用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的装置、包括该装置的激光加工系统以及用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的方法与流程

本发明涉及一种用于设置激光加工系统或激光加工头、例如切割或焊接头中的激光束的焦点位置的装置，一种包括这样的装置的激光加工系统以及一种用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的方法。特别地，本公开涉及对加工激光束的焦点位置的实时确定和校正。

背景技术：

在使用激光来加工材料的装置中、例如在激光加工头、例如用于激光焊接或激光切割的激光加工头中，从激光源或激光光纤末端射出的激光束借助于激光束引导和聚焦光学器件被聚焦或准直到待加工的工件上。常规地，激光加工头与准直光学器件和聚焦光学器件一起使用，其中，激光通过光纤提供。

激光加工材料中的一个问题是所谓的“热透镜”，这是由于用于激光束引导和聚焦的光学元件通过激光功率、特别是在多千瓦范围内的激光功率而变热，以及光学玻璃的折射率的温度相关性。特别地，不均匀加热导致光学器件中的热梯度，产生所谓的“热透镜”效应。例如，当具有多千瓦激光功率的激光辐射通过时，保护玻璃由于产生的热梯度而变得折射，即成为热透镜。相比之下，均匀加热的保护玻璃不会变折射。在激光加工材料中，热透镜会导致沿光束传播方向的焦点偏移，这可能会对加工质量产生负面影响。

在激光加工材料处理期间，主要有两种机制导致光学元件发热。一方面是激光功率的增加，另一方面是光学元件的污染。此外，光学元件可能会发生机械变形，从而导致折射率变化。例如，机械变形可能是由光学元件的插座的热膨胀引起的。

为了确保高质量的激光加工，有必要检测相应的焦点位置并补偿焦点偏移，即，提供快速而准确的焦点位置控制。

然而，热透镜不仅导致焦点偏移，而且导致光束质量劣化，并且可能导致例如像差。这导致整体光束焦散的改变、例如焦点直径的改变。因此，通过与参考值的简单比较来确定焦点位置是不精确的，并且不能代表对焦点位置的实时控制。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的装置、一种包括这样的装置的激光加工系统以及一种用于设置激光加工系统中的激光束的焦点位置的方法，其能够在无需复杂的机械器具的情况下可靠地确定针对期望或预定焦点位置的一个或多个设置。特别地，本公开的目的是在激光加工处理期间实时地确定和设置针对激光束的期望或预定焦点位置的一个或多个设置。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中说明了本发明的有利实施例。

根据本公开的实施例，提供了一种用于设置激光加工系统中的激光束的预定焦点位置z的装置。所述装置包括配置为能够计算焦点位置的时间相关值zt的计算单元，所述计算单元基于第一参数、第二参数和第三参数来计算焦点位置的时间相关值zt。第一参数包括与激光功率相关的焦点偏移a、例如每功率单位或功率步长与激光功率相关的焦点偏移的量、例如以毫米/千瓦为单位。例如，与激光功率相关的焦点偏移a是在成像比例为1且激光功率δp的变化为1kw的情况下在稳态下的焦点偏移，即，t→∞的焦点偏移。第二参数包括由于激光束光学器件的至少一个光学元件的热透镜、即由于温度引起的折光力变化而导致焦点位置变化的时间常数τ。例如，时间常数τ描述直到焦点位置改变了1/e或降低了1/e的时间段。因此，时间常数τ也可以被认为是温度引起的焦点偏移的时间常数。第三参数包括当前的激光功率p。计算单元还可被配置为能够计算用于设置焦点位置的设置单元的设置，以便设置预定的焦点位置z。所述设置可包括激光束光学器件中被配置为用于设置焦点位置的至少一个可移动光学元件的位置、例如透镜位置。所述装置还包括控制单元，所述控制单元被配置为能够基于计算的设置或基于焦点位置的时间相关值zt，使用用于设置焦点位置的设置单元来设置激光束的预定焦点位置。在此，所述激光束光学器件可被认为是位于激光加工系统中的激光束的光路中的全部光学元件。根据从属权利要求、附图和本说明书，本公开的优选的可选实施例和特定方面是显而易见的。

根据本发明，使用三个参数、即与激光功率相关的焦点偏移a、时间常数τ和当前的激光功率p，来计算焦点位置、例如相对于工件的焦点位置。基于此，可以将焦点位置设置为使得实际焦点位置对应于例如期望的焦点位置。

因此，可以以结构紧凑和模块化的方式实时进行焦点设置。特别地，使用时间相关的校正项来设置焦点位置，其中，该时间相关的校正项考虑了温度引起的焦点偏移的动态发展。例如，可基于补充有时间相关的校正项的预设控制曲线来实时执行焦点设置。时间相关的校正项不需要复杂的机械结构，从而可以在制造和操作方面降低装置的复杂性。另外，根据本发明的方案允许对焦点偏移或焦点波动的灵活响应。例如，可考虑一个或多个因素、例如由于光学材料的吸收引起的散射、不同的热条件(例如，水冷却、流速和温度)或激光束光学元件的污染。通过正确选择与激光功率相关的焦点偏移a与时间常数τ的参数，可将所有这些影响校正到确保处理质量的程度。这些参数可由激光加工系统的用户来设置。

优选地，计算单元和控制单元实施在共同的软件和/或硬件模块中、例如计算和控制单元中。计算和控制单元也可被称为“评估单元”。根据一些实施例，计算和控制单元可包括存储有用于计算焦点位置的数据的存储介质。

激光加工系统优选地包括激光束光学器件，所述激光束光学器件可包括一个或多个光学元件、例如透镜或透镜系统。特别地，激光束光学器件可包括具有温度相关的折光力的至少一个光学元件和/或被配置为用于设置焦点位置的可移动光学元件。在激光束光学器件中的至少一个光学元件中可发生热透镜或温度引起的折光力变化。在此，激光束光学器件中的具有温度相关的折光力、即受热透镜影响的光学元件可以是或包括被配置为用于设置焦点位置的可移动光学元件。具有温度相关的折光力的至少一个光学元件和用于设置焦点位置的至少一个可移动光学元件可以是或包括相同或不同的元件。激光光学器件可以包括例如准直光学器件、聚焦光学器件、变焦光学器件、光束整形光学器件和/或保护玻璃。在此，光学器件可以指具有限定的焦距的透镜或透镜组或具有可变焦距的透镜组(例如，变焦光学器件中的具有多个可移动透镜的透镜组)。一个或多个光学元件可由石英玻璃制成。然而，本公开不限于此，一个或多个光学元件可由其他材料制成、例如由caf2或蓝宝石制成。

计算单元优选地还被配置为能够基于指示激光束光学器件的放大倍率m的另外的参数来计算焦点位置的时间相关值。在此，放大倍率m也可称为激光加工系统的放大倍率。在一些实施例中，与激光功率相关的焦点偏移a和时间常数τ可被预设，但是可被激光加工系统的用户设置或改变。另一方面，优选地，作为用于设置焦点位置的参数的放大倍率m是已知的，并且不能被用户改变或设置。

在一些实施例中，计算单元被配置为能够使用以下等式来计算焦点位置的时间相关值zt：

zt(δp，t)＝a·m²·δp·(1-e^-t/τ)

其中，δp＝p-p0，其中，p指示在时间t的当前的激光功率，p0指示参考激光功率。时间t＝0被定义为参考功率发生改变的时间，即，当δp≠0时的时间。如果激光功率变化δp，则热透镜或温度引起的折光力变化可根据时间常数τ发生变化。这种改变导致焦点位置的改变，这可借助于校正项zt(δp，t)来描述。校正项zt(δp，t)考虑了热透镜的所述动态特性，使得可更精确地确定和设置实际焦点位置。特别地，控制单元可以以补偿由校正项zt(δp，t)描述的热透镜的动态效果的方式来设置预定焦点位置z。其结果是，可提高加工质量。

在一个实施例中，与激光功率相关的焦点偏移a可在0.002-0.2mm/kw的范围内、或者特别是0.04mm/kw。在一个实施例中，时间常数τ可在0.1-1000s的范围内、或者特别是30s。

优选地，计算单元还被配置为能够使用焦点位置的固定值z0，控制单元被配置为能够基于时间相关值zt和固定值z0来设置激光束的焦点位置。例如，在透镜位置l1处针对参考功率p0的焦点位置的固定值z0可被计算、例如使用光线追踪软件来计算。优选地，一个或多个固定值被存储为针对给定的参考功率p0的控制曲线。换句话说，用于设置单元的与焦点位置的固定值z0相对应的设置、即例如针对固定焦点位置z0的透镜位置l1(z0(p0))可被存储在计算单元或控制单元中。

固定值z0可与时间无关，并且可特别指示在没有热透镜的情况下针对参考激光功率p0的焦点位置。固定值z0可指示在不考虑热透镜的动态行为的情况下针对参考激光功率p0的焦点位置(z)。换句话说，固定值z0可指示在没有热透镜情况下针对参考激光功率p0＝0kw的焦点位置(z)。焦点位置可包括固定值z0和时间相关值zt或为固定值z0与时间相关值zt之和。

固定值z0还可指示具有热透镜而不考虑动态行为的情况下针对参考激光功率p0的焦点位置。在这种情况下，固定值z0基于例如引起热透镜的光学元件的折射率n的变化，该折射率的变化随入射到光学元件上的参考激光功率p0而改变。

优选地，控制单元被配置为还能够基于焦点位置的偏移量zoff来设置激光束的焦点位置。偏移量zoff可与时间和激光功率无关。可针对一个放大倍率m定义偏移量zoff，也可针对多个放大倍率m、例如变焦系统中的多个放大倍率m定义偏移量zoff。特别地，偏移量zoff可补偿公差、例如机械公差。偏移量zoff可用于微调，以更精确地确定焦点位置。焦点位置可包括固定值z0、时间相关的值zt和偏移量zoff或可以是固定值z0、时间相关的值zt和偏移量zoff之和。

优选地，所述装置包括用户接口，该用户接口被配置为能够接收至少针对与激光功率相关的焦点偏移a和热透镜的时间常数τ的用户输入。可选地，用户接口可被配置为能够接收针对至少一个偏移量zoff的用户输入。用户接口可允许用户改变这些参数。由组件更换、老化或光学器件污染引起的影响可以得到补偿。

根据本公开的另一方面，提供了一种激光加工系统。所述激光加工系统包括：用于提供激光束的激光装置；位于激光束的光路中的激光束光学器件，所述激光束光学器件包括具有温度相关的折光力的至少一个光学元件；以及根据本公开的实施例用于设置激光束的焦点位置的装置。所述激光加工系统可以是激光切割头或激光焊接头。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于设置激光加工系统中的激光束的预定焦点位置的方法。所述方法包括：提供第一参数、第二参数和第三参数，其中，第一参数是与激光功率相关的焦点偏移a，第二参数是由于激光束光学器件中至少一个光学元件的热透镜、即温度引起的折光力变化而导致焦点位置变化了1/e的时间常数τ，并且第三参数指示在时间t的当前的激光功率p；基于第一参数、第二参数和第三参数计算焦点位置的时间相关值zt；以及基于焦点位置的时间相关值zt来设置激光束的预定焦点位置z。

所述方法可包括并实现根据这里描述的实施例的用于确定激光加工系统中的激光束的焦点位置的装置和激光加工系统的特征和特性。

根据另一方面，描述了一种软件(sw)程序。该软件程序可配置为能够在处理器上运行，从而执行本文中描述的方法。

根据另一方面，描述了一种存储介质。该存储介质可包括配置为能够在处理器上运行从而执行本文中描述的方法的软件程序。

附图说明

本公开的实施例在附图中示出，并且将在下文更详细地描述。在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的激光加工系统；

图2示出了根据本公开的实施例的激光加工系统的激光束和准直光学器件；

图3是准直透镜及其折射率梯度的图；

图4利用坐标系示出了激光加工系统；

图5示出了透镜位置随焦点位置的固定分量和激光束功率变化的图；以及

图6示出了针对激光束功率的不同变化的焦点位置的动态行为。

具体实施方式

在下文中，除非另有说明，否则相同的附图标记将用于相同和等同的元件。

图1示出了根据本公开的实施例的激光加工系统100。

激光加工系统100可包括或者可以是加工头101、例如切割头或焊接头。激光加工系统100包括用于提供激光束10(也称为“加工束”或“加工激光束”)的激光装置110。激光装置110可包括或者可以是光纤，激光束10经由该光纤被提供到加工头101中。

激光加工系统100包括激光束光学器件。特别地，激光加工系统100可包括用于准直激光束10的准直光学器件115、例如准直透镜或具有多个透镜的变焦系统。激光束10可经由激光束光学器件中的可选光学装置140(未显示)从激光装置110传播到准直光学器件115，可选光学装置可以是准直光学器件之前的保护玻璃、透镜或光圈或其组合。

替代地或附加地，激光束光学器件包括用于将激光束10聚焦到工件1上的聚焦光学器件120、例如聚焦透镜或透镜系统。准直器光学器件115和聚焦光学器件120可集成到加工头101中。例如，加工头101可包括集成到加工头101中或安装在加工头101上的准直模块。

根据实施例，激光加工系统100或其部件、例如加工头101，可沿着加工方向20移动。加工方向20可以是激光加工系统100、例如加工头101相对于工件1的焊接方向和/或移动方向。特别地，加工方向20可以是水平方向。加工方向20也可以称为“进给方向”。

根据本公开的实施例，激光加工系统100或激光加工头101包括用于设置激光束10的预定或期望焦点位置z的装置200。可相对于工件1实时地设置焦点位置z。焦点位置z可以指示由聚焦光学器件120聚焦的激光束10的焦点的位置、例如相对于工件1的位置。

装置200包括计算单元和控制单元，计算单元被配置为计算焦点位置z的时间相关值zt，控制单元基于时间相关值zt使用激光束光学器件中的可移动光学元件来配置激光束10的预定焦点位置z。计算单元和控制单元可在共同的软件和/或硬件模块中实现。在图1的示例中，示出了集成的计算和控制单元210。替代地，计算单元和控制单元可分别在单独的软件和/或硬件模块中实现。

可基本上平行于激光加工系统100的光轴2来限定或确定激光束10的焦点位置z。在图1中，通过示例示出了焦点位置z在工件1的表面上。

根据实施例，激光加工系统100可包括用于设置焦点位置z的设置单元150。设置单元150可被包括在控制单元中或连接到控制单元。基于由装置200确定的焦点位置z，设置单元150可以设置焦点位置z。例如，可这样设置焦点位置z，使得其对应于指定的焦点位置z，即期望焦点位置，例如位于工件1的区域中、例如在工件1表面上或在工件1内。用于设置焦点位置z的设置单元150可包括例如致动器，该致动器使激光束光学器件中的至少一个可移动光学器件、例如准直光学器件115和/或聚焦光学器件120移动，以用于控制焦点位置。

在一些实施例中，装置200包括用于检测当前激光束功率(例如，cw操作中的瞬时功率或短脉冲操作中的平均功率)的器具220。装置200或激光加工系统100或激光加工头可包括例如配置为测量或确定激光束10的激光束功率的功率传感器。功率传感器可测量或确定瞬时或当前激光束功率。替代地，装置200可包括数据接口，经由该数据接口可接收与当前激光束功率相关的数据、例如从激光装置110或激光加工系统100或激光加工头的控制装置接收与当前激光束功率相关的数据。装置200可使用激光功率来确定和/或设置焦点位置z，如稍后将描述的。

对于激光束光学器件中的光学元件、例如保护玻璃和/或准直光学器件115和/或聚焦光学器件120，可能会发生热引起的折光力现象，即热透镜。热透镜可以是动态效果。参照图1和图2更详细地解释了该动态效果。

图1示出了切割头以进给速度v在厚度为d的金属板(例如，不锈钢)中切割直径为d的圆。例如，对于d＝20mm的板厚度，可使用v＝2m/min的进给速度、15kw的激光功率。如果圆的直径为d＝50mm，则对于每个圆，切割头大约需要10s。如果仅在板上切割一个圆，则功率在切割前不久为0kw，在切割处理期间为15kw，在切割后为0kw。在此，焦点位置仍可以位于板内部，即在板表面下方。

热扩散率k是一种材料特性，其用于描述由于温度梯度导致的热传导引起的温度空间分布的时变。其测量材料从热侧到冷侧的热传递速率。其与用于描述能量传输的导热率相关。对于石英玻璃，热扩散率为κ＝0.007cm²/s。图2示出了激光束光学器件中的透镜(例如，准直透镜)以及以约的光束直径撞击透镜的激光束。在这个示例中，热扩散时间约为

当对照关于图1和图2提到的大约10s和36s的时标时，可以清楚地看出，圆是在激光束光学器件上温度分布不平稳的时间内切出的。这意味着瞬态行为对于切削质量至关重要。对于更薄的板、更小的几何形状和更高的激光功率而言，这更具决定性。

因此，动态地并且实时地补偿焦点偏移是有利的。有多种方法可以实现这一点，下面将对其中的一些方法进行说明，以强调根据本发明使用时间相关的校正项进行补偿的优点。

例如，可使用基于可能与热透镜相关联的物理性质的测量的焦点位置控制(不测量焦点位置)。尽管这以最小的结构上的努力就可以提高加工质量，但是却不能实现高精度焦点位置控制，从而也无法实现较高的加工质量。

也可使用包括确定焦点位置的焦点位置控制。为此，激光束的一部分可被解耦并通过传感器来评估。当热透镜出现时，焦点位置会发生变化，传感器可检测到光束直径的变化。焦点位置传感器通过将光束直径与已知的激光束的光束焦散(参考测量值)进行比较，来确定实际的焦点位置。然而，热透镜不仅导致焦点偏移，而且导致光束质量劣化(成像误差)，从而导致整体光束焦散的变化、例如焦点直径的变化。因此，通过与参考值的比较来确定焦点位置是不精确的，或者换句话说，这不是实时的焦点位置测量。

根据本发明，焦点位置控制考虑了热透镜或温度引起的折光力变化是动态的。换句话说，当前或实际焦点位置的计算包括考虑了热透镜的时间相关性的校正项。为此目的，使用以下两个参数来计算焦点的实际位置、例如相对于工件的位置：即，激光束光学器件中与激光功率相关的焦点偏移a和由于激光束光学器件中的热透镜而导致的焦点位置变化的时间常数τ。基于此，可将焦点位置设置为使得实际焦点位置对应于例如工件上的预定或期望或目标焦点位置。

下文详细描述了根据本发明的对当前或实际焦点位置的计算的优选实施例。

参考图1，加工头101的焦点位置z是使用电动调节装置来设置的、例如是使用可包括一个或多个透镜的准直光学器件115来设置的。计算和控制单元210(也称为“评估单元”)使用功率数据(例如，cw操作中的瞬时功率或短脉冲操作中的平均功率)和可选的其他处理参数、例如目标焦点位置，来控制电动调整装置。功率数据通过到激光器或激光器系统、集成的传感器或两者的接口来接收。计算和控制单元210以及功率数据采集装置都可集成在加工头101中。可替代地，它们可设置在外部并通过接口连接至加工头101。

计算和控制单元210可包括存储介质，在该存储介质中存储有激光束光学器件的位置l1(例如，图1或图4所示的透镜的位置，该透镜可以是准直光学器件或聚焦光学器件)与激光束的焦点位置z之间的关系：

l1＝l1(z)(1)

因为焦点位置z与激光功率p和时间t相关，所以等式(1)不能简单地被保存为控制曲线。为了实时进行精确的焦点设置，焦点位置z可描述如下：

z＝z(p，t)＝z0(p0)+zt(δp，t)+zoffset(2)

焦点位置z与激光功率p和时间t相关。在这个实施例中，焦点位置z可分为三个分量：

1.第一分量z0(p0)是对时间固定的或与时间无关的，但可能与参考激光功率p0相关。在图3至图5中示出了一种可能的实现方式并稍后描述。

2.第二分量zt(δp，t)与激光功率和时间相关。δp定义为δp＝p-p0。换句话说，δp定义为当前功率与固定项的参考激光功率p0之差。稍后将描述更多细节。

3.第三个分量zoffset是一个偏移值。例如，它可作为光机公差的调整。这个分量与时间和功率无关。

固定分量z0(p0)

在最简单的情况下，固定分量z0(p0)描述针对p＝0kw在无热透镜情况下的激光束光学器件的位置l1，即l1(p0＝0kw)。在图4和图5中示出了对l1的示例性描述。对于不同的参考激光功率p01和p02，激光束光学器件的位置l1是不同的。位置l1可以使用例如射线追踪软件来计算。在此，热透镜被建模，即，由于热梯度，光学组件的折射率n也为梯度。存在用于对这些梯度进行建模的多种方法。在第一近似法中，例如，可使用沿着垂直于光轴的轴线r的抛物线梯度，如图3所示：

n(r)＝n0+c2·r²(3)

和：

n0是光学元件在r＝0或在光轴上的折射率，rstrah1是激光束的半径(即，)，l是光学组件(即，透镜)的厚度，kt是透镜材料的导热系数，p是激光功率，a是光学组件的吸收率，dn/dt是折射率n随温度t的变化。

等式(3)和(4)用作等式(2)中z0(p0)计算的基础，并描述了稳态(t→∞)下的折射率梯度。特别地，z0(p0)项是以下问题的解决方案：为了利用参考激光功率p0来获得焦点位置z0或位置l1(z0)，光纤端与用于设置焦点位置的光学元件、例如准直光学器件之间所需的距离是多少？这个问题的解决方案被存储为控制曲线。

可使用温度分布图的其他模型进一步完善折射率的描述。这里有几种选择，例如，梯度n(r)的精确分析描述或数值方法、例如有限元方法。

参考图5，以这样的方式描述固定分量z0(p0)，使得位置l1精确地根据参考激光功率p01、p02来计算。这在以下情况下是特别有利的：激光束光学系统不是简单的透镜而是透镜系统(例如变焦系统)，在该系统中存在两个或更多个可移动透镜，因此需要多个透镜位置以实现特定的焦点位置和特定的焦点直径。另外，在图5中不限制曲线的数量。例如，可针对激光功率的较小增量来计算位置。替代地或附加地，可对两个曲线之间的位置进行插值。

透镜位置l1(z0(p0))可存储在计算和控制单元中。在一些实施例中，不仅可针对单个参考激光功率存储位置，还可针对多个参考激光功率存储位置，例如，l1(z01(p01))、l1(z02(p02))、l1(z03(p03))、l1(z04(p04))。

动态分量zt(δp，t)

第二分量zt(δp，t)描述焦点偏移的动态行为、特别是描述图6中所示的行为。图6示出了在不同的功率变化δp1至δp5下，焦点位置z的示例性动态行为，预定焦点位置z保持不变。这个分量的目的是补偿由热透镜的动态行为引起的焦点偏移，以使给定的焦点位置z保持恒定。

在图1和图2的示例中，比较两个时间框架：可以多快切割出圆以及由于从入射激光辐射的热透镜中心向透镜的较冷的外部的热传递可以多快产生热梯度。作为第一近似法，这种瞬态行为可描述如下：

zt(δp，t)＝a·m²·δp·(1-e^-t/τ)(5)

m是光学系统(即，激光束光学器件)的放大倍率，a是第一参数，其指示在稳态下两个功率值之间每个功率单位的焦点偏移的量，τ描述了热透镜发展的时标。在此，时间t＝0定义为发生功率变化的时间，即当δp≠0时。随后，即t＞0，至少在预定的时间间隔内，功率优选地是恒定的。

等式(5)描述了指数近似。例如，在焦点位置呈指数下降的情况下(参见图6：δp4或δp5)，时间常数τ描述直到焦点位置下降了1/e的时间段。在成像比例为1且激光功率的变化δp为1kw的情况下，a是稳态下的焦点偏移，即t→∞。

等式(5)描述了针对功率改变的焦点位置的改变。根据定义，时间t＝0定义为发生功率变化的时间、例如当δp≠0时。可以使用滤波器信号(例如，低通滤波器)来近似pt＝δp·(1-e^-t/τ)项。即，如果激光功率是已知的，则可提供配置为以指数近似来确定功率阶跃δpi(参见图6)的滤波器。此处的优点在于，在上述等式(5)中不再必须明确地考虑时间t，因为仅功率改变是必要的。换句话说，滤波器将功率的变化δpi(功率阶跃或功率跳跃)转换为另一个值、例如随时间而固有地变化的滤波器信号pt。因此，最终，焦点位置的“时间相关”值可仅基于功率pt来确定，即作为zt(pt)。

根据本发明的焦点设置的一个优点是激光加工系统的用户(例如，终端客户)可具有三个可用的预设参数(例如来自制造商)：zoffset、a和τ。这些参数可首先在理论上进行描述，但是由于例如光学材料的吸收或由于不同的热条件(例如水冷却或水流速、温度等)而可能表现出一定的分散性。接口可允许用户改变这些参数。由组件更换、光学器件的老化或污染引起的影响可以得到补偿。

等式(5)还允许描述可具有多个放大倍率m的变焦系统的可能性。a和τ与放大倍率m无关。可为每个放大倍率分别定义zoffset，但其与时间和激光功率无关。在一些实施例中，放大倍率m和焦点位置之间的关系可存储在计算和控制单元中。这意味着所有复杂的描述都可包含在计算和控制单元中，并且用户可借助于一组简单的参数来优化预设参数。

在一些实施例中，对瞬态行为(即，等式(5))的描述可通过以下等式来更精确地说明：

n是自然数，并且可以选择为适当大。通过该描述，可使用不同的时间常数τ和量ai，以便获得更精确的结果。当具有不同时标的不同热处理在焦点偏移中起相关作用时，等式(6)是尤其有利的。

在另外的实施例中，可以用多项式项来更精确地说明对瞬态行为的描述：

公式(7)的第二项是阶数为m的多项式。bj是功率j的系数。每个系数(ai，bj)可以是独立的。m是自然数。

根据本发明，使用两个参数、即每功率单位的激光束光学器件中与激光功率相关的焦点偏移的量a和由于激光束光学元件中的热透镜而导致的焦点位置变化的时间常数τ，来计算焦点的实际位置、例如相对于工件的位置。基于此，例如，可以将实际焦点位置z设置为使得实际焦点位置对应于期望的焦点位置z。

这允许实时进行简单而稳健的焦点设置。特别地，使用描述焦点偏移的动态发展的时间相关的校正项来设置焦点位置。时间相关的校正项不需要复杂的机械结构，从而可在制造和操作方面降低设装置的复杂性。此外，根据本发明的方案使得可灵活地对焦点偏移或焦点波动做出反应。例如，可考虑一个或多个因素、例如由于光学材料的吸收引起的散射、不同的热条件(例如水冷却、流速和温度)或激光束光学元件的损坏。