CN110446578B - 用于沿加工方向进行激光材料加工的装置和用于以激光射束进行材料加工的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于以激光射束沿加工方向进行材料加工的装置。该装置包括用于将所述激光射束聚焦到工件上的聚焦镜组和调节组件，其中，所述聚焦镜组限定光轴。所述调节组件包括用于所述激光射束的调节装置，所述调节装置设置用于不对称地调节所述激光射束垂直于所述加工方向的功率密度分布，和/或所述调节组件包括用于气体射束的调节装置，所述调节装置设置用于不对称地调节所述气体射束垂直于所述加工方向的密度分布。

Description

用于沿加工方向进行激光材料加工的装置和用于以激光射束 进行材料加工的方法

技术领域

本发明涉及一种用于以激光射束沿着加工方向进行材料加工的装置和一种用于以激光射束进行材料加工的方法。本发明尤其涉及用于对工件进行激光切割的装置和方法。

背景技术

在激光加工时、即在借助于激光辐射进行材料加工(例如激光切割)时，从激光源射出的激光射束借助于射束导向镜组和聚焦镜组聚焦到要加工的工件上。用于材料加工的常规的装置能够使用激光射束和作为脉冲源的气体射束。通常，激光射束和气体射束旋转对称地构造。以这样的激光射束和气体射束产生切割缝隙，所述切割缝隙在两侧是相同的并且因而例如在粗糙度、直角性、毛刺形成、均匀性等等方面具有相同的质量。

在激光切割时能够从工件中切掉一部分。典型地，部件轮廓成型为使得对应件不能够满足另外的用途并且因此作为废料被清除。因此，在“废料侧”上的切割质量通常是不重要的。因此会有利的是提高在“产品侧”上的切割质量。

从WO 2011/154461 A2已知：根据所希望的加工结果调节照射前沿的表面结构。照射前沿的表面结构能够例如通过合适地选择激光射束的射束特性(尤其极化)和/或沿着切割方向的射束形廓来调节。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于以激光射束沿着加工方向进行材料加工的装置和一种用于以激光射束进行材料加工的方法，所述装置和所述方法能够改进工件上的切割面的质量。

该任务通过独立权利要求的主题解决。在从属权利要求中说明本发明的有利构型。

根据本发明的实施方式，说明一种用于以激光射束沿着加工方向进行材料加工的装置。该装置包括用于将激光射束聚焦到工件上的聚焦镜组和调节组件，其中，聚焦镜组限定光轴。所述调节组件包括用于激光射束的第一调节装置，所述第一调节装置设置用于不对称地调节激光射束垂直于加工方向的功率密度分布或者强度分布。

根据本发明的其它实施方式，说明一种用于以激光射束沿着加工方向进行材料加工的装置。该装置包括用于将激光射束聚焦到工件上的聚焦镜组和调节组件，其中，聚焦镜组限定光轴。所述调节组件包括用于气体射束的第二调节装置，所述第二调节装置设置用于不对称地调节气体射束垂直于加工方向的密度分布。

根据其它的实施方式，说明一种用于以激光射束进行材料加工的方法。该方法包括：提供具有关于光轴的功率密度分布或者强度分布的激光射束；和以所述激光射束沿着加工方向加工工件，其中，激光射束垂直于加工方向的功率密度分布或者强度分布和/或气体射束垂直于加工方向的密度分布是不对称的。

由从属权利要求、附图和本说明书得出本发明的优选的、可选的实施方式和特别的方面。

根据本发明，打破激光射束和/或气体射束的旋转对称性。尤其是，激光射束垂直于加工方向的功率密度分布和/或气体射束垂直于加工方向的密度分布是不对称的，所述加工方向能够是例如切割方向。因此，能够在单侧、例如在希望的部件的侧上有针对性地改进轮廓切割。

本发明的实施方式能够例如提供一种具有改进的切割边沿质量的激光切割，尤其至少在切割缝的配属于要切下的部件的侧上提供减小的粗糙度和减少的毛刺形成。在切割缝的另一侧上的质量能够明显更差地发生，尤其当这个对应件作为废料清除时。

常规地在切割缝的两侧上实现相同的质量，而本发明能够对质量进行再分配并且提高一侧的质量。这能够在每个任意的切割方向上实现，其中，“产品侧”是能够自由选择的。例如，本发明的实施方式能够自动地适应切割方向，并且因而在轮廓截面中，“产品侧”总是属于要切下的部件。

此外，在切割头上不会存在外部的机械式部件，所述机械式部件例如必须执行围绕光轴的旋转。所有在技术上的实施能够集成在头内部。此外，随时能够实现接入和关断质量再分配。所述质量再分配随时实现在所有方向上达到相同的切割条件。接入和关断能够在没有机器操作人员的机械式手动干预的情况下遥控地和/或自动地实现。

此外能够使系统能适配由不同材料制成和/或具有不同厚度的工件。跟随加工方向的速度能够最大化，从而能够加工例如薄的板材，所述薄的板材的加工速度应是高的。

附图说明

在附图中示出并且接下来详细地说明本发明的实施例。其示出了：

图1根据本发明的实施方式的、用于以激光射束沿着加工方向进行材料加工的装置的示意性示图，

图2A和图2B具有对称的或者说不对称的功率密度分布的激光射束的示意性示图，

图3根据本发明的实施方式的、在工件上的激光切割过程的示意性示图，

图4A根据本发明的其它实施方式的、用于以激光射束沿着加工方向进行材料加工的装置的示意性示图，

图4B根据本发明的实施方式的摆动装置的示意性示图，

图5A激光射束的垂直于光轴的功率密度分布对根据本发明的实施方式的第一调节装置的偏移的依赖关系，

图5B在第一调节装置沿着圆形轨道偏移的情况下激光射束的垂直于光轴在固定的z平面内的功率密度分布，

图6A激光射束的垂直于光轴的功率密度分布对根据本发明的其它实施方式的第一调节装置的偏移的依赖关系，

图6B在第一调节装置沿着圆形轨道偏移的情况下激光射束的垂直于光轴在固定的z平面内的功率密度分布，

图7A、图7B和图7C根据本发明的其它实施方式的第一调节装置的示意性示图，

图8A和图8B根据本发明的实施方式的第二调节装置的示意性示图，

图8C对称的气体射束的三维示图，和

图8D在通过根据本发明的实施方式的第二调节装置进行调节之后的不对称的气体射束的三维示图，和

图9根据本发明的实施方式的、用于以激光射束进行材料加工的方法的流程图。

具体实施方式

接下来，只要不另外注明，对于相同的和起相同作用的元件就使用相同的附图标记。

在以激光射束进行材料加工时和尤其在进行激光切割时，激光射束能够用作能量源并且气体射束能够用作过程驱动器。在此，气体射束能够用作脉冲源并且可选地用作氧化剂(例如氧气)。常规地，激光射束和气体射束旋转对称地构造。更准确地说，激光射束在垂直于光轴的每个平面内的强度分布或者说功率密度分布是旋转对称的。这同样能够适用于气体的密度和速度。由此，能够在每个任意的切割方向上实现相同的切割结果。不需要匹配切割方向。特别是在加工具有小的轮廓的薄的板材时，这是有利的，因为在这里会发生非常快速和频繁的方向更换。

借助对称的激光射束和气体射束能够产生切割缝隙，所述切割缝隙在两侧是相同的并且因而具有相同的质量。例如存在嵌套技术(Verschachtelungstechniken)，以便将轮廓嵌套在板材上，使得切割面的两个侧面配属于两个不同的部件。然而，这实际上仅仅能够用于非常有限的数量的部件。通常，部件轮廓成型为使得对应件不能够满足另外的用途并且因而作为废料被清除。因此，在“废料侧”上的切割质量是无关紧要的。因而可以降低废料的切割质量，如果因此产生在“产品侧”方面的优点，例如“产品侧”的切割边沿的提高的质量和/或提高的加工速度。

根据本发明，打破激光射束和/或气体射束的旋转对称性。尤其是，激光射束垂直于加工方向的功率密度分布或者说强度分布和/或气体射束垂直于加工方向的密度分布是不对称的，所述加工方向能够是例如切割方向。在此，在工件的位置上产生激光射束的不对称的功率密度分布和/或气体射束的密度分布。因而，能够在单侧、例如在所希望的部件的侧(即“产品侧”)上有针对性地改进轮廓截面。

图1示出根据本发明的实施方式的、用于以激光射束112沿着加工方向20进行材料加工的装置100的示意性示图。装置100能够是切割头、例如激光切割头。加工方向20能够是切割方向和/或装置100关于工件10的运动方向。

装置100包括用于将激光射束112聚焦到工件10上的聚焦镜组121、122。聚焦镜组121、122限定光轴124。装置100还包括调节组件。所述调节组件包括用于激光射束的第一调节装置120和/或用于气体射束的第二调节装置800(在图1中未示出，见图8)。气体射束能够与激光射束112重叠。例如能够使气体射束转向，从而气体射束流到光轴124上并且沿着该光轴流动。

第一调节装置120优选包括至少一个射束成形镜组，例如西门子星、锥透镜(Axikon)、锥透镜阵列、可变形的镜、衍射光学元件或者削平的锥透镜(可选地具有离散锥形面或者具有弯曲锥形面)。用于激光射束112的第一调节装置120设置用于不对称地调节激光射束112垂直于加工方向20的功率密度分布或者强度分布。换言之，打破激光射束112在垂直于光轴124的平面内的功率密度分布的旋转对称性。因此，功率密度在垂直于光轴124的平面内是不均匀的。用于气体射束的第二调节装置800设置用于不对称地调节气体射束垂直于加工方向20的密度分布或者说速度分布。换言之，打破气体射束在垂直于光轴124的平面内的密度的旋转对称性。因此，密度在垂直于光轴124的平面内是不均匀的。第一调节装置120和第二调节装置800能够替代地或者共同实施在装置100中。

根据本实施方式能够将用于调节激光射束112的功率密度分布的第一调节装置120由其原本设置在光轴124上的位置偏离。在这里，能够涉及在x/y平面内、即横向于光轴124(也就是说，在垂直于光轴124的平面内)的偏移。替代地或者可选地能够使第一调节装置120倾斜。第一调节装置120也能够选择性地设置用于在任意的横向方向上的偏移。

激光射束112的功率密度分布的不对称性和/或气体射束的密度的不对称性存在于垂直于光轴124的平面内。在此，激光射束112和/或气体射束在平行于光轴124的平面内能够具有对称的或者均匀的功率密度分布或者说密度分布。激光射束112和/或气体射束在垂直于光轴124的平面内的横截面(即其在空间上的延伸)能够围绕光轴124是(旋转)对称的。然而，在激光射束112和/或气体射束的横截面内部的功率密度分布或者说密度分布是不对称的。换言之，激光射束的功率密度和/或气体射束的密度在所述横截面内部是不均匀的。

装置100包括用于提供激光射束112的激光源110。根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，装置100包括用于提供气体射束的气体源(未示出)。气体源能够集成到装置100中，所述装置能够是激光切割头。气体源能够包括第二调节装置800。气体源能够设置用于使气体射束与由激光源110提供的激光射束112沿着光轴124重叠。

聚焦镜组121、122能够是具有固定焦距或者具有可变焦距(变焦)的光学系统，所述光学系统限定光轴124。聚焦镜组121、122包括至少一个成像的光学元件。垂直于光轴124的功率密度分布首先在所有的平面内是旋转对称的(只要激光源110也具有这种特性)，这例如适用于下述光导纤维：所述光导纤维的导光的芯圆形地或者环状地构造。根据本发明，能够给光学系统补充第一调节装置120、例如射束成形镜组，从而能够有针对性地产生非旋转对称的射束形廓。

在一些实施方式中，聚焦镜组121、122能够包括准直仪镜组121和聚焦镜组122。例如从激光源110的光导纤维射出的发散的激光束被准直仪镜组121变换为平行的激光束，所述平行的激光束被聚焦镜组122聚焦到工件10上。调节组件(和尤其第一调节装置120)能够安装到准直仪镜组121和聚焦镜组122之间的平行的激光束中。

图2A和图2B以色梯度示出具有在垂直于光轴的平面内的对称的(图2A)或者说不对称的(图2B)功率密度分布的激光射束的示意性示图。色梯度的单位是瓦特每平方厘米(W/cm²)，其中，色梯度的上端部(红色)表明最大值、例如5.00E+⁰⁶W/cm²并且下端部(蓝色)表明最小值0。在图2A、图2B、图3、图5A、图5B、图6A和图6B中的所有射束形廓示图以这个标度为基础。

在没有第一调节装置120的情况下，垂直于光轴124的功率密度分布是旋转对称的(只要激光源110也具有这个特性)。在图2A中示出这种对称的功率密度分布200。激光射束的功率密度或者说强度基本上是均匀的。第一调节装置120能够是射束成形镜组，该第一调节装置打破激光射束112的对称性，从而激光射束112具有不对称的功率密度分布。在图2B中示出通过第一调节装置产生的不对称的强度分布。激光射束的功率密度或者说强度是不均匀的。

激光射束的不对称的功率密度分布具有最大部210和最小部220。最大部210为具有最大的功率密度或者强度的区域。最小部220为具有最小的功率密度或者强度的区域。最小部220、即最小的功率密度或者强度能够小于最大部、即最大的功率密度或者强度的90％，并且优选地能够小于50％、优选地小于25％并且还更优选地小于10％。第一调节装置120能够设置用于对强度进行再分配，其中，激光射束112的总强度能够是基本上恒定的。具有最大的功率密度的区域能够面向“产品侧”。

类似地，气体射束的不对称的密度分布能够具有最大部和最小部。最大部为具有最大的气体密度的区域。最小部为具有最小的气体密度的区域。最小部、即最小的气体密度能够小于最大部、即最大的气体密度的90％，并且优选地能够小于50％、优选地小于25％并且还更优选地小于10％。第二调节装置800能够设置用于对气体进行再分配，其中，气体的总流能够是基本上恒定的。具有最大的气体密度的区域能够面向“产品侧”。

尽管功率密度分布的对称性被打破，激光射束112在垂直于光轴的平面内的空间上的延伸能够是基本上对称的。例如激光射束112在垂直于光轴124的平面内的空间上的延伸能够是围绕光轴124对称的，而功率密度分布是不对称的。同样能够类似地适用于气体射束。

根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，第一调节装置120设置用于基于加工方向20调节激光束112的功率密度分布的最大部、即最大的强度。替代地或者可选地，第二调节装置800能够设置用于基于加工方向20调节气体射束的密度分布的最大部(作为最大的密度)。加工方向20能够是装置关于工件的运动方向。

在一些实施方式中，第一调节装置120设置用于根据加工方向20不对称地调节激光射束112垂直于加工方向20的功率密度分布。换言之，功率密度在关于加工方向20的一侧上(在图2B中左边)能够比在另一侧上(在图2B中右边)更高。例如，第一调节装置120的偏移能够与加工方向20耦合。沿着加工方向20的功率密度分布能够是对称的。换言之，平行于加工方向20的功率密度能够是基本上恒定的。

替代地或者可选地，第二调节装置800能够设置用于基于加工方向20不对称地调节气体射束垂直于加工方向20的密度分布。换言之，气体射束的密度在关于加工方向20的一侧上能够比在另一侧上更高。沿着加工方向20的密度分布能够是对称的。换言之，平行于加工方向20的密度能够是基本上恒定的。

图3示出根据本发明的实施方式的、在工件上的激光切割过程的示意性示图。

激光切割过程能够包括激光射束刺入到工件中、移动激光射束和从工件切割轮廓。所述刺入能够借助旋转对称的功率密度分布200进行，如其在图2A中示出。在轮廓的切割期间能够逐步地或者连续地调节功率密度分布，使得具有最大的功率密度210的区域面向“产品侧”。尤其是，能够基于加工方向调节功率密度，如这在图3中示出。由此能够改进“产品侧”的切割边沿的质量，例如粗糙度、直角性、毛刺形成、均匀性等等。

根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，根据本发明的装置的加工速度为至少0.05m/min、优选至少1m/min、还更优选至少10m/min并且还更优选至少100m/min。

图4A示出根据本发明的其它实施方式的、用于以激光射束112沿着加工方向进行材料加工的装置400的示意性示图。图4B示出根据本发明的实施方式的装置400的摆动装置410的示意性示图。

根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，第一调节装置120能够关于光轴124运动。尤其是，能够使第一调节装置120关于光轴124运动，以便调节激光射束112的不对称的功率密度分布和/或以便接入和关断射束成形。例如能够从光路中除去第一调节装置120(例如使其摆动)，以便关断射束成形。

第一调节装置120能够在相对于光轴124基本上垂直的平面内运动或者说偏移，以便调节激光射束112的功率密度分布和/或以便接入/关断射束成形。替代地或者附加地，第一调节装置120能够在相对于光轴124基本上平行的平面内运动或者偏移，以便调节激光射束112的功率密度分布。例如，第一调节装置120能够垂直和/或平行于光轴124移动。在一些实施方式中，第一调节装置120能够关于光轴124倾斜，以便调节功率密度分布。在其它的实施方式中，第一调节装置120能够沿着圆形轨道运动。圆形轨道的中心能够位于光轴124上。在这类圆周运动中，不对称的程度能够是恒定的并且功率密度分布能够围绕光轴124旋转。

根据本实施方式，沿着第一调节装置120的运动方向的功率密度分布能够是基本上对称的。相反地，垂直于第一调节装置的运动方向的功率密度分布能够是不对称的。在此参照在图5A和图5B中的西门子星说明一个实施例。

参照图4A，装置400包括具有可运动的摆动元件414的摆动装置410，所述摆动元件限定摆动轴线416。第一调节装置120通过连接元件412与可运动的摆动元件414连接。为了完全地接入/关断射束成形，能够通过围绕摆动轴线416的转动使第一调节装置120摆动到光路中/从光路中摆动出来。为了实现不对称的射束成形，能够使可运动的摆动元件414或者说摆动轴线416运动。例如能够使摆动轴线416移动或者倾斜。根据本实施方式，摆动轴线416的移动能够在平行于光轴124的平面内和/或在垂直于光轴124的平面内进行。倾斜能够实现为使得摆动轴线416和光轴124围成大于0°且小于90°的角度。换言之，倾斜限定为：摆动轴线416和光轴124彼此不平行。

总系统的光轴124被偏移后的第一调节装置120仅仅不重要地影响。如果由于激光射束112在工件10上的稍微改变的x-y位置而发生所希望的部件的不希望的形状偏差，则能够事先在所有方向上求取偏差并且然后在这之后在切割轮廓的程序设计中补偿。总系统的焦点位置对于射束成形镜组的所有偏移是几乎相同的，因为第一调节装置120的射束成形镜组与平板相比典型地仅仅具有小的形状偏差。如果出现的焦点位置改变是有影响的，则所述焦点位置改变能够通过基本镜组的可运动的光学元件补偿。

图5A示出激光射束在垂直于光轴的平面(x-y平面)内的功率密度分布对第一调节装置120(在这种情况下是西门子星)的偏移的依赖关系。光轴沿着z轴线延伸。图5B示出在第一调节装置120沿着圆形轨道偏移的情况下，激光射束在垂直于光轴的平面内在固定的z平面(z＝4mm)内的功率密度分布。在这类圆周运动中，不对称的程度能够是恒定的并且功率密度分布围绕光轴旋转。

根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，第一调节装置120能够包括西门子星或者是西门子星。西门子星能够是板状的光学元件，所述板状的光学元件由透明的盘、尤其由石英玻璃或者硫化锌制成的平板玻璃组成，所述透明的盘在一侧上具有西门子星式的棱面，所述棱面在方位角方向或者周向方向上倾斜。

用于图5A和图5B中所示出的模拟的、具有西门子星的组件具有以下的参数：切面角＝0.25°，焦距fc＝100mm并且ff＝150mm，纤维芯

并且NA＝0.06。此外，在焦平面(z＝0mm)内的环

并且探测器窗口尺寸＝1.2x 1.2mm。

如果西门子星对中地布置在光路中，则在焦点前、焦点上和焦点后产生的功率密度分布是旋转对称的，除了由于有限的数量的切面引起的“光斑”之外。如果使西门子星在x方向和/或y方向上偏离光轴，则失去功率密度分布的旋转对称性，因为单个的切面以不同的功率照射。沿着偏移方向，功率密度分布总是还具有轴对称性。横向于偏移方向，功率密度分布是不对称的。在此，x/y偏移的大小确定这种不对称的程度。

如果使镜组沿着以光轴作为中心的圆形轨道偏移(如这在图5B中示出)，则不对称的程度是恒定的并且功率密度分布围绕光轴旋转。优选地，使第一调节装置120的偏移或者说运动的方向耦合到切割方向上。根据实施方案，第一调节装置120的偏移或者说运动的量能够耦合到过程参数上。所述过程参数能够从以下的组中选择：所述组包括切割速度、焦点位置、切割气体压力和类似的参数。

图6A示出激光射束垂直于光轴的强度分布对第一调节装置120的偏移的依赖关系，所述第一调节装置在这里实施为锥透镜。图6B示出在第一调节装置沿着圆形轨道偏移的情况下激光射束在垂直于光轴在固定的z平面(z＝0mm)内的强度分布。

锥透镜为锥形的磨光的透镜。锥透镜使点源成像到沿着光轴的线上，或者将激光射束转换为环。

用于图6A和图6B中所示出的模拟的、具有锥透镜的组件具有以下的参数：锥透镜角＝0.17°,焦距fc＝100mm并且ff＝150mm，纤维芯

并且NA＝0.1。此外，在焦平面(z＝0mm)内的环

并且探测器窗口尺寸＝1.2x 1.2mm。

根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，第一调节装置120包括从以下组中选择的至少一个射束成形镜组：所述组由西门子星、可变形的镜、衍射光学元件、锥透镜和它们的任意的组合组成。可变形的镜实现了形成非旋转对称的反射面。衍射光学元件能够设计为使得其将镜组的移动转化为非旋转对称的强度分布。锥透镜的不同实施方式在图7A-图7C中示出。图7A示出具有表面710而不是锥形尖端的削平的锥透镜700，所述锥透镜在中心地定向的情况下实现不对称的射束成形的关断。在实施方式中，锥透镜700’能够具有离散的锥面710’(图7B)。这实现在侧部斑点(Spot)上的较高的强度。根据本实施方式的锥透镜700”也能够具有弯曲的锥形面710”(图7C)。这允许侧部斑点在径向方向上的伸展。

图8A和图8B示出根据本发明的实施方式的第二调节装置800的示意性示图。

在一些实施方式中，对激光射束112替代地或者附加地，气体射束也能够非旋转对称地成形。在此，气体射束也能够如激光射束112那样根据加工方向定向。根据本实施方式(所述实施方式能够与其它的在这里所说明的实施方式组合)，用于以激光射束进行材料加工的装置包括用于提供气体射束的气体源，其中，所述气体源具有多个射出开口810，其中，第二调节装置800设置用于选择性地打开和/或关闭射出开口810中的一个或者多个，以便调节气体射束的密度分布。尤其能够通过闭锁例如均匀地分布的射出开口810中的一个或者多个来产生不对称的气体射束。

典型地，气体到装置100或者400中的进入从一侧进行，所述装置能够是激光加工头或者切割头。气体在此能够在头内部与激光射束112共轴地重叠。优选地，使气体首先被分开地转向，使得气体射束880从多个空间方向均匀地流入到光轴124上(参见图8C)。这能够例如通过多个对称地布置的射出开口810实现。这提供下述可行性：锁闭单个的射出开口810(即气体出口)。由此能够强制产生不对称性(参见图8D)。优选地，能够锁闭这些射出开口810中的任意的射出开口。这能够马达式地和可选地自动化地进行。在图8A和图8B中，敞开的射出开口作为空着的圆示出并且闭合的射出开口作为填满的圆示出。在一些实施方式中，第二调节装置800能够包括可旋转的孔板或者能够是可旋转的孔板。

图9示出根据本发明的实施方式的、用于以激光射束进行材料加工的方法900的流程图。方法900能够使用根据本发明的、用于以激光射束在加工方向上进行材料加工的装置。

方法900包括：在步骤910中提供具有关于光轴的功率密度分布的激光射束，并且在步骤920中以激光射束沿着加工方向加工工件，其中，激光射束的垂直于加工方向的功率密度分布和/或气体射束的垂直于加工方向的密度分布是不对称的。

根据本发明，产生一种激光功率密度分布，所述激光功率密度分布的强度最大部和/或“重心”根据加工方向偏离光轴。尤其是，射束成形镜组能够安装在激光材料加工头中，其中，根据加工方向使射束成形镜组相应地相对于系统的光轴偏离和/或倾斜。由此能够例如提供一种具有改进的切割边沿质量的激光切割，尤其至少在切割缝的配属于要切下的部件的侧上提供减小的粗糙度和减少的毛刺形成。

优选的实施例尤其是：

1.用于以激光射束112沿着加工方向20进行材料加工的装置100、400，其包括：

用于将激光射束112聚焦到工件10上的聚焦镜组121、122，其中，聚焦镜组121、122限定光轴124；和

调节组件，其具有

用于激光射束112的第一调节装置120，所述第一调节装置设置用于不对称地调节激光射束112垂直于加工方向20的功率密度分布；和/或

用于气体射束880的第二调节装置800，所述第二调节装置设置用于不对称地调节气体射束880垂直于加工方向20的密度分布。

2.根据实施例1所述的装置100、400，其中，第一调节装置120关于光轴124偏移，用于调节激光射束112的功率密度分布。

3.根据实施例2所述的装置100、400，其中，所述第一调节装置120能够在基本上垂直于光轴124的平面内偏移和/或在基本上平行于光轴124的平面内偏移。

4.根据实施例2或3所述的装置100、400，其中，第一调节装置120能够沿着圆形轨道偏移，其中，所述圆形轨道的中心位于光轴124上。

5.根据实施例2至4中任一个所述的装置100、400，其中，将第一调节装置120的偏移方向耦合到加工方向20上。

6.根据实施例2至5中任一个所述的装置(100、400)，其中，将第一调节装置120的偏移的量耦合到一个或多个过程参数上，所述一个或多个过程参数从包括加工速度、焦点位置、切割气体压力的组中选择。

7.根据以上实施例2至6中任一个所述的装置100、400，其中，通过第一调节装置120调节的功率密度分布沿着第一调节装置120的偏移方向是轴对称的，和/或垂直于第一调节装置120的偏移方向是不对称的。

8.根据以上实施例中任一个所述的装置100、400，其中，第一调节装置120包括从以下组中选择的至少一个射束成形镜组：所述组由西门子星、能变形的镜、衍射光学元件、锥透镜和它们的任意的组合组成。

9.根据以上实施例中任一个所述的装置100、400，其还具有用于提供气体射束880的气体源，其中，气体源具有多个射出开口810，其中，第二调节装置800设置用于选择性地打开和/或关闭所述射出开口810中的一个或者多个，以便调节气体射束的密度分布。

10.根据以上实施例中任一个所述的装置100、400，其中，所述装置包括激光加工头或者激光焊接头。

11.用于以激光射束进行材料加工的方法900，其包括：

提供910具有关于光轴的功率密度分布的激光射束；和

以激光射束沿着加工方向加工920工件，其中，所述激光射束垂直于加工方向的功率密度分布和/或气体射束880垂直于加工方向的密度分布是不对称的。

Claims (15)

1.一种用于以激光射束(112)沿着加工方向(20)进行材料加工的装置(100、400)，其包括：

用于将所述激光射束(112)聚焦到工件(10)上的聚焦镜组(121、122)，其中，所述聚焦镜组(121、122)限定光轴(124)；和

调节组件，所述调节组件具有

用于所述激光射束(112)的第一调节装置(120)，所述第一调节装置设置用于不对称地调节所述激光射束(112)垂直于所述加工方向(20)的功率密度分布，

其特征在于，

所述第一调节装置(120)包括从以下组中选择的至少一个射束成形镜组：所述组由西门子星、能变形的镜、衍射光学元件、锥透镜和它们的任意组合组成，其中，所述第一调节装置(120)能够关于所述光轴(124)偏移和/或倾斜，用于调节所述激光射束(112)的功率密度分布，并且

所述激光射束(112)在垂直于光轴的平面内的横截面关于所述光轴(124)是旋转对称的，并且所述激光射束(112)在所述横截面内部的功率密度是不对称的。

2.根据权利要求1所述的装置(100、400)，其中，所述第一调节装置(120)能够在基本上垂直于所述光轴(124)的平面内和/或在基本上平行于所述光轴(124)的平面内关于所述光轴(124)偏移，用于调节所述激光射束(112)的功率密度分布。

3.根据权利要求1或2所述的装置(100、400)，其中，所述第一调节装置(120)能够沿着圆形轨道偏移，其中，所述圆形轨道的中心位于所述光轴(124)上，或者，所述第一调节装置(120)能够线性地偏移。

4.根据权利要求1或2所述的装置(100、400)，其中，所述第一调节装置(120)的偏移方向耦合到所述加工方向(20)上。

5.根据权利要求1或2所述的装置(100、400)，其中，使所述第一调节装置(120)的偏移的量耦合到一个或多个过程参数上，所述过程参数从包括加工速度、焦点位置、切割气体压力的组中选择。

6.根据权利要求1或2所述的装置(100、400)，其中，所述第一调节装置(120)设置为使得所述功率密度分布沿着所述第一调节装置(120)的偏移方向是轴对称的和/或垂直于所述第一调节装置(120)的偏移方向是不对称的。

7.根据权利要求1或2所述的装置(100、400)，其中，所述第一调节装置(120)设置为在所述激光射束(112)的不对称的和对称的功率密度分布之间来回切换。

8.根据权利要求1所述的装置(100、400)，其还包括用于气体射束(880)的第二调节装置(800)，所述第二调节装置设置为不对称地调节所述气体射束(880)垂直于所述加工方向(20)的密度分布。

9.根据权利要求8所述的装置(100、400)，其还具有用于提供所述气体射束(880)的气体源，其中，所述气体源具有多个关于所述光轴(124)对称地布置的射出开口(810)。

10.根据权利要求9所述的装置(100、400)，其中，用于所述气体射束(880)的所述第二调节装置(800)设置用于选择性地打开和/或关闭所述射出开口(810)中的一个或者多个，以调节所述气体射束的密度分布。

11.根据权利要求8所述的装置(100、400)，其中，所述气体射束(880)与所述激光射束(112)在用于以激光射束(112)沿着加工方向(20)进行材料加工的所述装置内部共轴地重叠。

12.根据权利要求8所述的装置(100、400)，其中，用于所述气体射束(880)的所述第二调节装置(800)设置用于在所述气体射束(880)的不对称的和对称的密度分布之间来回切换。

13.根据权利要求1或2所述的装置(100、400)，其中，所述装置包括激光加工头。

14.根据权利要求13所述的装置(100、400)，其中，所述激光加工头是激光切割头或者激光焊接头。

15.一种用于以激光射束进行材料加工的方法(900)，其包括：

提供(910)具有关于光轴的功率密度分布的激光射束；和

以所述激光射束沿着加工方向加工(920)工件，

其中，不对称地调节所述激光射束在围绕所述光轴旋转对称的横截面内部垂直于所述加工方向的功率密度分布和/或不对称地调节气体射束(880)垂直于所述加工方向的密度分布。

Images