[发明专利]用于光学测量焊接深度的方法

说明书

本发明涉及一种尤其在借助工作激光束(36)进行焊接、钻孔或刻蚀时用于测量焊接深度的方法，其中，传感器系统(10)的测量光射束(28)在激光加工头(26)中耦入到工作激光束(36)的加工光束路径(30)中并且由加工光束路径(30)的聚焦光具(42)在工件(44)表面上集聚或聚焦成测量光斑。在工件表面上反射的测量光射束(28)反馈给传感器系统(10)的测量和分析评价单元(12)，以便求取关于工件(44)表面距激光加工头(26)的距离的信息。为了得到工件在蒸发毛细管(54)区域中的表面形貌，根据该表面形貌求取蒸发毛细管(54)相对于工作激光束照射点的位置，不仅沿焊接方向、而且在该焊接方向的横向上在工件(44)表面上将测量光斑的位置引导到蒸发毛细管(54)上方。在激光加工时为了测量焊接深度而使测量光斑运动到所求取的蒸发毛细管(54)位置。

技术领域

本发明涉及一种用于尤其在借助激光束进行焊接、打孔和刻蚀时光学测量焊接深度的方法。

背景技术

众所周知，为了焊接深度的光学测量，使用用于距离测量的光学传感器，该光学传感器基于光学短相干干涉测量法工作，在这种情况下，测量光被分裂成测量光射束(下面也简称测量射束)和参考光射束(下面也简称参考射束)。从测量臂和参考臂反射回来的测量光射束和参考光射束相互叠加，以便由测量臂和参考臂之间的行程差求取所需的距离信息。

应用领域延伸到这样的加工过程：这些加工过程需要将测量光射束精确且自动地定位到工作激光束和工件之间相互作用的区域中的位置上，特别是定位到由工作激光束在其照射点处产生的蒸发毛细管上，即所谓匙孔(keyhole)，例如具有焊接深度在线监测功能的激光焊接，以便进行焊接深度调节。

在激光焊接时用于精确定位光学测量光射束的已知技术方案以基于相机的用于求取相对于工作激光束的测量光射束位置的方法为基础。这些方法涉及间接求取测量光射束在工件表面上的位置，这对焊接深度测量是必须的。

然而，测量射束相对于加工光束的对于可靠的焊接深度测量而言优化的位置取决于不同的工艺参数，如进给速度和焊接物材料，因此，借助用于求取位置的间接方法不能足够精确地确定该位置。

DE 101 55 203 A1描述了一种具有观察装置的激光加工装置，该观察装置构造为用于感测表面测量数据的短相干干涉仪。通过在加工位置进行测量，例如还可以监测和调节焦点深度。没有描述测量位置、即测量射束的照射点应如何相对于加工位置定向，以便可靠和精确地测量焦点深度或匙孔深度。

DE 10 2015 012 565 B3涉及一种用于提高用于激光材料加工的OCT测量系统的精度的装置和方法，并且描述了在加工期间借助空间分辨传感器、例如照相机对由光学相干断层扫描仪产生的测量射束相对于激光束的位置进行定位。在此，在考虑工件上的测量射束位置的情况下，根据由传感器提供的空间分辨信息确定加工射束和测量射束之间的相对偏移。没有描述测量射束相对于蒸发毛细管、即匙孔的定位。

DE 10 2013 015 656 B4涉及一种用于测量焊接深度的方法，其中，两个测量射束被引导通过加工光具。第一测量射束对准匙孔底部，用于测量到匙孔底部的距离，第二测量射束对准构件表面，用于测量到构件表面的距离。由这两个距离可以确定焊接深度。没有描述测量射束如何对准匙孔位置。

如上所述，所有已知方法基于间接求取测量射束在工件上的位置，用于焊接深度测量。然而，通过这种方式不能确定相对于蒸发毛细管、也就是相对于匙孔的准确位置，因为凭借成像方法感测匙孔在加工区域中、即在工作激光束的照射区域中的准确位置是困难的。

发明内容

在此基础上，本发明的目的是，提供一种用于光学测量焊接深度的方法，该方法使得在激光加工时能够将测量光射束精确定位到匙孔位置上，从而能够可靠地测量焊接深度。

该目的通过根据权利要求1的方法实现。在从属权利要求中说明了本发明有利的实施例和改进方案。