[发明专利]利用加工距离的原位测量的材料加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用光束发生器的加工光束并利用光束发生器和工件之间的加工距离的原位测量的材料加工装置。为此，该材料加工装置具有利用近红外加工光束的加工激光器。包括具有扫描器镜的二维偏转装置的激光扫描器布置在加工激光器的下游。设置了用于改变加工距离的自动重聚焦装置。

背景技术

这种类型的材料加工装置从EP 1 977 850 A1可知。图8示出了根据现有技术的这种类型的材料加工装置3的部分透视原理图。在透视图中示出了该材料加工装置3利用光束发生器5的加工光束4并利用加工头7和工件6之间的加工距离的原位测量来加工略微弯曲的工件6。为此，材料加工装置3具有作为光束发生器5的利用近红外加工光束4的加工激光器。加工头7由工业机器人8操纵。随时间改变加工距离a(t)的自动重聚焦装置设置在材料加工装置3中，以在沿箭头A的方向引导工件6时追踪例如工件6的曲线9。为此，在加工头7中设置用于记录断层的光学相干断层扫描装置10。

该材料加工装置3的缺点之一是通过光纤传送用于断层记录的测量信号。在操作过程中的振动的情况下，光纤中的振荡可能改变光谱透射，因此可能改变各偏振模式之间的混合比和偏振状态，从而损害测量结果和断层记录。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足并在加工(烧蚀、沉积焊接等)前、加工过程中和加工后在不接触表面的情况下记录表面的断层。目的在于利用距离测量来改善加工工艺的控制和材料除去/沉积的终点确定的可靠性。另一目的在于准确地测量从工件到加工系统的距离，例如，用于重调激光器的焦距。

利用独立权利要求的主题来实现这样的目的。从属权利要求中描述了本发明的具有优越性的扩展。

本发明公开了利用光束发生器的加工光束并且利用光束发生器和工件之间的加工距离的原位测量的材料加工装置。为此，该材料加工装置具有利用加工光束的加工激光器。包括具有扫描器镜的二维偏转装置的激光扫描器布置在加工激光器的下游。设置用于改变加工距离的自动重聚焦装置。包括分光计和至少两个传感器光源的传感器装置产生测量光束，测量光束利用激光扫描器和物镜共同地感测工件的加工区域，同时采集工件距离。至少两个传感器光源的测量光束被线性偏振，并且通过光耦合元件在准直状态以交叉偏振方向耦合到材料加工装置的激光扫描器的光路中。

该材料加工装置的优点是，将加工激光器的预定激光扫描器光学组件用作传感器镜头，使得加工光束和传感器测量光束通过F-θ物镜系统一起指向工件。设置的加工激光器典型地是波长范围为1030nm至1070nm的固态激光器。另一优点是，至少两个传感器光源产生测量光束(被线性偏振并通过激光扫描器在准直状态以交叉偏振方向耦合到材料加工装置的激光扫描器的光路中)，以给予传感器装置更有力的保护免受材料加工装置振动的影响，具体地是由于，因交叉偏振方向而使使用的光纤的摇动和振动不再损害光照射和检测性能。

为此，将光谱干涉距离传感器(也称作OCT或光学相干断层扫描装置)集成到用于材料加工的材料加工装置中的激光扫描器中。因此，为了达到该目的，本发明提出允许在整个激光扫描器容量(laser scanner volume)中高质量的距离测量的特征的组合。这主要利用光谱稳定化措施来实现。

非偏振光源的使用，优选地具有线偏振光束的两个光源的使用，防止了光纤的任意摇动改变偏振状态并因此改变偏振模式之间的混合比，其中，所述线偏振光束通过保偏光纤传输到PBC(偏振光束组合器)并且在PBC中通过偏振分束器以交叉偏振方向组合。因此，即使光学组件因偏振方向而具有不同的光谱透射时，光谱透射也不再被损害。

然而，如果因应力引起的双折射或涂层而在两个偏振模式中存在不同的路径差异，则例如，在最糟糕的情况下，距离峰分裂成两个子峰。在这种情况下，在本发明的第二实施例中，将具有与偏振相关组件的主方向对应的主方向的双折射元件(例如，分束器和/或电流镜)插入到光路中。这将两个峰分离到能够清楚地估计的程度。

将具有线性偏振光束的超辐射发光二极管用作光源，这些光源通过保偏光纤连接到利用偏振分束器将交叉偏振方向组合的偏振光束耦合器。为了将传感器光束在准直状态下耦合到加工光路中，传感器光路具有诸如窄带陷波滤波器的窄带分色光束分离器。