用于檢測(cè)要通過(guò)激光加工設(shè)備加工的工件的表面數(shù)據(jù)和/或邊界面的測(cè)量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)要通過(guò)激光加工設(shè)備加工的工件的表面數(shù)據(jù)和/或邊界面的測(cè)量設(shè)備。激光加工設(shè)備包括激光源和加工頭，該加工頭構(gòu)造用于提供至少一個(gè)高能加工射束，尤其是激光射束。激光源和加工頭通過(guò)光纖彼此連接。測(cè)量設(shè)備包括構(gòu)造為光學(xué)相干斷層掃描器(英語(yǔ):0ptical Coherence Tomography, OCT)的用于工件的表面掃描和/或邊界面掃描的掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]用于利用至少一個(gè)加工頭來(lái)加工具有至少部分吸收光的表面的工件的激光加工設(shè)備由DE 101 55 203 A1以及EP 1 977 850 B1所公知，該加工頭構(gòu)造用于提供高能加工射束，并且構(gòu)造為光學(xué)相干斷層掃描器的掃描裝置配屬于該加工頭。這種激光加工設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)或多個(gè)要加工的工件與加工頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)磨蝕和/或連接的材料加工。加工頭裝備有用于高能加工射束，例如激光射束的整合的或者單獨(dú)實(shí)施的電源。用于這種加工裝置的典型的應(yīng)用領(lǐng)域是對(duì)工件材料的磨蝕或借助激光射束焊接塑料部件或金屬部件。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)這種加工過(guò)程提出此外是相對(duì)工件精確引導(dǎo)高能加工射束以及控制工件上的加工結(jié)果所需的質(zhì)量要求。出于該目的，這種加工設(shè)備配設(shè)有一個(gè)或多個(gè)傳感器裝置，它們?cè)趹?yīng)用光學(xué)和/或電和/或聲音的測(cè)量方法的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行對(duì)于質(zhì)量控制所需的檢查。
[0003]用于應(yīng)用上面提到的測(cè)量方法的傳感器可能受到高能加工射束的影響，和/或需要與要加工的表面進(jìn)行機(jī)械接觸。往往也要保持加工射束的加工位置與測(cè)量部位之間的側(cè)向最小間距，在該測(cè)量部位上應(yīng)用相應(yīng)的測(cè)量方法。對(duì)于加工射束來(lái)說(shuō)，過(guò)程調(diào)節(jié)可能延遲地發(fā)生。延遲由加工速度以及加工位置與測(cè)量位置之間的側(cè)向間距得出。
[0004]由上面提到的DE 101 55 203 A1公知的激光加工設(shè)備包含用于檢測(cè)3D表面數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，其可以構(gòu)造為白光干涉儀、短波相干光學(xué)雷達(dá)或共焦測(cè)量設(shè)備。測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)件直接裝配到激光加工設(shè)備的加工光學(xué)件上，并且借助分束鏡與加工射束同軸地耦入(einkoppeln)。激光加工設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的是，測(cè)定加工激光侵入到工件中的深度，并且必要時(shí)主動(dòng)對(duì)其調(diào)節(jié)。
[0005]此外，上面提到的EP 1 977 850 B1公開(kāi)了如下的加工裝置，在該加工裝置中，構(gòu)造為光學(xué)相干斷層掃描器的掃描裝置配屬于加工頭，該掃描裝置設(shè)置用于表面掃描。在此，掃描裝置以如下方式整合到加工頭中，即，加工射束和測(cè)量射束能一起使用至少一個(gè)光學(xué)部件。被共同使用的光學(xué)部件是透鏡或保護(hù)玻璃。透鏡設(shè)置用于將加工射束和測(cè)量光射束聚焦到工件表面上。此外，公知的激光加工設(shè)備具有以可運(yùn)動(dòng)的方式懸掛的可由控制裝置驅(qū)控的鏡子，其設(shè)置用于偏轉(zhuǎn)測(cè)量射束和反射射束，并且可以沿一個(gè)或多個(gè)空間方向樞轉(zhuǎn)，以便引起測(cè)量射束相對(duì)工件的表面的一維或二維的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件的表面的線形或面式的掃描。
[0006]通過(guò)將掃描裝置裝配在激光加工頭上(像在兩個(gè)公知的文獻(xiàn)中所描述的那樣)得到不同的缺點(diǎn)。一方面會(huì)增大加工頭的外干擾輪廓。當(dāng)加工頭例如布置在引導(dǎo)機(jī)器，例如彎曲臂機(jī)器人、吊臂設(shè)施或類似裝置上時(shí)，這可以導(dǎo)致與激光加工設(shè)備的夾緊工具或其他部件的碰撞。由此，特別是在現(xiàn)有的激光加工設(shè)備中加裝上述類型的測(cè)量設(shè)備變得困難。
[0007]此外，通過(guò)引導(dǎo)機(jī)器，例如彎曲臂機(jī)器人或吊臂設(shè)施使加工頭快速且頻繁地運(yùn)動(dòng)。因此，將測(cè)量系統(tǒng)直接裝配在加工頭上是以具有高機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性的光學(xué)部件為前提。用于測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線路或光纖同樣必須持續(xù)承受這些運(yùn)動(dòng)。
[0008]另一缺點(diǎn)在于:在焊接過(guò)程期間，必須以進(jìn)行保護(hù)以防環(huán)境影響(例如贓物)的方式建立測(cè)量系統(tǒng)，這是因?yàn)闇y(cè)量系統(tǒng)的部件靠近工件的加工部位地布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于檢測(cè)要通過(guò)激光加工設(shè)備加工的工件的表面數(shù)據(jù)和/或邊界面數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備，其可以簡(jiǎn)單地、必要時(shí)補(bǔ)充地整合到激光加工設(shè)備中。
[0010]該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的特征的測(cè)量設(shè)備以及根據(jù)權(quán)利要求12的特征的激光加工設(shè)備來(lái)解決。有利的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求得到。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，建議了用于檢測(cè)要通過(guò)激光加工設(shè)備加工的工件的表面數(shù)據(jù)和/或邊界面數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備，其中，激光加工設(shè)備包括激光源和加工頭，該加工頭構(gòu)造用于提供至少一個(gè)高能加工射束，尤其是激光束，并且其中，激光源和加工頭通過(guò)光纖彼此連接。測(cè)量設(shè)備包括構(gòu)造為光學(xué)相干斷層掃描器的用于工件的表面掃描和/或邊界面掃描的掃描
目.ο
[0012]根據(jù)本發(fā)明，將激光源與加工頭彼此連接的光纖構(gòu)造為掃描裝置的組成部分。光纖是激光加工設(shè)備的所謂的加工纖維。
[0013]光學(xué)相干斷層掃描器是測(cè)量裝置，其在借助干涉儀的情況下利用相干性，S卩，光的干涉能力。處于該目的設(shè)置的是，由寬頻帶的光源發(fā)送出的光束借助分束器裝置，尤其利用半透明的鏡子拆分成兩個(gè)射線束。
[0014]第一射線束在所謂的參考臂中引導(dǎo)，該參考臂具有公知的可調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度。射線束在端部側(cè)在參考臂中反射，再次在參考臂中引導(dǎo)，并且隨后成像到探測(cè)器上。
[0015]第二射線束導(dǎo)引至工件的要測(cè)定的表面上，并且在那里至少部分又沿相干斷層掃描設(shè)備的方向反射。反射的光同樣成像到相干斷層掃描設(shè)備中的探測(cè)器上，并且在那里導(dǎo)致與第一射線束的干涉。從由探測(cè)器產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)可以獲得關(guān)于測(cè)量臂與參考臂之間的長(zhǎng)度差異的信息。由此，可以獲知關(guān)于工件的表面和/或邊界面的信息，并且由此還獲知關(guān)于表面、棱邊、鎖孔深度、加工缺陷等的信息。
[0016]通過(guò)光學(xué)相干斷層掃描器，可以檢測(cè)到沿測(cè)量射束軸線在微米的范圍內(nèi)的高度差異。通過(guò)掃描運(yùn)動(dòng)，即，測(cè)量射束和反射射束沿一個(gè)或多個(gè)空間方向的偏轉(zhuǎn)可以建立表面的三維型廓。在此確保的是，測(cè)量射束與加工射束同軸地延伸，這使測(cè)定變得簡(jiǎn)單。
[0017]例如，要加工的工件可以在加工之前進(jìn)行測(cè)定。必要時(shí)，可以進(jìn)行激光加工設(shè)備或加工頭的加工位置與構(gòu)件公差的匹配。此外可能的是，在加工期間測(cè)定加工射束侵入到構(gòu)件中的深度。特別是在所謂的重疊焊接的情況下，該大小是有意義的，以便可以識(shí)別出兩個(gè)重疊的工件之間的缺陷部位。在執(zhí)行加工之后，通過(guò)測(cè)量射束經(jīng)由冷卻的焊縫的掃描運(yùn)動(dòng)可以檢測(cè)且檢查焊縫的三維幾何結(jié)構(gòu)。必要時(shí)，這甚至在加工過(guò)程之前，期間和之后是可能的。
[0018]檢測(cè)表面和/或邊界面可以用于過(guò)程監(jiān)控、質(zhì)量保證和/或調(diào)節(jié)激光加工設(shè)備。
[0019]因此根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)造為光學(xué)相干斷層掃描器(0CT)的掃描裝置的測(cè)量臂可以至少分區(qū)段地與加工射束一起在光纖(所謂的加工纖維)中延伸。這意味著:在測(cè)量設(shè)備運(yùn)行時(shí)，掃描裝置的測(cè)量臂能使用至少一部分光纖。
[0020]在一種設(shè)計(jì)方案中，掃描裝置以如下方式整合到激光加工設(shè)備中，S卩，為了掃描裝置而設(shè)置的光學(xué)測(cè)量臂至少分區(qū)段地在光纖中引導(dǎo)，該光纖將激光源與加工頭彼此連接。
[0021]由此得到如下優(yōu)點(diǎn)，S卩，測(cè)量設(shè)備沒(méi)有像在現(xiàn)有技術(shù)中那樣可以布置在加工頭上，而是可以至少部分地布置在激光源上或在其中。由此，測(cè)量設(shè)備的一部分不需要隨同運(yùn)動(dòng)，并且此外，加工頭的外干擾輪廓沒(méi)有改變，尤其是沒(méi)有增大。因此，通過(guò)設(shè)置測(cè)量設(shè)備排除了與夾緊工具或設(shè)施的其他部件的碰撞。
[0022]另一優(yōu)點(diǎn)在于，測(cè)量設(shè)備可以以簡(jiǎn)單方式通過(guò)加裝而引入到存在的激光加工設(shè)備中。為此，僅需要將掃描裝置的測(cè)量臂的射線束耦入至光學(xué)加工纖維中。
[0023]掃描裝置可以包括光源，其中，光源可以布置在激光源的殼體內(nèi)，或者光纖(即，加工纖維)的纖維耦合器中，纖維耦合器將用于傳遞加工射束的光纖的兩個(gè)子部件彼此連接，并且其中，由光源輸出的光可以經(jīng)由激光源的殼體中的或者纖維耦合器中的第一耦入裝置耦入至光纖中。第一耦入裝置例如可以通過(guò)分束器，例如二向色性的鏡子來(lái)形成?？梢杂羞x擇地以反射或透射的方式進(jìn)行耦入。替選地，測(cè)量射束也可以耦入至所謂的“組合器”中。這尤其是在如下的激光源中是可能且有利的，在該激光源中，在具有相應(yīng)的纖維輸出端的多個(gè)模塊中產(chǎn)生加工射束。各個(gè)纖維或纖維輸出端在基于纖維的組合器(“Combiner”)中共同地與加工纖維或光纖聯(lián)接。可以使用這種基于纖維的組合器，以便將由掃描裝置提供的測(cè)量射束以簡(jiǎn)單的方式，尤其是補(bǔ)充地耦入至相對(duì)應(yīng)的纖維中，以便與光纖聯(lián)接。
[0024]測(cè)量射束的耦合可以在激光源中進(jìn)行。同樣可行的是，測(cè)量射束在激光源之外耦入至纖維耦合器(其也可以構(gòu)造為射束預(yù)選器)、光纖