激光加工系统和用于使用激光光束加工工件的方法技术方案

本公开涉及一种用于激光加工系统(100)的加工头(101)，所述激光加工系统(100)被配置成能够使用激光光束(10)加工工件(1)。所述加工头(101)包括具有用于从加工头(101)发射激光光束(10)的开口(212)的壳体(210)；在所述壳体(210)处的至少一个反射基准(214)；以及被配置成能够将光学测量光束(13)引导向开口(212)和至少一个反射基准(214)的测量装置(120)，其中，所述测量装置(120)还被配置成能够根据来自至少一个反射基准(214)的光学测量光束(13)的第一反射(A)和来自工件(1)的光学测量光束(13)的第二反射点(B)来确定端部部分(216)和工件(1)之间的距离(d1)。工件(1)之间的距离(d1)。工件(1)之间的距离(d1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光加工系统和用于使用激光光束加工工件的方法


[0001]本公开涉及一种被配置成能够使用激光光束加工工件的激光加工系统，以及一种用于使用激光光束加工工件的方法。特别地，本公开涉及一种例如用于激光焊接或激光切割的激光加工头，其具有用于测量到工件的距离的光学相干断层扫描仪。

技术介绍

[0002]在用于使用激光加工材料的装置中、例如在用于激光焊接或激光切割的激光加工头中，从激光光源或激光纤维的端部发射的激光光束借助于光束引导和聚焦光学器件聚焦或准直在待加工的工件上。
[0003]对于材料的激光加工、特别是激光切割或激光焊接，加工头与工件表面之间的距离或布置在加工头的端部的喷嘴与工件表面之间的距离必须保持恒定。加工期间保持距离越恒定，加工过程运行就越稳定。通常，电容式测量方法用于距离测量，其中，工件表面和切割喷嘴的表面形成电容器，该电容器是谐振电路的一部分。然而，由于工件以及切割机器的其它零件、例如型材切割机器的三爪卡盘都处于接地电位，因此场线不仅会在切割喷嘴与工件之间形成，而且也在切割喷嘴与布置在切割喷嘴旁边的三爪卡盘之间形成。喷嘴越靠近三爪卡盘，对测量的距离信号的影响就越大。当从金属板上切割零件时会出现类似情况：通常，被激光光束切割的零件不会从金属板上掉出来，而是会被卡住，因此可能会从金属板上突出出来。因此，在没有三爪卡盘的平板切割中，电容式距离测量也可能会受到影响。否则，切割的零件可能会从金属板上掉落。如果切割运行非常接近切割轮廓，则电容式距离测量可能会受到影响，因为电容器表面含有孔。
[0004]因此，在电容式测量方法中，在测量到切割喷嘴下方的工件表面的距离时，存在很大的侧向灵敏度。因此，使用电容式测量方法来测量到工件的距离可能是不准确的。
[0005]DE 10 2014 011 569 B4公开了一种用于借助于光学相干层析成像技术测量工件与激光加工装置的加工头之间的距离的方法。

技术实现思路

[0006]本公开的目的是提供一种用于被配置成能够使用激光光束加工工件的激光加工系统的加工头以及一种用于使用激光光束加工工件的方法，其允许到工件的距离的精确且无误差的测量。
[0007]该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中规定了本专利技术的有利实施例。
[0008]根据本公开的一个方面，公开了一种用于使用激光光束加工工件、优选地用于使用激光光束切割工件的激光加工系统。所述激光加工系统包括具有壳体的加工头，所述壳体具有用于使激光光束从加工头发射的开口和用于反射测量光束的至少一个反射基准。换句话说，开口可以形成为使得在激光加工系统的操作期间，激光光束离开开口并冲击工件。所述至少一个反射基准可以布置在壳体中。激光加工系统还包括被配置成能够将测量光束
引导到开口和至少一个反射基准的测量装置，其中，所述测量装置还被配置成能够基于(i)来自所述至少一个反射基准的光学测量光束的第一反射和(ii)来自工件的光学测量光束的至少一个第二反射来确定加工头(或加工头的端部部分)与工件之间的距离。端部部分可以是加工头的包括开口和/或在加工期间与(直接)工件相对的部分。反射基准可以位于端部部分处或与其相邻。光学测量光束和激光光束可以至少在开口的区域中在加工头中基本上彼此平行地、特别是同轴地延伸。换句话说，光学测量光束的和激光光束的光束轴线优选地基本上平行或同轴地延伸穿过开口。因此，光学测量光束和激光光束可以同轴和/或垂直地冲击工件表面。光学测量光束可以以一定角度冲击反射基准。因此，反射光束或第一反射也可以与光学测量光束和/或激光光束不平行或不同轴。
[0009]优选地，测量装置还被配置成能够基于来自加工底面或激光光束的加工点的第三反射来确定工件的表面与加工底面之间的距离和/或加工头与加工底面之间的距离。例如，加工可以是焊接工艺、切割工艺、穿孔工艺或烧蚀工艺，其中，去除材料以形成盲孔。因此，加工点可以是焊接点、切割点、穿刺点或烧蚀点。换句话说，不仅可以确定例如喷嘴的端部部分与工件表面之间的距离。例如，通过确定工件的表面与加工底面之间的距离，可以确定加工深度，即切割深度、穿孔深度、烧蚀深度或焊接深度。因此，可以同时确定到工件的距离和加工深度或到加工底面的距离。为此，优选地使用具有圆形横截面并且直径大于开口的直径的连续测量光束，从而产生第一和第二反射以及第三反射。
[0010]根据本公开的另一个方面，提供一种用于使用激光光束加工工件的方法。所述方法包括：提供具有壳体的加工头，所述壳体具有用于使激光光束从加工头发射的开口；将激光光束引导到所述开口；将光学测量光束引导到所述开口和在所述壳体处的至少一个反射基准；以及基于(i)来自所述至少一个反射基准的光学测量光束的第一反射和(ii)来自工件的光学测量光束的至少一个第二反射来确定加工头或加工头的端部部分与工件之间的距离。光学测量光束和激光光束可以至少在开口的区域中在加工头中基本上彼此平行地延伸。此外，在确定距离时，可以考虑至少一个反射基准与端部部分之间的偏移。所述方法可以由本公开的加工头来实现。此外，所述加工头可以被配置成能够执行根据本公开的方法。
[0011]根据本专利技术，使用至少两个光学测量信号，以及可选地使用至少一个反射基准与加工头的端部部分之间的偏移来确定加工头的端部部分、例如切割喷嘴与工件之间的距离。这允许精确且无误差地测量到工件的距离。此外，当利用激光辐射切割时，加工头、特别是喷嘴或切割喷嘴与工件的表面之间的距离可以保持恒定。由于切割期间的距离恒定，因此加工过程更加稳定。
[0012]由于光学测量光束和激光光束的平行或同轴走向，特别是在长距离时，也可以提高距离确定的精度。在较大距离处，通过开口倾斜地发射的测量光束可能会落入金属板中的相邻切割轮廓中，从而无法提供有关加工头与工件表面之间距离的信息。同样，通过开口倾斜地发射的测量光束可能会落在被卡住的切出部分上，从而提供有关距离的错误信息。
[0013]根据这些方面的方法和激光加工系统可以单独或组合具有以下优选特征：
[0014]在一些实施例中，光学测量光束和激光光束至少在开口的区域中在加工头中彼此同轴。在开口的区域中，光学测量光束或其光束轴线可以与激光加工头的光轴同轴或平行。光学测量光束和激光光束可以具有不同的波长。这样，可以将激光光束的反射部分与光学测量光束的反射区分开或分离。
[0015]优选地，所述测量装置被配置成能够基于来自所述至少一个第二反射的距离与来自所述第一反射的距离之间的差考虑到偏移地来计算所述端部部分与所述工件之间的距离。所述端部部分可以是加工头的与工件相对的最末端。在一些实施例中，加工头的端部部分与工件的表面之间的距离可以被限定成使得加工头、例如切割喷嘴在端部部分与工件的表面之间的距离大约为零时接触工件的表面，并且在距离大于零时，不接触工件的表面(即存在间隙)。这使得能够确保在加工过程期间在切割喷嘴与工件之间存在间隙。此外，喷嘴与工件之间的碰撞检测是可能的。
[0016]优选地，至少一个反射基准包括反射表面和/或反射边缘和/或反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用激光光束(10)加工工件(1)的激光加工系统(100)，其包括：具有壳体(210)的加工头(101)，所述壳体(210)具有用于使所述激光光束(10)从所述加工头(101)发射的开口(212)；和用于反射测量光束的至少一个反射基准(214)；以及测量装置(120)，其被配置成能够将光学测量光束(13)通过所述开口(212)引导到所述工件(1)和所述反射基准(214)上，所述光学测量光束(13)基本上平行于所述激光光束(10)地通过所述开口(212)，其中，所述测量装置(120)还被配置成能够基于来自所述反射基准(214)的所述光学测量光束(13)的第一反射(A)和来自所述工件(1)的所述光学测量光束(13)的第二反射(B)来确定所述加工头(101)与所述工件(1)之间的距离(d1)，以及基于所述第一反射(A)和来自所述激光光束(10)的加工点的第三反射(C)来确定加工深度和/或到加工底面的距离。2.根据权利要求1所述的激光加工系统(100)，其中，所述测量装置(120)被配置成：能够在考虑所述反射基准(214)与所述加工头(101)的包括所述开口(212)的端部部分(216)之间的已知的偏移(z)的情况下，确定所述端部部分(216)与所述工件(1)之间的距离(d1)。3.根据权利要求1或2所述的激光加工系统(100)，其中，所述反射基准(214)设置在所述壳体内和/或邻近所述开口(212)。4.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工系统(100)，其中，所述光学测量光束(13)与所述激光光束(10)同轴地引导通过所述开口(212)。5.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工系统(10...

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