DE102021006265A1

DE102021006265A1 - Laserbearbeitungskopf mit verunreinigungsschutz

Info

Publication number: DE102021006265A1
Application number: DE102021006265.5A
Authority: DE
Inventors: Romon Chakrabarti; Danny Chan; Patrick Kühl; Hannes Noack; Georg Schmidt; Alexander Müller
Original assignee: II VI Delaware Inc
Current assignee: II VI Delaware Inc
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-03-30
Also published as: US20230095918A1; CN115846863A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zum Richten eines Laserstrahls, welcher zwei Reflektoren und ein einzelnes Linsenelement beinhaltet. Der im Inneren eines Gehäuses angeordnete erste Reflektor reflektiert den Laserstrahl von einer Quelle zum zweiten Reflektor, der dann den Laserstrahl in Richtung einer Bearbeitungszone für ein Werkstück reflektiert. Die einzelne Linse ist im Inneren des Gehäuses zwischen den Reflektoren angeordnet. Das Linsenelement kann bewegt werden, um eine Brennweitenposition des Laserstrahls über den Auslass des Gehäuses hinaus einzustellen. Um die Verunreinigung zu reduzieren, sind eine oder mehrere Düsen konfiguriert, um Spülgas über eines oder mehrere von dem ersten Reflektor, dem zweiten Reflektor und dem Linsenelement zu richten, während einer oder mehrere Sammelbereiche, die im Inneren angeordnet sind, konfiguriert sind, um von dem Spülgas gerichtete Verunreinigung zu sammeln.

Description

Gebiet der Erfindung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf sowie eine Laserschneidmaschine umfassend einen derartigen Laserbearbeitungskopf.
Kurze Beschreibung des Stands der Technik
Ein Laserbearbeitungskopf, wie er zum Schneiden oder zur Materialbearbeitung eingesetzt wird, kann einen Hochleistungslaserstrahl von 10 kW und sogar bis zu 30 kW bereitstellen. Aufgrund der Arbeitsbedingungen kann der Hochleistungskopf Verunreinigungen ausgesetzt sein, die die Linsen und andere Optik im Kopf beschädigen und die Leistung des Kopfes beeinträchtigen können. Beispielsweise können durch Montage und Reparaturen des Laserbearbeitungskopfes Verunreinigungen in den Kopf eingebracht werden. Außerdem können beim Schweißen und Schneiden von Werkstücken Emissionen auftreten, die Verunreinigungen auf den optischen Oberflächen ablagern. Verunreinigungen schränken nicht nur die Leistung der optischen Systeme ein, sondern können auch die Laseroptik beschädigen oder sogar zerstören.
Interne und externe Verunreinigung ist wahrscheinlich die allergravierendste Quelle für einen möglichen Ausfall der Optik. Alle Montageprozesse bergen das Risiko einer Verunreinigung, daher muss eine Lösung gefunden werden, um deren Auswirkungen und Schäden zu reduzieren. Der bekannte Stand der Technik zielt darauf ab, die Anzahl der zur Montage eines Bearbeitungskopfes erforderlichen Komponenten, die Anzahl der Verschraubungen, die Verunreinigung erzeugen können, zu reduzieren und die Optik für den Bearbeitungskopf in Reinräumen zu montieren. Dennoch lässt sich die Entstehung von Verunreinigungen nicht vollständig vermeiden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung betrifft die Überwindung oder mindestens die Reduzierung der Auswirkungen eines oder mehrerer der vorstehend dargelegten Probleme.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Ein hierin offenbarter Laserbearbeitungskopf dient zum Richten eines Laserstrahls. Der Kopf umfasst ein Gehäuse, mindestens einen Reflektor, ein Linsenelement, eine oder mehrere Düsen und einen oder mehrere Sammelbereiche. Das Gehäuse weist ein Inneres zum Durchgang des Laserstrahls entlang einer optischen Achse von einem Einlass zu einem Auslass auf. Der mindestens eine Reflektor ist im Inneren des Gehäuses angeordnet und reflektiert den Laserstrahl entlang der optischen Achse zwischen dem Einlass und dem Auslass. Das Linsenelement ist im Inneren des Gehäuses angeordnet. Das Linsenelement ist entlang der optischen Achse beweglich und ist konfiguriert, um eine Brennweite des Laserstrahls einzustellen. Die eine oder mehreren Düsen sind konfiguriert, um Spülgas über einen oder mehrere von dem mindestens einen Reflektor und dem Linsenelement zu richten. Der eine oder die mehreren Sammelbereiche sind im Inneren angeordnet und konfiguriert, um vom Spülgas gerichtete Verunreinigungen zu sammeln.
In einem Laserbearbeitungskopf gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der mindestens eine Reflektor einen ersten und zweiten Reflektor beinhalten, die im Inneren des Gehäuses angeordnet sind, und den Laserstrahl entlang der optischen Achse vom Einlass reflektieren. Jeder der Reflektoren kann eine Düse und einen zugeordneten Sammelbereich aufweisen. Ebenso kann das Linsenelement eine Düse und einen zugeordneten Sammelbereich beinhalten.
Eine hierin offenbarte Laserschneidmaschine wird mit einer Laserquelle verwendet, um ein Werkstück zu schneiden. Die Maschine besteht aus einem Laserbearbeitungskopf und einem Stellglied. Der Laserbearbeitungskopf empfängt Laserstrahlung von der Laserquelle. Der Kopf kann jede der vorstehend erwähnten Konfigurationen beinhalten. Das Stellglied trägt den Laserbearbeitungskopf und ist konfiguriert, um den Laserbearbeitungskopf in Bezug auf das Werkstück zu manipulieren.
Die vorstehende Kurzdarstellung ist nicht dazu gedacht, jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung zusammenzufassen zusammenzufassen.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Laserzuführsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Laserbearbeitungskopfs gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht einen Laserbearbeitungskopf der vorliegenden Offenbarung detaillierter.
4 veranschaulicht einen anderen Laserbearbeitungskopf der vorliegenden Offenbarung detaillierter

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Das technische Problem der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
1 veranschaulicht ein Laserzuführsystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Eine Laserquelle 12 erzeugt Hochleistungslaserlicht, das sich entlang eines faseroptischen Kabels 14 zu einem Laserbearbeitungskopf 20 ausbreitet. Die Laserquelle 12 kann je nach erforderlicher Laserleistung jeder geeignete Multimode- oder Singlemode-Laser sein.
Der Laserbearbeitungskopf 20 kann in Bezug auf ein Werkstück WP bewegt werden und/oder das Werkstück WP kann in Bezug darauf bewegt werden. Beispielsweise kann der Laserbearbeitungskopf 20 durch ein Gantry-System, einen Roboterarm oder eine andere auf dem Fachgebiet verwendete Vorrichtung 16 bewegt werden. Intern beinhaltet der Laserbearbeitungskopf 20 eine Optik, um die Laserenergie in einem Laserstrahl LB auf das Werkstück WP zu fokussieren, und der Laserbearbeitungskopf 20 kann zum Schneiden, Löten, Schweißen, für additive Fertigung oder andere Laserprozesse verwendet werden. Eine Steuereinheit 30 kann verwendet werden, um den Betrieb von Komponenten des Systems 10 zu steuern, wie beispielsweise in einer nachstehend erörterten Weise.
In einer bestimmten Implementierung kann das Laserzuführsystem 10 für eine Flachbett-Laserschneidmaschine verwendet werden. Im Allgemeinen wird das Werkstück WP auf einem Flachbett der Maschine getragen, und der Laserbearbeitungskopf 20 wird durch ein Gantry-System 16 über dem Werkstück WP manipuliert, um zweidimensionale Schnitte, Beschnitte oder Löcher in dem Werkstück WP auszuführen. Typischerweise wird der Kopf 20 hauptsächlich in einer horizontalen Ebene über dem Werkstück manipuliert und kann angehoben und abgesenkt werden, um sich in Bezug auf das Werkstück zu entfernen. Natürlich kann das System 10 auch in anderen Implementierungen verwendet werden, z. B. beim Fasenschneiden, oder an einem Industrieroboter montiert.
2 veranschaulicht einen Laserbearbeitungskopf 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Laserbearbeitungskopf 50 beinhaltet ein Gehäuse 60 für eine interne Optik 55. Eine Zuführfaser 24, beispielsweise von einem mit einer Kabelaufnahme 22 verbundenen Glasfaserkabel, leitet das Laserlicht in das Innere 62 des Kopfes 60. Im Gehäuse 60 angeordnete Abdeckungsschieber 64, 66 können die Innenoptik 55 vor Verunreinigung schützen, sodass im Innenraum 62 ein Reinraum entsteht, in dem ein erster Reflektor 70, ein Linsenelement 80 und ein zweiter Reflektor 74 angeordnet sind.
Während des Betriebs emittiert der Lasereingang (z. B. die Hochleistungslaserzuführfaser 24 von der Kabelaufnahme 22) im Kopf 60 einen Hochleistungslaserstrahl LB im Inneren 62. Der Laserstrahl LB passiert den oberen Abdeckungsschieber 64 und wird vom ersten Reflektor 70 reflektiert. Der reflektierte Laserstrahl passiert dann das Linsenelement 80, das das Laserlicht konvergiert. Der zweite Reflektor 74 reflektiert dann das konvergierende Licht des Laserstrahls zum Fokuspunkt FB zum Auftreffen auf ein Werkstück WP, sodass der fokussierte Laserstrahl LB, der von dem Gehäuse 60 emittiert wird, die Zwecke des Laserprozesses, wie z. B. Schweißen, additive Fertigung, Schneiden erfüllen kann usw. Sowohl der erste Reflektor 70 als auch der zweite Reflektor 74 können teilweise durchlässig sein, sodass Prozessbeobachtungen gemacht werden können. Beide Reflektoren 70, 74 können auch verwendet werden, um den Laser oder den inneren Zustand des Kopfes zu überwachen. Zusätzlich oder alternativ können die Reflektoren 70 und/oder 74 gekippt werden, um die seitliche Anordnung des Brennpunkts FP auf dem Werkstück WP zu ändern.
Im Allgemeinen kann das Gehäuse 60 eine Anordnung von Modulen 63a-c beinhalten, die montiert werden, um das Gehäuse 60 zu bilden. Mehrere Module sind austauschbar und können mit verschiedenen Halterungen wie Befestigungsschrauben, Präzisionsgewindelöchern, Flanschen usw. zusammen befestigt werden. Jedes der Module 63a-c definiert einen internen Durchgang zur Übertragung des Laserstrahls LB von der Zuführfaser 24 entlang einer optischen Achse des Kopfes 50 zur Prozesszone.
Vorzugsweise weist der Kopf 50 eine reduzierte Komplexität auf und weist wenige optische Oberflächen auf. Ein herkömmlicher Laserbearbeitungskopf, wie er für einen Schneidkopf verwendet wird, weist typischerweise viele optische Elemente auf, die teuer sind und Wartung erfordern, und der herkömmliche Kopf kann aufgrund der vielen verwendeten optischen Oberflächen sehr empfindlich gegenüber Verunreinigung sein. Wie zu sehen ist, verwendet die Optik 55 des offenbarten Laserbearbeitungskopfs 50 wenige optische Komponenten 70, 74, 80.
Außerdem beinhaltet der Kopf 50 nur wenige Module 63a-c, die miteinander verbunden werden können, um das Gehäuse 60 zu bilden. Diese Module können ein Eingangsmodul 63a für die Kabelaufnahme 22 und die Zuführfaser 24 beinhalten; ein Optikmodul 63b, das das Linsenelement 80 aufweist, ein Stellglied oder Antrieb 86, Reflektoren oder Spiegel 70, 74 usw.; und ein Ausgabemodul 63b. Alternativ können die Reflektoren 70 und 74 jeweils auch integral mit dem Eingangsmodul 63a und dem Ausgabemodul 63c sein. Verlängerungspunkte 52, 54 hinter den Reflektoren 70 und 74 können zur Prozessbeobachtung und Kühlung verwendet werden. Andere mögliche Module für den Kopf 20 können eine beliebige Anzahl von Schnittstellen- oder Adaptermodulen (nicht dargestellt), ein Prozessüberwachungsmodul (nicht dargestellt), an dem Sichtsensoren angebracht werden können, ein Abdeckungsschiebermodul (nicht dargestellt), das die austauschbaren Abdeckungsschieber 64, 66 aufweist, und dergleichen beinhalten, obwohl Merkmale für alle diese mit den anderen Modulen 63a-c kombiniert werden können.
Der Laserbearbeitungskopf 50 stellt eine minimale Z-Verstellung des Fokuspunktes FP für sehr hohe Laserleistungen (> 20 kW) bereit. Der Arbeitsabstand des Kopfes 50 ist vorzugsweise groß, sodass ein großer Abstand SO zwischen dem Prozessabdeckungsschieber 66 und dem Laserprozess am Werkstück WP aufrechterhalten werden kann, um Verunreinigung zu minimieren. In einer beispielhaften Implementierung kann der Laserbearbeitungskopf 50 eine Brennweite von etwa 300-mm, eine numerische Apertur von etwa 150-mrad und eine Vergrößerung M von größer als 1,5 aufweisen. Die Verstellung in der Z-Achse (Delta Z) für den Brennpunkt FP kann größer als 40 mm und sogar größer als 60 mm sein.
Insgesamt ist der Laserbearbeitungskopf 50 beständig gegen Verunreinigung. Wie nachstehend detaillierter erörtert wird, beinhaltet der Kopf 50 ferner eine Cross-Jet-Baugruppe (nicht dargestellt), um Querstrahlen von Gas bereitzustellen, um Verunreinigung im Inneren des Gehäuses 62 zu handhaben. Zusätzlich beinhaltet der Kopf 50 ein primäres Linsenelement 80, abgesehen von der austauschbaren Optik der Abdeckungsschieber 64, 66. Im Allgemeinen kann das Linsenelement 80 nur eine Linse beinhalten, aber das Element 80 kann je nach Fall eine Gruppe von zwei oder mehr Linsen beinhalten. In jedem Fall ist im Kopf 50 ein einzelnes, alleiniges oder Einzel-Linsenelement 80 im Gegensatz zu mehreren Elementen zum Kollimieren, Fokussieren und dergleichen vorgesehen.
Die optische Achse A des Linsenelements 80 ist horizontal in einer Ausrichtung ausgerichtet, die für eine 2-D-Flachbett-Schneidemaschine geeignet ist. Der Kopf 50 kann auch geneigt werden, damit Fasenschneiden möglich ist. Wie hier dargestellt, kann sich die Kabelaufnahme 22 vertikal am Gehäuse 60 erstrecken, um vertikal mit einem Laserkabel (14) verbunden zu werden. Um den Laserstrahl LB von der Zuführfaser 24 durch das Linsenelement 80 und zum Werkstück WP zu führen, weist der Kopf 50 zwei Reflektoren 70, 74 auf. Ein Reflektor 70 oder 74 kann zur seitlichen Einstellung der Fokusposition verwendet werden, und beide Reflektoren 70, 74 können für Prozessmonitoranschlüsse an den Verlängerungspunkten 52, 54 verwendet werden. In einer alternativen Konfiguration erstrecken sich die Kabelaufnahme 22 horizontal am Gehäuse 60, um horizontal mit einem Laserkabel (14) verbunden zu werden, sodass nur ein Reflektor 74 benötigt wird, um den Laserstrahl LB zum Flachbettschneiden zu richten.
Das einzelne Linsenelement 80 besteht vorzugsweise entweder aus Quarzglas oder einem mit hoher Leistung kompatiblen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. ZnS oder Saphir, das Vorteile hinsichtlich der Beständigkeit gegen Verunreinigung hat. Das Linsenelement 80 ist entlang der optischen Achse A beweglich, um eine Z-Bewegung des Fokuspunkts FP zu erzeugen. Aufgrund der horizontalen Ausrichtung des Linsenelements 80 neigt die Verunreinigung dazu, aufgrund der Schwerkraft nach unten zu fallen. Komponenten 84, 86, die Partikel erzeugen können, wie Stellglieder, Antriebe, Gelenke, Lager und dergleichen, befinden sich unterhalb des Linsenelements 80 oder sind an der Unterseite des Linsenelements 80 angeordnet. Die Komponenten 84, 86 können auch im Kopf 50 unter Verwendung von Dichtungsmerkmalen (nicht dargestellt) vom optischen Reinraum getrennt werden.
Mit dem Verständnis des Laserbearbeitungskopfes 50 mit seiner internen Optik 55 im Gehäuse 60, wendet sich die Erörterung nun weiteren Einzelheiten der vorliegenden Offenbarung zu.
Wie in 3 dargestellt, ist ein Laserbearbeitungskopf 50 zum Richten des Laserstrahls LB detaillierter dargestellt. Wie schematisch dargestellt, beinhaltet der Kopf 50 ein Gehäuse 60, einen ersten Reflektor 70, ein Linsenelement 80 und einen zweiten Reflektor 74. Das Gehäuse 60 weist einen Innenraum 62 zum Durchgang des Laserstrahls LB entlang einer optischen Achse A von einem Einlass 61a zu einem Auslass 61b des Gehäuses 60 auf. Im Allgemeinen kann der Einlass 61a eine Laserquelle (22, 24: 2) und einen Abdeckungsschieber (64: 2) beinhalten, um einen Reinraum für die Optik 55 von jeglichen Anschlüssen oder dergleichen zu trennen. Ebenso beinhaltet der Auslass 61b einen Abdeckungsschieber (66: 2), um die Optik 55 vom Bearbeitungsbereich des Laserstrahls LB am Werkstück zu trennen.
Der erste Reflektor 70 ist im Inneren 62 des Gehäuses 60 angeordnet und lenkt den Laserstrahl LB vom Einlass 61a zum Linsenelement 80 ab. Wie dargestellt, wird die optische Achse A durch den ersten Reflektor 70 von einer Längs- (Vertikal-) Richtung in der Z-Achse in eine seitliche (Horizontal-) Richtung in der X-Y-Ebene abgelenkt oder gedreht. Der zweite Reflektor 74 lenkt wiederum den Laserstrahl LB von der seitlichen Richtung in die Längs-(Vertikal-) Richtung in Richtung des Auslasses 61b ab. Das zwischen den Reflektoren 70, 74 angeordnete Linsenelement 80 kann entlang der seitlichen Richtung bewegt werden, um die Vergrößerung des Kopfes 50 zu ändern, der eine Brennweite des Laserstrahls LB über den Auslass 61 b hinaus einstellt, wie vorstehend erwähnt. Im Allgemeinen und wie dargestellt, kann das Linsenelement 80 eine Linse 82 (oder eine Gruppe von Linsen) beinhalten, die in einer Fassung oder mechanischen Struktur 84 angeordnet ist, die durch eines oder mehrere Stellglieder oder Antriebe 86 bewegt werden kann.
Eine Cross-Jet-Baugruppe 100 ist auf dem Kopf 50 angeordnet, um Spülgas auf die interne Optik 55 des Kopfes 50 zu richten und Verunreinigungen zu entfernen, die den Betrieb stören können. Die Cross-Jet-Baugruppe 100 beinhaltet eine Gasquelle 102, die einen Kompressor, eine Pumpe, eine Gasquelle, einen Filter usw. beinhalten kann. Eine oder mehrere Düsen 106a-d, die mit einer oder mehreren Zuführleitungen 104 verbunden sind, sind konfiguriert, um Spülgas über eines oder mehrere von dem ersten Reflektor 70, dem zweiten Reflektor 74 und dem Linsenelement 80 im Inneren 62 des Gehäuses 60 zu richten. Im Allgemeinen kann die Gasquelle 102 vom Gehäuse 60 beabstandet angeordnet sein und die Zuführleitungen 104 können außerhalb von und/oder innerhalb des Gehäuses 60 verlaufen. Ebenso können die Düsen 106a-d an der Außenseite und/oder an der Innenseite des Gehäuses 60 angeordnet sein, jedoch sind die Düsen 106a-d mit ihren Auslässen für das Gas im Innenraum 62 auf die optischen Komponenten 70, 74, 80 gerichtet.
Um die Verunreinigungen zu sammeln, sind ein oder mehrere Sammelbereiche 110a-c im Inneren 62 gegenüber der einen oder den mehreren Düsen 106a-d angeordnet. Wie nachstehend erörtert, können diese Sammelbereiche 110a-c Filter 112a-c, Anschlüsse 116, Membranen oder Rückschlagventile aufweisen, die ihnen zugeordnet sind, um zu verhindern, dass verunreinigte Luft während des Temperatur-/Druckausgleichs durch die Membranen/Filter zurückströmt.
Das Spülgas entfernt Partikel und andere Verunreinigungen von den Oberflächen dieser Komponenten 70, 74, 80, indem es sie von den Oberflächen wegspült. Es versteht sich, dass Verunreinigungen während der Montage oder der Reparatur in das Gehäuse 60 eindringen und sich aufgrund von Vibrationen und Bewegungen lösen können. Eine interne bewegliche Komponente innerhalb des Gehäuses 60 kann auch eine Verunreinigung erzeugen. Aufgrund der hohen Leistung des Laserstrahls LB kann die Verunreinigung für den Kopf 50 und seinen Betrieb schädlich sein, sodass die Anordnung 100 verwendet wird, um sein Auftreffen abzuschwächen.
Wie in der detaillierten Konfiguration von 3 dargestellt, ist eine erste Düse 106a benachbart zu einem Ende des ersten Reflektors 70 angeordnet und konfiguriert, um das Spülgas über den ersten Reflektor 70 zu richten. Ein Sammelbereich 110a ist im Inneren 62 benachbart zu einem gegenüberliegenden Ende dieses ersten Reflektors 70 angeordnet, um jegliche Verunreinigungen zu sammeln. Mit anderen Worten, der Sammelbereich 110a befindet sich stromabwärts der ersten Düse 106a, um alle Verunreinigungen zu sammeln, die von dem ersten Reflektor 70 weggespült werden. Eine zweite Düse 106b ist angrenzend an ein Ende des zweiten Reflektors 74 angeordnet und konfiguriert, um das Spülgas über den zweiten Reflektor 74 zu richten, sodass ein zweiter Sammelbereich 110b im Inneren 62 angrenzend an ein gegenüberliegendes Ende des zweiten Reflektors 74 jegliche Verunreinigungen sammeln kann. Mit anderen Worten, der zweite Sammelbereich 110b befindet sich stromabwärts der zweiten Düse 106a, um alle Verunreinigungen zu sammeln, die von dem zweiten Reflektor 74 weggespült werden. Ein Satz Düsen 106c-d ist angrenzend an ein Ende des Linsenelements 80 angeordnet und konfiguriert, um das Spülgas über die gegenüberliegenden Flächen oder Seiten der Linse 82 zu richten. Ein Sammelbereich 110c, der im Inneren 62 neben einem gegenüberliegenden Ende des Linsenelements 80 angeordnet ist, kann jegliche Verunreinigungen sammeln. Mit anderen Worten, der Sammelbereich 110c befindet sich stromabwärts der Düse 106c-d, um alle Verunreinigungen zu sammeln, die von dem Linsenelement 80 weggespült werden.
Je nach Implementierung können mehr oder weniger Düsen 106a-d und Sammelbereiche 110a-c verwendet werden. Ebenso können die Sammelbereiche 110a-c beliebig angeordnet werden. Beispielsweise kann der Sammelbereich 110b in 3 mehrere gegenüberliegende Bereiche um das Innere des Gehäuses 62 beinhalten, oder der Sammelbereich 110b kann ein ringförmiger Bereich sein, der um den Innenumfang des Inneren des Gehäuses 62 herum angeordnet ist.
Die Gasquelle 102 und die Düsen 106a-d können bestimmte Durchflussraten und Drücke bereitstellen, um Verunreinigungen effektiv von der Optik 55 wegzuspülen. Die Düsen 106a-d können eine beliebige Anzahl von Formen annehmen. Beispielsweise können die Düsen 106a-d Strahldüsen beinhalten. Die Düsen 106a-d können Laval-Düsen, Laval-Fächerdüsen oder konvergente-divergente Düsen beinhalten, um ein gleichmäßiges Abspülen größerer Flächen bereitzustellen und einen gleichmäßigen Fluss des Spülgases über die Oberflächen der Optik 55 bereitzustellen. Da bestimmte Düsen beträchtliche Geräusche erzeugen können, wenn sie große Mengen an Spülgas durch den Kopf 50 schicken, können die Düsen 106a-d Geräuschisolierungsmerkmale beinhalten. Außerdem können die Düsen 106a-d Nadelventile oder andere Elemente aufweisen, um die Durchflussmenge pro Düse 106a-d zu steuern. Die Düsen 106a-d steuern die Verteilung und Formgebung des an der Optik vorbeiströmenden Spülgases. Die Auslassöffnungen 116 könnten auch Ventile und Durchflusssteuerelemente aufweisen. Darüber hinaus können Prallplatten, Querschnittsverhältnisse und andere Merkmale in das Innere 62 des Gehäuses 60 eingebaut werden, um die Verteilung und Formgebung des Spülgases zu steuern.
Die Sammelbereiche 110a-c können Partikelfilter 112a-c beinhalten, die konfiguriert sind, um das Spülgas passieren zu lassen, jedoch konfiguriert sind, um Verunreinigungen an oder in der Nähe der Sammelbereiche 110a-c einzufangen. Die Filter 112a-c können einen Metalldrahtmaschenfilter beinhalten, und die Filter 112a-c können austauschbar sein. Darüber hinaus kann mindestens eine Öffnung 116 im Gehäuse 110 mit dem Inneren 62 in Verbindung stehen. Wie dargestellt, kann jeder der Sammelbereiche 110a-c mindestens einen dem Bereich zugeordneten Anschluss 116 aufweisen. Der mindestens eine Anschluss 116 kann ein offener Anschluss sein, der es ermöglicht, dass sowohl Gas als auch Verunreinigungen aus dem Inneren des Gehäuses 62 austreten. Außerdem kann die Öffnung 116 eine Membran aufweisen, die konfiguriert ist, um das Spülgas aus dem Inneren 62 herauszulassen, nachdem das Gas die optischen Elemente 70, 74, 80 gespült hat. Die Membran der mindestens einen Auslassöffnung 116 ermöglicht, dass Gas die Optik 55 verlässt, verhindert jedoch das Eindringen von verschmutzter Luft.
Um zu helfen, das Spülgas durch die Filter 112a-c passieren zu lassen und die Verunreinigung einzufangen, können die mit dem Inneren 62 in Verbindung stehenden Öffnungen 116 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden. Beispielsweise kann ein aktives Saugsystem (z. B. eine Pumpe) oder ein Ablauf 118 das Spülgas aus dem Gehäuse 62 ziehen. Wie ebenfalls dargestellt, können eine oder mehrere Fallen 114 (z. B. Schaufeln, Wände, Barrieren, Durchgänge, Siebe usw.) über die Sammelbereiche 110a-c im Inneren 62 angeordnet sein, um die durch das Spülgas in den Bereich 110c weggespülten Verunreinigungen einzufangen.
Wie in 3 dargestellt, kann der Kopf 50 im Allgemeinen in einer „aufrechten“ Position verwendet und manipuliert werden, was bedeutet, dass die Quelle des Laserstrahls LB am Einlass 61a vertikal irgendwo über dem Werkstück jenseits des Auslasses 61b ausgerichtet ist. Der Laserstrahl LB ist daher in Vertikalrichtung (entlang der Z-Achse) nach unten gerichtet. Obwohl dies nicht immer der Fall sein mag, wird diese aufrechte Ausrichtung für den Kopf 50 bevorzugt, da die Schwerkraft natürlich dazu beitragen kann, dass Spritzer, Abwurf und dergleichen des Laserprozesses den Kopf 50 nicht beeinflussen, die Optik 55 usw. nicht verschmutzen.
Aus diesem Grund sind die Düsen 106a-d vorzugsweise zum „obersten“ oder „oberen“ Ende des Gehäuses 60 hin angeordnet, sodass sie das Gas vertikal nach unten über die optischen Komponenten 70, 74, 80 in die Sammelbereiche 110a-c einspritzen, die zum „untersten“ oder „unteren“ Ende des Gehäuses 60 hin angeordnet sind. Dadurch kann die Schwerkraft den Spülprozess unterstützen, um Verunreinigungen von den optischen Komponenten 70, 74, 80 zu entfernen. In einer Implementierung sind die Reflektoren 70, 74 und die zugeordnete Mechanik integrale Bestandteile der Eingangs-/Ausgangsmodule (63a und 63c; 2) und das Modul (63b; 2), das das Linsenelement 80 und das Linsenstellgliedsystem (84, 86) beinhaltet, kann um die optische Achse A gedreht werden, um seine Ausrichtung an andere Kopfausrichtungen anzupassen.
Wie bereits erwähnt, ist das Linsenelement 80 im Inneren 62 beweglich. Vorzugsweise sind eine mechanische Struktur oder Halterung 84 und ein Stellglied oder Antrieb 86 zum Bewegen des Linsenelements 80 zum „untersten“ oder „unteren“ Ende des Linsenelements 80 und des Sammelbereichs 110c hin angeordnet. Diese mechanische Struktur 84 kann Lager, Gelenke und dergleichen beinhalten, die mit dem Antrieb 86 verbunden sind, der einen Elektromotor, einen Elektromagneten oder eine andere geeignete Vorrichtung beinhalten kann. Jeglicher Schmutz, der von der mechanischen Struktur 84 erzeugt wird, wie Grate, Späne, Partikel usw. würde dazu neigen, aufgrund der Schwerkraft zu fallen und vom Spülgas direkt in den Sammelbereich 110c gespült zu werden, ohne über die Linse 82 zu gelangen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Reflektor 70 ein Reflektor sein, der durch eine Kühlanordnung 72 gekühlt wird, die in der Verlängerung 52 nur schematisch dargestellt ist. Abgesehen von den Abdeckungsschiebern (64, 66), die weniger teure Verbrauchsmaterialien sind, ist dieser erste Reflektor 70 die einzige innere Komponente des Gehäuses 60, auf die Verunreinigungen aufgrund der Schwerkraft fallen können. Dementsprechend hat die Herstellung dieses Reflektors 70 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, Vorteile hinsichtlich der Beständigkeit gegen Verunreinigung.
Der zweite Reflektor 74 weist vertikal nach unten in die Z-Richtung und würde nicht dazu neigen, dass Verunreinigungen darauf fallen. Daher kann der zweite Reflektor 74 ein teildurchlässiger Reflektor sein, sodass Laser- und/oder Prozesslicht durch den zweiten Reflektor 74 zu einer Überwachungsanordnung 76 gelangen kann, die nur schematisch in der Verlängerung 54 dargestellt ist. Es versteht sich, dass die Überwachungsanordnung 76 herkömmliche Sensoren und Optik für Laser- und/oder Prozessbeobachtungen verwenden kann. Zusätzlich oder alternativ kann dieser zweite Reflektor 74 beweglich sein, um die seitliche Platzierung des Brennpunkts FP auf dem Werkstück WP zu ändern, sodass die Verlängerung 54 einen Mechanismus 78 zum Neigen und Ausrichten des zweiten Reflektors 74 beinhalten kann.
Wie in 3 schematisch dargestellt und wie zuvor erwähnt, kann eine Steuereinheit 30 verwendet werden, um den Betrieb von Komponenten des Systems zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 30 Ventile, Pumpen 102 und dergleichen betätigen, um das Zuführen von Spülgas in der Cross-Jet-Baugruppe 100 zu den Düsen 106a-d zu steuern. Die Steuereinheit 30 kann Ventile, Pumpen und dergleichen betätigen, um das Entleeren von Spülgas aus dem Inneren des Gehäuses 62 mit dem aktiven Saugsystem oder Ablass 118 zu steuern. Um den Betrieb zu überwachen, kann die Steuereinheit 30 (nicht dargestellte) Sensoren aufweisen, um die Durchflussrate, den Druck, die Temperatur usw. des Spülgases zu messen. Wenn die Steuereinheit 30 mit anderen Funktionalitäten für den Laserbearbeitungskopf 50 integriert ist, kann die Steuereinheit 30 das Linsenelement 80 und/oder die Reflektoren 70, 74 in einem Reinigungszyklus bewegen.
Eine andere Konfiguration eines Laserbearbeitungskopfes 50 der vorliegenden Offenbarung ist in 4 dargestellt. Hier beinhaltet der Kopf 50 ähnliche Komponenten wie die vorstehend beschriebenen, sodass ähnliche Bezugszeichen verwendet werden. Im Gegensatz zu der vorherstehenden Konfiguration ist der Einlass 61a dieses Kopfes 20, an dem der Lasereinlass (Kabelaufnahme und Zuführfaser) sind horizontal orientiert. Dementsprechend passiert die Laserstrahlung das Linsenelement 80 horizontal und wird durch einen Reflektor 74 vertikal gedreht. Diese Konfiguration macht den zusätzlichen Reflektor (70; 3) überflüssig, der dazu neigen könnte, verschmutzt zu werden. Diese Konfiguration ermöglicht auch das Hinzufügen von Spülgaselementen zum Abdeckungsschieber (64, 66; 2). Diese hinzugefügten Spülgaselemente (nicht dargestellt) können ähnlich aufgebaut sein wie die Komponenten, die für das Linsenelement 80 verwendet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine interne Verunreinigung möglicherweise nicht immer vermeidbar ist. Der offenbarte Laserbearbeitungskopf 50 in 1 bis 4 versucht, den möglichen Einfluss/die Wechselwirkung von innerer Verunreinigung mit Laserstrahlung zu reduzieren. Die Anordnung der Cross-Jet-Düsen 106a-d im Kopf 50 spült oder flutet aktiv die Oberflächen der optischen Komponenten 70, 74, 80 in der internen Optik 55. Die internen Cross-Jet-Düsen 106a-d sind vorzugsweise auf alle optischen Oberflächen gerichtet, auf die der Laserstrahl LB auftrifft. Tatsächlich kann an den Abdeckungsschiebern (64, 66; 2) Spülgas verwendet werden, um Verunreinigungen zu entfernen.
Die Düsen 106a-d werden durch den Spülgaskanal 104 gespeist und der emittierte Strom wird in das Innere 62 des Kopfgehäuses 60 zugeführt. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Sammelbereiche 110a-c, Metalldrahtmaschenfilter 112a-c, Fallen 114 und/oder Öffnungen 116 mit dem Spülgas durch das Spülsystem 100 verwendet, sodass potenzielle Verunreinigungen gesammelt, eingefangen und/oder aus dem Inneren 62 entfernt werden. Anstelle von Metalldrahtmaschenfiltern können auch andere Filtertypen oder reinraumtaugliche Klebebänder verwendet werden. Da der Bearbeitungskopf 50 wenige optische Oberflächen aufweist und weil sie in einer Vertikalausrichtung angeordnet sind, können die Cross-Jet-Düse 106a-d und das Spülgas effektiver sein.
Während des Betriebs des Laserbearbeitungskopfes 50 kann das Spülen mit dem Spülgas, wie beispielsweise sauberem Stickstoffgas, kontinuierlich oder intermittierend durchgeführt werden. Gleichzeitig kann Unterdruck in den Sammelbereichen 110a-c des Gehäuses 60 unter Verwendung des aktiven Saugsystems oder des Abflusses 118 angelegt werden. Einströmendes Spülgas von den Einlassdüsen 106a-d wird von oben auf die optischen Elemente 70, 74, 80 gerichtet. Aufgrund der Ausrichtung des Linsenelements 80 wird nicht erwartet, dass Verunreinigungen auf der Linse 82 und ihrer Fassung 84 „eingefangen“ werden, während die Verunreinigungen gespült werden. Der unter dem Linsenelement 80 aufgebrachte Unterdruck erzeugt eine wohldefinierte Partikelsenke in den Sammelbereichen 110a-c.
Zusätzlich zum Entfernen von Verunreinigungen in Form von Partikeln, Staub, Schmutz usw. kann die Cross-Jet-Baugruppe 100 auch dazu beitragen, Dämpfe und verdampfende Substanzen aus dem Inneren des Gehäuses 62 zu entfernen. Bei der Verbrennung können Dämpfe entstehen, die relativ schnell abkühlen können. Die Cross-Jet-Baugruppe 100, die den Ablass 118 des aktiven Absaugsystems aufweist, kann die Dämpfe direkt entfernen, sodass sich der Dampf nicht auf dem Linsenelement 80 oder anderen Oberflächen absetzt. Neben Dämpfen können auch verdampfende Stoffe (z. B. Kühlmittelreste, Öle und Fette) unter Verwendung des aktiven Absaugsystems oder Ablasses 118 aus dem Inneren 62 entfernt werden.
Wenn es während des Betriebs des Laserstrahls LB verwendet wird, ist das Spülgas vorzugsweise ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, um jegliche Oxidationsreaktion zwischen Partikel(n) und dem Laserstrahl LB zu begrenzen, sodass Verbrennungen an der Linse 82 und den Reflektoren 70, 74 vermieden werden können. Das Spülgas kann verwendet werden, wenn der Laser ausgeschaltet ist. In diesem Fall ist die Verwendung eines Inertgases nicht notwendig, da jedes andere Gas verwendet werden könnte.
Um die Effekte zu verstärken, kann der Kopf 50 in einer Intensivreinigungsposition ausgerichtet oder betrieben werden und/oder kann ein Bewegungsmuster für das Linsenelement 80, den Reflektor 74 usw. ausgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, die optische Komponente 70, 74, 80 zum Abschütteln von Verunreinigungen auf den Oberflächen vibrieren zu lassen. Dieses Abschütteln kann mit einer gezielten Bewegung des optischen Elements 70, 74, 80 vor der Cross-Jet-Düse 106a-d kombiniert werden. Beispielsweise kann der Antrieb 86 die Linse 82 in Bezug auf die Düsen 106c-d bewegen, damit das Spülgas die Oberflächen der Linse 82 besser abwischen kann. In einer solchen Konfiguration können die Düsen 106c-d für das Linsenelement 80 im Gehäuse 60 stationär sein. Dies kann angesichts der kleinen Bewegung, die für das Linsenelement 80 erwartet wird, praktisch sein. Alternativ können die Düsen 106c-d zusammen mit dem Linsenelement 80 unter Verwendung geeigneter Halterungen, Leitungen, flexibler Gelenke usw. bewegbar sein. In jedem Fall kann eine Wischwirkung des Spülgases auf das optische Element 70, 74, 80 erhalten werden. Der Reflektor 74 kann, wenn er beweglich ist, auch in Bezug auf die Düse 106b manipuliert werden. Die Steuereinheit 30 kann die Komponenten für diese Reinigungsvorgänge steuern.
Typischerweise kann der Bearbeitungskopf 50 an seinem Auslass 61b Komponenten zur kapazitiven Höhenerfassung umfassen, sodass ein Abstand der Laserdüse des Kopfes von einem Werkstück bestimmt werden kann. In solchen Situationen wird Spülgas verwendet, um eine Verunreinigung des Höhensensors zu vermeiden. Dementsprechend kann das von der Cross-Jet-Baugruppe 100 verwendete Spülgas weiter zu den kapazitiven Höhenerfassungskomponenten des Laserbearbeitungskopfs 50 geleitet werden, sodass das Gas immer noch als Spülgas beim Laserprozess dienen kann.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter und anderer Ausführungsformen soll den Schutzumfang oder die Anwendbarkeit der von den Anmeldern erdachten erfinderischen Konzepte nicht begrenzen oder einschränken. Mit dem Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist verständlich, dass die vorstehend beschriebenen Merkmale gemäß einer beliebigen Ausführungsform oder einem Aspekt des offenbarten Gegenstands entweder allein oder in Kombination mit jedem anderen beschriebenen Merkmal in jeder anderen Ausführungsform oder jedem anderen Aspekt des offenbarten Gegenstands genutzt werden können.

Claims

Ein Laserbearbeitungskopf zum Richten eines Laserstrahls, wobei der Laserbearbeitungskopf folgendes umfasst: - ein Gehäuse, das ein Inneres zum Durchgang eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse von einem Einlass zu einem Auslass aufweist; - mindestens einen Reflektor, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, und den Laserstrahl entlang der optischen Achse zwischen dem Einlass und dem Auslass reflektiert; - ein Linsenelement, das im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Linsenelement entlang der optischen Achse beweglich ist, und konfiguriert ist, um eine Brennweite des Laserstrahls einzustellen; - eine oder mehrere Düsen, die konfiguriert sind, um Spülgas über eines oder mehrere von dem mindestens einen Reflektor und dem Linsenelement zu richten; und - einen oder mehrere Sammelbereiche, die im Inneren angeordnet und konfiguriert sind, um vom Spülgas gerichtete Verunreinigung zu sammeln.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Reflektor einen ersten Reflektor umfasst; wobei die eine oder mehreren Düsen eine erste der einen oder mehreren Düsen umfassen, die angrenzend an den mindestens einen Reflektor angeordnet sind, und konfiguriert sind, um das Spülgas über den mindestens einen Reflektor zu richten; und wobei der eine oder die mehreren Sammelbereiche einen ersten des einen oder der mehreren Sammelbereiche umfassen, die im Inneren angrenzend an den mindestens einen Reflektor und stromabwärts der ersten Düse angeordnet sind.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Reflektor einen zweiten Reflektor umfasst; wobei die eine oder mehreren Düsen eine zweite der einen oder mehreren Düsen umfassen, die benachbart zu dem zweiten Reflektor angeordnet sind, und konfiguriert sind, um das Spülgas über den zweiten Reflektor zu richten; und wobei der eine oder die mehreren Sammelbereiche einen zweiten des einen oder der mehreren Sammelbereiche umfassen, die im Inneren benachbart zu dem zweiten Reflektor und stromabwärts der zweiten Düse angeordnet sind.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 3, wobei der erste Reflektor einen Reflektor umfasst, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und gekühlt ist; und/oder wobei der zweite Reflektor einen teildurchlässigen Reflektor umfasst; und/oder wobei mindestens einer von dem ersten und zweiten Reflektor beweglich ist, um den Brennpunkt des Laserstrahls abzulenken.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Düsen eine erste der einen oder mehreren Düsen umfassen, die angrenzend an einem Ende des Linsenelements angeordnet und konfiguriert sind, um das Spülgas über eine erste Seite des Linsenelements zu richten; und wobei der eine oder die mehreren Sammelbereiche einen ersten des einen oder der mehreren Sammelbereiche umfassen, die im Inneren angrenzend an das Linsenelement und stromabwärts der ersten Düse angeordnet sind.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 5, wobei: - die eine oder mehreren Düsen eine zweite der einen oder mehreren Düsen umfassen, die angrenzend an das eine Ende des Linsenelements angeordnet sind, und konfiguriert sind, um das Spülgas über eine zweite Seite des Linsenelements zu richten; und/oder - das Linsenelement im Inneren auf einer zum zweiten Ende des Linsenelements hin angeordneten mechanischen Struktur bewegbar ist.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, umfassend eine Quelle, die in Verbindung mit der einen oder den mehreren Düsen angeordnet ist, und konfiguriert ist, um das Spülgas zu der einen oder den mehreren Düsen zu richten.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei jeder des einen oder der mehreren Sammelbereiche umfasst: - einen Filter, der konfiguriert ist, um das Spülgas passieren zu lassen und konfiguriert ist, um die Verunreinigung einzufangen; und/oder - eine Klebefläche, die konfiguriert ist, um die Verunreinigung einzufangen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mindestens einen Anschluss umfasst, der in Verbindung mit dem Inneren angeordnet ist, wobei der mindestens eine Anschluss konfiguriert ist, um das Spülgas aus dem Inneren heraus passieren zu lassen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Öffnung eine Membran umfasst, die konfiguriert ist, um das Spülgas aus dem Inneren passieren zu lassen und eine Rückströmung in das Innere zu verhindern.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Pumpe, die in Verbindung mit dem mindestens einen Anschluss angeordnet und konfiguriert ist, um das Spülgas aus dem Gehäuse zu ziehen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei jeder des einen oder der mehreren Sammelbereiche einen Filter umfasst, der konfiguriert ist, um das Spülgas passieren zu lassen und konfiguriert ist, um die Verunreinigung einzufangen; und wobei das Gehäuse mindestens eine Öffnung umfasst, die in Verbindung mit dem Spülgas aus dem Filter angeordnet ist, und auf die ein Unterdruck ausgeübt wird.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Sammelbereiche eine oder mehrere Fallen umfassen, die über dem Inneren angeordnet sind, und konfiguriert sind, um die Verunreinigung einzufangen.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, wobei der Einlass einen Abdeckungsschieber umfasst; und/oder wobei der Auslass einen Abdeckungsschieber umfasst; und/oder wobei das Linsenelement eine einzelne Linse oder eine einzelne Gruppe von Linsen umfasst.
Ein Laserbearbeitungskopf zum Richten eines Laserstrahls, wobei der Laserbearbeitungskopf folgendes umfassend: - ein Gehäuse, das ein Inneres zum Durchgang eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse von einem Einlass zu einem Auslass aufweist; - einen ersten Reflektor, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, und den Laserstrahl entlang der optischen Achse vom Einlass reflektiert; - einen zweiten Reflektor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und den Laserstrahl vom ersten Reflektor entlang der optischen Achse zum Auslass hin reflektiert; - ein Linsenelement, das im Inneren des Gehäuses zwischen dem ersten und zweiten Reflektor angeordnet ist, wobei das Linsenelement entlang der optischen Achse beweglich ist, und konfiguriert ist, um eine Brennweite des Laserstrahls einzustellen; - eine oder mehrere Düsen, die konfiguriert sind, um Spülgas über einen oder mehrere von dem ersten Reflektor, dem zweiten Reflektor und dem Linsenelement zu richten; und - einen oder mehrere Sammelbereiche, die im Inneren angeordnet und konfiguriert sind, um vom Spülgas gerichtete Verunreinigung zu sammeln.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: - mindestens eines von: (i) einer Quelle, die in Verbindung mit der einen oder den mehreren Düsen angeordnet ist, und konfiguriert ist, um das Spülgas zu der einen oder den mehreren Düsen zu richten, und (ii) einem Abfluss, der in Verbindung mit dem Gehäuse angeordnet ist, und konfiguriert ist, um das Spülgas aus dem Gehäuse zu ziehen; und - eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um das mindestens eine von der Quelle und dem Abfluss zu betreiben.
Der Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, wobei mindestens einer von dem ersten und zweiten Reflektor in dem Gehäuse beweglich ist; und wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um mindestens eines von: (a) dem Linsenelement und (b) dem mindestens einen von dem ersten und zweiten Reflektor in Bezug auf den Betrieb des mindestens einen von der Quelle und der Pumpe zu bewegen.
Eine Laserschneidmaschine, die mit einer Laserquelle verwendet wird, um ein Werkstück zu schneiden, wobei die Maschine folgendes umfasst: - einen Laserbearbeitungskopf, der Laserstrahlung von der Laserquelle empfängt, wobei der Laserbearbeitungskopf mindestens beinhaltet: - ein Gehäuse, das ein Inneres zum Durchgang der Laserstrahlung entlang einer optischen Achse von einem Einlass zu einem Auslass aufweist; - mindestens einen Reflektor, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, und die Laserstrahlung entlang der optischen Achse zwischen dem Einlass und dem Auslass reflektiert; - ein Linsenelement, das im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Linsenelement entlang der optischen Achse beweglich ist, und konfiguriert ist, um eine Brennweite der Laserstrahlung über den Auslass hinaus einzustellen; - eine oder mehrere Düsen, die konfiguriert sind, um Spülgas über eines oder mehrere von dem mindestens einen Reflektor und dem Linsenelement zu richten; und - einen oder mehrere Sammelbereiche, die im Inneren angeordnet und konfiguriert sind, um vom Spülgas gerichtete Verunreinigung zu sammeln; und - ein Stellglied, das den Laserbearbeitungskopf trägt und konfiguriert ist, um den Laserbearbeitungskopf in Bezug auf das Werkstück zu manipulieren.
Die Laserschneidmaschine nach Anspruch 18, ferner umfassend: - mindestens eines von: (i) einer Quelle, die in Verbindung mit der einen oder den mehreren Düsen angeordnet ist, und konfiguriert ist, um das Spülgas zu der einen oder den mehreren Düsen zu richten, und (ii) einem Abfluss, der in Verbindung mit dem Gehäuse angeordnet ist, und konfiguriert ist, um das Spülgas aus dem Gehäuse zu ziehen; und - eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um das mindestens eine von der Quelle und dem Abfluss zu betreiben.
Die Laserschneidmaschine nach Anspruch 19, wobei der mindestens eine Reflektor in dem Gehäuse beweglich ist; und wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um mindestens eines von: (a) dem Linsenelement und (b) dem mindestens einen Reflektor in Bezug auf den Betrieb des mindestens einen von der Quelle und der Pumpe zu bewegen.