CN115916448A - 用于激光加工的加工头和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于激光加工工件的加工头(100)，该加工头(100)具有针对用于发射加工激光束的加工激光源的第一接口(102)；针对用于发射线性偏振照明光束的照明光源的第二接口(104)；用于加工激光束和照明光束的出口开口(112)；用于检测从工件反射的照明光束的检测器装置的第三接口(106)；以及引导光学器件(116，117)，所述引导光学器件(116，117)用于至少部分同轴地引导发射的照明光束通过出口开口和至少部分同轴地引导从工件反射的照明光束通过出口开口至第三接口。引导光学元件具有：偏振分束器(116)，该偏振分束器(116)用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束引导至出口开口的方向上；以及设置在偏振分束器与出口开口之间的延缓板(117)。本发明还涉及用于激光加工工件的方法。

Description

用于激光加工的加工头和方法

本发明涉及根据权利要求1所述的用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的加工头、根据另一项独立权利要求所述的这样的加工头的用途、以及根据另一项独立权利要求所述的用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的方法，特别是用于用加工头来激光加工工件的方法。

过程监视，即对加工过程的监视，对于激光加工工件特别是激光切割变得越来越重要。一段时间以来，人们试图使切割期间生成的过程光可用于监视和控制目的。为此，工件的加工区(也被称为过程区)可以借助于摄像装置技术或其他检测器以空间分辨率的方式进行观察。这在过程分析方面持有很大的潜力，因为除了过程光强度之外，可以获得几何信息，特别是关于切口的几何信息。然而，不仅可以利用过程光来获得几何信息，还可以附加地或替选地对过程区进行主动照明。

在用于激光加工的加工头的情况下，加工激光束和照明光可以通过出口开口照射到工件上。如果用加工头内部的摄像装置检测到从工件反射的照明光，则照明光必须两次通过出口开口，即从照明光源到过程区并且再沿摄像装置的方向返回。根据激光加工的类型，出口开口可以相对小。例如，在激光切割期间，根据切割过程和使用的切割气体，加工头的出口开口(也被称为喷嘴)的孔径可以具有非常小的快门直径。因此，在这样的情况下，照明光的非常陡峭的入射角是期望的。

在加工头的情况下，出口开口和摄像装置可以被同轴地布置。另外，加工激光束和照明激光束可以被同轴地引导至工件上，例如经由一个或更多个耦合镜被同轴地引导至工件上。图1示意性地示出了激光切割头10，该激光切割头10具有出口开口12、被布置成与出口开口同轴的摄像装置14、用于照明光的分束器16、照明光源18、加工激光源20、用于偏转加工激光束的二向色镜22和待加工工件24。

通常情况下，使用50:50的分束器作为分束器16，它反射50％的照明光，并且透射50％的照明光。将照明光强度分成反射光和透射光是期望的，因为最初照明光在分束器处偏转至出口开口12和工件24的方向上，在工件24上反射并再次通过出口开口12之后，通过分束器16透射至摄像装置14。然而，利用50:50分束器，最多仅可以使用25％的发射的照明光。当照明光被偏转时，50％的光被丢失，而当照明光被透射时，又有50％被丢失。因此，加工过程在具有低照明光产量的摄像装置14上被监视。此外，照明光束的不期望的反射可能在光学元件例如激光光学器件和快门的光学元件上以及加工头的其他部件上的边界表面处和边界层处发生。图2示出了具有照明光束28的激光切割头10和激光切割头10的基本反射点29，在这些位置处通常出现照明光束28的不期望反射。图3示出了具有这样的干扰反射32的切口30的示例性摄像装置记录。然而，在摄像装置处的低照明光产量和/或干扰反射降低了在加工过程的监视期间获得的摄像装置记录的信息价值。

US 2006/0196860 A1中描述了一种示例性激光光学器件，在该示例性激光光学器件中用两个λ/2板和它们之间的可旋转折射光学器件生成了可旋转的加工激光束。DE102011119478 B4提出了一种用于照明光的耦合镜，该耦合镜是中心反射和外围透明的。US2016/0193692 A1、DE102018205545A1、DE 102015121988 A1、US 2017/0043431 A1中描述了激光加工装置的其他光学器件。EP 2886239 A1涉及一种用于监视和调节激光连接过程中的加工路径的方法和装置。在二向分束器上方安装了偏振分束器和λ/4板。从工件表面漫散射的照明激光辐射是圆偏振的，并且在λ/4板上方被转换成线性偏振辐射并由偏振分束器透射。然而，可能发生照明激光辐射的干扰反射。

本发明的目的是指定一种能够对加工过程进行有意义的监视的加工头和加工方法。

该目标通过根据权利要求1所述的加工头、根据权利要求9所述的加工装置、根据权利要求10所述的使用和根据权利要求11所述的用于激光加工工件的方法来实现。

本发明的第一实施方式涉及一种用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的加工头，该加工头具有：针对用于发射加工激光束的加工激光源的第一接口；针对用于发射线性偏振照明光束的照明光源的第二接口；用于加工激光束和照明光束的出口开口；针对用于检测从工件反射的照明光束的检测器装置的第三接口；以及引导光学器件，所述引导光学器件用于至少部分同轴地引导发射的照明光束通过出口开口和至少部分同轴地引导从工件反射的照明光束通过出口开口到第三接口。因此，引导光学器件示出：

偏振分束器，该偏振分束器用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束引导至出口开口的方向上；以及布置在偏振分束器与出口开口之间的延缓板，该延缓板用于将至少一部分的发射的线性偏振照明光束转换成圆偏振照明光束并且用于将从工件反射的至少一部分的圆偏振照明光束转换成线性偏振照明光束。

由于偏振分束器和延缓板的结合，光学引导意指可以有利地使用由照明光源发射出的照明光的偏振。在加工头的操作期间，高达100％的发射的照明光(即比50:50分束器多4倍)可以被引导至出口开口的方向上，并且最终用于检测并因此监视加工过程。因此，用于监视过程的照明光产量得到了优化。另一优点是减少了干扰反射。这是因为发射的线性偏振照明光在照明光源与延缓板之间的反射不会改变发射的照明光的线性偏振。在可能发生不期望反射的情况下，照明光在最坏的情况下被偏振分束器送回照明光源，并且不会干扰检测器记录。另外，发射和反射的照明光的干扰在引导光学器件中得到了避免。另外，可以使用在商业上容易可用的、经过验证的和廉价的光学元件。

偏振分束器和延缓板可以各自针对波长范围是选择性的，特别是针对照明光束的波长范围是选择性的，特别是针对照明光束的波长附近的波长范围是选择性的。以这种方式，检测器装置处的照明光产量增加。

偏振分束器可以被设计和/或对准成将超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间的线性偏振照明光束偏转和/或反射至延缓板的方向上。偏振分束器也可以被设计和/或对准成透射从工件反射的至少一部分，特别是超过80％，优选地80％至100％之间，更优选地90％至99％之间的照明光，特别是在第三接口的方向上透射。这使得引导光学器件的光学元件能够布置在小空间内，因为偏振分束器既可以在出口开口的方向上偏转照明光，又可以在第三接口的方向上透射反射的照明光。

延缓板可以被设计为λ/4板。延缓板也可以备设计和/或对准成将发射的线性偏振照明光束，特别是超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间的发射的线性偏振照明光束转换成圆偏振照明光束。延缓板还可以被设计和/或对准成将从工件反射的圆偏振照明光束，特别是从工件反射的超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间的圆偏振照明光束转换成线性偏振照明光束。特别地，延缓板可以被设计成将反射的照明光束转换成线性偏振照明光束，该线性偏振照明光束的偏振面与发射的线性偏振照明光束的偏振面垂直。通过这些延缓板的设计，可以使来自发射和反射照明光的干扰最小化或排除来自发射和反射照明光的干扰。

第一接口可以连接至或设置有用于发射加工激光束的加工激光源。

第二接口可以连接至或设置有用于发射线性偏振照明光束的照明光源。照明光源、偏振分束器和/或延缓板的对准，特别是它们各自相对于照明光束的束路径中心轴的旋转对准，可以彼此协调。调谐可以特别地相对于发射的线性偏振照明光束的偏振面进行。因此，发射的照明光束在偏振分束器处的偏转和/或发射的照明光束在延缓板处的转换可以得到优化。选自第二接口、照明光源、偏振分束器和延缓板的至少一个元件可以被设计成可旋转调节和/或可旋转，特别是相对于照明光束的束路径的中心轴而言。例如，偏振分束器的旋转对准相对于照明光束的束路径的中心轴指定，而照明光源和延缓板的旋转对准被选择或调节，或相对于照明光束的束路径的中心轴被选择或调节，使得在偏振分束器处的照明光束至少部分地偏转至延缓板的方向上，并且至少部分地由延缓板转换成圆偏振照明光束。

此外，第三接口可以连接至或设置有用于检测通过出口开口从工件反射的照明光束特别是用于检测由延缓板线性偏振的照明光的检测器装置。

延缓板可以是引导光学器件中最接近出口开口的光学元件。此外，引导光学器件可以具有用于准直和/或聚焦照明光束的至少一个光学元件。在引导光学器件中，用于准直和/或聚焦照明光束的至少一个光学元件可以被定位在延缓板与偏振分束器之间。这使得当引导光学器件的至少一个光学元件被设置例如调节成将由加工区发射出的过程光和/或从加工区反射的照明光锐利地成像到检测器装置上时，能够以有利的方式将照明光束同时引导，特别是聚焦和/或准直到工件的加工区上。这使得在照明光上执行的两个成像过程(引导至加工区上和成像到检测器装置上)能够同步进行，减少了两个成像过程所需的光学元件数目，并且节省了成本以及加工头内引导光学器件的空间配置。

另外，引导光学器件在出口开口与第三接口之间可以包含至少一个快门。还可以设置加工激光光学器件，特别是布置在引导光学器件与出口开口之间的加工激光光学器件。此外，引导光学器件和加工激光光学器件可以被设计成同轴地引导照明激光束和加工激光束通过出口开口。

出口开口和检测器装置的第三接口可以被布置成同轴，特别是相对于加工激光束在工件上的入射方向的同轴。出口开口还可以是圆的，和/或具有0.8mm至6mm的直径。

另一实施方式涉及一种用于激光加工工件的加工装置，该加工装置具有根据前述实施方式之一所述的加工头。

另一实施方式提供了一种根据前述实施方式之一所述的加工头或根据上述实施方式所述的用于激光加工特别是用于激光切割工件的加工装置的用途。

一个实施方式涉及一种用于工件的激光加工，特别是用于激光切割的方法，特别是利用根据前述实施方式之一所述的加工头或加工装置进行工件的激光加工的方法，该方法具有以下步骤：在加工头的第一接口处从加工激光源发射加工激光束，并且用加工激光束通过加工头的出口开口照射工件特别是工件的加工区；在加工头的第二接口处从照明光源发射线性偏振照明光束；借助于加工头的引导光学器件引导发射的照明光束通过出口开口并照射工件特别是照射加工区，以及借助于引导光学器件引导从工件反射的照明光束通过出口开口至加工头的第三接口的检测器装置，其中，发射的和反射的照明光束至少部分同轴地被引导。其中，引导光学器件具有偏振分束器和布置在偏振分束器与出口开口之间的延缓板；借助于偏振分束器，至少一部分的发射的线性偏振照明光束被引导至出口开口的方向上，特别是被引导至延缓板的方向上；以及借助于延缓板，至少一部分的发射的线性偏振照明光束被转换成圆偏振照明光束，并且从工件反射的至少一部分的圆偏振照明光束被转换成线性偏振照明光束。

在该方法中，偏振分束器和延缓板可以各自针对波长范围被选择性地选择或调节，特别是针对照明光束的波长范围被选择性地选择或调节，特别是针对照明光束的波长附近的波长范围被选择性地选择或调节。引导光学器件的定位在延缓板与偏振分束器之间的至少一个光学元件可以对发射的线性偏振照明光束和转换的线性偏振照明光束进行准直和/或聚焦。

此外，在该方法中，偏振分束器可以将超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间的线性偏振照明光束偏转和/或反射至延缓板的方向上。另外，偏振分束器可以透射从工件反射的至少一部分，特别是超过80％，优选地80％至100％之间，更优选地90％至99％之间的照明光，特别是在第三接口的方向上透射。此外，偏振分束器可以被对准成在延缓板的方向上，以偏转和/或反射发射的线性偏振照明光束。替选地或附加地，照明光源可以被对准成用于借助于偏振分束器将线性偏振照明光束偏转和/或反射至延缓板的方向上。此外，偏振分束器可以被对准成用于通过偏振分束器透射从工件反射的照明光。

在该方法中，λ/4板可以被选择为延缓板。另外，发射的线性偏振照明光束的超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间，可以通过延缓板转换成圆偏振照明光束。特别地，延缓板可以被对准成将超过90％的发射的线性偏振照明光束转换成圆偏振照明光束。另外，借助于延缓板，由工件反射的圆偏振照明光束的超过90％，优选地90％至100％之间，更优选地95％至99％之间，可以转换成线性偏振照明光束，特别是转换成线性偏振照明光束，该线性偏振照明光束的偏振面与发射的线性偏振照明光束的偏振面垂直。延缓板可以被对准成将从工件反射的超过90％的圆偏振照明光束转换成线性偏振照明光束。

该方法还可以包括：用加工激光束对工件进行加工；以及/或者用检测器装置检测通过出口开口从工件反射的至少一部分的照明光束特别是从工件反射并用延缓板转换成线性偏振照明光束的至少一部分的圆偏振照明光束。在该方法中，引导光学器件的定位在延缓板与偏振分束器之间的至少一个光学元件可以被设置例如调节成将由工件发射出的至少一部分的过程光和/或至少一部分的转换的线性偏振照明光束锐利地成像到检测器装置上。由此发射的线性偏振照明光束可以同时被引导特别是被聚焦和/或准直到工件的加工区上。

通过上述实施方式中的用于激光加工工件的装置，可以实现与用于激光加工工件的方法的实施方式相同的优点和功能，特别是具有相同和/或类似的特征。

另外的特征和效率来自于以下对示例性实施方式、附图和从属权利要求的描述。上述特征和下面描述的特征在不脱离本发明范围的情况下，不仅可以在所指示的各自组合中使用，还可以在其他组合中使用或单独使用。

下面将参照附图基于示例性实施方式对本发明进行更详细说明，附图同样公开了对本发明至关重要的特征。这些示例性实施方式仅用于说明目的，而不应当被解释为限制性。例如，对具有大量元件或部件的示例性实施方式的描述不应当被解释为以下效果：所有这些元件或部件对于实现方式都是必要的。确切地说，其他示例性实施方式也可以包含替选的元件和部件、较少的元件或部件、或附加的元件或部件。除非另有说明，不同示例性实施方式的元件或部件可以彼此结合。针对示例性实施方式之一所描述的修改和变更也可以应用于其他示例性实施方式。为了避免重复，在不同的图中，相同的或彼此对应的元件用相同的附图标记表示，并且不被多次说明。这些图示出了：

图1示意性地示出了示例性已知激光切割头10；

图2示意性地示出了在照明光源的操作期间的激光切割头10；

图3示出了具有干扰反射的切口的示例性摄像装置记录，所述切口是用结构上与激光切割头10对应的加工头获得的；

图4a示意性地示出了用于激光加工工件的加工头100；

图4b示意性地示出了在照明光源处于操作下时用于激光加工工件的加工头100；

图5示意性地示出了在照明光源和加工激光源的操作期间的加工头100，该加工头100具有加工激光源120、二向色镜122、照明光源118和检测器装置114；以及

图6a、图6b示意性地示出了在照明光源的操作期间的加工头100。

在下文中，在所描述的值范围的情况下，可以理解的是，具有较窄的替选或优选范围的宽泛范围的本说明书也公开了可以由指定的下范围限和指定的上范围限的任何任意组合形成的范围。术语“发射的”照明光或“发射的”照明光束以及它们的修改指代从照明光源一直发射到工件之后的照明光或照明光束。术语“反射的”照明光或“反射的”照明光束以及它们的修改指代在工件上一直反射到第三接口或检测器装置之后的照明光或照明光束。

作为本发明的示例性实施方式，图4a和图4b示出了用于激光加工工件的加工头100。该加工头设置有：用于发射加工激光束(未示出)的加工激光源的第一接口102；用于发射线性偏振照明光束128的照明光源的第二接口104；用于加工激光束和照明光束的出口开口112；用于检测从工件反射的照明光束的检测器装置的第三接口106；以及引导光学器件116、117，所述引导光学器件116、117用于至少部分同轴地引导发射的照明光束通过出口开口和从工件反射的照明光束通过出口开口至第三接口。操作期间生成的照明光束128在图4b中用虚线示出。引导光学器件具有以下特点：偏振分束器116，该偏振分束器116用于引导至少部分的发射的线性偏振照明光束至出口开口112的方向上；以及布置在偏振分束器116与出口开口112之间的延缓板117，该延缓板117用于将至少部分的发射的线性偏振照明光束转换成圆偏振照明光束并且用于将从工件反射的至少部分的圆偏振照明光束转换成线性偏振照明光束。

图5示出了加工头100，该加工头100具有：在第一接口102处设置的加工激光源120；用于偏转加工激光束129的二向色镜122；附接至第二接口104的照明光源118；以及附接至第三接口106作为检测器装置的摄像装置114。在本示例中，使用了单色CMOS摄像装置，该单色CMOS摄像装置对400nm至800nm的波长范围敏感。在摄像装置114的前面，即在第三接口106处，设置有窄带滤波器，其在中心照明波长周围进行通带滤波。另外，用于照明光束的透镜124被示出为可选的光学元件，例如聚焦透镜或准直透镜，在本示例中，它被安置在延缓板117与偏振分束器116之间。另一可选元件可以是快门125。例如，快门125可以布置在透镜124上方，如图5所示，或者在第三接口106处。就摄像装置记录的景深而言，快门(变窄)可以是有利的。

在替选示例中，摄像装置114可以设置在第二接口104处，而照明光源118可以设置在第三接口106处，即摄像装置114和照明光源118与图5的示例相比是互换的。在这种情况下，偏振分束器116被对准成使得：它对从源118发射出的照明光束128是透射的，而对反射在工件24上的照明光束128是反射的。因此，偏振分束器允许发射的照明光束128至少部分地在出口开口112的方向上通过，并且至少部分地将反射在工件24上的照明光束128偏转到摄像装置114。

为了加工工件，在图5的示例中，加工激光源120和照明光源118投入操作，并且加工激光束129(在图5中用虚线示出)和照明光束128被横向引导至加工头100中。借助于偏振分束器116或借助于对照明光束而言是透明的二向色镜122，发射的照明光束128和加工激光束被偏转并被同轴地引导至出口开口112。从工件反射的照明光束通过出口开口112与加工激光束和照明光束同轴地被引导至摄像装置114。

如果加工头100被用于例如切割过程中，则在切割过程期间，对检测到的波长同时进行滤波的窄带照明有益于最佳的摄像装置记录条件。以这种方式，可以获得高水平的信息，特别是有关切口几何的信息。通过照明光源的放置和照明光的引导，可以通过出口开口112进行照明。为了对过程区进行良好的照明和尽可能高的照明光产量，照明光的平行束传播也是有益的，这可以用准直透镜作为光学元件124来实现。光学元件124替选地可以是可调节的聚焦透镜，并且可以用于将摄像装置聚焦在加工区上。如果照明光源118和摄像装置114与加工区的距离大致相同，如图5中的示例那样，则借助于聚焦透镜124可以有利地实现对两者的类似聚焦。

本示例中的加工激光源120具有约为12kW的功率，并且生成具有为1070nm的中心波长的加工激光束。窄带和空间定向的光源在本示例中是二极管激光器(也被称为激光二极管)被用作照明光源118。这发射出线性偏振光。在本示例中，照明光源118以约为1000mW的功率操作并且生成具有约为638nm的中心波长和为6nm的波长带的照明激光束128。替选地，可以使用生成波长范围为400nm至1000nm的线性偏振激光束的照明光源。照明光源的功率可以是可调节的。根据加工激光源的功率和/或工件的性质，不同的照明功率可能是有利的。例如，照明光源可以在约100mW至2000mW之间调节。在另外的替选方案中，也可以使用具有下游偏振器的光源。在本示例中，由二极管激光器发射出的照明光束128的偏振方向是s偏振。

偏振分束器116由介电材料形成并在商业上可用。线性偏振光在单一面(光传播的单一面)中被释放，并且在与其正交的面(光传播的面)中反射光。这种操作模式是波长选择性的。在本情况下，偏振分束器116被选择使得其在由二极管激光器指定的波长范围内具有所描述的操作模式。分束器116被安装并且相对于照明光束128的束路径的中心轴和相对于照明光束128的偏振面旋转对准，使得约100％的发射的s偏振照明光在分束器处反射至出口开口112的方向上。

由双折射晶体石英制成的λ/4板被提供用于本示例作为布置在偏振分束器116与出口开口112之间的延缓板117。在本示例中，λ/4板117也是引导光学器件中最接近出口开口112的光学元件。以这种方式，λ/4板117被安装在引导光学器件的可选的另外成像光学器件诸如图5中所示的透镜124之后，并且被安装在引导光学器件的边界表面之后。λ/4板以这样的方式被安装：将通过λ/4板的发射的s偏振照明光转换成圆偏振照明光。

λ/4板属于光延缓板或波板的部件组。通常，这样的光学部件可以改变通过的电磁波特别是光的偏振和相位。这利用了这样一个事实，即根据偏振面的位置光在适当取向的双折射材料中以不同的波长传播。

在本示例中，λ/4板117以这样的方式被选择和布置：撞击发射的s偏振照明光束128的线性偏振被转换成左圆偏振。λ/4板117相对于照明光束128的束路径的中心轴和相对于撞击发射的照明光束的偏振面旋转对准，使得约100％的线性s偏振照明光被透射并被转换成左圆偏振照明光。λ/4板的操作模式是波长选择性的。在本示例中，λ板116与由二极管激光器指定的波长范围相匹配。

如图6a和图6b示意性地所示，当加工头100处于操作下时，由照明光源118发射出的s偏振照明光束128在偏振分束器116处约100％地反射并偏转至λ/4板117和出口开口112的方向上。λ/4板117将照明光束128的约100％的s偏振转换成圆偏振，在本示例中转换成左圆偏振。左圆偏振的照明光束128通过出口开口112进一步传播到工件24。照明光束128在那里被反射，其中圆偏振被保留，只是左圆偏振的方向被改变为右圆。

λ/4板117以这样的方式被设计和对准：约100％的透射右圆偏振照明光被转换成p偏振光。此外，分束器116以这样的方式被设计和对准：至少80％的入射p偏振照明光被透射。

在返回来的路上，由工件24反射的照明光束128再次通过λ/4板117，其右圆偏振被转换成线性偏振。线性偏振照明光束128的偏振面现在与发射的线性偏振照明光束128的偏振面垂直。在本示例中，发射的照明光束128在λ/4板117前面的传播方向上的线性偏振是s偏振。相应地，正交(垂直)线性偏振是p偏振。因此，由工件反射并通过λ/4板透射的照明光束128是p偏振的。偏振分束器116对于p偏振的照明光束128而言是至少80％透明的。

出于说明，图6b示意性地示出了偏振状态如何沿照明光束128的束路径变化。照明光束128到工件24的传播方向用箭头130示出。箭头132对应于从工件反射的照明光束128到摄像装置114的传播方向。在传播方向130上，照明光束128在照明光源118与λ/4板117之间被s偏振。在通过λ/4板117之后，照明光束128在传播方向130上以左圆方式被偏振。在工件24上反射之后，照明光束128在传播方向132上以右圆方式被偏振。在通过λ/4板117之后，照明光束128被p偏振，在传播方向132上通过偏振分束器116，并且最后到达摄像装置114。

由于几乎100％的发射的照明光束在偏振分束器116处偏转，几乎100％的发射或反射的照明光束被λ/4板117转换，以及超过80％的反射的照明光束在分束器116处透射至摄像装置114，使得最初用照明光源118生成的照明光束128的高比例例如80％至100％可以用于监视加工过程。因此，加工头100最大化地提高了用于监视加工过程的照明光产量。

在本示例中，λ/4板117作为光学引导的最后光学元件被安装在发射的照明光束128的束路径中的事实意指对加工过程的监视是非常有意义的。因此，λ/4板117与偏振分束器116协作使得能够避免来自发射的s偏振照明光束在摄像装置114方向上的光学接口的干扰反射。如果照明光束128的干扰反射发生在照明光源118与λ/4板117之间，则其偏振不会改变。然而，s偏振的照明光的反射不会被偏振分束器116透射，而是被偏振分束器116反射，并且因此不会到达摄像装置114。

另外，由于具有偏振分束器116和λ/4板117的引导光学器件，避免了发射和反射的照明光的干扰。由于照明光束128的偏振在传播方向130和传播方向132上是不同的(s或p偏振和右/左圆)，因此这些光线仅最小地干扰或者避免了干扰。

附图标记列表

10 激光切割头

12 出口开口

14 摄像装置

16 分束器

18 照明光源

20 加工激光源

22 二向色镜

24 工件

28 照明光束

29 反射点

30 切口

32 反射

100 加工头

102 第一接口

104 第二接口

106 第三接口

112 出口开口

114检测器装置、摄像装置

116偏振分束器

117延缓板、λ/4板

118照明光源、二极管激光器

120 加工激光源

122 二向色镜

124透镜、光学元件

125 快门

128 照明光束

129 加工激光束

130箭头、传播方向

132箭头、传播方向

Claims (15)

1.一种用于工件(24)的激光加工,特别是用于激光切割的加工头(100)，所述加工头(100)具有：

针对用于发射加工激光束(129)的加工激光源(120)的第一接口(102)；

针对用于发射线性偏振照明光束(128)的照明光源(118)的第二接口(104)；

用于所述加工激光束(129)和所述照明光束(128)的出口开口(112)；

针对用于检测从所述工件(24)反射的所述照明光束(128)的检测器装置(114)的第三接口(106)；以及

引导光学器件(116，117)，所述引导光学器件(116，117)用于至少部分同轴地引导所发射的照明光束(128)通过所述出口开口(112)和至少部分同轴地引导从所述工件(24)反射的所述照明光束(128)通过所述出口开口(112)至所述第三接口(106)；

其特征在于，所述引导光学器件(116；117)具有：

偏振分束器(116)，所述偏振分束器(116)用于将至少一部分的所发射的线性偏振照明光束(128)引导至所述出口开口(112)的方向上；以及

布置在所述偏振分束器(116)与所述出口开口(112)之间的延缓板(117)，所述延缓板(117)用于将至少一部分的所发射的线性偏振照明光束(128)转换成圆偏振照明光束(128)并且用于将从所述工件(24)反射的至少一部分的所述圆偏振照明光束(128)转换成线性偏振照明光束(128)。

2.根据权利要求1所述的加工头(100)，其中，所述偏振分束器(116)和所述延缓板(117)各自针对波长范围是选择性的，特别是针对所述照明光束(128)的波长范围是选择性的，特别是针对在所述照明光束(128)的波长附近的波长范围是选择性的。

3.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，

其中，所述偏振分束器(116)被设计和/或对准成用于将超过90％的所述线性偏振照明光束(128)偏转和/或反射至所述延缓板(117)的方向上；以及/或者

其中，所述偏振分束器(116)被设计和/或对准成透射从所述工件(24)反射的至少一部分，特别是超过80％的所述照明光，特别是在所述第三接口(106)的方向上透射。

4.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，

其中，所述延缓板(117)被设计为λ/4板；以及/或者

其中，所述延缓板(117)被设计和/或对准成用于将所述发射的线性偏振照明光束(128)，特别是超过90％的所述发射的线性偏振照明光束(128)转换成圆偏振照明光束(128)；以及/或者

其中，所述延缓板(117)被设计和/或对准成用于将从所述工件(24)反射的所述圆偏振照明光束(128)，特别是将从所述工件(24)反射的超过90％的所述圆偏振照明光束(128)转换成线性偏振照明光束(128)；特别是用于转换成线性偏振照明光束，所述线性偏振照明光束(128)的偏振面与所述发射的线性偏振照明光束(128)的偏振面垂直。

5.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，

其中，所述第一接口(102)连接至或设置有用于发射加工激光束(129)的加工激光源(120)；以及/或者

其中，所述第二接口(104)连接至或设置有用于发射线性偏振照明光束(128)的照明光源(118)；以及/或者

其中，所述第三接口(106)连接至或设置有用于检测通过所述出口开口(112)从所述工件(24)反射的所述照明光束(128)，特别是用于检测由所述延缓板(117)线性偏振的照明光的检测器装置(114)。

6.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，

其中，所述延缓板(117)是所述引导光学器件中最接近所述出口开口(112)的光学元件；以及/或者

其中，所述引导光学器件具有用于准直和/或聚焦所述照明光束(128)的至少一个光学元件(124)；以及/或者

其中，在所述引导光学器件中，用于准直和/或聚焦所述照明光束(128)的至少一个光学元件(124)被定位在所述延缓板(117)与所述偏振分束器(116)之间。

7.根据权利要求6所述的加工头(100)，

其中，设置有加工激光光学器件(122)，特别是布置在引导光学器件与出口开口(112)之间的加工激光光学器件；以及/或者

其中，所述引导光学器件(116，117)和所述加工激光光学器件(122)被设计成引导所述照明激光束和所述加工激光束(129)同轴地通过所述出口开口(112)。

8.根据前述权利要求之一所述的加工头(100)，

其中，所述出口开口(112)和针对所述检测器装置(114)的所述第三接口(106)被布置成同轴，特别是相对于所述加工激光束(129)在所述工件(24)上的入射方向的同轴；以及/或者

其中，所述出口开口(112)被形成为圆形的，和/或具有0.8mm至6mm的直径。

9.一种用于工件(24)的激光加工的加工装置，所述加工装置具有根据前述权利要求之一所述的加工头(100)。

10.一种根据权利要求1至8中任一项所述的加工头(100)或根据权利要求9所述的加工装置在工件(24)的激光加工，特别是激光切割方面的用途。

11.一种用于工件(24)的激光加工，特别是用于激光切割的方法，特别是利用根据权利要求1至8之一所述的加工头(100)或根据权利要求9所述的加工装置进行所述工件(24)的激光加工的方法，所述方法具有以下步骤：

在加工头(100)的第一接口(102)处从加工激光源(120)发射加工激光束(129)，并且用所述加工激光束(129)通过所述加工头(100)的出口开口(112)照射工件(24)，特别是所述工件的加工区；

在所述加工头(100)的第二接口(104)处从照明光源(118)发射线性偏振照明光束(128)；

借助于所述加工头(100)的引导光学器件(116，117)引导所述发射的照明光束(128)通过所述出口开口(112)并照射所述工件(24)，特别是照射所述加工区，以及借助于所述引导光学器件(116，117)引导从所述工件反射的所述照明光束(128)通过所述出口开口(112)至所述加工头(100)的第三接口(106)处的检测器装置(114)，其中，所发射的照明光束(128)和所反射的照明光束(128)至少部分同轴地被引导；

其特征在于，

所述引导光学器件具有偏振分束器(116)和布置在所述偏振分束器(116)与所述出口开口(112)之间的延缓板(117)；

借助于所述偏振分束器(116)，至少一部分的所发射的线性偏振照明光束(128)被引导至所述出口开口(112)的方向上，特别是被引导至所述延缓板(117)的方向上；以及

借助于所述延缓板(117)，至少一部分的所述发射的线性偏振照明光束(128)被转换成圆偏振照明光束(128)，并且从所述工件(24)反射的至少一部分的所述圆偏振照明光束(128)被转换成线性偏振照明光束(128)。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中，所述偏振分束器(116)和所述延缓板(117)各自针对波长范围被或将被选择性地选择或调节，特别是针对所述照明光束(128)的波长范围被或将被选择性地选择或调节，特别是针对在所述照明光束(128)的波长附近的波长范围被或将被选择性地选择或调节；以及/或者

其中，所述引导光学器件的定位在所述延缓板(117)与所述偏振分束器(116)之间的至少一个光学元件(124)对所述发射的线性偏振照明光束(128)和所转换的线性偏振照明光束(128)进行准直和/或聚焦。

13.根据权利要求11和12之一所述的方法，

其中，所述偏振分束器(116)将超过90％的所述线性偏振照明光束(128)偏转和/或反射至所述延缓板(117)的方向上；以及/或者

其中，所述偏振分束器(116)透射由所述工件(24)反射的至少一部分，特别是超过80％的所述照明光，特别是在所述第三接口(106)的方向上透射。

14.根据权利要求11至13之一所述的方法，

其中，λ/4板将是或被选择为所述延缓板(117)；以及/或者

其中，所述延缓板(117)将超过90％的所述发射的线性偏振照明光束(128)转换成圆偏振照明光束(128)；以及/或者

其中，所述延缓板(117)将从所述工件(24)反射的超过90％的所述圆偏振照明光束(128)转换成线性偏振照明光束，特别是转换成偏振面与所述发射的线性偏振照明光束(128)的偏振面垂直的线性偏振照明光束。

15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其中，

用所述加工激光束(129)对所述工件(24)进行加工；以及/或者

用所述检测器装置(114)检测通过所述出口开口(112)从所述工件(24)反射的至少一部分的所述照明光束(128)(128)，特别是从所述工件(24)反射并用所述延缓板(117)转换成线性偏振照明光束(128)的至少一部分的所述圆偏振照明光束(128)；以及/或者

其中，所述引导光学器件的定位在所述延缓板(117)与所述偏振分束器(116)之间的至少一个光学元件(124)被设置成将由所述工件(24)发射出的至少一部分的所述过程光和/或至少一部分的所述转换的线性偏振照明光束(128)锐利地成像到所述检测器装置(114)上，由此所述发射的线性偏振照明光束(128)同时被引导，特别是被聚焦和/或准直到所述工件(24)的所述加工区上。

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