激光材料加工机的光学元件、具有光学元件的激光加工头和用于运行激光加工机的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103717346 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103717346 A (21)申请号 201280032176.4 (22)申请日 2012.06.12 102011078359.8 2011.06.29 DE B23K 26/70(2014.01) G02B 27/00(2006.01) (71)申请人 通快机床两合公司 地址 德国迪琴根 (72)发明人 J-M韦克 T鲁普 D韦埃斯 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 侯鸣慧 (54) 发明名称 激光材料加工机的光学元件、 具有光学元件 的激光加工头和用于运。

2、行激光加工机的方法 (57) 摘要 为了装入到激光材料加工机中而确定的光学 元件 （2） ， 所述光学元件具有一在所述激光材料 加工机运行中在光学上不使用的和 / 或不被激光 束作用的表面， 其中， 在该表面的区域内布置有一 应答器 （7） ， 所述应答器包含关于所述光学元件 （2） 的可读出的信息。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.12.27 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/061086 2012.06.12 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/000700 DE 2013.01.03 (51)Int.Cl. 权利要求书。

3、 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103717346 A CN 103717346 A 1/2 页 2 1. 为了装入到激光材料加工机中而确定的光学元件 （2） ， 所述光学元件具有一在所述 激光材料加工机运行中在光学上不使用的和 / 或不被激光束作用的表面， 其中， 在该表面 的区域内布置有一应答器 （7） ， 所述应答器包含关于所述光学元件 （2） 的可读出的信息。 2. 根据权利要求 1 所述的光学元件， 其特征在于， 所述应答器 （7） 是可写的。 3. 根。

4、据前述权利要求之一所述的光学元件， 其特征在于， 所述表面是所述光学元件 （2） 的周向面。 4. 根据权利要求 3 所述的光学元件， 其特征在于， 所述应答器 （7） 布置在所述周向面 上。 5. 根据前述权利要求之一所述的光学元件， 其特征在于， 所述表面、 尤其所述周向面具 有一平坦的区段 （15） 、 尤其一平整的表面磨削部或者表面切削部， 所述应答器 （7） 布置在 其上。 6. 根据前述权利要求之一所述的光学元件， 其特征在于， 涉及所述光学元件 （2） 的历 史和 / 或状态的信息存储在所述应答器 （7） 中。 7. 根据前述权利要求之一所述的光学元件， 其特征在于， 所述应答器。

5、 （7） 构造为 RFID 应答器。 8. 激光加工头 （1） ， 具有一用于一光学元件 （2） 的保持装置 （17） ， 其特征在于， 设置有 根据前述权利要求之一所述的光学元件 （2） ， 其中， 所述激光加工头 （1） 此外具有一读和 / 或写装置 （8） ， 所述读和 / 或写装置配置给所述光学元件 （2） 的所述应答器 （7） 。 9. 根据权利要求 8 所述的激光加工头， 其特征在于， 在用于所述光学元件 （2） 的所述保 持装置 （17） 上设置有一用于位态正确地装入所述光学元件 （2） 的定向辅助装置。 10. 根据前述权利要求 8 或 9 所述的激光加工头， 其特征在于， 所。

6、述光学元件 （2） 布置 在一高压室 （12） 中， 在所述激光加工头 （1） 运行中， 一种气体在高压下布置在所述高压室 中， 并且， 所述读和 / 或写装置 （8） 布置在一低压室 （13） 中， 在所述激光加工头 （1） 运行中， 一种气体在比所述高压室 （12） 中的压力相比较低的压力下布置在所述低压室中， 其中， 所 述高压室 （12） 和所述低压室 （13） 由一壁部 （9） 分开， 所述壁部至少在一个区域内具有非金 属材料。 11. 根据权利要求 10 所述的激光加工头， 其特征在于， 所述壁部 （9） 具有一通孔 （10） ， 所述通孔通过一由非金属材料制成的元件 （11） 关。

7、闭。 12. 根据权利要求 10 或 11 所述的激光加工头， 其特征在于， 所述光学元件 （2） 布置在 一透镜筒 （3） 中， 所述透镜筒的壁部 （9） 具有一通过一由非金属材料制成的元件 （11） 关闭 的通孔 （10） 。 13. 根据权利要求 12 所述的激光加工头， 其特征在于， 由非金属材料制成的所述元件 （11） 粘入到所述通孔 （10） 中。 14. 用于运行激光材料加工机的方法， 所述方法具有以下方法步骤 ： a. 将一光学元件 （2） 装入到所述激光材料加工机的激光加工头 （1） 中， 所述光学元件 具有一应答器 （7） ； b. 读出存储在所述应答器 （7） 中的、 涉。

8、及所述光学元件 （2） 的信息的至少一部分 ； c. 通过所述激光材料加工机的控制装置来分析所读出的信息。 15. 根据权利要求 14 所述的方法， 其特征在于， 读出以下信息中的至少一项作为涉及 权 利 要 求 书 CN 103717346 A 2 2/2 页 3 所述光学元件 （2） 的信息 ： 材料编号、 序列号、 制造者、 生产日期、 批号、 投入运行日期、 原材 料、 发射率、 对检测波长的透射。 16. 根据前述权利要求 14 或 15 所述的方法， 其特征在于， 涉及所述光学元件 （2） 的使 用的信息被写到所述应答器 （7） 中。 17. 根据权利要求 16 所述的方法， 其特。

9、征在于， 以下信息中的至少一项被写入到所述 应答器 （7） 中 ： 所述光学元件 （2） 的切割时数、 清洁周期或者说清洁次数、 吸收历史、 运行时 数、 尤其激光器开机时间、 激光器功率和激光器功率密度和 / 或激光器的运行方式。 18. 根据前述权利要求 14 至 17 之一所述的方法， 其特征在于， 所述光学元件 （2） 的位 态正确的装入借助所述应答器 （7） 来监控。 19. 根据前述权利要求 14 至 18 之一所述的方法， 其特征在于， 借助所述应答器 （7） 来 监控， 是否是一对于所述激光加工头 （1） 或者待执行的过程而言容许的光学元件 （2） 。 权 利 要 求 书 CN。

10、 103717346 A 3 1/5 页 4 激光材料加工机的光学元件、 具有光学元件的激光加工头 和用于运行激光加工机的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种为了装入激光材料加工机中而确定的光学元件。 0002 此外， 本发明涉及一种具有光学元件的激光加工头和一种用于运行激光材料加工 机的方法。 背景技术 0003 激光材料加工机具有一激光加工头， 该激光加工头可包括作为光学元件等等的至 少一透镜或者在 YAG 激光材料加工机的情况下作为光学元件除了作为光学元件的透镜之 外还包括一保护窗。在激光材料加工的领域中， 光学元件不具有超出激光雕刻的材料编号 和生产日期以外的识别标志。然而， 在高。

11、功率领域中的激光材料加工中发生一些特别的问 题。尤其地， 光学元件可能污染和 / 或磨损或者老化。得到有关于这些的信息并适当地使 用这些信息是值得期待的。 发明内容 0004 因此， 本发明的任务在于， 提供用于激光材料加工机的光学元件， 为该光学元件配 置不同的信息， 这些信息能够通过所述激光材料加工机来考虑。 0005 根据本发明， 该任务通过一种为了装入一激光材料加工机中而确定的光学元件来 解决， 该光学元件具有一在激光材料加工机运行中在光学上不使用的和 / 或不被激光束作 用的表面， 其中， 在该表面的范围内布置有一应答器， 该应答器包含关于所述光学元件的可 读出的信息。 0006 借。

12、助于这样的光学元件而可行的是， 不仅用于所述光学元件的装入状态的数据， 还有在使用该光学元件期间发生改变的特性被存储并且在所述激光材料加工中被考虑。 这 尤其在高功率领域内、 即在功率 1kW 时的激光加工中是有利的。因此， 该光学元件优选适 合于在激光功率 1kW 时的使用。 0007 所述光学元件可涉及一透射或者反射的光学元件。 尤其地可以涉及这样的光学元 件， 即不包括保持装置、 托座、 壳体或者此类物件的光学元件。因此可以涉及在光学活性元 件的意义上的例如透镜、 保护窗、 分光器、 反射器、 反射镜、 过滤器或此类部件那样的光学元 件。然而， 在本发明的意义中的光学元件也可理解为具有如。

13、托座、 保持装置、 壳体或者此类 部件那样的附接件的在光学上有效的元件。 0008 在透射的光学元件的情况下， 例如仅仅一中心的区域可以在运行中被光学地使用 或者被一激光束作用， 而边缘区域不被激光束作用或者不被光学地使用。所述应答器于是 能够布置在所述边缘区域中， 而不在运行中干扰所述光学元件的光学特性。 0009 在反射的光学元件的情况下， 例如光学元件的与进行反射的侧相对置的表面可以 不被光学地使用和不被激光束作用。所述应答器于是能够布置在所述光学元件的该表面 上、 尤其是布置在所述光学元件的背侧上。 说 明 书 CN 103717346 A 4 2/5 页 5 0010 还可设想， 所。

14、述应答器这样地布置在所述光学元件上， 使得该应答器遮盖或者说 遮暗本身可光学地使用的表面区域的一部分。由此， 该被遮盖或者说遮暗的表面部分在本 发明的意义上变成在该激光加工机的运行中不被光学地使用和 / 或不被激光束作用的表 面。 0011 如果应答器为可写的， 那么获得特别的优点。由此， 关于光学元件的历史、 尤其使 用经历、 关于污染程度的信息， 即尤其在该光学元件的使用期间发生改变的信息能够保存 在该应答器的存储器中。由此， 激光材料加工机的控制装置能够记录例如光学元件的切割 时数， 这是因为在更换激光加工头时也总是能明确地识别出被装入的透镜。同样地能够存 储并相应地显示清洁周期和吸收历。

15、史 （Absorptionshistorie） 。使用者得到关于他的激光 材料加工机的一重要的磨损件的透明度。特别促进磨损的工艺 （例如伴随压缩空气的切割） 能够因此在使用历史中被发现， 其方式是， 在使用持续时间上记录吸收增加。 以此方式例如 能够识别所述光学元件已经历的促进磨损的过程， 以便能够得出关于该光学元件的剩余使 用寿命的看法。此外能够识别， 是否一过程以促进磨损的方式作用到该光学元件上。 0012 所述应答器在光学元件的所述周向面的区域内的布置有如下优点 ： 由应答器很少 地遮盖所述光学元件， 从而使得光学元件的光学特性， 例如该光学元件的可光学使用的表 面的大小由于该应答器仅仅。

16、受到不重要的影响。此外， 相应的读和 / 或写装置能够特别简 单地在激光加工头中布置在该光学元件的所述周向面的区域内。由此而可能的是， 应答器 和读和 / 或写装置相互靠近地布置， 从而使得仅仅需要很小的发射功率用于将信息从应答 器无线地传递给所述读和 / 或写装置或者反向地传递。 0013 特别有利的是， 应答器布置在所述周向面上。 由此而可能的是， 在光学元件的径向 方向上将信息从应答器传递给所述读和 / 或写装置或者反方向传递。由此， 该传递路径特 别短。也由此， 在所述光学元件的透射方向上， 该光学元件的没有表面由应答器遮盖。 0014 根据本发明的一特别优选的设计方案而可设置 ： 所。

17、述表面、 尤其所述周向面具有 一平坦的区段、 尤其一平整的表面磨削部或者表面切削部， 在其上布置有所述应答器。 该应 答器可特别好和可靠地固定在一平坦的区段上， 例如该应答器能与一弯曲的区段相比更好 地粘在一平坦的区段上。此外， 通过该周向面的所述平坦的区段可强制该光学元件的位态 正确的装入， 其方式是， 例如一保持装置具有对应的平坦的区段或者另外地相应构造。 0015 如已提及地那样， 在激光材料加工的领域中在高功率范围内特别有利的是， 如果 涉及光学元件的历史和 / 或状态的信息存储在所述应答器中的话。 0016 应答器可构造为 RFID 应答器。如果使用 RFID 应答器， 则在应答器与。

18、读和 / 或写 装置之间能够无线地交换信息。此外， RFID 应答器没有自己的能量供应也能应付。如果应 答器由聚合物制造， 则获得该应答器的特别小的结构。与读取设备的耦接可通过有效距离 小的交变磁场或者通过高频率的无线电波来进行。因此不仅仅能够传输数据， 还能够为应 答器提供能量。 0017 若涉及一可写的 RFID 应答器， 则该 RFID 应答器可具有 EEPROM 存储器或者 FRAM 存储器。原则上还可设想一 SRAM 存储器。但 SRAM 存储器会需要自己的电流供给。 0018 此外， 具有一用于一光学元件的保持装置的激光加工头、 尤其是激光切割头落到 本发明的范围内， 其中， 设置。

19、有一根据本发明的光学元件。此外， 该激光加工头具有一配置 给所述光学元件的所述应答器的读和 / 或写装置。在此， 应答器和读和 / 或写装置在光学 说 明 书 CN 103717346 A 5 3/5 页 6 元件装入的情况下优选相对置地布置， 从而使得它们相互靠近地布置。 由此而可行的是， 所 述信息能够简单和无干扰地被读取。 通过所述光学元件的材料编号， 尤其地， 如果在此涉及 一透镜的话， 则可能对正确的焦距作检验。但是， 该焦距也能存储为独特的值， 或者可间接 地结合其它识别数据推导出。由此可阻止由于错误焦距被安装的损害。通过能从应答器读 出的明确的序列号能够确保， 所涉及的为一被解除。

20、约束 （freigegebenes） 的光学元件。在 这里， 用于解除约束的数据也能够直接存储并是可调用的。 0019 对于透镜传感装置的功能来说， 500nm 情况下的透射是重要的。如果在应答器中 存储关于光学元件的原材料源的信息， 则可设想准确性的改善。这尤其适用于 CO2 传感装 置。在一 YAG 激光器中可以替代于此地在应答器中存储光学元件的发射率并且该发射率可 以是一待递交的参数。 0020 在用于所述光学元件的保持装置上可设置有一定向辅助装置用于位态正确地装 入所述光学元件。在此， 该定向辅助装置尤其可与所述光学元件的周向上的平坦的区段共 同作用。因此， 通过成型所述保持装置和所述。

21、光学元件能够强制位态正确的装入。 0021 为了阻止损伤所述读和 / 或写装置而可设置 ： 该光学元件布置在一高压室中， 在 激光加工头运行中， 一种气体在高压下布置在该高压室中并将该读和 / 或写装置布置在一 低压室中， 在激光加工头运行中， 一种气体在与高压室中的压力相比较低的压力下布置在 该低压室中， 其中， 所述高压室和低压室由一壁部分开， 该壁部至少在一个区域内具有非金 属材料。 通过在一个区域内设置非金属材料、 尤其是电介质材料可确保 ： 能够在应答器和读 和 / 或写装置之间交换信息。这根据目前通常的认识水平是不可能的， 所述壁部会完全由 金属材料构造。 0022 为此目的， 所。

22、述壁部可具有一通孔， 该通孔通过一由非金属材料制成的元件关闭。 例如该通孔可由一石英窗关闭。 0023 该光学元件尤其可布置在一透镜筒中， 该透镜筒的壁部具有一由一非金属材料制 成的元件所关闭的通孔。在此， 该通孔例如可以是在透镜筒内的所述壁部中的一钻孔。在 此， 该通孔的直径应优选大致与应答器的天线直径相应。对于该通孔的 6mm 的直径被证明 为特别有利。 0024 可由非金属材料制成的元件特别简单地关闭该通孔， 如果该元件是被粘入的话。 0025 此外， 本发明涉及一种用于运行激光材料加工机的方法， 该方法具有以下方法步 骤 ： 0026 a. 将一光学元件装入到所述激光材料加工机的激光加。

23、工头中， 所述光学元件具有 一应答器 ； 0027 b. 读出存储在所述应答器中的、 涉及所述光学元件的信息的至少一部分 ； 0028 c. 通过所述激光材料加工机的控制装置来分析所读出的信息。 0029 由此， 对该激光材料加工机一方面可能的是确定 ： 装入的光学元件是否完全适用 于即将进行的激光材料加工并且装入的光学元件对于相应的激光材料加工机是否完全被 容许。 此外， 在该应答器中能存储如下信息， 这些信息允许所述激光材料加工机这样地调节 激光材料加工过程， 使得能够执行经优化的材料加工。 0030 可读出以下信息中至少一项作为涉及所述光学元件的信息 ： 材料编号、 序列号、 制 造者、。

24、 生产日期、 批号、 原材料、 发射率、 投入运行日期、 对检测波长的透射。 通过检测这些参 说 明 书 CN 103717346 A 6 4/5 页 7 数而可能的是， 识别由于制造缺陷而具有问题的光学元件的批次 （Charge） 。 由此， 该激光材 料加工机能够有针对性地识别具有缺陷的光学元件并且阻止用这些具有缺陷的光学元件 执行激光材料加工。该激光材料加工机例如能够通过网络服务被告知， 哪些光学元件是具 有缺陷的， 这些光学元件例如通过材料编号、 制造者或生产日期能够识别。 0031 特别有利的是， 将涉及该光学元件的使用的信息写入到应答器中。如已提及地那 样， 该光学元件的使用的持续。

25、时间可被存储。清洁周期或者说清洁次数、 吸收历史、 运行时 数、 尤其激光器开机时间、 激光器功率和激光器功率密度和 / 或激光器的运行方式， 也就是 cw（continuous wave， 即连续波） 或者脉冲波也能够存储并且随后再读出并且根据需求显 示。 0032 通过激光加工机、 例如直接通过切割头电子装置和 / 或间接通过激光器控制装置 所检测的相应的数据能够通过到所述读和 / 或写装置上的连接而被传递到所述应答器上。 该连接不仅能够通过线路而且也能通过用于在无物理连接情况下的数据传递的其它器件 来构造。 0033 根据一种方法变型方案可以设置 ： 所述光学元件的位态正确的装入借助应答。

26、器来 监控。如果该光学元件例如倒立地被装入， 则所述应答器不能是可读的。由此能够识别， 该 光学元件未被正确装入。 0034 根据另一方法变型方案可借助所述应答器来监控， 是否是一对于该激光加工头或 者待执行的过程而言容许的光学元件。这可通过从所述应答器读出相应的信息来确定。 0035 本发明的其它特征和优点由本发明的一个实施例的随后的说明， 根据示出了对本 发明重要的细节的附图获得并且由权利要求书中获得。 单个的特征能够单独地或多个地以 任意组合的方式在本发明的变型方案中实现。 附图说明 0036 本发明的优选的实施例在附图中示意性地示出并且随后参照附图中的多个图进 行进一步解释。附图示出 。

27、： 0037 图 1 一激光材料加工机的激光加工头的纵剖面视图， 一根据本发明的光学元件装 入到该激光加工头中 ； 0038 图 2 图 1 的激光加工头的放大的截段 ； 0039 图 3 激光加工头在所述光学元件的范围内的放大的横断面视图。 具体实施方式 0040 图 1 示出一激光材料加工机的构造为激光切割头的激光加工头 1 的纵剖面视图。 该激光加工头 1 具有一构造为透镜的光学元件 2。该光学元件布置在一透镜筒 3 中， 其中， 该透镜筒 3 是可更换的， 尤其可从激光加工头 1 中取出。在透镜筒 3 的上端部处示出一螺 纹环 4， 该螺纹环将所述透镜筒保持在激光加工头 1 中。螺纹环。

28、 5 通过一间隔保持件 6 将所 述光学元件 2 保持在透镜筒 3 中进而保持在激光加工头 1 中。 0041 在光学元件 2 上布置有一构造为射频识别标签 （RFID-Etikett） 的应答器 7。该应 答器与读和 / 或写装置 8 相对置。通过该读和 / 或写装置 8 能够读出应答器 7 的信息并且 在一些情况下也能够将信息写入应答器 7 中。该读和 / 或写装置 8 与所述激光材料加工机 说 明 书 CN 103717346 A 7 5/5 页 8 的一在此未示出的控制装置连接。 0042 透镜筒 3 的壁部 9 具有一通孔 10， 该通孔通过一由非金属材料制成的元件 11 关 闭。 。

29、通过由非金属材料制成的元件11， 其中布置有所述光学元件2的高压室12与其中布置 有读和 / 或写装置 8 的低压室 13 被分隔开。壁部 9 由金属材料构造， 而元件 11 由非金属 材料、 尤其由电介质材料、 例如石英、 塑料或者陶瓷构造。以此可以实现在应答器 7 和读和 / 或写装置 8 之间的信息交换， 而如果壁部 9 完全由金属材料构造的话， 这一点将会是不可 能的。 0043 从图 2 的细节示图得出， 元件 11 的直径大于通孔 10 的直径。元件 11 尤其可具有 大约为 8mm 的直径， 而通孔 10 优选具有 6mm 直径。在此， 通孔 10 的大小决定性地由应答器 7 的。

30、天线的大小来确定。 0044 图 3 示出根据图 2 的 III-III 线的断面视图。这里特别可清楚地看到， 区段 15 中 的所述光学元件 2 具有一平坦的周向面。在区段 15 中的该平坦的周向面上布置有应答器 7。尤其地， 应答器 7 设置在用于光学元件 2 的保持装置 17 的缺口 16 中。由此， 该缺口 16 是用于装入所述光学元件 2 的定向辅助装置。此外， 在图 3 中可看到通孔 10、 元件 11 和读 和 / 或写装置 8。 说 明 书 CN 103717346 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103717346 A 9 2/2 页 10 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103717346 A 10 。