本發(fā)明涉及一種激光加工頭，其包括透鏡切換系統(tǒng)，該透鏡切換系統(tǒng)具有兩個不同焦距的透鏡，其中，借助該透鏡切換系統(tǒng)可分別將其中一個透鏡置于激光加工頭中的激光射束光路中，其中，這些透鏡保持在一個共同的框架上，所述框架能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線擺動，其中，該旋轉(zhuǎn)軸線(DA)垂直于激光射束的激光射束軸線方向延伸。

背景技術(shù)：

這種激光加工頭由DE 102 15 446 A1已知。通過激光加工方法、尤其激光切割和激光焊接可高精度地加工工件、尤其板材。

根據(jù)加工方法并根據(jù)待加工的工件，對于激光加工而言在工件上需要不同的激光射束直徑，以優(yōu)化激光加工速度和加工質(zhì)量。尤其在激光切割不同材料厚度的工件時需要不同的激光射束直徑。

在典型的具有固體激光器的激光加工機中借助光導(dǎo)纖維將激光射束引導(dǎo)向激光加工頭。在激光加工頭中通常首先通過準(zhǔn)直透鏡(或透鏡組)準(zhǔn)直基本上發(fā)散地從光導(dǎo)纖維的端部射出的激光射束。準(zhǔn)直過的激光射束緊接著通過聚焦透鏡(或透鏡組)聚焦到待加工的工件上。在這種激光加工頭中，兩個激光射束直徑之間的轉(zhuǎn)換可通過替換準(zhǔn)直透鏡(或透鏡組)或聚焦透鏡(或透鏡組)來進行。

DE 102 15 446 A1描述一種用于不同激光加工的組合式激光頭。在一種實施方式中，在近似z形的軸的端部上一端布置有透鏡而另一端布置有透鏡噴嘴模塊。所述軸能繞中間件的軸線旋轉(zhuǎn)。此外，所述軸可通過一擺動裝置圍繞垂直于激光射束延伸的擺動軸線擺動，所述擺動軸線也垂直于中間件的軸線延伸。透鏡和透鏡噴嘴模塊由此替代地可擺動到激光射束的光路中。在另一實施方式中，在轉(zhuǎn)塔滑板中布置有多個附加裝置，它們各自具有一個凸透鏡。轉(zhuǎn)塔滑板能圍繞一軸線旋轉(zhuǎn)，該軸線以45°角相對于激光射束傾斜。

由DE 196 30 147 C2已知一種用于借助激光射束加工工件的接頭。在一種實施方式中分別具有多個用于聚焦光具的接收部的承載件能圍繞平行于激光射束延伸的軸線旋轉(zhuǎn)。

之前已知的切換機構(gòu)需要激光加工頭上的大的安裝空間，并且有部分在結(jié)構(gòu)上非常費事。

還由WO2011/131541A1已知一種用于聚焦激光射束的射束成形單元，其中，可借助變焦物鏡全可變地調(diào)整射束直徑。射束成形單元在結(jié)構(gòu)上特別費事。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種激光加工頭，通過該激光加工頭可替換激光射束光路中的透鏡以改變工件上的射束直徑，其中，所述激光加工頭可在結(jié)構(gòu)上簡單且緊湊地構(gòu)造。

該任務(wù)通過開頭提到類型的激光加工頭解決，其特征在于：兩個透鏡的光學(xué)軸線在一交叉點交叉；旋轉(zhuǎn)軸線垂直于一旋轉(zhuǎn)平面延伸，該旋轉(zhuǎn)平面包含兩個透鏡的光學(xué)軸線；并且兩個透鏡的光學(xué)軸線在旋轉(zhuǎn)平面中各自相對于旋轉(zhuǎn)軸線的間距大小相等。

通過根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的構(gòu)造或或其透鏡切換系統(tǒng)的構(gòu)造、尤其是通過光學(xué)軸線和旋轉(zhuǎn)軸線的幾何關(guān)系可實現(xiàn)特別節(jié)省位置且簡單、尤其也輕的構(gòu)造方式。

通過可旋轉(zhuǎn)的框架可在保持在框架中的透鏡之間切換。由于透鏡的光學(xué)軸線交叉，所以透鏡可基本上圍繞旋轉(zhuǎn)軸線定位，這可構(gòu)型得特別緊湊。由于旋轉(zhuǎn)平面包含透鏡的光學(xué)軸線，所以這些光學(xué)軸線在沿著旋轉(zhuǎn)軸線的方向具有統(tǒng)一的位置。此外，通過透鏡的光學(xué)軸線相對于旋轉(zhuǎn)軸線的大小相等的間距(垂直于對應(yīng)的光學(xué)軸線并且在旋轉(zhuǎn)平面中測量)保證，在透鏡切換到激光射束的光路中后新擺入的透鏡的光學(xué)軸線相對于之前擺入的透鏡的光學(xué)軸線不具有任何側(cè)向錯開。

因此，總體上可通過根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造保證，在分別擺入的旋轉(zhuǎn)位置中透鏡的光學(xué)軸線與激光射束軸線(即激光加工頭的主軸線)重合，而不需要由于透鏡切換而對透鏡位置進行補充校正。

典型地，透鏡切換系統(tǒng)包括剛好兩個透鏡；這一般足夠用于適配于不同材料厚度的工件以及不同的加工方法，而不會強烈地增大結(jié)構(gòu)耗費。但也可能的是，在框架上設(shè)置三個或更多個透鏡，其可通過透鏡切換系統(tǒng)被置于激光射束的光路中，其中，透鏡一般這樣布置在框架上，使得透鏡在激光射束的光路中不重疊。

框架的旋轉(zhuǎn)典型地可馬達驅(qū)動地操控；框架旋轉(zhuǎn)合適的角度引起透鏡切換。通過切換透鏡可快速地轉(zhuǎn)換激光射束在工件上的焦點直徑(射束直徑)，例如一方面用于焊接而另一方面用于切割，或也可一方面用于切割厚工件(或工件部分)而另一方面用于切割薄工件(或工件部分)。在轉(zhuǎn)換透鏡時光路不需要被打開，這避免在改變射束直徑時污染透鏡。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，透鏡切換可在1s內(nèi)或更短。

激光加工頭一般在激光射束的光路中包括至少一個準(zhǔn)直透鏡，至少一個聚焦透鏡以及大多包括位于(最前面的)聚焦透鏡之前的耐壓保護玻璃，和出氣噴嘴。透鏡切換系統(tǒng)可用于準(zhǔn)直透鏡，以及替代地或附加地可用于聚焦透鏡。一般將光導(dǎo)纖維的一個端部作為光源，該光導(dǎo)纖維自身耦合到一激光器(典型地一固體激光器)上。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式

優(yōu)選的是根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的一種實施方式，其中，旋轉(zhuǎn)軸線與所述兩個透鏡的光學(xué)軸線之間的角平分線相交。這允許特別緊湊的構(gòu)造，其中，兩個透鏡的光學(xué)軸線相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相等的間距自動給定。要注意，旋轉(zhuǎn)軸線與角平分線相交成直角。

在根據(jù)本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中設(shè)置：兩個透鏡的透鏡平面在角頂線(Scheitelgerade)中相交；并且旋轉(zhuǎn)軸線平行于角頂線并且與角頂線隔開間距。典型地，旋轉(zhuǎn)軸線位于角頂線(或者說與所述交叉點最接近地與角平分線相交的透鏡平面)和所述交叉點之間，或位于所述交叉點上。通過該實施方式可在(分別擺入的)透鏡之間沿激光射束軸線的z方向設(shè)置錯開；此外為轉(zhuǎn)換透鏡所需的空間可保持小，尤其可將框架的運動部分的最大半徑保持小。透鏡平面在薄透鏡的情況下是透鏡的中間平面，在厚透鏡的情況下是透鏡的主平面，所述主平面最接近交叉點。

特別優(yōu)選的是一種實施方式，其中，旋轉(zhuǎn)軸線延伸穿過所述交叉點。這使得能實現(xiàn)特別緊湊的構(gòu)造。替代地也可能的是，將旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置成遠(yuǎn)離交叉點，以便尤其在分別擺入的透鏡之間獲得沿激光射束軸線方向(z方向)的特別大的錯開。

同樣優(yōu)選的是一種實施方式，其中，兩個透鏡的光學(xué)軸線相交成直角。這使得能實現(xiàn)兩個透鏡的最緊湊的構(gòu)型，其中，透鏡不相互遮擋。一般，框架為了該實施方式而具有兩個布置成直角的腿，透鏡保持在這些腿中。

在一種有利實施方式中設(shè)置，框架和旋轉(zhuǎn)軸線這樣設(shè)置，使得兩個透鏡關(guān)于激光射束軸線方向(z)在以間距AZ錯開的位置處擺入到激光射束的光路中。間距AZ在此以一坐標(biāo)系為參考，該坐標(biāo)系采用旋轉(zhuǎn)軸線(或其在旋轉(zhuǎn)平面上的足點)為參考點。間距AZ可用于使激光加工頭適配于改變過的透鏡焦距；可避免或縮短透鏡切換系統(tǒng)沿z方向的移動。替代地也可能的是，透鏡在一致的z方向位置(即AZ＝0)處擺入到激光射束的光路中。

該實施方式的有利擴展方案設(shè)置，間距AZ相當(dāng)于兩個透鏡的焦距的差別。激光加工頭在透鏡切換后還完全如之前那樣聚焦，使得對工件的激光加工可不會由于補充校正造成延遲地繼續(xù)。

優(yōu)選的還有一種實施方式，其中，透鏡切換系統(tǒng)的透鏡是激光加工頭的準(zhǔn)直透鏡。這已在實際中被證明為可行。用于旋轉(zhuǎn)框架的運動機構(gòu)在該情況下與工件離得這么遠(yuǎn)，使得不影響工件加工。替代地，透鏡切換系統(tǒng)的透鏡也可為激光加工頭的聚焦透鏡。

在之前提到的兩個實施方式的擴展方案中設(shè)置，在激光射束軸線的方向(z)上具有較小焦距的透鏡的擺入位置與具有較大焦距的透鏡的擺入位置相比更靠近激光加工頭的激光光源。由此實現(xiàn)激光加工頭的特別緊湊的構(gòu)造。優(yōu)選，框架的擺動這樣進行，使得當(dāng)具有較短焦距的透鏡從工作位置擺動離開時該透鏡逆著激光射束的傳播方向運動，當(dāng)具有較大焦距的透鏡從工作位置擺動離開時該透鏡沿激光射束的傳播方向運動。如果透鏡切換系統(tǒng)構(gòu)造有聚焦透鏡，則透鏡的擺入位置的順序反過來。激光光源優(yōu)選是光導(dǎo)纖維的端部。

在一種有利實施方式中設(shè)置，透鏡切換系統(tǒng)對于框架的兩個旋轉(zhuǎn)位置構(gòu)成兩個止檔，在這兩個旋轉(zhuǎn)位置中兩個透鏡中的各一個擺入到激光射束的光路中；并且設(shè)置有固定器件，通過該固定器件可將框架固定到所述兩個旋轉(zhuǎn)位置中。通過所述止檔和所述固定器件可使透鏡相對于激光射束極簡單地取向以及保持在所取向的位置中。所述固定器件尤其可包括磁體或彈簧。所述止檔優(yōu)選構(gòu)造成可調(diào)整的，以使得易于及時校正。

有利的還有一種實施方式，其中，激光加工頭這樣構(gòu)造成、尤其是透鏡焦距這樣選擇，使得激光加工頭的激光光源、尤其光導(dǎo)纖維的端部放大地成像。激光光源在此成像到待加工工件、例如金屬板材上。該實施方式使得當(dāng)為了調(diào)整焦點位置而沿著激光射束軸線移動框架時能實現(xiàn)特別緊湊的構(gòu)造：在放大地成像的情況下框架或透鏡在光路中的z方向移動造成以成像比例的平方放大的焦點z方向移動。

特別有利是一種實施方式，其中，框架布置在滑座上，框架相對于該滑座能繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)地受支承，其中，滑座可沿激光射束軸線的方向馬達驅(qū)動地移動。在該實施方式中框架的透鏡相對于激光加工頭的另一透鏡和/或相對于激光光源(例如光導(dǎo)纖維的端部)的z方向位置可通過滑座調(diào)整；由此可調(diào)整工件(例如板材)上的焦點位置。要注意，焦點位置沿z方向的移動也影響焦點直徑。但激光加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，尤其所裝透鏡的焦距、透鏡間距和透鏡的(最大)移動位移或框架沿z方向的移動范圍可這樣選擇，使得焦點直徑的改變最大約為10％并且相應(yīng)地能容忍。

有利的是該實施方式的一種擴展方案，其中，在框架上構(gòu)造或固定有叉形件或長形孔用于嵌接不能隨滑座移動的銷。由此可簡單地將滑座的運動機構(gòu)也用于旋轉(zhuǎn)框架。在滑座移動時進行由框架圍繞銷的旋轉(zhuǎn)和銷沿著叉形件或長形孔的運動的混合；前者也造成框架圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)。要注意，為此銷與旋轉(zhuǎn)軸線在徑向上隔開間距地作用在框架(或框架的附件)上，并且銷典型地與旋轉(zhuǎn)軸線平行地取向并且具有圓橫截面。替代地可設(shè)置合適的馬達以操控框架的旋轉(zhuǎn)運動。

在此優(yōu)選的是，擺入到激光射束光路中的透鏡的位置之間的、連同所屬的用于借助叉形件或長形孔擺動框架的滑座移動位移在內(nèi)的、關(guān)于激光射束軸線的方向(z)的、可能的間距AZ相當(dāng)于兩個透鏡的焦距的差別。換言之，由于透鏡切換而造成的滑座上的透鏡位置改變連同由于透鏡切換而造成的滑座移動位移在內(nèi)對相互替換的透鏡的焦距的差別進行補償。在此，在透鏡切換時工件上的焦點位置不改變。在透鏡切換后激光加工可不會由于補充校正而造成延遲地繼續(xù)。

還有利的是，銷構(gòu)造成能馬達驅(qū)動地伸入到叉形件或長形孔中以及從叉形件或長形孔中退出，尤其是借助短行程缸。銷在此典型地平行于旋轉(zhuǎn)軸線方向移動。銷可符合目的地為了透鏡切換而與叉形件或長形孔形成嵌接，在不形成嵌接時可為了調(diào)整焦點位置而移動滑座，而這對框架的旋轉(zhuǎn)位置沒有影響。

此外優(yōu)選的是一種實施方式，其設(shè)置，透鏡切換系統(tǒng)的框架至少還包括第三透鏡，框架的所有透鏡的光學(xué)軸線在一個共同的旋轉(zhuǎn)平面中延伸，并且框架的所有透鏡的光學(xué)軸線在所述共同的旋轉(zhuǎn)平面中各自相對于旋轉(zhuǎn)軸線的間距大小相等。通過該幾何關(guān)系可用簡單且緊湊的方式在框架上設(shè)置三個透鏡(或以類似方式設(shè)置更多個透鏡)，所述透鏡可替代地被置于光路中。分別擺入的透鏡在沿著旋轉(zhuǎn)軸線的方向和橫向于激光射束軸線的方向上都不需要任何補充校正。要注意，在該實施方式中框架的至少三個透鏡的光學(xué)軸線成對地交叉或框架的所有透鏡的光學(xué)軸線在一個共同的交叉點相交。

該實施方式的一種擴展方案設(shè)置，框架的所有透鏡的光學(xué)軸線在一個共同的交叉點相交并且旋轉(zhuǎn)軸線延伸穿過該共同的交叉點。通過該方式可獲得很簡單且緊湊的布置，此外，自身就設(shè)置成光學(xué)軸線相對于旋轉(zhuǎn)軸線的間距相等。

本發(fā)明的其他優(yōu)點由說明書和附圖得到。根據(jù)本發(fā)明，之前提到的以及之后還會提到的特征同樣可分別單獨應(yīng)用或者在多個特征的情況下以任意組合應(yīng)用。所示出和所描述的實施方式不應(yīng)視為窮舉，確切地說僅具有用于描述本發(fā)明的示例性特征。

附圖說明

在附圖中示出并且根據(jù)實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖示出:

圖1根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該激光加工頭具有兩個透鏡，其中，具有較短焦距的透鏡擺動到激光射束的光路中；

圖2圖1的光學(xué)系統(tǒng)，其中，具有較長焦距的透鏡擺動到激光射束的光路中；

圖3根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的一種實施方式的示意性外部立體圖；

圖4以示意性立體圖在用于準(zhǔn)直透鏡的透鏡切換系統(tǒng)區(qū)域中示出圖3的激光加工頭，殼體部分移除；

圖5圖4的透鏡切換系統(tǒng)的示意性橫截面圖，但不帶短行程缸；

圖6圖4的透鏡切換系統(tǒng)的示意性俯視圖；

圖7以示意性立體圖示出圖4的激光加工頭，具有相對于圖4旋轉(zhuǎn)90°的叉形件；

圖8根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該激光加工頭具有三個透鏡，光學(xué)軸線具有共同的交叉點；

圖9根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該激光加工頭具有三個透鏡，具有成對交叉的光學(xué)軸線。

具體實施方式

圖1以示意圖示出根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的主要部件。

該激光加工頭借助準(zhǔn)直透鏡2和聚焦透鏡3將激光光源1(在這里為光導(dǎo)纖維的端面)成像到工件4的表面上(或成像到稍低于該表面的平面上)。激光射束5在此作為發(fā)散射束離開光導(dǎo)纖維的端部40，該發(fā)散射束被準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直(平行化)。所述光導(dǎo)纖維的端部40為此布置成與準(zhǔn)直透鏡2(或者說與該準(zhǔn)直透鏡的透鏡平面LE1)隔開相當(dāng)于準(zhǔn)直透鏡2焦距BW1的距離。準(zhǔn)直后的激光射束5被聚焦透鏡3聚焦。工件4相應(yīng)于聚焦透鏡3的焦距BWF布置在聚焦透鏡3之前。

激光射束5在激光加工頭中沿著激光射束軸線LA傳播，該激光射束軸線在這里沿豎直方向(z方向)從上向下延伸。準(zhǔn)直透鏡2的光學(xué)軸線OA1(以點示出)與激光射束軸線LA重合。聚焦透鏡3的光學(xué)軸線(不特別標(biāo)記)與激光射束軸線LA也重合。

為了改變激光射束5在工件4上的焦點大小，設(shè)置框架6，該框架可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線DA擺動。旋轉(zhuǎn)軸線DA垂直于激光射束軸線LA延伸，在這里垂直于圖1的圖面?？蚣?在這里具有兩個布置為相互成直角的腿7、8，其中，在腿7中布置準(zhǔn)直透鏡2。在腿8中布置第二準(zhǔn)直透鏡9，該第二準(zhǔn)直透鏡具有比準(zhǔn)直透鏡2大的焦距(為此可參看圖2下部)。

準(zhǔn)直透鏡2的光學(xué)軸線OA1和準(zhǔn)直透鏡9的光學(xué)軸線OA2在交叉點10相交，在這里成直角。相應(yīng)地，準(zhǔn)直透鏡9的透鏡平面LE2也垂直于準(zhǔn)直透鏡2的透鏡平面LE1。兩個光學(xué)軸線OA1、OA2垂直于旋轉(zhuǎn)軸線DA延伸，并且由此限定旋轉(zhuǎn)平面DE，該旋轉(zhuǎn)平面在圖1中位于圖面中。

旋轉(zhuǎn)軸線DA在這里還位于光學(xué)軸線OA1、OA2之間的角平分線WH上。相應(yīng)地，光學(xué)軸線OA1、OA2與旋轉(zhuǎn)軸線DA的間距A1、A2大小相等，分別垂直于對應(yīng)的光學(xué)軸線OA1、OA2測量這些間距。要注意，旋轉(zhuǎn)軸線DA在示出的該實施方式中位于交叉點10和角頂線12之間，在角頂線上透鏡平面LE1、LE2相交。

為了從準(zhǔn)直透鏡2切換到具有較大焦距的準(zhǔn)直透鏡9，在這里將框架6圍繞旋轉(zhuǎn)軸線DA沿箭頭方向11(逆時針)擺動90°。由此將準(zhǔn)直透鏡2逆著射束傳播方向從激光射束5的光路擺動離開，而準(zhǔn)直透鏡9逆著射束傳播方向被擺入到激光射束5的光路中。

圖2示出框架6的擺動后的旋轉(zhuǎn)位置。準(zhǔn)直透鏡9現(xiàn)在布置在激光射束5的光路中，其中，準(zhǔn)直透鏡9的光學(xué)軸線OA2與激光射束軸線LA重合。準(zhǔn)直透鏡9布置成在z方向上相對于圖1的準(zhǔn)直透鏡2錯開間距AZ。激光光源1，即光導(dǎo)纖維的端部40，布置成與準(zhǔn)直透鏡9隔開相當(dāng)于準(zhǔn)直透鏡9焦距BW2的間距，以準(zhǔn)直激光射束5?？蚣?以及旋轉(zhuǎn)軸線DA的位置這樣選擇，使得焦距的差BW2-BW1等于間距AZ。

因為光學(xué)軸線OA2與旋轉(zhuǎn)軸線DA的間距A2等于光學(xué)軸線OA1與旋轉(zhuǎn)軸線DA的間距A1，所以在旋轉(zhuǎn)框架2后準(zhǔn)直透鏡9的光學(xué)軸線OA2準(zhǔn)確地沿x方向取向。因為兩個光學(xué)軸線OA1、OA2在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線DA的同一旋轉(zhuǎn)平面DE中延伸，所以也保證了光學(xué)軸線OA2沿y方向的準(zhǔn)確位置。

為了在激光加工工件4期間保護聚焦透鏡3免受污染，在聚焦透鏡3之前布置有耐壓的保護玻璃13。此外，激光射束5在激光光源1和保護玻璃13之間的光路被一殼體(未示出)包圍，以便一方面避免污染光學(xué)系統(tǒng)，另一方面保護周圍環(huán)境中的操作人員不受激光影響。

為了能調(diào)整激光射束5相對于工件4的z方向位置或者說該激光射束的焦點75相對于工件4的z方向位置，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置：將框架6構(gòu)造成可沿z方向移動，使得(擺入的)透鏡2、9沿z方向相對于激光光源1以及相對于聚焦透鏡3的位置可被改變。為此，框架6典型地在一滑座上(未示出，但參看圖3-7)可圍繞該框架的旋轉(zhuǎn)軸線DA旋轉(zhuǎn)地受支承，而滑座能與框架6一起沿z方向移動。

圖3以示意性的外部圖示出根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭30。該激光加工頭包括用于光導(dǎo)纖維32的接頭31，光導(dǎo)纖維32的一個端部布置在該接頭中，發(fā)散的激光射束從該端部射出(在圖3中被遮住)。

此外，激光加工頭30包括上殼體部分33，在所示的該實施方式中透鏡切換系統(tǒng)的框架安裝在該上殼體部分中，在該框架上保持有兩個準(zhǔn)直透鏡。在上殼體部分33中傳播的激光射束被位于光路中的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直(在圖3中仍被遮住)。在該上殼體部分33上布置有運動機構(gòu)系統(tǒng)34，通過該運動機構(gòu)系統(tǒng)可使框架在上殼體部分33中旋轉(zhuǎn)和移動。

此外，激光加工頭30包括下殼體部分35，在該下殼體部分中安裝有聚焦透鏡，該聚焦透鏡聚焦在下殼體部分35中傳播的激光射束(在圖3中仍被遮住)。在下殼體部分35的下端部處安裝有噴嘴36，通過該噴嘴可使工件上被激光射束加工的區(qū)域經(jīng)受氣流，例如用于從切割縫隙中驅(qū)除熔液的切割氣流和/或惰性氣流，以防止在工件上發(fā)生氧化。

要注意，在根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭30中激光射束的光路直至噴嘴36被完全包住。對于框架在上殼體部分33中的旋轉(zhuǎn)或移動(即對于準(zhǔn)直透鏡的切換或校正)不需要打開光路(尤其不需要打開殼體33，35)。

圖4，5和6示出上殼體部分33的區(qū)域并且更詳細(xì)地示出圖3的激光加工頭30的運動機構(gòu)系統(tǒng)34，其中，為了更好的理解而移除了一些遮蓋。運動機構(gòu)系統(tǒng)34與承載透鏡的框架6一起可被稱為透鏡切換系統(tǒng)76。

在光導(dǎo)纖維32的端部40處射出的激光射束5穿過在這里近似立方體形的框架6，其中，激光射束5在圖5和6所示的框架6旋轉(zhuǎn)位置中被框架6下側(cè)的具有長焦距的準(zhǔn)直透鏡9準(zhǔn)直。在框架6中還保持有具有短焦距的準(zhǔn)直透鏡2，參看圖6。通過將框架6圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線DA旋轉(zhuǎn)可更換激光射束5的光路中的準(zhǔn)直透鏡9、2。準(zhǔn)直透鏡2尤其可通過從圖6中的旋轉(zhuǎn)位置出發(fā)將框架6順時針旋轉(zhuǎn)90°來置于激光射束5中，使得準(zhǔn)直透鏡2在此布置在框架6的上側(cè)(后者未示出，但對于旋轉(zhuǎn)后的位置可參看圖7)。旋轉(zhuǎn)軸線DA在所示的該實施方式中延伸穿過準(zhǔn)直透鏡2、9的光學(xué)軸線OA1、OA2的交叉點10，所述光學(xué)軸線在交叉點10處相交成90°角度。

框架6與擺動軸41剛性連接，該擺動軸在滑座42上圍繞軸線DA可旋轉(zhuǎn)地?zé)o間隙地受支承?；?2可通過馬達43(該馬達驅(qū)動滾珠絲桿44)，平行于激光射束軸線LA(即沿z方向)地直線移動并且為了該目的而在激光加工頭的至少一個軌道54上無間隙地受支承。

在所示實施方式中也可通過驅(qū)動滑座42的馬達43引起框架6的旋轉(zhuǎn)。為此在擺動軸41的下端部上布置有叉形件45，短行程缸47的銷46可嵌接到該叉形件中(僅在圖4中示出)。叉形件45和銷46與旋轉(zhuǎn)軸線DA在徑向上隔開間距。通過短行程缸47可使銷46沿著平行于旋轉(zhuǎn)軸線DA的銷軸線BA伸入到叉形件45中以及從叉形件45退出。短行程缸47典型地剛性地固定在激光加工頭上并且尤其不隨著滑座42運動。

只要銷46從叉形件45中退出，則可通過馬達43使滑座42并從而也使框架6沿著z方向移動，以便改變位置激光射束5的焦點在工件上的位置，而這對框架6的旋轉(zhuǎn)位置不起作用。

當(dāng)銷46伸入到叉形件45中時，可通過滑座42的直線運動并從而也通過叉形件45固定在其上的擺動軸41引起擺動軸41的旋轉(zhuǎn)。例如如果在圖4所示的框架6或叉形件45的旋轉(zhuǎn)位置中滑座42向下移動，則并不隨滑座42一起移動的銷46強制擺動軸41與叉形件45一起逆時針旋轉(zhuǎn)。要注意，在此，銷46相對于叉形件45沿著叉形件45移動。圖7示出圖4的激光加工頭，在滑座42在銷46伸入到叉形件45中的情況下已沿z方向向下移動后，叉形件45(并從而擺動軸以及框架6)由此已旋轉(zhuǎn)90°。

要指出，對于銷46伸入到叉形件45中，即為了準(zhǔn)備透鏡切換，滑座42必要時必須首先移動到一z方向位置中，在該z方向位置中叉形件45與銷46對置。

如最好可從圖4和圖7中看到的那樣，在擺動軸41的下端部處還構(gòu)造有兩個止檔元件48、49，通過所述止檔元件限定和固定擺動軸41的終點位置。在圖4所示的旋轉(zhuǎn)位置中止檔元件48貼靠在滑座42的止檔50上。止檔元件48是磁性的并且由此相對于鐵磁性的(或同樣為磁性的)止檔50作用為固定器件52。同樣有磁性并從而在必要時可用作固定器件53的止檔元件49可在擺動軸41擺動后貼靠和吸附在滑座42的鐵磁性(或同樣為磁性的)的止檔51上，如圖7所示。擺動軸41的通過止檔50，51限定的兩個旋轉(zhuǎn)位置相互成90°，相應(yīng)于準(zhǔn)直透鏡2、9的光學(xué)軸線OA1、OA2之間的角度。

框架6上的透鏡的選擇(即擺動軸41的旋轉(zhuǎn)位置)和所用透鏡的z方向位置(即就滑座42的z方向而言的移動位置)可由機器控制裝置例如通過所存儲的參數(shù)表在沒有操作者干預(yù)的情況下進行，使得在選擇待加工工件(典型地一板材)時自動地選擇和調(diào)整合適的成像比例以及合適的激光射束5焦點位置。

圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的激光加工頭的一種實施方式的光學(xué)系統(tǒng)，其中，在一在這里近似C形的框架6中保持有三個準(zhǔn)直透鏡71、72、73。這三個準(zhǔn)直透鏡71、72、73的光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3位于一個平面中，即共同的旋轉(zhuǎn)平面GDE，該旋轉(zhuǎn)平面垂直于框架6的旋轉(zhuǎn)軸線DA。旋轉(zhuǎn)軸線DA與三個光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3的共同的交叉點74相交。要注意，每兩個光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3之間的角平分線WH全都延伸穿過共同的交叉點74。

通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸線DA擺動框架6(參看箭頭方向77)，所述透鏡71、72、73中的每一個能以其光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3與從激光光源1出發(fā)的激光射束5的激光射束軸線LA形成一致。在圖7所示的旋轉(zhuǎn)位置中剛好用的是中間的準(zhǔn)直透鏡72。為了使用左邊的透鏡71，將框架沿順時針擺動約20°。為了使用右邊的準(zhǔn)直透鏡73，將框架6沿逆時針擺動約20°。要注意，這些透鏡71、72、73全部具有不同的焦距并且相應(yīng)地沿著各自的光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3與旋轉(zhuǎn)軸線DA隔開不同的間距。

被準(zhǔn)直透鏡71、72、73準(zhǔn)直的激光射束5通過聚焦透鏡3聚焦到工件4上；在所示的實施方式中激光射束5的焦點75位于工件4的表面上。

圖9在準(zhǔn)直光具的區(qū)域中示出根據(jù)本發(fā)明的另一激光加工頭的光學(xué)系統(tǒng)。

在一在這里呈角形的框架6上仍布置有三個準(zhǔn)直透鏡71、72、73?？蚣?圍繞旋轉(zhuǎn)軸線DA能擺動。旋轉(zhuǎn)軸線DA在這里不位于每兩個透鏡的光學(xué)軸線71、72、73的角平分線上，但旋轉(zhuǎn)軸線DA這樣定位，使得光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3相對于旋轉(zhuǎn)軸線DA的間距A1、A2和A3大小相等，分別在共同的旋轉(zhuǎn)平面GDE中并且垂直于對應(yīng)的光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3測量這些間距，光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3位于該共同的旋轉(zhuǎn)平面中。

在該實施方式中，光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3僅僅成對地交叉。例如，旋轉(zhuǎn)軸線OA1和OA2在交叉點78交叉，而旋轉(zhuǎn)軸線OA1和OA3在交叉點79交叉，交叉點79與交叉點78隔開間距。

通過擺動框架6(參看箭頭方向77)，可使所述透鏡71、72、73中的每一個擺入到激光射束5的光路中，從而對應(yīng)的光學(xué)軸線OA1、OA2、OA3與激光射束軸線LA重合。在圖9中分別附加地繪出透鏡71、72、73的擺動后的位置(不帶框架6)。透鏡71、72、73在此分別在不同的z方向位置到達激光射束5的光路中，使得激光光源1分別相應(yīng)于透鏡71、72、73的焦距與對應(yīng)的透鏡71、72、73隔開間距。