用于通过旋转圆盘，特别是在激光加工机中确定射束的特性的方法和装置的制作方法

专利名称：用于通过旋转圆盘，特别是在激光加工机中确定射束的特性的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过圆盘测量射束的特性的方法，圆盘在用于测量射束的强度的传感器前方在射束的射束路径中能够旋转地安装在用于确定这个特性的装置中， -其中圆盘不透射射束或者至少削弱射束，-其中圆盘包括至少一个细长区域，所述至少一个细长区域透射射束或至少比圆盘的其余区域具有更高的透射射束能力。此外，本发明涉及到一个圆盘，所述圆盘在用于测量射束的强度的传感器前方在射束的射束路径中能够旋转地安装在用于确定射束的特性的装置中，-其中圆盘不透射射束或者至少削弱射束，-其中圆盘包括至少一个细长区域，所述至少一个细长区域透射射束或至少比圆盘的其余区域具有更高的透射射束能力，-其中第一区域在关于第一径向矢量的第一方向上在一径向距离处与从圆盘的旋转点发出的第一径向矢量相交叉，和-其中第二区域在关于第二径向矢量的第二方向上在相同的径向距离处与从圆盘的旋转点发出的第二径向矢量相交叉，其中第二方向不同于第一方向。此外，本发明涉及用于确定射束的特性的装置，传感器布置在射束的射束路径中，用于测量射束特性的强度，能够旋转安装的圆盘在射束路径中布置在传感器前方。最后，本发明涉及具有这样的装置的激光加工机，其中激光束被提供为用于材料加工的射束。
背景技术：
经常需要确定特性，例如，从束源发出的射束的强度分布，例如以建立其针对特定应用的适用性，通过测量的强度分布以调整射束到优选分布，或者为了简单检查射束等。一些可能性从在这方面的现有技术中已知。例如，US 4，828，384A在这方面公开一种用于测量高能量激光束的强度分布的方法。在这里，部分射束通过能够移动的缝隙隔膜耦合出。其余部分通过几个螺旋形缝隙和旋转斩波器圆盘(还称为“斩波器”)，并且最终撞击在热敏感探测器上。此外，DD 249 759Al公开一种用于测量光束的强度分布的方法，其中射束通过具有螺旋形的缝隙的旋转圆盘和旋转缝隙隔膜。螺旋形隔膜在这里比缝隙隔膜快整数多倍地旋转。由此获得的射束通过二维排列的感光元件评估。
此外，JP 63085319 A公开用于通过有缝隙的圆盘测量射束的强度分布的装置，有缝隙的圆盘具有彼此成直角的两条直线缝隙。最后，DE 37 06 217 C2公开一种用于测量激光束的方法，其中射束的一部分被耦合出和被引向到热电探测器。 然而，在此之前，耦合出的射束穿过在旋转汽缸套上的布置在不同高度处的开口。已知装置在大多数情况下在结构上是技术复杂的。例如，在US4，828，384A中，需要能够移动的缝隙隔膜。另一方面，在DD 249 759 Al中，提供几个旋转隔膜，每一个旋转隔膜由电动机驱动。而且，DE 37 06271 C2要求设置有孔的汽缸套，这是相当地难以生产的。最后，在JP63085319A中，在射束通过有缝隙的圆盘之前，射束的检测是必要的。此外，用于在JP 63085319 A中公开的测量方法的有缝隙的圆盘必须大于射束直径，这使得装置更加复杂并且体积要大。

发明内容
基于上述问题，本发明包括提供用于确定射束的特性的改进或替代方法，用于此方法的圆盘和装置，和具有这种装置的激光加工机。根据本发明，由在引言中指出的类型的方法解决该问题包括，该方法如下步骤-依靠射束的在圆盘旋转时通过所述至少一个区域撞击在传感器上的部分检测强度脉冲，-通过适于逆问题的重建或建模方法在被检测的强度脉冲上的应用确定查找特性。根据本发明，这个问题还由在引言中指出的类型的圆盘解决，其中第一区域沿着一螺线排列，并且第二区域沿着另一个螺线排列或者沿着直线排列，其中所述螺线是阿基米德螺线或对数螺线。根据本发明的问题由在引言中指出类型用于确定射束特性的装置进一步解决，其中根据本发明的圆盘被布置并且能够转动地安装在传感器前面的射束路径中。此外，根据本发明的问题由具有根据本发明的用于确定射束的特性的装置的激光加工机解决，其中用于材料加工的激光束提供为射束。在本发明的框架内，“射束”是指任何类型射束，但特别是无质量的射束或基本上无质量射束，诸如光束和激光束。然而，基本上，具有质量的射束也可以提供为射束，只要整个构造被配备用于所述射束的动能。因此，在特定的电子射束中，可以提供质子束作为具有质量的射束。“强度分布”将被视为射束的射束特性的强度的任何两维或三维分布。在二维分布中，本发明特别地涉及在横向通过一个且相同的射束的不同方向中确定的一组一维分布。“射束的特性”视为可以表征射束的任何特征。例如，这是在光束或激光束的微小或足够小的区域中的光线的强度。例如，除了在能量流意义上的强度，即每次和每个区域的能量，然而，在光束(light beam)中也可以确定一个或多个颜色的强度分布。“强度脉冲”被理解为是指撞击在传感器上的射束的强度的路径，其在圆盘旋转并且因此在通过射束的细长区域运动时发生。强度在这里可以被接收例如作为时间、角度或长度的函数。
“传感器”是用于检测目标射束特性的任何元件，用于检测光强度，例如，在可见光波长范围内的光电二极管或在红外线波长范围内的热探测器。“射束路径”当然包括射束存在其中的整个路径，不论是否通过适当措施偏转、集中或影响它。“细长区域”是其中长度大于宽度的区域。因此，在本发明的理解中，细长区域也具有在特定方向上与来自圆盘的旋转点的径向向量交叉的中心轴线。为这些目的，中心轴线也可以被视为向量，特别地，作为从圆盘的中心引导的向量，或者分别地为具有至少一个这样引导部分的向量。“不透射射束”是指零透射度，不论射束是否被吸收或反射。“弱化射束”相应地是指透射度大于零，“透射射束”指示透射度为I。 优选地，透射射束区域或具有大于圆盘的其余部分的射束透射性的区域由圆盘中的孔形成。另外，可以想象圆盘从具有不同透射度的材料构造。在光的情况下，为此考虑不同透明塑料。还可以想象，不透射射束或削弱射束的层涂覆在透射射束的载体上。因此，对于光束和激光束，特别地考虑具有孔的金属圆盘、具有不透明套印的透明塑料圆盘和由不同透明材料构造的圆盘。指定的示例不是限制性的并且只是为了说明本发明的目的。本领域专家将很容易发现用于这里特定类型射束的适当结构。根据不同的实施例，圆盘可以相应地也被称为“有缝隙的圆盘”、“穿孔圆盘”、“隔膜”或特殊情况的“过滤器”。此外，在这一点上声明根据本发明的圆盘不是必须是圆形的或(相对)薄的，虽然这是优选的实施例。在本发明的意义中，术语“圆盘”被理解为任何类型主体，其在旋转时允许投射在主体上的射束以不同强度通过，这还包括射束的完整切割。因此，特别地，在本发明的意义上也可以理解为不规则和有角主体，并且“厚的”主体被理解为在旋转轴线上的长度相对大的主体。在这一点上，进一步指出，从现有技术已知的装置根据传播孔测量原理操作。根据本发明的装置不是根据这个原理操作，并且因此只能在有限的程度内与已知装置相比较。与传播孔法相比较，本发明的优点是简单的机械加工，和与此相关的，降低制造成本，可行的时序分辨率较高。根据附后权利要求和说明书，参照附图，本发明的优势实施例和进一步发展将是明显的。有利地，如下组中的一种或多种被设置为重建或建模方法回归分析、多项式函数、神经网络。这些方法已被证明特别有利于逆问题的解决，为此原因，在确定射束的特性时发生的逆问题可以以相对较低的技术和财政支出转换成实践。特别有利地，根据本发明的方法包括下述步骤-至少一个回归步骤，其中通过具有作为因变量的所述特性和作为自变量的已知特性的射束的至少一个强度脉冲确定函数的函数参数，和-确定步骤，其中具有被确定的函数参数的函数接收具有作为自变量的未知特性的射束的强度脉冲。在本发明的这个变化中，企图借助回归方法以从测得的强度脉冲和从几个测得的强度脉冲推断所查找的射束特性。基本上，在回归的情况下，使用假设的内相关性在数据点之间检查可能的相关性。在这里，数据点没有不确定性或测量误差。他们被假设为恒定的和固定的。在具有假定连续函数的情况下，关于多少数据点可以使用假设函数描述进行检查。特别有利地，根据发明的方法包括下述步骤-至少一个分析步骤，其中通过具有作为 因变量的所述特性和作为自变量的已知特性的射束的至少一个强度脉冲确定泰勒多项式的系数，和-确定步骤，其中具有被确定的系数的泰勒多项式接收具有作为自变量的未知特性的射束的强度脉冲。在本发明的这个变化中，因此试图借助近似多项式以从测得的强度脉冲和从几个测得的强度脉冲推断所查找的射束特性。基本上，在函数适应(“拟合”)中，函数被调整到预定的路径，其中考虑测量点的测量误差或不确定性。结果函数参数，如测量值，然后经受不确定性之苦。经常采用的拟合是最小二乘法，其中假设高斯分布测量值不确定性。您和的结果是曲线阵列，其中实际函数相关性存在于确定的概率。特别有利地，根据本发明的方法包括下述步骤-至少一个训练步骤，其中神经网络接收具有作为输出的所述特性和作为输入的已知特性的射束的至少一个强度脉冲，和-确定步骤，其中被训练的神经网络接收具有作为输入的未知特性的射束的强度脉冲。在神经网络中，试图通过交联单元模拟函数相关性。最初地，单元的交叉耦合等值；在神经网络的“训练”过程中，关联仅被不同地加权。完成训练以后，由于不同的加权，神经网络行为类似于预定的、被训练的相关性。例如，在神经网络的输出处，可以获得射束的强度分布，当在输入时，送入从传感器接收的强度脉冲，并且先前已经用这个相关性训练神经网络。特别有利的是，回归步骤、分析步骤或训练步骤发生在计算机模拟的框架内。以这种方式，由传感器接收的强度脉冲的特征和射束的特征之间的被查找的相关性可以被特别地准确地模拟，因为在模拟环境中，没有未知干扰因素影响结果。然而，特别有利地的是，回归步骤、分析步骤或训练步骤发生在真正的装置上。以这样的方式，射束的特征和由传感器接收的强度脉冲的特征之间的被查找的相关性可以以特别地贴近现实的方式被模拟。在本发明的进一步特别有利的变化中，回归步骤、分析步骤或训练步骤在真正的装置上执行也在计算机模拟的框架内执行。结果然后被比较或集合在一起。以这种方式，可以在准确性和贴近回归或者分别地建模的现实之间达到好的妥协。在这一点上有利的是，如下组中的一个或多个被设置为射束的查找特性射束的强度分布、射束的平均直径、射束的中点的位置、射束的焦点的位置、射束的对称性、射束中的颜色比例和/或激光模式的比例。这些是经常需要的射束参数，例如用于激光切割、激光焊接(除了射束的颜色比例，因为激光束是单色的)。有利的是，如下组中的至少一种激光模式的一部分被设置为查找特性高斯、圆环或顶帽。当激光束的所述(或其他进一步)模式的一部分已知时，则也可以重建或至少近似总的射束的强度分布。
在这一点上特别有利的是，至少一种激光模式的一部分被设置为查找特性并且包括如下步骤-检测在第一强度等级处的强度脉冲的第一宽度，-检测在第二强度等级处的强度脉冲的第二宽度，-依靠确定的第一宽度和第二宽度确定所述至少一种激光模式的该部分。在本发明的这个变化中，查找部分的确定简化为在射束传播通过细长区域时发生的强度脉冲的宽度的确定。在这里，在两个不同强度等级处的宽度被测量。因此，模式部分的确定特别地简单。当圆盘包括几个细长区域时，提供特别有利的方法，-其中第一区域在关于从圆盘的旋转点发出的第一径向矢量的第一方向上在一径向距离处与第一径向矢量相交叉，和-第二区域在关于从圆盘的旋转点发出的第二径向矢量的第二方向上在相同的径向距离处与第二径向矢量相交叉，其中第二方向不同于第一方向。通过在不同方向上布置在能够旋转安装的圆盘上的的多个区域，能够借助单个圆盘在不同方向上扫描射束。尽管结构简单，但因此可以在不同的方向上扫描射束。在这一点上同样特别有利的是，利用从所述区域产生的几个不同强度脉冲确定所述查找特性。以这样的方式，当射束例如不对称时，射束的被查找特性可以被更准确地确定。例如，以这样的方式，空间强度分布可以被确定，例如，二极管激光的非对称(椭圆形)强度分布。一种方法是有利的，包括下述步骤a)在圆盘旋转时依靠第一和第二区域检测两个强度脉冲，b)基于通过第一和/或第二区域的检测确定强度脉冲的宽度，c)确定基于通过第一区域进行的检测的强度脉冲和基于通过第二区域进行的检测的强度脉冲之间的角距离，d)依靠确定的宽度和距离计算射束的半径和该射束距离圆盘的旋转点的距离。在本发明的这个变化中，射束的半径(或其直径)和射束距离圆盘的旋转点的距离的确定简化为在射束传播通过细长区域时发生的强度脉冲的宽度的确定。为此，至少一个脉冲的宽度和到另一个脉冲的距离被测量。射束半径(射束直径)和射束位置的确定因此特别地简单。当然，该方法不仅限于利用两个强度脉冲，而是其也可以扩展到两个以上脉冲的处理。有利地，当第二方向与第二径向矢量围绕中点一起旋转以便第一和第二径向向量 叠合时，第一和第二方向围成直角。在此实施例中，射束在彼此大致正交的方向上从第一和第二区域传播通过，由此射束的空间强度分布可以很容易地被检测。同样有利的是，第一方向和第二方向相对于处于每个径向距离处的各个径向矢量是不同的。根据这个变化，设置弯曲区域。通过相应的布置，可以实现强度分布的改善的检测。此外，有利的是，所述区域沿直线排列。直线区域一般可以特别容易地生产，因此，作为一个整体，圆盘的生产被简化。此外，有利的是，n个区域沿着n条直线排列，并且在n个不同方向上在相同径向距离处与从圆盘的旋转点发出的相关径向矢量相交叉。在本发明的这个变化中，多个区域(即n个区域)沿多个不同定向的直线排列。以这样的方式，射束沿不同的方向传播通过每条直线。射束特性，例如射束的空间强度分布，因此可以被特别地有效地测量。在根据本发明的圆盘有利的变化中，区域是沿着螺线排列的。当螺线足够平坦时，射束可以在更多或更少的径向方向传播通过。同样有利的是，n个区域沿着n条螺线排列，并且在n个不同方向上在相同径向距离处与从圆盘的旋转点发出的相关径向矢量相交叉。在本发明的这个变化中，多个区域(即n个区域)沿多个不同定向的螺线排列。以这样的方式，射束在不同方向上传播通过每条螺线。射束特性，例如射束的空间强度分布，因此可以被特别地有效地测量。此外，有利的是，至少一个区域沿着螺线排列，并且至少一个区域沿着直线排列。以这种方式，射束每次可以在更多或更少的径向方向上传播通过，并且每次在分别地关于 圆盘的中点的更多或更少切线方向上传播通过直线区域。而且，如果螺线是阿基米德螺线，是有利的。阿基米德螺线的半径与其旋转角度成比例地增加。以这样的方式，在圆盘均匀转动的情况下，螺线形区域均匀地延伸通过射束。如果螺线是对数螺线是特别有利的。对数螺线是在每次旋转时将离从其中点(其极点)的距离增加相同的因素的螺线。通过极点的每条直线总是在相同的角度处与对数螺线相交。不论射束定位在那里并且射束是多大，对数螺线延伸通过射束的中点所沿的方向因此总是相同的。特别有利的是，用于第一区域的螺线的间距是k = 1，并且用于第二区域的螺线的间距是k = -l。因此，两个区域在+45°和-45°之间交叉产生通过射束的中心的径向向量。这两个区域因此在正交方向上至少在其中心延伸通过射束。这适用于任何位置和大小的射束。此外，特别有利的是，圆盘具有径向地排列的直线形第三区域。在本发明的这个变化中，圆盘因此具有关于彼此排列的两个螺线形区域和呈放射状排列的直线区域。有利地，螺线形的区域沿着具有螺距k = I和k = -I的对数螺线排列，但是其他螺距和螺线形式(如阿基米德螺线)也是可行的。如果使用检测射束流变化的传感器(在红外线范围中，例如热探测器)，则有利的是，在射束路径中还设置周期性地中断射束的斩波器圆盘。有利的是，共享驱动器被设置用于圆盘和斩波器圆盘。通常情况下，在根据本发明的圆盘和斩波器圆盘之间设置固定的旋转速度比，因此，提供共享驱动器也是有利的，例如，具有相应齿轮的电动机。如果将要被测量激光束具有在红外波长范围内的波长，例如，如在材料加工中经常使用的CO2激光，在10. 6 i! m处，则有利的是，同样在红外波长范围内操作的热探测器可以用于测量激光束。根据激光束的强度分布，不同的适宜性导致不同目的，为此原因，所述强度分布的知识是重要的。如果分束元件设置在激光的射束路径中，并且激光束的第一部分被引导至加工位置上和第二部分被引导至传感器，其中圆盘布置在分束元件和传感器之间，则存在根据本发明的有利类型的激光加工机的结构。以这种方式，激光束的一部分可以为测量目的而被“分支”。激光束的纯粹分析以及基于测量结果的激光束的积极影响，即激光束的调节，都是可能的。为此，激光束本质上可以受例如光学透镜、镜子、隔膜、光栅之类的已知元件的影响。特别考虑部分透射镜和棱镜作为分束兀件。最后，特别有利的是，圆盘离射束分束元件的距离与射束的查找特性被确定所处的位置离射束分束元件的距离相等。就无射束扭曲元件结合到射束路径来说，在这种方式中，可以确保重要的强度分布被测量。加工位置可以被设置为例如“诸如射束的强度分布之类的查找特性是已知的位置”。在这一点上指出，本发明原则上不仅适于激光加工机，也适于任何类型射束加工机，例如，电子束加工机。最后指出，需要指出的是，为根据本发明的圆盘、根据本发明的装置、根据本发明 的激光加工机所指出的变化以及其产生的优势同等地涉及根据本发明的方法，反之亦然。本发明的上述实施例和进一步发展可以以任何需要的方式相结合。


在显示在附图中的示例性实施例的帮助下，进一步详细解释本发明，其中显示图I图解地图示根据本发明的用于确定射束的强度分布的装置；图2是在根据本发明的圆盘上的顶视图，具有能够透射射束的两个区域，每个区域沿着直线排列；图3图解说明能够透射射束的区域如何延伸通过射束；图4A图示在第一方向上接收到的射束的强度脉冲；图4B图示在第二方向上接收到的射束的强度脉冲；图5图解地图示斩波器圆盘；图6是根据本发明的圆盘，具有沿几个不同地定向的直线排列的透射射束的区域；图7是根据本发明的圆盘，具有透射射束的直线形和螺线形区域；图8是示意图，图示对数螺线与不同大小和不同定位的射束交叉所沿的方向；图9是根据本发明的圆盘，具有透射射束的两个区域，这两个区域沿着两个相互正交的对数螺线排列；图10是图9中图示的圆盘，只具有额外的直线形、径向延伸的区域；图11是从具有根据本发明的装置的激光加工机减下的部分；图12是由根据本发明的装置接收的两个强度脉冲，具有根据图9的两个透射射束区域；图13是不例性流程图，图不行流程；和图14是代码段，显示适合图9和12的示例性流程的一部分。在附图中，相同和相似部分给出了相同的参考数字，并且函数相似的元件和特征-只要没有另有注明-都给予同样参考数字，但不同的标志。
具体实施例方式图I显示用于确定射束A的强度分布的装置，射束A从射束源2发射。能够旋转安装的圆盘3布置在射束线路中。射束A在通过圆盘3以后通过透镜4集中，并且然后通过斩波器圆盘5，射束A撞击在传感器6上，传感器6用于测量射束特性的强度。在这个例子中，圆盘3和斩波器圆盘5由共享驱动器7驱动。图2现在以顶视图显示示例性圆盘3a。圆盘3a本身不透射射束或者至少削弱射束，并且具有第一细长区域BI和第二细长区域B2，所述细长区域透射射束或至少与圆盘3a的其余部分相比有较高射束透射性。第一区域BI在关于第一径向矢量Si的第一方向上在径向距离r处与源自旋转点M的第一射束Si相交叉，。在这个例子中，第一区域BI从内部左侧到外部右侧与第一径向矢量Si相交叉。此外，第二区域B2在关于源自圆盘3a的旋转点M的第二径向向量s2的第二方向上在相同的径向距离r处与第二径向向量s2相交叉，第二方向与第一方向不同，即第二区域B2从内部右侧到外部左侧与第二径向向量s2相交叉。
现在说明图I和图2所示布置的功能如下通过旋转圆盘3、3a,光束A —次通过第一区域BI, —次通过第二区域B2。关于光束A，也可以表述为，移动第一区域BI —次，并且移动第二区域B2 —次。图3在这方面以横截面显示射束A以及两个区域BI和B2，以及它们的运动方向。下面的说明基于这个观点或分别地基于这个参考系统。当通过第一区域BI时，现在接收射束A的第一强度脉冲。图4a显示结果，即相对狭窄的分布，类似于高斯分部(图4a和图4b显示圆盘3、3a的旋转角度O范围的强度I)。在通过第二区域B2时，现在接收射束A的第二强度脉冲。图4b显示结果，即相对宽的强度分布。从两个结果，可以得出第一简单的结论，即射束A具有伸长相对多地形成的强度分布。在简单的近似中，强度脉冲即传送一维部分的第一印图通过(空间)强度分布。然而，必须考虑到，由于区域BI和B2的长度，在检测强度脉冲时射束A在其宽度范围被积分，而一维强度分布代表通过射束的横截面。在这一点上，注意到，当区域BI、B2逐次通过射束A时，不直接获得射束A的一维轮廓。这是因为在区域B1、B2的检测信号中，还包括垂直于区域B1、B2的运动方向的射束宽度的信息(这与现有技术已知的借助传播孔的测量方法不同)。然而，例如假设射束A是圆对称的，可以重新获得一维轮廓。这两个区域BI、B2的信号也可以用来重新获得一维射束轮廓。现在得到的结果例如可以用来在源2本身处或通过射束路径中的元件(未图示)(如镜片、镜子、隔膜和其他自适应元件)影响射束A，直到被测量强度分布对应目标强度分布。特别地，以这种方式，可以设置旋转对称的强度分布。射束A的强度分布的定量知识或强度分布的个体特征(如射束半径、射束焦点的位置等)一般地不能够直接从被测信号读出。射束A的二维强度分布确实通过区域B1、B2的运动投射在一维强度脉冲上。在这种投射的情况下，涉及强度分布的第二维的信息在很大程度上损失了。射束A的几个特性仍然可以相对精确地确定，特别是当射束对称时。从资料本身已知的回归分析、神经网络和其他数学的和数值的恢复算法适合恢复所查找的射束特性。例如与传播孔测量系统比较，这确实意味着额外的软件技术和数学支出，但是通过根据本发明的装置的简单的机械结构，这被更多地补偿。下文在图12的描述过程进一步呈现恢复算法的简单示例。从数学上，重建的任务对应逆问题，因为形成结果(这里是查找的射束特性)的基础的原因可以从系统的被观测结果(这里是强度脉冲)推导出。与正问题(结果源自原因)相反，逆问题往往很难解决，甚至不能够得到解决。然而，在本发明中得到第一眼看似乎是困难的这条路径。除此之外，与用于直接测量的装置相比(例如，传播孔法)，令人惊讶的是简单结构及其连接、测量装置I的低的生产成本。然而，模型表示对于根据本发明的方法也是必要的，即原因与结果的数学相关性应至少已知大致轮廓。在实际条件中，这意味着区域BI、B2的形式应在数学上已知。这情况的例外存在于神经网络的情况中，神经网络在训练步骤期间需要所述相关性，因为训练步骤是“自动地”。—般来说，当在逆问题的情况下通过回归分析方法的重建困难时，经常使用人工神经网络(ANN)。神经网络也能通过训练步骤获得复杂的非线性函数。这里，通过迭代或递归程序，试图从现有的输入和期望输出值确定输入和输出值之间的所有相关性。例如，在实际情况下，具有直径、射束位置、对称性、模式混合的变化的多个射束A被计算，并且通过圆盘3表现在强度脉冲上，由此可以训练神经网络。这可以发生在纯粹的模拟环境，或者也发 生在真实装置I上。有利地，在使用神经网络的情况下，功能相关性如已经提到的那样不必已知或假定。为了提高精度，特别地，在非对称射束A的情况下，借助区域B1、B2，从射束A的不同方向构建不同强度脉冲。随后，射束A的不同特征可以根据这些强度脉冲确定，例如可以重构射束A的不被直接检测的强度分布的表面结构。透镜4、斩波器圆盘5和驱动器7仅构成-虽然同样有利的-装置I的可选元件。透镜4以本质已知方式用于集中射束A到传感器6上。斩波器圆盘5用于截断射束A。特别有利地，当探测器，如热探测器(pyrodetector)，被设置为传感器时，探测器检测射束流变化。在可以直接地检测射束流(如光电二极管)的传感器6的情况下，也可以免除斩波器圆盘5。斩波器圆盘5以为圆盘3、3a的旋转速度的整数倍的速度旋转。例如，使用具有30个孔和比圆盘3、3a快40倍地旋转的斩波器圆盘，圆盘3、3a的每次旋转可以获得720个测量点。因此，每0.5°接收一测量点。由于圆盘3、3a和斩波器圆盘5之间的固定旋转速度比率，也有利于提供共享驱动器7，例如，具有相应齿轮的电动机。当然，旋转速度也可以用单独的驱动器和相应的旋转速度调节实现。图5显示示例的斩波器圆盘5。在这里，能够透射射束的内部布置的区域用于中断射束A，用于确定斩波器圆盘5的位置的外部布置的可选的标记或各个孔通过光屏障提供。图2中图示的圆盘3a的区域BI和B2以锐角相交。这对于本发明不是强制的。平直交叉角度也是可以想象的。此外，如果两个区域BI和B2以直角相交是特别有利的，因为在彼此成直角布置的两个轴线上的射束A的强度分布然后也被检测到。图2中图示的圆盘3a现在只允许推论为在两个轴线上的强度分布，但是，根据本发明的原理也可以扩展到数个轴线，如果圆盘3a为此装备额外的但各自不同的排列区域。这样，关于射束A的强度分布可以做出非常精确的陈述。图6显示为此的可行示例，具有7个区域BI. . B7，这7个区域BI. . B7在沿不同方向的相同径向距离处与源自中间点M的径向矢量相交叉，并且分别地相关联。此外，图6的圆盘3b在外部区域具有用于光屏障的可选标记，用于确定位置。以这种方式，不仅能确定射束A离开圆盘3b的旋转点M的距离，而且-事实上，在这个特殊的变化中，圆盘3B在空间中的位置现在也已知-也绝对能够在测量平面上在二维方向上确定射束A的位置。当然，图2的圆盘3a，图7的圆盘3c和图9的圆盘3e和其他可以想象的变化可以具有用于确定位置的标记。最后，还指出，区域B. . B7不必然是直的，而是也可能被弯曲或可以具有弯曲部分。在上述观测中，没有考虑到区域BI和B2其实不会在直线上移动通过射束A，即不会以平移的方式移动，而是，由于圆盘3、3a的旋转，事实上，旋转通过射束A。然而，对于非常小的射束直径或离中点M非常大的距离，这可以被忽视。如果这些条件不适用射束测量或对射束测量的要求非常高，那么在评价中，可以考虑区域BI和B2的旋转。特别地，根据本发明的方法可以使用非常小的圆盘3、3a，圆盘的半径可以存在于将要测量的射束A的直径的区域中。由于紧凑的整体尺寸，装置I因此可以例如也可以直接地布置在激光加工机的加工头中。
这也是问题的是，射束A可以仅在更多或更少切线方向上传播通过区域BI和B2，但不能在更多或更少的径向方向上传播通过区域BI和B2。用于解决这个问题的可能性包括选择用于区域BI和B2的不同形式，即区域BI和B2沿螺线排列。通过提供足够平坦的螺线，各个区域或多或少径向地延伸通过射束A。阿基米德螺线已被证明特别地适合于此，阿基米德螺线的半径与旋转角度成比例地增加。这样，螺线形区域BI、B2在圆盘3均匀转动的情况下均匀地延伸通过射束A。图7显示本发明的特别有利变化，其中第一区域BI沿着螺线(特别地阿基米德螺线)布置，第二区域B2沿着径向延伸的直线布置。当圆盘3c旋转时，第一区域BI更多或更少地沿径向方向延伸，第二区域B2或多或少沿与其成直角方向延伸通过射束A。第二区域B2也可以相对于径向向量有些偏离，以更好的接近所述直角。在所示的例子中，第二区域B2将因此必须从内右到外左倾斜。最后，图7还显示射束A的半径rs及其位置，即其离圆盘3c的中点M的距离rp。在其它有利变化中，第一区域BI不沿着阿基米德螺线布置，而是沿着对数螺线布置。对数螺线是每次旋转使离其中点M(极点)的距离增加相同因数的螺线。在相反的旋转方向中，曲线自身以增加的半径不断地接近极点附近缠绕。通过极点的每个直线总是以相同的角度与对数螺线相交。由于这个特征，还称为等角螺线。因此，第一区域BI总是或多或少在相同方向上延伸通过射束，无论射束多大和射束被定位在哪里，因为，正如已提到的，通过极点的直线(如通过射束A的中心的径向矢量)总是以相同的角度与对数螺线相交-与阿基米德螺线不同。图8显示圆盘3d，几个射束Al.. A3具有不同大小和位于不同位置。可以很容易地看到，对数螺线总是以相同的角度转向通过射束Al. .A3的中心。在图7中，第一区域BI因此可以有利地也沿着对数螺线布置。图9现在显示本发明的其它有利变化，其中选择k= I用于第一区域BI的对数螺线的间距，并且选择k = -I用于第二区域B2的对数螺线的间距。从而，两个区域BI和B2与以+45°和-45°通过射束A的中心的径向矢量相交。因此，两个区域BI和B2因此沿正交方向延伸通过射束A-至少在其中心。这适用于射束A的任何位置和大小。此外，区域BI和B2-不同于根据图7的布置的情况下-需要大约相同的时间(在对称射束A的情况下，甚至确切地相同时间)延伸通过射束A。图10显示图9中显示的圆盘3e的扩展。除了沿对数螺线排列的两个区域BI和B2之外，圆盘3f还包括直线形径向排列区域B3。如测试已经表明的那样，可以使用这种圆盘3f特别好地确定高度不对称的射束A的特性。与图9的提供两种强度脉冲的圆盘3e比较，图10的圆盘3f产生三个强度脉冲。因此，现在可以确定三个脉冲宽度和脉冲之间的两个距离(在这方面也参见图12)。这产生具有三个等式的方程系统，其中借助于最小二乘拟合方法，根据5个测量值确定平均半径的值、椭圆率(主轴线的比例)和射束位置(这当然也可以适用于图示在附图中的所有圆盘3e..3f)。传统的数学软件(例如Scilab、Matlab)可用于此。人们已经发现，二次方程提供非常精确的结果。通过在至少两个高度处(即在至少两个强度等级处)确定的脉冲的宽度，算法的额外的扩展是有可能的。从而脉冲形式进入到评价，由此可以进行关于射束A的模式的陈述。实验地，脉冲宽度在两个强度等级处被确定，并且结果，在射束A中的高斯、圆环和顶帽模式的百分比比例被确定。以类似方式，也可以考虑进一步/其他模式。最后，图11显不从激光加工机切出的部分，在实际条件中为在激光束路径中的分束元件8。部分透射透镜或棱镜例如可以被设置为分束元件8。根据本发明，激光束A的第一部分C被引导在加工位置上，并且第二部分D被引导到装置I。在这里发生分束，以使第二部分D比第一部分C小得多(如分束成0. 1% /99. 9% ) 以这种方式，实现射束A的主要部分被引导到加工地点。第二部分D很少有任何积极后果，并且也将被选择以使根据本发明的布置I不能受到第二部分射束D的能量的不利影响。在图11中，由第一部分C覆盖的距离在长度上大致相等，并且在分束元件8和圆盘3 (在这里没有明确说明)之间没有射束成形元件的情况作为由第二部分D覆盖的距离。优选地，部分射束C和D不通过任何其它射束形成元件，或分别地优选地在算术上考虑这些。因此，可以认为查找的射束特性，例如(相对)强度分布，在第一部分C和在第二部分D中是一致的。当然，也是可以想象，其它射束形成元件额外地设置在射束路径中。
激光切割机的重要标准是切割速度、切割质量和可靠性。当激光束A可以最佳地适于要处理的材料时，前两个标准可以被尽可能好地被满足。这要求在射束路径中具有适应性元件(可变射束直径)，和如果适用，在谐振器(腔内模式适应)中的适应性元件。然而，使用适应性元件越多，其错误调节越可能。虽然存在材料老化以及元件的材料-和调整公差，射束A随着时间的过去单独改变。污染的影响是另外的一个因素。除了由于老化引起的已知射束改变，取决输出的射束改变也是问题，特别是在CO2高能激光器的情况下。由于例如具有一半输出的激光束A与具有最大输出的激光束的特征不同，通常地“通用射束”被选择，即在实际上是如防止切割输出的最大化的可能的任何事情之间的妥协。同样在激光启动和加热以后，激光束A约在第一分钟内改变,其同样会在切割操作中导致问题。所以激光切割机的激光束A可以总是最佳地适于待处理工件，激光束A的强度分布的测量(所谓的“射束监测”)是有帮助的。各种研究表明，特别地取决于输出，激光束A在操作过程中改变位置、大小和模式。此外，由于光学元件的老化和污染，激光束A也在漫长时期内改变。这种变化可以通过根据本发明的射束监测检测，并且可以在很大程度上由适应元件校正，即射束A可被调节。这导致过程稳定性的明显加强和切割速度的明显增加。频繁地，射束直径和射束中点或射束焦点的确定是足够的，即精确的强度分布是没有必要的。因此，要使用的方法和模型被简化。在实验中，具有约1.5赫兹的时间分辨率的激光束关于其位置rp和其半径rs能够被精确地确定到至少0. 2毫米。能够透射射束的区域BI.. B7的宽度在此不应该被选择为太小，以使衍射效果没有明显影响。对于如10. 6um波长度(CO2激光)，I毫米的缝隙宽度是好的选择。在图12的帮助下进行如下描述，图12图示如何借助于收到的强度脉冲确定射束A的大小和其位置。图12在此方面显示所确定的在图9的 圆盘3e的角度O范围内的强度I的分布。图表表示具有高斯分布(实线)的射束A和具有所谓的圆环分布(虚线)的射束A，它们分别被归一化为I。不同信号显然地是不同的射束的大小和位置导致的结果。
现在容易测量的值是强度脉冲的宽度(脉宽)M1和强度脉冲(脉冲的距离)M2之间的距离。这两个值依赖于两个射束参数，即在圆盘3e上的射束半径rs和径向位置rp。射束A的方位角位置O可以通过已知圆盘位置和两个脉冲的方位角位置确定。射束A的方位角位移不改变脉冲宽度Ml或脉冲距离M2，而是仅在O轴线上移动两个脉冲。在已知极坐标的情况下，本质上也可以以已知方式将射束A的位置容易地转换成直角坐标。期望脉冲宽度Ml和脉冲距离M2还取决于激光束A的模式分布。然而，研究表明，高斯分布、圆环分布和顶帽分布(没有图示)具有几乎共同的交叉点，具有相同的射束半径rs(第二时刻)和相同的射束位置。对于6至11毫米的射束直径和26至32毫米的径向位置的范围，这些交叉点对于标准化脉冲的外侧平均位于1 = 0. 158处,对于内侧位于I =0. 125处。因此，独立于模数或各自地强度分布，可以绝对地确定射束位置rp和射束大小rs。当然，上述信息只是作为示例实例。具有其他区域BI到Bn的圆盘C的另一个选择可以导致不同的结果，然而其定位，落入本领域专家的常规程序的范围内。根据指定的交叉点，确定4个角度a I. . a 4。现在由下述等式给出脉冲宽度Ml = ( a 2- a 1+ a 4- a 3) /2以及由下述等式给出脉冲的距离M2 = ( a 4+a 3-a 2-a I)/2可以将脉冲宽度Ml和脉冲距离M2计算为圆盘3e上的射束半径rs和其径向位置rp的函数。因此，产生的方程有两个未知数，这可以以本身已知的方式解决。如从研究显示，脉冲宽度Ml主要取决于射束半径rs，只有一小部分取决于径向位置rp。反之亦然，脉冲距离M2只有一小部分取决于射束半径rs和主要地取决于径向位置rp。使用传统数学软件(如Scilab),射束半径rs和射束位置rp的确定,也可以用如下方法以简化方式执行rs = pI X M22+p2 XMlX M2+p3 X Ml+p4 X M2+p5rp = qlX M22+q2 XMlX M2+q3 X Ml+q4 X M2+q5如研究表明，由用于6至11毫米的射束直径和26至32毫米的径向位置的近似值造成的误差，对于射束半径rs约为0. 02毫米，对于射束位置rp约为0. 05毫米，因此，一般可以忽略不计。采用其他圆盘形式和其他区域BI.. B7，可以开发可比较的简单的模型，因而以类似方式确定射束半径rs和射束位置rp。然而本发明不限于射束半径rs和射束位置rp的确定，而是可以扩展到模式分布、射束质量M2、射束参数产品BPP等的确定。例如，在图12中的左和/或右脉冲可以被用两个不同等级强度测量，如可以很容易地看到，导致两个不同的脉冲宽度Ml。进而从这些不同宽度Ml可以推断单独的模式的比例。为了确定多项式及其系数，如已经说明的那样，对被期望的射束A进行建模，并且它们的图像被在探测器6上模拟。相应的方法，即程序，可以在评估微控制器或在个人计算机(PC)中实现。图13在这方面显示示例流程图，该示例流程图代表用于上面例子的可行流程。该流程图，特别是其中提及的参数，应用/适用于上述的例子。然而，通过参数的变化，图示的流程图也可以没有困难地适应于例如图10的圆盘3f，以及椭圆率的确定或分别地包含在激光束A中的模式的确定。值的数组源自预定的输入参数rp、rs和所产生的输出参数Ml、M2。这些值如以下述表格的形式存储、
rsl rpl Mil M21rs2 rp2 M12 M22rs3 rp3 M13 M23........ . 等等采用(可能非常广泛)该值的表和多项式方程，然后如通过最小二乘拟合方法确定多项式的系数，所述系数在输出参数Ml、M2和相关输入参数rs和rp之间构成尽可能好的关联。这例如通过市售数学工具MATLAB、特别是用其中包含的“Polyfitn”函数进行(例如根据http://www. mathworks. com/matlabcentral/fileexchange/10065-polyf itn描述的)。图14现在显示用于计算指定参数的实际代码段。替代仅两个查找的值rs、rp和两个测量值Ml和M2，当然可以增加多个测量值而没有明显的额外困难。同样地，也可以增加多个查找值，只要这小于测量值的数量。最后注意到，指出的变化只表示根据本发明的圆盘3、3a. . 3f、根据本发明的发明装置I、根据本发明的激光加工机的多种可能性的一部分，并且不能被用来限制本发明的应用范围。对于本领域专家，基于在这里介绍的考虑，容易地使本发明适应他的要求，在这样做时，没有偏离本发明的保护范围。此外指出，附图一般不按比例绘制，并且在附图中图示的布置也可以形成用于独立发明的基础。下面的附图标记列表和权利要求的技术教导被认为存在于披露的框架内，并且单独向本领域专家公开，或者当连同附图一起观看时，公开本发明的进一步的细节和其示例实施例。附图标记列表I 装置2射束源3，3a..3f圆盘4 透镜5斩波器圆盘
6传感器7驱动器8分束元件A，Al. .A3 射束BI. .B7透射射束的区域C第一部分射束D第二部分射束I 强度M圆盘的旋转点Ml强度脉冲的宽度M2两个强度脉冲之间的距离r径向距离rp射束位置rs射束半径 sl，s2径向矢量a I. . a 4强度脉冲交叉点的角位置O圆盘的角位置
权利要求
1.一种用于依靠圆盘(3，3a..3f)测量射束(A，A1..A3)的特性的方法，圆盘在用于测量射束(A，A1. . A3)的强度的传感器(6)前方在射束(A，A1. . A3)的射束路径中能够旋转地安装在用于确定这个特性的装置(I)中， 其中圆盘(3，3a. .3f)不透射射束或者至少削弱射束， 其中圆盘(3，3a..3f)包括至少一个细长区域(BI.. B7)，所述至少一个细长区域透射射束或至少比圆盘(3，3a. .3f)的其余区域具有更高的透射射束能力， 该方法的特征在于如下步骤 依靠射束(A，Al.. A3)的在圆盘(3，3a. .3f)旋转时通过所述至少一个区域(BI. . B7)撞击在传感器(6)上的射束部分检测强度脉冲， 通过适于逆问题的重建或建模方法在被检测的强度脉冲上的应用确定查找特性。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于 如下组中的一种或多种被设置为重建或建模方法回归分析、多项式函数、神经网络。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括下述步骤 至少一个回归步骤，其中通过具有作为因变量的所述特性和作为自变量的已知特性的射束(A，A1..A3)的至少一个强度脉冲确定函数的函数参数，和 确定步骤，其中具有被确定的函数参数的函数接收具有作为自变量的未知特性的射束(A, Al. .A3)的强度脉冲。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括下述步骤 至少一个分析步骤，其中通过具有作为因变量的所述特性和作为自变量的已知特性的射束(A，A1..A3)的至少一个强度脉冲确定泰勒多项式的系数，和 确定步骤，其中具有被确定的系数的泰勒多项式接收具有作为自变量的未知特性的射束(A，A1..A3)的强度脉冲。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括下述步骤 至少一个训练步骤，其中神经网络接收具有作为输出的所述特性和作为输入的已知特性的射束(A，A1..A3)的至少一个强度脉冲，和 确定步骤，其中被训练的神经网络接收具有作为输入的未知特性的射束(A，Al.. A3)的强度脉冲。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法,其特征在于 回归步骤、分析步骤或训练步骤发生在计算机模拟的框架内。
7.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于 回归步骤、分析步骤或训练步骤发生在真正装置上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于 如下组中的一个或多个被设置为射束(A，A1..A3)的查找特性射束(A，A1..A3)的强度分布、射束(A，A1..A3)的平均直径、射束(A，A1..A3)的中点的位置、射束(A，A1..A3)的焦点的位置、射束(A，A1..A3)的对称性、射束(A，A1..A3)中的颜色比例和/或激光模式的比例。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于 如下组中的至少一种激光模式的一部分被设置为查找特性高斯、圆环或顶帽。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于至少一种激光模式的一部分被设置为查找特性并且包括如下步骤 检测在第一强度等级处的强度脉冲的第一宽度， 检测在第二强度等级处的强度脉冲的第二宽度， 依靠确定的第一宽度和第二宽度确定所述至少一种激光模式的该部分。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于 圆盘(3，3a. . 3e)包括几个细长区域(BI. . B7)， 其中第一区域(BI)在关于从圆盘(3，3a. . 3e)的旋转点(M)发出的第一径向矢量(si)的第一方向上在一径向距离Cr)处与第一径向矢量(si)相交叉,并且 第二区域(B2)在关于从圆盘(3，3a..3e)的旋转点(M)发出的第二径向矢量(s2)的第二方向上在相同的径向距离(r)处与第二径向矢量(Si)相交叉，其中第二方向不同于第一方向。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于 利用从所述区域(B1..B7)产生的几个不同强度脉冲确定所述查找特性。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其特征在于包括下述步骤 a)在圆盘(3，3a.. 3e)旋转时依靠第一和第二区域(BI，B2)检测两个强度脉冲， b)基于通过第一和/或第二区域(B1，B2)的检测确定强度脉冲的宽度(M1)， c)确定基于通过第一区域(BI)进行的检测的强度脉冲和基于通过第二区域(B2)进行的检测的强度脉冲之间的角距离(M2)， d)依靠确定的宽度(Ml)和距离(M2)计算射束(A，A1.. A3)的半径(rs)和该射束(A，Al. .A3)距离圆盘(3，3a. .3e)的旋转点(M)的距离(rp)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于 当第二方向与第二径向矢量(s2)围绕中点(M) —起旋转以便第一和第二径向向量(si, s2)叠合时,第一和第二方向围成直角。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于 第一方向和第二方向相对于位于每个径向距离Cr)处的各个径向矢量(sl,s2)是不同的。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于 所述区域(B1，B2)沿着直线排列。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于 n个区域(B1..B7)沿着n条直线排列，并且在n个不同方向上在相同径向距离(r)处与从圆盘(3，3a. . 3f)的旋转点(M)发出的相关径向矢量(sl，s2)相交叉。
18.根据权利要求11-15中任一项所述的方法,其特征在于 所述区域(B1，B2)沿着螺线排列。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于 n个区域(B1..B7)沿着n条螺线排列，并且在n个不同方向上在相同径向距离(r)处与从圆盘(3，3a. . 3f)的旋转点(M)发出的相关径向矢量(sl，s2)相交叉。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其特征在于 至少一个区域(BI)沿着螺线排列，并且至少一个区域(B2)沿着直线排列。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于所述螺线是阿基米德螺线。
22.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于 所述螺线是对数螺线。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于 用于第一区域(BI)的螺线的间距是k= 1，并且用于第二区域(B2)的螺线的间距是k=_1。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于 圆盘(3，3a. . 3f)具有径向地排列的直线形第三区域(B3)。
25.—种圆盘(3，3a.. 3f)，所述圆盘在用于测量射束(A，A1..A3)的强度的传感器(6)前方在射束(A，A1. . A3)的射束路径中能够旋转地安装在用于确定射束(A，A1. . A3)的特性的装置(I)中， 其中圆盘(3，3a. .3f)不透射射束或者至少削弱射束， 其中圆盘(3，3a..3f)包括至少一个细长区域(BI.. B7)，所述至少一个细长区域透射射束或至少比圆盘(3，3a. .3f)的其余区域具有更高的透射射束能力， 其中第一区域(BI)在关于从圆盘(3，3a. . 3e)的旋转点(M)发出的第一径向矢量(sl)的第一方向上在一径向距离Cr)处与第一径向矢量(sl)相交叉,并且 其中第二区域(B2)在关于从圆盘(3，3a. . 3e)的旋转点(M)发出的第二径向矢量(s2)的第二方向上在相同的径向距离(r)处与第二径向矢量(sl)相交叉，其中第二方向不同于第一方向。
其特征在于 第一区域(BI)沿着一螺线排列，并且第二区域(B2)沿着另一个螺线排列或者沿着直线排列。
26.根据权利要求25所述的圆盘(3，3a. 3f)，其特征在于 当第二方向与第二径向矢量(s2)围绕中点(M) —起旋转以便第一和第二径向向量(sl, s2)叠合时,第一方向和第二方向围成直角。
27.根据权利要求25或26所述的圆盘(3，3a.. 3f)，其特征在于 n个区域(B1..B7)沿着n条直线排列，并且在n个不同方向上在相同径向距离(r)处与从圆盘(3，3a. . 3f)的旋转点(M)发出的相关径向矢量(sl，s2)相交叉。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的圆盘(3，3a.. 3f)，其特征在于 n个区域(B1..B7)沿着n条螺线排列，并且在n个不同方向上在相同径向距离(r)处与从圆盘(3，3a. . 3f)的旋转点(M)发出的相关径向矢量(sl，s2)相交叉。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的圆盘(3，3a.. 3f)，其特征在于 所述螺线是阿基米德螺线。
30.根据权利要求25至28中任一项所述的圆盘(3，3a.. 3f)，其特征在于 所述螺线是对数螺线。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的圆盘(3，3a.. 3f)，其特征在于 用于第一区域(BI)的螺线的间距是k= 1，并且用于第二区域(B2)的螺线的间距是k=-Io
32.—种用于确定射束(A，A1..A3)的特性的装置(I)，其特征在于包括传感器￠)，该传感器布置在射束(A，Al.. A3)的射束路径中，用于测量射束特性的强度，和 根据权利要求25至31中的任何一项所述的能够旋转安装的圆盘(3，3a. . 3f)，该圆盘在射束路径中布置在传感器(6)前方。
33.根据权利要求32所述的装置(I)，其特征在于 共享驱动器(7)被设置用于圆盘(3，3a. . 3f)和布置在射束路径中的斩波器圆盘(5)。
34.一种激光加工机，包括根据权利要求32至33任何一项所述的装置(I)，其特征在于 用于材料加工的激光束被提供为射束(A，Al. . A3)。
35.根据权利要求34所述的激光加工机，其特征在于 在激光的射束路径中设置分束元件(8)，并且激光束(A，A1..A3)的第一部分(C)被引导在加工位置上，并且第二部分(D)被引导到传感器￠)，其中圆盘(3，3a. . 3f)布置在分束元件⑶和传感器(6)之间。
36.根据权利要求35所述的激光加工机，其特征在于 圆盘(3，3a. . 3f)离分束元件(8)的距离与射束(A，A1. . A3)的查找特性被确定所处的位置离分束元件(8)的距离相等。
37.一种用于测量射束特性的方法，包括下述步骤 在射束路径中设置旋转圆盘， 设置传感器，传感器被配置为测量在所述传感器圆盘之后的射束强度， 在圆盘中设置透射射束的多个细长区域； 使所述多个细长区域中的第一个在关于第一径向矢量的第一方向上在一径向距离处与从圆盘的旋转轴线发出的第一径向矢量相交叉，以及使所述多个细长区域中的第二个在关于第二径向矢量的第二方向上在相同的径向距离处与从圆盘的旋转轴线发出的第二径向矢量相交叉，其中第二方向不同于第一方向； 使所述圆盘在射束路径中旋转； 当射束通过所述细长区域时检测来自所述射束的强度脉冲； 通过从如下组成的一组中选择至少一种技术处理所述强度脉冲回归分析、多项式函数拟合、神经网络；以及 通过所述强度脉冲的所述处理确定射束特性。
38.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 通过采用具有作为自变量的已知特性和具有作为因变量的能够确定的射束特性的至少一个强度脉冲，确定回归函数的函数参数；以及 为回归函数提供具有作为自变量的未知射束特性的射束的至少一个强度脉冲。
39.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 采用具有作为自变量的已知特性和具有作为因变量的能够确定的射束特性的至少一个强度脉冲确定泰勒多项式的系数；和 为泰勒多项式提供具有作为自变量的未知射束特性的射束的至少一个强度脉冲。
40.根据权利要求37所述的方法，进一步包括 为神经网络提供具有作为输入的已知特性和作为输出的能够确定的射束特性的至少一个强度脉冲，用于训练；和 为被训练的神经网络提供具有作为输入的未知射束特性的射束的至少一个强度脉冲。
41.根据权利要求37所述的用于测量射束特性的方法，其中 确定射束特性的所述步骤包括确定如下组中的至少一个射束的强度分布、射束的平均直径、射束的中点的位置、射束的焦点的位置、射束的对称性、射束中颜色比例、和激光模式的比例。
42.根据权利要求41所述的方法，其中 确定射束特性的所述步骤包括确定如下组中的至少一种激光模式高斯、圆环和顶帽。
43.根据权利要求42所述的方法，进一步包括下述步骤 检测在第一强度等级处的强度脉冲的第一宽度， 检测在第二强度等级处的强度脉冲的第二宽度，和 依靠确定的第一宽度和第二宽度确定所述至少一种激光模式的一部分。
44.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 利用从所述多个细长区域产生的多个不同强度脉冲确定射束特性。
45.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 通过在圆盘旋转时使用所述多个细长区域中的第一区域和第二区域检测两个强度脉冲； 确定整个两个强度脉冲的各自的宽度； 确定基于通过第一区域进行的检测的强度脉冲和基于通过第二区域进行的检测的强度脉冲之间的角距离；以及 通过采用确定的宽度和角距离，计算射束的半径和这个射束距离圆盘的旋转轴线的距离。
46.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 选择第一方向和第二方向，以在第二方向与第二径向矢量围绕旋转轴线一起旋转以便第一和第二径向向量(sl, s2)叠合时围成直角。
47.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 配置所述多个细长区域的所述第一区域和所述第二区域，以使第一方向和第二方向相对于位于每个径向距离处的各个径向矢量是不同的。
48.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 沿着直线排列所述区域。
49.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 沿着n条直线排列对应的n个细长区域，并且使所述n个细长区域在n个对应的不同方向上在相同径向距离处与从圆盘的旋转轴线发出的相关径向矢量相交叉。
50.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 沿着螺线排列细长区域。
51.根据权利要求37所述的方法，进一步包括下述步骤 沿着n条螺线排列对应的n个细长区域，并且使所述n个细长区域在n个对应的不同方向上在相同径向距离处与从圆盘的旋转轴线发出的相关的各个径向矢量相交叉。
52.根据权利要求51所述的方法，还包括下述步骤将用于第一区域的螺线的间距选择为k = 1，以及 将用于第二区域的螺线的间距选择为k = -I。
53.根据权利要求50所述的方法，还包括下述步骤 沿着直线排列至少一个区域。
54.根据权利要求50所述的方法，还包括下述步骤 将所述螺线选择为阿基米德螺线。
55.根据权利要求50所述的方法，还包括下述步骤 将所述螺线选择为对数螺线。
56.根据权利要求55所述的方法，还包括下述步骤 径向地排列圆盘的直线形第三细长区域。
57.一种用于确定射束特性的装置，包括 能够旋转地安装的圆盘，该圆盘被配置为在射束路径中旋转； 用于射束强度的传感器，该传感器被配置在所述射束之后； 在圆盘中的多个细长区域，所述多个细长区域透射射束； 第一细长区域在关于从圆盘的旋转轴线发出的第一径向矢量的第一方向上在一径向距离处r处与第一径向矢量相交叉，并且第二细长区域在关于从圆盘的旋转轴线发出的第二径向矢量的第二方向上在相同的径向距离r处与第二径向矢量相交叉，所述第二方向不同于所述第一方向； 所述第一细长区域沿着一螺线排列； 所述第二细长区域沿着(a)另一螺线或(b)直线中之一排列。
58.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，还包括 当第二方向与第二径向矢量围绕圆盘轴线一起旋转以便第一和第二径向向量(sl，s2)叠合时，所述第一方向和第二方向围成直角。
59.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，还包括 n个细长区域，所述n个细长区域沿着对应的n条直线排列，并且在对应的n个不同方向上在相同径向距离处与从圆盘的旋转轴线发出的相关径向矢量相交叉。
60.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，还包括 n个细长区域，所述n个细长区域沿着对应的n条螺线排列，并且在对应的n个不同方向上在相同径向距离处与从圆盘的旋转轴线发出的相关径向矢量相交叉。
61.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，其中 所述第一细长区域螺线是阿基米德螺线。
62.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，其中 所述第一细长区域螺线是对数螺线。
63.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，其中 用于所述第一细长区域的所述螺线的间距是k = 1，并且 用于所述第二细长区域的所述另一螺线的间距是k = -I。
64.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，还包括 布置在射束路径中的斩波器圆盘；和 共享驱动器，该共享驱动器被配置为驱动所述能够旋转地安装的圆盘和所述斩波器圆盘。
65.根据权利要求57所述的用于确定射束特性的装置，还包括 设置在射束路径中的分束元件，所述分束元件被配置为将射束的第一部分引导在加工位置上，并且将射束的第二部分引导到传感器，所述旋转圆盘布置在所述分束元件和所述传感器之间；所述圆盘离所述分束元件的距离与射束特性将被确定所处的位置离分束元件的距离相等。
全文摘要
本发明公开一种用于依靠圆盘(3，3a..3f)测量射束(A，A1..A3)的特性的方法，圆盘在用于测量射束(A，A1..A3)的强度的传感器(6)前方在射束(A，A1..A3)的射束路径中能够旋转地安装在用于确定这个特性的装置(1)中。为此，圆盘(3，3a..3f)不透射射束或者至少削弱射束，并且包括至少一个细长区域(B1..B7)，所述至少一个细长区域透射射束或至少比圆盘(3，3a..3f)的其余区域具有更高的透射射束能力。通过该装置，检测射束(A，A1..A3)的在圆盘(3，3a..3f)旋转时撞击在传感器(6)上的部分的强度脉冲。随后通过适于逆问题的重建或建模方法在被检测的强度脉冲上的应用确定查找特性。此外，装置(1)和圆盘(3，3a..3f)被指出执行该方法。
文档编号G01J1/04GK102667428SQ201080052311
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月19日
发明者克里斯托夫·法尔尼, 安德烈亚斯·鲁迪 申请人:百超激光股份公司