校准设备、加工系统和校准方法技术方案

结合所有附图，本发明专利技术涉及一种用于将加工机器的多个光学工具校准到共同的焦点位置的设备(10)。设备(10)具有用于通过光阑的光阑孔径(14)检测和发出光(38)的光传感器(60，62)和光源(56，58)。本发明专利技术还涉及一种具有这种设备(10)和多个光学工具的加工系统。最后，本发明专利技术涉及一种用于通过这种设备(10)校准光发射工具和光探测光学工具的方法。具和光探测光学工具的方法。具和光探测光学工具的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】校准设备、加工系统和校准方法


[0001]本专利技术涉及一种用于具有多个光学工具的加工系统的校准设备，其中，该校准设备具有用于检测光的传感器组件。本专利技术还涉及一种用于校准具有多个光学工具的加工系统的方法以及一种具有多个光学工具的加工系统。

技术介绍

[0002]具有光学工具的现代机床、尤其是激光切割机器除了具有实际的加工工具之外经常具有附加光学工具。附加光学工具可以用于例如支持加工工具和/或用于质量保证目的。这改进了使用机床执行的加工过程。
[0003]为了能够在加工过程中更精确地使用光学工具，光学工具必须关于它们的焦点位置进行校准。为此目的，通常已知的是将光学工具彼此分开地校准，并且为此可以针对每个光学工具使用单独的校准装置。
[0004]DE 10 2004 043 072 A1披露了一种通过激光束进行加工的设备。该设备具有相对于至少一个工件可移动的激光头、用于将激光束定向并聚焦在有效区的光学组件、以及布置在激光头处并指向有效区的至少一个摄像机。激光头可定位在空间上固定的校准站中，其中，校准站在有效区中包含校准对象。校准站由平板构成。固定的图案和轨道位于板的表面上。为了更好的可识别性，图案可以由自光发射元件形成。作为自光发射元件可以设置发光二极管，这些发光二极管位于板的表面中的凹陷部中并且每个被覆盖有扩散面板。用于射束测量的装置集成在板的中心。为此，在表面中提供以矩阵形式布置的光接收器。
[0005]DE 10 2018 219 129 B3披露了一种用于确定测量镜扫描仪的测量坐标系与加工镜扫描仪的加工坐标系之间的平移和/或旋转偏差的方法，该测量镜扫描仪可围绕两个轴倾斜并且使例如通过相干断层成像机器产生的测量射束二维地转向，该加工镜扫描仪可围绕两个轴倾斜并且使由测量镜扫描仪转向的测量射束以及加工射束二维地转向到工件上，其中，在工件处被反射的测量射束沿入射测量射束的路径返回并由空间分辨测量传感器检测以求取与工件相关的空间分辨信息，并且其中，在测量镜扫描仪的零位置处，被反射的测量射束在先前已知的图像位置处成像到测量传感器的传感器图像中。为了确定加工坐标系与测量坐标系之间的平移偏差，求取加工射束相对于布置在工件支撑平面上的针孔光阑检测器的针孔光阑中心的x
‑
y焦点位置偏差。这是通过以下步骤完成的：在x
‑
y网格中用经加工镜扫描仪转向的加工射束来扫描针孔光阑，并通过布置在针孔光阑下游的检测器表面来分析处理在每个网格点中检测到的激光输出。然后将加工镜扫描仪固定在已基于所求取的x
‑
y焦点位置偏差已校正的扫描位置，在该扫描位置加工射束的焦点位置正好位于针孔光阑中心。在以这种方式固定加工镜扫描仪的情况下，借助于测量传感器通过借助由测量镜扫描仪转向的测量射束扫描针孔光阑，以空间分辨的方式检测针孔光阑的高度。基于测量传感器的传感器图像中存在的、对应于加工射束的焦点位置的先前已知图像位置与高度方面已检测的针孔光阑的针孔光阑中心之间的偏差，可以确定加工坐标系与测量坐标系之间的平移偏差Δx、Δy。
[0006]专利技术目的
[0007]本专利技术的目的是实现加工系统的多个光学工具相对于彼此简单且精确的校准。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术，此目的通过根据专利权利要求1所述的校准设备、根据专利权利要求13所述的方法和根据专利权利要求16所述的加工系统来实现。
[0009]根据本专利技术的校准设备
[0010]该目的因此通过一种用于具有多个光学工具的加工系统的校准设备来实现。校准设备具有带有光阑孔径的壳体、用于检测穿过光阑孔径入射的光的传感器组件和用于将光发出穿过光阑孔径的光源组件。
[0011]校准设备用于将光学工具校准到共同的焦点位置。为了校准焦点位置(“聚焦”)，首先可以检测相应光学工具的焦点的实际焦点位置。接下来，根据光阑孔径设置焦点。尤其是，相应光学工具可以通过光阑孔径的“对焦(Scharfstellen)”从非校准状态转变为校准状态。原则上，使用相同的校准设备来校准加工系统的多个光学工具，特别优选为所有光学工具。通过使用根据本专利技术的校准设备来校准加工系统的多个光学工具或所有光学工具可以特别快速且容易地执行校准，这与使用单独的装置来校准各个光学工具时不同。此外，光学工具的焦点位置的匹配通过(由光阑孔径定义的)共同的参考位置得到改善。
[0012]传感器组件具有至少一个传感器。传感器组件构造为间接或直接检测入射光的光强度。为此目的，传感器组件可以构造用于检测温度和/或亮度。通过检测光强度，可以得出关于穿过光阑孔径入射的光的结论。如果光发射光学工具发出的光是已知的，则可以通过检测穿过光阑孔径入射的光来得出与光发射光学工具相对于光阑孔径的焦点位置有关的结论。例如，如果检测的光对应于由光学工具发出的光，则焦点位置对应于光阑孔径的位置(即，焦点位于光阑孔径中)。
[0013]光源组件用于照射校准设备的光阑孔径。换言之，光阑孔径通过由光源组件发出的光的发射而突出显示。基于发射穿过光阑孔径的光，可以校准光探测光学工具的焦点位置。这里可以设置，光源组件发出具有可以被待校准的光学工具检测到的定义的波长的光。尤其是，光源组件可以构造为发出不同波长的光。以这种方式，通过用特定波长的光照射光阑孔径来突出显示光阑孔径可以特别地匹配待校准的不同光学工具。
[0014]术语“光”在本文中理解为是指电磁辐射，尤其是具有至少10nm和/或至多1mm的波长的电磁辐射。
[0015]除了光阑孔径之外，壳体优选在所有侧面被封闭。这可以防止灰尘渗入壳体。壳体典型地由多个部分构造。这简化了部件的布置和/或更换，例如在校准设备的生产和/或维修期间。
[0016]原则上，光源组件和传感器组件布置在壳体中。以这种方式，入射光可以在定义的条件下通过传感器组件检测。同样，光可以在定义的条件下从光源组件发出穿过光阑孔径。校准的干扰因素(比如环境光)由此被最小化。这提高了校准的准确度。
[0017]在一种优选的实施方式中，校准设备具有电路板，该电路板布置在壳体中并且光源组件和/或传感器组件保持在该电路板上。因此可以有利地仅在一个制造步骤中布置电子部件(电路板、传感器组件、光源组件)并且仅在另一个制造步骤中将电路板布置在壳体
中。
[0018]电路板优选地平行于具有光阑孔径的光阑布置。换言之，电路板可以正交于光阑孔径的光阑轴布置。这可以防止光学失真。电路板优选地被保持夹紧在壳体中，尤其是夹紧在可彼此拆卸的两个壳体部分之间。以这种方式，可以有效地固定电路板在壳体中的位置。
[0019]根据此实施例的一个优选的扩展方案设置，传感器组件布置在电路板的背离光阑孔径的一侧上。设置导光结构以将穿过光阑孔径入射的光引导至传感器组件。换言之，电路板用作传感器组件的光保护。以这种方式，可以保护传感器组件免受入射光的直接照射。这有效地防止了对传感器组件的损坏。无论传感器组件的光保护位置如何，导光结构都能够检测穿过光阑孔径入射的光。
[002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】1.一种用于具有多个光学工具的加工系统的校准设备(10)，所述校准设备具有
‑
壳体(12)，所述壳体具有光阑孔径(14)，
‑
传感器组件(52)，所述传感器组件用于检测穿过所述光阑孔径(14)入射的光(38)，以及
‑
光源组件(54)，所述光源组件用于将光发出穿过所述光阑孔径(14)。2.根据权利要求1所述的校准设备，所述校准设备还具有布置在所述壳体(12)中的电路板(46)，所述光源组件(54)和/或所述传感器组件(52)保持在所述电路板上。3.根据权利要求2所述的校准设备，其中，所述传感器组件(52)布置在所述电路板(46)的背离所述光阑孔径(14)的一侧，其中，设置导光结构，所述导光结构用于将穿过所述光阑孔径(14)入射的光(38)引导至所述传感器组件(52)。4.根据权利要求3所述的校准设备，其中，所述导光结构具有透光套筒(64)，所述电路板(46)借助所述透光套筒保持在所述壳体(12)中。5.根据权利要求2至4中任一项所述的校准设备，所述校准设备具有布置在所述光阑孔径(14)与所述电路板(46)之间以将穿过所述光阑孔径(14)入射的光(38)换向的光学元件(42)。6.根据前述权利要求中任一项所述的校准设备，其中，所述传感器组件(52)具有光电二极管(60)和/或温度传感器(62)。7.根据前述权利要求中任一项所述的校准设备，其中，所述光源组件(54)具有至少一个第一光源(56)、尤其是发光二极管，所述至少一个第一光源用于发出波长为至少760nm、优选为至少1100nm、特别优选为至少1500nm、并且优选为至多2000nm、特别优选为至多1600nm的光。8.根据前述权利要求中任一项所述的校准设备，其中，所述光源组件(54)具有至少一个第二光源(58)、尤其是发光二极管，所述至少一个第二光源用于发出波长为至多760nm、特别优选为至多650nm、并且优选为至少610nm、特别优选为至少640nm的光。9.根据前述权利要求中任一项所述的校准设备，所述校准设备还具有正交于所述光阑孔径(14)的光阑轴(40)延伸的测试板(16)，尤其其中，所述测试板(16)具有局部涂覆的、优选阳极氧化的表面(36)。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：通快激光有限责任公司，
类型：发明
国别省市：