本发明专利技术涉及一种用于在激光射束（2）的二维工作区域（7）中或三维工作空间中的多个测量点处求取借助扫描器光学系统（5）或x-y运动单元（5'）能够在x-y方向上偏转并且借助聚焦光学系统（4）或z运动单元（6）能够在z方向上行进的激光射束（2）的焦点位置或射束轮廓的方法，在所述测量点的每一个处设置具有后置的探测器（13）的孔眼光阑（11）。对于x-y焦点位置测量或射束轮廓测量，在所述测量点的每一个处借助所述扫描器光学系统（5）或x-y运动单元（5'）使所述激光射束（2）在x-y格栅中运动到所述孔眼光阑（11）的测量孔（12）上，以及在所述扫描器光学系统（5）或x-y运动单元（5'）的扫描器轴位置固定的情况下在所述格栅点的每一个处借助所述探测器（13）测量激光功率和/或对于z焦点位置测量借助所述聚焦光学系统（4）或z运动单元（6）使所述激光射束（2）在z方向上在所述孔眼光阑（11）的测量孔（12）内行进以及在所述格栅点的每一个处借助所述探测器（13）测量激光功率。在相应的测量点处由所述测量值求取所述激光射束（2）的焦点位置和/或射束轮廓。
【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用于在二维工作区域中或在三维工作空间中的多个测量点处求取借助扫描器光学系统或x-y运动单元能够在x-y方向上偏转并且借助聚焦光学系统或z运动单元能够在z方向上行进的激光射束的焦点位置或射束轮廓的方法以及一种相关的激光加工设备。
技术介绍
不能简单地测量工具“激光器”的工具中心点(Tool Center Point:TCP)——即激光射束的焦点位置。这一问题虽然普遍存在，但自从使用具有> 400_范围内并且尤其在“动态(on the fly)”运行中的焦距的光学系统起才引起重视，在所述“动态(on the fly)”运行中两个运动叠加。由W096/08027A1公开了一种用于求取借助扫描器光学系统能够在χ-y方向上偏转的激光射束的x-y焦点位置的方法。具有设置在其后面的功率探测器的孔眼光阑位于工作区域的确定的、位置固定的测量点处，其中孔直径遵循焦点直径或与其相应。对于x-y焦点位置测量，激光射束运动越过测量孔，从而对于所测量的功率产生高斯分布。通过运动越过测量孔的激光射束的拖曳延迟产生不准确性，所述不准确性必须通过数据平均来校正。通过这种方式不能够实现整个工作区域或工作空间的测量。
技术实现思路
与此相反，本专利技术的任务是，说明一种方法，借助所述方法可以在多个在整个二维工作区域或整个三维工作空间上分布的测量点处足够准确地、尤其以大约x-y方向上±50 μ m和z方向上± Imm的精度测量激光射束的χ-y焦点位置或z焦点位置。根据本专利技术，所述任务通过具有权利要求1所述的特征的方法解决。根据本专利技术，在每个x-y格栅点处位置固定地进行x-y焦点位置测量，也就是说，扫描器光学系统或χ-y运动单元的扫描器轴在测量时静止，由此避免由拖曳延迟引起的不准确性。所述测量方法不仅快速和准确而且简单、稳健和有利。焦点位置测量与波长无关地进行并且也可用在长焦距的情况下。根据本专利技术可能的是，测量整个工作区域或工作空间，其方式是，或者在不同的测量点处设置相同的孔眼光阑，或者在测量点的每一个中分别设置一个孔眼光阑。可以在相应测量点处由测量值求取激光射束的χ-y焦点位置或重心(TCP)和/或射束轮廓并且将其例如作为偏移校正值传输给扫描器光学系统或χ-y运动单元的控制装置。对于z焦点位置测量，使激光射束在z方向上在测量孔内一例如以约0.1mm至Imm的格栅间距(根据激光射束的焦距)行进。由测量值计算峰值(z焦点位置)并且将其例如作为偏移校正值传输给聚焦光学系统或z运动单元的控制装置。为了特别快速的焦点位置测量，使用在真正的测量孔旁边或周围包含一个或多个具有不同直径的附加孔的孔眼光阑。从具有最大直径的测量孔开始进行测量。根据实际焦点位置与由控制装置假设的焦点位置的偏差，激光射束部分地或完全地穿过孔眼光阑的相应孔，以及探测与此相应的测量值。通过这种方式，可以容易地控制在z、y和z上的焦点位置并且根据实际焦点位置与由控制装置假设的焦点位置的偏差来匹配格栅。对于工作区域测量，优选使用具有多个孔的孔板。在每个测量孔处实施焦点位置测量，由此测量并且可以校正所述平面中的工作区域。区域测量与波长无关。如果结合校正笼使用孔板或将孔板施加在参考平面上，则可以立即在激光加工设备中借助相应的激光器校准所述区域。优选在多个平面中实施这种区域测量，由此测量并且可以校准工作空间。为了射束轮廓测量，使用具有与焦点直径相比小多倍的孔直径的测量孔。借助如此获得的测量值可以建立射束轮廓并且将其用于进一步的分析。如此实现孔眼光阑，使得其吸收在测量时吸收的能量，而不过热。为此，例如可以扩孔孔眼光阑的孔边缘并且镀金地实现所述孔眼光阑。探测器可以直接位于孔眼光阑的测量孔后面并且可以是简单的光电二极管。替代地，也可以在孔眼光阑的测量孔中使用光导线缆，所述光导线缆将光传递给设置在另一位置处的探测器。在具有多个孔的孔板的情形中替代多个分别置在孔后面的探测器也可以设置唯一的探测器，其中在孔板和所述共同的探测器之间设置漫射体，以便将通过孔入射的光偏转到所述一个探测器上。在另一方面中，本专利技术也涉及适合用于实施上述方法的、具有权利要求12所述的特征的激光加工设备。【附图说明】本专利技术的其他优点由说明书和附图得出。同样，先前提到的和还进一步列举的特征单独地或多个以任意组合地使用。所示出的和所描述的实施方式不应理解为穷举的，而是具有用于说明本专利技术的示例性特性。图1示意性地示出根据本专利技术的激光加工设备的第一实施方式；图2示出在图1中所示的测量接收器的X-y测量格栅；图3示意性地示出根据本专利技术的激光加工设备的第二实施方式；图4示出具有多个在直径方面不同的测量孔的孔眼光阑。【具体实施方式】图1中所示的激光加工设备I用于借助激光射束2来加工工件(未示出)，所述激光射束由激光器3产生。可以借助聚焦光学系统4在其焦距方面改变激光射束2，并且可以借助扫描光学系统5在x-y方向上偏转激光射束2，以加工工件。扫描光学系统5能够通过z运动单元6在z方向上行进。可由激光射束2扫描的x-y工作区域一一在此即工件台以7表示。在所述工作区域7上设置有测量接收器10，所述测量接收器具有孔眼光阑11，所述孔眼光阑具有设置在测量孔12后面的功率探测器13。如用虚线所示，可以在工作区域7中的任意测量点处设置所述测量接收器10。对于激光射束2的x-y焦点位置测量，孔眼光阑11的孔直径大致相应于激光射束2的焦点直径。在多个测量点处，如图2中所示的那样，分别借助扫描器光学系统5或x-y运动单元5’使激光射束2在x-y格栅中运动到孔眼光阑11的测量孔12上。在此示例性9个格栅点20的每一个中，在扫描器光学系统5或x-y运动单兀5’的扫描器轴在测量期间位置固定情况下借助探测器13测量激光功率。优选地，x-y格栅的边长是激光射束2的焦点直径的约5到100倍，并且x-y格栅的格栅间距是约0.0lmm至1mm。然后可以由测量值求取在相应的测量点处激光射束2的x-y焦点位置并且将其作为偏移校正值传输给扫描器光学系统5或x-y运动单元5’。通过在多个与x-y工作区域7平行的平面中实施这种区域测量，可以在整个工作空间中测量和校准x-y-z焦点位置。对于激光射束2的z焦点位置测量，孔眼光阑11的孔直径同样大致相应于激光射束2的焦点直径。借助聚焦光学系统4或z运动单元6使激光射束2在孔眼光阑11的测量孔12内在z方向上在z格栅中行进，并且在格栅点的每一个中借助探测器13测量激光功率。优选地，z格栅的格栅间距是约0.1mm至1mm。然后，可以在相应的测量点处由测量值求取峰值——即激光射束2的z焦点位置并且将其作为偏移校正值传输给聚焦光学系统4或z运动单元6。为了控制X、y和z上的焦点位置，格栅中心处的唯一测量就足够了。在这种情形中，在先前测量中沿着格栅测量到的最大测量值用作参考。对于射束轮廓测量，孔眼光阑11的孔直径比焦点直径小很多倍。优选地，x-y格栅的边长大致相应于激光射束2的焦点直径并且格栅间距相应选择得较小。借助X-y格栅的如此获得的测量值可以建立和分析激光射束2的射束轮廓。不同于在图1中所示的实施方式的情况(其中相同的孔眼光阑11彼此相继设置在多个测量点处)，在图3中，在工作区域7中设置有孔板30，其具有多个分别本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.31 DE 102011006553.91.一种用于在激光射束(2)的二维工作区域(7)中或三维工作空间中的多个测量点处求取借助扫描器光学系统(5)或x-y运动单元(5’)能够在x-y方向上偏转并且借助聚焦光学系统(4)或z运动单元(6)能够在z方向上行进的激光射束(2)的焦点位置或射束轮廓的方法， 其中，在所述测量点的每一个处设置具有后置的探测器(13 ；31)的孔眼光阑(11)，其中，对于x-y焦点位置测量或射束轮廓测量，在所述测量点的每一个处借助所述扫描器光学系统(5)或x-y运动单元(5’ )使所述激光射束(2)在x-y格栅中运动到所述孔眼光阑(11)的测量孔(12)上，以及在所述扫描器光学系统(5)或x-y运动单元(5’)的扫描器轴位置固定的情况下在所述格栅点的每一个处借助所述探测器(13 ;31)测量激光功率和/或对于z焦点位置测量借助所述聚焦光学系统(4)或z运动单元(6)使所述激光射束(2)在z方向上在所述孔眼光阑(11)的测量孔(12)内行进以及在所述格栅点的每一个处借助所述探测器(13 ;31)测量激光功率， 其中，在相应的测量点处由所述测量值求取所述激光射束(2)的焦点位置和/或射束轮廓。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于x-y焦点位置测量，所述孔眼光阑(11)的孔直径大致相应于所述激光射束(2)的焦点直径。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于x-y焦点位置测量，所述x-y格栅的边长是所述激光射束(2)的焦点直径的约5到100倍。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述x-y格栅的格栅间距是约0.01mm至Imm05.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于z焦点位置测量，z格栅的格栅间距是约0.1mm至1_。6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所测量的x-y焦点位置作为偏移校正值传输给所述扫描器光学系统(5)或x-y运动单兀(5’)。7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所测量的z焦点位置作为偏移校正值传输给所述扫描器光学系统(5)和/或所述z运动单兀(6)。...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·诺特海斯，
申请(专利权)人：通快激光两合公司，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。