[发明专利]在子采样引起失真下借由低相干光干涉技术确定机体与物体表面的间隔距离的方法及系统

说明书

本发明描述了一种用于确定物体或材料与物体或材料的加工刀具或测量仪器之间的间隔距离的方法和系统，包括：产生低相干光辐射的测量光束，导引该测量光束射向物体，并导引自物体反射或漫射的测量光束沿第一入射方向射向光干涉传感器机构；产生低相干光辐射的参考光束，并导引参考光束相对于测量光束的第一入射方向以预设入射角度沿第二入射方向射向光干涉传感器机构；使测量光束和参考光束叠加在传感器机构的公共入射区域上；检测测量光束与参考光束之间的干涉条纹图案在入射区域上的位置；以及基于干涉条纹图案沿着入射区域的照射轴的位置，确定测量光路与参考光路之间的光程差，这表示以下二者之差：(a)加工刀具或测量仪器与物体表面之间的当前间隔距离，(b)预定标称间隔距离，其中，传感器机构包括沿着照明轴的光电探测器布置，并以此方式控制入射角度，即干涉条纹图案的空间频率大于光电探测器的空间频率。

技术领域

本发明总体上涉及工业处理方法或测量方法，更具体地涉及一种用于确定物体或材料与所述物体或材料的机体、例如所述物体或材料的加工刀具或测量仪器之间的间隔距离的方法和系统。

根据另一方面，本发明涉及一种工件或材料的处理机床。

根据又一方面，本发明涉及一种根据权利要求15的前序部分所述的工件或材料的激光处理机器。

背景技术

在本说明书和权利要求书中，术语“物体”是指正测量的成品或正处理的工件。应用于机床，特别是应用于激光处理机器时，术语“工件”以及优选实施例中的“金属件”用于表示任何产品，诸如具有闭合横截面(例如中空的圆形、矩形或正方形截面)或开口横截面(例如扁平横截面或L形、C形或U形截面等)的板材或细长型材。术语“材料”或增材制造中的“前体材料”表示通常是粉末的原料，该原料借由激光束经受烧结或局部熔化。

在工业过程中，通常使加工刀具接近物体或材料而不与之接触，以便例如通过发出辐射或工作流体而以一定距离对其进行处理。现有技术中还已知，在产品的制造过程中，测量仪器接近正处理的工件或材料，或者接近成品，以便在中断期间、处理过程中或结束时检测其任何几何特征或物理特性。

举工业处理方法为例，在激光处理工件(特别是板材和金属型材)的过程中，使用激光辐射作为若干应用的热处理刀具，这取决于有关激光束与正处理的工件相互作用的参数，特别是激光束在工件上的每入射体积的能量密度以及相互作用的时间间隔。

例如，通过在金属件上长时间(以秒为量级)引导低能量密度(以每平方毫米表面数十瓦为量级)，发生硬化过程，同时通过在同一金属件上在以飞秒或皮秒为量级的时间内引导高能量密度(以每平方毫米表面数十兆瓦为量级)，发生光蚀过程。在能量密度增高且处理时间缩短的中间范围内，通过控制这些参数可实现焊接、切削、钻削、雕刻、标记过程。通过从工作头发出激光束发生这些过程，该工作头的操作距离远离经受该过程的工件。

在许多过程中，包括钻削和切削的工作过程，还需在激光束与材料相互作用的处理区域中生成辅气流，其具有推动熔体的机械功能或辅助燃烧的化学功能，或甚至屏蔽处理区域周围环境的技术功能。辅气流也是从位置与正处理的工件相隔的特定喷嘴中喷出。

在增材过程中，由于辅气流，该材料可以例如呈长丝形式，或呈从喷嘴喷出的粉末形式，或甚至可以替选地呈粉末床形式。因此，该材料通过激光辐射熔化，从而在所述材料重新固化之后获得三维模具。

在激光处理材料领域中，激光切削、钻削和焊接是可由同一机器执行的过程，该机器能够产生在材料的至少一个处理平面上具有预设横向功率分布的高功率聚焦激光束，通常是功率密度为1-10000kW/mm²的激光束，并控制光束沿材料入射的方向和位置，视需要控制辅气流的方向。可对材料执行的各种类型处理之间的差异基本上归因于所用激光束的功率以及激光束与受处理材料之间的相互作用时间。

图1示出对正处理的工件进行操作的机床。