用于检测要通过激光加工设备加工的工件的表面数据和/或边界面的测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测要通过激光加工设备加工的工件的表面数据和/或边界面的测量设备。激光加工设备包括激光源和加工头，该加工头构造用于提供至少一个高能加工射束，尤其是激光射束。激光源和加工头通过光纤彼此连接。测量设备包括构造为光学相干断层扫描器(英语:0ptical Coherence Tomography, OCT)的用于工件的表面扫描和/或边界面扫描的扫描装置。
【背景技术】
[0002]用于利用至少一个加工头来加工具有至少部分吸收光的表面的工件的激光加工设备由DE 101 55 203 A1以及EP 1 977 850 B1所公知，该加工头构造用于提供高能加工射束，并且构造为光学相干断层扫描器的扫描装置配属于该加工头。这种激光加工设备能够实现一个或多个要加工的工件与加工头之间的相对运动，以便能够实现磨蚀和/或连接的材料加工。加工头装备有用于高能加工射束，例如激光射束的整合的或者单独实施的电源。用于这种加工装置的典型的应用领域是对工件材料的磨蚀或借助激光射束焊接塑料部件或金属部件。根据应用领域，对这种加工过程提出此外是相对工件精确引导高能加工射束以及控制工件上的加工结果所需的质量要求。出于该目的，这种加工设备配设有一个或多个传感器装置，它们在应用光学和/或电和/或声音的测量方法的情况下能够实现对加工结果进行对于质量控制所需的检查。
[0003]用于应用上面提到的测量方法的传感器可能受到高能加工射束的影响，和/或需要与要加工的表面进行机械接触。往往也要保持加工射束的加工位置与测量部位之间的侧向最小间距，在该测量部位上应用相应的测量方法。对于加工射束来说，过程调节可能延迟地发生。延迟由加工速度以及加工位置与测量位置之间的侧向间距得出。
[0004]由上面提到的DE 101 55 203 A1公知的激光加工设备包含用于检测3D表面数据的测量系统，其可以构造为白光干涉仪、短波相干光学雷达或共焦测量设备。测量系统的光学结构件直接装配到激光加工设备的加工光学件上，并且借助分束镜与加工射束同轴地耦入(einkoppeln)。激光加工设备能够实现的是，测定加工激光侵入到工件中的深度，并且必要时主动对其调节。
[0005]此外，上面提到的EP 1 977 850 B1公开了如下的加工装置，在该加工装置中，构造为光学相干断层扫描器的扫描装置配属于加工头，该扫描装置设置用于表面扫描。在此，扫描装置以如下方式整合到加工头中，即，加工射束和测量射束能一起使用至少一个光学部件。被共同使用的光学部件是透镜或保护玻璃。透镜设置用于将加工射束和测量光射束聚焦到工件表面上。此外，公知的激光加工设备具有以可运动的方式悬挂的可由控制装置驱控的镜子，其设置用于偏转测量射束和反射射束，并且可以沿一个或多个空间方向枢转，以便引起测量射束相对工件的表面的一维或二维的相对运动，由此能够实现对工件的表面的线形或面式的扫描。
[0006]通过将扫描装置装配在激光加工头上(像在两个公知的文献中所描述的那样)得到不同的缺点。一方面会增大加工头的外干扰轮廓。当加工头例如布置在引导机器，例如弯曲臂机器人、吊臂设施或类似装置上时，这可以导致与激光加工设备的夹紧工具或其他部件的碰撞。由此，特别是在现有的激光加工设备中加装上述类型的测量设备变得困难。
[0007]此外，通过引导机器，例如弯曲臂机器人或吊臂设施使加工头快速且频繁地运动。因此，将测量系统直接装配在加工头上是以具有高机械强度和稳定性的光学部件为前提。用于测量系统的数据线路或光纤同样必须持续承受这些运动。
[0008]另一缺点在于:在焊接过程期间，必须以进行保护以防环境影响(例如赃物)的方式建立测量系统，这是因为测量系统的部件靠近工件的加工部位地布置。
【发明内容】
[0009]本发明的任务是，提供一种用于检测要通过激光加工设备加工的工件的表面数据和/或边界面数据的测量设备，其可以简单地、必要时补充地整合到激光加工设备中。
[0010]该任务通过根据权利要求1的特征的测量设备以及根据权利要求12的特征的激光加工设备来解决。有利的设计方案由从属权利要求得到。
[0011]根据本发明，建议了用于检测要通过激光加工设备加工的工件的表面数据和/或边界面数据的测量设备，其中，激光加工设备包括激光源和加工头，该加工头构造用于提供至少一个高能加工射束，尤其是激光束，并且其中，激光源和加工头通过光纤彼此连接。测量设备包括构造为光学相干断层扫描器的用于工件的表面扫描和/或边界面扫描的扫描
目.ο
[0012]根据本发明，将激光源与加工头彼此连接的光纤构造为扫描装置的组成部分。光纤是激光加工设备的所谓的加工纤维。
[0013]光学相干断层扫描器是测量装置，其在借助干涉仪的情况下利用相干性，S卩，光的干涉能力。处于该目的设置的是，由宽频带的光源发送出的光束借助分束器装置，尤其利用半透明的镜子拆分成两个射线束。
[0014]第一射线束在所谓的参考臂中引导，该参考臂具有公知的可调节的长度。射线束在端部侧在参考臂中反射，再次在参考臂中引导，并且随后成像到探测器上。
[0015]第二射线束导引至工件的要测定的表面上，并且在那里至少部分又沿相干断层扫描设备的方向反射。反射的光同样成像到相干断层扫描设备中的探测器上，并且在那里导致与第一射线束的干涉。从由探测器产生的测量信号可以获得关于测量臂与参考臂之间的长度差异的信息。由此，可以获知关于工件的表面和/或边界面的信息，并且由此还获知关于表面、棱边、锁孔深度、加工缺陷等的信息。
[0016]通过光学相干断层扫描器，可以检测到沿测量射束轴线在微米的范围内的高度差异。通过扫描运动，即，测量射束和反射射束沿一个或多个空间方向的偏转可以建立表面的三维型廓。在此确保的是，测量射束与加工射束同轴地延伸，这使测定变得简单。
[0017]例如，要加工的工件可以在加工之前进行测定。必要时，可以进行激光加工设备或加工头的加工位置与构件公差的匹配。此外可能的是，在加工期间测定加工射束侵入到构件中的深度。特别是在所谓的重叠焊接的情况下，该大小是有意义的，以便可以识别出两个重叠的工件之间的缺陷部位。在执行加工之后，通过测量射束经由冷却的焊缝的扫描运动可以检测且检查焊缝的三维几何结构。必要时，这甚至在加工过程之前，期间和之后是可能的。
[0018]检测表面和/或边界面可以用于过程监控、质量保证和/或调节激光加工设备。
[0019]因此根据本发明，构造为光学相干断层扫描器(0CT)的扫描装置的测量臂可以至少分区段地与加工射束一起在光纤(所谓的加工纤维)中延伸。这意味着:在测量设备运行时，扫描装置的测量臂能使用至少一部分光纤。
[0020]在一种设计方案中，扫描装置以如下方式整合到激光加工设备中，S卩，为了扫描装置而设置的光学测量臂至少分区段地在光纤中引导，该光纤将激光源与加工头彼此连接。
[0021]由此得到如下优点，S卩，测量设备没有像在现有技术中那样可以布置在加工头上，而是可以至少部分地布置在激光源上或在其中。由此，测量设备的一部分不需要随同运动，并且此外，加工头的外干扰轮廓没有改变，尤其是没有增大。因此，通过设置测量设备排除了与夹紧工具或设施的其他部件的碰撞。
[0022]另一优点在于，测量设备可以以简单方式通过加装而引入到存在的激光加工设备中。为此，仅需要将扫描装置的测量臂的射线束耦入至光学加工纤维中。
[0023]扫描装置可以包括光源，其中，光源可以布置在激光源的壳体内，或者光纤(即，加工纤维)的纤维耦合器中，纤维耦合器将用于传递加工射束的光纤的两个子部件彼此连接，并且其中，由光源输出的光可以经由激光源的壳体中的或者纤维耦合器中的第一耦入装置耦入至光纤中。第一耦入装置例如可以通过分束器，例如二向色性的镜子来形成。可以有选择地以反射或透射的方式进行耦入。替选地，测量射束也可以耦入至所谓的“组合器”中。这尤其是在如下的激光源中是可能且有利的，在该激光源中，在具有相应的纤维输出端的多个模块中产生加工射束。各个纤维或纤维输出端在基于纤维的组合器(“Combiner”)中共同地与加工纤维或光纤联接。可以使用这种基于纤维的组合器，以便将由扫描装置提供的测量射束以简单的方式，尤其是补充地耦入至相对应的纤维中，以便与光纤联接。
[0024]测量射束的耦合可以在激光源中进行。同样可行的是，测量射束在激光源之外耦入至纤维耦合器(其也可以构造为射束预选器)、光纤