用于激光加工装置的激光加工喷嘴和该激光加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于激光加工装置的激光加工喷嘴，其中，该激光加工装置为了过程监测而具有探测装置，用于探测通过激光加工喷嘴所限定的过程区域的辐射。本发明还涉及一种具有这种喷嘴的激光加工装置及一种用于使这种激光加工喷嘴在激光加工装置上投入运行的方法。
【背景技术】
[0002]尽管在激光加工过程的控制方面取得了巨大的进步，但在现代激光加工设备上也总是得出有缺陷的加工结果。为了在加工期间就能识别出错误过程并且能够采取可能的补救措施，已公知对过程区域进行光学监测。
[0003]根据光学传感器如何布置，将过程辐射的离轴线、准同轴线及同轴线的耦出之间作区分。在离轴线耦出的情况下，从探测方向观测到加工过程的辐射，该探测方向相对于激光射束轴线以大于10°的角度延伸。在准同轴线耦出的情况下，探测方向相对于激光射束轴线以小于10°的角度延伸。如果探测方向平行于激光射束轴线延伸，则称为同轴耦出。尤其对于最后提及的变型(同轴耦出)，穿通激光加工喷嘴的过程射线探测被证明是可行的，因为从该方向尤其可无障碍地看清所述过程区域。
[0004]由DE 10 2011 003 717A1描述了针对C02激光切割设备上的探测装置的例子，其中，实现了穿通激光加工喷嘴的过程射线探测。从过程区域发射或反射的辐射的耦出借助部分穿透的偏转镜来实现。入射的C02激光射线在该偏转镜上反射。然而，过程区域处于550nm至2000nm波长范围内的辐射经过偏转镜。在过程射线经过了部分穿透的偏转镜之后，该过程射线又经由其它的光学元件被最后供给至高分辨率的摄像机。该摄像机探测在观测波长情况下的辐射(例如处于可见光或近红外线的波长范围内)。摄像机的拍摄可用于过程监测或调节。
[0005]由DE 24 50 925A1公知了一种具有气体喷嘴的激光设备，在该气体喷嘴上安装有冷却系统。为了将激光射束相对于气体喷嘴的对准进行控制，借助冷却水的温度测量装置来求取由气体喷嘴所吸收的热。测量装置的灵敏性通过气体喷嘴内表面上的热吸收层来
[0006]由DE 32 12 314A1描述了一种保护气体焊接喷燃器的保护气体喷嘴，该保护气体喷嘴设有黑镍层，用于延长使用寿命。
【发明内容】
[0007]由现有技术出发确立了本发明的任务:对过程区域至少在观测波长情况下的、已探测到的辐射的信号品质作出改善。
[0008]该任务通过具有权利要求1所述特征的激光加工喷嘴来解决。
[0009]根据本发明，激光加工喷嘴的表面具有至少一个反差区段，该反差区段至少对于在适合通过探测装置用于过程监测的观测波长情况下的辐射或射线具有散射的和/或吸收的效果。适合的观测波长是如下波长，在该波长情况下，借助探测装置对激光加工过程的监测能够推断出加工过程。因此，可能的观测波长尤其处于300nm至3000nm的范围内，该范围不仅包括可见光的而且包括近红外线的频谱范围。
[0010]可以理解的是，探测装置的光学探测器、传感器或图像检测装置不只是探测正好某个波长情况下的辐射。更确切地说，根据探测器的类型及可能前置滤波器，通常探测到观测波长周围的窄的波长范围。
[0011]不管怎样，对于某个观测波长情况下的、由过程区域发出的辐射的不仅散射效果而且吸收效果都用于:使在反差区段上入射到喷嘴上的辐射在非常小的程度上能够被反射至探测装置。这降低了出现干扰反射。由于根据本发明的反差区段的光学特性，在探测装置的拍摄中能够将反差区段的成像与过程区域的成像很好地区分。
[0012]反差区段的散射效果例如能够通过表面结构化实现。代替于光滑的金属表面，喷嘴的表面至少在反差区段的区域中具有这样的粗糙度，使得在观测波长情况下的辐射可被散射。有利地，这种表面结构化能够在成本上相对有利地制造。这种粗糙性的度量优选至少大致相应于观测波长的数量级。
[0013]尤其如果对于至少在观测波长情况下的辐射而言的吸收度大于0.3时，则得到本发明意义上的吸收效果。优选地，对于在至少观测波长情况下的辐射而言的吸收度处于大于0.5的值；更有利的是，对于观测波长的辐射而言的吸收度大于0.7或者甚至大于0.9。以此方式，有效地抑制了反差区段上产生干扰反射。
[0014]优选地，反差区段至少在观测波长情况下具有反射率，该反射率不同于(优选小于)工件表面的反射率，后者(工件表面的反射率)也由探测装置来检测。该反射率差的值尤其是至少0.1，优选是至少0.3，或者甚至是至少0.5。由于这种措施，因此在探测装置的拍摄中在喷嘴的成像部分与成像的工件表面之间得到高的反差。因此，在穿通喷嘴探测时例如能够可靠地检验或非常精确地测量到面向过程区域的喷嘴口的直径。
[0015]激光加工装置非常频繁地用于例如结构钢和/或不锈钢的加工。因此，特别是喷嘴的反差区段对于在观测波长情况下的辐射具有反射率，该反射率与结构钢和/或不锈钢的表面的反射率之差是至少0.1，优选至少0.3或者甚至至少0.5，尤其是，该反射率以这些值小于结构钢和/或不锈钢的表面的反射率。
[0016]喷嘴的反差区段优选如此构成，使得与不具有反差区段的喷嘴相比，至少在观测波长情况下的辐射的很少一部分能够通过喷嘴表面上的反射到达探测装置。尤其地，这通过根据上述探测装置检测范围的说明的、反差区段的反射率来实现。
[0017]特别有效地，在一个优选实施例中，由过程区域发出的并由探测装置所探测的辐射的信号品质得以改善，其方式是，反差区段如此设置在喷嘴表面上，使得过程区域的辐射能够直接地射到反差区段上。
[0018]可替换地或附加地，反差区段优选如此设置在喷嘴表面上，使得反差区段能够设置在探测装置的探测区域或拍摄区域中，该探测装置用于探测通过激光喷嘴所限定的过程区域的辐射。尤其有利的是，探测装置不是或者不仅用于直接激光加工过程的直接观察，而是(而且)在如下程度上用于过程监测:即借助于探测装置例如能够检验喷嘴的状态或尺寸。由于设置在探测装置的拍摄区域中的反差区段，因此能够在激光加工期间通过探测装置以较高的精确度及可靠性对已安装的喷嘴的成像部分进行测量或检验。
[0019]这特别是涉及到反差区段的如下布置，在该布置的情况下，来自通过激光喷嘴所限定的过程区域的辐射能够直接地射到反差区段上并且通过反差区段上的一次反射能够到达或可能到达探测装置，只要该辐射在反差区段上不被吸收或散射的话。
[0020]例如，对于具有侧向探测装置(离轴线耦出)的激光加工装置用的喷嘴情况，反差区段至少在面向探测装置的一侧上设置在喷嘴外表面上。
[0021]通过喷嘴能够使激光射束及附加的过程气体被引导至过程区域。为此目的，该喷嘴具有喷嘴通道，该喷嘴通道在两个喷嘴口之间延伸。一喷嘴口面向过程区域，另一喷嘴口背向过程区域。
[0022]在一个特别优选的实施例中，喷嘴如此构成，使得过程区域的辐射借助于探测装置能够穿通在两个喷嘴口之间延伸的喷嘴通道进行探测。因此，该喷嘴适合在激光加工装置上在将待探测的过程射线进行同轴线或准同轴线地耦出的情况下使用。优选在此情况下，反差区段如此设置在喷嘴通道壁上，使得该反差区段从在运行中背向过程区域的那个喷嘴口起能够被看到。因此，喷嘴如此构成，使得在反差区段上发射或反射的辐射逆着探测方向(在同轴线耦出的情况下平行于激光射束轴线或平行于喷嘴通道的走向)能够通过背向过程区域的喷嘴口从喷嘴射出进而能够到达探测装置。这尤其在如下情况下能够实现:当反差区段相对于喷嘴