CN121079174A - 用于对工件进行加工的激光加工装置、激光加工装置的用途以及用于对工件进行激光加工的方法以及对应的计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于对工件（12）进行加工、特别是用于进行激光切割或激光焊接的激光加工装置（100）。该装置（100）具有：接口（14），其用于与用于加工激光束（15）的激光束源联接；出口开口（11），其用于加工激光束（15）；以及光学系统（20），其位于接口与出口开口（11）之间。光学系统（20）具有至少一个激光束引导装置（25），激光束引导装置用于将加工激光束（15）在光束路径中引导至出口开口（11）。激光束引导装置（25）包括在光束路径中在加工激光束（15）的传播方向z上串联连接的至少两个高频激光扫描仪（30）。高频激光扫描仪（30）各自在第一设定平面xz中提供用于使加工激光束偏转的最大设定角度。高频激光扫描仪（30）的串联连接实现了第一设定平面xz上的最大总设定角度。

Description

用于对工件进行加工的激光加工装置、激光加工装置的用途 以及用于对工件进行激光加工的方法以及对应的计算机程序 产品

技术领域

本发明涉及用于对工件进行加工的激光加工装置、激光加工装置的用途、用于对工件进行激光加工的方法以及计算机程序产品。

背景技术

激光加工装置用于对工件进行激光加工，例如在通过激光束对材料进行热分离的也被称为激光切割的方法中或在激光焊接方法中使用。这种激光加工装置可以具有激光加工头。激光加工装置或激光加工头以最佳可能的方式将激光束工具、即加工激光束引导并形成到工件上。

根据工件的类型、例如片材的厚度和材料、加工类型、例如激光切割或激光焊接以及期望的加工结果、例如使切割速度最大化或在焊接期间避免气孔，不同的激光束对于加工目的可能是最佳的。已知的激光加工装置通常为加工激光束提供了不可变的光学纵横比。然而，在实践中，这方面代表了一种折衷方案：不可变方面、特别是中型到大型片材厚度的不可变方面与例如切割质量、即与粗糙度和毛刺粘附有关的损失以及较低的进给速度相关联。

近年来，各种激光加工装置制造商开发了变焦光学器件，以使聚焦的加工激光束的斑点尺寸适于相应的应用，例如适于激光切割时的片材厚度和片材材料。

在使激光束工具适于加工过程方面进一步的一个步骤是其中强度分布和/或光束质量、例如光束参数乘积也可以适于激光应用的方法。在这个方向上的各种解决方案从现有技术中已知，参见US 8781269 B2、US 9250390 B2、US 9346126 B2、EP 2730363 A1、EP2762263 A1、DE2821883 B1、DE102015116033 A1、EP2778746 B1、DE102015101263 A1、DE102008053397 B4。

高频光束振荡是动态光束成形（DBS）技术中的一个技术，并且具有的优点在于，几乎任何强度分布和温度场可以在加工区域中产生，从而在适应工件类型、例如片材厚度和/或片材质量方面允许最大的灵活性。还已知的是，通过以这种方式调整的加工激光束可以获得明显更好的加工结果，例如参见Goppold等：Chancen und Herausforderungen derdynamischen Strahlformung, Deutscher Schneidkongress, 2018；Goppold等：DynamicBeam Shaping Improves Laser Cutting of Thick Steel Plates（（动态光束成形改善厚钢板的激光切割），Industrial Photonics（工业光子学），2017年；Goppold等：Laserschmelzschneiden mit dynamischer Strahlformung, Fraunhofer IWSJahresbericht, 2015；Mahrle等： theoretical aspects of fibre laser cutting（光纤激光切割的理论方面），Journal of Physics D Applied Physics（物理学杂志D应用物理学），2009年。US2022/0143756 A1描述了一种用于对工件进行激光加工的加工设备，该加工设备具有第一激光束引导装置，第一激光束引导装置布置并设计成使得其将加工激光束引导至第二激光束引导装置，并且使加工激光束动态地移动、特别是动态地成形。

针对加工激光束的侧向偏转——也被称为对激光束进行扫描采——用了多种技术。示例包括振镜扫描仪、压电扫描仪、音圈扫描仪和MEMS扫描仪。这些技术的目的是使加工激光束尽可能快地偏转、例如在高频下偏转并且例如在平行于工件表面的x/y平面上侧向偏转，并且使加工激光束尽可能宽，即在大侧向扫描范围内具有大角度。偏转频率也被称为设定频率，并且偏转角也被称为设定角度。然而，由于物理和技术原因，加工激光束的诸如10 kHz的高偏转频率以及诸如>±5 mrad的大偏转角度无法与用于对工件的激光加工的已知激光扫描仪同时实现。这些物理和技术原因是由于例如加工装置的部件的固有频率和机械稳定性，从而出现运动元件的加速度和运动所需的力。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光加工装置和一种用于对工件进行激光加工的方法，其以简单且优化的方式提供了加工激光束。

该目的通过根据权利要求1的用于对工件进行加工的激光加工装置、根据权利要求7的用途、根据权利要求8的用于对工件进行激光加工的方法以及根据权利要求13的计算机程序产品来实现。

一个实施方式涉及用于对工件进行加工、特别是用于激光切割或激光焊接的激光加工装置、特别是激光加工头，该激光加工装置具有：

- 接口，该接口用于与用于加工激光束的激光束源联接；

- 用于该加工激光束的出口开口；以及

- 光学系统，光学系统位于接口与出口开口之间，该光学系统具有至少一个激光束引导装置，至少一个激光束引导装置用于将加工激光束在光束路径中引导至出口开口；

其中，激光束引导装置包括在光束路径中在加工激光束的传播方向上串联连接的至少两个高频激光扫描仪，高频激光扫描仪各自设计成用于使加工激光束偏转至少一个设定角度；

其中，高频激光扫描仪中的每个高频激光扫描仪设计成在第一设定平面中提供最大设定角度以用于使加工激光束偏转，并且其中，第一设定平面中的最大总设定角度通过高频激光扫描仪的串联连接来实现。

上述实施方式使每个高频激光扫描仪的设定角度能够设定在直至最大设定角度的范围内，通过该设定角度可以使激光加工装置的加工激光束在第一设定平面中偏转以用于对工件进行加工。特别地，第一设定平面可以是加工激光束的相关设定角度和传播方向所在的平面。每个高频激光扫描仪在第一设定平面中的设定角度可以通过串联连接被加在一起，并且得到总设定角度。以这种方式，可以有利地在第一设定平面中所延伸的第一方向上扩大扫描范围、即加工激光束在工件上可以偏转的范围，同时保持高频激光扫描仪的高频率。

因此，以上实施方式使得可以实现总的来说增大的最大设定角度，尽管使用了高频激光扫描仪。这是可能的，而不是对单个多轴扫描仪的设定频率和偏转、即设定角度进行优化，并且因此仅可以实现设定频率与偏转之间的折中方案，在该折中方案中，如果设定角度很大，则频率不能是高频。通过将至少两个或多个高频激光扫描仪（即，设定频率为至少500 Hz）串联布置在加工激光束的传播方向上来实现大偏转、即实现大扫描范围，从而可以在同时具有高频设定频率的情况下实现更大的扫描范围。

此外，加工激光束移动所处的设定角度可以独立于设定频率进行优化。另外，较高的设定频率可以以较大的扫描范围提供，因为多个高频激光扫描仪、例如甚至多于两个的高频激光扫描仪串联连接。这允许上述高频激光扫描仪的物理和技术限制得以扩展。另外，高频激光扫描仪的上述物理和技术限制的先前无法解决的硬件问题可以通过多个高频激光扫描仪的优化操作来解决，例如通过软件、比如一个或更多个程序模块来解决。以这种方式，可以优化工件的加工和加工的处理效率。

在一个改型中，高频激光扫描仪中的至少一个高频激光扫描仪可以设计成在第二设定平面中提供另一最大设定角度。以这种方式，不仅可以在第一方向上扩大扫描范围，而且可以在第二方向上、特别是垂直于第一设定平面的方向上扩大扫描范围。替代性地，高频激光扫描仪中的每个高频激光扫描仪都可以设计成在第二设定平面上提供另一最大设定角度。这也允许扫描范围被最大化。在其他改型中，高频激光扫描仪中的至少一个高频激光扫描仪可以设计成在除第一设定平面和第二设定平面之外的其他设定平面中提供最大设定角度。特别地，第二设定平面可以是加工激光束的相关设定角度和传播方向所在的平面。

第一设定平面和第二设定平面可以布置成彼此成角度和/或垂直。这意味着通过加工激光束的组合偏转可以在第一设定平面和第二设定平面两者上灵活地获得广泛的扫描范围。由于高频激光扫描仪的串联连接，可以在第二设定平面上实现另一最大总设定角度。以这种方式，通过加工激光束的偏转可以在第一设定平面和第二设定平面两者上显著地扩大扫描范围。

高频激光扫描仪中的至少两个高频激光扫描仪可以设计成通过相同或不同的设定角度来使加工激光束偏转。此外，高频激光扫描仪中的至少两个高频激光扫描仪可以设计成提供最大设定角度和另一最大设定角度，使得最大设定角度和所述另一最大设定角度相同或不同。这允许灵活地设定扫描范围。

在另一改型中，高频激光扫描仪中的至少一个或每个高频激光扫描仪可以设计成使加工激光束在设定平面中的至少一个设定平面中偏转，其中，设定频率在大于或等于0.5kHz的范围内，优选地在1 kHz至10 kHz之间。此外，最大设定角度可以小于或等于50 mrad，优选地为1 mrad至30 mrad，更优选地为2 mrad至20 mrad。所述另一最大设定角度可以小于或等于50 mrad，优选地为1 mrad至30 mrad，更优选地为2 mrad至20 mrad。

高频激光扫描仪中的至少一个或每个高频激光扫描仪可以具有至少部分地反射该加工激光束的至少一个可移动表面以及用于使该表面移动的至少一个可控致动器。至少一个反射型可移动表面可以选自：可动态定向的镜、可动态倾斜的镜、具有多个可动态定向的镜区段的分段式镜、可动态变形的镜、具有可变曲率半径（VRM）的可动态变形的镜、双压电晶片式可动态变形的镜、基于MEMS或MOEMS技术的可动态变形的镜以及音圈式可动态变形的镜。至少一个可控致动器可以选自压电致动器、电动马达、气动马达、偏心器、用于产生振荡电磁场的装置、MEMS振荡器、音圈、可静电移动的致动器、检流计驱动器、其多个项和/或其组合。优选地，高频激光扫描仪为压电式高频激光扫描仪。

高频激光扫描仪中的至少一个或每个高频激光扫描仪可以具有至少部分地反射该加工激光束的至少一个可移动表面以及用于使该表面移动的至少一个可控致动器，其中，反射型可移动表面各自设计成能够通过致动器围绕位于相应的表面的平面中的至少一个轴线——也被称为倾斜轴线——倾斜。具有一个倾斜轴线的表面被称为单轴表面。具有两个倾斜轴线的表面被称为双轴表面。具有多个倾斜轴线的表面被称为多轴表面。

在高频激光扫描仪的组合的一个实施方式中，可以提供在加工激光束的传播方向上串联连接的总共两个反射型可倾斜表面，这两个反射型可倾斜表面各自具有一个轴线，并且这两个反射型可倾斜表面在选自可以使其倾斜的设定频率和可以使其倾斜的设定角度的至少一个参数方面不同。在该实施方式中，两个单轴表面串联组合。在高频激光扫描仪的组合的替代性实施方式中，可以提供在加工激光束的传播方向上串联连接的至少两个反射型可倾斜表面，其中，一个或多个单轴表面以及一个或多个多轴表面串联组合，多于两个的单轴表面串联组合，或者至少两个多轴表面串联组合。替代性实施方式的各表面中的至少两个表面可以在选自下述各项的至少一个参数方面相同或不同：每个表面的轴线的数量、可以使表面动态倾斜的设定频率以及可以使表面动态倾斜的设定角度。

在装置的具有高频激光扫描仪的可倾斜表面的改型中，可以实现以下实施方式：每个表面的轴线可以布置成彼此成一定角度，例如成90°角或小于90°的角度。串联连接的各表面中的至少一些表面可以布置成彼此平行或成角度。如果设置有在加工激光束的传播方向上串联连接的高频激光扫描仪的总共两个反射型可倾斜表面，则两个表面中的一个表面能够设置成设定频率比两个表面中的另一个表面高。此外，两个表面中的另一个表面可以设置成设定角度比两个表面中的第一表面大。

在高频激光扫描仪的组合中，在该组合中设置有在加工激光束的传播方向上串联连接的总共至少两个反射型可倾斜表面，其中，一个或多个单轴表面以及一个或多个多轴表面串联组合，多于两个的单轴表面串联组合，或者至少两个多轴表面串联组合，可以实现以下实施方式：高频激光扫描仪中的至少一个高频激光扫描仪可以是能够设置或设置成设定频率比高频激光扫描仪中的至少一个另一高频激光扫描仪大。此外，高频激光扫描仪中的至少一个高频激光扫描仪可以是能够设置或设置成设定角度比高频激光扫描仪中的至少一个另一高频激光扫描仪大。高频激光扫描仪中的至少两个高频激光扫描仪可以是能够设置或设置成相同的设定频率。表面的数量可以为至少三个，并且每个表面的轴的数量可以为一个。表面中的一个表面可以具有的每个表面的轴的数目为至少两个，并且表面中的另一个表面可以具有的每个表面的轴的数量为一。

高频激光扫描仪的以下组合可以在激光束引导装置中实现：两个同样快的多轴扫描仪可以被组合，其中，可以实现最高可能频率。两个同样快的多轴扫描仪可以串联连接，其中，实现了最大可能的扫描范围。具有最高可能频率的多轴扫描仪和具有最高可能偏转的多轴扫描仪可以串联布置。此外，可以将多轴扫描仪与单轴扫描仪串联连接。两个单轴扫描仪可以串联组合，其中，一个单轴扫描仪针对设定频率进行优化，并且一个单轴扫描仪针对大设定角度进行优化。

在激光加工装置中可以设置有用于对高频激光扫描仪和/或激光加工装置进行控制的控制单元。控制单元可以具有一个或多个程序模块，一个或多个程序模块用于优化设定频率和/或设定角度以及/或者使设定频率和/或设定角度最大化。激光加工装置和/或控制单元可以具有存储器装置。激光加工装置的一个或多个部件可以设计成可控的并且以有线或非有线数据传输的方式连接至控制单元。高频激光扫描仪中的一个或多个、特别是每个高频激光扫描仪可以设计成可控的，特别是单独可控的。

激光加工装置可以设计为加工头，并且可以提供用于使加工头移动的装置。用于加工激光束的激光束源、特别是激光功率大于或等于1 kW、优选地在1 kW与100 kW之间的激光束源可以联接至接口。

另一实施方式涉及根据上述实施方式及其改型的激光加工装置的用途，该激光加工装置用于执行选自以下各项的至少一个程序：

- 使用大于或等于0.5 kHz、优选地在1 kHz与10 kHz之间的范围中的至少一个设定频率、和/或使用总设定角度（∑α；∑β）中的至少一个总设定角度、特别是最大总设定角度（∑α_最大；∑β_最大）中的至少一个最大总设定角度、和/或使用激光功率大于或等于1 Kw、优选地在1 Kw与100 Kw之间激光束源来对工件进行加工；

- 使用设计为加工头的激光加工装置、通过对加工激光束在至少一个工件平面上的运动轨迹进行优化、特别是根据要切割的工件部件或焊接焊缝的至少一个预定轮廓、借助于在用于使加工头移动的装置与高频激光扫描仪之间对加工激光束的该运动轨迹进行冗余划分来对工件进行加工；

- 将加工激光束集中在出口开口中；

- 通过相对于加工激光束偏心的切割气体束进行激光切割，特别是进行用于产生斜面切口的激光切割或用于管的激光切割；

- 激光清洁；

- 激光硬化；

- 使用加工激光束去除CFRP材料中的填充材料、特别是玻璃纤维；以及

- 激光焊接。

另一实施方式涉及一种用于使用根据上述实施方式及其改型的激光加工装置对工件进行激光加工的方法、特别是用于激光切割或激光焊接的方法；该方法包括以下步骤：

通过激光束源产生加工激光束；

通过至少一个激光束引导装置将加工激光束在光束路径中引导至出口开口；以及

通过在光束路径中在加工激光束的传播方向上串联连接的至少两个高频激光扫描仪使加工激光束在各自情况下偏转至少一个设定角度；

其中，高频激光扫描仪中的每个高频激光扫描仪在第一设定平面中提供了最大设定角度，以用于使加工激光束偏转，并且其中，通过高频激光扫描仪的串联连接实现了第一设定平面中的最大总设定角度。

在该方法中，高频激光扫描仪中的至少一个或每个高频激光扫描仪可以在第二设定平面中提供另一最大设定角度。由于高频激光扫描仪的串联连接，可以在第二设定平面中实现另一最大总设定角度。第一设定平面和第二设定平面可以布置成使得它们彼此成角度和/或垂直。高频激光扫描仪中的至少两个高频激光扫描仪可以使加工激光束偏转相同或不同的设定角度。高频激光扫描仪中的至少两个高频激光扫描仪可以提供最大设定角度和/或另一最大设定角度，使得它们相同或不同。高频激光扫描仪中的至少一个或每个高频激光扫描仪可以使加工激光束在设定平面中的至少一个设定平面中偏转，其中，设定频率在大于或等于0.5 kHz、优选地1 kHz与10 kHz之间的范围内。最大设定角度可以设置在小于或等于50 mrad、优选地1 mrad至30 mrad、更优选地2 mrad至20 mrad的范围中。此外，另一最大设定角度可以设置在小于或等于50 mrad、优选地1 mrad至30 mrad、更优选地2mrad至20 mrad的范围中。

在该方法中，工件可以通过选自以下各项的至少一个参数进行加工：

- 大于或等于0.5 kHz、优选地1 kHz与10 kHz之间的范围中的至少一个设定频率；

- 相应的设定平面中的设定角度中的至少一个设定角度，特别是最大总设定角度中的至少一个最大总设定角度；以及

- 激光功率大于或等于1 Kw、优选地在1 Kw与100 Kw之间的激光束源。

另一实施方式涉及一种包括一个或多个程序模块的计算机程序产品，这些程序模块使根据前述实施方式的装置及其改型执行根据前述实施方式的方法及改型的步骤以及/或者特别是在程序模块加载到该装置的存储器装置中时执行根据前述实施方式的用途的程序中的至少一个程序。

该激光加工装置的实施方式和改型可以在对工件进行激光加工的方法的实施方式和改型中使用。工件可以包括至少一个金属，即为金属的，和/或呈金属板的形式。使用用于对工件进行激光加工的方法的以上实施方式，可以实现与激光加工装置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。

要理解，上述特征和下面将解释的这些特征在不脱离本发明的范围的情况下不仅可以用于所指明的组合中，而且可以用于其他组合中或单独使用。

附图说明

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的说明，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的。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代性元件和部件、更少的元件或部件、或附加的元件或部件。除非另有说明，否则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中的一个示例性实施方式所描述的修改和变型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，并且不进行多次说明。在附图中：

图1示意性地示出了激光加工装置的示例；

图2a示意性地示出了激光束引导装置的示例；

图2b示意性地示出了图2a的激光束引导装置的示例的改型；

图3a示意性地示出了激光束引导装置的示例；

图3b示意性地示出了图3a的激光束引导装置的示例的改型；

图4示意性地示出了激光加工装置的示例的改型。

具体实施方式

在当前情况下，术语“高频率”、“高频”或“动态”可以指大于或等于0.5 kHz的频率。这同样适用于术语的语法变化。

图1示意性地示出了用于对工件12进行加工、特别是用于激光切割或激光焊接的激光加工装置100的示例，激光加工装置100在以下也被称为装置100。在本示例中，激光加工装置100被设计为激光加工头。装置100具有：接口14，接口14用于与加工激光束15的激光束源联接；用于加工激光束的出口开口11；以及光学系统20，光学系统20位于接口与出口开口之间。光学系统20具有至少一个激光束引导装置25，至少一个激光束引导装置25用于在光束路径中将加工激光束15引导至出口开口。激光束引导装置25包括在光束路径中沿加工激光束的传播方向z串联连接的至少两个高频激光扫描仪30。如图1所示，加工激光束15在经过激光束引导装置25之后、即在激光束引导装置25的后面可以通过光学系统20偏转到出口开口11的方向上。替代性地，加工激光束15可以在激光束引导装置25的后面在光学系统20中以直线被引导至出口开口11（未示出）。

图2a示意性地示出了激光束引导装置25。高频激光扫描仪30各自被设计成使加工激光束15偏转至少一个设定角度α，该设定角度位于第一设定平面xz中。在本示例中，第一设定平面xz由传播方向z和与传播方向z正交的方向x跨越。高频激光扫描仪30中的每一者被设计成在第一设定平面xz中提供最大设定角度α_最大，以用于使加工激光束15偏转。高频激光扫描仪30的串联连接提供了第一设定平面xz中的最大总设定角度∑α_最大。

在激光加工装置100的操作期间，通过与接口14联接的激光束源（在图1中未示出）来产生加工激光束15。加工激光束15通过光学系统20在光束路径中被引导至出口开口11。加工激光束15通过激光束引导装置25的串联连接的两个高频激光扫描仪30在光束路径中沿加工激光束15的传播方向z在各自情况下偏转一设定角度α。高频激光扫描仪30中的每一者在第一设定平面xz中提供了最大设定角度α_最大，以用于使加工激光束偏转。高频激光扫描仪的串联连接实现了第一设定平面xz中的最大总设定角度∑α_最大。

由于高频激光扫描仪30在加工激光束15的传播方向z上依次布置，因此在装置100的操作期间，每个高频激光扫描仪30的设定角度α在第一设定平面xz中被加在一起。这是扩大扫描范围的一种简单方法。如果两个高频激光扫描仪30均设置为最大设定角度α_最大，则达到最大总设定角度∑α_最大，并且扫描范围被最大化。此外，加工激光束15所偏转的总设定角度独立于高频激光扫描仪30的设定频率进行优化。另外，高频激光扫描仪30的较高设定频率可以以大的扫描范围提供。

图2b示出了图2a中所示的示例的改型。在该改型中，高频激光扫描仪30另外被设计成使加工激光束15在第二设定平面yz中偏转至少一个设定角度β。在本示例中，第二设定平面yz被传播方向z和与传播方向z正交的方向y跨越。此外，在本示例中，第二设定平面yz与第一设定平面xz正交。高频激光扫描仪30中的每一者都设计成在第二设定平面yz中提供最大设定角度β_最大，以用于使加工激光束15偏转。

除了第一设定平面xz上的最大总设定角度∑α_最大外，在本改型的激光束引导装置25的操作期间，还可以通过高频激光扫描仪30的串联连接实现第二设定平面yz上的最大总设定角度∑α_最大。最大总设定角度∑α_最大和∑β_最大可以通过高频激光扫描仪30设置在两个设定平面xz和yz上，即设置在与加工激光束15的传播方向z垂直的两个正交方向x和y上。因此，在扫描期间，加工激光束15可以沿着方向x和y所跨越的平面xy上的优化路径偏转。

在本示例中，高频激光扫描仪30中的每一者被设计成使加工激光束15在设定平面xz和yz中的至少一者中偏转，其中，设定频率为例如2 kHz，设定角度在直至50 mrad的最大设定角度α_最大和/或β_最大的范围中，例如为10 mrad。

图3a示出了图2a中所示的激光束引导装置25的另一示例。图3b图示了图3a中的示例的改型，该改型类似于图2b。在本示例中，高频激光扫描仪30中的每一者具有对加工激光束15进行反射的可移动表面17以及用于使表面17移动的至少一个可控致动器19。反射型的可移动表面17设计为由SiC（碳化硅）制成的动态、即高频的可倾斜镜。替代性地，设置有介电层、金属层（例如，铜）或金属氧化物层的玻璃基板（例如，熔融二氧化硅）可以用作镜。表面17的尺寸在每种情况下选定成使得其在相应的镜位置处与加工激光束15的直径相对应。致动器19为压电致动器。

在本示例的改型中，可以使用具有多个可动态定向式镜区段的分段式镜、可动态变形的镜、具有可变曲率半径（VRM）的可动态变形的镜、双压电晶片式可动态变形的镜、基于MEMS或MOEMS技术的可动态变形的镜或音圈式可动态变形的镜作为反射型可移动表面17。

在图3a的示例中，在加工激光束15的传播方向z上串联连接的两个反射型可倾斜表面17设置为高频激光扫描仪30，表面17中的每一者都具有第一轴线a，表面17可以通过致动器19绕第一轴线a倾斜。第一轴线a各自位于相关表面17的平面中，布置成与平面xz垂直并且彼此平行。可以使两个高频激光扫描仪30的表面17各自围绕第一轴线a倾斜的设定频率以及可以使两个高频激光扫描仪30的表面17各自围绕第一轴线a倾斜的设定角度预先确定为不同的。在这方面，高频激光扫描仪30中的一个高频激光扫描仪针对高频进行优化，并且另一高频激光扫描仪30针对大偏转进行优化。在高频激光扫描仪30的本实施方式中，两个单轴表面17串联组合。

在图3b所示的改型中，串联连接的两个表面17各自具有第二轴线b，第二轴线b垂直于第一轴线a布置，并且表面17可以围绕第二轴线b倾斜。第二轴线b各自位于相关表面17的平面内，布置成与平面yz垂直并且彼此平行。可以使表面17围绕两个轴线a和b倾斜的设定频率以及可以使表面17围绕轴线a和b倾斜的设定角度可以相同或不同。在高频激光扫描仪30的本实施方式中，两个多轴表面17串联组合。

在本示例的另一改型中，其表面17具有第一轴线a的高频激光扫描仪30以及其表面17具有第一轴线a和第二轴线b的另一高频激光扫描仪30被组合。可以使表面17围绕相应的轴线a和b倾斜的设定频率以及可以使表面17围绕相应的轴线a和b倾斜的设定角度可以相同或不同。在高频激光扫描仪30的本实施方式中，单轴表面17和多轴表面17串联组合。

图4示出了激光加工装置100的改型。在图4中，激光加工装置100在接口14处设置有激光源82。替代性地，激光束源82可以经由传输光纤（未示出）连接至接口14。控制单元84以有线或无线数据传输的方式连接至装置100的可控部件，特别是连接至激光束引导装置25的高频激光扫描仪30。光学系统20可以包括其他光学元件、比如透镜（未示出）。如图4所示，光学系统20可以包括偏转镜35，偏转镜35将高频激光扫描仪30所偏转的加工激光束15偏转至出口开口11。

附图标记列表

11 出口开口

12 工件

14 接口

15 加工激光束

17 表面

19 致动器

20 光学系统

25 激光束引导装置

30 高频激光扫描仪

35 偏转镜

82 激光束源

84 控制装置

100 激光加工装置

xz 设定平面

yz 设定平面

Claims (13)

1.一种用于对工件（12）进行加工、特别是用于激光切割或激光焊接的激光加工装置（100）、特别是激光加工头，所述激光加工装置（100）具有：

- 接口（14），所述接口（14）用于与用于加工激光束（15）的激光束源联接；

- 出口开口（11），所述出口开口（11）用于所述加工激光束；以及

- 光学系统（20），所述光学系统（20）位于所述接口与所述出口开口之间，所述光学系统（20）具有至少一个激光束引导装置（25），所述激光束引导装置用于将所述加工激光束在光束路径中引导至所述出口开口；

其中，所述激光束引导装置包括在所述光束路径中在所述加工激光束的传播方向（z）上串联连接的至少两个高频激光扫描仪（30），所述高频激光扫描仪各自设计成用于使所述加工激光束偏转至少一个设定角度（α，β）；

其特征在于，

所述高频激光扫描仪（30）中的每个高频激光扫描仪设计成在第一设定平面（xz）中提供用于使所述加工激光束偏转的最大设定角度（α_最大），并且其中，所述第一设定平面（xz）中的最大总设定角度（∑α_最大）通过所述高频激光扫描仪（30）的串联连接来实现。

2.根据权利要求1所述的装置，

其中，所述高频激光扫描仪（30）中的至少一个高频激光扫描仪设计成在第二设定平面（yz）中提供另一最大设定角度（β_最大）。

3.根据权利要求2所述的装置，

其中，所述第一设定平面（xz）和所述第二设定平面（yz）布置成彼此垂直；和/或

其中，所述高频激光扫描仪（30）中的每个高频激光扫描仪设计成在所述第二设定平面（yz）中提供另一最大设定角度（β_最大）；和/或

其中，所述第二设定平面（yz）中的另一最大总设定角度（∑β_最大）通过所述高频激光扫描仪的串联连接来实现。

4.根据前述权利要求中的一项所述的装置，

其中，所述高频激光扫描仪（30）中的每个高频激光扫描仪设计成使所述加工激光束在设定平面（xz；yz）中的至少一个设定平面中偏转，其中，设定频率在大于或等于0.5 kHz、优选地1 kHz与10 kHz之间的范围中；和/或

其中，所述最大设定角度（α_最大）小于或等于50 mrad，优选地为1 mrad至30 mrad，更优选地为2 mrad至20 mrad；和/或

其中，所述另一最大设定角度（β_最大）小于或等于50 mrad，优选地为1 mrad至30 mrad，更优选地为2 mrad至20 mrad。

5.根据前述权利要求中的一项所述的装置，

其中，所述高频激光扫描仪（30）中的至少一个或每个高频激光扫描仪具有对所述加工激光束进行反射的至少一个可移动表面（17）以及用于使所述表面移动的至少一个可控致动器（19），和/或

其中，所述至少一个反射型可移动表面（17）选自：可动态定向的镜、可动态倾斜的镜、具有多个可动态定向的镜区段的分段式镜、可动态变形的镜、具有可变曲率半径（VRM）的可动态变形的镜、双压电晶片式可动态变形的镜、基于MEMS或MOEMS技术的可动态变形的镜以及音圈式可动态变形的镜，和/或

其中，所述至少一个可控致动器（19）选自：压电致动器、电动马达、气动马达、偏心器、用于产生振荡电磁场的装置、MEMS振荡器、音圈、可静电移动的致动器、检流计驱动器、它们中的多者和/或它们的组合。

6.根据前述权利要求中的一项所述的装置，

其中，设置有用于对所述高频激光扫描仪（30）和/或所述激光加工装置（100）进行控制的控制单元（84），所述控制单元（84）具有用于对所述设定频率和/或所述设定角度进行优化以及/或者使所述设定频率和/或所述设定角度最大化的一个或多个程序模块；和/或

其中，所述激光加工装置（100）设计为加工头，并且设置有用于使所述加工头移动的装置；和/或

其中，所述接口联接有用于所述加工激光束的激光束源（82），特别是激光功率大于或等于1 Kw、优选地在1 Kw与100 Kw之间的激光束源。

7.一种根据前述权利要求中的一项所述的激光加工装置（100）的用途，所述激光加工装置（100）用于执行选自以下各项的至少一个程序：

- 使用大于或等于0.5 kHz、优选地在1 kHz与10 kHz之间的范围中的至少一个设定频率、和/或使用所述总设定角度（∑α；∑β）中的至少一个总设定角度、特别是使用所述最大总设定角度（∑α_最大；∑β_最大）中的至少一个最大总设定角度、和/或使用激光功率大于或等于1 Kw、优选地在1 Kw与100 Kw之间的所述激光束源来对工件（12）进行加工；

- 使用设计为加工头的所述激光加工装置（100）通过对所述加工激光束（15）在至少一个工件平面上的运动轨迹进行优化、特别是根据要切割的工件部件或焊接焊缝的至少一个预定轮廓借助于在用于使所述加工头移动的装置与所述高频激光扫描仪（30）之间对所述加工激光束的所述运动轨迹进行冗余划分来对工件（12）进行加工；

- 将所述加工激光束（15）集中在所述出口开口（11）中；

- 通过相对于所述加工激光束偏心的切割气体束进行激光切割，特别是进行用于产生斜面切口的激光切割或用于管的激光切割；

- 激光清洁；

- 激光硬化；

- 使用所述加工激光束去除CFRP材料中的填充材料、特别是玻璃纤维；以及

- 激光焊接。

8.一种用于通过根据权利要求1至6中的一项所述的激光加工装置（100）对工件（12）进行激光加工、特别是用于激光切割或激光焊接的方法；所述方法包括以下步骤：

通过所述激光束源（82）产生加工激光束（15）；

通过所述至少一个激光束引导装置（25）将所述加工激光束在所述光束路径中引导至所述出口开口（11）；以及

通过在所述光束路径中在所述加工激光束的所述传播方向（z）上串联连接的至少两个高频激光扫描仪（30）在各自情况下使所述加工激光束（15）偏转至少一个设定角度（α，β）；

其中，所述高频激光扫描仪（30）中的每个高频激光扫描仪在第一设定平面（xz）中提供用于使所述加工激光束偏转的最大设定角度（α_最大），并且其中，所述第一设定平面（xz）中的最大总设定角度（∑α_最大）通过所述高频激光扫描仪（30）的串联连接来实现。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中，所述高频激光扫描仪（30）中的至少一个或每个高频激光扫描仪在第二设定平面（yz）中提供另一最大设定角度（β_最大）。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中，所述第二设定平面（yz）中的另一最大总设定角度（∑β_最大）通过所述高频激光扫描仪（30）的串联连接来实现；和/或

其中，所述第一设定平面（xz）和所述第二设定平面（yz）布置成使得所述第一设定平面（xz）和所述第二设定平面（yz）彼此垂直。

11.根据权利要求8至10中的一项所述的方法，其中，所述高频激光扫描仪（30）中的每个高频激光扫描仪使所述加工激光束（15）在设定平面（xz；yz）中的至少一个设定平面中偏转，其中，设定频率在大于或等于0.5 kHz、优选地在1 kHz与10 kHz之间的范围中；和/或

其中，所述最大设定角度（α_最大）设置在小于或等于50 mrad、优选地1 mrad至30 mrad、更优选地2 mrad至20 mrad的范围中；和/或

其中，所述另一最大设定角度（β_最大）设置在小于或等于50 mrad、优选地1 mrad至30mrad、更优选地2 mrad至20 mrad的范围中。

12.根据权利要求8至11中的一项所述的方法，

其中，使用选自以下各项的至少一个参数对所述工件（12）进行加工：

- 在大于或等于0.5 kHz、优选地1 kHz与10 kHz之间的范围中的至少一个设定频率；

- 相应的设定平面（xz；yz）中的设定角度（α；β）中的至少一个设定角度，特别是最大总设定角度（∑α_最大；∑β_最大）中的至少一个最大总设定角度；以及

- 激光功率大于或等于1 Kw、优选地在1 Kw与100 Kw之间的激光束源。

13.一种计算机程序产品，包括一个或多个程序模块，所述程序模块使根据权利要求1至6中的一项所述的装置执行根据权利要求8至12中的一项所述的方法步骤和/或特别是在所述程序模块加载到所述装置的存储器装置中时执行根据权利要求7所述的用途的程序中的至少一个程序。