80.2。调节阀52能够例如被设计成：使得根据控制信号相互独立地控制在压力线路80.1或者80.2中、并且因此在第一压力腔室41中或者在第二压力腔室42中的相应的压力成为可能的比例阀。

驱动装置40进一步包括控制聚焦光学器件25的定位的控制系统50，因此根据来自激光加工机器1的控制装置的相应的输入(取决于将由激光加工机器1执行的相应的加工工艺)控制聚焦光学器件的调节。控制系统50包括用于确定聚焦光学器件25的位置的测量装置55并且包括调节器51。测量装置55产生代表聚焦光学器件25在该具体时间的位置(“实际值”)(在图6中被指定为Z实际)的信号。调节器55的任务在于：比较测量装置55的信号与示意关于聚焦光学器件25的位置由激光加工机器1的控制装置预定的期望值(在图6中被指定为Z期望)的信号；并且在期望值和实际值之间存在差异的情形中，利用适当的信号作用于调节阀52上使得：聚焦光学器件25被移动到预定的期望位置中。

如在图5中所示，测量装置55能够被集成于替换模块20中。例如基于能够布置于透镜架26上(能够例如使用光学或者磁性装置读出)的刻度，并且基于能够被附于支撑结构30并且适用于将被从其读出的刻度的、相应的读出头，测量装置55能够例如被设计成非接触测量系统。

驱动装置40的第一或流体者第二流体能够例如是气体或者适当的液体。就液体而言，具体的液体冷却剂(例如去离子水)将是适当的，液体冷却剂带有的优点在于：冷却剂能够在高激光输出下保证透镜架26的有效冷却。

替换模块20被设计成使得：工艺气体能够从在激光束5的出射端上接界聚焦光学器件25的空间通过替换模块20的出口开口36.1并且通过加工头10喷嘴6而被导引到待加工工件2上。

为了保证工艺气体的供应，工艺气体腔室60被集成于替换模块20中，所述工艺气体腔室60能够充满工艺气体或者工艺气体的混合物。如在图5中所示，在与中空空间壁45的第三壁段45.3相对的一侧上，透镜架26包括与中空空间壁45的第三壁段45.3一起地界定工艺气体腔室60的第一壁区域61。

为了供应工艺气体，加工头10的静止部分11连接到在高压(例如25巴)下提供工艺气体的供应装置90。在工艺气体腔室60的区域中，替换模块20的侧壁32包括用于工艺气体的几个进口开口62。在每一种情形中，进口开口62均被布置成使得当支撑结构30已被移动到静止操作位置时，它们被连接到用于工艺气体的供应装置90。

通过用于相应的工艺气体的大量出口开口63，工艺气体腔室60被连接到在激光束5的出射端上接界聚焦光学器件25的区域65，通过每一个出口开口63，在每一种情形中，气态工艺流64(在图4和5中由代表出口开口63中的一个的箭头指定)能够从工艺气体腔室60被引入所述区域65中。

如在图5中所示，在激光束5的出射端上的相应的气态工艺流64被引导到聚焦光学器件25上，并且从那里它被沿着出口开口36.1或者焦点5’的方向偏转。因为相应的气态工艺流64撞击在聚焦光学器件25上，所以工艺气体能够例如被用于冷却聚焦光学器件25。

因为相应的气态工艺流64(取决于相应的加工工艺)在高压(例如25巴)下撞击在聚焦光学器件25上，所以工艺气体能够传递比较大的力，所述力与激光束的传播方向5.1基本共轴地沿着进口开口34.1的方向作用。

工艺气体腔室60被设计成使得工艺气体产生的这些力能够得到补偿。为此，透镜架的第一壁区域61包括在其上被工艺气体撞击的活塞表面61.1，所述活塞表面61.1被布置成使得在激光束的出射端上利用相应的气态工艺流64而被传递到聚焦光学器件26的力被利用工艺气体而被传递到活塞表面61.1的力完全地或者部分地补偿。当与聚焦光学器件25的、在其上被工艺气体撞击的区域相比时，上述力得到补偿的程度基本上取决于活塞表面61.1的尺寸。利用活塞表面61.1的尺寸的适当选择，能够因此实现这样一种状况：由于工艺气体所产生的力，作用于聚焦光学器件25上的全部力能够得到精确地补偿。

在此上下文中，术语“用于工艺气体的供应部”能够指全部的以下构件：供应装置90、进口开口62、工艺气体腔室60和用于工艺气体的出口开口63。

术语补偿由工艺气体传递的力的“补偿单元”能够指全部的以下构件：工艺气体腔室和活塞表面61.1。

工艺气体腔室60被设计成与激光束5的传播方向5.1是同心的。进而，能够在其上被工艺气体撞击的活塞表面61.1包括相对于激光束5的传播方向5.1同心的环的形状。因为工艺气体腔室60被布置成与激光束的传播方向5.1共轴，并且还被布置成围绕聚焦光学器件25的环形形状，所以由于这个布置，传递到活塞表面61.1的力能够被均匀地分布于聚焦光学器件25的周边之上，并且因此与工艺气体相关的干扰力能够被以有效率的方式消除。

关于工艺气体改变，即利用在第二(随后的)加工步骤中的第二(不同的)工艺气体替代在第一加工步骤中使用的第一工艺气体，工艺气体腔室60的布置提供进一步的优点。在每一种情形中，相应的工艺气体均在到达出口开口63的中途流动通过气体腔室60。在工艺气体从第一工艺气体到第二工艺气体的改变期间，工艺气体腔室60被第二工艺气体“漂洗”，从而具有以下效果：在比较短的时间段之后，不再存在任何残余的第一工艺气体。工艺气体腔室60因此并不形成其中残余的第一工艺气体能够被长时期地存储的“死”空间。因此可以防止在工艺气体改变之后第二工艺气体受到第一工艺气体的任何持续的污染，或者能够在工艺气体改变之前在短时间内执行工艺气体腔室66的专门清洁(漂洗)。

替换模块20被设计成使得：在激光束5的入射端上的聚焦光学器件25能够在其上被气体撞击，以例如清洁和/或冷却聚焦光学器件25。

为了保证该气体的供应，气体隔室70被集成于替换模块20中，所述气体隔室70能够充满气体例如清洁空气。如在图5中所示，在与中空空间壁45的第四壁段45.4相对的一侧上，透镜架26包括与中空空间壁45的第四壁段45.4一起地界定气体隔室70的第二壁区域71。如在图3-6中所示，气体隔室70通过分隔壁47(被设计成相对于激光束5的传播方向5.1是环形的)与工艺气体腔室60分离，分隔壁47由密封件43相对透镜架26密封。

为了向气体隔室70供应气体，加工头10的静止部分11连接到在过压下提供所需气体的供应装置95。在工艺气体腔室70的区域中，替换模块20的侧壁32包括用于相应的气体的几个进口开口72。在每一种情形中，进口开口72被布置成使得当支撑结构30被移动到静止操作位置时，它们被连接到供应装置95。

通过用于相应的气体的大量出口开口73，气体隔室70连接到在激光束5的入射端上接界聚焦光学器件25的区域75，通过每一个出口开口73，在每一种情形中，气态流74(在图4和5中由代表出口开口73中的一个的箭头指定)能够从气体隔室70被引入所述区域75中。

如在图5中所示，在激光束5的入射端上的相应的气态流74被引导到聚焦光学器件25上。因为相应的气态流74撞击在聚焦光学器件25上，所以气体能够例如被用于清洁和/或冷却聚焦光学器件25。

因为相应的气态流74在过压下撞击在聚焦光学器件25上，所以气体能够传递比较大的力，所述力与激光束的传播方向5.1基本共轴地沿着出口开口36.1的方向作用。

气体隔室70被设计成使得气体产生的这些力能够得到补偿。为此，透镜架26的第二壁区域71包括在其上被气体撞击的活塞表面71.1(在图4和5中由箭头示出活塞表面的外部边沿)，所述活塞表面71.1被布置成使得在激光束5的入射侧上利用相应的气态流74而被传递到聚焦光学器件25的力被利用气体而被传递到活塞表面71.1的力完全地或者部分地补偿。当与聚焦光学器件25的、在其上被气体撞击的区域相比时，上述力得到补偿的程度基本上取决于活塞表面71.1的尺寸。利用活塞表面71.1的尺寸的适当选择，能够因此实现这样一种状况：由于气体所产生的力，作用于聚焦光学器件25上的全部力能够得到精确地补偿。

在此上下文中，术语“用于气体的供应部”能够指全部的以下构件：供应装置95、进口开口72、气体隔室70和用于气体的出口开口73。

术语用于补偿由气体传递的力的“补偿单元”能够指全部的以下构件：气体隔室70和活塞表面71.1。

气体隔室70被设计成与激光束5的传播方向5.1是同心的。进而，能够在其上被气体撞击的活塞表面71.1包括相对于激光束5的传播方向5.1同心的环的形状。因为气体隔室70被布置成与激光束的传播方向5.1共轴，并且还被布置成围绕聚焦光学器件25的环形形状，所以由于这个布置，传递到活塞表面71.1的力能够被均匀地分布于聚焦光学器件25的周边之上，并且因此气体所产生的干扰力能够被以有效率的方式被消除。

应该指出，在本文中公开的流体驱动装置40还能够被(例如利用机电或者电磁或者人工驱动的)具有某种其它设计的驱动装置替代。进而，为替换模块20配备工艺气体腔室60和气体隔室70是：在每一种情形中能够以有利的方式被与用于聚焦光学器件的任何驱动装置组合、并且在每一种情形中提供用于能够仅利用微小的力精确地并且基本不受干扰力影响地调节聚焦光学器件25的基础的选择。

Claims (7)

1.一种加工头(10)，所述加工头(10)用于激光加工机器(1)，所述激光加工机器(1)用于利用激光束(5)加工工件(2)，所述加工头(10)包括：

聚焦光学器件(25)，所述聚焦光学器件聚焦所述激光束；

用于移动和/或调节所述聚焦光学器件(25)的驱动装置(40)，所述驱动装置被设计成流体驱动部(40)；

用于至少一种加压气体的至少一个供应部(90，62，60，63；95，72，70，73)，所述供应部包括用于相应的气体的至少一个出口开口(63；73)，其中气体能够被导引至相应的出口开口(63；73)，并且能够作为气态流(64；74)从所述供应部、通过相应的出口开口被引入接界所述聚焦光学器件(25)的区域(65，75)中；

至少一个补偿单元(60，61.1；70，71.1)，所述补偿单元补偿能够由相应的气态流传递到所述聚焦光学器件(25)的力；

所述补偿单元(60，61.1；70，71.1)包括气体腔室(60；70)和活塞表面(61.1；71.1)，所述气体腔室能够充满相应的气体，所述活塞表面能够被相应的气体撞击并且所述活塞表面被刚性连接到所述聚焦光学器件；

其中，所述活塞表面(61.1；71.1)布置成使得通过能够由相应的气体而传递到所述活塞表面(61.1；71.1)的力完全地或者部分地补偿能够由相应的气态流(64；74)而传递到所述聚焦光学器件(25)的力；并且

所述气体腔室(60；70)集成于所述供应部(90，62，60，63；95，72，70，73)中，使得所述气体腔室(60；70)能够充满气体，该气体通过所述气体腔室(60；70)中的至少一个进口开口(62，72)被导引至相应的出口开口，其中，在经过相应的进口开口之后，所述气体必须流动通过所述气体腔室(60；70)以到达相应的出口开口(63；73)；并且所述气体腔室(60；70)设计成与所述激光束的传播方向(5.1)是同心的，并且能够被所述气体撞击的所述活塞表面(61.1；71.1)包括环的形状，所述环相对于所述激光束(5)的传播方向(5.1)是同心的，

其特征在于

所述供应部(95，72，70，73)的相应的出口开口(73)布置成使得相应的气态流能够被引入到在所述激光束(5)的入射端上接界所述聚焦光学器件(25)的区域(75)。

2.根据权利要求1的加工头(10)，其中所述供应部(90，62，60，63)的相应的出口开口(63)布置成使得相应的气态流(64)能够被引入到在所述激光束(5)的出射端上接界所述聚焦光学器件(25)的区域(65)。

3.根据权利要求2的加工头(10)，其中所述气体是工艺气体，为了影响由激光束引发的、所述激光加工机器的加工工艺，所述工艺气体能够被引入到所述区域(65)。

4.根据权利要求1到3中任一项的加工头，其中相应的出口开口(63；73)布置在距所述聚焦光学器件(25)的预定距离处，使得如果所述聚焦光学器件移动或者移位，则所述出口开口相对于所述聚焦光学器件的空间布置不能改变。

5.根据权利要求1到4中任一项的加工头，其中所述加工头(10)包括静止部分(11)和可互换的替换模块(20)，所述替换模块(20)能够作为整体从所述静止部分(11)分离；并且

所述替换模块包括所述聚焦光学器件(25)和相应的补偿单元(60，61.1；70，71.1)。

6.根据权利要求5的加工头，其中所述驱动装置(40)包括至少一个从动部分(41.1；42.1)；并且

所述替换模块(20)包括所述驱动装置(40)的相应的从动部分(41.1；42.1)。

7.一种激光加工机器，所述激光加工机器包括根据权利要求1到6中任一项的加工头。

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