[发明专利]用于测量和调节加工头和工件之间的距离的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于测量、调整和/或调节加工头、尤其激光加工头(10)与工件(14)之间的距离的方法和装置，具有：测量光源；将测量光源的光分成测量光射束(28)和参考光射束的分束器(20)；参考光束穿过的参考臂(22)；用于将测量光射束(28)耦入到加工射束光路中的光学系统，所述加工射束光路包括用于将光聚焦到工件表面上的聚焦透镜(38)；用于将在工件表面上反射的测量光射束(28)与从参考臂(22)的反射回的参考光射束叠加的光学装置；以及测量单元和分析评价单元(16)，其构造为用于分析评价包含在叠加后的测量和参考光射束中的关于测量臂和参考臂之间的路程差的信息，以得到关于加工头(10)和工件(14)之间的距离的信息并产生相应的距离信号或执行信号。在加工工件(14)之前和/或期间，距离信号或执行信号作为控制信号或调节信号被导送给控制电路，控制电路安排加工头(10)沿加工射束(20)的方向移动，使得在加工之前调整加工头(10)与工件(14)之间的应有距离或在加工期间减小应有距离与实际距离之间的差。

技术领域

本发明涉及一种用于在借助于激光射束激光加工中，尤其在切割、焊接、钻孔或剥除时，对加工头或者说激光射束进行距离测量和调节或者说焦点位置测量和调节的方法和装置。

背景技术

例如在激光切割时用于距离测量和/或调节的标准技术方案是使用电容测量，即测量绝缘的铜喷嘴和金属工件表面之间的电容。铜尖部的任何污染(例如飞溅物)都改变铜喷嘴的表面，从而改变由铜喷嘴和工件形成的电容器的电容。因为这种改变与距离无关地进行，所以用于距离调节的调节回路被干扰，这导致加工头与工件之间的距离的不准确的调节。

利用电容方法实际上不能可靠地检测非金属表面，因此，利用该技术不能实现精确的距离调节。

在激光焊接中通常使用基于照相机的三角测量传感器用于距离调节。当在焊接过程期间产生高的飞溅时，基于照相机的三角测量传感器也处于可用性的边界上。成像区域中的任何颗粒(不管仍是炽热的并从而发亮的还是已经冷却的，例如飞溅物、焊接烟雾或金属蒸汽)干扰图像处理并且因此干扰这种基于照相机的测量方法的准确性和可用性。

DE 3826634 Al涉及一种触觉传感器，其与喷嘴体同心地布置并且优选与该喷嘴体形成电容。通过专门的盘状弹簧组件使触觉传感器能够轴向移位。因此，在非金属材料情况下也可以实现距离调节。

US 3,970,911 A示出一种用于调节自动燃烧切割机的燃烧器和工件之间的距离的装置。在此，切割燃烧器和工件之间的距离改变电调节回路的振荡频率。该频率通过鉴别器被转换为直流信号，用于校正偏差并使燃烧器保持与工件基本恒定的距离。如果燃烧器运动远离工件，则鉴别器的带宽扩大，例如通过鉴别器调谐电路衰减或放电。场效应晶体管适于用作衰减电阻，并且可以使用电容器-二极管单元来关断调谐电路。在此，在与鉴别器连接的放大器的输出端上截取控制电压并且将其导送给可变电阻或者电容器。在此，从调节器输出端的模拟信号分量获得用于改变频率范围的控制电压。

根据DE 202014101212 U1，用于测量激光头在塑料工件上方的高度的电容测量系统包括：激光头喷嘴，其形成电容器的第一板，该电容器的介电区段由塑料工件形成；响应电容变化的高频振荡器，其与到电容器可运行地耦合并且提供输出信号；用于处理振荡器的输出信号的高阶旁通滤波器，以便测量电容器的电容变化。

DE 10056329 B4描述了一种光学的距离测量方法和一种距离传感器，用于调节工件加工设备的加工头与待加工的工件表面的距离。在此，测量对象成像在表面上并且测量对象在该表面上的图像成像在接收组件上，在该接收组件中，入射的图像经受相应于测量对象的空间滤波。针对至少两个波长范围感测经空间滤波的光通量，以便提供光通量测量信号，将光通量测量信号与对应所述波长范围的应有值进行比较，所述应有值相当于预给定的表面应有位置，以便产生相应于与应有位置的距离的输出信号。