用于激光加工裝置的激光加工噴嘴和該激光加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于激光加工裝置的激光加工噴嘴，其中，該激光加工裝置為了過程監(jiān)測而具有探測裝置，用于探測通過激光加工噴嘴所限定的過程區(qū)域的輻射。本發(fā)明還涉及一種具有這種噴嘴的激光加工裝置及一種用于使這種激光加工噴嘴在激光加工裝置上投入運(yùn)行的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管在激光加工過程的控制方面取得了巨大的進(jìn)步，但在現(xiàn)代激光加工設(shè)備上也總是得出有缺陷的加工結(jié)果。為了在加工期間就能識別出錯誤過程并且能夠采取可能的補(bǔ)救措施，已公知對過程區(qū)域進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測。
[0003]根據(jù)光學(xué)傳感器如何布置，將過程輻射的離軸線、準(zhǔn)同軸線及同軸線的耦出之間作區(qū)分。在離軸線耦出的情況下，從探測方向觀測到加工過程的輻射，該探測方向相對于激光射束軸線以大于10°的角度延伸。在準(zhǔn)同軸線耦出的情況下，探測方向相對于激光射束軸線以小于10°的角度延伸。如果探測方向平行于激光射束軸線延伸，則稱為同軸耦出。尤其對于最后提及的變型(同軸耦出)，穿通激光加工噴嘴的過程射線探測被證明是可行的，因?yàn)閺脑摲较蛴绕淇蔁o障礙地看清所述過程區(qū)域。
[0004]由DE 10 2011 003 717A1描述了針對C02激光切割設(shè)備上的探測裝置的例子，其中，實(shí)現(xiàn)了穿通激光加工噴嘴的過程射線探測。從過程區(qū)域發(fā)射或反射的輻射的耦出借助部分穿透的偏轉(zhuǎn)鏡來實(shí)現(xiàn)。入射的C02激光射線在該偏轉(zhuǎn)鏡上反射。然而，過程區(qū)域處于550nm至2000nm波長范圍內(nèi)的輻射經(jīng)過偏轉(zhuǎn)鏡。在過程射線經(jīng)過了部分穿透的偏轉(zhuǎn)鏡之后，該過程射線又經(jīng)由其它的光學(xué)元件被最后供給至高分辨率的攝像機(jī)。該攝像機(jī)探測在觀測波長情況下的輻射(例如處于可見光或近紅外線的波長范圍內(nèi))。攝像機(jī)的拍攝可用于過程監(jiān)測或調(diào)節(jié)。
[0005]由DE 24 50 925A1公知了一種具有氣體噴嘴的激光設(shè)備，在該氣體噴嘴上安裝有冷卻系統(tǒng)。為了將激光射束相對于氣體噴嘴的對準(zhǔn)進(jìn)行控制，借助冷卻水的溫度測量裝置來求取由氣體噴嘴所吸收的熱。測量裝置的靈敏性通過氣體噴嘴內(nèi)表面上的熱吸收層來
[0006]由DE 32 12 314A1描述了一種保護(hù)氣體焊接噴燃器的保護(hù)氣體噴嘴，該保護(hù)氣體噴嘴設(shè)有黑鎳層，用于延長使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]由現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)確立了本發(fā)明的任務(wù):對過程區(qū)域至少在觀測波長情況下的、已探測到的輻射的信號品質(zhì)作出改善。
[0008]該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述特征的激光加工噴嘴來解決。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，激光加工噴嘴的表面具有至少一個反差區(qū)段，該反差區(qū)段至少對于在適合通過探測裝置用于過程監(jiān)測的觀測波長情況下的輻射或射線具有散射的和/或吸收的效果。適合的觀測波長是如下波長，在該波長情況下，借助探測裝置對激光加工過程的監(jiān)測能夠推斷出加工過程。因此，可能的觀測波長尤其處于300nm至3000nm的范圍內(nèi)，該范圍不僅包括可見光的而且包括近紅外線的頻譜范圍。
[0010]可以理解的是，探測裝置的光學(xué)探測器、傳感器或圖像檢測裝置不只是探測正好某個波長情況下的輻射。更確切地說，根據(jù)探測器的類型及可能前置濾波器，通常探測到觀測波長周圍的窄的波長范圍。
[0011]不管怎樣，對于某個觀測波長情況下的、由過程區(qū)域發(fā)出的輻射的不僅散射效果而且吸收效果都用于:使在反差區(qū)段上入射到噴嘴上的輻射在非常小的程度上能夠被反射至探測裝置。這降低了出現(xiàn)干擾反射。由于根據(jù)本發(fā)明的反差區(qū)段的光學(xué)特性，在探測裝置的拍攝中能夠?qū)⒎床顓^(qū)段的成像與過程區(qū)域的成像很好地區(qū)分。
[0012]反差區(qū)段的散射效果例如能夠通過表面結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)。代替于光滑的金屬表面，噴嘴的表面至少在反差區(qū)段的區(qū)域中具有這樣的粗糙度，使得在觀測波長情況下的輻射可被散射。有利地，這種表面結(jié)構(gòu)化能夠在成本上相對有利地制造。這種粗糙性的度量優(yōu)選至少大致相應(yīng)于觀測波長的數(shù)量級。
[0013]尤其如果對于至少在觀測波長情況下的輻射而言的吸收度大于0.3時，則得到本發(fā)明意義上的吸收效果。優(yōu)選地，對于在至少觀測波長情況下的輻射而言的吸收度處于大于0.5的值；更有利的是，對于觀測波長的輻射而言的吸收度大于0.7或者甚至大于0.9。以此方式，有效地抑制了反差區(qū)段上產(chǎn)生干擾反射。
[0014]優(yōu)選地，反差區(qū)段至少在觀測波長情況下具有反射率，該反射率不同于(優(yōu)選小于)工件表面的反射率，后者(工件表面的反射率)也由探測裝置來檢測。該反射率差的值尤其是至少0.1，優(yōu)選是至少0.3，或者甚至是至少0.5。由于這種措施，因此在探測裝置的拍攝中在噴嘴的成像部分與成像的工件表面之間得到高的反差。因此，在穿通噴嘴探測時例如能夠可靠地檢驗(yàn)或非常精確地測量到面向過程區(qū)域的噴嘴口的直徑。
[0015]激光加工裝置非常頻繁地用于例如結(jié)構(gòu)鋼和/或不銹鋼的加工。因此，特別是噴嘴的反差區(qū)段對于在觀測波長情況下的輻射具有反射率，該反射率與結(jié)構(gòu)鋼和/或不銹鋼的表面的反射率之差是至少0.1，優(yōu)選至少0.3或者甚至至少0.5，尤其是，該反射率以這些值小于結(jié)構(gòu)鋼和/或不銹鋼的表面的反射率。
[0016]噴嘴的反差區(qū)段優(yōu)選如此構(gòu)成，使得與不具有反差區(qū)段的噴嘴相比，至少在觀測波長情況下的輻射的很少一部分能夠通過噴嘴表面上的反射到達(dá)探測裝置。尤其地，這通過根據(jù)上述探測裝置檢測范圍的說明的、反差區(qū)段的反射率來實(shí)現(xiàn)。
[0017]特別有效地，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，由過程區(qū)域發(fā)出的并由探測裝置所探測的輻射的信號品質(zhì)得以改善，其方式是，反差區(qū)段如此設(shè)置在噴嘴表面上，使得過程區(qū)域的輻射能夠直接地射到反差區(qū)段上。
[0018]可替換地或附加地，反差區(qū)段優(yōu)選如此設(shè)置在噴嘴表面上，使得反差區(qū)段能夠設(shè)置在探測裝置的探測區(qū)域或拍攝區(qū)域中，該探測裝置用于探測通過激光噴嘴所限定的過程區(qū)域的輻射。尤其有利的是，探測裝置不是或者不僅用于直接激光加工過程的直接觀察，而是(而且)在如下程度上用于過程監(jiān)測:即借助于探測裝置例如能夠檢驗(yàn)噴嘴的狀態(tài)或尺寸。由于設(shè)置在探測裝置的拍攝區(qū)域中的反差區(qū)段，因此能夠在激光加工期間通過探測裝置以較高的精確度及可靠性對已安裝的噴嘴的成像部分進(jìn)行測量或檢驗(yàn)。
[0019]這特別是涉及到反差區(qū)段的如下布置，在該布置的情況下，來自通過激光噴嘴所限定的過程區(qū)域的輻射能夠直接地射到反差區(qū)段上并且通過反差區(qū)段上的一次反射能夠到達(dá)或可能到達(dá)探測裝置，只要該輻射在反差區(qū)段上不被吸收或散射的話。
[0020]例如，對于具有側(cè)向探測裝置(離軸線耦出)的激光加工裝置用的噴嘴情況，反差區(qū)段至少在面向探測裝置的一側(cè)上設(shè)置在噴嘴外表面上。
[0021]通過噴嘴能夠使激光射束及附加的過程氣體被引導(dǎo)至過程區(qū)域。為此目的，該噴嘴具有噴嘴通道，該噴嘴通道在兩個噴嘴口之間延伸。一噴嘴口面向過程區(qū)域，另一噴嘴口背向過程區(qū)域。
[0022]在一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，噴嘴如此構(gòu)成，使得過程區(qū)域的輻射借助于探測裝置能夠穿通在兩個噴嘴口之間延伸的噴嘴通道進(jìn)行探測。因此，該噴嘴適合在激光加工裝置上在將待探測的過程射線進(jìn)行同軸線或準(zhǔn)同軸線地耦出的情況下使用。優(yōu)選在此情況下，反差區(qū)段如此設(shè)置在噴嘴通道壁上，使得該反差區(qū)段從在運(yùn)行中背向過程區(qū)域的那個噴嘴口起能夠被看到。因此，噴嘴如此構(gòu)成，使得在反差區(qū)段上發(fā)射或反射的輻射逆著探測方向(在同軸線耦出的情況下平行于激光射束軸線或平行于噴嘴通道的走向)能夠通過背向過程區(qū)域的噴嘴口從噴嘴射出進(jìn)而能夠到達(dá)探測裝置。這尤其在如下情況下能夠?qū)崿F(xiàn):當(dāng)反差區(qū)段相對于噴嘴