CN113518683A - 用于激光加工系统的设备和具有这类设备的激光加工系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于激光加工系统(100)的设备，包括用于一加工激光射束(10)的、具有光学元件的布置的激光射束光学器件，所述光学元件依次地布置在所述加工激光射束(10)的射束路径中。在所述加工激光射束(10)的传播方向上，光学元件的布置的第一最外部的光学元件(210)由这样的材料组成：所述材料具有2W/(m·K)或者更大的热传导系数kT。

Description

用于激光加工系统的设备和具有这类设备的激光加工系统
技术领域
本公开涉及一种用于激光加工系统的设备，或者如例如切割头或者焊接头这样的激光加工头，和一种具有这种设备的激光加工系统。本公开尤其涉及避免激光射束光学器件的激光射束诱导的损坏。
背景技术
在用于借助于激光进行材料加工的设备中、例如在例如用于激光焊接或者激光切割的激光加工头中，借助于射束导向光学器件和聚焦光学器件将从激光光源或者激光光导纤维的一端部出射的激光射束聚焦或者聚束在待加工的工件上。根据标准，使用具有准直仪光学器件和聚焦光学器件的激光加工头，其中，激光通过光导纤维供给。
在激光材料加工中，在激光加工头中可能发生污染、如例如发生射束成形光学器件或者成像元件(例如透镜或者反射镜(Spiegel))的污染，由此，降低激光材料加工的质量和/或生产率。污染的原因是多种多样的。例如，由于金属的烟雾和溅射(所述烟雾和溅射由于激光切割或者激光焊接而产生)而可能发生污染。在另外的示例中，激光加工头必须在工业环境中打开，例如以便更换光纤耦合的射束导向系统的光导纤维。通过开口
Figure BDA0003211031600000011
来自环境的污染物和/或细磨粒可能到达头部。对于污染的原因的另外的示例是冷凝水(当冷却水温度位于露点以下时)、来自切割气体或者吹扫用气体的污染和安装误差或者手操纵误差(如例如在光学器件上的手指印)。
污染首先降低激光过程的质量、如例如切割质量(由被污染的光学器件的折射能力的改变引起)。因为污染通常导致在相应的位置上的激光能量的吸收和因而导致局部的加热，这又同时带来折射能力改变。即，这可能导致所谓的热焦点偏移。由于局部的加热，甚至也可能发生光学器件的损坏，这导致机器停顿并且导致由修理和备件引起的附加的成本。
在光学的部件上的局部化地进行吸收的缺陷对于高激光功率光学器件是薄弱环节，因为它们导致激光诱导的损害。因为污染位于光学的部件的表面上，激光诱导的损害首先位于表面上或者在涂层上。通常，光学的吸收过程将热能量耦入涂层中或者耦入光学的部件中并且引起强烈的温度升高，直至由于过热引起的停止运转出现。在有些情况下，涂层可能由此而熔化，在其他的情况下，热延展导致太高的机械压力和涂层的随后的分离或者甚至导致在光学的部件自身中的裂缝。
发明内容
本公开的任务在于，说明一种用于激光加工系统的设备和一种具有这样的设备的激光加工系统，所述设备和所述激光加工系统可以减少或者甚至防止激光射束光学器件的污染的不利的影响。尤其是，本公开的任务在于，提供一种激光射束光学器件，所述激光射束光学器件可以防止由激光射束光学器件的污染引起的机器停顿。
该任务通过独立权利要求的主题解决。本发明的有利的构型在从属权利要求中说明。
根据本公开的一个独立的方面，说明一种用于激光加工系统、尤其用于激光加工头的设备。该设备包括用于激光射束的激光射束光学器件，其包括光学元件的布置，所述光学元件依次地布置在激光射束的射束路径中。关于激光射束的传播方向，光学元件的布置的第一最外部的光学元件由这样的材料组成：所述材料具有2W/(m·K)或者更大、或者甚至9W/(m·K)或者更大的热传导系数kT。第一最外部的光学元件可以是这样的光学元件：以所述光学元件向外封闭(abschieβen)光学元件的布置。最外部的光学元件也可以被称作封闭光学元件。
换言之，用于激光加工系统、尤其用于激光加工头的设备包括用于激光射束光学器件的光学元件的布置，其中，光学元件相继地或者依次地沿着布置的(光学的)轴线布置，其中，至少一个封闭光学元件在布置的(光学的)轴线的方向封闭光学元件的布置，至少一个封闭光学元件由这样的材料组成：所述材料具有2W/(m·K)或者更大的热传导系数。布置的光学元件可以分别具有以下光学轴线：所述光学轴线与所述布置的光学轴线共轴。所述布置的(光学的)轴线在设备的以下状态下可以相应于激光射束的射束轴线：在所述状态下，所述设备置于激光加工系统中或者激光加工头中。
根据本发明，至少一个最外部的光学元件或者说封闭光学元件(所述至少一个最外部光学元件的或者说封闭光学元件向外封闭所述布置)设置成由具有高的热传导系数、尤其具有比石英玻璃更高的热传导系数的材料组成。当该元件的表面上存在污染时，在污染的位置上可能发生激光射束诱导的局部的加热。通过高的热传导系数可以将热有效率地和快速地导出，由此可以防止激光射束诱导的损害。由此可以减少机器停顿时间并且提高生产率。
此外，具有高的热传导能力的、根据本发明的材料的使用不仅仅实现光学元件的被动的冷却，而且也提供有效率地主动的冷却的可能性。例如，借助于水冷却的吸热装置来进行冷却的蓝宝石光学器件明显更有效率。主动的水冷却与被动地冷却的光学器件相比可以进一步减少机器停顿。
激光射束光学器件可以包括激光射束输入侧和激光射束输出侧，激光射束通过所述激光射束输入侧进入激光射束光学器件中，激光射束通过所述激光射束输出侧从激光射束光学器件出射。优选地，第一最外部的光学元件或者说封闭光学元件布置在激光射束输入侧。例如，所述布置的光学元件可以沿着垂直的轴线布置，使得外部的第一光学元件为最上方的光学元件。由于重力从上向下落下的污染物颗粒可能落到第一最外部的光学元件的外部的表面上。尽管如此，由于高的热传导系数，可以防止激光诱导的损坏。
优选地，光学元件的布置关于加工激光射束的传播方向包括第二最外部的光学元件或者说封闭光学元件。第二最外部的光学元件可以布置在激光射束输出侧。例如，第二最外部的光学元件可以是所述布置的最下方的光学元件。第一最外部的光学元件和第二最外部的光学元件可以布置在所述布置的对置的侧上。尤其是，第一最外部的光学元件和第二最外部的光学元件可以构成所述布置或者所述设备(如例如透镜盒)的终端(Abschluss)。
优选地，光学元件的布置包括至少一个另外的光学元件，所述至少一个另外的光学元件布置在第一最外部的光学元件和第二最外部的光学元件之间。因此，所述布置可以包括大量的光学元件，其中，向上封闭所述布置或者所述设备的光学元件可以由具有高的热传导系数的材料组成。至少一个另外的光学元件和可选地第二最外部的光学元件可以由分别具有小于第一最外部的光学元件的热传导系数的热传导系数的材料组成。
优选地，第二最外部的光学元件也由具有2W/(m·K)或者更大或者甚至9W/(m·K)或者更大的热传导系数kT的材料组成。例如，第一最外部的光学元件和第二最外部的光学元件可以由相同的材料组成。尤其是，向外封闭的元件可以具有高的热传导系数。在一种其它的实施方式中，第一最外部的光学元件和第二最外部的光学元件可以由不同的材料组成。
优选地，第一最外部的光学元件和/或第二最外部的光学元件选自以下组：所述组包括保护玻璃、透镜、射束成形光学器件、分束器、反射镜、透射光学元件、聚焦透镜和准直仪透镜。
优选地，第一最外部的光学元件的材料和/或第二最外部的光学元件的材料选自以下组：所述组包括Al2O3(蓝宝石)、ZnS(硫化锌)、ZnSe(硒化锌)、CaF2(氟化钙)、水晶石英和金刚石。优选地，第一最外部的光学元件的材料和/或第二最外部的光学元件的材料为蓝宝石。
优选地，所述设备为透镜盒、尤其可替换的透镜盒。光学元件的布置包含在透镜盒中。第一和/或第二封闭光学元件可以气密地密封透镜盒。为此，也可以设置一个或者多个密封元件。透镜盒可以是能够从激光加工系统和尤其激光加工头取出的或者能够置入其中的。透镜盒可以例如针对不同的应用更换，由此，提供具有高的灵活性的激光加工头。
优选地，设备在第一最外部的光学元件和/或第二最外部的光学元件上包括一涂层、尤其防反射涂层。防反射涂层可以例如由MgF2组成。具有高的热传导能力的最外部的光学元件的材料可以例如构成基底，在所述基底上施加有防反射涂层。优选地，相比于不具有涂层的情况，具有涂层的最外部的光学元件具有更小的热延展系数和/或更高的断裂韧性。例如，具有涂层的最外部的光学元件可以具有7.7*10-6K-1或者更小的热延展系数。
根据本公开的一个另外的方面，说明一种激光加工系统、并且尤其说明一种激光加工头(如例如切割头或者焊接头)。激光加工系统包括用于提供激光射束、尤其加工激光射束的激光设备和在该文件中所描述的、置入激光射束的射束路径中的设备。激光射束的射束路径可以与设备的光学轴线或者置入设备中的光学元件的光学轴线共轴地布置。优选地，激光射束光学器件如此布置在激光射束的射束路径中，使得所述布置的光学元件在垂直的方向上相继地布置。在此，激光射束光学器件的激光射束输入侧可以布置在上方，并且激光射束光学器件的激光射束输出侧布置在下方。
附图说明
在附图中示出并且接下来更详尽地描述本公开的实施例。附图示出：
图1示出根据本公开的实施方式的激光加工系统，
图2示出根据本公开的实施方式的光学元件的布置，
图3示出根据本公开的另外的实施方式的光学元件的布置，和
图4示出根据本公开的还另外的实施方式的光学元件的布置。
具体实施方式
接下来，只要没有另外地说明，对于相同的或者起相同作用的元件使用相同的附图标记。
图1示出根据本公开的实施方式的激光加工系统100。
激光加工系统100可以包括加工头101(如例如切割头或者焊接头)或者激光加工系统是这样的加工头101。根据一些实施方式，激光加工系统100或者其部分(如例如加工头101)可以是沿着加工方向20可运动的。加工方向20可以是激光加工系统100(如例如加工头101)相对于工件1的焊接方向和/或运动方向。加工方向20尤其可以是水平的方向。加工方向20也可以被称作“进给方向”。
激光加工系统100包括用于提供加工激光射束10(也被称作“加工射束”或者“激光射束”)的激光设备110。激光设备110可以包括光导纤维或者激光设备是光导纤维，通过所述光导纤维将激光射束10提供到加工头101中。
激光加工系统100包括激光射束光学器件。激光射束光学器件尤其可以具有准直仪光学器件115(如例如准直仪透镜)，或者激光射束光学器件具有拥有多个透镜的透镜系统以用于准直激光射束10。激光射束10可以从激光设备110通过激光射束光学器件的可选的光学的设备(未示出)延伸至准直仪光学器件115，所述可选的光学的设备可以是在准直仪光学器件前面的保护玻璃、反射镜、透镜或者光圈或者它们的组合。
在一些实施方式中，激光射束光学器件包括聚焦光学器件120(如例如聚焦透镜)或者具有多个透镜的变焦系统，以便将激光射束10聚焦到工件1上。准直仪光学器件115和聚焦光学器件120可以集成到加工头101中。
激光射束光学器件可以包括一个或者多个可更换的透镜盒或者包括固定地集成在加工头101中的光学元件。例如，加工头101可以包括光学器件模块(例如准直仪模块、变焦模块或者聚焦模块)，所述光学器件模块集成到加工头101中或者安装在加工头101上。准直仪模块和聚焦模块可以例如作为可更换的透镜盒提供。
激光射束光学器件包括(或者是)光学元件的根据本发明的布置，在所述光学元件中，至少一个最外部的光学元件或者说向外封闭的光学元件由这样的材料组成：所述材料具有比通常使用用于光学器件的石英玻璃更大的热传导系数kT，也就是说，所述材料具有1.5W/(m·K)或者更高的热传导系数kT。
封闭光学元件的材料可以是例如Al2O3(蓝宝石)、ZnS(硫化锌)、ZnSe(硒化锌)、CaF2(氟化钙)、水晶石英和金刚石。例如，Al2O3具有大约46W/(m·K)的热传导系数kT。ZnS具有大约27W/(m·K)的热传导系数kT。ZnSe具有大约16W/(m·K)的热传导系数kT。CaF2具有大约9.71W/(m·K)的热传导系数kT。金刚石具有大约2200W/(m·K)的热传导系数kT。由于这类的高的热传导系数，在具有污染的表面位置上由加工激光射束10引入的热可以有效率地和快速地被导出，由此可以防止激光射束诱导的损害。由此可以减少机器停顿时间并且提高生产率。
优选地，可以使用蓝宝石用于封闭光学元件。蓝宝石的热传导能力是常规的方式使用的石英玻璃的热传导能力的大约30倍，使得由污染引起的温度降低为大约30分之一。
在可以与其它的在本文件中所描述的实施方式组合的一些实施方式中，设备在封闭光学元件上包括涂层。优选地，涂层的材料如此与封闭光学元件的材料相协调，使得热延展系数降低或者断裂韧性提高。例如，该涂层可以是电介质的涂层或者防反射涂层。该涂层可以例如由MgF2(氟化镁)组成。光学元件的材料可以例如构成基底，在所述基底上施加该涂层作为层或者薄膜。
典型地，防反射涂层的热延展系数与光学元件的具有高的热传导能力的材料的热延展系数相匹配。例如，防反射涂层的材料的选择如此进行，使得在激光加工时典型地出现的温度差不导致防反射涂层与光学元件的分离。换言之，由温度差引起的机械的压力可以足够小，以便防止防反射涂层的损害或者分离。
封闭光学元件可以是具有高污染风险的光学元件，所述光学元件优选不必经常更换，也就是说，不是磨损件。封闭光学元件可以是离激光设备110最近地布置的光学元件。封闭光学元件可以基本上水平地布置在加工头101中。封闭光学元件可以布置在加工头101中的这样的区域中：在所述区域中，激光射束基本上垂直地延伸。例如，封闭光学元件在激光射束光学器件中可以布置在上方。换言之，封闭光学元件在激光射束路径中可以布置在激光射束光学器件的其它的光学元件前面。
优选地，具有高的热传导能力的至少一个封闭光学元件选自以下组：所述组包括保护玻璃、反射镜、分束器、射束成形光学器件、透镜、透射光学元件、聚焦透镜和准直仪透镜。激光射束光学器件的光学元件中的至少一些光学元件的布置可以例如包含在可更换的透镜盒中。至少一个封闭光学元件尤其可以如此布置在透镜盒中，使得其向外密封透镜盒。在此，具有高的热传导能力的封闭光学元件优选布置在透镜盒的一端部上，该端部面向激光设备110。激光加工系统可以包括多个透镜盒，例如分别用于准直和/或聚焦。多个透镜盒中的至少一个透镜盒可以包括根据本发明的封闭光学元件。因为具有高的热传导能力的材料(如例如蓝宝石)可能具有比用于光学元件的常规的材料(如例如石英玻璃)更高的制造成本或者材料成本或者还有更差的光学的或者机械的特性，所以根据本发明地将具有高的热传导能力的材料使用于激光光学器件的确定的位置上的光学元件。
在随后的图2至4中示出光学元件的根据本发明的布置的不同的示例。示例性的布置分别具有至少一个封闭光学元件，所述至少一个封闭光学元件具有与其它的光学元件相比更高的热传导能力。在接下来的附图中，由具有高的热传导能力的材料组成的光学元件以阴影示出。
在图2中示出两个透镜组，即准直仪光学器件220和聚焦光学器件230。准直仪光学器件220可以是例如准直仪透镜或者准直仪透镜布置。聚焦光学器件230可以是例如聚焦透镜或者聚焦透镜布置。此外，设置两个或者更多的保护玻璃。
在图2的上方的示图中，在准直仪光学器件220前面存在第一保护玻璃210，并且在聚焦光学器件230后面存在第二保护玻璃240。在此，术语“前面”和“后面”涉及加工激光射束的传播方向。在准直仪光学器件220前面的保护玻璃210保护准直免于例如在更换激光设备100时、例如在纤维插入时可能引起的污染。在聚焦光学器件230后面的保护玻璃240保护聚焦例如免于激光过程的浓烟和溅液。
第一保护玻璃210和第二保护玻璃240构成在图2中的上方的布置的最外部的光学元件或者说封闭光学元件，并且至少离激光设备110最近地布置的保护玻璃210由具有高的热传导能力的材料组成、例如由蓝宝石组成。例如，第一保护玻璃210和/或第二保护玻璃240可以布置或者置入激光加工头的外侧上。在一些实施方式中，第一保护玻璃210和/或第二保护玻璃240可以基本上气密地封锁激光加工头。
在图2的下方的示图中，除了在准直仪光学器件220前面的第一保护玻璃210之外，在聚焦光学器件230后面存在至少两个第二保护玻璃250，260。至少两个第二保护玻璃250，260中的至少一个第二保护玻璃由具有高的热传导能力的材料组成、如例如由蓝宝石组成。优选地，布置在聚焦光学器件230和向外封闭的保护玻璃260之间的、位于内部的保护玻璃250由具有高的热传导能力的材料组成，如在图2的下方的部分中所示出的。第二玻璃260可以由这样的材料组成：所述材料具有比第一玻璃250的材料更小的热传导能力。尤其是，第二玻璃可以由石英玻璃组成。向外封闭的第二保护玻璃260可以是在执行激光过程时防御污染的磨损件。
图3示出根据本公开的另外的实施方式的光学元件的布置。通常，污染物颗粒在重力方向上从上向下落下。在此，由于成本原因，替代地，仅仅这样的光学元件由具有高的热传导能力的光学元件组成：所述光学元件在射束路径中布置在上方(即，离激光设备110最近)。优选地，借助于封闭光学元件和密封元件来密封透镜盒。也可以在透镜盒内部在各个光学元件之间设置密封元件。
在图3中左边示出具有准直仪光学器件的透镜盒。在图3中右边示出具有聚焦光学器件的透镜盒。激光射束10的传播方向在图3的两个示图中从上向下。透镜盒可以是相互独立的，并且尤其可以是可相互独立地更换的。透镜盒中每个包括具有这样的光学元件的相应的布置：所述光学元件布置在透镜盒的面向激光设备110的侧上并且由具有高的热传导能力的材料组成。不言而喻地，该构思能够应用到各种类型的光学元件上、例如应用到射束成形光学器件、反射镜、分束器、透镜组或者变焦光学器件上。
在图3的左边的插图中，在透镜盒中的准直仪光学器件由具有第一准直仪透镜310和第二准直仪透镜312的透镜组组成。第一准直仪透镜310(所述第一准直仪透镜相对于垂直线可以是上方的透镜)由具有高的热传导能力的材料制造、如例如由蓝宝石制造。第一准直仪透镜310可以向外地基本上气密地密封透镜盒，例如通过使用密封器件，如密封环。
在一些实施方式中，第二准直仪透镜312(所述第二准直仪透镜相对于垂直线可以是下方的透镜)也可以由具有高的热传导能力的材料生产，如例如由蓝宝石生产。第一准直仪透镜310和第二准直仪透镜312尤其可以由相同的材料组成。替代地，第一准直仪透镜310和第二准直仪透镜312可以由不同的材料组成。例如，第二准直仪透镜312可以由这样的材料组成：所述材料具有小于第一准直仪透镜310的热传导能力的热传导能力。第二准直仪透镜312尤其可以由石英玻璃组成。第二准直仪透镜312可以向外地基本上气密地密封透镜盒，例如通过使用密封器件(如密封环)密封。
在图3中右边示出的透镜盒包含聚焦光学器件，所述聚焦光学器件由具有第一聚焦透镜320和第二聚焦透镜322的透镜组组成。第一聚焦透镜320(所述第一聚焦透镜相对于垂直线可以是上方的透镜)由具有高的热传导能力的材料制造，如例如由蓝宝石制造。第一聚焦透镜320可以向外地基本上气密地密封透镜盒，例如通过使用密封器件(如密封环)密封。
在一些实施方式中，第二聚焦透镜322(所述第二聚焦透镜相对于垂直线可以是下方的透镜)也可以由具有高的热传导能力的材料(如例如蓝宝石)生产。第一聚焦透镜320和第二聚焦透镜322尤其可以由相同的材料组成。替代地，第一聚焦透镜320和第二聚焦透镜322可以由不同的材料组成。例如，第二聚焦透镜322可以由以下材料组成：所述材料具有小于第一聚焦透镜320的热传导能力的热传导能力。第二聚焦透镜322尤其可以由石英玻璃组成。第二聚焦透镜322可以向外地基本上气密地密封透镜盒，例如通过使用密封器件(如密封环)。
图4示出根据本公开的还另外的实施方式的光学元件的布置。在图4中示出示例，在所述示例中，至少一个最外部的光学元件或者说封闭光学元件由具有高的热传导能力的材料(例如，蓝宝石)组成，所述至少一个最外部的光学元件或者说封闭光学元件布置在激光射束输入侧，也就是说布置在面向激光设备110的侧上。在图4中所示出的构思尤其能够应用于具有可替换的透镜盒的加工头，所述可替换的透镜盒含有较大的污染危险。对于向外封闭透镜盒的光学元件优选使用具有高的热传导能力的材料、例如蓝宝石。
在示例“1”中示出由蓝宝石组成的单透镜。单透镜可以是例如准直仪透镜或者聚焦透镜。
在示例“2”中示出具有两个保护玻璃的单透镜。单透镜布置在两个保护玻璃之间。保护玻璃中的至少那个面向激光设备110的(也就是说，布置在激光射束输入侧的)保护玻璃由具有高的热传导能力的材料(如例如蓝宝石)组成。优选地，两个保护玻璃由具有高的热传导能力的材料组成。单透镜可以由以下材料组成：所述材料具有小于保护玻璃的热传导能力的热传导能力。单透镜可以例如由石英组成。在图4的示例“2”中所示出的布置可以实现为透镜盒。
在示例“3”中示出由具有空气隙的两个透镜和保护玻璃组成的透镜系统。保护玻璃布置在激光射束输出侧。保护玻璃可以例如面向激光射束的焦点。换言之，保护玻璃可以布置在射束输出侧或者说布置在远离激光设备110的侧上。透镜系统(所述透镜系统可以是聚焦透镜系统)包括第一透镜和第二透镜，其中，第二透镜布置在第一透镜和保护玻璃之间。最外部的光学元件(也就是说，第一透镜和保护玻璃)可以由具有高的热传导能力的材料(如例如蓝宝石)组成。但至少布置在激光射束输入侧的光学元件(也就是说，第一透镜)由具有高的热传导能力的材料组成。第二透镜可以例如由石英组成。在图4的示例“3”所示出的布置可以实现为透镜盒。
示例“4”类似于示例“3”，其中，保护玻璃布置在激光射束输入侧并且由具有高的热传导能力的材料组成。保护玻璃可以例如面向准直仪光学器件。在图4的示例“4”中所示出的布置可以实现为透镜盒。
在示例“5”中示出由具有空气隙的两个透镜组成的透镜系统。透镜系统可以是聚焦透镜系统。两个透镜可以由具有高的热传导能力的材料(如例如蓝宝石)组成。但至少面向激光设备110的透镜由具有高的热传导能力的材料组成。在图4的示例“5”中示出的布置可以实现为透镜盒。
以上所提到的实施方式可以防止光学器件基于污染的、激光射束诱导的损坏。然而，这些实施方式不仅仅在激光诱导的损坏方面是有利的，而且也能够使用于补偿被污染的光学器件的折射能力的改变。
本公开的实施方式尤其可以使用于：使基于热透镜的效应的焦点偏移最小化，如下进行阐述。对于所谓的热透镜的原因在于作为温度的函数的折射指数的改变。因此，由污染的激光吸收产生的温度梯度导致折射指数改变和因此导致焦点偏移。使焦点偏移最小的一种可能性是被动的补偿。在此使用至少两个材料，即具有正的折射系数改变或者说正的焦点偏移的材料和具有负的折射系数改变或者说负的焦点偏移的材料。
如例如石英玻璃或者蓝宝石这样的一些材料在温度提高时导致折射系数的提高，也就是说，折射系数改变是正的。在一种材料中，温度提高导致较小的折射系数，这种材料为氟化钙并且可以例如被使用于焦点偏移的被动的补偿。因为氟化钙具有高的热延展系数和低的断裂韧性并且因此在污染时是非常敏感的，所以氟化钙优选被使用于激光光学器件的另外的光学元件，所述另外的光学元件关于激光射束传播方向布置在由具有高的热传导能力的材料(蓝宝石)组成的光学元件后面。
参照在图4中的示例“2”至“4”，根据本发明，由CaF2组成的光学元件布置在第一封闭光学元件和第二封闭光学元件之间(三明治构思)。在这里，单个的光学元件的材料可以如此选择：被动地补偿焦点偏移。尤其可以设置由具有正的折射系数梯度的材料组成的第一和第二封闭光学元件，并且在它们之间设置有由具有负的折射系数梯度的材料组成的另外的光学元件。折射系数梯度可以基本上相互抵消。第一封闭光学元件和第二封闭光学元件可以例如由石英或者蓝宝石组成，并且另外的位于这之间的光学元件可以由氟化钙组成。如果第一封闭光学元件和第二封闭光学元件气密地密封透镜盒，则在它们之间至少一个对于污染敏感的另外的光学元件(例如由氟化钙组成的光学元件)可以置入透镜盒中，而不提高基于污染的机器停顿的危险。
根据本公开的另外的实施方式，设置一种装置，其用于主动地冷却由具有高的热传导能力的材料组成的至少一个封闭光学元件。对于具有高的热传导能力的材料的优选的示例为蓝宝石。基于高的热传导能力，蓝宝石实现相应的光学元件的主动的冷却，所述主动的冷却相比在由石英玻璃组成的光学元件的情况下明显更有效率。对于用于主动地冷却的装置的示例为水冷却的吸热装置。
根据本发明，向外封闭所述布置的至少一个光学元件设置成由具有高的热传导系数的材料组成。当在该元件的表面上存在着污染时，在污染的地点上可能发生激光射束诱导的局部的加热。由于高的热传导系数，可以将热有效率地和快速地导出，由此可以防止激光射束诱导的损害。因此，可以降低机器停顿时间并且提高生产率。封闭光学元件此外可以具有涂层。用于涂层的和用于封闭光学元件自身的材料的组合可以如此相互协调：被涂覆的光学元件具有减小的热延展系数和/或比不具有涂层的光学元件更高的断裂韧性。

Claims (15)

1.一种用于激光加工系统(100)的设备，包括：
具有光学元件的布置的激光射束光学器件，其中，所述光学元件相继地布置在所述布置的轴线上，
其中，第一封闭光学元件(210)在所述轴线的方向上封闭光学元件的布置，并且所述第一封闭光学元件由以下材料组成：所述材料具有2W/(m·K)或者更大的热传导系数kT。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一封闭光学元件(210)布置在所述激光射束光学器件的激光射束输入侧上。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，第二封闭光学元件(240，260)在激光射束输出侧封闭光学元件的所述布置。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，光学元件的所述布置包括至少一个另外的光学元件(220，230)，所述至少一个另外的光学元件布置在所述第一封闭光学元件(210)和所述第二封闭光学元件(240，260)之间。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，在所述第一封闭光学元件(210)和所述第二封闭光学元件(240，260)之间的另外的光学元件(220，230)由氟化钙组成或者包含氟化钙。
6.根据权利要求3、4或5所述的设备，其中，所述第二封闭光学元件(240)由具有2W/(m·K)或者更大的热传导系数kT的材料组成。
7.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一封闭光学元件(210)和/或所述第二封闭光学元件(240)由具有比石英玻璃更高的热传导系数的材料组成。
8.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一封闭光学元件(210)的材料和/或所述第二封闭光学元件(240)的材料选自以下组：所述组由蓝宝石、硫化锌、硒化锌、氟化钙、水晶石英和金刚石组成。
9.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述第一封闭光学元件(210)和/或所述第二封闭光学元件(240)上设置有涂层。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，相比于不具有所述涂层的情况，具有所述涂层的所述封闭光学元件(210，240)具有更小的热延展系数和/或更高的断裂韧性，和/或，其中，所述涂层为由MgF2组成的防反射涂层。
11.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一封闭光学元件(210)和/或所述第二封闭光学元件(240，260)选自以下组：所述组由保护玻璃、射束成形光学器件、分束器、反射镜、透镜、透射光学元件、聚焦透镜和准直仪透镜组成。
12.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备为可替换的透镜盒，光学元件的所述布置包含在所述可替换的透镜盒中。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一封闭光学元件(210)和/或所述第二封闭光学元件(240，260)基本上气密地密封所述透镜盒。
14.一种激光加工系统(100)，包括：
用于提供激光射束(10)的激光设备(110)；和
根据以上权利要求中任一项所述的设备，所述设备置入所述激光射束(10)的射束路径中。
15.根据权利要求13所述的激光加工系统(100)，其中，所述激光射束光学器件的光学元件沿着所述激光射束(10)的传播方向在垂直的方向上布置。
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