激光材料加工機的光學(xué)元件、具有光學(xué)元件的激光加工頭和用于運行激光加工機的方法
【專利摘要】為了裝入到激光材料加工機中而確定的光學(xué)元件（2），所述光學(xué)元件具有一在所述激光材料加工機運行中在光學(xué)上不使用的和/或不被激光束作用的表面，其中，在該表面的區(qū)域內(nèi)布置有一應(yīng)答器（7），所述應(yīng)答器包含關(guān)于所述光學(xué)元件（2）的可讀出的信息。
【專利說明】激光材料加工機的光學(xué)元件、具有光學(xué)元件的激光加工頭和用于運行激光加工機的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種為了裝入激光材料加工機中而確定的光學(xué)元件。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種具有光學(xué)元件的激光加工頭和一種用于運行激光材料加工機的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]激光材料加工機具有一激光加工頭，該激光加工頭可包括作為光學(xué)元件等等的至少一透鏡或者在YAG激光材料加工機的情況下作為光學(xué)元件除了作為光學(xué)元件的透鏡之外還包括一保護(hù)窗。在激光材料加工的領(lǐng)域中，光學(xué)元件不具有超出激光雕刻的材料編號和生產(chǎn)日期以外的識別標(biāo)志。然而，在高功率領(lǐng)域中的激光材料加工中發(fā)生一些特別的問題。尤其地，光學(xué)元件可能污染和/或磨損或者老化。得到有關(guān)于這些的信息并適當(dāng)?shù)厥褂眠@些信息是值得期待的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供用于激光材料加工機的光學(xué)元件，為該光學(xué)元件配置不同的信息，這些信息能夠通過所述激光材料加工機來考慮。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種為了裝入一激光材料加工機中而確定的光學(xué)元件來解決，該光學(xué)元件具有一在激光材料加工機運行中在光學(xué)上不使用的和/或不被激光束作用的表面，其中，在該表面的范圍內(nèi)布置有一應(yīng)答器，該應(yīng)答器包含關(guān)于所述光學(xué)兀件的可讀出的信息。
[0006]借助于這樣的光學(xué)元件而可行的是，不僅用于所述光學(xué)元件的裝入狀態(tài)的數(shù)據(jù)，還有在使用該光學(xué)元件期間發(fā)生改變的特性被存儲并且在所述激光材料加工中被考慮。這尤其在高功率領(lǐng)域內(nèi)、即在功率> IkW時的激光加工中是有利的。因此，該光學(xué)元件優(yōu)選適合于在激光功率> IkW時的使用。
[0007]所述光學(xué)元件可涉及一透射或者反射的光學(xué)元件。尤其地可以涉及這樣的光學(xué)元件，即不包括保持裝置、托座、殼體或者此類物件的光學(xué)元件。因此可以涉及在光學(xué)活性元件的意義上的例如透鏡、保護(hù)窗、分光器、反射器、反射鏡、過濾器或此類部件那樣的光學(xué)元件。然而，在本發(fā)明的意義中的光學(xué)元件也可理解為具有如托座、保持裝置、殼體或者此類部件那樣的附接件的在光學(xué)上有效的元件。
[0008]在透射的光學(xué)元件的情況下，例如僅僅一中心的區(qū)域可以在運行中被光學(xué)地使用或者被一激光束作用，而邊緣區(qū)域不被激光束作用或者不被光學(xué)地使用。所述應(yīng)答器于是能夠布置在所述邊緣區(qū)域中，而不在運行中干擾所述光學(xué)元件的光學(xué)特性。
[0009]在反射的光學(xué)元件的情況下，例如光學(xué)元件的與進(jìn)行反射的側(cè)相對置的表面可以不被光學(xué)地使用和不被激光束作用。所述應(yīng)答器于是能夠布置在所述光學(xué)元件的該表面上、尤其是布置在所述光學(xué)元件的背側(cè)上。[0010]還可設(shè)想，所述應(yīng)答器這樣地布置在所述光學(xué)元件上，使得該應(yīng)答器遮蓋或者說遮暗本身可光學(xué)地使用的表面區(qū)域的一部分。由此，該被遮蓋或者說遮暗的表面部分在本發(fā)明的意義上變成在該激光加工機的運行中不被光學(xué)地使用和/或不被激光束作用的表面。
[0011]如果應(yīng)答器為可寫的，那么獲得特別的優(yōu)點。由此，關(guān)于光學(xué)元件的歷史、尤其使用經(jīng)歷、關(guān)于污染程度的信息，即尤其在該光學(xué)元件的使用期間發(fā)生改變的信息能夠保存在該應(yīng)答器的存儲器中。由此，激光材料加工機的控制裝置能夠記錄例如光學(xué)元件的切割時數(shù)，這是因為在更換激光加工頭時也總是能明確地識別出被裝入的透鏡。同樣地能夠存儲并相應(yīng)地顯示清潔周期和吸收歷史(Absorptionshistorie)。使用者得到關(guān)于他的激光材料加工機的一重要的磨損件的透明度。特別促進(jìn)磨損的工藝(例如伴隨壓縮空氣的切割)能夠因此在使用歷史中被發(fā)現(xiàn)，其方式是，在使用持續(xù)時間上記錄吸收增加。以此方式例如能夠識別所述光學(xué)元件已經(jīng)歷的促進(jìn)磨損的過程，以便能夠得出關(guān)于該光學(xué)元件的剩余使用壽命的看法。此外能夠識別，是否一過程以促進(jìn)磨損的方式作用到該光學(xué)元件上。
[0012]所述應(yīng)答器在光學(xué)元件的所述周向面的區(qū)域內(nèi)的布置有如下優(yōu)點:由應(yīng)答器很少地遮蓋所述光學(xué)元件，從而使得光學(xué)元件的光學(xué)特性，例如該光學(xué)元件的可光學(xué)使用的表面的大小由于該應(yīng)答器僅僅受到不重要的影響。此外，相應(yīng)的讀和/或?qū)懷b置能夠特別簡單地在激光加工頭中布置在該光學(xué)元件的所述周向面的區(qū)域內(nèi)。由此而可能的是，應(yīng)答器和讀和/或?qū)懷b置相互靠近地布置，從而使得僅僅需要很小的發(fā)射功率用于將信息從應(yīng)答器無線地傳遞給所述讀和/或?qū)懷b置或者反向地傳遞。
[0013]特別有利的是，應(yīng)答器布置在所述周向面上。由此而可能的是，在光學(xué)元件的徑向方向上將信息從應(yīng)答器傳遞給所述讀和/或?qū)懷b置或者反方向傳遞。由此，該傳遞路徑特別短。也由此，在所述光學(xué)元件的透射方向上，該光學(xué)元件的沒有表面由應(yīng)答器遮蓋。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一特別優(yōu)選的設(shè)計方案而可設(shè)置:所述表面、尤其所述周向面具有一平坦的區(qū)段、尤其一平整的表面磨削部或者表面切削部，在其上布置有所述應(yīng)答器。該應(yīng)答器可特別好和可靠地固定在一平坦的區(qū)段上，例如該應(yīng)答器能與一彎曲的區(qū)段相比更好地粘在一平坦的區(qū)段上。此外，通過該周向面的所述平坦的區(qū)段可強制該光學(xué)元件的位態(tài)正確的裝入，其方式是，例如一保持裝置具有對應(yīng)的平坦的區(qū)段或者另外地相應(yīng)構(gòu)造。
[0015]如已提及地那樣，在激光材料加工的領(lǐng)域中在高功率范圍內(nèi)特別有利的是，如果涉及光學(xué)元件的歷史和/或狀態(tài)的信息存儲在所述應(yīng)答器中的話。
[0016]應(yīng)答器可構(gòu)造為RFID應(yīng)答器。如果使用RFID應(yīng)答器，則在應(yīng)答器與讀和/或?qū)懷b置之間能夠無線地交換信息。此外，RFID應(yīng)答器沒有自己的能量供應(yīng)也能應(yīng)付。如果應(yīng)答器由聚合物制造，則獲得該應(yīng)答器的特別小的結(jié)構(gòu)。與讀取設(shè)備的耦接可通過有效距離小的交變磁場或者通過高頻率的無線電波來進(jìn)行。因此不僅僅能夠傳輸數(shù)據(jù)，還能夠為應(yīng)答器提供能量。
[0017]若涉及一可寫的RFID應(yīng)答器，則該RFID應(yīng)答器可具有EEPROM存儲器或者FRAM存儲器。原則上還可設(shè)想一 SRAM存儲器。但SRAM存儲器會需要自己的電流供給。
[0018]此外，具有一用于一光學(xué)元件的保持裝置的激光加工頭、尤其是激光切割頭落到本發(fā)明的范圍內(nèi)，其中，設(shè)置有一根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件。此外，該激光加工頭具有一配置給所述光學(xué)元件的所述應(yīng)答器的讀和/或?qū)懷b置。在此，應(yīng)答器和讀和/或?qū)懷b置在光學(xué)元件裝入的情況下優(yōu)選相對置地布置，從而使得它們相互靠近地布置。由此而可行的是，所述信息能夠簡單和無干擾地被讀取。通過所述光學(xué)元件的材料編號，尤其地，如果在此涉及一透鏡的話，則可能對正確的焦距作檢驗。但是，該焦距也能存儲為獨特的值，或者可間接地結(jié)合其它識別數(shù)據(jù)推導(dǎo)出。由此可阻止由于錯誤焦距被安裝的損害。通過能從應(yīng)答器讀出的明確的序列號能夠確保，所涉及的為一被解除約束(freigegebenes)的光學(xué)元件。在這里，用于解除約束的數(shù)據(jù)也能夠直接存儲并是可調(diào)用的。
[0019]對于透鏡傳感裝置的功能來說，500nm情況下的透射是重要的。如果在應(yīng)答器中存儲關(guān)于光學(xué)元件的原材料源的信息，則可設(shè)想準(zhǔn)確性的改善。這尤其適用于C02傳感裝置。在一 YAG激光器中可以替代于此地在應(yīng)答器中存儲光學(xué)元件的發(fā)射率并且該發(fā)射率可以是一待遞交的參數(shù)。
[0020]在用于所述光學(xué)元件的保持裝置上可設(shè)置有一定向輔助裝置用于位態(tài)正確地裝入所述光學(xué)元件。在此，該定向輔助裝置尤其可與所述光學(xué)元件的周向上的平坦的區(qū)段共同作用。因此，通過成型所述保持裝置和所述光學(xué)元件能夠強制位態(tài)正確的裝入。
[0021]為了阻止損傷所述讀和/或?qū)懷b置而可設(shè)置:該光學(xué)元件布置在一高壓室中，在激光加工頭運行中，一種氣體在高壓下布置在該高壓室中并將該讀和/或?qū)懷b置布置在一低壓室中，在激光加工頭運行中，一種氣體在與高壓室中的壓力相比較低的壓力下布置在該低壓室中，其中，所述高壓室和低壓室由一壁部分開，該壁部至少在一個區(qū)域內(nèi)具有非金屬材料。通過在一個區(qū)域內(nèi)設(shè)置非金屬材料、尤其是電介質(zhì)材料可確保:能夠在應(yīng)答器和讀和/或?qū)懷b置之間交換信息。這根據(jù)目前通常的認(rèn)識水平是不可能的，所述壁部會完全由金屬材料構(gòu)造。
[0022]為此目的，所述壁部可具有一通孔，該通孔通過一由非金屬材料制成的元件關(guān)閉。例如該通孔可由一石英窗關(guān)閉。
[0023]該光學(xué)兀件尤其可布置在一透鏡筒中，該透鏡筒的壁部具有一由一非金屬材料制成的元件所關(guān)閉的通孔。在此，該通孔例如可以是在透鏡筒內(nèi)的所述壁部中的一鉆孔。在此，該通孔的直徑應(yīng)優(yōu)選大致與應(yīng)答器的天線直徑相應(yīng)。對于該通孔的6_的直徑被證明為特別有利。
[0024]可由非金屬材料制成的元件特別簡單地關(guān)閉該通孔，如果該元件是被粘入的話。
[0025]此外，本發(fā)明涉及一種用于運行激光材料加工機的方法，該方法具有以下方法步驟:
[0026]a.將一光學(xué)元件裝入到所述激光材料加工機的激光加工頭中，所述光學(xué)元件具有
一應(yīng)答器；
[0027]b.讀出存儲在所述應(yīng)答器中的、涉及所述光學(xué)元件的信息的至少一部分；
[0028]c.通過所述激光材料加工機的控制裝置來分析所讀出的信息。
[0029]由此，對該激光材料加工機一方面可能的是確定:裝入的光學(xué)元件是否完全適用于即將進(jìn)行的激光材料加工并且裝入的光學(xué)元件對于相應(yīng)的激光材料加工機是否完全被容許。此外，在該應(yīng)答器中能存儲如下信息，這些信息允許所述激光材料加工機這樣地調(diào)節(jié)激光材料加工過程，使得能夠執(zhí)行經(jīng)優(yōu)化的材料加工。
[0030]可讀出以下信息中至少一項作為涉及所述光學(xué)元件的信息:材料編號、序列號、制造者、生產(chǎn)日期、批號、原材料、發(fā)射率、投入運行日期、對檢測波長的透射。通過檢測這些參數(shù)而可能的是，識別由于制造缺陷而具有問題的光學(xué)元件的批次(Charge)。由此，該激光材料加工機能夠有針對性地識別具有缺陷的光學(xué)元件并且阻止用這些具有缺陷的光學(xué)元件執(zhí)行激光材料加工。該激光材料加工機例如能夠通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被告知，哪些光學(xué)元件是具有缺陷的，這些光學(xué)元件例如通過材料編號、制造者或生產(chǎn)日期能夠識別。
[0031]特別有利的是，將涉及該光學(xué)元件的使用的信息寫入到應(yīng)答器中。如已提及地那樣，該光學(xué)元件的使用的持續(xù)時間可被存儲。清潔周期或者說清潔次數(shù)、吸收歷史、運行時數(shù)、尤其激光器開機時間、激光器功率和激光器功率密度和/或激光器的運行方式，也就是cw (continuous wave,即連續(xù)波)或者脈沖波也能夠存儲并且隨后再讀出并且根據(jù)需求顯
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[0032]通過激光加工機、例如直接通過切割頭電子裝置和/或間接通過激光器控制裝置所檢測的相應(yīng)的數(shù)據(jù)能夠通過到所述讀和/或?qū)懷b置上的連接而被傳遞到所述應(yīng)答器上。該連接不僅能夠通過線路而且也能通過用于在無物理連接情況下的數(shù)據(jù)傳遞的其它器件來構(gòu)造。
[0033]根據(jù)一種方法變型方案可以設(shè)置:所述光學(xué)元件的位態(tài)正確的裝入借助應(yīng)答器來監(jiān)控。如果該光學(xué)元件例如倒立地被裝入，則所述應(yīng)答器不能是可讀的。由此能夠識別，該光學(xué)兀件未被正確裝入。
[0034]根據(jù)另一方法變型方案可借助所述應(yīng)答器來監(jiān)控，是否是一對于該激光加工頭或者待執(zhí)行的過程而言容許的光學(xué)元件。這可通過從所述應(yīng)答器讀出相應(yīng)的信息來確定。
[0035]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點由本發(fā)明的一個實施例的隨后的說明，根據(jù)示出了對本發(fā)明重要的細(xì)節(jié)的附圖獲得并且由權(quán)利要求書中獲得。單個的特征能夠單獨地或多個地以任意組合的方式在本發(fā)明的變型方案中實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]本發(fā)明的優(yōu)選的實施例在附圖中示意性地示出并且隨后參照附圖中的多個圖進(jìn)行進(jìn)一步解釋。附圖示出:
[0037]圖1 一激光材料加工機的激光加工頭的縱剖面視圖，一根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件裝入到該激光加工頭中；
[0038]圖2圖1的激光加工頭的放大的截段；
[0039]圖3激光加工頭在所述光學(xué)元件的范圍內(nèi)的放大的橫斷面視圖。
【具體實施方式】
[0040]圖1示出一激光材料加工機的構(gòu)造為激光切割頭的激光加工頭I的縱剖面視圖。該激光加工頭I具有一構(gòu)造為透鏡的光學(xué)元件2。該光學(xué)元件布置在一透鏡筒3中，其中，該透鏡筒3是可更換的，尤其可從激光加工頭I中取出。在透鏡筒3的上端部處示出一螺紋環(huán)4，該螺紋環(huán)將所述透鏡筒保持在激光加工頭I中。螺紋環(huán)5通過一間隔保持件6將所述光學(xué)兀件2保持在透鏡筒3中進(jìn)而保持在激光加工頭I中。
[0041]在光學(xué)元件2上布置有一構(gòu)造為射頻識別標(biāo)簽(RFID-Etikett)的應(yīng)答器7。該應(yīng)答器與讀和/或?qū)懷b置8相對置。通過該讀和/或?qū)懷b置8能夠讀出應(yīng)答器7的信息并且在一些情況下也能夠?qū)⑿畔懭霊?yīng)答器7中。該讀和/或?qū)懷b置8與所述激光材料加工機的一在此未示出的控制裝置連接。
[0042]透鏡筒3的壁部9具有一通孔10，該通孔通過一由非金屬材料制成的元件11關(guān)閉。通過由非金屬材料制成的元件11，其中布置有所述光學(xué)元件2的高壓室12與其中布置有讀和/或?qū)懷b置8的低壓室13被分隔開。壁部9由金屬材料構(gòu)造，而元件11由非金屬材料、尤其由電介質(zhì)材料、例如石英、塑料或者陶瓷構(gòu)造。以此可以實現(xiàn)在應(yīng)答器7和讀和/或?qū)懷b置8之間的信息交換，而如果壁部9完全由金屬材料構(gòu)造的話，這一點將會是不可能的。
[0043]從圖2的細(xì)節(jié)示圖得出，元件11的直徑大于通孔10的直徑。元件11尤其可具有大約為8mm的直徑，而通孔10優(yōu)選具有6mm直徑。在此，通孔10的大小決定性地由應(yīng)答器7的天線的大小來確定。
[0044]圖3示出根據(jù)圖2的II1-1II線的斷面視圖。這里特別可清楚地看到，區(qū)段15中的所述光學(xué)元件2具有一平坦的周向面。在區(qū)段15中的該平坦的周向面上布置有應(yīng)答器
7。尤其地，應(yīng)答器7設(shè)置在用于光學(xué)元件2的保持裝置17的缺口 16中。由此，該缺口 16是用于裝入所述光學(xué)元件2的定向輔助裝置。此外，在圖3中可看到通孔10、元件11和讀和/或?qū)懷b置8。
【權(quán)利要求】
1.為了裝入到激光材料加工機中而確定的光學(xué)元件(2)，所述光學(xué)元件具有一在所述激光材料加工機運行中在光學(xué)上不使用的和/或不被激光束作用的表面，其中，在該表面的區(qū)域內(nèi)布置有一應(yīng)答器(7 )，所述應(yīng)答器包含關(guān)于所述光學(xué)元件(2 )的可讀出的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述應(yīng)答器(7)是可寫的。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述表面是所述光學(xué)元件(2)的周向面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述應(yīng)答器(7)布置在所述周向面上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述表面、尤其所述周向面具有一平坦的區(qū)段(15)、尤其一平整的表面磨削部或者表面切削部，所述應(yīng)答器(7)布置在其上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件，其特征在于，涉及所述光學(xué)元件(2)的歷史和/或狀態(tài)的信息存儲在所述應(yīng)答器(7)中。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述應(yīng)答器(7)構(gòu)造為RFID應(yīng)答器。
8.激光加工頭(1)，具有一用于一光學(xué)元件(2)的保持裝置(17)，其特征在于，設(shè)置有根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件(2)，其中，所述激光加工頭(I)此外具有一讀和/或?qū)懷b置(8)，所述讀和/或?qū)懷b置配置給所述光學(xué)元件(2)的所述應(yīng)答器(J)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工頭，其特征在于，在用于所述光學(xué)元件(2)的所述保持裝置(17)上設(shè)置有一用于位態(tài)正確地裝入所述光學(xué)元件(2)的定向輔助裝置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求8或9所述的激光加工頭，其特征在于，所述光學(xué)元件(2)布置在一高壓室(12)中，在所述激光加工頭(I)運行中，一種氣體在高壓下布置在所述高壓室中，并且，所述讀和/或?qū)懷b置(8 )布置在一低壓室(13 )中，在所述激光加工頭(I)運行中，一種氣體在比所述高壓室(12)中的壓力相比較低的壓力下布置在所述低壓室中，其中，所述高壓室(12)和所述低壓室(13)由一壁部(9)分開，所述壁部至少在一個區(qū)域內(nèi)具有非金屬材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工頭，其特征在于，所述壁部(9)具有一通孔(10)，所述通孔通過一由非金屬材料制成的元件(11)關(guān)閉。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的激光加工頭，其特征在于，所述光學(xué)元件(2)布置在一透鏡筒(3)中，所述透鏡筒的壁部(9)具有一通過一由非金屬材料制成的元件(11)關(guān)閉的通孔(10)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光加工頭，其特征在于，由非金屬材料制成的所述元件(11)粘入到所述通孔(10)中。
14.用于運行激光材料加工機的方法，所述方法具有以下方法步驟: a.將一光學(xué)元件(2)裝入到所述激光材料加工機的激光加工頭(I)中，所述光學(xué)元件具有一應(yīng)答器(7)； b.讀出存儲在所述應(yīng)答器(7)中的、涉及所述光學(xué)元件(2)的信息的至少一部分； c.通過所述激光材料加工機的控制裝置來分析所讀出的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，讀出以下信息中的至少一項作為涉及所述光學(xué)元件(2)的信息:材料編號、序列號、制造者、生產(chǎn)日期、批號、投入運行日期、原材料、發(fā)射率、對檢測波長的透射。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，涉及所述光學(xué)元件(2)的使用的信息被寫到所述應(yīng)答器(7)中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，以下信息中的至少一項被寫入到所述應(yīng)答器(7)中:所述光學(xué)元件(2)的切割時數(shù)、清潔周期或者說清潔次數(shù)、吸收歷史、運行時數(shù)、尤其激光器開機時間、激光器功率和激光器功率密度和/或激光器的運行方式。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求14至17之一所述的方 法，其特征在于，所述光學(xué)元件(2)的位態(tài)正確的裝入借助所述應(yīng)答器(7)來監(jiān)控。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，借助所述應(yīng)答器(7)來監(jiān)控，是否是一對于所述激光加工頭(I)或者待執(zhí)行的過程而言容許的光學(xué)元件(2)。
【文檔編號】G02B27/00GK103717346SQ201280032176
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】J-M·韋克, T·魯普, D·韋埃斯 申請人:通快機床兩合公司