CN109562488A - 用于将光学***引入到激光加工头的射束路径中的装置和具有该装置的激光加工头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于选择性地将光学***(10)引入到激光加工头的激光束中的装置，所述装置包括：光学***(10)和用于运动所述光学***(10)的运动单元(20)，其中，所述运动单元(20)包括驱动元件(210)和至少一个耦合元件(220)，所述耦合元件将所述光学***(10)与所述驱动元件(210)耦合。

Description

用于将光学***引入到激光加工头的射束路径中的装置和具 有该装置的激光加工头

技术领域

本发明涉及一种用于将光学***(例如射束成形光学***)引入到激光加工头的射束路径中的装置和一种具有该装置的激光加工头。在此，激光加工头表示借助激光束进行材料加工的装置，优选地是用于激光焊接或激光切割的装置。

在借助激光束进行材料加工(例如激光焊接或激光切割)的过程中，从激光源(例如光导纤维的端部)发出的激光束借助射束引导和聚焦光学***聚焦到待加工的工件上。随后由射束引导和聚焦光学***的单个光学元件的光学数据得出焦点的直径(即激光源在工件上成像的直径)。如果标准情况下使用具有准直光学***和聚焦光学***的激光加工头，其中，通过光导纤维输送激光，则由纤芯直径和聚焦焦距的乘积除以准直焦距得出焦点直径。为了进行激光切割(根据板材厚度)需要不同的焦点直径、即焦点中的激光束直径。在此，待切割的材料的厚度越大，激光束直径应越大。例如，对于5mm以内的板材厚度使用约为125μm的焦点直径，而在切割5mm至10mm厚的板材的情况下则使用两倍大的焦点直径，即期望的是约为250μm的焦点直径。自10mm的板材厚度起使用引导和聚焦光学***，所述光学***提供约为600μm的焦点直径。在大的焦点直径的情况下也能够有利的是在焦点中构造强度分布的环形轮廓，因为由此得到切口中更均匀的温度分布。因此能够更有效地通过切割气体排出熔体。

为了能够高质量地加工尽可能广泛的材料和板材厚度，现代的激光加工头需要能够调节在工件上相应优化地适用的激光束特性，尤其能够调节焦点直径或激光功率密度分布。

射束成形光学***能够用于匹配激光束特性。射束成形光学***具有一个光学***或多个光学***，用于将激光束特性(例如功率密度分布、焦点直径和/或激光束形状)匹配于待加工工件的厚度(薄板材/厚板材)、工件的材料(铝、不锈钢、结构钢......)或加工步骤(穿刺、定轮廓、标记......)。

背景技术

由EP 2 711 121 A1已知一种激光加工装置，其中，能够通过选择性地将不同的准直透镜引入到射束路径中改变激光束的射束直径和瑞利长度(Rayleigh-)。为此，接收在透镜支架中的准直透镜能够通过切换单元，或者垂直于光学轴线直线地或者以平行于光学轴线的旋转轴线旋转地运动到激光束中或从中运动出。

通常，光学***(尤其射束成形光学***)被托座完全包围。因此，必须在将光学***引入到激光束的射束路径中或从中移除之前切断激光束，从而避免激光束在托座上发生不受控制的反射并且确保人员的激光安全性和激光加工头的寿命。此外，在接通激光放射后，激光束特性也许不会立即是恒定的，从而在接通后等待一定时间会是必要的。然而，在将光学***引入或移除的过程中所需的激光放射中断对于加工持续时间有负面影响并且使过程控制复杂化。

发明内容

本发明基于以下任务：提供一种装置，用于选择性地将光学***(尤其射束成形光学***，例如用于形成焦点中的环形轮廓)引入到激光加工头的射束路径中，以及提供一种具有上述装置的用于借助激光束进行材料加工的装置(尤其用于激光切割，例如激光加工头)，其中，在确保激光安全性和结构紧凑的情况下，所述装置实现光学***在激光束中的快速接通和断开或者实现对激光束特性的快速匹配。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的用于选择性地引入光学***的装置和具有该装置的激光加工头解决。在从属权利要求中说明本发明的有利构型和扩展方案。

本发明基于以下构思：使用运动单元，所述运动单元具有驱动元件和在光学***与驱动元件之间的耦合元件，以便将光学***移入和移出射束路径。

根据本发明，用于选择性地将光学***引入到激光加工头的射束路径中的装置包括光学***(例如射束成形光学***)和用于运动该光学***的运动单元。优选地，运动单元定向为使光学***从射束路径外的第一位置运动到射束路径中的第二位置中，和/或反过来从第二位置到第一位置中。换句话说，光学***的第一位置位于该装置(或激光加工头)的光学轴线外，并且光学***的第二位置位于光学轴线上。当该装置安装在激光加工头中时，该装置的光学轴线在此相应于激光加工头的光学轴线。运动单元能够包括驱动元件和耦合元件，其中，耦合元件定向为用于将光学***与驱动元件耦合。

该装置还能够具有用于保持光学***的托座。运动单元能够固定在托座上。所述托座能够构型为除了敞开的周缘区域外该托座仅部分地包围光学***。通过具有部分侧边托座(该托座空出了光学***所谓的敞开的周缘区域)的光学***能够在接通激光期间将光学***引入到射束路径中，而不存在由于在托座上发生不受控制的反射而产生对人员和仪器的危险。换句话说，在激光加工头中能够实现高功率激光的持续运行，其中，能够以快速的切换时间没有危险地在运行期间匹配激光束特性。

所述敞开的周缘区域能够构型成在光学***运动到激光束中时使得激光束(仅仅或主要)横穿该敞开的周缘区域。因此，在将光学***引入或移除时激光束不会碰到托座，从而在托座上不会产生激光反射。为此，敞开的周缘区域能够相应于穿过光学***的激光束的至少一个直径。更准确地说，由敞开的周缘区域所形成的弦的长度能够大于或等于激光束直径，即，如果将光学***引入到准直的射束中，则该弦的长度大于或等于准直的激光束的直径。以这种方式，光学***能够从射束路径中移除或添入其中而不必中断激光放射，因为在托座处不存在发生不受控制的反射的危险。

如果光学***具有圆形的周缘，则能够沿该周缘上的具有小于360°(例如小于270°或180°)的开口角或中心角的圆弧段构造所述托座。当然，光学***也能够成形为矩形、特别是正方形，其中，托座沿光学***的周缘的一部分构造。优选地，托座包围光学***周缘的至少一半，即对应于180°的中心角。

驱动元件能够手动运行，并且包括例如调节螺栓或诸如此类。替代地，驱动元件能够自动运行。例如，驱动元件能够包括以下元件中的至少一个元件：马达(例如旋转马达)和/或线性马达、压电装置、气动缸、电动缸和磁缸。

运动单元能够定向为用于使光学***围绕处在垂直于装置或激光加工头的光学轴线的平面中的旋转轴线摆动或转动。在此，光学***的应被光学射束穿过的光学面具有面法线，所述面法线在从第一位置运动到第二位置中时从垂直于光学轴线的定向运动到平行于光学轴线的定向中。运动单元还能够定向为用于使光学***围绕处于平行于装置或激光加工头的光学轴线的旋转轴线摆动或旋转。即，运动单元能够定向为用于使光学***在垂直于光学轴线的平面中转动。因此，光学***能够在垂直于光学轴线的平面中沿圆周运动。在此，光学***的光学面的面法线既能够在第一位置中也能够在第二位置中平行于光学轴线地定向。此外，运动单元能够定向为用于使光学***直线地在垂直于光学轴线的平面中运动。在此，运动单元能够将光学***推到或拉到射束路径中或者从所述射束路径推出或拉出。

根据一个实施方式，运动单元能够包括轴，所述轴固定在光学***的托座上，并且光学***能够围绕所述轴摆动。优选地，该轴在一个端部上与驱动元件(例如旋转马达)连接。该轴线在另一端部上能够支承在引导元件(例如转动轴承)中。

根据另一实施方式，运动单元能够包括第一关节杆或剪式杆和第二关节杆或剪式杆。第一关节杆能够布置在马达(例如旋转马达)和第二关节杆之间。第二关节杆能够与光学***的托座连接。这些关节杆能够布置在垂直于光学轴线的平面中(“水平式关节杆组件”)或平行于光学轴线的平面中(“竖直式关节杆组件”)。

优选地，运动单元还包括用于引导光学***运动的至少一个引导元件。引导元件能够与光学***的托座耦合。作为引导元件能够使用例如轨道、槽、滑动引导装置、滚珠引导装置、滚子引导装置、交叉滚子引导装置、转动轴承或诸如此类。引导元件能够设置在光学***的一侧上，或两侧地设置，即设置在光学***的对置侧上。引导元件能够直线地(例如平行于线性运动方向地)构造。由此能够引导光学***的线性运动。在光学***的旋转运动的情况下，引导元件能够布置在垂直于旋转轴线的平面中。尤其引导元件能够在平行于光学轴线的平面中弧形地或弯曲地构造。由此能够在使用关节杆机构时产生摆动运动，该摆动运动具有垂直于光学轴线的旋转轴线。替代地，引导元件能够包括多个引导区段，所述引导区段布置在垂直于旋转轴线的平面中。在此，相邻的引导区段能够互相构成90°至180°之间的角度。由此，光学***能够(例如通过使用竖直式关节杆组件)沿引导元件以垂直于光学轴线的旋转轴线转动这个角度。

优选地，运动单元包括至少一个耦合元件，例如轴、关节杆对、柱、活塞、磁极滑块、丝杠、带驱动装置或凸轮盘。耦合元件能够将光学***与驱动元件连接。优选地，耦合元件与光学***的托座连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于借助激光束进行材料加工的激光加工头，所述激光加工头包括用于选择性地将光学***(例如射束成形光学***)引入到激光加工头的激光束中的根据前述实施方式之一的装置。该激光加工头还能够包括壳体，所述壳体包围激光加工头的射束路径。该装置能够集成在激光加工头中。该装置能够例如布置在激光加工头的壳体中或固定在该壳体上。该装置能够包括支架，该支架构成壳体的一部分并且具有对应于激光加工头的射束路径的开口。在这种情况下，光学***能够布置在支架中，使得该光学***能够被运动单元运动到所述开口中。

为了进一步减少在引入和引出时在光学***上发生反射的影响，还能够设置有用于吸收在激光加工头中反射的辐射的吸收剂。例如，所述吸收剂包括激光加工头的壳体内侧的吸收涂层。优选地，所述吸收剂布置在激光加工头的壳体中的下述区域，在光学***运动时反射的辐射碰在所述区域中。尤其吸收剂能够设置在壳体的下述区域中，反射的最大激光辐射碰到所述区域上。在一个实施例中，吸收剂相邻于光学***地布置。替代地或附加地，激光加工头能够具有用于(例如通过水)冷却壳体的冷却单元，以便从激光加工头排出由于吸收反射的激光辐射产生的热。冷却单元能够布置在壳体的下述区域中，在光学***上反射的辐射、尤其反射的最大辐射碰在该区域中。冷却单元能够布置在吸收剂附近。这尤其在使用运动单元时是有利的，所述运动单元用于以相对于光学轴线不等于90°的角度运动光学***，例如所述运动单元用于将光学***以垂直于光学轴线的旋转轴线转动。

优选地，用于选择性地引入光学***的装置布置在激光加工头的射束路径中的聚焦光学***(例如聚焦透镜)之前。优选地，该装置布置在准直的激光束中。特别优选地，所述光学***布置在用于扩大激光束的准直光学***与聚焦光学***之间。

附图说明

下面示例性地根据附图详细阐明本发明。其示出：

图1激光加工头中的射束路径的示意性视图，所述激光加工头具有用于选择性地引入光学***的根据本发明的装置，

图2A至2C具有部分侧边托座的光学***，

图3A根据本发明的装置的示意性侧视图，所述装置用于以垂直于光学轴线的旋转轴线选择性地引入光学***(无支架)，

图3B图3A的装置的示意性俯视图，

图3C图3A的装置的示意性3D视图，所述装置具有用于保持在激光加工头上的支架，

图3D在将图3A的装置引入或移出激光头的射束路径时的反射的示意图，

图3E用于示出在将图3A的装置引入或移出激光头的射束路径时激光头中的反射损失的图像，

图3F根据本发明的装置的示意性侧视图，所述装置用于以平行于光学轴线的旋转轴线选择性地引入光学***，

图4A根据本发明的装置的示意性俯视图，所述装置用于在使用水平式关节杆组件的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，

图4B根据本发明的装置的示意性俯视图，所述装置用于在使用竖直式关节杆组件的请款下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，

图5A具有两个引导区段的根据本发明的装置的示意性侧视图，所述装置用于以垂直于光学轴线的旋转轴线选择性地引入光学***，

图5B根据本发明的装置的曲线形引导元件的示意性侧视图，所述装置用于以垂直于光学轴线的旋转轴线选择性地引入光学***，

图6根据本发明的装置的示意性俯视图，用于在使用压电装置或线性马达的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，

图7A根据本发明的装置的示意性俯视图，用于在使用气动缸或电动缸的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，

图7B根据本发明的装置的示意性俯视图，用于在使用磁缸的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，

图8根据本发明的装置的示意性俯视图，用于在使用丝杠的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，

图9根据本发明的装置的示意性俯视图，用于在使用带驱动装置的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***，和

图10根据本发明的装置的示意性俯视图，用于在使用凸轮盘的情况下选择性地以垂直于光学轴线的线性运动引入光学***。

附图中，互相对应的构件配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了激光加工头中的安装状态中的装置100，所述装置用于选择性地将光学***10引入到激光加工头的射束路径中。在这个示例性的布置中，装置100布置在准直光学***17和聚焦透镜15之间的准直的激光束14中。从光导纤维16发出的发散的激光束被准直光学***17转变为平行的或准直的激光束14，所述平行的或准直的激光束被聚焦透镜15聚焦到工件18上。替代地，具有光学***10的装置100也能够在射束路径中布置在聚焦透镜15之后。装置100通常也能够布置在发散的或收敛的激光束中。

装置100包括光学***10(如射束成形光学***，例如透镜、透光学***、透镜阵列、均束器、衍射光学元件、轴棱镜、轴棱镜阵列、多面光学***和诸如此类)和运动单元20，光学***10能够通过该运动单元在第一位置和第二位置之间往复运动。运动单元20能够包括驱动元件210并且可选地包括耦合元件220，该耦合元件将驱动元件210和光学***10相互耦合。装置100还能够具有支架30，在该支架中布置有光学***10和装置100的其他可能的元件(例如运动单元20或它的部件)。在支架30中构造开口40，所述开口限定该装置的射束路径。优选地，装置100的光学轴线OA或射束路径穿过开口40的中心点。在装置100的安装状态中，该装置的射束路径相应于激光加工头的射束路径，即激光射束穿过开口40。因此，在装置100的安装状态中，装置100的光学轴线OA相应于激光加工头的光学轴线。支架30还能够具有固定件，以便将装置固定在激光加工头的壳体上，使得该装置的光学轴线和激光加工头的光学轴线相应地彼此定向。

因此，光学***10能够通过装置100可运动地支承在激光加工头中，从而例如能够选择性地接通和切断在焦点平面中的强度分布的射束成形。为了在激光接通的情况下实现切换过程，光学***10(如图2A至2C中所示)具有托座12，所述托座仅包围光学***10的周缘11的一部分并空出了自由的或敞开的周缘区域11a。因此，光学***10的托座12仅沿光学***10的周缘11的部分侧边构造。优选地，托座12沿光学***10的周缘11的半侧构造。因此，光学***10具有未被托座12包围的敞开的周缘区域11a。光学***10能够由任意形状的基底构成，并且具有例如圆形、椭圆形、矩形、正方形、三角形或多边形的周缘11。在圆形周缘11的情况下，能够例如沿中心角<360°的圆弧段构造托座12。优选地，所产生的自由的或敞开的周缘区域11a至少与光学***10被引入到激光束中的位置处的激光束一样宽，即在图1中所示的实施例中与准直的激光束14一样宽。

这具有以下优点：能够将光学***10从射束路径移除或添入其中而不必中断激光放射。因为在托座12上不存在发生不受控制的反射的危险。即使激光束在此照射到光学***10的那些不属于所谓的通光孔径(Clear Aperture)的边缘面时，可能产生的背反射对现代的高功率激光源来说也没有危险。即使在激光束运动越过光学***10的边缘时也只存在损坏光学***10的小的危险，因为光学***10优选地由适用于高功率激光的玻璃制成。尤其光学***10应能够以足够高的速度运动到激光束中或从激光束中移出，使得与激光辐射相互作用的持续时间足够短。

即使激光放射在切换过程期间中断，也得到停机时间(Totzeit)减少的优点，因为仅需在激光照射到光学***10的质量上不满足的边缘区域期间才切断激光。该边缘区域的径向伸展尺寸R通常由光学***10的规格根据以下公式得出：R＝(D-CA)/2，其中：R为边缘区域的径向伸展尺寸、D为光学基底直径并且Ca为通光孔径的直径。

在一个实施例中，光学***10可垂直于装置100或激光加工头的光学轴线OA运动并且因此能够例如通过线性运动被移入或移出射束路径。替代地，光学***10能够通过转动运动到射束路径中或从该射束路径中移除，所述转动具有平行于或垂直于光学轴线OA的旋转轴线。光学***10能够手动地或自动地(例如通过马达运行)运动。

图3至图10中示出了根据本发明的装置100的实施例，所述装置用于选择性地将光学***10引入装置100的射束路径中。为了简化示图，在大多数情况中未示出托座30。在此，光学***10的敞开的周缘区域11a朝运动方向构造，使得在将光学***10引入或移开期间激光束穿过该敞开的周缘区域11a。

根据图3A至3C的装置100定向为用于使光学***10以垂直于装置100的光学轴线OA的旋转轴线转动，优选地转动≥90°的角度。图3A示出了示意性的侧视图，其中，光学***10从射束路径外部的第一位置A(虚线)运动到射束路径中的或光学轴线OA上的第二位置B中。轴221固定在光学***10的托座12上，光学***10能够围绕所述轴转动或者翻转或倾翻。轴221垂直于装置100的光学轴线OA地延伸。图3B中示出了这个布置的俯视图。轴221在一个端部上与驱动元件210(例如旋转马达)连接。所述旋转马达能够以附加的传动机构实现。因此，轴221在这个实施例中用作耦合元件220。轴221在另一端部上能够支承在引导元件230(例如转动轴承)中。光学***10沿弯曲的箭头的方向摆动。也能够在轴221的两侧上都安装引导元件230(或转动轴承)，用于持续稳定的旋转。在此，能够将第二引导元件230布置在轴221和驱动元件210之间。

图3C中立体地示出装置100，其中也示出了支架30。支架30具有固定件31，所述固定件用于将装置固定在激光加工头上。图3C中，支架30在一侧上敞开并且在对置的侧上具有开口40，通过所述开口引导该装置的光学轴线OA。由于水平空间需求小，图3A至3C中所示的装置100尤其有利。具有翻转机构的这个实施例的特征在于：第一位置A和第二位置B之间的短的切换过程持续时间、紧凑且轻的结构、小的磨损和低的成本。

在根据本发明的装置100中存在发生反射损失的危险，在该装置中，光学***10在引入/引出期间倾翻或翻转，在此期间所述光学***因此不与光学轴线形成直角。

通常光学***10(例如射束成形光学***)设有抗反射涂层。这种涂层决不是完美的且具有一定的残余反射率，在特定的波长范围和入射角范围内通常<0.5％。如果光学***定位在准直的射束中，则能够选用具有针对约为0°的小角度优化的反射率的光学***10。

在引入状态中，光学***10产生沿光学轴线OA(即沿光导纤维16的方向)的背反射。这种反射通常对于纤维或激光没有危险。然而，如果光学***10在引出/引入期间翻转，则该反射会因此碰到激光加工头的壳体的内部部件或内壁上。图3D中示出光学***10在不同翻转角度的情况下的反射。图3E中示出反射损失关于翻转角度的图像示图。因为入射角随翻转角度增大，当抗反射涂层的反射率针对0°的小角度优化时，该抗反射涂层的反射率也增加。此外，光学***的反射面也根据光学***10的直径自一定的翻转角度开始减小，在图3D中约自40°开始。因此，存在实现最大反射功率的的角度。在图3D和3E中所示的实施例中，该最大反射功率在约为65°的翻转角度时实现。因此，最大的损失约为11％。

为了避免由于反射光而在加工头中形成散射光和/或损伤，优选地在所述头中(例如在最大功率出现的区域中)设置用于吸收反射的辐射的吸收剂。这能够例如通过激光加工头的壳体内侧的吸收涂层实现。因此，反射的功率有效地转变为加热壳体。为了从头部导出这些热还能够对壳体进行冷却(例如通过水)，该冷却尤其在吸收剂附近循环。

对于图3A至3C中示出的具有垂直于该装置的光学轴线的旋转轴线的装置，替代地，在根据本发明的一个实施例的装置中能够设置平行于光学轴线的旋转轴线，从而光学***10能够通过运动单元20摆动到射束路径中，如图3F中所示。

图4A和4B中示出了装置100，在该装置中，光学***10能够通过处于直线平移运动中的关节杆或剪式杆组件垂直于光学轴线OA地运动。图4A中示出了所谓的水平关节杆或剪式杆组件，其中，第一关节杆222和第二关节杆223布置在垂直于光学轴线OA的平面中或平行于运动方向的平面中。第一关节杆222在其第一端部处与驱动元件210(例如旋转马达)连接，并且在其第二端部处与第二关节杆223的第一端部连接。第二关节杆223的第二端部与光学***10或与托座12连接。在托座12的一侧上或两个对置的侧上设置直线式引导元件230，例如设置交叉滚子引导装置。如果现在第一关节杆222通过驱动元件210转动，则将该转动通过第二关节杆传递到光学***10上并且通过至少一个引导元件230转换为直线运动。

图4B示出了所谓的竖直式关节杆或剪式杆组件，其中，第一关节杆222和第二关节杆223布置在平行于光学轴线OA的平面中或布置在垂直于运动方向的平面中。第一关节杆22再次在其第一端部处与驱动元件210(例如旋转马达)连接，并且在其第二端部处与第二关节杆223的第一端部连接。第二关节杆223的第二端部又与光学***10或与托座12连接。在此，也能够在托座12的一侧上或两侧上设置引导元件230(例如交叉滚子引导装置)，以便引导直线运动。在第一位置A和第二位置B之间的切换过程的短持续时间、紧凑的且轻的结构方面并且由于小的磨损和低的成本，这个具有竖直式关节杆组件的实施例(参见图4B)尤其与根据图5A或5B中所示实施例的引导装置组合是有利的。

图5A和5B中示出了装置100的另一实施例，其中，光学***10能够以垂直于光学轴线OA的旋转轴线在第一位置A和第二位置B之间往复运动。未示出运动单元20自身，而是仅示出了引导元件230和光学***10。图5A和5B中所示的实施例能够与上述关节杆组件中的一个组合，优选地与图4B的垂直式关节杆组件组合。代替(如图4A和4B中所示的)在两侧布置的直线式引导元件230，能够使用具有多个引导区段231和232的引导元件230(如图5A所示)，或使用弯曲的引导元件230(如图5B所示)，以便实现光学***10垂直于光学轴线OA的旋转运动。

图5A中示出了光学***10沿L形引导元件230运动的侧视图。引导元件230由第一引导区段321和垂直于该第一引导区段布置的第二引导区段232组成。然而，两个引导区段231和232不必布置成彼此垂直，而是能够构成例如相互在90°和180°之间的角度。这种引导元件230能够布置在光学***10的一侧或两个对置的侧上，以便可靠地引导光学***10。图5B中示出了引导元件230的一个替代的实施方式。在此，该引导元件230是弧形的或弯曲的，以便沿这个弯曲来引导光学***10。图5A和5B中所示的装置能够将线性运动转变为光学***10的旋转运动。在此，与图3A至3C所示的实施方式相比，减小了在运动期间交叉的体积。因此，激光加工头的其他构件能够更靠近光学***10地定位。驱动元件210能够节省空间地定位在处在位置A中的光学***10旁边或下方。此外，与图3A至3C所示的实施方式相比，略微减小了切换过程期间的空气阻力或空气旋流。

图6中示出了具有直接驱动装置的装置100，其中，光学***10借助具有线性马达的压电装置沿着锚固在支架30(图6中未示出)中的柱224以垂直于光学轴线的直线平移运动的方式运动。在光学***10的侧上能够设置引导元件230，例如设置交叉滚子引导装置。

图7A中示出了与图6中类似的布置，然而却以具有线性马达的气动缸或电动缸作为驱动元件210，所述气动缸或电动缸通过作为耦合元件220的活塞225将光学***10以垂直于光学轴线OA的直线运动往复运动。图7B中示出了另一实施方式，其中，将旋转马达用作驱动元件210，并且将具有磁极滑块229b的磁缸229a用作耦合元件220。磁缸229a通过马达旋转，其中，固定在光学***10上的磁极滑块229b与光学***10一同由于磁极变化而移动。在图7A和7B中所示的实施方式中，能够附加地在光学***10的至少一侧上(即在光学***10的与驱动元件210和耦合元件220对置的一侧上)设置有引导元件230(如交叉滚子引导装置)。

图8中示出了装置100，其中，光学***10借助作为耦合元件220的丝杠226和作为驱动元件210的旋转马达以垂直于光学轴线OA的直线平移运动的方式运动。通过丝杠226的转动沿直线式引导元件230(例如交叉滚子引导装置)引导光学***10。

图9中示出了装置100，其中，光学***10借助带驱动装置运动。在此，旋转马达210的转动运动通过固定在滚子227a上的带227b转变为平移运动，从而光学***10以垂直于光学轴线的直线运动的方式移入或移出射束路径。在此，带227b在与马达210耦合的滚子227a上卷起和展开，由此马达210的转动运动转变为光学***10的直线运动(亦参见专利申请DE10 2014 101 477)。在光学***10的一侧上，能够在引导元件230(例如交叉滚子引导装置)中引导托座12。

图10中示出了装置100，其中，借助凸轮盘228a和在两侧设置的引导元件230将驱动元件210的转动运动转变为光学***10的垂直于光学轴线OA的直线运动。安装在托座12上的弹簧元件228b能够布置为使得在凸轮盘228a回位转动时该弹簧元件确保光学***10从射束路径中运动出来。

因此，根据本发明提供了一种用于将光学***引入到激光加工头的射束路径中的装置，该装置能够实现在高功率激光放射期间的无危险切换、快速的切换时间、小的磨损、紧凑的结构和低的重量。由于短的切换时间能够实现高的节拍速度并且确保激光安全性和所述头的持续运行/寿命。对于用户而言，光学***的使用是可选的、自动的、快速的和安全的，从而用户能够根据需求调整激光束特性，并且能够电子地切换和编制这种转换。

Claims (17)

1.一种用于将光学***(10)选择性地引入到激光加工头的激光束中的装置，其包括：

-光学***(10)，和

-用于使所述光学***(10)运动的运动单元(20)，

其中，所述运动单元(20)包括驱动元件(210)和至少一个耦合元件(220)，所述耦合元件将所述光学***(10)与所述驱动元件(210)耦合。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动单元(20)定向为使得所述光学***(10)围绕处于垂直于所述装置的光学轴线(OA)的平面中的旋转轴线运动或者围绕平行于所述装置的光学轴线(OA)的旋转轴线运动。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述耦合元件(220)包括轴(221)，所述轴垂直于所述装置的光学轴线(OA)延伸并且所述光学***(10)能够围绕所述轴翻转。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述运动单元(20)包括第一关节杆和第二关节杆(222、223)，其中，所述第一关节杆(222)的第一端部与驱动元件(210)耦合，所述第一关节杆(222)的第二端部与所述第二关节杆(223)的第一端部连接，并且所述第二关节杆(223)的第二端部与所述光学***(10)连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述关节杆(222、223)布置在垂直于所述装置的光学轴线的平面中或者平行于所述装置的光学轴线(OA)的平面中。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述运动单元(20)包括用于引导所述光学***(10)的运动的至少一个引导元件(230)，所述引导元件与所述光学***(10)耦合。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述引导元件(230)平行于运动方向直线地构造或在平行于所述装置的光学轴线(OA)的平面中弧形地构造。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述引导元件(230)包括至少两个引导区段(231、232)，所述引导区段互相构成90°至180°之间的角度，其中，所述光学***(10)沿所述引导元件(230)以所述角度转动。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述运动单元(20)定向为使得所述光学***(10)在垂直于所述装置的光学轴线(OA)的平面中线性地运动。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述运动单元(20)定向为使得所述光学***(10)从所述装置的射束路径外的第一位置(P1)运动到所述射束路径中的第二位置(P2)中。

11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述耦合元件(220)包括从以下元件中选出的至少一个元件：轴(221)、关节杆对(222、223)、柱(224)、活塞(225a)、具有磁极滑块(229b)的磁缸(229a)、丝杠(226)、带(227)和凸轮盘(228a)。

12.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其还具有用于保持所述光学***(10)的托座(12)，其中，所述托座(12)包围所述光学***(10)的除了敞开的周缘区域(11a)以外的周缘(11)。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述光学***(10)的敞开的周缘区域(11a)相应于所述装置的射束路径的至少一个直径。

14.根据上述权利要求12或13中任一项所述的装置，其中，所述光学***(10)具有圆形的周缘(11)，并且所述托座(12)沿所述周缘(11)的具有小于360°的中心角的圆弧段构造。

15.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其还包括支架(30)，所述支架能够固定在所述激光加工头的壳体上并且具有相应于所述装置的射束路径的开口(40)，其中，所述运动单元(20)定向为使得所述光学***(10)运动到所述开口中。

16.一种用于借助激光束进行材料加工的激光加工头，其包括根据前述权利要求中任一项所述的装置，用于将光学***(10)选择性地引入到所述激光加工头的激光束中。

17.根据权利要求16所述的激光加工头，其还包括：

-壳体；和

-在所述壳体的内壁上的吸收剂和/或冷却单元，所述吸收剂用于吸收反射的激光辐射，所述冷却单元用于冷却所述壳体。