CN108025394A - 激光加工头和具有激光加工头的激光加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光加工头(1)，其包括：用于将加工激光射束(3)聚焦到待加工的工件(4)上的聚焦装置(2)——所述聚焦装置布置在加所述工激光射束(3)的加工射束路径(14)中、光学成像装置(5)——所述光学成像装置包括探测器(6)并且构造用于将观察辐射(8)从所述工件(4)的加工区域(9)沿着穿过所述聚焦装置(2)的观察射束路径(10)成像到所述探测器(6)上、以及用于将所述观察辐射(8)的所述观察射束路径(10)与所述加工激光射束(3)的所述加工射束路径(14)分离的分束器(13)。所述激光加工头(1)具有布置在所述分束器(13)与所述探测器(6)之间的所述观察射束路径(10)中的所述光学成像装置(5)的成像光学器件(16)、以及布置在所述成像光学器件(16)与所述探测器(6)之间的与所述探测器(6)间隔开的光圈(15)。所述成像光学器件(16)构造用于在所述分束器(13)与所述工件(4)之间的所述加工激光射束(3)的所述加工射束路径(14)中产生所述光圈(15)的像(15a)。本发明也涉及一种具有这种激光加工头(1)以及具有用于产生加工激光射束(3)的射束源(21)的激光加工机(20)。

Description

激光加工头和具有激光加工头的激光加工机
技术领域
本发明涉及一种激光加工头，其包括：聚焦装置、光学成像装置以及分束器(Strahlteiler)，其中，所述聚焦装置用于将加工激光射束聚焦到待加工工件上，所述聚焦装置布置在加工激光射束的加工射束路径中，所述光学成像装置包括探测器并且构造用于将观察辐射从工件的加工区域沿着穿过聚焦装置的观察射束路径成像到探测器上，所述分束器用于将观察辐射的观察射束路径与加工激光射束的加工射束路径分离。本发明还涉及一种具有这种激光加工头的激光加工机。
背景技术
在激光材料加工的情况下，通过布置在激光加工头中的、由透镜和/或镜构成的具有聚焦装置的光学装置沿着加工射束路径引导加工激光射束并且将其聚焦到待加工的工件上。
为了在激光材料加工期间进行工艺观察，通常将分束器(例如波长选择性的镜或刮镜)布置在激光加工头内部的加工射束路径中，通过该分束器将观察射束路径与加工射束路径分离。
这种激光加工头例如在DE10120251B4中公开。在那里描述的激光加工头具有传感器设备，该传感器设备包括具有成像光学器件、光圈以及辐射敏感的接收器的进行空间分辨的接收装置。借助该成像光学器件能够将激光射束与工件之间的相互作用区的范围内的区域成像到布置在探测器上的光圈上。为了对探测到的观察场(Beobachtungsfeld)进行选择，光圈能够在垂直于成像光学器件的光轴的至少一个方向上移动。
由DE19630437A1已知一种用于工艺观察的激光加工头，其中，通过布置在加工激光射束侧向的转向镜将从工件出发的射束引导至观察通道。
在所谓的同轴的工艺观察的情况下，观察射束路径延伸穿过聚焦装置，其中，加工激光射束的射束轴线通常与观察射束路径的光轴重合。聚焦装置通常具有聚焦透镜或由聚焦透镜构成，该聚焦透镜将加工激光射束聚焦到工件上，由此得出以下多个问题：
在以高功率的加工激光辐射照射聚焦透镜的情况下，通过透镜基底中以及通常存在的透镜涂层中的对加工激光辐射的吸收而形成热透镜，也就是说基底中的折射率不再均匀，而是随着形成的温度梯度而变化。在加工激光射束的功率在聚焦透镜中旋转对称分布的理想情况下，聚焦透镜在中间具有最高的温度，并且温度径向向外地减小直至透镜边缘。在使用CO2加工激光射束以及用于聚焦加工激光射束的硒化锌透镜的情况下，随着激光功率的增大以及加工持续时间的推进，发生聚焦透镜的直至5％的显著的焦距缩短。在将固体激光器和石英光学器件作为用于产生激光射束的射束源的情况下，该效应不再那么显著，但在在聚焦透镜上的大功率密度处同样发生。
对于聚焦加工激光射束来说，由于热透镜而产生的像差是可容忍的。然而，对于加工工艺的同轴地由聚焦透镜引导的用于工艺观察、即用于观察辐射的成像来说，由热引起的像差是有问题的。一般地，在聚焦透镜中形成的折射率梯度使聚焦透镜的成像特性变差，使得不能令人满意地针对聚焦透镜的不同热负荷状态对布置在观察射束路径中的用于同轴地观察穿过该聚焦透镜的加工工艺的光学成像装置进行优化。
此外，在改变聚焦透镜的物距的情况下、即当应该随着激光加工头与工件表面之间距离的变化对工件进行加工时，出现工艺观察的准确性的问题。这例如出现在开槽和切削之间切换的情况下。此外，如果物平面不精确地垂直于激光射束轴线(并且从而不精确地垂直于观察轴)指向，则也可能对观察准确性产生不利的影响。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于工艺观察的具有光学成像装置的激光加工头，借助该激光加工头提高工艺观察的准确性，并且优选能够使观察灵活地匹配于工艺条件。
根据本发明，该任务通过一开始所述类型的激光加工头来实现，其中，光学成像装置的成像光学器件布置在观察射束路径中在分束器与探测器之间，其中，与探测器间隔开的光圈(“远场光圈”)布置在成像光学器件与探测器之间，其中，成像光学器件构造用于在加工射束的加工射束路径中在分束器与工件之间产生光圈的像。
聚焦装置可以包括一个或多个(聚焦)透镜以及必要时包括一个或多个进行反射的光学元件。替代地，聚焦装置必要时可以仅具有进行反射的光学元件。探测器可以涉及进行空间分辨的探测器、例如摄像机，然而也可以涉及不进行空间分辨的探测器、例如光电二极管。探测器是对于观察辐射的波长敏感的，所述波长例如可以处于可见的波长范围内或红外波长范围内。通常，(经聚焦的)加工激光射束的中轴线与光学成像装置的光轴一致，使得同轴地通过聚焦透镜实现对加工区域的观察。
根据本发明的激光加工头具有光学成像装置，该光学成像装置将通常与工件表面重合的物平面成像到探测器上。通过光学成像装置的成像光学器件实现，布置在分束器与探测器之间的观察射束路径中的、用于将物平面成像到探测器上的限制光圈如此起作用，使得该光圈就好像布置在加工激光射束的加工射束路径中(“虚拟光圈”)。用于成像物平面的光圈在加工激光射束的加工射束路径中的实际的布置仅能够通过光圈的(成本高的)波长选择性设计来实现，因为加工激光射束必须穿过所述光圈。
根据本发明的激光加工头可以根据光圈的像在加工射束路径中的具体位置而以不同的方式对工艺观察的准确性的改善做出贡献：
在一种实施方式中，激光加工头构造用于在加工射束路径中在聚焦装置(尤其在聚焦装置的聚焦透镜)与工件或光学成像装置的物平面之间产生光圈的像。如果将光圈如此在观察射束路径中定位或如果激光加工头或光学成像装置如此构造，使得通过成像光学器件将光圈成像到聚焦透镜与光学成像装置的物平面之间，因此，可以对物平面的不垂直于加工激光射束的射束轴线延伸的定向进行校正，因为在布置在聚焦透镜与作为物平面的工件表面之间的虚拟光圈的情况下，通过处于更内部的透镜区域对加工区域的处于更外部的物点进行成像。
在另一替代实施方式中，激光加工头或光学成像装置构造用于在射束路径中在分束器与聚焦装置之间、尤其在分束器与聚焦装置的聚焦透镜之间产生光圈的像。如果光圈在观察射束路径中如此定位，使得该光圈通过加工激光射束的加工射束路径中的成像光学器件成像到分束器与聚焦装置的聚焦透镜之间的区段——观察辐射通常在该区段中准直地延伸——中，则可以补偿聚焦透镜的热负荷情况下的聚焦透镜的加工距离的变化或焦距变化对物平面的成像的影响，如下阐述：
聚焦透镜的热负荷导致其焦距的缩短，这可以根据加工激光射束的入射的激光功率通过计算求取。因此，可以如此选择光圈在观察射束路径中的位置，使得在受到热负荷的聚焦透镜的情况下，远心地实现物平面到探测器上的成像。为此，如此选择光圈的位置，使得成像的虚拟光圈或光圈的像处于受到热负荷的聚焦透镜的焦平面中，并且以这种方式在激光加工期间实现工艺位置或加工区域的远心成像。在远心成像的情况下，放大倍数不随物距而改变，也就是说即使在加工距离变化的情况下，也可以可靠地测量物体尺寸。因为在加工射束的激光功率不同的情况下，聚焦透镜的热负荷变化，所以当光圈在观察射束路径中的位置不变时，则在远心成像中产生(小)错误。如果要避免这种错误，则这可以通过光圈的移动以及对成像光学器件的匹配(即成像光学器件的至少一个光学元件的移动)来实现。
在该实施方式的一种变型方案中，激光加工头构造用于在聚焦装置的聚焦透镜的焦平面中产生光圈的像，该焦平面处于分束器与聚焦透镜之间。在这种情况下，在不受到热负荷的聚焦透镜的情况下，远心地实现物平面到探测器上的成像：在远心成像的情况下，所有主射束从成像的物点平行地延伸，使得在改变物距的情况下不改变放大倍数。在这种情况下，聚焦透镜的物距的变化对成像没有影响。
在另一替代实施方式中，激光加工头或光学成像装置构造用于在聚焦装置的聚焦透镜中产生光圈的像。如果将光圈如此在观察射束路径中定位，使得该光圈通过成像光学器件成像到聚焦透镜内部，则如此进行工艺位置或工件的加工区域的成像，使得好像真实的光圈布置在聚焦透镜中。在此，光圈开口仅包括聚焦透镜的小的内部区域，在该区域中，聚焦透镜的热负荷是均匀的。因此，通过进行聚焦的元件如此对工艺位置或加工区域的所有物点进行成像，使得所述物点的成像基本上受到聚焦透镜的相同的折射率变化的作用。以这种方式，可以通过相应优化的成像光学器件来对于所有物点均匀地校正热透镜。
在上述实施方式的一种扩展方案中，光圈能够在观察射束路径中移动和/或光圈的(至少)一个光圈开口能够垂直于观察射束路径(在光圈平面中)运动。如上面进一步所述的那样，当聚焦透镜受到热负荷时，光圈在观察射束路径中的移动是有利的。在这种情况下，通过光圈的移动可以实现：根据加工射束的激光功率，加工射束路径中的光圈的像始终处于期望的位置处、例如处于受到热负荷的聚焦透镜的焦平面中或聚焦透镜自身中。替代地或附加地，光圈、更确切地说光圈的光圈开口，也能够垂直于加工射束路径可变地在观察射束路径中定位。为此，光圈例如能够在光圈平面中移动和/或围绕相对于光圈开口偏心布置的、垂直于光圈平面延伸的旋转轴旋转。由于光圈的横向于加工射束路径的传播方向或横向于加工射束的光轴的可定位性，可以对聚焦透镜的部分区域进行调节，通过该部分区域实现物平面到探测器上的成像。以这种方式，可以改变观察方向或观察角。
在所述实施方式的一种扩展方案中，成像光学器件构造成望远镜、例如伽利略望远镜或优选构造成开普勒望远镜。开普勒望远镜具有第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜彼此在它们的焦距的距离中布置。在开普勒望远镜中产生的借助光学成像系统成像的物平面的中间像简化在安装情况下的对整个系统的校准，并且可以实现干扰散射的隐没，如下面进一步所述的那样。中间像在开普勒望远镜的两个透镜之间形成的焦平面中产生，使得光圈(“远场光圈”)布置在中间像与探测器之间、即望远镜的最后一个透镜后面的准直的射束路径中。光圈与望远镜的最后一个透镜的距离确定虚拟光圈在加工射束路径中的位置。
在一种扩展方案中，另一光圈布置在开普勒望远镜的第一透镜与第二透镜之间共同的焦平面中。附加的光圈(“近场光圈”)可以以有利的方式布置在开普勒望远镜的焦平面中，该附加的光圈降低干扰散射的影响。由附加的光圈使如下辐射分量隐没并且其不会到达探测器：所述辐射分量由加工激光射束的加工射束路径中的光学元件、尤其由聚焦透镜的表面反射。
在一种扩展方案中，开普勒望远镜的在从分束器出发的观察射束路径中的第一和/或第二透镜可移动地布置在观察射束路径中。在聚焦透镜的热限定的焦距改变的情况下或相对于激光加工头的物距改变的情况下，中间像在开普勒望远镜的透镜之间的位置改变。通过移动两个透镜可以如此改变开普勒望远镜与光圈(“远场光圈”)之间的距离，使得中间像又处于第二透镜的焦平面中。以这种方式，即使在聚焦透镜的焦距改变或开普勒望远镜与光圈之间的物距改变的情况下，观察辐射也平行地延伸，并且观察辐射或观察辐射的射束平行地穿过光圈的光圈开口。
在一种扩展方案中，光圈能够与第二透镜耦合地在观察射束路径中移动。耦合的移动可以这样理解：在移动的情况下，另一光圈与第二透镜之间的距离保持恒定，即使所述光圈与第二透镜作为整体移动。在聚焦透镜的热限定的焦距改变的情况下或在物距改变的情况下，通过移动由开普勒望远镜的第二透镜以及附加的光圈构成的整体，将附加的光圈重新准确地布置在中间像中。附加的光圈或第二透镜的移动通常由执行机构实现。
如前面已经描述的那样，附加地，光圈(“远场光圈”)也可以尤其与第二望远镜透镜无关地在观察辐射中移动，使得光圈的像在加工射束路径中根据加工射束的激光功率始终处于受到热负荷的聚焦透镜的焦平面中。
在另一实施方式中，用于将加工区域成像到探测器上的光学成像装置包括另一光学器件，该另一光学器件布置在光圈与探测器之间。所述光学器件例如可以包括一个或多个透镜并且通常构造用于与聚焦单元一起、尤其与聚焦透镜一起实现物平面或工件表面上的加工区域到探测器上的成像。
在另一实施方式中，分束器构造成波长选择性的光学元件。通常，加工激光射束的波长与观察辐射的波长不同，使得可以通过波长选择性的光学元件实现观察射束路径与加工射束路径的分离。替代地，分束器可以构造成几何分束器、例如具有中央开口的刮镜，在观察辐射或加工射束在刮镜处偏转期间，要么加工激光射束穿过该中央开口，要么观察辐射穿过该中央开口。也可以使用其他形式的分束器。
本发明的另一方面涉及一种具有如上所述的激光加工头的激光加工机、以及一种用于产生加工激光射束的射束源。射束源例如可以涉及CO2激光器、固体激光器、尤其片状激光器、二极管激光器或其他类型的激光源。为了加工工件，激光加工机通常具有执行机构等形式的部件，所述部件可以实现激光加工头与工件之间的相对运动。通常也可以在激光加工机中调节激光加工头与工件之间的距离。为了控制工件的加工，激光加工机具有控制和/或调节装置。
附图说明
本发明的其他优点从说明书和附图中得出。同样可以单独使用或以多个任意组合的形式使用上面提及的以及还进一步列举的特征。示出的和所述的实施方式不应理解成已经穷尽的枚举，而应理解为具有用于描述本发明的多个示例性的特征。
附图示出：
图1示出具有用于工艺观察的激光加工头的激光加工机的一种实施例的示意图，该激光加工头具有具有被成像到聚焦透镜中的光圈的光学成像装置；
图2示出类似于图1的示图，其中，将光圈成像到聚焦透镜的焦平面中；
图3示出类似于图2的示图，其中，将光圈成像到聚焦透镜与工件表面之间；
图4示出类似于图2和图3的示图，其中，另一光圈布置在光学成像装置的开普勒望远镜的第一透镜与第二透镜之间的焦平面中。
在对附图的以下描述中，对于相同的或功能相同的构件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示例性地示出激光加工头1的结构，该激光加工头具有呈聚焦透镜2形式的聚焦装置，该聚焦装置用于将加工激光射束3聚焦到工件4上。在示出的示例中，工件4、更确切地说工件表面4a在相对于聚焦透镜2的一定距离中布置，该距离相应于聚焦透镜2的焦距f1或物距s1。此外，激光加工头1具有具有探测器6的光学成像装置5。呈透镜形式的光学器件7与探测器6布置在以下距离中——该距离是光学器件的焦距f4或物距s4，并且该光学器件与聚焦透镜2一起用于将构成光学成像装置5的物平面的工件表面4a成像到以下像平面上：探测器6、更确切地说探测器6的辐射敏感的表面6a布置在该像平面上。
借助光学成像装置5将从工件4的加工区域9出发的观察辐射8(例如工艺辐射)沿着观察射束路径10成像到探测器6上，该观察射束路径沿着光轴延伸，该光轴与加工激光射束3的在聚焦透镜2与工件4之间的区段中的激光射束轴线11一致。在示出的示例中，在加工区域9中，借助加工射束3刺入工件4中，然而，也可以在加工区域9处进行其他加工工艺、例如切削或焊接加工。例如在图1中可看出的那样，观察射束路径10从工件4出发穿过加工喷嘴12以及聚焦透镜2相对于加工激光射束3的激光射束轴线11同轴地延伸。工件4的具有成像到探测6上的加工区域9的局部在边缘侧由加工喷嘴12的内轮廓限界。
在激光加工头1中布置有分束器13，该分束器在示出的示例中构造成波长选择性的光学元件或构造为具有波长选择性涂层的分束镜，以便将观察辐射8的观察射束路径10与加工激光射束3的加工射束路径14分离。在示出的示例中，分束器13构造用于反射加工激光射束3并且使具有不同于加工激光射束3的波长的观察辐射8透射。可以理解的是，与图1中所示的不同，可以在分束器13处根据波长选择性涂层的类型、必要时在90°的偏移角下实现加工激光射束3的偏转。
光学成像装置5具有呈开普勒望远镜16形式的成像光学器件，该开普勒望远镜具有观察射束路径10中的从分束器13到探测器6的第一透镜16a以及观察射束路径10中的从分束器13到探测器6的第二透镜16b。开普勒望远镜16的焦距为f2的第一透镜16a以及开普勒望远镜16的焦距为f3的第二透镜16b彼此布置在它们的焦距总和f2+f3的距离中。在图1中示出的示例的情况下，通过开普勒望远镜16将光圈15成像到聚焦透镜2中，即开普勒望远镜16在聚焦透镜2中产生光圈15的像15a。光圈15与第二透镜16b之间的距离s3相应于第二透镜16b的焦距f3，并且如此与第一透镜16a与聚焦透镜2之间的距离s2协调，使得将光圈15清晰地成像到聚焦透镜2中。如同样可从图1中看出的那样，通过开普勒望远镜16将光圈15放大地成像到聚焦透镜2中。
光圈15的像15a对加工区域9到探测器6上的借助光学成像装置5的成像如此起作用，使得就好像光圈15布置在加工激光射束3的加工射束路径14中的聚焦透镜2中。在此，光圈15的像15a的光圈开口仅包括聚焦透镜2的小的、处于径向内部的区域，在该区域中，聚焦透镜2的热负荷平均地或均匀地分布。因此，仅对加工区域9的以下物点进行成像：所述物点的成像受到聚焦透镜2的基本上相同的折射率变化的影响，使得热透镜基本上对加工区域9到探测器6上的成像没有重大影响。
图1中示出的激光加工头1用于执行用于在激光加工机20中加工工件4的激光加工工艺。激光加工机20具有用于产生加工激光射束3的射束源21以及其他为了简化而未示出的可以实现工件加工、尤其产生激光加工头1与工件4之间的相对运动的部件。射束源21可以涉及CO2激光源、固体激光源、二极管激光源或其他类型的激光源。
在示出的示例中，开普勒望远镜16的第二透镜16b在观察射束路径10中可移动地布置，并且可以借助(未示出的)执行机构沿着观察射束路径10、更确切地说沿着光轴11移动，例如在图1中通过双箭头表明的那样。在聚焦透镜2的热限定的焦距改变或在工件4与激光加工头1的聚焦透镜2之间的距离s1改变的情况下，加工区域9的中间像的位置改变，该中间像在没有这种热透镜或热负荷的情况下在开普勒望远镜16的两个透镜16a、16b之间的共同的焦平面17中产生。通过开普勒望远镜16的第二透镜16b的移动，中间像又处于第二透镜16b的焦平面17中，并且透镜16b后面的射束是准直的并且准直地穿过光圈15。附加地，光圈15同样可以在观察射束路径10中可移动地布置，以便对虚拟光圈15a的位置中的由聚焦透镜2的热限定的焦距改变而产生的误差进行校正。
在图2中示出一种同样可以实现改善的工艺观察的激光加工头1。在图2中示出的激光加工头1基本上通过以下方式不同于图1中示出的激光加工头1：呈开普勒望远镜16形式的成像光学器件不将光圈15成像到聚焦透镜2中，而是成像到加工激光射束3的加工射束路径14中在聚焦透镜2与分束器13之间，也就是说在示出的示例中，成像到聚焦透镜2的(像侧的)焦平面18中，所述聚焦透镜的物侧的以及像侧的焦距f1一致。在分束器13与聚焦透镜2之间，加工激光射束3和观察辐射8都被准直。在光圈15的像15a布置在聚焦透镜2的焦平面18中的情况下，只要聚焦透镜2不受到或仅略微地受到热负荷，则远心地实现借助光学成像装置5将物平面或工件表面4a成像到探测器6上：
通过聚焦透镜2，在其背离工件4的、产生光圈15的像15a的焦平面18中，产生工件表面4a(物平面)的中间像，该中间像包含加工区域9。在这种情况下，物距s1的改变、即工件表面4a与聚焦透镜2之间的距离的改变对成像没有影响，因为在远心成像的情况下，放大倍数不随物距而变化并且如此成像的、工件表面4a的包含加工区域9的区域保持不变。
如果要对热负荷情况下的聚焦透镜2的焦距改变对工件表面4a的或加工区域9的成像的影响进行补偿，则将光圈15如此布置在观察射束路径14中，使得该光圈通过开普勒望远镜16成像到观察射束路径10中的以下位置处：该位置处于图2中示出的不受到热负荷的聚焦透镜2的焦平面18与聚焦透镜2自身之间。聚焦透镜2的热负荷导致，与不受到热负荷的状态中的焦距f1相比缩短的焦距f1′(参见图2)，这可以根据激光功率的强度通过计算求取。因此，在已知激光功率的情况下，可以如此选择光圈15在观察射束路径10中的位置，使得光圈15的像15a处于受到热负荷的具有缩短的焦距f1′的聚焦透镜2的朝向聚焦透镜2移动的(未示出的)焦平面中，使得即使在激光加工期间，也进行加工区域9或工件表面4a到探测器6上的远心成像。为了始终将光圈15的像15a成像到聚焦透镜2的焦平面18中，必要时可以借助一个或多个(未示出的)执行机构使光圈15以及要么将开普勒望远镜16要么将至少一个望远镜透镜16a、16b在观察射束路径10中移动。
激光加工机20的控制装置22可以根据聚焦透镜2的与加工激光射束3的激光功率相关的焦距f1、f1′的模型，始终如此调节光圈15的以及开普勒望远镜16的或者说第一望远镜透镜16a或第二望远镜透镜16b的移动距离，使得光圈15的像15a成像到聚焦透镜2的在其位置中沿着加工激光射束3的射束轴线11变化的焦平面18中。当虚拟光圈15a的定位中由聚焦透镜2的热限定的焦距变化引起的误差很小时，光圈15的可移动性不是必须的。
图3示出具有激光加工头1的激光加工机20，其中，呈开普勒望远镜16形式的成像光学器件在加工激光射束3的加工射束路径14中在聚焦透镜2与工件表面4a之间产生光圈15的像15a。以这种方式可以在成像的情况下对不垂直于加工激光射束3的射束轴线10的物平面或工件平面4a进行校正，因为在工件4与聚焦透镜2之间对光圈15的像15a进行定位的情况下，通过聚焦透镜2的处于更内部的透镜区域对工件表面4a上的加工区域9的处于更外部的物点进行成像。
在图4中示出的示例中，如图1中示出的示例那样，将光圈15成像到聚焦透镜2中。与图1示出的激光加工头1相反，光学成像装置5的开普勒望远镜16具有另一光圈19(“近场光圈”)，该另一光圈布置在第一透镜16a与第二透镜16b之间的开普勒望远镜16的焦平面17中。另一光圈19用于减小干扰散射对成像的影响。由另一光圈19使如下辐射分量隐没并且其不到达探测器6：所述辐射分量不在与观察辐射8的主射束平行的角度下由加工激光射束3的加工射束路径14中的光学元件、尤其由聚焦透镜2的表面反射。
在图4中示出的激光加工头1的情况下，另一光圈19与第二透镜16b能够彼此耦合移动地布置在观察射束路径10中，也就是说，所述另一光圈和第二透镜可以在它们的相对距离不改变的情况下沿着观察射束路径10的光轴11移动。为了使另一光圈19与第二透镜16b共同移动，可以使用图4中由双箭头表明的执行机构。与图1中示出的示例类似地，在图4中示出的示例中，也可以在聚焦透镜2的热限定的焦距f1改变或物距s1改变的情况下，通过移动第二透镜16b与另一光圈19构成的整体来将另一光圈19准确地布置在开普勒望远镜16的沿着光轴11移动的焦平面17中的中间像中。
此外，在图4中示出的激光加工头1中，光圈15相对于观察射束路径10垂直地或相对于观察射束路径的光轴11垂直地(即在焦平面中可移动地)布置在观察射束路径10中。通过移动光圈15可以对聚焦透镜4的如下部分区域进行调节：通过该部分区域实现加工区域9到探测器6上的成像。以这种方式可以改变观察方向或观察角。如图4中同样示出的那样，为此目的，可以将光圈15替代地或附加地围绕平行于光轴11延伸的旋转轴旋转，由此，同样可以对光圈15的光圈开口15a在光圈平面中的位置进行调节。
总之，可以以上面所述的方式改善激光材料加工情况下的、例如激光切削或激光焊接情况下的工艺观察的准确度。必要时，也可以使工艺观察灵活地匹配于工艺条件。可以理解，成像光学器件16不强制性地必须构造成开普勒望远镜，并且除了进行透射的光学元件之外也可以具有进行反射的光学元件或必要时仅由进行反射的光学元件构成。分束器13也不强制性地构造成波长选择性的光学元件，而是例如可以构造成例如呈刮镜(Scraper-Spiegel)形式的几何分束器等。聚焦装置不强制性地必须由聚焦透镜构成，而为了聚焦加工激光射束3可以具有透镜组或包含进行反射的光学元件或由光学元件构成。可以理解，上述示例类似地适用于透镜组形式的聚焦装置的情况，其中，出于上述考虑，由透镜组的总焦距代替聚焦透镜2的焦距f1。显然，成像光学器件16的透镜16a、16b也可以构造成透镜组，其中，出于上述考虑，由相应的透镜组的总焦距分别替代透镜16a、16b的焦距f2或f3。由激光加工机20的控制装置22进行对成像光学器件16的透镜16a、16b的移动的控制、对光圈15以及必要时对另一光圈19的运动或移动的控制。为此目的，控制装置22必要时可以使用关于聚焦透镜2的热限定的焦距改变的信息。

Claims (12)

1.一种激光加工头(1)，其包括：
聚焦装置(2)，其用于将加工激光射束(3)聚焦到待加工的工件(4)上，所述聚焦装置布置在所述加工激光射束(3)的加工射束路径(14)中，
光学成像装置(5)，其包括探测器(6)并且构造用于将观察辐射(8)从所述工件(4)的加工区域(9)沿着穿过所述聚焦装置(2)的观察射束路径(10)成像到所述探测器(6)上，
以及分束器(13)，其用于将所述观察辐射(8)的所述观察射束路径(10)与所述加工激光射束(3)的所述加工射束路径(14)分离，
其特征在于，
所述光学成像装置(5)的布置在所述观察射束路径(10)中在所述分束器(13)与所述探测器(6)之间的成像光学器件(15)、以及布置在所述成像光学器件(16)与所述探测器(6)之间的与所述探测器(6)间隔开的光圈(15)，其中，所述成像光学器件(15)构造用于在所述加工激光射束(3)的所述加工射束路径(14)中在所述分束器(13)与所述工件(4)之间产生所述光圈(15)的像(15a)。
2.根据权利要求1所述的激光加工头，其构造用于在所述加工射束路径(14)中在所述聚焦装置(2)与所述工件(4)之间产生所述光圈(15)的像(15a)。
3.根据权利要求1所述的激光加工头，其构造用于在所述加工射束路径(14)中在所述分束器(13)与所述聚焦装置(2)之间产生所述光圈(15)的像(15a)。
4.根据权利要求2所述的激光加工头，其构造用于在所述聚焦装置的聚焦透镜(2)的焦平面(18)中产生所述光圈(15)的像(15a)，所述焦平面处于所述分束器(13)与所述聚焦透镜(2)之间。
5.根据权利要求1所述的激光加工头，其构造用于在所述聚焦装置的所述聚焦透镜(2)中产生所述光圈(15)的像(15a)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的激光加工头，其中，所述光圈(15)能够在所述观察射束路径(10)中移动，和/或，其中，所述光圈(15)的光圈开口(15a)能够垂直于所述观察射束路径(10)运动。
7.根据上述权利要求中任一项所述的激光加工头，其中，所述成像光学器件构造成望远镜、优选开普勒望远镜(16)。
8.根据权利要求7所述的激光加工头，其中，另一光圈(19)布置在所述开普勒望远镜(16)的第一透镜(16a)与第二透镜(16b)之间的共同的焦平面(17)中。
9.根据权利要求7或8所述的激光加工头，其中，所述开普勒望远镜(16)的在从所述分束器(13)到所述探测器(6)的观察射束路径(10)中的所述第一透镜和/或所述第二透镜(16a，16b)能够在所述观察射束路径(10)中移动。
10.根据权利要求9所述的激光加工头，其中，所述另一光圈(19)能够与所述第二透镜(16b)耦合地在所述观察射束路径(10)中移动。
11.根据上述权利要求中任一项所述的激光加工头，其中，为了将所述工件(4)的所述加工区域(9)成像到所述探测器(6)上，所述光学成像装置(5)包括布置在所述光圈(15)与所述探测器(6)之间的另一光学器件(7)。
12.一种激光加工机(20)，其包括：根据上述权利要求中任一项所述的激光加工头(1)、以及用于产生加工激光射束(3)的射束源(21)。
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