[发明专利]用于检测激光束在物体的棱边上的接触点的方法和激光加工机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测聚焦的脉冲激光束在物体棱边上的接触点的 方法，该棱边优选地形成在物体的孔上，还涉及一种具有位于激光加工头 上的激光加工喷嘴的激光加工机。

背景技术

在激光加工机中，需要尽可能精确地识别激光束在激光加工喷嘴内部 的实际位置(XY位置)和激光束相对于工件表面的聚焦位置(Z位置)或 者使激光束对准，也就是说将激光束定位在相对于喷嘴孔和/或相对于工件 表面的应有位置上。为此可以检测激光束在喷嘴孔的棱边上的接触点或者 在其它的适当定位的物体的棱边上的接触点。

激光束相对于激光加工喷嘴的应有位置通常位于喷嘴孔的中心。在现 有技术中，所述对准通常人工地进行。为此，在喷嘴孔上粘贴胶带并且用 小的激光功率在胶带上烧出一个小孔。射束位置从喷嘴中心的偏移通过肉 眼和放大镜来确定。带有校准螺钉的相应的定位单元被用于修正射束位置， 借助该定位单元能够在X方向和Y方向上改变激光束在喷嘴孔的与喷嘴轴 线成直角地延伸的XY平面中的位置。该过程是不精确的、耗时的并且由 于需要人工干预而不适合自动化的工艺流程。

由US 5,574,225和JP 04295711A已知用于借助两个或者更多的声学 传感器来确定脉冲激光束的位置的装置和方法，这些声学传感器具有相对 于板状的光学元件的精确位置，该板状的光学元件设置在射束通路上。该 脉冲激光束通过光声效应在光学元件中激发出声波，该声波被声学传感器 检测到。时间上错置地进入到这些声学传感器中的信号的相位差用作激光 束相对于延伸经过光学元件的中心的光学轴的偏差的尺度。为了射束的准 确对准，在US 5,574,225和JP 04295711A中描述的装置需要这些声学传 感器的非常精确的定位。

为了确定激光束的聚焦位置，即射束焦点相对于工件表面的位置，已 知了各种不同的方法。在JP 63108985A中描述了一种应用光声效应的方 法。在激光加工机的激光加工头沿着射束的传播方向运动时，工件上的射 束直径发生变化。原则上，工件上的射束直径小，则产生的声学信号的强 度就大，反之亦然。如果焦点落在工件的平面中，则材料表面上的激光斑 点的直径最小且光声信号的强度最大。如果在分析处理声学信号时检测到 最大强度，则焦点位于工件的平面中并由此确定聚焦位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种开头所述类型的方法和激光加工机，其允许 检测激光束在一个优选形成于激光加工喷嘴的或工件的孔上的棱边上的接 触点并由此允许以简单且可自动化的方式使激光束对准。

按本发明，该目的通过包括以下步骤的方法实现：a)使激光束相对于 一棱边在至少一个空间方向上优选与激光束轴成直角地运动，直至所述激 光束扫过所述棱边，b)测量在激光束的运动过程中由所述激光束光声地产 生的声学振动，和c)通过分析处理测得的声学振动来检测所述激光束在所 述棱边上的接触点。接触点的位置坐标随后可以存储在存储装置中，该存 储装置例如构造在控制单元中。

为了检测激光束的接触点，按本发明利用了光声效应。沿着基本上与 喷嘴轴线的方向相应的传播方向(Z方向)穿过喷嘴孔的脉冲激光束在喷 嘴体中的孔内部或者向着棱边或者说在(测试)工件的孔内部在与该传播 方向垂直的平面(XY平面)中移动，直到该激光束出现在通常金属的喷嘴 体或者工件上并且在那里产生一个声波，该声波可以被声学传感器、优选 麦克风接收。因此，对于按本发明的方法，只需要一个传感器，该传感器 的精确定位并不起决定性作用。通过按本发明的方法确定激光束在棱边上 的接触点的坐标。此外，在知道激光束运动之前起始点的位置坐标的情况 下，确定激光束直到接触到棱边时的路程，由此也确定了射束在XY平面 中的延伸尺寸。

如果在调节了激光束在激光束轴的方向(Z方向)上的聚焦位置之后 重新执行按本发明的方法，则允许通过多次重复来确定激光束相对于棱边 在Z方向上的形状(射束焦散)和最小的射束直径的位置。以这种方式检 测激光束相对于激光加工喷嘴的孔或者相对于工件的聚焦位置。