使用低相干光学干涉测量技术来确定在对材料激光加工的机器中的至少一个光学元件的局部位置的方法和系统与流程

1.本发明涉及对材料(优选金属材料)激光加工，并且具体地涉及对材料激光加工的控制的改进，例如对所述材料激光切割、钻孔或焊接，或所述材料的预定结构的增材制造。
2.更具体地，本发明涉及一种用于确定与对材料激光加工的机器的工作头中的传输激光束的光路相关联的至少一个光学元件的局部位置的方法和系统。
3.根据另一个方面，本发明涉及一种根据权利要求17的前序部分所述的对材料激光加工的机器，该机器包括用于确定与用于传输激光束的光路相关联的至少一个光学元件的位置的系统，该系统被设计成用于实施上述方法。
4.本发明的另一个方面涉及确定与辅助气体流递送喷嘴相关联的辅助气体腔室中的压力，该辅助气体流递送喷嘴由对材料进行激光切割、钻孔或焊接、或用于通过激光增材制造三维结构的机器的工作头承载，以及确定光学元件的温度，该光学元件沿着激光束的传输光路插置在用于对材料进行激光加工或用于通过激光增材制造三维结构的机器中。
5.在以下说明书和权利要求书中，术语“材料”以及，在优选实施例中，“金属材料”用于识别任何制造的物品，诸如具有封闭截面(例如具有空心圆形、矩形或方形形状)或敞开式截面(例如平坦截面或l、c、u等形状的截面)的板或细长型材。在增材制造中，术语材料识别通常呈粉末形式的原材料，该原材料通过激光束经受局部烧结或熔化。


背景技术：

6.在用于材料的工业加工的过程中，并且尤其是板材和金属型材中，激光被用作用于多种多样应用的热工具，这些应用取决于与激光束和正被加工的材料之间的相互作用相关的参数，具体是取决于激光束在材料上的每单位入射体积的能量密度、以及取决于相互作用时间间隔。
7.例如，通过在金属材料上引导低能量密度(几十w/mm2表面的量级)持续延长的时间量(在秒的范围内)，发生硬化过程，而通过在相同的金属材料上引导高能量密度(几十mw/mm2表面的量级)持续飞秒或皮秒的时间，发生光烧蚀过程。在增大能量密度和减少加工时间的中间范围内，控制这些参数使得有可能实施焊接、切割、钻孔、雕刻、标记过程。
8.在若干过程中，包括通过钻孔和切割的加工过程，有必要在激光束与材料相互作用的加工区域中产生辅助气体流，该辅助气体流具有驱动熔化的机械功能、或辅助燃烧的化学功能、或甚至屏蔽加工区域周围的环境的技术功能。
9.在对材料进行激光加工领域中，激光切割、钻孔和焊接是可以由同一机器执行的工艺，该机器能够产生在该材料的至少一个加工平面中具有预设横向功率分布的聚焦高功率激光束，典型地具有在1与10,000kw/mm2之间的功率密度的激光束，并且能够控制束沿着材料的入射方向和入射位置。可以对材料进行的各种类型的加工之间的差异基本上归因于所使用的激光束的功率和激光束与经受加工的材料之间的相互作用时间。
10.图1和图2中示出了根据现有技术的激光加工机器。
11.图1示意性地示出了一种用于工业co2激光加工的机器，机器具有激光束在空气中的光路，机器包括发射源10(诸如co2激光发生器设备)、以及多个反射镜12a、12b和12c，发射源10适合于发射单模或多模激光束b，多个反射镜12a、12b和12c被适配成用于引导由发射源发射的激光束沿着光路以朝向工作头传输该束，工作头以整体被表示为14、布置在材料wp附近。工作头14包括用于聚焦激光束16的光学系统，光学系统通常包括聚焦透镜，聚焦透镜适于沿着入射在金属材料上的光传播轴线聚焦激光束。喷嘴18布置在聚焦透镜的下游，并且被朝向材料加工平面的区域引导的激光束穿过。喷嘴适于将由对应的设施(未示出)喷射的辅助气体流引向材料上的加工区域。辅助气体用于控制机械加工过程(钻孔或切割)的执行以及可实现的加工质量。例如，辅助气体可以包括氧，其促进与金属的放热反应，诸如铁的氧化，其通过放热反应产生各种类型的氧化铁，释放材料中的能量，能量与激光束释放的能量一起有助于维持工艺的动态平衡，从而允许增大切割速度，或者包括诸如氮气的惰性气体，其不有助于材料的熔化，但是执行熔化材料本身的推进功能，保护材料(金属)免于在加工型材的边缘处的不期望的氧化，保护工作头免受熔融物的任何飞溅，并且还可以用于冷却材料上产生的凹槽的侧面，从而限制热改变区的范围。
12.图2示意性地示出了用发射到光纤中的激光束进行工业加工的机器。机器包括发射源10，诸如能够将激光束发射到传输光纤中的激光发生器设备，例如能够发射单模或多模激光束的掺镱光纤激光器或直接二极管激光器，以及光纤引导件12d，所述光纤引导件12d适于将由发射源发射的激光束引向布置在材料wp附近的工作头14。在工作头处，从光纤出来的具有自身受控发散的激光束被准直屈光系统20准直并且在沿着穿过发射喷嘴18入射在材料wp上的光传播轴线聚焦穿过光学聚焦系统16(通常由聚焦透镜组成)之前被背反射系统22反射。
13.图3举例说明了根据现有技术的工作头14。附图标记30表示具有圆柱形或圆锥形区段的管状通道，在管状通道内传输由b表示的激光束。由发射源10产生并且通过在具有多次反射的空气中或在光纤中的光路传输至工作头的激光束b撞击在反射偏转器元件32上，反射偏转器元件使光传播轴线在正被加工的材料上的入射方向上偏转。光学聚焦系统16是在反射偏转器元件32与布置在下游的防护玻璃34之间的中间，防护玻被适配成保护聚焦系统免受任何熔融物的飞溅，并且光学聚焦系统包括透镜架单元36，机械调节机构38耦接至透镜架单元以用于横向于光束的传播方向(轴线x-y)和在光束的传播方向(轴线z)上校准透镜的定位。
14.作为第一近似例，在光学聚焦系统的下游的理想激光束(即，被理想地准直成平行光束的激光束)集中在其腰部的有限大小的聚焦光斑中。通常，在工业加工用途中，相对于光束入射的材料的壁和光束输出的材料的壁而言，在横向平面的定位对应于以甚至十分之一毫米精确限定的光束的腰部时，达到最佳加工条件。
15.在单模光束的情况下，通常准直的激光束的功率密度分布典型地是具有旋转对称性的高斯形状，即，其中，功率集中在光束的纵轴(z轴)周围并且沿着外围裙部逐渐减小，或者在多模光束的情况下，它可以被描述为具有旋转对称性的高斯轮廓的包络。
16.在高功率激光应用领域中，使用单模或多模激光辐射束响应于技术控制需要，单模或多模激光辐射束可以描述为第一近似例，如高斯。事实上，高斯光束容易用几个参数来描述，并且，因为它具有在不改变功率分布的情况下传播的特性，其在沿着从发射源到工作
机器的头的传输光路的传播中是可容易控制的，由此它可以通过远场传播条件中的半径值和发散值来描述(在这种情况下，可以使用几何光学近似)。在聚焦光束的近场传播条件中，沿着几何光学近似不再有效的处理轨迹，光束仍然在其每个横截面中保持功率分布的高斯形状。
17.相反，包括更高阶的横向模式的激光束具有非高斯功率分布。通常，通过使用从高斯分布开始修整光束的形状的屈光系统(透射光学系统，即透镜)或反射系统(反射光学系统，即反射镜)来获得这些条件。
18.控制激光束的横向功率的传播方向或分布形式(不是高斯形式)，并且可能具有与材料加工区域上的旋转形状不同的对称性，例如与辅助气体的受控分布有关，或取决于工作头与材料之间的间隔距离、待遵循的加工轨迹和待执行的工艺的类型，这给加工工艺带来优点。例如，激光束的功率分布的控制(可能破坏光束的旋转对称性)可允许功率分布相对于工作头与材料之间的间隔距离以及相对于加工路径位于需要的位置或延伸。
19.显而易见的是，激光束的传播方向和聚焦的控制、激光束的横向功率分布形式的控制以及辅助气体流的控制(在需要其的过程中)必须是精确的且可重复的，以便获得所指出的优点。为此，与机器的工作头中的激光束的传输光路相关联的光学元件的位置(沿着光路插置或面向光路或在光路旁边插置)必须以极高的精度且实时地控制。否则，存在将激光功率聚焦到材料的厚度中的不期望的加工平面中以及使用辅助气体压力在材料的表面处过量或不足的风险。光学元件的位置实际上可根据机器的当前操作条件而变化，但也可因在安装时由操作者对元件定位的误差或存在构造公差和不期望的组装间隙而变化。还需要检查机器和尤其工作头的操作参数，包括影响被高功率加工激光束跨过的区域和光学元件的当前温度、辅助气体的压力、与激光束(光纤、反射镜、透镜)的传输光路相关联的光学元件的可能的机械变形，使得这些参数不偏离标称值，从而引起过程的不受控制的变化或影响过程的测量，例如测量工作头与材料的间隔距离，其必须尽可能实时地精确，以能够精确地控制工作头的移动和其近端相对于材料的位置，即激光束输出和辅助气体流出喷嘴在需要其的过程中的位置。


技术实现要素：

20.本发明的目的是提供一种用于有效地(可能实时地)监测材料的激光加工的方法，并且特别是光学部件的状态和激光加工机器的操作参数。
21.在此背景下，本发明的具体目的是准确地确定与在用于激光加工材料的机器的工作头中的激光束的传输光路相关联的光学元件的局部位置。
22.本发明的另一目的是提供一种用于确定与对材料激光加工的机器的组件和/或操作条件相关的光学测量的可能扰动的方法，例如由于工艺参数(诸如压力、温度或机械变形)对光学测量路径的至少一部分在其中延伸的传输介质的物理参数的影响。
23.本发明的又一目的是提供一种用于确定辅助气体腔室中的压力的有效方法，辅助气体腔室的压力与由对材料激光切割、钻孔或焊接、或用于通过激光增材制造三维结构的机器的工作头承载的辅助气体流递送喷嘴相关联。
24.本发明的又一目的是提供一种用于确定在对材料激光加工、或用于通过激光增材制造三维结构的机器中沿着加工激光束的传输光路插置的光学元件或传输介质的温度的
有效方法。
25.根据本发明，这些目的通过具有权利要求1中所提及的特征的一种用于确定至少一个光学元件的局部位置的方法来实现。
26.具体实施例形成从属权利要求的主题，其内容旨在作为本说明书的组成部分。
27.本发明还涉及具有权利要求16中所提及的特征的一种用于确定至少一个光学元件的局部位置的系统。
28.本发明的另一主题是一种用于对材料激光加工的机器，机器包括用于确定光学元件的位置的系统，系统被布置成用于执行上述方法。
29.本发明的另一主题是具有权利要求18中所提及的特征的一种用于确定与用于供应辅助气体流的喷嘴相关联的辅助气体腔室中的压力的方法、以及具有权利要求21中所提及的特征的一种用于确定光学元件或传输介质的温度的方法。
30.综上所述，本发明是基于光学干涉测量原理的应用。
31.术语“光干涉测量”表示多种利用测量光束与参考光束之间的干涉现象的技术，其中这些光束叠加并生成干涉条纹。相干光中的光干涉测量理论为众所周知，并用于距离之间的相对比较，但例如在光信号暂时中断的情况下，无法给出所述距离的绝对单义测量信息。
32.本发明的启发来自于考虑到在光域中可通过使用低相干干涉测量技术进行绝对距离测量。低相干干涉测量是一种以高精度测量探头与目标之间距离的简单技术，该技术是基于在已知的探头与目标之间的标称距离条件下，测量光束从光源传播到探测器组件行经的距离(该测量光束在此光路上由探头发射并由目标背向反射)与参考光束从光源传播到探测器组件行经的距离(该参考光束在调谐到测量光路的参考光路上传播)之间的比较。
33.在低相干干涉测量中，测量光束和参考光束由低相干光源(例如led或超发光二极管)产生，并且上述光束之间的干涉条纹仅出现在相应的光路或光路的长度相对应的情况下，其中光路定义为沿整个光路的每个部分内的几何路程与各自折射率之积的总和，即出现在相干长度范围内测量光路的长度与参考光路的长度相对应的情况下。假设参考光路的长度为已知，可以通过检测存在干涉条纹的包络而得出测量光路的长度，其相干长度的分辨率量级通常在微米范围内(从5μm到100μm)。
34.该技术对于光学噪声特别稳健，因为来自其他源或例如来自激光处理过程的光非相干地加到干涉信号，而不会更改干涉条纹图案。这种测量是局部应用于测量光束所指向的一处，而与周围环境的形态无关。这也允许在与由机床的工作头承载的仪器的轴线大致同轴的方向上精确地绝对测量距离。
35.已知用于在时域、频域和空间域中分别检测干涉条纹图案的不同技术。有利地，与在时域或频域中进行检测相比，在空间域中检测干涉条纹图案的低相干干涉测量技术在本发明目的的操作灵活性方面最具潜力且更有效。
36.在包括时域中进行检测的低相干干涉测量中，通过光电二极管或光电二极管阵列或者通过类似的采集屏幕检测干涉条纹图案，这是通过调适参考光路的长度，以便除了相干长度量级的公差之外，达到参考光路和测量光路的长度相对应的条件。在此情形下，限制可用测量范围与调适参考光路长度相关，这例如借助平移沿上述光路布置的背向反射元件来执行，参考光路的背向反射元件平的移空间范围可能在几微米到几毫米之间，平移范围
的大小可能有碍于致动速度或操作复杂度。
37.尽管时域中检测技术的执行相当简单，并且可以轻松达成测量光路和参考光路的绝对长度之间相对应，但这不适于那些实时测量工业处理过程的应用。实际上，针对动态测量，须对参考光路的长度进行连续调制，以找到其与导致出现干涉条纹图案的当前测量光路的长度相对应的条件。这可以借助各种类型的控制装置来获得，包括折射率调制器或快速作用的机械致动器，例如压电致动器；然而，这些类型的装置价格不菲且非常精密，因为它们运行的致动速度必须远快于用于测量距离的采样率，通常高达千赫级以上，这一条件通常不易获得，尤其是在大位移的范围内。
38.一种不同的检测技术是基于光谱密度函数与测量光束和参考光束的互相关之间的傅立叶变换关系，借此可以从两个干涉光束的波长的光谱轮廓中提取实空间中的差分距离测量结果。以此方式，无需机械致动器将参考光路的长度与测量光路的长度对准。可以使用衍射光栅及其下游的聚焦透镜对叠加的测量光束和参考光束进行单谱采集，以将干涉光束的光谱分布投影到线性传感器装置(例如摄像机)上。两个干涉光束的光谱显示出周期性调制，并且该调制在波长空间中的周期性(频率)随测量光路和参考光路的长度差变化。为了提取关于实空间中光路差的信号强度峰值的测量结果，应用一种计算傅立叶变换的算法，例如fft算法。
39.与在时域和频域内的低相干干涉测量技术不同，在时域中，低相干干涉测量技术对参考光路长度的扫描是在时间上分布，而在频域中，在波长空间编码用于比较测量光路和参考光路的长度的信息，包括了在空间域中进行检测的低相干干涉测量技术结合上述两种技术，可以直接可视化实空间中的测量结果，从而可以借助诸如图像传感器(例如线性传感器)等经济的装置进行迅速采集。
40.在频域内检测的低相干干涉测量系统的典型实施例中，测量光束和参考光束沿着相同的入射方向朝向波长色散光学装置(诸如衍射光栅、折射棱镜或用于检测光谱的类似光学元件)共线地叠加，波长色散光学装置被适配成将通过测量光束和参考光束叠加在光学干涉传感器装置的公共入射区域上而获得的总光束的频率分量分离。在该配置中，两个干涉光束的光谱(干涉条纹图案)表现出周期性调制，并且条纹图案在波长空间中的周期性随着测量光路的空间变化相对于光路变化而变化，并且其在频域内的延伸由低相干光辐射的相干长度确定。因此，测量光路的长度与参考光路的长度之间的差的测量可以通过处理由传感器装置发射的信号来提取，以检测测量光束和参考光束之间的干涉图案的频率。
41.在具有空间域中进行检测的低相干干涉测量系统的典型设计中，测量光束和参考光束从不同方向投射叠加到传感器装置表面，而传感器装置表面直接适配于检测干涉条纹图案。在这种配置中，由于两个光束的相互倾斜角度，在传感器装置上直接显示测量光路相对于参考光路的空间变化。因此，通过检测干涉条纹图案在传感器装置上的位置，干涉条纹图案在传感器装置线性维度上的延伸为光束的光辐射相干长度的数量级，可以简单地提取测量光路的长度与参考光路的长度之差的测量结果。
42.在包括空间域中进行检测的低相干干涉测量技术中，倾斜射到传感器装置的公共入射区域上的每个光束的光路长度随沿着传感器装置的照明轴的位置线性变化，从而测量光路和参考光路之差也线性变化。干涉条纹图案出现在由传感器装置获取的图像的特定线性范围内，这对应于在光辐射的相干长度内测量光路和参考光路的长度相等的条件，而在
传感器装置的其他区域中，光束非相干地叠加。通过检测干涉条纹图案的包络沿着传感器装置的线性延伸的位置，可以提取测量光路的相应长度。
43.该措施仅受以下条件的限制：在传感器装置的照明区域内，即在形成传感器装置的光电探测器装置的敏感区域内，获得干涉条纹图案的包络。测量范围由光束在入射区域上的倾斜度或更佳地由光束之间的入射角度来确定，并且在光束倾斜度相同的情况下，由叠加光束照射的光电探测器或光电探测区域(又称为传感器装置的像素)的数量与光电探测器总数之间的最小值确定，即，相对于传感器装置上可用区域(像素)的总数而言必须照亮以解调干涉条纹图案的最少数区域(像素)来确定。在包括具有数千个光电探测器的传感器布置的常见条件下，在出现混叠效应之前，可以获得对应于干涉条纹的子采样状态的十分之几毫米的测量范围。但本发明人已证实，干涉条纹图案存在混叠效应并不限制测量，而实际上可以用于扩大可测量距离的范围。实际上，该子采样系统变为在较低的空间频率下有效地解调条纹图案，直接以模拟方式在干涉传感器装置的光电探测器层级处获得这种解调，而无需插置附加元件。
44.有利地，采用包括空间域中进行检测的干涉测量技术，并且对于撞击到传感器装置上的叠加测量光束和参考光束的光辐射空间分布的每次单独采集或采样，可以使用测量光路和参考光路的静态系统进行精确的距离测量。为了提供这种系统，仅需标准的光学元件，并且基于简单的计算算法来处理由传感器装置发出的信号，从而不会造成繁重的计算。
45.将以上考虑应用于一种对材料激光加工的机器，特别是用于激光切割、钻孔或焊接、或用于通过激光增材制造三维结构的机器，这借助干涉测量系统的布置来实现，其包括至少部分地整合在工作头中的测量光路以及与测量光路相关联的光学参考路径，测量光路还可以整合在工作头中或工作头的外部，其中，测量光路由与用于传输激光束的光路相关联的一个光学元件(例如沿光路插置在工作头中)的至少一个背反射表面反射或扩散。
46.这允许确定与激光束的传输光路相关联的任何光学元件(例如沿着所述路径插置在对材料激光加工的机器的工作头中)相对于预定的标称局部位置的局部位置，并且这些位置之间的差值允许获取与被监测的光学元件的变形或位移有关的有用的、临时的或永久的信息，这可能是由于元件经受的特定操作条件而发生的不正确安装或偏差或扰动的结果，例如取决于元件附近的环境温度或冲击在元件上的辅助气体的压力。
附图说明
47.本发明的进一步的特征和优点将从参考附图通过非限制性示例给出的其实施例的以下详细说明中变得更加清楚，在附图中：
48.图1和图2是根据现有技术的激光加工机器的示例；
49.图3示出了根据现有技术的激光机器的工作头的示意性示例；
50.图4a示出了在频域内进行检测的低相干干涉测量系统的配置的示意图；
51.图4b示出了在波长色散之后定位在干涉条纹图案的传感器布置的照射轴线上的干涉图案f；
52.图4c示出了干涉条纹的频率与测量和参考路径的光学长度差之间的关系；
53.图5a是在空间域中进行检测的线性低相干干涉测量系统的配置的示意图；
54.图5b是相对于干涉条纹图案在传感器布置的照射轴线上的相对入射点的测量光
路和参考光路的长度变化的示意图；
55.图5c是相对于干涉条纹图案在传感器布置的照射轴线上的相对入射点的测量光路和参考光路的长度之间的差异变化的示意图(上图)，以及在测量路径和参考路径的光学长度相等的状态下传感器布置的照射轴线上的干涉条纹图案的识别(下图)；
56.图6示出了本发明目的的用于确定光学元件的局部位置以及用于激光加工材料的机器的工作头与材料的表面之间的间隔距离的系统的示例性图解；
57.图7示意性地示出了根据工作头的示例性实施例的工作头中的加工激光束和低相干测量光束的路径；
58.图8a-图8e是在光学元件处的测量光辐射的背反射或部分扩散的不同可能条件的示意性图示；以及
59.图9是示出了干涉测量读数结果的依存关系的曲线图，曲线图表示为用于沿着测量光束的轴线保护或限定辅助气体腔室的光学元件的表面的局部位置随着辅助气体压力的趋势(增大、减少)的变化。
具体实施方式
60.之前已经参考现有技术描述了图1至图3，并且在此旨在提及它们的内容，因为它们对于用于执行根据本发明的教导的方法的受控加工机器的实现方式而言是共同的。
61.图4a示出了在频域内进行检测的低相干干涉测量系统的迈克尔逊(michelson)配置的示意图。来自透镜t的测量光辐射的准直光束(用m表示)和来自参考反射元件rm的相同参考光辐射的准直光束(用r表示)(两者都源自源l)以重叠方式撞击在衍射光栅g上，并且离开衍射光栅g，穿过聚焦透镜，干涉光束的光谱分布到达传感器布置s的公共入射区域c，在公共入射区域中干涉光束的光谱分布形成干涉条纹图案f，如图4b中所示。
62.传感器布置s包括例如沿入射区域的至少一个照射轴线(图中的x轴)的光电检测器的布置。光电检测器布置是光电检测器的线性或二维布置，优选地是线性布置。入射区域的照射轴线由测量光束m和参考光束r的入射角限定的平面与传感器布置的传感器表面之间的相交部确定。
63.图4c示出了由光电检测器对干涉条纹图案的采集进行处理的结果，其中，从图4b的强度分布中提取干涉光束的光谱，并且通过fft算法确定条纹的频率，已知的，条纹的频率取决于干涉光束的相位差，即取决于测量路径和参考路径的光学长度的相应差值δp。
64.图5a是具有线性空间检测的低相干干涉测量系统的配置的示意图。由m表示的光辐射的测量准直光束和由r表示的同一光辐射的参考准直光束以预定入射角α投射以便叠加在传感器布置s的公共入射区域c上，在公共入射区域c处，测量准直光束和参考准直光束形成干涉条纹f的图案，干涉条纹在公共入射区域上的延伸是光辐射的相干长度的量级。光辐射的测量准直光束的宽度和光辐射的参考准直光束的宽度优选地被设计为基本上照射整个传感器布置。为了增大所检测的信号的强度和对比度，光束可以在垂直于照射轴线的方向上集中在传感器上，例如通过圆柱形聚焦透镜。
65.传感器布置s包括例如沿入射区域的至少一个照射轴线(图中的x轴)的光电检测器的布置。光电检测器布置是光电检测器的线性或二维布置，优选地是线性布置。入射区域的照射轴线由测量光束m和参考光束r的入射角限定的平面与传感器布置的传感器表面之
间的相交部确定。
66.在图5b中，曲线图示意性地示出了在两个入射光束在传感器布置上对称的典型配置中，参考相应测量光束和参考光束在传感器布置s的公共入射区域上的初始入射波前的测量光路和参考光路的长度p的变化。x轴表示沿光电探测器布置的照射轴线的位置或x坐标。附图标记p1表示第一光路(例如测量光辐射束m的测量光路)相对于测量光束m的波前在公共入射区域c,x1的第一端处的初始入射点的附加长度，公共入射区域x1是测量轴的原点。附图标记p2表示第二光路(例如参考光辐射束r的参考光路)相对于参考光束r的波前的在公共入射区域x2的第二端处的初始入射点的附加长度，公共入射区域x2与第一入射区域相对。附图标记δp表示两条路径的附加长度p1至p2之间的差值，差值在传感器不值的中间坐标处为零，并且从公共入射区域的端部x1处的值δp
x1
变化至公共入射区域的端部x2处的值δp
x2
。
67.在图5c中，俯视曲线图示出了对应于图5b中的曲线图的曲线δp，并且仰视曲线图示出了当测量路径和参考路径的光学长度相等时出现的在传感器布置s的照射轴线(x)上的干涉条纹f的图案的识别。干涉条纹f的图案的包络用阴影线表示，并且测量和参考光束的路径的附加长度之间的相应差δp
p
借助于上部曲线图与包络峰的坐标x
p
相关联。
68.pm和pr表示测量路径和参考路径，其总长度可表示为pm＝p1+p1和pr＝p2+p2，其中，p1是入射在传感器装置上的从低相干光辐射源到第一波前的测量光路的光学长度，p2是入射在传感器装置上的从同一低相干光辐射源到第一波前的参考光路的光学长度，并且优选地是恒定的。可以将p1考虑为由p
nom
+d组成，其中，p
nom
是光路的标称长度，光路包括第一区段和第二区段，第一区段被包括在低相干光辐射源与光学元件的预定背反射表面之间以便确定在光学元件的预定标称位置上的位置，第二区段被包括在上述背反射表面与传感器布置s之间，这些区段具有相应的预定且不变的几何长度。d表示光学元件相对于其标称位置的位置偏移。p2是参考光路的光学长度，其等于标称操作条件下测量光路的光学长度p
nom
，其中光学元件处于其预定的标称位置。
69.测量光路与参考光路之间的光学长度差在数学上表示为：
70.p
m-pr71.而干涉条纹出现在为零的条件下，即：
72.p
m-pr＝0
73.可以分解为：
74.p1+p1-(p2+p2)＝0
75.其可被再次写为：
76.p
nom
+d+p1-p2-p2＝0
77.由此推导出以下内容：
78.p
nom
+d-p2+δp＝0
79.p
nom
+d-p
nom
+δp＝0
80.δp＝-d
81.即，光学元件的当前位置等于测量光路和参考光路的附加长度之间的差。
82.因此，由测量光路和参考光路之间的光学长度差确定的光学元件相对于其标称局部位置的当前局部位置可归因于测量光路和参考光路的附加长度之间的差，因此归因于干
涉条纹图案沿着传感器布置s的照射轴线x相对于标称位置(例如，所述传感器布置s的正中面)的移动。
83.在作为本发明的主题的应用中，参考光路的长度被建立为使得对应于测量光路在光学元件的预定标称位置处的长度，以及(a)所述光学元件的当前局部位置与(b)所述光学元件沿测量光束的轴线的预定标称局部位置之间的差由测量光路和参考光路之间的长度差产生，如果使用在空间域中检测干涉条纹图案的干涉测量技术，则长度差可识别干涉条纹图案的根据沿着传感器布置s的入射区域的照射轴线的位置，或者，如果使用在频域内检测干涉条纹图案的干涉测量技术，则长度差可作为根据干涉条纹图案的频率。
84.应注意的是，局部位置是相对于预定参考系(例如，沿着加工激光束的传播轴线的轴向参考系、或工作头的笛卡尔参考系)的、相对于影响元件的测量光束的轴线而言局部的光学元件的区域沿着轴线z的位置。光学元件的背反射表面可以是测量光束遇到的元件的第一表面，或者与其相对的表面，这取决于所反射的光辐射的量，优选基于较高量的背反射辐射来执行测量。
85.因此，“局部位置”表示刚性元件的绝对位置或携带关于元件的发生变形的区域的位置的信息。因此，测量光束的轴线可以被动态地控制在加工光束的轴线附近，以便在平面xy上探索光学元件的表面。
86.有利地，在空间域中检测干涉条纹图案的干涉测量技术的优选情况下，干涉条纹图案沿着传感器布置的照射轴线的中位位置对应于光学元件的标称位置。可替代地，干涉条纹图案沿着照射轴线的端部位置可对应于光学元件的标称位置，如果这个位置可仅在一个方向上变化，使得干涉图案仅朝向照射轴线的相对端移动。
87.参考图5c中的仰视曲线图，干涉条纹图案沿着照射轴线的位置x
p
是所述干涉条纹图案的光辐射强度的包络的固有位置，并且所述干涉条纹图案的光辐射强度的包络的这个固有位置是，例如，光辐射的包络的峰值或最大强度的位置，或用条纹包络的光强度加权的光电检测器的平均位置。
88.可以通过光强度分布解调技术，例如通过应用带通空间滤波器、或依次应用高通滤波器和低通滤波器，来执行条纹包络的检测，以便仅揭示对应于干涉条纹的空间频率的唯一信号分量。例如，在处理光强度数据的第一步骤中，由传感器矩阵检测到的光强度在垂直于干涉条纹的展开方向的方向上积分，例如，对于被定向成接收竖直对齐的干涉条纹图案的传感器矩阵的列(如果传感器布置是光电检测器的线性布置(光束借助于柱面透镜聚焦在光电检测器上)，则不需要此操作)。随后，相对于背景信号(例如，从没有干涉条纹的图像中提取的)对由这些光检测器生成的信号进行归一化。因此，将高通空间滤波器应用于例如光电检测器空间频率的1/5以便去除基线并且维持干涉条纹图案。因为，以此方式，获得振荡在零附近的信号，提取信号的绝对值并且因此将低通空间滤波器应用于例如光电检测器空间频率的1/25，以便提取干涉条纹图案的包络。通过寻找干涉条纹图案的最大值检测条纹图案的包络的位置或者通过将包络与预定模型函数(例如，高斯函数)进行比较且提取模型函数的峰值，以最终获得干涉条纹图案的位置。
89.图6示出了本发明的系统目的的示例性图解，该系统用于确定集成在系统中的至少一个光学元件的与用于材料wp的激光加工的机器的工作头14中的激光束传输的光路相关联的局部位置-根据当前优选实施例-集成在用于确定工作头与材料之间的间距的系统
中。
90.在图中，100表示适当地具有线性偏振的低相干光辐射源，诸如led或超级发光二极管，其例如在可见或近红外波长范围内操作。由源100在合适的光频隔离器120的下游发射的光辐射被射入到光波导(例如光纤140)中，并被传送到分束器160，分束器160适于产生在测量光路pm上发送的光辐射的测量光束m和在参考光路pr上发送的参考光辐射束r。
91.测量光路pm和参考光路pr是引导路径并且包括光引导件(例如，光纤)，这些光引导件被适配成用于沿着整个路径维持光束的相同偏振。
92.测量光路pm被引导至如上所述的用于激光加工材料的机器的工作头14，并且可能从工作头朝向待加工的材料wp出现，测量光路可能撞击在待加工的材料wp上。输出测量光束m的区域对应于测量头的截面(例如用于供应辅助气体流的喷嘴中的开口或激光束的输出端)，用于测量其距上述材料的距离。
93.替代的，光学参考路径pr被导向至回光反射元件180，优选地穿过插置光学密度滤波器200、光学色散补偿元件220、片λ/4 240以及聚焦透镜260。反射光学元件180沿着参考光路布置，使得从分束器160到反射光学元件180的路径的光学长度对应于从分束器160到要被监测的光学元件的(反射)表面的测量光路的光学长度(即，其位置要被确定在其预定标称位置中)。反射光学元件可以轴向移动并布置成确定不同的光学参考路径长度或者多个参考光路中的一个，多个参考光路可选择包括相应的反射光学元件180并具有不同光学长度，以在用于确定不同光学元件的局部位置的方法之间切换，并且可能切换到用于确定被加工材料wp和工作头(即工作头的靠近材料的端部，诸如辅助气体喷嘴的开口或光束输出端)之间的间隔距离的方法。
94.具体地，在确定沿着用于传输激光束的光路插置的多个光学元件的位置的情况下，通过分别在来自所述多个光学元件中的每一个光学元件的至少一个背反射表面的反射或扩散的下游提取与所述多个光学元件中的每一个光学元件相关联的多个相应的测量光束，来提供与多个对应的参考光路相关联的多个光学测量路径。多个参考光路被布置成用于引导相应的分开的或叠加的参考光束，即，借助于通过用于参考光束的偏离和分离的光学元件的基本参考光路的长度的连续变化来确定。
95.测量光路pm和参考光路pr是这样的：光辐射沿两个方向穿过测量光路和参考光路，在反射之后朝向分束器160返回，分别返回至光学元件的至少部分背反射表面和反射光学元件180。在参考光学路径pr中，参考光束r的通过λ/4板240的双通道引起光束的线偏振的90
°
旋转，从而呈现与测量光束m的线偏振正交的线偏振。然后分束器160执行测量光束和参考光束的重新组合，并且沿着检测光路pd(测量光路的一部分和参考光路的一部分公共)将叠加后的测量光束和参考光束朝向传感器布置s引导。
96.测量光束和参考光束两者都被引导穿过圆柱形聚焦透镜280，圆柱形聚焦透镜可以将准直光束聚焦在仅一个方向上，特别是与传感器布置的照射轴线正交的方向上，目的是沿着此轴线集中信号，从而优化光电检测器的照射，并且到达偏振分束器300，偏振分束器300基于测量光束m和参考光束r的偏振执行测量光束m与参考光束r的分离，在最后一种情况下，通过插置可以恢复原始偏振的λ/2板320将其第一部分朝向第一反射元件m1引导并且将其第二部分朝向第二反射元件m2引导。由于这种配置，第一反射元件m1和第二反射元件m2分别将测量光束和参考光束以入射角α朝向传感器布置s引导，并且更精确地朝向传感
器布置的公共入射区域引导。在系统的实施例中，入射角α可以有利地被控制在预设值范围内，其中，反射元件m1和m2分别可沿相对光束的传播轴线平移移动和绕相对于入射平面垂直的轴线(图中的虚线位置)旋转移动。
97.当然，在基于检测频域内的干涉条纹图案的干涉测量技术的实施例中，光学检测路径pd不再提供测量光束和参考光束的分离，而是包括根据图4a中所描述的架构的光谱仪。
98.如上所述，传感器布置s包括多个光电检测器设备，每个光电检测器设备被适配成用于发射表示入射在其上的光强度的特定信号，并且这些信号整体地被传输至加工装置350，加工装置350被配置成用于通过获取叠加测量光束和参考光束的总入射光功率来标识在传感器布置的公共入射区域c上形成的干涉条纹f的图案。
99.优选地，测量光路和参考光路包括相应的光学元件，并且具体地，参考光路包括反射返回元件，反射返回元件的反射特性和光学漫射特性尽可能多地对应于插置在测量光路中的被监测光学元件的反射特性和光学漫射特性。可选地，可以提供光学衰减装置，光学衰减装置被适配成用于相对于由被监测光学元件反射的测量光辐射强度来平衡由所述回光反射元件反射的参考光辐射强度。
100.借助于图6的系统或等效系统，实施一种用于确定至少一个光学元件的局部位置的方法。
101.方法包括产生低相干测量光辐射束m，低相干测量光辐射束被引导朝向光学元件，光学元件与用于对材料进行激光加工的机器的工作头中的激光束的传输光路相关联(例如，沿传输光路插置)，并且低相干测量光辐射束被所述光学元件的至少一个背反射表面反射或散射、被引导穿过工作头14朝向传感器布置s。
102.在反射光学元件的情况下，可以假设测量光束的反射或散射发生在元件的第一表面处，然而在反射光学元件的情况下，可以假设测量光束的反射或散射发生在元件的两个表面处。
103.测量光辐射束m具体地沿光学测量路径从源100行进至传感器布置s，传感器布置s包括两个区段，当所述光学元件处于分别对应于预定操作条件的预定标称位置时，所述两个区段具有对应的预定且不变的几何长度，第一区段被包括在源100与所述光学元件的背反射表面之间，并且第二区段被包括在所述光学元件的背反射表面与传感器布置s之间。
104.从同一源100产生所述参考低相干光辐射r的光束，参考低相干光辐射r的光束被引导朝向传感器布置s。参考光束r沿着参考光路pr行进,参考光路pr的光学长度等于在所述光学元件的位置为预定标称位置的标称操作条件下测量光路pm的光学长度。
105.测量光束m和参考光束r沿预设照射轴线叠加在传感器布置s的公共入射区域c上。
106.应用检测空间域中的干涉条纹图案的干涉测量技术，测量光束m与参考光束r之间的干涉条纹f的图案在公共入射区域c上沿照射轴线的位置由加工装置350检测，并且其位置允许，如上所述的，确定测量光路pm和参考光路pr之间的光学长度差，其表示沿着测量光束的轴线的(a)光学元件的当前局部位置与(b)所述光学元件的预定标称局部位置之间的差。
107.通过应用检测频域内的干涉条纹图案的干涉测量技术，测量光束m和参考光束r之间的干涉条纹图案f的频率通过在波长中扩散所述光束而获得的由加工装置350检测，并且
其频率允许，如上所述，确定测量光路pm和参考光路pr之间的光学长度差，其表明沿着测量光束的轴线的(a)光学元件的当前局部位置与(b)所述光学元件的预定标称局部位置之间的差。
108.方法可以在材料的加工过程中被实时实施，但还可以在加工之前或之后实施，例如以便限定工作头的光学元件的状态。在与加工步骤分开进行的光学元件的监测步骤中，例如，使用由所述光学元件最大反射的波长的低相干光辐射，也可不存在被加工的材料。在当光学元件的监测发生在加工步骤期间时存在材料的情况下，取得测量信号的一部分，该部分被背反射至光学元件的被关注的表面，为表面选择相应的参考光路。
109.参见图7，示意性地示出了加工激光束b和测量光束m在工作头内的路径的示例性实施例。
110.图7示出了使激光束偏转的反射元件，诸如由dm表示的二向色镜，其使加工激光束b的传播光轴从头部进入方向偏转至正在加工的材料wp上的入射方向。这是在包括横向激光束输入的工作头的一个实施例中采用的配置。在该实施例中，测量光辐射束m借助反射光学扫描系统sm或折叠式反射镜被引导朝向下游待监测的光学元件(和朝向材料测量区域)-穿过二向色镜dm而没有明显的偏转-根据探索元件的不同区域以控制测量点拦截元件的表面的位置的需要，测量光辐射束m的倾斜例如通过压电控制。在所示的非限制性示例中，主要元件是聚焦透镜fl。如图中可见，测量光束的传播方向可通过反射光学扫描系统sm的倾斜来控制，从而不同轴地叠加在加工激光束b上，而且是彼此不同。本领域技术人员还将理解，“双重”或“相对”配置是可能的，其中提供二向色镜，二向色镜对于加工激光束是透明的但是反射来自横向输入的测量光束。
111.图8a、图8b和图8c示意性地示出了测量光辐射至光学元件e的第一表面s1或第二表面s2的背反射或部分扩散的第一条件，并且可能插置被加工的材料wp。m
t
表示测量光辐射束的穿过光学元件e的部分，m
r1
和m
r2
表示测量光辐射束在光学元件e的表面s1或s2处反射的部分。在图8c中，m
tr
表示测量光辐射束的穿过光学元件e但在返回路径中被材料wp反射的部分，其中m
tr2
是测量光辐射束进一步被光学元件e的表面s2反射的部分，而m
tr2r
是测量光辐射束进一步被材料wp反射的部分，而m
tr2rt
是测量光辐射束穿过光学元件e的部分。
112.图8d中示出了另一种可能的操作条件，其中，测量光路包括至少一个第三中间区段，第三中间区段在从光源到光学元件e的背反射表面s2的第一区段与在光学元件e的背反射表面s2与传感器布置s之间的第二区段之间。所述第三区段被包括至光学元件的背反射表面s2的第一背反射与第二背反射之间并且包括至光学元件e的背反射表面s1的至少一个至少部分背反射。m
r2
表示测量光辐射束中被光学元件e的表面s2反射的部分，m
r21
表示测量光辐射束中被光学元件e的表面s1进一步反射的部分，m
r212
表示测量光辐射束中被光学元件e的表面s2再次反射的部分。当光学元件处于预定标称位置和/或预定操作条件时，前述第三区段在标称条件下具有相应的预定标称几何和光学长度。
113.图8e中示出了另一种可能的操作条件，其中，光学测量路径包括至少一个第三中间区段，第三中间区段在从光源到光学元件e的背反射表面s1的第一区段和在光学元件e的背反射表面s1与传感器布置s之间的第二区段之间。所述第三区段被包括至光学元件的背反射表面s1的第一背反射与第二背反射之间，并且包括也沿着激光束的传输光路插置的不同光学元件e’至背反射表面s2’的至少一个至少部分背反射。当光学元件e处于预定标称位
置和/或预定操作条件时，前述第三区段具有相应的预定标称几何和光学长度。
114.预定操作条件是机器的静止状态或与预定加工参数相关联的加工条件。
115.此外，测量光路的第一区段和第二区段可以包括在沿着用于激光束或正被加工的材料的传输光路插置的不同光学元件的背反射表面处的至少一个至少部分背反射。
116.有利地，所描述的方法允许验证与激光束的传输光路相关联的光学元件(诸如透镜或反射镜)的(临时的(过程中)或永久的)定位和可能的变形或位移。实际上，光学元件的形状可能因其所处的环境的温度而发生变化，或者(如果柔性的话)因其所暴露的压力而发生变化，或者更佳地因其所划分的环境的空间之间建立的压力差而发生变化。如果这些物理参数影响光学元件的接收座，例如可平移的可变形环，则光学元件的位置也可能由于温度或压力的影响而发生变化。
117.以下描述具体的应用案例。
118.在用于激光切割、钻孔或焊接或用于通过激光增材制造三维结构的机器中，机器包括工作头，工作头承载用于供应辅助气体流的喷嘴，令人希望的是控制喷嘴腔室中的辅助气体压力而不必安装专用传感器。辅助气体压力的知识还有助于确定辅助气体压力对测量光辐射束穿过喷嘴的传播特征的影响，例如用于确定(喷嘴的)工作头距被加工材料的距离。
119.喷嘴的辅助气体腔室中的辅助气体的压力可以根据预定参考模型间接地从测量沿加工激光束的传输光路插置的保护光学元件的表面的局部位置或辅助气体腔的边界、或面向所述辅助气体腔的辅助光学元件的局部位置(可能位于加工激光束的轴线外)的变化而推导出，该预定参考模型表明所述光学元件的表面相对于对应于所述辅助气体的预定参考压力值的相应预定标称位置的位置和辅助气体的压力之间的预定标称关系。
120.此参考模型可以从直接压力测量和从校准步骤中光学元件的位置的检测开始构建。
121.图9b示出了干涉测量读数的结果的依存关系，表示为用于沿着测量光束的轴线保护或限定辅助气体腔室的光学元件的表面的局部位置随着前述室中的辅助气体压力的趋势(增大、减小)的变化。曲线a表示保护光学元件的表面的局部位置或辅助气体腔室的边界随着腔室内的压力增大而改变。曲线b表示保护光学元件的表面的局部位置或辅助气体腔室的边界随着腔室内的压力减小而改变。这两个曲线之间的滞后可能是因为所涉及的材料的非弹性变形。
122.在这个实施例中，参考光路有利地包括与光学保护元件或光学辅助元件相对应的光学元件，光学元件被布置在沿着参考光路与测量光路中光学保护元件或辅助光学元件的标称位置相对应的位置中并且经受受控的压力值，受控的压力值为测量光路中的辅助气体的上述预定参考压力值。
123.类似于间接压力测量，本发明的另一具体应用案例涉及确定沿着加工激光束的传输光路插置的光学元件或传输介质的温度或元件所处的环境的温度，如果这确定了局部变形或位移的话。所述光学元件的状态通过采用如上所述的用于确定其局部位置的方法来确定，在所述局部位置中，参考光束沿着参考光路行进，该参考光路的光学长度等于标称操作条件下测量光路的光学长度，该标称操作条件包括当光学元件处于与预定参考温度值对应的预定标称位置时，测量光束在光学元件的表面处的部分背反射。然后根据预定参考模型
来确定光学元件的工作温度，预定参考模型表明光学元件相对于预定标称位置的位置与元件的温度之间的标称关系。
124.本发明的用于确定光学元件目标的位置的方法的另一具体应用案例涉及确定测量光路的至少一部分的当前光学长度相对于参考光路的相应部分的当前光学长度的扰动。
125.测量光辐射束的传播特性受到传播它的传输介质的物理参数(温度、压力、机械变形)的影响，本质上是因为传输介质的折射率是根据这些参数变化的。根据本发明的方法因此可以用于测量交叉的传输介质的折射率变化，例如假设背反射光学元件的位置是静态的，由辅助气体的压力引起的折射率变化。
126.在用于对材料激光切割、钻孔或焊接或用于通过激光增材制造三维结构的机器中，机器包括工作头，工作头承载用于供应辅助气体流的喷嘴，测量光辐射束传播穿过喷嘴并且其传播特性受辅助气体的压力的影响。
127.为了提高本发明的工艺目标的精确度，因而测量光路与参考光路之间的光学长度差的确定可优选地基于测量光路的归一化光学长度，测量光路的归一化光学长度由所述光学测量路径的穿过辅助气体腔室(即，喷嘴)的部分的几何长度和所述光学测量路径的穿过辅助气体腔室(即，喷嘴)的部分的归一化折射率开始计算。归一化折射率是根据取决于由辅助气体填充的传输介质的折射率与所述气体的压力的预定标称关系、根据所述腔室中的辅助气体的压力来计算的。
128.更一般地说，因为测量光路的光学长度取决于路径的几何长度并且取决于传输介质的折射率，测量光路与参考光路之间的光学长度差的确定可以基于光学测量路径的归一化光学长度，光学测量路径的归一化光学长度由所述测量光路的传输介质的或所述测量光路的一部分的传输介质的几何长度、和所述测量光路的传输介质的或所述测量光路的一部分的传输介质的归一化折射率开始计算，所述折射率是根据传输介质的至少一个物理参数(诸如温度)的变化、根据折射率或反射率与元件本身的温度之间的预定标称关系来计算的。
129.可替代地或结合以上，测量光路与参考光路之间的光学长度差的确定可以基于测量光路的归一化光学长度，归一化光学长度是从归一化所述测量光路的一部分的材料传输介质的几何长度和从所述测量光路的一部分的材料传输介质的折射率开始计算，其中，归一化几何长度是根据预定的标称关系根据所述材料传输介质的机械变形或机械变形(例如，加长或缩短)来计算的。
130.有利地，本发明的技术目标允许确定测量光路的至少一部分的当前光学长度相对于参考光路的相应部分的当前光学长度的扰动，以及基于所确定的扰动，校正沿着测量光束的轴线的光学元件的局部当前位置相对于标称局部位置的确定值，例如通过从元件的当前局部位置的测量中减去扰动的测量(可能在应用校正因子之后)。扰动的发生例如是由于测量光路在其中延伸的传输介质的至少一个物理参数的变化。
131.出于这些目的，入射在传感器布置s上的测量光束包括由校准测量光路的行程产生的至少一个校准测量光束，其中，测量光束被沿着测量光路插置的静态光学元件的至少一个背反射表面反射或扩散，并且其中，入射在传感器布置s上的参考光束包括相应的校准参考光束，所述校准参考光束由校准参考光路的行程产生，所述校准参考光路具有的光学长度等于在校准的标称操作条件下的校准测量光路的光学长度，其中，校准测量光路的传
输介质的几何长度和折射率在预定容差范围内等于校准参考光路的传输介质的几何长度和折射率。静态光学元件可以是例如激光束的光学聚焦系统16。
132.确定测量光路的至少一部分的当前光学长度的扰动包括以下操作：
[0133]-将校准测量光束和校准参考光束沿着照射轴线叠加在传感器布置s的公共入射区域上；
[0134]-如果应用具有频域检测的干涉测量技术，则检测校准测量光束与校准参考光束之间的干涉条纹图案沿着照射轴线在公共入射区域上的位置、或校准测量光束与校准参考光束之间的干涉条纹图案的频率；以及
[0135]-根据干涉条纹图案沿着入射区域的照射轴线的任一位置、或干涉条纹图案在频域内的频率来确定校准测量光路与校准参考光路之间的光学长度差，光学长度差表明(a)校准测量光路的几何长度与校准参考光路的几何长度之间的差，和/或(b)校准测量光路的折射率和校准参考光路的折射率之间的差。
[0136]
校准测量光路与校准参考光路之间的光学长度差表明测量光路的至少一部分的当前光学长度的上述扰动。
[0137]
例如，通过从主测量值中减去校准值，基于所确定的扰动，相对于标称局部位置，来执行沿着测量光束的轴线的光学元件的当前局部位置的确定值的校正。
[0138]
本发明的改进将在以下描述中进行描述。
[0139]
具体地，增大通过本发明的技术可测量的测量路径与参考路径的长度之间的差异间隔的解决方案是利用在沿着加工激光束和测量光辐射束的路径插置的至少一个不同光学元件的表面处的部分背反射、或利用与主参考光路的长度不同的预定长度的参考光路。
[0140]
在实施例中，入射在传感器布置s上的测量光束包括主测量光束以及至少一个附加多路复用测量光束，主测量光束由主测量光路的行程产生，其中主测量光束具有从正被测量的背反射表面反射并且穿过沿着正被测量的光学元件上游的加工激光束的光路插置的任何其他光学元件透射，至少一个附加多路复用测量光束由附加测量光路的行程产生，其中，至少一个附加多路复用测量光束具有从正被测量的所述光学元件的背反射表面的反射并且具有的几何长度大于主测量光路的几何长度，例如因为它包括沿着加工激光束和测量光辐射束的光路插置的不同光学元件的表面上的至少部分背反射。
[0141]
在这个实施例中，本发明的方法是基于对传感器布置s的公共入射区域c上的干涉条纹的附加图案的位置的检测，由附加测量光束与参考光束之间的干涉来确定。在一种在空间域中检测干涉条纹图案的干涉测量技术中，干涉条纹的附加图案具有例如不同于，例如低于主测量光束与参考光束之间的干涉条纹的主图案的光辐射的包络的峰值或最大强度，或(ii)与主干涉图案的光辐射强度的固有位置不同的光辐射强度的包络的固有位置，如果它与主干涉图案同时出现。
[0142]
在以上条件下，在附加测量光路与参考光路之间因此确定光学长度上的差异，差异表明(a)所述光学元件的当前局部位置与(b)所述光学元件沿着测量光束的轴线的预定标称局部位置之间的差异，差异是根据干涉条纹的附加图案沿着入射区域的照射轴线的位置、或所述干涉条纹图案在频域内的频率来确定的。
[0143]
在一个不同的实施例中，入射在传感器布置s上的参考光束包括主参考光束以及至少一个附加多路复用参考光束，主参考光束由主参考光路的行程产生，至少一个附加多
路复用参考光束由具有与主参考光路的几何长度不同的几何长度的附加参考光路的行程产生。
[0144]
在这个实施例中，本发明的方法是基于对传感器布置s的公共入射区域上的干涉条纹的附加图案的位置的检测，位置是由测量光束与附加参考光束之间的干涉确定的。
[0145]
同样在这种情况下，在空间域中检测干涉条纹图案的干涉测量技术中，干涉条纹的附加图案具有例如不同于、例如低于测量光束与主参考光束之间的干涉条纹的主图案的光辐射的包络的峰值或最大强度，或(ii)具有的光辐射强度的包络的固有位置偏移于主干涉图案的光辐射强度的固有位置，如果它与主干涉图案同时出现。
[0146]
在若干不同的操作间隔不在传感器布置旁边或重叠在传感器布置上、而是充分分开以便交替地示出这些对应的干涉条纹的情况下，通过选择附加的参考路径发生干涉条纹图案的选择。
[0147]
在以上条件下，因此，在测量光路与附加参考光路之间确定光学长度上的差异，差异表明(a)所述光学元件的当前局部位置与(b)所述光学元件沿测量光束的轴线的预定标称局部位置之间的差异，差异是根据干涉条纹的附加图案沿入射区域的照射轴线的位置、或所述干涉条纹图案在频域内的频率来确定的。
[0148]
方便地，准确确定光学元件的位置，并且更好地确定激光束的传输路径的每个光学元件的位置，传输路径可以通过考虑可以与测量光路相关联的相应参考光路来选择，允许激光加工机器的控制单元以反馈某些操作参数(诸如辅助气体的压力)的校正或控制来操作，或者发出警报信号并停止每个工作过程，如果确定光学元件处于非正常位置。例如，这对于改进制造过程的安全性是特别有用的。
[0149]
应注意的是，针对前述讨论中的本发明所提出的实施例具有本发明的纯说明性的而非限制性的性质。本领域技术人员可以容易地在不同的实施例中实施本发明，然而，这些实施例并不背离本文所概述的原理并且因此包括在本专利中。
[0150]
这特别适用于使用不同于所引用的低相干光辐射波长或者测量和参考光路的可能性，其具有的插置的光学元件不同于图6中仅通过非限制性示例示出的光学元件。
[0151]
当然，应当理解的是，本发明的原理、制造细节和实施例与已经仅通过非限制性示例描述和展示的相比可以广泛地变化，而不背离如在所附权利要求书中限定的本发明的范围。