[发明专利]使用耦合至流体射流中的激光束利用激光-喷嘴自动对准加工工件的设备、对准该激光束的方法

说明书

本发明涉及利用耦合至流体射流中的激光束(101)加工工件的设备(100)。设备(100)包括：用于提供激光束(101)的激光单元(101a)；具有孔(102a)的用于产生流体射流的喷嘴单元(102)；配置成将来自激光单元(101a)的激光束(101)提供到喷嘴单元(102)上的光学单元(103)。另外，设备(100)包括配置成控制(108，110)光学单元(103)和/或喷嘴单元(102)以改变激光束(101)在喷嘴单元(102)上的入射点(109)的控制单元(104)。设备(100)还包括配置成感测从喷嘴单元(102)的表面(102b)反射的激光(106)并基于感测到的反射的激光(106)产生感测信号(107)的感测单元(105)。控制单元(104)特别配置成评估感测信号(107)并在感测信号(107)中确定定义的指示激光束(101)与孔(102a)完全和/或部分对准的感测图案。

技术领域

本发明涉及一种用于利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工的设备。根据本发明，该设备被特别地配置成自动地将激光束和用于产生流体射流的喷嘴单元的孔对准(激光-喷嘴自动对准(automatic laser-nozzle alignment))。本发明还涉及一种对准用于对工件进行加工的激光束的方法、特别是将激光束和喷嘴单元的孔对准的方法。

背景技术

传统的用于利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工的设备是普遍已知的。为了利用激光束对工件进行加工，在流体射流中借助于全内反射将激光束引导至工件上。流体射流由具有孔或类似孔的流体射流生成喷嘴生成。然后，激光束由至少一个光学元件通过喷嘴孔耦合至流体射流中。因此，在开始工件加工过程之前，必须将激光束与喷嘴孔对准。

为此目的，在传统的设备中，激光束通常散焦，然后被引导至流体射流生成喷嘴上。因此，流体射流生成喷嘴可以由传统设备的使用者例如借助于摄像机来观察，以便在视觉上识别喷嘴孔。随后，激光束可以朝向孔移动，并且可以最终聚焦以使其通过孔并耦合至流体射流中。该过程相当耗时且容易出错。

由于散焦的激光束照亮了整个流体射流生成喷嘴，因此激光束和孔的自动对准效果不佳。一个原因是在这种照亮的情况下相对难以确定喷嘴孔本身的位置。另一个原因是，孔位置的确定及其与激光束的对准可能会更加复杂，例如，由于存在于流体射流生成喷嘴上的点污染物(dot contaminations)。这种点污染物可能具有与孔类似的尺寸和形状，即它们例如在摄像机图像上可能看起来是类似的，因此增加了错误对准激光束的可能性。

鉴于这些问题和挑战，本发明旨在改进传统的设备，特别是在将激光束与流体射流生成喷嘴对准方面进行改进。因此，本发明的目的是提供一种用于自动且精确地将激光束和流体射流生成喷嘴单元的孔对准的设备和方法。特别地，这种激光-喷嘴自动对准的成功率应当很高，极少或甚至没有错误。另外，激光-喷嘴自动对准所需的时间应当尽可能短。特别地，与上述的传统设备相比，应当更快且更精确地将激光束与流体射流生成喷嘴对准。因此，本发明还旨在一种简单且紧凑的设备实现。

发明内容

本发明的目的是通过所附的独立权利要求中提供的解决方案来实现的。在从属权利要求中限定了本发明的有利实施方式。

特别地，本发明提出了一种激光-喷嘴自动对准过程，该过程基于光学地感测来自喷嘴的激光束反射，并计算地评估这些反射以获得完美的对准。

本发明的第一方面提供了一种用于利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工的设备，该设备包括：激光单元，该激光单元用于提供激光束；喷嘴单元，该喷嘴单元具有用于产生流体射流的孔；光学单元，该光学单元被配置成将激光束从激光单元提供到喷嘴单元上；控制单元，该控制单元被配置成控制光学单元和/或喷嘴单元来改变激光束在喷嘴单元上的入射点；感测单元，该感测单元被配置成感测从喷嘴单元的表面反射的激光并基于感测到的所述反射的激光产生感测信号；其中，所述控制单元被配置成评估感测信号，并在感测信号中确定定义的指示激光束与孔完全地和/或部分地对准的感测图案。