用于激光加工系统的测量间距的装置和方法以及激光加工系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于激光加工系统(100)的测量间距的装置(200)，其包括：准直仪光学系统(210)，所述准直仪光学系统设置用于将光学测量射束准直；偏转光学系统(220)，所述偏转光学系统确定光轴(201)其中，偏转光学系统(220)包括至少一个透射光学元件(222，224)，所述透射光学元件能够相对于光轴(201)移动，以便使被准直的光学测量射束(13)从光轴(201)偏转；和聚焦光学系统，所述聚焦光学系统设置用于将经偏转的光学射束(13')聚焦到工件(1)上。

The device and method for measuring the distance of laser processing system and laser processing system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光加工系统的测量间距的装置和方法以及激光加工系统
本专利技术涉及一种用于激光加工系统的测量间距的装置和方法，并且涉及一种激光加工系统。本公开文件特别是涉及具有光学相干断层成像装置的激光焊接头。
技术介绍
在激光深焊接工艺中，在沿着加工射束的光轴的焊接过程期间形成蒸汽毛细管，所述蒸汽毛细管也称为“Keyhole，小孔”并且由液态熔体包围。蒸汽毛细管的深度与焊缝深度或焊入深度有关。焊入深度是一个重要的参数，因为过小的深度可能导致焊接处强度不足。与此相反，过大的深度可能导致透焊，从而可在背面看到焊缝。为了确定蒸汽毛细管的深度或焊入深度可以使用测量射束，所述测量射束被引导到蒸汽毛细管中。在此，测量射束在工件表面上的大小或直径以及横向射入位置对于蒸汽毛细管的深度或焊入深度的无误差测量都是决定性的。测量射束的射入位置可以通过使测量射束偏转来调节。因为在光学射束偏转期间测量射束不再沿着光轴延伸，所以测量射束经受像差(Aberrationen，光行差)，所述像差增大测量射束在焦点区域内的直径。因此可能使对蒸汽毛细管的深度或焊入深度的测量是不准确的并且是有错误的。如同在出版物US2016/0039045A1，DE102013225108A1，EP1977850B1和DE102014113283B4中示例性地描述的那样，可以使用反射镜光学系统(例如Galvo-Scanner，振镜扫描仪)用于光学射束偏转。在将测量射束定位到蒸汽毛细管上时，反射镜具有两个缺点。一方面，由于反射原理，反射镜角度的微小改变导致测量射束的位置大地改变。另一方面，平面镜除了方向改变外不影响测量射束。换句话说，通过平面镜不能补偿像差，所述像差例如在聚焦光学系统中在测量射束非轴向地穿过时产生。在使用振流扫描仪的情况下，F-Theta透镜可以用作聚焦光学系统，所述聚焦光学系统确保使测量射束与偏转无关地始终保持相同的直径。然而这些透镜是昂贵的并且通常也仅针对一个波长是最优的。而高能加工射束和测量射束通常具有不同的波长。此外，WO2016/062636A1公开了一种用于在借助焊接或连接工件时实时测量焊缝深度的装置。为了横向地调整测量射束的焦点位置使光导体的出射面/入射面能够相对于准直透镜横向于该准直透镜的光轴移动。为此需要高精度的驱动装置。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种用于激光加工系统的测量间距的装置和方法以及一种激光加工系统，其能够实现高精度地测量间距、例如测量蒸汽毛细管的深度、测量接合部几何形状或焊缝上方焊瘤的形貌图等。该任务通过独立权利要求的主题来解决。本专利技术的有利构型在从属权利要求中给出。根据本专利技术的实施方式给出一种用于激光加工系统的测量间距的装置。所述装置包括：准直仪光学系统，所述准直仪光学系统确定光轴并且设置用于将光学测量射束准直；偏转光学系统，其中，所述偏转光学系统包括至少一个透射光学元件，所述透射光学元件能够相对于所述光轴移动，以便使被准直的光学测量射束从所述光轴偏转。所述装置还可以包括聚焦光学系统，所述聚焦光学系统设置用于将经偏转的光学射束聚焦到工件上。所述光学射束可以是光学测量射束。替换地，所述光学射束可以是加工射束，其中，附加地将测量射束沿着光轴聚焦到工件上。根据本专利技术的用于激光加工系统的测量间距的装置可以例如包括：准直仪光学系统，所述准直仪光学系统确定光轴并且设置用于将光学测量射束准直；和偏转光学系统，其中，偏转光学系统包括至少一个透射光学元件，所述透射光学元件能够相对于光轴移动，以便使被准直的光学测量射束从光轴偏转；其中，偏转光学系统在光路中布置在聚焦光学系统之前，所述聚焦光学系统设置用于将偏转的光学测量射束聚焦到工件上。替换地，根据本专利技术的用于激光加工系统的测量间距的装置可以包括：准直仪光学系统，所述准直仪光学系统确定光轴并且设置用于将光学测量射束准直；和偏转光学系统，其中，偏转光学系统包括至少一个透射光学元件，所述透射光学元件能够相对于光轴移动，以便使被准直的加工射束从光轴偏转；其中，所述偏转光学系统在光路中布置聚焦光学系统之前，所述聚焦光学系统设置用于将偏转的加工射束聚焦到工件上。偏转光学系统可以在光路中布置在用于将偏转的光学测量射束聚焦到工件上的聚焦光学系统之前。在此，聚焦光学系统可以是所述装置的一部分，或者是激光加工系统的一部分。至少一个可移动的透射光学元件能够基本上横向于或垂直于光轴移动。偏转光学系统可以附加地包括至少一个固定的透射光学元件。至少一个透射光学元件可以包括或者可以是平凹透镜和/或平凸透镜和/或非球面或球面透镜。至少一个透射光学元件可以包括第一透射光学元件和第二透射光学元件。在此，第一透射光学元件可以在光路中布置在第二透射元件之前。第一透射光学元件可以是平凹透镜，并且第二透射光学元件可以是平凸透镜。替换地，第一透射光学元件可以是平凸透镜，并且第二透射光学元件可以是平凹透镜。平凹透镜可以具有第一半径，并且平凸透镜可以具有第二半径，其中，第一半径和第二半径基本相等。第一半径和/或第二半径可以处于20至2000mm的范围内，第一半径和/或第二半径可以特别是大约200mm。透射光学元件可以或者由相同的光学材料构成或者由不同的光学材料构成。第一透射光学元件和第二透射光学元件能够相对彼此移动。第一透射光学元件或第二透射光学元件能够相对于光轴移动。不同于第一透射光学元件和第二透射光学元件的另外的透射光学元件可以相对于光轴基本上位置固定。然而不仅第一透射光学元件而且第二透射光学元件也能够相对于光轴移动。偏转光学系统或至少一个透射光学元件可以设置用于补偿光学测量射束在工件处的像差。偏转光学系统或至少一个透射光学元件可以特别是设置用于补偿聚焦光学系统的像差。所述装置可以包括相干干涉仪。根据本公开文件的另外的实施例给出一种激光加工系统。激光加工系统包括用于产生加工射束的激光装置，其中，激光装置设置用于将加工射束引导到工件的加工区域上；和根据在此所述的实施方式的用于测量间距的装置。激光装置可以包括用于将加工射束准直的准直仪光学系统和/或用于将加工射束聚焦到工件上的聚焦光学系统。聚焦光学系统也可以设置用于将偏转的测量射束聚焦到工件上，用于测量间距的装置的光轴或偏转光学系统的光轴可以与激光装置的光轴一致。加工射束和光学测量射束可以是至少部分同轴的。加工射束和光学测量射束特别是至少部分同轴地叠加。所述装置可以设置用于将光学测量射束相对于加工射束在工件上的加工方向或进给方向上在加工射束之前、即在工件的还待加工的区域上、在加工射束之后、即在工件的已加工的区域上或者在加工射束的位置上提供。根据另外的实施方式给出一种用于激光加工系统的测量间距的方法。所述方法包括：将光学测量射束准直；通过移动至少一个透射光学元件使被准直的光学测量射束偏转；以及将偏转的光学测量射束聚焦到工件上。所述方法还可以包括：在使用由所述工件反射的测量射束的情况下确定在所述工件上的蒸汽毛细管的深度或深度轮廓曲线和/或所述工件的形貌图。优选的可选实施方式和本公开文件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光加工系统(100)的测量间距的装置(200)，其包括：/n准直仪光学系统(120，210)，所述准直仪光学系统确定光轴(201)并且设置用于将光学射束(10，13)准直；和/n偏转光学系统(220)，其中，所述偏转光学系统(220)包括至少一个透射光学元件(222，224)，所述透射光学元件能够相对于所述光轴(201)移动，以便使被准直的光学射束(13)从所述光轴(201)偏转；/n其中，所述偏转光学系统(220)在光路中布置在聚焦光学系统(130，230)之前，所述聚焦光学系统设置用于将经偏转的光学射束(13')聚焦到工件(1)上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 DE 102017114033.61.一种用于激光加工系统(100)的测量间距的装置(200)，其包括：
准直仪光学系统(120，210)，所述准直仪光学系统确定光轴(201)并且设置用于将光学射束(10，13)准直；和
偏转光学系统(220)，其中，所述偏转光学系统(220)包括至少一个透射光学元件(222，224)，所述透射光学元件能够相对于所述光轴(201)移动，以便使被准直的光学射束(13)从所述光轴(201)偏转；
其中，所述偏转光学系统(220)在光路中布置在聚焦光学系统(130，230)之前，所述聚焦光学系统设置用于将经偏转的光学射束(13')聚焦到工件(1)上。


2.根据权利要求1所述的装置(200)，其中，所述光学射束(10，13)是光学测量射束(13)。


3.根据权利要求1所述的装置(200)，其中，所述光学射束(10，13)是所述激光加工系统(100)的加工射束(10)，并且所述装置还包括用于射入光学测量射束(13)的光源(248)，所述光学测量射束可以通过所述聚焦光学系统(130，230)聚焦到所述工件(1)上。


4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，其中，所述至少一个透射光学元件(222，224)能够基本上垂直于所述光轴(201)地移动。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，其中，所述至少一个透射光学元件(222，224)包括或者是平凹透镜和/或平凸透镜和/或球面透镜和/或非球面透镜。


6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(200)，其中，所述偏转光学系统(220)包括第一透射光学元件(222)和第二透射光学元件(224)，所述第一透射光学元件和所述第二透射光学元件在光路中前后相继地布置，并且所述第一透射光学元件和所述第二透射光学元件中的至少一个是能移动的。


7.根据权利要求6所述的装置(200)，其中，所述第一透射光学元件(222)是平凹透镜，并且所述第二透射光学元件(224)是平凸透镜，或者，所述第一透射光学元件(222)是平凸透镜，并且所述第二透射光学元件(224)是平凹透镜。


8.根据权利要求7所述的装置(200)，其中，所述平凹透镜具有第一半径，并且所述平凸透镜具有第二半径，其中，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·莫泽，
申请(专利权)人：普雷茨特两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE