本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種利用光束發(fā)生器(5)的加工光束(4)并且利用光束發(fā)生器(5)和工件(6)之間的加工距離(a)的原位測(cè)量的材料加工裝置(1)。為此，材料加工裝置(1)具有利用加工光束(4)的加工激光器(13)。包括具有掃描器鏡(31，32)的二維偏轉(zhuǎn)裝置的激光掃描器(14)布置在加工激光器(13)的下游。設(shè)置用于改變加工距離(a(t))的自動(dòng)重聚焦裝置。包括分光計(jì)(17)和至少兩個(gè)傳感器光源的傳感器裝置(16)產(chǎn)生測(cè)量光束(18)，測(cè)量光束(18)利用激光掃描器(14)和透鏡系統(tǒng)(19)共同地感測(cè)工件(6)的加工區(qū)域(20)，同時(shí)記錄工件距離(a)。傳感器光源(11，12)的測(cè)量光束(18)被線性偏振，并且利用光耦合元件(21)在準(zhǔn)直狀態(tài)以交叉偏振方向耦合到材料加工裝置(1)的激光掃描器(14)的加工光束(25)的光路中。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種利用光束發(fā)生器的加工光束并利用光束發(fā)生器和工件之間的加工距離的原位測(cè)量的材料加工裝置。為此，該材料加工裝置具有利用近紅外加工光束的加工激光器。包括具有掃描器鏡的二維偏轉(zhuǎn)裝置的激光掃描器布置在加工激光器的下游。設(shè)置了用于改變加工距離的自動(dòng)重聚焦裝置。
技術(shù)介紹
這種類型的材料加工裝置從EP I 977 850 Al可知。圖8示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種類型的材料加工裝置3的部分透視原理圖。在透視圖中示出了該材料加工裝置3利用光束發(fā)生器5的加工光束4并利用加工頭7和工件6之間的加工距離的原位測(cè)量來(lái)加工略 加工激光器。加工頭7由工業(yè)機(jī)器人8操縱。隨時(shí)間改變加工距離a(t)的自動(dòng)重聚焦裝置設(shè)置在材料加工裝置3中，以在沿箭頭A的方向引導(dǎo)工件6時(shí)追蹤例如工件6的曲線9。為此，在加工頭7中設(shè)置用于記錄斷層的光學(xué)相干斷層掃描裝置10。該材料加工裝置3的缺點(diǎn)之一是通過(guò)光纖傳送用于斷層記錄的測(cè)量信號(hào)。在操作過(guò)程中的振動(dòng)的情況下，光纖中的振蕩可能改變光譜透射，因此可能改變各偏振模式之間的混合比和偏振狀態(tài)，從而損害測(cè)量結(jié)果和斷層記錄。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并在加工(燒蝕、沉積焊接等)前、加工過(guò)程中和加工后在不接觸表面的情況下記錄表面的斷層。目的在于利用距離測(cè)量來(lái)改善加工工藝的控制和材料除去/沉積的終點(diǎn)確定的可靠性。另一目的在于準(zhǔn)確地測(cè)量從工件到加工系統(tǒng)的距離，例如，用于重調(diào)激光器的焦距。利用獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的目的。從屬權(quán)利要求中描述了本專利技術(shù)的具有優(yōu)越性的擴(kuò)展。本專利技術(shù)公開(kāi)了利用光束發(fā)生器的加工光束并且利用光束發(fā)生器和工件之間的加工距離的原位測(cè)量的材料加工裝置。為此，該材料加工裝置具有利用加工光束的加工激光器。包括具有掃描器鏡的二維偏轉(zhuǎn)裝置的激光掃描器布置在加工激光器的下游。設(shè)置用于改變加工距離的自動(dòng)重聚焦裝置。包括分光計(jì)和至少兩個(gè)傳感器光源的傳感器裝置產(chǎn)生測(cè)量光束，測(cè)量光束利用激光掃描器和物鏡共同地感測(cè)工件的加工區(qū)域，同時(shí)采集工件距離。至少兩個(gè)傳感器光源的測(cè)量光束被線性偏振，并且通過(guò)光耦合元件在準(zhǔn)直狀態(tài)以交叉偏振方向耦合到材料加工裝置的激光掃描器的光路中。該材料加工裝置的優(yōu)點(diǎn)是，將加工激光器的預(yù)定激光掃描器光學(xué)組件用作傳感器鏡頭，使得加工光束和傳感器測(cè)量光束通過(guò)F-Θ物鏡系統(tǒng)一起指向工件。設(shè)置的加工激光器典型地是波長(zhǎng)范圍為1030nm至1070nm的固態(tài)激光器。另一優(yōu)點(diǎn)是，至少兩個(gè)傳感器光源產(chǎn)生測(cè)量光束(被線性偏振并通過(guò)激光掃描器在準(zhǔn)直狀態(tài)以交叉偏振方向耦合到材料加工裝置的激光掃描器的光路中)，以給予傳感器裝置更有力的保護(hù)免受材料加工裝置振動(dòng)的影響，具體地是由于，因交叉偏振方向而使使用的光纖的搖動(dòng)和振動(dòng)不再損害光照射和檢測(cè)性能。為此，將光譜干涉距離傳感器(也稱作OCT或光學(xué)相干斷層掃描裝置)集成到用于材料加工的材料加工裝置中的激光掃描器中。因此，為了達(dá)到該目的，本專利技術(shù)提出允許在整個(gè)激光掃描器容量(laser scanner volume)中高質(zhì)量的距離測(cè)量的特征的組合。這主要利用光譜穩(wěn)定化措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。非偏振光源的使 用，優(yōu)選地具有線偏振光束的兩個(gè)光源的使用，防止了光纖的任意搖動(dòng)改變偏振狀態(tài)并因此改變偏振模式之間的混合比，其中，所述線偏振光束通過(guò)保偏光纖傳輸?shù)絇BC(偏振光束組合器)并且在PBC中通過(guò)偏振分束器以交叉偏振方向組合。因此，即使光學(xué)組件因偏振方向而具有不同的光譜透射時(shí)，光譜透射也不再被損害。然而，如果因應(yīng)力引起的雙折射或涂層而在兩個(gè)偏振模式中存在不同的路徑差異，則例如，在最糟糕的情況下，距離峰分裂成兩個(gè)子峰。在這種情況下，在本專利技術(shù)的第二實(shí)施例中，將具有與偏振相關(guān)組件的主方向?qū)?yīng)的主方向的雙折射元件(例如，分束器和/或電流鏡)插入到光路中。這將兩個(gè)峰分離到能夠清楚地估計(jì)的程度。將具有線性偏振光束的超輻射發(fā)光二極管用作光源，這些光源通過(guò)保偏光纖連接到利用偏振分束器將交叉偏振方向組合的偏振光束耦合器。為了將傳感器光束在準(zhǔn)直狀態(tài)下耦合到加工光路中，傳感器光路具有諸如窄帶陷波濾波器的窄帶分色光束分離器。也可以設(shè)置旋轉(zhuǎn)濾光輪來(lái)代替窄帶分色光束分離器，以在準(zhǔn)直狀態(tài)下將傳感器光束耦合到加工光路中，使得激光掃描器在加工激光器的脈沖暫停時(shí)有利地用于測(cè)量光束而不影響加工循環(huán)，其中，濾光輪將激光或者傳感器光交替地耦合到激光掃描器中并與加工激光器的脈沖頻率同步地旋轉(zhuǎn)。在本專利技術(shù)的另一實(shí)施例中，可以利用能夠樞轉(zhuǎn)到光路中的偏轉(zhuǎn)鏡在準(zhǔn)直狀態(tài)下將傳感器光束耦合到加工光路中。優(yōu)選地，使用激光器的聚焦跟蹤功能來(lái)使傳感器光重聚焦。在該過(guò)程中，在幾乎準(zhǔn)直狀態(tài)下將傳感器光耦合到激光光路中。然而，將傳感器準(zhǔn)直器的透鏡重聚焦以補(bǔ)償F- Θ物鏡系統(tǒng)的彩色聚焦光斑移位。雖然介電涂覆的掃描器鏡的傾斜不同，但可以通過(guò)將接近前述的1030nm至1070nm的激光波長(zhǎng)的傳感器波長(zhǎng)設(shè)置在1260nm至1360nm(納米)來(lái)使光譜反射率穩(wěn)定。因此，還將一致高的依賴于傾斜和偏振的掃描器鏡反射率用于傳感器光。另外，可以將傳感器波長(zhǎng)設(shè)置在掃描器鏡“相機(jī)窗口 ”波長(zhǎng)范圍內(nèi)(在大約650nm),在大約650nm,掃描器鏡或電流鏡的反射率也高并且一致。用于稱合傳感器光束的商業(yè)分束器可用于這種類型的波長(zhǎng)范圍。這種布置在現(xiàn)有的材料加工裝置的基礎(chǔ)上以有利的方式將新的傳感器裝置的改進(jìn)簡(jiǎn)化，從而創(chuàng)造了如本專利技術(shù)公開(kāi)的材料加工裝置。在本專利技術(shù)另一實(shí)施例中，材料加工裝置具有計(jì)算機(jī)控制裝置，當(dāng)掃描器鏡具有對(duì)傳感器波長(zhǎng)和激光波長(zhǎng)的反射率不同的涂層時(shí)，計(jì)算機(jī)控制裝置設(shè)置有深通特征，所述深通特征濾除來(lái)自反射信號(hào)的比激光波長(zhǎng)長(zhǎng)的傳感器波長(zhǎng)并估計(jì)以進(jìn)行距離測(cè)量。作為深通濾除的替換，也可以在用于電流鏡定位的每個(gè)組合的校準(zhǔn)運(yùn)算中測(cè)量光譜包絡(luò)IcH_n(k)。這里，測(cè)量具有已知光譜反射率的平面。為此，材料加工裝置具有計(jì)算機(jī)控制裝置，當(dāng)掃描器鏡具有對(duì)傳感器波長(zhǎng)和激光波長(zhǎng)的反射率不同的涂層時(shí)，計(jì)算機(jī)控制裝置啟動(dòng)校準(zhǔn)運(yùn)算。這些校準(zhǔn)運(yùn)算能夠測(cè)量電鍍的掃描器鏡與具有已知光譜反射率的平面相比的任意的定位組合并以表列形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，然后在估計(jì)反射的測(cè)量信號(hào)時(shí)將存儲(chǔ)的表格考慮在內(nèi)。當(dāng)證明反射的測(cè)量信號(hào)的波度不太大時(shí)，可以僅使用這種方案。這主要是由于不能分離θχρ項(xiàng)。只能確定和消除和。因此，需要假設(shè)Φ (λ)沿整個(gè)波長(zhǎng)范圍位于土 η /2間隔內(nèi)。也可以想到，混合項(xiàng)具有節(jié)，在該節(jié)處， X 時(shí),這可以通過(guò)使用 X 的符號(hào)變化獲得。給出以下推算一般 E0 = E1 ( λ ) X exp E1是實(shí)數(shù)，因此I = IEkI + IeJ+SIErI X E1 { c o s Φ (λ) Xcos _sinC> ( λ ) X sin }= Ee I 2+1E1 2+2 Ee X Ee X cos 優(yōu)選地可測(cè)量以下光譜Ireference = Ee2 (隱藏的物件臂)Iobject = E12 (隱藏的參考臂)如果這些已知，則能夠從另外測(cè)得的I中分離余弦項(xiàng)?，F(xiàn)在問(wèn)題是，不能簡(jiǎn)單地從距離相位Φα(λ) = 4 31 (ζ0-ζΕ) / λ中分離出相位失真，因?yàn)樗鼈冊(cè)讦?λ)中僅作為總和出現(xiàn)。因此，現(xiàn)在計(jì)算IekI和Ie1U然后，混合項(xiàng)2|ER| X IerI xcos除以 |ΕΚ| X 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬丁·斯科恩勒伯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：普雷茨特激光技術(shù)有限公司，
類型：
國(guó)別省市：
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