[发明专利]用于在激光加工工件时进行受温度补偿的干涉仪式间距测量的装置和方法

说明书

在用于在激光加工工件(2)时测量工件(2)的反射的工件表面(2a)与反射的基准面(2b)之间的间距(A)的装置(3)中，干涉仪(5)具有分束器(6)，该分束器将干涉仪光(7)分到测量臂(9)上作为测量射束(10)并且分到基准臂(11)上作为基准射束(12)，并且具有探测器(13)，该探测器探测在工件表面(2a)上被反射的测量射束(10)和在基准面(2b)处被反射的基准射束(12)，其中，测量臂(9)和基准臂(11)在干涉仪光(7)的相干长度内是等长的。根据本发明设置，测量臂(9)具有测量光纤(14)而基准臂(11)具有基准光纤(15)，测量光纤(14)和基准光纤(15)在其整个长度上或在其部分长度上，尤其是在光纤(14，15)长度不同的情况下在较短光纤的整个长度上，平行地在彼此旁延伸并且与彼此处于热接触中，测量臂(9)具有第一表面区域(2a)作为反射的工件表面而基准臂(11)具有工件(2)的第二表面区域(2b)作为反射的基准面，并且，在工件(2)与测量光纤(14)和/或基准光纤(15)的位于工件侧的端部之间布置有转向光具(16)，该转向光具使测量射束(10)和/或基准射束(15)共同地或各自分开地运动经过测量面和/或基准面(2a，2b)。

技术领域

本发明涉及一种装置，其用于在激光加工工件时测量在工件的反射的工件表面与反射的基准面之间的间距，该装置具有干涉仪，该干涉仪具有：分束器，所述分束器将干涉仪光分到测量臂上作为测量射束以及分到基准臂上作为基准射束；和探测器，该探测器探测在工件表面上被反射的测量射束和在基准面上被反射的基准射束，其中，测量臂和基准臂在干涉仪光的相干长度之内是等长的。

背景技术

干涉仪用于在激光加工过程期间进行间距测量。为此，将两个干涉仪臂(＝测量臂)中的一个的辐射与加工激光近乎同轴地对准工件，该工件用作干涉镜。优选，将测量射束在聚焦之前例如通过激光加工头中的分束器在空间上与加工射束叠加并且由加工光具聚焦到测量部位上。另一个干涉仪臂(基准臂)被定位在测量器具中(具有射束源，分束器，探测器和分析处理单元)。典型地，两个干涉仪臂具有近似相等的光程长度。对于干涉仪式的间距测量重要的是了解光程的改变。在现实中，测量臂中的光程不仅可能由于待测量的间距而改变，而且也可能由于干涉仪臂的光路中的(无意的)变化而改变。例如，在光纤引导的干涉仪中，由于所感测的焊接部位上方的测量光纤端部的变热而造成与基准光纤的温度差并从而造成由温度引起的干涉信号变化，该干涉信号变化导致间距测量时的测量误差。此外常常需要相对测量，以便确定工件的两个点(或面)之间的间距，例如孔相对于构件表面的焊入深度或毛细管深度。

发明内容

而本发明的任务是，在开头提到的类型的测量装置方面排除由温度引起的测量误差并且感测工件表面的形貌或者执行在空间上求平均。

根据本发明，该任务以下述方式解决：测量臂具有测量光纤而基准臂具有基准光纤，并且，测量光纤和基准光纤在其整个长度上或部分长度上，尤其在光纤的长度不同的情况下在较短光纤的整个长度上，平行地并排延伸并且相互处于热接触中，所述测量臂具有第一表面区域作为反射的工件表面而基准臂具有工件的第二表面区域作为反射的基准面，并且，在工件与测量光纤和/或基准光纤的工件侧端部之间布置有转向光具，所述转向光具使测量射束和/或基准射束共同运动经过测量面和/或基准面或各自分开地运动经过测量面和/或基准面。

根据本发明，测量光纤和基准光纤相互热耦合，使得并不出现值得一提的温度差，而是系统地补偿传送路程中的温度波动。测量射束和基准射束通过对应的光纤紧密地在彼此旁地但是分开地被引导，使得光路略微地相互错开。其结果是，两个射束的干涉信号仅取决于工件表面和基准面之间的相对间距，因为测量臂和基准臂中的光程长度波动由于所述平行的实施方案而在最大程度上被补偿。由此可使基准射束转向到构件表面(基准面)上并且使测量射束转向到测量点或测量面上。转向光具使得能使测量射束和/或基准射束共同地或分开地运动经过测量面或基准面，以便实施一维或二维测量。由此可感测工件表面的形貌或执行在空间上求平均。