加工设备以及用于材料加工的方法技术

本发明专利技术涉及一种加工设备（１０），包括至少一个加工头（１６），该加工头用于提供至少一个高能加工射束（２２）、尤其是电子射束或激光射束。这种加工设备用于工件（２８）上的材料侵蚀或工件（２８）的材料连接，尤其用于工件焊接。根据本发明专利技术规定，所述加工头（１６）配备有至少一个设计成光学相干层析成像装置的扫描装置（３２），该扫描装置（３２）用于表面扫描。此外，提出了一种方法，该方法用于使用高能加工射束的材料加工，并用于借助光学相干层析成像装置对工件的未加工、已加工或正在加工的表面区域进行扫描。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有至少一个加工头的加工设备，该加工头设计成提 供至少一个高能加工射束，尤其是电子射束或激光射束。
技术介绍
市场上公知的加工设备能够实现一个或多个待加工工件与加工头之间 的相对运动，以实现侵蚀和/或连接的材料加工。加工头装配有以内置或分 离的方式实现的、高能加工射束一一尤其是激光射束或电子射束一一源。 这种加工设备的典型应用领域是借助激光射束进行工件材料的侵蚀或者借 助电子射束或激光射束进行塑料部件或金属部件的焊接。根据应用领域对 这种加工过程提出了严格的质量要求，其中，也要求相对于工件对高能加 工射束进行精确引导以及对工件上的加工结果进行控制。为此目的，已知 加工设备可以设有一个或者多个传感器装置，所述传感器装置在应用光学 测量方法(例如光截面法)和/或电学测量方法(例如涡流法)和/或声学测 量方法(例如超声方法)的情况下实现质量控制所需的加工结果检验。因为应用已知的测量方法的传感器受高能加工射束的影响很大和/或 需要与加工表面机械接触，所以必须在加工射束的加工位置与应用相应的测量方法的测量位置之间保持一最小距离。因此，加工射束的过程控制仅 能以一延时进行。该延时由加工速度以及加工位置与测量位置之间的几何 3巨离4寻出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种测量装置以及一种方法，该测量装置以及方法能够改进对使用高能加工射束的加工过程的过程控制。根据本专利技术，关于测量装置，所述目的通过具有权利要求l的特征的加工设备实现。本专利技术的有利构型是从属权利要求的主题。根据本专利技术，将加工设备设计成，为加工头配备有至少一个扫描装置， 所述至少一个扫描装置设计成光学相干层析成像装置并用于表面扫描。光学相干层析成像装置应理解为 一种测量装置，其借一助干涉仪来利用相干特性，即光(相互)干涉的能力。为此目的规定，借助一分束装置、 尤其借助于半透射镜将由宽带光源射出的光束分为两个射束。第 一射束在 一参考臂中引导，该参考臂具有已知的、可调节的长度。所述射束在参考 臂的末端被反射，再次在参考臂中引导，随后被输入一探测器中。第二射 束被引导至待测表面，并在该待测表面上被至少部分地重新向着相干层析 成像装置的方向反射。被反射的光同样被输入到相干层析成像装置的探测 器中，并在该4笨测器中与第一射束干涉。从探测器产生的测量信号可以获 取关于第二射束从分束器到探测器的路径长度的信息。从中可以求得相干 层析成像装置与待测表面之间的距离。代替例如平板或立方体形状的分束器，也可以使用具有两个分开的纤 维束的纤维耦合器/光纤连接器，用于输出所述两个射束。根据相干层析成像装置的技术设计，可以在时域或频域中串行地(时 间编码)或并行地(空间编码)进行测量。为设计在时间编码测量的情况 下、在频域中进行测量的相干层析成像装置，使用具有可变波长的光源一一 尤其是可调谐的激光，来取代用于其它设计的宽带光源。根据本专利技术，相干层析成像装置用于无接触地扫描不透光表面的表面 几何。相反，在根据本专利技术的方法中无法获得关于不透光表面下方的结构 的信息。可以一维、二维或者三维地进行表面扫描。 一维的表面扫描提供从相 干层析成像装置到被扫描表面的距离。二维表面扫描提供表面的走向/曲 线，即被扫描表面的线状表面外形，三维的表面扫描提供一面图像，即被扫描表面的表面形貌。借助由相千层析成像装置射出的、在待测表面上反射的测量光束来进 行表面扫描。反射光至少部分地被反射回光学相干层析成像装置，并与参 考光束一起被引导到探测器上。在该探测器中，根据测量光束的反射部分 与参考光束之间的干涉获取表面几何信息。光学相千层析成像装置对于表面的待测空间几何具有高分辨率。此外， 由高能加工射束确定的加工位置与通过光学相干层析成像装置进行表面扫 描的测量位置之间的距离可被选择得很小，优选被选择得极小。因此，加 工与表面测定之间仅存在很小，尤其极小的时间偏差，从而可以实施有利 的过程控制。实验表明，借助光学相千层析成像装置的表面扫描不受或至多仅极不 明显地受到很亮的过程光的干扰，所述过程光通常在借助高能过程光进行 加工时产生。这是相对于其他测量方法的重要优点，在其他方法中，在光 学探测器等中的过程光比实际的测量信号还要亮。在本专利技术的一种构型中提出，在一光纤中引导用于所述扫描装置的光 学参考路径。在已知的、作为自由射束在多个光学元件之间引导的参考路 径中，为此使用的光学元件的质量和调节必须满足严格的要求。在光纤 中 一一尤其是在塑料纤维或玻璃纤维中一一引导光学参考路径时，可以实 现参考路径的成本有利且紧凑的结构。在另一构型中提出，参考路径的光纤被放置在、尤其是缠绕在一能由 控制装置控制的膨胀体上。为了实施光学相干层析成像，必须使参考路径 的长度根据时间变化，该变化可以通过光纤的弹性膨胀实现。为此目的将 参考路径的光纤放置在一膨胀体上。膨胀体优选地由压电材料制造并通过 施加控制电压而改变体积，由此影响放置的光纤的长度。优选的是，膨胀 体被设计成圆柱形并被缠绕一层或多层光纤，从而确保了光纤的特别均匀 的膨胀。在本专利技术的另一构型中，所述光学参考路径的长度选择成，使得测量射束的出射面与待测表面之间的距离大于100 mm，优选地大于250mm，尤其优选地大于500 mm，尤其大于800mm。因此，以一适应于加工3巨离 的距离，实现对待加工、当前正在加工、或已完成加工的表面的几何的无 接触检测，所述加工距离位于加工头朝向工件的端面与工件之间。因此扫 描装置不会对加工头相对于工件的定位方面形成任何限制。在此，光学相 干层析成像装置的测量射束的出射面指的是这样的面在该面中由光学相 干层析成像装置向着工件的方向射出的测量射束变成自由射束，即不再通 过任何光学元件。在本专利技术的一种优选实施形式中，如此改变光学参考路径的长度，使 得光学相干层析成像装置的、沿着其指向工件的光轴的测量区域为至少3 mm,优选至少5mm,特别优选至少8 mm。为此目的，使参考路径以类 似的，特别是以相同的长度大小膨胀。也就是说，在参考路径膨胀了 8 mm 的情况下，可以以8 mm的范围/间隔获取#皮扫描的表面的深度信息。在本专利技术的另一构型中，在所述扫描装置上设置有一偏转装置，该偏 转装置用于使来自所述扫描装置的测量射束偏转到测量目标上、以及使来 自所述测量目标的反射射束偏转到所述扫描装置中。借助偏转装置，可以 与加工头和工件之间的相对运动无关地将测量射束引导到工件表面上。由 此可以改变例如高能加工射束在工件上的入射位置与测量射束在工件表面 上的测量位置之间的距离。为了能够探测工件的表面几何，此外还规定， 借助偏转装置使由测量目标反射的射束至少部分地被输入到扫描装置中， 从而使测量射束的光路和反射射束的光路相同。在本专利技术的其他构型中，所述偏转装置具有至少一个可动地悬置的、 能由一控制装置控制的镜。该镜用于使测量射束和反射射束偏转，该镜能 在一个或多个空间方向上摆动，以实现测量射束相对于工件表面一维或二 维的相对运动，进而实现对工件表面的线形的或平面的扫描。在本专利技术的 一优选的实施形式中，该镜可万向地悬置并通过多个能独立进行控制的压 电调节元件在多个空间方向上摆动。在本专利技术的其他构型中，在镜和测量目标之间的光路中i殳置一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工设备（１０），包括至少一个加工头（１６），所述至少一个加工头用于提供至少一个高能加工射束（２２），尤其是电子射束或激光射束，其特征在于，所述加工头（１６）配备有至少一个扫描装置，所述至少一个扫描装置设计成光学相干层析成像装置（３２）并用于表面扫描。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C迪亚茨，M科戈尔霍拉切尔，
申请(专利权)人：普莱斯泰克光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[]