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_2

文档序号:9522627阅读:来源:国知局
中。纤维耦合器用于将单独由激光源和/或加工头提供的光纤与激光源和/或加工头连接。在此,纤维耦合器确保的是,由激光源产生的加工射束无损耗或不改变地耦入至光纤中。如果测量射束不可以或不应该在激光源中(即,激光壳体之内)耦入至加工激光的射束路径中,那么根据本设计变型方案存在如下可能性,即,测量射束在激光源之外也经由纤维耦合器耦入至光纤中。为此,像上面描述的那样的第一耦合设备(例如半透明的镜子)设置在纤维耦合器中。
[0025]扫描装置具有第二耦入装置,其包括分束器,尤其是二向色性的镜子或基于纤维的组合器,其将导入到其中的光导引至测量臂和参考臂中。第二耦入装置是所谓的0CT分束器。第二耦入装置可以配属于激光源或纤维耦合器。这意味着,分束器以特殊的部件或作为特殊的部件布置在激光源或纤维耦合器上。在该设计方案中,光首先穿过0CT分束器,并且紧接着穿过激光源的或纤维耦合器的分束器。替选地,第二耦入装置可以配属于加工头。这意味着,分束器以特殊的部件或作为特殊的部件布置在加工头上。在该设计方案中,光首先穿过激光源的分束器,并且紧接着穿过加工头中或其上的0CT分束器。
[0026]也可以设置的是,具有所有部件的扫描装置布置在激光源中或在其上。在该设计方案中,光首先穿过0CT分束器,并且紧接着穿过激光源的或纤维耦合器的分束器。替选地可以设置的是,扫描装置除了光源以外布置在加工头中或在其上。在该设计方案中,光首先穿过激光源的分束器,并且紧接着穿过加工头中或其上的OCT分束器。
[0027]像开头描述的那样,构造为光学相干断层扫描器的扫描装置具有被称为参考臂的光学参考路径。根据另一设计方案,为了扫描装置而设置的参考臂在另一光纤中引导。其他光学光纤是不依赖于将激光源与加工头彼此连接的光纤(即,加工纤维)的纤维。
[0028]根据另一适宜的设计方案,尤其完全具有其所有部件的扫描装置布置在激光源中。为此,扫描装置可以固定、布置在激光源自身的壳体中,或者在单独的壳体中以及激光源的壳体上。
[0029]此外适宜的是,参考臂的长度例如通过参考臂的能沿射束方向移动的反射面能自动匹配于测量臂的长度。由此,不仅可以考虑到扫描装置联接到激光加工设备中的不同的可能性,而且也开辟了如下可能性,即,测量射束可以在扫描运动中通过加工头沿一个或多个空间方向枢转。通过枢转得到测量射束离开与撞击到要加工的工件上之间的不同的间距。通过参考臂的长度改变来考虑该长度改变,由此能够实现可靠的测量。
[0030]具有600nm与900nm之间的波长的超发光二极管例如可以设置为光源。尤其设置具有600nm与700nm之间的波长的光源。由此,所谓的领示激光(Pilotlaser)可以通过扫描装置的光源代替,该领示激光在激光源中出于激光加工设备的校准目的而耦入至加工纤维(光纤)中。典型的领示激光的波长在600nm与700nm之间的范围内。像建议的那样,当扫描装置的波长类似于领示激光的波长选定时,定位激光功能此外可以保持不变。替选地,光源可以设置具有800nm与900nm之间的波长。由此,测量可以不依赖于定位激光的波长范围来执行。
[0031]在另一设计方案中可以设置的是,光纤是单模纤维。
[0032]根据本发明的另一方面建议了如下的激光加工设备,其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,其中,激光源和加工头通过光纤彼此连接。此外,设置有测量设备,其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装置。激光加工设备包括上面描述的类型的测量设备。
【附图说明】
[0033]下面结合附图中的实施例详细阐述了本发明。其中:
[0034]图1示出具有根据本发明的测量设备的激光加工设备的第一实施例;
[0035]图2示出具有根据本发明的测量设备的激光加工设备的第二实施例。
【具体实施方式】
[0036]图1示出激光加工设备1,其基本上由激光源10和由引导机器40承载的加工头20组装成。引导机器40例如是弯曲臂机器人或吊臂设施,其可以在相对于例如布置在加工头20下方的工件45的不同的空间位置中运送加工头20,以便确保工件45在预定的加工部位46上的加工。针对工件45的设置的加工过程,工件45例如可以移动,而加工头20借助引导机器40保持在相对于工件的基本上恒定且基本上垂直的位置中。替选地,加工头20的运动也可以在工件45同时静止时借助引导机器40来执行。
[0037]也被称为加工激光的激光源10借助柔软的光纤30,例如玻璃纤维线路与加工头20连接。在此,由激光源10的空腔11产生的激光经由设置在激光源10中的光学系统耦入至光纤30中。光纤30在本说明书中也被称为加工纤维。从激光源出发,激光作为高能加工射束31通过加工纤维30以及加工头20的光学系统指向工件45。
[0038]测量设备配属于激光源,该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的扫描装置50。扫描装置50可以部分或完全整合到激光源10的壳体15中。当该扫描装置没有完全整合到壳体中时,扫描装置50可以在激光源10上设置在其壳体15之外。扫描装置50设置用于获知加工部位46 (例如拼接间隙和/或焊缝)的区域中的通过加工过程,例如焊接过程产生的表面结构。
[0039]扫描装置50基本上包括光源52、0CT分束器51、反射器53和探测器54,该探测器有利地构造为光谱仪。光源52是超发光二极管,其与未详细示出的控制电路电连接,并且沿分束器51的方向射出具有波长为600nm与900nm之间,尤其是在600nm与700nm之间或800nm与900nm之间的范围内的光。例如构造为半透明(二向色性)的镜子的0CT分束器51将由超发光二极管52发出的光以部分作为透射射束的方式透射至参考臂59中。由超发光二极管52输出的光的另一部分在分束器51上沿光源10的分束器12的方向照射,并且由该分束器通过激光源10的光学系统耦入至加工纤维30中。由超发光二极管52输出的光的这部分形成所谓的测量臂58中的测量射束,并且沿工件45的方向导引。
[0040]参考臂59通过设置在扫描装置50中的光纤形成,该光纤至少分区段地构造为绕组。例如,光纤的缠绕部分可以施装到未详细示出的缠绕芯上,该缠绕芯例如可以通过施加电压在其直径上增大,以便因此导致参考臂59的光纤的绕组的膨胀。由此,可以导致参考臂的长度改变,该长度改变通过图1中的用55标记的箭头示意出。长度改变改变了超发光二极管52的耦入至参考臂59中的光的运行时间。
[0041]由超发光二极管52输出的光的导入到测量臂58中的部分通过仅示例性地布置在激光源10的壳体15之中的准直透镜57对准半透明的镜子12。半透明的镜子12对于加工射束31的由激光源11输出的光来说是透明的。由超发光二极管52输出的光的经由准直透镜57导引至半透明的镜子12上的部分完全偏转,并且经由激光源的构造为耦合透镜13的光学系统与加工射束31 —起耦入至加工纤维30中。
[0042]在穿过光纤后,加工射束31和测量射束共同进入到加工头20的可沿着以25标记的运动方向移动的准直透镜21中,并且通过偏转镜23、聚焦透镜22导引至能沿空间方向枢转的扫描镜24上,从而加工射束31与测量臂58中的测量射束共同地撞击到工件45的加工部位46上。扫描镜24可以沿箭头方向26以一个或两个轴线枢转。
[0043]在工件45的加工部位46上,测量射束被反射,并且经由光学系统20的光学系统(包括准直透镜21、聚焦透镜22、偏转镜23和扫描镜24),通过光纤30沿激光源10的方向回转。在此,测量射束通过激光源10的光学系统(包括镜子12、耦入透镜13和聚焦透镜57)沿扫描装置15的方向转向,以便由分束器51沿探测器54的方向转向。以相对应的方式,由反射镜53在参考臂59中反射的光由分束器51转向至探测器54中。
[0044]通过耦入至参考臂59中的光与由工件45反射回的反射射束的相互作用,在分束器后,两个光射束发生干涉,即,光波重叠。出现的光强可以通过探测器54根据波长获知,该探测器与未详细示出的评估电路联接。在对参考臂59的各当前存在的长度和在探测器上存在的取决于波长的光强的认识中,可以推断出光学相干断层扫描器(即,扫描装置50)与工件45的表面之间的间距,从而在适当引导测量射束58的情况下,可以获知工件45的表面型廓或加工激光侵入到工件中的深度。
[0045]在光源10之中的测量射束的图1中所示的耦入使用在许多激光加工设备中,以便出于校准目的而耦入所谓的红的领示激光。在公知的存在的
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