用于工件的激光加工的光学单元和激光加工装置的制作方法

1.本发明涉及用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元、激光加工装置以及光学单元或激光加工装置的用途。


背景技术：

2.激光加工装置在工件的激光加工中使用，具体地，在借助于激光辐射进行的材料的热分离、比如激光切割的方法中使用。加工激光光束被引导到工件上、例如引导到待加工的金属片上。这通常通过使用一个或更多个光学元件将激光光束光学成像到待加工的工件上来完成。在本上下文中，光学成像理解成指的是例如通过折射、反射、衍射和/或光束成形而将激光光束引导到工件上。
3.通常地，由石英玻璃(熔融石英，fs)制成的光学元件比如透镜用于高功率激光加工。由石英玻璃制成的光学元件仅以较小的程度吸收激光功率、难以变热、可以被非常好地涂覆、具有非常良好的成像特性并且相对低廉。然而，石英玻璃光学元件的缺点是，石英玻璃光学元件对污垢非常敏感。如果光学元件上存在少量污染物，则光学元件由于激光功率而变热，并且由于石英玻璃难以导热，因此所产生的热不能充分地散发。用于高功率激光加工的石英玻璃光学元件因此可能被附着的污染物例如污垢颗粒或湿气损坏，并且/或者石英玻璃光学元件的成像特性可能受到损害。这特别地在工业环境中的高功率激光应用的情况下是不利的。因为工业环境在高功率激光应用中、特别是在对金属进行切割和焊接时通常与较高等级的污染相关联，所以将所使用的部件对污垢的敏感性考虑在内是有利的。例如，在由石英制成的聚焦透镜的情况下，污染区域中的局部变热可能引起不期望的焦点偏移、即焦点沿传播方向和/或与激光光束的传播方向成角度的偏移。激光加工系统通常由于石英玻璃光学元件被(即使非常轻微地)污染而失效。ep 2511040 a1描述了用于保持激光加工头中的光学元件的具有透明的防护装置的盒。
4.用于高功率激光光学元件的替代性材料是硫化锌(zns)。zns具有良好的导热性。然而，该材料不仅昂贵，而且还通常是晶体状且非均质的，并且具有相对高的激光吸收和约2％至3％的前向散射。这意味着2％至3％的所施用的激光功率不会按照预期进行成像、例如聚焦。更确切地说，2％至3％的激光功率或多或少在较大的散射锥形中以不可控的方式向前散射。其结果是，围绕zns光学元件的周围物体、例如光学元件保持器或整个激光加工头被加热。由于散射的光，激光加工过程还可能受到不利影响。
5.已经提出将蓝宝石作为用于高功率激光光学元件的另一种材料。该材料的散射程度小于zns(但是大于fs)并且具有可接受的导热性，所以轻微的污染不会立即导致光学元件或激光加工系统的失效。然而，蓝宝石是昂贵的并且由于蓝宝石的较高的硬度等级而难以进行加工(例如研磨、抛光)。在制造由蓝宝石制成的弯曲的光学元件时，还存在形状方面(例如边缘厚度、曲率半径)的限制。
6.蓝宝石还具有的缺点是，该材料是非均质的并且具有双折射性。因此，光根据通过由蓝宝石制成的弯曲的光学元件产生的偏振而不同地成像。由于激光光束在大多数情况下
(特别是具有高功率激光的情况下)具有不同的或随机的偏振，因此该双折射性会导致成像误差(像散现象)。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种具有对表面污染物的低敏感性和良好的成像特性的光学单元。
8.该目的通过根据权利要求1的光学单元、根据权利要求11的激光加工装置以及根据权利要求14的光学单元或激光加工装置的用途来实现。
9.在实施方式中，本发明涉及一种用于对工件进行激光加工的激光光束、特别是用于高功率激光光束的光学单元，该光学单元包括：光学元件，该光学元件用于激光光束的光学成像；以及两个防护玻璃，防护玻璃对于激光光束是透明的，防护玻璃的外边缘由保持器以密闭的方式围封成使得防护玻璃与保持器形成内部空间，光学元件布置在内部空间中。
10.光学单元因此设计为具有透明的防护玻璃和光学元件的复合光学系统。由于光学元件布置在由防护玻璃和保持器形成的密闭的内部空间中，因此光学元件的表面受到保护而免于带有灰尘和污垢颗粒、水分和气体的不期望的污染。因此，当激光光束、特别是高功率激光光束撞击在光学元件上时，光学元件不会因表面污染物而变热。因此，即使在长期和/或高功率激光应用中，也避免了对光学元件造成损坏，并且不会影响光学元件的成像特性。特别地，通过光学单元可以避免前向散射和双折射。
11.光学元件可以具有小于或等于2w/(m k)的导热率。光学元件还可以包括从石英玻璃和氟化钙中选择的至少一种材料或者由从石英玻璃和氟化钙中选择的至少一种材料形成。尽管光学元件具有较低的导热率，但是光学元件受到保护而免受表面污染，从而避免了在激光照射期间对光学元件造成损坏。
12.防护玻璃中的至少一个防护玻璃可以具有大于或等于10w/(m k)的导热率。防护玻璃中的至少一个防护玻璃还可以包括从蓝宝石和硫化锌中选择的至少一种材料或者由从蓝宝石和硫化锌中选择的至少一种材料形成。激光光束的光学成像可以受光学元件影响，但是不会受防护玻璃影响。因此，即使在使用具有大于或等于10w/(m k)的导热率和/或具有前述材料即蓝宝石和硫化锌的防护玻璃时，仍可以避免前向散射和双折射。同时，例如与fs相比，该类型的防护玻璃对表面污染物相对不敏感并且/或者对表面污染物相对稳健。在所有实施方式中，防护玻璃和/或光学元件中的至少一者可以由高纯度的光学材料形成。
13.由防护玻璃和保持器形成的内部空间中提供有洁净室环境、惰性气体、真空和/或不凝结环境。氮气或诸如氩气的稀有气体可以用作惰性气体。不凝结环境例如可以具有小于或等于0.2g/m3的绝对湿度。这些措施使光学元件的表面污染物能够进一步最小化。
14.光学元件可以布置在防护玻璃之间并且/或者布置在防护玻璃之间的激光光束的光束路径中。光学单元可以因此设计成例如使得激光光束大致垂直地撞击在防护玻璃以及光学元件两者上。替代性地，光学元件例如可以设计为反射镜，激光光束与垂直线成角度地撞击在反射镜上，同时激光光束大致垂直地撞击在防护玻璃上。另外地或替代性地，光学元件可以布置成与防护玻璃中的至少一个防护玻璃相邻并且/或者与防护玻璃中的至少一个防护玻璃间隔开。例如，在光学元件与相邻的一个防护玻璃或两个防护玻璃之间没有布置另外的元件。如果光学元件与防护玻璃中的至少一个防护玻璃相隔一定距离，则还避免了
光学元件与防护玻璃中的所述至少一个防护玻璃之间的接触。光学元件和防护玻璃还可以形成夹层结构。光学元件和/或防护玻璃还可以紧固或附接至保持器。光学单元的上述实施方式使得光学单元能够实现紧凑且节省空间的构型。
15.在实施方式的光学单元中，防护玻璃中的至少一个防护玻璃可以设计为大致平面平行的板。平坦的防护玻璃有利地可以低廉地制造。此外，防护玻璃可以大致彼此平行地布置。防护玻璃和光学元件的平面可以大致彼此平行地布置，光学元件的该平面定向成与光学元件的光轴和/或激光光束的传播方向大致垂直。光学单元的这些实施方式还使得具有对表面污染物的低敏感性和对激光光束的良好成像特性的光学元件能够实现紧凑且节省空间的构型。
16.在光学单元的实施方式中，防护玻璃可以利用光学粘合剂和/或螺纹连接件紧固或附接至保持器。此外，光学元件可以利用光学粘合剂和/或螺纹连接件紧固或附接至保持器。这些构型使得光学单元和/或防护玻璃能够连接至保持器。
17.在光学单元的另一实施方式中，保持器可以设置有冷却器件，特别地设置有内部冷却通道。这使得保持器能够在激光加工期间于使用期间被冷却，并且因此光学元件和/或防护玻璃也能够在激光加工期间于使用期间被冷却。这也适用于光学元件布置在防护玻璃之间以及/或者布置在防护玻璃之间的激光光束的光束路径中的实施方式、以及/或者光学元件和防护玻璃形成夹层结构的实施方式。
18.光学元件可以设计成用于激光光束的光学成像，使得该光学元件至少部分地反射激光光束、至少部分地投射激光光束、为激光光束设定焦距、引导激光光束、使激光光束偏转以及/或者使激光光束成形。替代性地或另外地，防护玻璃中的至少一个防护玻璃可以设计成使得防护玻璃中的所述至少一个防护玻璃基本不改变激光光束的光学特性。不仅可以通过这些实施方式单独地或以组合的方式实现激光光束的期望的光学成像。而且，激光光束的光学成像还可以受光学元件的影响，而不受防护玻璃的影响。因此，即使在使用具有大于或等于10w/(m k)的导热率并且/或者含有蓝宝石和/或硫化锌的防护玻璃时，仍可以避免前向散射和双折射。同时，该类型的防护玻璃对表面污染物相对不敏感。
19.在光学单元的实施方式中，光学单元和/或保持器可以设计成使得容许、特别是以密闭的方式容许光学单元中的至少一个部件的热膨胀，其中，该部件选自以下各者：防护玻璃中的一个防护玻璃或两个防护玻璃、光学元件、保持器、光学粘合剂、螺纹连接件、冷却器件、内部空间中的环境以及/或者内部空间中的气体。通过容许所述至少一个部件的热膨胀，可以在不损坏光学单元的一个或更多个部件的情况下容许所产生的部件的扩大。即使光学单元的光学元件和/或另一部件由于变热而膨胀，特别地可以以此方式设置光学元件的径向游隙，使得光学元件不会在光学单元中和/或在保持器中变得翘曲。例如，光学粘合剂和/或保持器由于光学粘合剂和/或保持器的材料的弹性模量而可以被使用，光学粘合剂和/或保持器具有可以至少部分地吸收光学系统的热膨胀的足够的弹性。粘合剂可以具有100mpa至500mpa、优选地150mpa至250mpa、更优选地180mpa至220mpa的弹性模量。在螺纹连接的情况下，由于防护玻璃14和/或光学元件12安置在保持器16的内壁上或者安置在至少一个能够容易地变形的安装件例如内环形件上并且具有径向游隙，因此可以容许光学单元中的至少一个部件的热膨胀。
20.在光学单元的实施方式中，可以设置有至少一个第一装置，所述至少一个第一装
置用于监测防护玻璃和/或光学元件中的至少一者的光学特性、热特性和/或机械特性。在一些实施方式中，基本上可以监测防护玻璃上和/或光学元件上的任何污物。
21.防护玻璃上和/或光学元件上的污物和/或颗粒和/或水分的滴状物通常通过使激光光束散射而产生散射光。根据实施方式，该散射光可以利用至少一个光电二极管(pd)来检测。例如，可以利用设置在光学单元的侧部上的至少一个光电二极管来监测防护玻璃和/或光学元件。所述至少一个光电二极管可以是光学单元的一部分，例如，所述至少一个光电二极管可以设置在光学单元的保持器的外侧部上。替代性地，在保持器中可以侧向地设置有透明的孔。因此，通过作为光学单元的一部分或者单独地设置的至少一个光电二极管，可以通过透明的孔在侧向平面视野中监测防护玻璃和/或光学元件的外表面和/或内表面。
22.另外，可以设置有热传感器例如pt100，利用该热传感器来监测例如光学单元的保持器的温度。为此，可以在热传感器与光学单元的所监测部件之间提供接触，使得热传感器至少部分地成为光学单元的一部分。热传感器还替代性地称为温度传感器。
23.此外，可以设置有光学检测器，该光学检测器检测从待监测部件(例如热电偶)发出的热辐射。光学检测器可以至少部分地成为光学单元的一部分。这种检测器还可以与光学单元分开设置。
24.在一个实施方式中，本发明涉及一种激光加工装置，该激光加工装置特别地是激光加工头，该激光加工装置具有接口，该接口用于用以产生激光光束的激光源；以及根据前述实施方式中的一个实施方式的光学单元，其中，光学单元布置在激光光束的光束路径中。所提及的关于光学单元的优点和效果因此可以在激光加工装置中实现。
25.在激光加工装置的实施方式中，可以设置有冷却装置，该冷却装置联接至保持器的冷却器件、特别地联接至保持器的冷却通道。另外地或替代性地，接口可以联接有或者设置有激光源，该激光源提供具有大于或等于6kw、优选地大于或等于10kw的功率的激光光束。
26.激光加工装置可以因此具有至少一个第二装置，所述至少一个第二装置用于监测防护玻璃和/或光学元件中的至少一者的光学特性、热特性和/或机械特性。例如，位于光学单元上方和/或下方的至少一个光电二极管可以与光学单元分开地附接在激光加工装置中。待监测的部件、例如光学单元和/或一个防护玻璃或两个防护玻璃的表面可以利用至少一个光电二极管来监测。此外，激光加工装置中可以设置有热传感器，利用热传感器监测例如光学单元的保持器的温度。为此，热传感器可以与光学单元的所监测部件接触。此外，激光加工装置中可以设置有光学检测器，该光学检测器检测从待监测部件(例如热电偶)发出的热辐射。这种检测器可以与光学单元分开设置。可以将电阻式温度传感器、也称为rtd(电阻式温度检测器)、特别是作为具有100欧姆的标称电阻的铂电阻式温度传感器的pt100用作热传感器。
27.通过以上实施方式的激光加工装置，可以实现与通过光学单元的实施方式、特别地与通过相同的和/或类似的特征而实现的相同的优点、操作模式以及功能。
28.特别地，光学单元的以下实施方式可以在避免不期望的影响的同时提供本文中所提及的优点：光学元件包含从石英玻璃和氟化钙中选择的至少一种材料或者由从石英玻璃和氟化钙中选择的至少一种材料形成的实施方式，以及/或者防护玻璃中的至少一个防护玻璃包含从蓝宝石和硫化锌中选择的至少一种材料或者由从蓝宝石和硫化锌中选择的至
少一种材料形成并且/或者设计为大致平面平行的板的实施方式。例如，使用包含从蓝宝石和硫化锌中选择的至少一种材料或者由从蓝宝石和硫化锌中选择的至少一种材料形成并且设计为平面平行的板的至少一个防护玻璃，可以决定性地减少或避免前向散射和/或双折射。这与由相同材料制成的弯曲的元件相比尤其适用。
29.在一个实施方式中，本发明涉及根据前述实施方式中的一个实施方式所述的光学单元或者根据前述实施方式中的一个实施方式所述的激光加工装置的用途，该光学单元和激光加工装置用于工件的激光加工、特别是用于高功率激光加工。以该方式，可以在工件的激光加工的环境中实现所提及的关于光学单元的优点和效果。特别地，光学单元可以在例如使用具有约1μm波长的高功率激光(光纤激光器、盘形激光器)的每种情况下用于激光切割或激光焊接。
30.其他的特征和优点从下面的实施方式、附图和从属权利要求的描述中产生。
附图说明
31.在此，所描述的实施方式的所有非相互排斥的特征可以相互结合。实施方式的相同的元件在下面的描述中赋予了相同的附图标记。一个实施方式的单个或多个元件在没有进一步说明的情况下可以在其他实施方式中使用。现在参照附图使用下面的示例更详细地描述本发明的实施方式，而不意在由此进行任何限制。在附图中：
32.图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元10的示例；
33.图2以侧向横截面图示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元20的示例；
34.图3a和图3b以侧向横截面图通过示例示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元的细节；
35.图3c和图3d以侧向横截面图通过示例示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元的细节；
36.图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的光学单元30的另一示例；
37.图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的激光加工装置100的示例；以及
38.图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的激光加工装置200的示例。
具体实施方式
39.下面尤其通过具有加工头(也称为激光加工头)的示例来描述根据本发明的实施方式的光学单元和/或加工装置，而不将本发明限制于此。光学单元例如可以设置在激光焊接头中或激光切割头中。
40.术语“密闭的”在本情况下包括术语“气密的”和/或“尘密的”。术语“透明防护玻璃”和术语“透明防护玻璃”的改型表示除了吸收以外还允许特别是垂直撞击的激光光束在光学上基本未改变地穿过的透明光学窗。激光光束在元件上的垂直撞击在实施方式中指的是：激光光束沿激光光束的传播方向和/或光轴大致垂直地撞击相关的元件、例如防护玻璃。术语“激光光束”和“加工激光光束”同义地使用。术语“激光加工装置”和“加工装置”也同义地使用。术语“石英玻璃”和“石英”同义地使用。本文中所使用的导热率的单位w/(m k)
将理解为w/(m
×
k)。
41.此外，在此描述数值范围时，对具有较窄的替代性范围或优选范围的广义范围的说明也理解成公开了可以通过具体的范围下限和具体的范围上限的任何组合而形成的范围。
42.图1示意性地图示了根据实施方式的用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元10的示例。图1示出了光学单元10的侧向横截面图。
43.光学单元10具有聚焦透镜12，该聚焦透镜12作为用于激光光束的光学成像的光学元件。聚焦透镜12在图中仅示意性地示出。此外，设置有对于激光光束而言透明的两个防护玻璃14，聚焦透镜12布置在所述两个防护玻璃14之间。防护玻璃14具有周向外边缘15。周向外边缘15通过保持器16以密闭的方式大致围封。防护玻璃14与保持器形成内部空间17，光学元件12布置在该内部空间17中。
44.在本示例中，聚焦透镜12、防护玻璃14和保持器16设计成在与图的平面垂直的横截面(未示出)中圆对称或旋转对称。聚焦透镜12的材料是高纯度石英玻璃(熔融玻璃、fs、sio2)并且具有约1.38w/(m k)的导热率。聚焦透镜12直径约为5.00cm。防护玻璃14由高纯度蓝宝石(al2o3)制成并且具有约27.2w/(m k)的导热率。在本示例中，防护玻璃14约为3mm厚并且具有约5.00cm的直径。在其他示例中，防护玻璃14可以约为1mm至3mm厚。保持器16是环形的、约为6mm厚、具有约5.00cm的内径、约2cm的高度并且由铝合金almg
4.5
mn
0.7
制成。防护玻璃14和聚焦透镜12例如利用螺纹连接件而附接至保持器16。
45.利用由石英玻璃制成的聚焦透镜12进行光学成像，同时保持器16和由蓝宝石制成的防护玻璃14保护聚焦透镜12免受污染。防护玻璃14不产生任何激光光束的光学成像。因此，通过光学单元10在使聚焦透镜12对污染、水分和污垢的敏感性最小化的同时，避免了前向散射和双折射。由石英制成的聚焦透镜以及由蓝宝石制成的防护玻璃也能够容易地获得。这同样适用于可以用作替代物的由硫化锌制成的防护玻璃。总的来说，由于光学单元10的构造，光学单元10的成像特性、特别是相对于像差的成像特性、激光光束的吸收、光学单元对污垢的敏感性、由光学单元引起的激光光束的前向散射和双折射以及光学单元的可制造性和制造成本得到优化。
46.图2以侧向横截面图示意性地示出了用于对工件进行激光加工的激光光束的光学单元20的示例。
47.与图1的光学单元10相比，光学单元20包括内部空间17中的洁净室环境。两个防护玻璃14各自设计为大致平面平行的板并且彼此平行布置。防护玻璃14和光学元件20的平面24彼此平行布置，光学元件20的平面24与光学元件20的光轴22垂直地定向。光学单元设计成使得待聚焦的激光光束例如可以大致垂直地撞击在防护玻璃14和光学元件20两者上。光学元件20布置成与防护玻璃14相邻并且与防护玻璃14间隔开。光学元件20和防护玻璃14形成夹层结构。因此，光学单元20的上述实施方式使光学单元能够实现紧凑且节省空间的构型。
48.图3a和图3b通过示例示出了保持器16与防护玻璃14中的一个防护玻璃14之间的连接点。图3b示出了图3a中所示的圆形部分a的放大图。保持器16在两个端部处具有凹部25。在本示例中，防护玻璃14具有约5.30cm的直径，而保持器具有约5.00cm的内径。如图3a和图3b中图示的，防护玻璃14搁置在保持器16上的凹部25中，并且在支承点处借助于光学
粘合剂26紧固至保持器16。防护玻璃14侧向地布置、即以防护玻璃14的周向外边缘15与保持器16相隔一定距离的方式侧向地布置，该距离通过双向箭头27在图3b中指示。
49.可以选择适于激光光束应用并且具有小于500mpa的弹性模量的商业上可得的粘合剂作为光学粘合剂26。在本示例中，光学粘合剂26具有约200mpa的弹性模量，而由铝制成的保持器16具有约70gpa的弹性模量。对于将蓝宝石或zns用作用于防护玻璃14的材料的示例而言，蓝宝石的弹性模量可以为约345gpa，并且zns的弹性模量可以为约88gpa。
50.由于保持器16和光学粘合剂26的弹性特性以及光学单元20的空间构型，防护玻璃14在保持器16内具有径向游隙。在利用激光光束、特别是高功率激光光束对光学单元20进行照射期间，保持器16、防护玻璃14和光学粘合剂的热膨胀被容许为使得在防护玻璃14与保持器16之间保持大致密闭的连接。
51.同样地，在另一示例中，光学元件12在保持器16的凹部中或突出部上利用光学粘合剂附接至保持器16。光学元件12还可以以大致密闭的方式附接至保持器16。
52.替代性地或另外地，在实施方式的光学单元中，至少一个防护玻璃14和/或光学元件12在每种情况下可以借助于螺纹连接件和/或安装件28附接至保持器16。用于防护玻璃14的安装件28和/或用于光学元件12的安装件28可以旋拧、夹持和/或以粘合的方式结合到保持器16中。安装件28可以容易地变形。
53.例如，如图3c中所示，防护玻璃14于保持器16的内壁上设置在凹部25中并且通过作为安装件28的内环形件或o形环而保持在凹部25中。安装件28由于其适于激光应用的空间结构和/或材料而能够容易地变形。安装件或内环形件28例如可以由不锈钢或者诸如almg
4.5
mn
0.7
的铝合金形成。防护玻璃14的侧部以防护玻璃14的外边缘15与保持器16相隔距离27的方式布置并且具有径向游隙。内环形件28具有螺纹(未示出)，内环形件28利用该螺纹以大致密闭的方式旋拧到保持器16的内螺纹(未示出)中。防护玻璃14安置抵靠可变形的内环形件28或者安置在可变形的内环形件28上。防护玻璃14因此以大致密封的方式附接至保持器16。
54.类似地，在另一实施方式中，光学元件12附接在保持器16的突出部29与位于保持器16上作为安装件28的内环形件之间，如图3d中所示。光学元件12还可以以大致密闭的方式附接至保持器16。
55.在图3c和图3d的示例中，除了螺纹连接件以外或作为替代，安装件28可以被夹持到保持器16中并且/或者利用光学粘合剂以粘合的方式结合在保持器16中。
56.在螺纹连接期间，可以容许一个或两个防护玻璃14、光学元件12、安装件28和/或保持器16的热膨胀，同时保持所述一个或两个防护玻璃14、光学元件12、安装件28和/或保持器16的连接、特别是大致密闭的连接。
57.作为另一示例，图4示出了根据实施方式的光学单元30。与光学单元10和20相比，光学单元30具有带有冷却通道32的冷却器件，冷却通道32设置在保持器16中。在激光加工期间，冷却流体例如水或液氮可以流动通过冷却通道32，并且因此冷却光学单元30。
58.光学单元30还设置有热传感器34，该热传感器34以导热的方式连接至防护玻璃14中的一个防护玻璃14。热传感器34可以通过例如pt100来实施并且用作用于监测防护玻璃14的热特性的第一装置。
59.图5示意性地图示了根据本发明的实施方式的激光加工装置100的示例。
60.激光加工装置100设计为激光加工头。激光加工头100具有用于产生加工激光光束的激光源的接口114以及出口开口115。图1中所示的光学单元10布置在接口114与出口开口115之间。
61.图6示意性地示出了作为示例的加工装置200。加工装置200设计为加工头，与图5的激光加工头100相比，该加工头200配备有代替光学单元10的图4的光学单元30。用于产生激光光束121的激光源118设置在接口114处，该激光光束121在图6中利用虚线示出为具有传播方向122的光束簇。在本示例中，设置有传输光纤119来联接激光源118。在替代性示例中，加工激光源118可以直接地设置在接口114处。在本示例中，加工激光源118具有约6kw的功率并且产生在包括1070nm的波长的光谱范围内的加工激光光束。然而，也可以使用具有低于6kw、例如约1kw的功率的加工激光光束，或者使用具有高于6kw的功率的加工激光光束。
62.加工装置200具有冷却装置116，该冷却装置116以引导冷却流体的方式连接至光学单元30的冷却器件、即冷却通道32。此外，加工装置设置有用于监测防护玻璃14的热特性的第二装置120，该第二装置120沿接口114的方向布置。第二装置120又连接至热传感器34，该热传感器34与相关的防护玻璃14接触。
63.在加工装置200的操作期间，利用激光源118产生激光光束121。激光光束沿传播方向122从接口114被引导到光学单元30上。在那里，激光光束121穿过沿接口114的方向布置的防护玻璃14、由聚焦透镜12聚焦、穿过沿出口开口115的方向布置的防护玻璃14、并且穿过出口开口115撞击在待加工的工件112上。
64.防护玻璃14与保持器16的密闭连接以及光学单元30的内部空间18中的洁净室环境防止了聚焦透镜12的表面的污染。因此，当激光光束121穿过聚焦透镜12时，聚焦透镜12不会因表面污染物而过度地变热。因此在持续时间长的应用中也可以避免对聚焦透镜12的损坏以及聚焦透镜12的成像特性的不期望的变化。
65.在加工装置200的操作期间，借助于冷却装置116将冷却水引导通过保持器16的冷却通道32。以该方式，保持器16的温度保持在期望水平，并且因此整个光学单元30的温度保持在期望水平。同时，利用用于监测防护玻璃的热特性的热传感器34以及第二装置120来测量防护玻璃14的温度。以该方式，可以检测到防护玻璃14的温度的不期望的升高，并且因此例如可以通过改变光学单元在激光光束的光束路径中的位置来抵消预期的焦点偏移。作为替代或附加地，可以因此显示出可能需要的光学单元的互换。在该示例的改型中，冷却装置116设置有用于冷却水的可控阀并且借助于控制器以数据处理的方式连接至用于监测防护玻璃14的热特性的第二装置120。以该方式，可以控制光学单元30的温度，并且具体地，可以在加工装置200的操作期间稳定光学单元30的温度。
66.在加工装置100和200的所有示例和实施方式中，在加工头中可以特别地设置有附加的透射性光学元件(例如透镜)和/或附加的反射性光学元件(例如平面镜)，例如从而使激光光束121偏转。这些附加的光学元件也可以设计为根据本发明的实施方式的光学单元。
67.最后，应当注意的是，本发明和示例性实施方式的描述不应理解为对于本发明的特定物理实现方式进行限制。结合本发明的各个实施方式所解释和示出的特征中的全部特征可以在根据本发明的主题中以不同的组合提供，以同时实现这些特征的有利效果。
68.本发明的保护范围由权利要求给出，而不是由描述中说明的特征或者附图中示出
的特征来限定。
69.对本领域中的技术人员来说特别明显的是，本发明不仅可以用于激光加工系统，而且还可以用于包括激光的其他装置。此外，用于工件的激光加工的加工装置的部件可以生产成分布在若干个物理产品上。
70.附图标记列表
71.10、20、30 光学单元
72.12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光学元件
73.14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
防护玻璃
74.15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
外边缘
75.16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
保持器
76.18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
内部空间
77.22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光学元件的光轴
78.24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光学元件的平面
79.25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹部
80.26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光学粘合剂
81.27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
距离、双箭头
82.28
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
安装件、螺纹连接件
83.32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却器件、冷却通道
84.34
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
用于监测的第一装置、热传感器
85.100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加工装置、激光加工头
86.112
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工件
87.114
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接口
88.115
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
出口开口
89.116
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却装置
90.118
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
激光源
91.119
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传输光纤
92.120
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
用于监测的第二装置
93.121
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
激光光束
94.122
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传播方向
95.200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加工装置、激光加工头
96.a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
部分