具体实施方式

图1示出了根据现有技术的使用激光束L加工工件W的装置10的框图。加工装置10包括激光生成装置12和光纤13，激光束L经由所述光纤传送到相应的加工头。激光束L例如使用准直透镜14准直并且经由聚焦透镜15聚焦在待加工工件W的表面上。激光束L可以以这样的方式经由布置在准直透镜14和聚焦透镜15之间的光束形成和偏转光学系统1受到影响，使得可以改变待加工工件W的表面上的光斑形状S。为此，至少两个光学元件2、3一个接一个地布置在光束形成和偏转光学系统1中的激光束L的光束路径中，所述光学元件2、3因此影响准直激光束L，使得待加工工件W的表面上的光斑形状S变化。通过改变光学元件2相对于另一光学元件3的取向，在加工工件W期间也可以发生激光束L的光斑形状S的变化。为此，光学元件2连接到相应的驱动器4。在激光混合焊接装置的情况下，激光束L与至少一个电弧(未示出)组合。

图2以剖切侧视图示出了根据本发明的光束形成和偏转光学系统1的实施例替代方案。光束形成和偏转光学系统1的至少两个光学元件2、3通过具有相应楔角α₁、α₂的光学楔形件5、6形成。光学楔形件5、6或该类型的棱镜相应地根据楔角α₁、α₂偏转准直激光束L，由此激光束L在待加工工件W的表面上的照射点以及因此光斑形状S改变。由于两个光学楔形件5、6在所有情况下仅覆盖激光束L的一部分，因此可以改变激光束照射到工件W的表面上的点的数量。在所示的示例性实施例中，两个光学楔形件5、6在所有情况下基本上覆盖激光束L的50％。在光束形成和偏转光学系统1的下游，在激光束L的方向z上观察，布置聚焦透镜15，经由所述聚焦透镜将偏转的激光束L相应地聚焦在待加工工件W的表面上。通过至少一个光学楔形件5、6围绕光轴c旋转，可以实现工件W的表面上的光斑形状S的改变。通过整个光束形成和偏转光学系统1围绕光轴c的旋转，可以相应地实现光斑形状S围绕光轴c的动态光束形成或旋转。具有楔角α₂的第二光学楔形件6也可以与根据图2的光学楔形件6呈镜像倒置的方式布置，由此可以生成其他光束和光斑形状S。例如，当光学楔形件5、6的楔角α₁、α₂在数量上相等时，在两个光学楔形件5、6的彼此相应相反取向的情况下准直激光束L的偏转可以通过光学楔形件5、6发生，由此准直激光束L不受光束形成和偏转光学系统1的显著影响，并且在工件W的表面上产生光斑形状S，其对应于没有光束形成和偏转光学系统1的光斑形状S。这意味着在具有数量相等的楔角α₁＝α₂的光学楔形件5、6的相应相反取向定位的情况下，激光束L的光束形成和偏转可以切换到中立位置。

图3示出了根据图2的光束形成和偏转光学系统1的俯视图。在俯视图中，光学楔形件5、6优选地形成为圆扇形或圆弧形，并且具有在10mm至40mm的范围内的半径R，由此可以保持光束形成和偏转光学系统1的尺寸较小，并且可以减小激光加工装置10的加工头的总体尺寸。

在图4A至4D中示出了光束形成和偏转光学系统1的两个半圆形光学楔形件5、6相对于彼此的各种位置，用于在工件W上获得激光束L的各种形状。在所示的示例性实施例中，两个光学楔形件5、6具有相反且相等的角α1＝-a2。在根据图4A的彼此具有角Δβ＝180°的两个光学楔形件5、6的位置的情况下，激光束L由光学楔形件5和光学楔形件6在相同方向上偏转，由此在工件W处产生光斑形状S，其相应地从光轴c的相应零点N或中心偏转。在图4B中所示的两个光学楔形件5、6彼此之间具有角Δβ＝135°的光学楔形件5、6的位置的情况下，在工件W的表面上产生光斑形状S，其根据光学楔形件5、6的楔角α₁和α₂在围绕光轴c的各个点处具有激光束L的四个照射点，其偏转效应在重叠区域中相应地累加。在光学楔形件5、6之间具有角Δβ＝90°的根据图4C的布置的情况下，相应示出的光斑形状S在工件W上产生。在根据图4D的光学楔形件5、6的相互位置(角Δβ＝0°)的情况下，具有楔角α₁＝-α₂的光学楔形件5、6的效应补偿，由此在工件W上产生光斑形状S，其相应地布置在光轴c的中心或零点N，并且对应于没有光束形成和偏转光学系统1的激光束L的光斑形状S。

相应地通过改变两个光学楔形件5、6相互的取向或通过改变光学楔形件5、6之间的角Δβ，可以因此在工件W的表面上实现光斑形状S的变化。通过增加光学楔形件的数量，例如增加到三个或更多个光学楔形件，可以增加光斑形状S中光斑的数量，并且可以进一步改变可获得的光斑形状S的变化。

图5以部分剖切形式示出了包括用于移动光学楔形件5、6的驱动器的光束形成和偏转光学系统1的实施例。光束形成和偏转光学系统1的光学楔形件5、6在所有情况下布置在空心轴7、8中，所述空心轴可以经由相应的驱动器9围绕光轴c旋转。驱动器9可以例如由空心轴马达或扭矩马达形成。除了用于旋转光学楔形件5、6或空心轴7、8的驱动器9之外，还可以提供用于使整个光束形成和偏转光学系统1围绕光轴c旋转的另外的驱动器9(未示出)。经由相应的实际值传感器16，可以相应地检测光学楔形件5、6或空心轴7、8的位置。相应的马达控制器11根据操作单元17的设置或基于其他规范，例如基于激光加工装置10的加工头相对于工件W的位置和移动或在激光混合应用的情况下基于参数，例如基于焊接参数(焊接电流、焊接电压、焊丝的进给速度、焊接电流的极性、工艺阶段等)来控制相应的驱动器9。现有类型的光束形成和偏转光学系统1的特征在于相对较小的总体尺寸和紧凑的实施例。例如，在25mm至90mm之间的范围内的空心轴7、8的直径dH被实现，由此产生小干涉轮廓。用于引导冷却流体(未示出)的冷却管道可以可选地布置在光束形成和偏转光学系统1的壳体中。

在图6中以光学楔形件5、6彼此之间的各种角Δβ再现各种光斑形状S。使用具有相反且相等楔角α1＝-α2的两个光学楔形件5、6的示例，这里示出了各种光斑形状S，其中两个光学楔形件5、6彼此的角位置Δβ以30°步长变化。在下面示出待加工工件W的表面上的所得光斑形状S。通过各种光斑形状S，相应的热输入或熔池以及冷却速度可以最佳地适应于各种加工任务。例如，通过更宽的光斑形状S(具有角Δβ＝150°的左起第六幅图像)可以获得更高的间隙桥接能力。在角位置Δβ＝180°的情况下，产生光斑形状S，其最多相应地围绕零点N或光轴c偏移，但其保持不变。

图7A示出了响应于光学楔形件5、6相应地围绕零点N或光轴c以相同速度在相同方向上的附加旋转的各种光斑形状S。由此保持光学楔形件5、6之间的角Δβ。由此可以获得可以是环形的光斑形状S(具有角Δβ＝180°的根据图7A的最右侧的图像)。可以类似地实现具有连续可变角位置Δβ的旋转运动。

取决于根据图7A的不同角位置Δβ处的径向位置xr在图7B中示出了激光束L的功率密度P_L。通过光斑形状S的相应旋转，可以在待加工工件W的表面上获得不同的能量输入。在激光束L相对于工件W的各种位置或移动的情况下，某些光斑形状S可能是有利的，这就是它们也可以根据位置和移动来选择的原因。在组合激光混合应用的情况下，还可以根据电弧或工艺阶段的参数来选择激光束的光斑形状S。

最后，图8示出了在光学楔形件5、6围绕特定角范围的联合钟摆运动的情况下的光斑形状S。在所示的示例性实施例中，假设光学楔形件5、6彼此的恒定角位置Δβ＝135°，其中光学楔形件5、6联合地围绕指定角范围Δχ＝90°来回移动。通过这种钟摆运动，可以围绕光轴c经过指定的角范围Δχ，并且可以相应地在表面上或在工件W中获得相应的热分布。可以类似地实现具有连续可变角位置Δβ的钟摆运动。

本发明的特征在于具有小干涉轮廓的激光束L的简单且自适应形成。