CN105246636A - 用于确定高能射束焦点位置的设备和方法 - Google Patents

用于确定高能射束焦点位置的设备和方法 Download PDF

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Abstract

设备(1)尤其用于确定高能射束(2)尤其激光射束在高能射束(2)射束方向(13)相对工件(3)和/或设备(1)基准轮廓焦点位置(F、F’、F”)激光加工头包括：用于高能射束(2)聚焦到工件(3)上的聚焦元件(4)，借助穿过聚焦元件(4)的观测光路(7)用于检测工件(3)表面(3a)待监测区域(15)和/或基准轮廓(5b)的图像检测装置(9)，图象检测装置(9)构造用于形成至少一个观测射束(7a)，其不同轴于高能射束(2)观测方向(R1)且包括用于从至少一个观测方向(R1)产生待监测区域(15)和/或基准轮廓(5b)的至少一个图象的成像光学系统(14)和用于通过处理至少一个所拍摄的图象来确定高能射束(2)射束方向(13)上焦点位置(F、F’、F”)的分析处理装置(19)。用于确定高能射束(2)射束方向(13)上高能射束(2)焦点位置(F、F’、F”)的方法。

Description

用于确定高能射束焦点位置的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定高能射束、特别是激光射束在高能射束的射束方向上相对于工件和/或相对于设备的基准轮廓的焦点位置的设备。本发明也涉及到一种用于确定高能射束、特别是激光射束在高能射束的射束方向上相对于工件和/或相对于设备的基准轮廓的焦点位置的方法，所述设备具有用于将高能射束聚焦到工件上的聚焦元件。对于这个设备例如可以涉及到加工头、特别是激光加工头。
背景技术
对于工件加工来说，用于工件加工的高能射束的焦点位置或焦点平面位置是重要的参数。在高能射束的传播方向上的焦点平面位置或焦点位置的地点取决于：聚焦元件前面的高能射束的发散或汇聚；对于所使用的高能射束(准确地说对于高能射束的波长范围)或在使用激光射束的情况下对于其工作波长而言，聚焦元件的焦距。
一般来说，高能射束的发散或者汇聚可良好地控制，并且，在基础调节后仅经历一些微小的变化。然而，在射束功率大的情况下并且特别是在采用二氧化碳-激光辐射的情况下重要的是：聚焦元件在工件加工期间的焦距变化。如果使用透镜作为聚焦元件，则因透镜的不均匀发热和冷却而形成了径向的温度梯度，所述温度梯度导致了透镜的折射率n的变化，所述折射率取决于径向坐标(也就是说n＝n(r))。在工件加工时的折射率变化典型的方式导致了焦距缩短(这称之为热透镜)。因此，聚焦透镜的实际焦距fFL此外是照射功率PL和射束形状(例如射束直径DR)、聚焦透镜的污染程度和时间的函数：fL＝f(PL,DR,t,…)。因此，为了在工件加工期间确定焦点位置或者焦点平面的位置，一般来说需要考虑聚焦元件的实际焦距。
此外，用于确定在射束方向中的高能射束的焦点位置已知的是：采用合适的测量装置进行测量光路或者说射束焦散面，或者，如情况可能只在射束缩腰(Strahltaille)附近检测辐射功率。这也可能的是，在聚焦元件与工件之间具有多种不同选择的间距的情况下，分别切削工件并且根据这个切削剖面宽度推断出相对于工件的焦点位置。但是，上文说明的可能性以典型的方式不允许在线(on-line)、也就是说在工件加工期间检测焦点位置。
从WO2011/009594A1中已经知道采用激光射束加工工件用的激光加工头。激光加工头具有用于观测工件加工范围的配备有成像光学系统的摄像机以及用于将激光射束聚焦到工件表面上或者与工件表面有关定义的位置上的聚焦透镜。另外，WO2011/009594A1说明了一种分析处理装置，所述分析处理装置构造成用于，根据在光轴方向上的成像光学系统的调节行程(所述调节行程是必要的)用以在聚焦透镜焦点位移时又清晰地调节摄像机图像，用以计算出校正-调节行程，所述校正-调节行程补偿聚焦光学系统相对于工件表面或者与工件表面有关定义的位置上的焦点位移。
DE102010017316A1说明了一种系统，所述系统具有焊接设备，所述焊接设备如此设置，使得在工件上堆焊出焊道。这个系统可以具有多个摄像机，所述摄像机对准焊道并且如此设置，使得产生相应数量的图像。一控制装置根据该图像产生出焊道的立体图像并且在立体图像的基础上调节焊道堆焊参数。代替多个摄像机也可以使用单个的摄像机，以便从两个不同的远景或者视向拍摄图象以及进行图象差别分析或者以便产生出立体图象。
从DE102005032946A1中已知一种采用激光射束加工对象的设备，所述设备具有用于对象成像的观测装置以及激光-扫描装置。为了在准备模式中立体地观测对象，所述观测装置可以构造为具有两个成像光路和两个目镜的立体显微镜。通过光学的耦合装置可以在激光-扫描装置工作时也可以通过同一目镜密切追踪加工过程的进程。
在DE102011016519A1中说明了一种用于控制采用高能加工射束加工工件的方法和设备，在所述方法中，加工射束穿过透镜，所述透镜为了使加工射束入射到工件上的入射点位移可以垂直于其光轴运动。在一示例中，配备有用于产生可电子分析处理的图象的监测摄像机，其成像光路通过透镜聚焦到入射点。
在EP2456592B1中说明了一种激光加工头，所述激光加工头具有用于将工作激光射束聚焦到工件表面或者与工件表面有关定义的位置上的聚焦光学系统以及配备有在该聚焦光学系统前面设置在光路中的成像光学系统的、用于观测工件加工范围的摄像机。配备有分析处理单元，所述分析处理单元构造成用于，根据成像光学系统在光轴方向上的调节行程(该调节行程需要用于在聚焦透镜的焦点位移的情况下又能清晰地调节摄像机图像)计算出校正-调节行程，所述校正-调节行程补偿了聚焦光学系统相对于工件表面或者与工件表面有关定义的位置的焦点位移。
发明内容
本发明的任务是提供一种设备和一种方法，该设备和该方法能够可靠地确定在采用高能射束进行加工工件期间的焦点位置。
本发明通过前面提到的这种设备来解决，所述设备包括：用于将高能射束聚焦到工件上的聚焦元件；用于借助穿过聚焦元件的观测光路来检测工件表面的待监测区域和/或基准轮廓的图像检测装置，其中，该图象检测装置构造成用于形成至少一个观测射束，所述观测射束不同轴于(或者说不平行于)高能射束的射束方向延伸的观测方向，并且，该图象检测装置包括用从至少一个观测方向产生待监测区域和/或基准轮廓的至少一个图象的成像光学系统，并且，该图象检测装置包括分析处理装置，所述分析处理装置构造或者编程成用于通过分析处理至少一个所拍摄的图象来确定高能射束的焦点位置。
用于确定高能射束的射束方向上的焦点位置所提议的测量原理基于：从至少一个视角或从至少一个不同轴于高能射束的观测方向来检测待监测区域和/或基准轮廓的至少一个图象，也就是说，观测光路穿过聚焦元件的部分在与聚焦元件光轴成一角度下延伸。根据这种观测射束，能够在适当地分析处理所拍摄的图象时识别到聚焦元件焦距的变化或者如情况可能的对象间距(也就是说工件与聚焦元件之间的间距)的变化，并且能够确定激光射束的射束方向上的焦点位置并且如需要时能够进行校正。
在一个实施形式中，分析处理装置构造成用于，根据在至少一个所拍摄的图象中的基准轮廓的位置来确定高能射束的射束方向上的焦点位置。在这种情况下，相对于设备静止设置的基准轮廓或基准几何形状用于确定焦点位置，所述基准轮廓或基准几何形状例如在设备以激光加工头形式的情况下能够由激光加工喷嘴的喷嘴内轮廓形成。基准轮廓在射束方向上具有至聚焦元件(例如聚焦透镜)恒定的间距。聚焦元件焦距的变化(例如由于热负荷)导致了在所拍摄的图象中的基准几何形状的侧向位移。根据基准几何形状在所拍摄的图象中的位置的侧向位移的大小能够确定焦点位置。也可以根据侧向位移方向推断出焦点位置从额定-焦点位置的位移方向。为了这个目的，例如可以确定在聚焦元件没有受热负荷的情况下基准轮廓的基准位置的偏差或侧向偏移。在聚焦元件在冷状态下(已知)焦距的情况下的基准位置(也就是说，没有加载高能射束的情况下的基准位置)可以在分析处理图象之前确定并且在配属于分析处理装置的存储装置中例如以基准图象或者位置(例如面重心、几何中心或者特殊的几何形状特征、例如几何边)的形式储存。
在另外的实施形式中，图象检测装置构造成用于形成至少一个另外的观测射束，所述另外的观测射束配属于另外的观测方向，其中，成像光学系统构造成用于从至少两个不同的观测方向产生待监测区域和/或基准轮廓的至少两个图象，其中，分析处理装置构造成用于通过比较式分析处理所拍摄的图象来确定高能射束的焦点位置。
在这个实施形式中用于确定焦点位置所提议的测量原理基于：穿过聚焦元件进行立体地测量间距，也就是说，从两个或者更多个不同的观测方向或视角来拍摄工件表面上的待监测区域或设备中设置的基准轮廓的两个或者更多个图象。为了这个目的，成像光学系统以典型的方式
在一个或者多个探测面上的相互间隔开的区域上形成了两个或者多个通常偏心于聚焦元件(也就是说不穿过中心轴线)延伸的进而在与工件的相应不同的角度下延伸的、成像光路或观测光路的观测射束或者汇聚射束。对于在探测面的相互间隔开的区域上产生两个或者更多个图象方面可替代的是，可以时间较短地先后依次在探测面的同一区域上检测两个或者更多个图象，如进一步在下方详细说明的那样。比较式分析处理三个或者更多个图象能够提高比较的显著性进而提高确定焦点位置的准确性。
如果视角或者观测方向(以该视角或者观测方向拍摄图象)相互区别得尽可能大的话，则对尽可能精确地确定焦点位置是有利的。特别是，当工件的待监测的表面区域的上述两个图象经过聚焦元件的两个在对角线上相对置的边缘区域时，就可以得到视角之间的大差别。典型用作聚焦元件的是，一个或者多个聚焦透镜或者聚焦镜、特别是偏轴-抛物反射镜。
如果工件位于聚焦透镜的焦平面内，则来自聚焦透镜的边缘区域的、工件的待监测区域的成像或图象则是相同的。但是，如果工件位于聚焦透镜焦平面之外(例如上方或者下方)，工件表面上的待监测区域的上述两个图象则是相互侧向位移的。根据上述两个图象之间的侧向位移大小可以推断出焦点位置或者焦平面到工件的偏差或间距。
相应的也可以根据在设备中构成的基准轮廓的两个图象之间的侧向间距来推断出相对于设备或者相对于基准轮廓或基准几何形状的焦点位置。为了达到这一点，基准轮廓的上述两个图象之间的间距可以配属于在冷状态下(也就是说没有加载高能射束)的聚焦元件(已知)的焦距。通过焦距变化所产生的上述两个图象之间的间距变化可以配属于焦点位置的相应变化。用这种方式可以测量聚焦元件的焦距或者确定相对于设备的焦点位置并且因此与工件无关地实现。
为了确定图象之间的侧向偏差，例如可以通过块匹配-算法或者通过地点方面的频率分析进行上述两个图象的地点相关性并且计算出最大一致性的位置。与在WO2011/009594A1中说明的测量图象清晰度不同的是，立体地测量允许不仅在数值方面而且在方向方面(也就是说，到工件上或者远离该工件)确定焦距偏差。通过这种方式能够快速调节焦点地点或者焦点位置，而无需进行交互跟踪。不言而喻，在立体成像的情况下也要考虑到位于成像光路中的其它光学元件对焦距变化或焦点位置变化的影响。例如，这适用于热透镜，所述热透镜由防护玻璃制成，所述防护玻璃形成了例如以加工头形式的设备相对于工件的隔绝。
在一个实施形式中，设备具有用于照明工件表面、特别是在待监测区域内和/或照明基准轮廓的照明光源。照明光源例如可以在波长处于360nm至800nm之间(VIS)或者大约800nm至大约1000nm之间(NIR近红外)的情况下产生照明。所述照明用于，在待监测区域或者在设备上构成的基准轮廓内得到工件表面轮廓的成像。所述照明可以与高能射束同轴进行，也就是说以反射光照明(Auflichtbeleuchtung)的形式进行。但是也可以的是，照明光源用于照明在设备内的定义的测量位置，在所述测量位置上形成了基准轮廓或者基准几何形状。基准轮廓可以例如被定向的照明光源照射和被图象检测装置检测。另外，为了引导过程气体而安置在切割头上的切割喷嘴能够用作基准轮廓。
在一个实施形式中，图像检测装置的观测光路或成像光路具有被基准轮廓限界的图象检测区域，用于检测工件表面的待监测区域。在这种情况下，照明光源例如可以照亮工件或者基准轮廓下方的其它面，并且，基准轮廓或基准几何形状形成了对照明的限界或对被图象检测装置所检测的图象检测区域的限界。
在一个实施形式中，分析处理装置构造成用于，通过比较式分析处理工件的(粗糙)表面在待监测区域内的图象来确定高能射束相对于工件的焦点位置。在这种情况下，为了上述两个图象比较式分析处理或者进行相互关系分析而利用的是，通常板状工件的表面不是完全光滑而是具有(至少在在显微镜下的数量级方面)的粗糙度进而具有取决于位置变化的表面结构。根据从不同观测方向所拍摄的图象中的表面结构之间的侧向间距可以确定焦点位置。
一般来说，工件的待观测区域包括了高能射束与工件的交互作用区域。对于粗糙的工件表面轮廓的图象所进行的立体相互关系可替代或者附加的是，如情况可能也可以使用过程本身照明(热辐射、等离子辐射)用于立体地分析处理上述两个图象。在这两种情况下，也可以使用结构照明，例如以在交互作用区域附近的聚焦的照明射束形式的结构照明用于工件照明。
在一个实施形式中，成像光学系统具有配属于相应观测方向的至少两个成像光学元件。例如，成像光学元件可以涉及到透镜元件。透镜元件可以相互间隔开设置，所述间距大约相应于探测面上的上述两个图象的间距。在这里，上述两个成像光学元件中的每个都产生一个自身的成像射束或观测射束，用以在所属探测面的区域上产生各自所属的图象。上述两个透镜元件以典型的方式偏心地设置，也就是说与高能射束的光路或者其在观测光路中的加长段不同轴地设置。用这个方式可以成像两个或者更多个射束，所述射束分别经过聚焦透镜的边缘区域进而能在两个或者更多个不同观测角度或者观测方向观测。例如，球面透镜或者非球面透镜可以用作成像光学元件。不言而喻，如情况可能，成像光学元件可以与高能射束的光路同轴地设置，如进一步在下文详细描述的那样。
在一个改进方案中，成像光学元件构造为柱形透镜。附加于第一柱形透镜(所述第一柱形透镜沿着第一轴线产生曲率或成像效果)，成像光学系统一般来说具有至少一个第二柱形透镜，所述第二柱形透镜具有沿着与第一(轴线)垂直的第二轴线成像的效果。通过交叉的柱形透镜，一方面可以低成本的制造成像光学系统，另一方面可以良好地利用可使用的成像横截面。
在另外的改进方案中，成像光学元件以透镜阵列或光珊布置来设置。可以使用透镜元件(“小透镜”或透镜阵列)、例如微透镜，也可以使用呈两个交叉的柱形透镜阵列形式的光栅阵列，以便能够空间分辨的确定波前像差，所述波前像差是由热负荷的透镜元件引起。通过确定波前像差，加工射束的射束聚焦可以借助于聚焦元件通过前置于聚焦元件的合适的射束造型件最优化，和/或如情况可能在另外的波长的情况下通过合适地校正该观测光路来改善对工件进行同轴地观测用以过程监测。不仅对加工射束的形状而且对工件观测的校正例如可以通过合适地调适遮蔽板直径、通过改变透镜在光路中的间距、通过可变形的反射镜等来实现。用于确定波前像差的测量原理是改型的夏克哈特曼波前传感器(Shack-HartmannSensor)，在所述夏克哈特曼波前传感器中，局部的波前像差通过透镜阵列的焦面内的焦点的位移来测量，所述焦点由二维透镜阵列的透镜产生。
在另外的实施形式中，成像光学系统具有偏转装置，所述偏转装置具有至少两个配属于相应观测方向的射束偏转区域。偏转装置可以用作几何的分束器。例如可以将入射到成像光学元件(例如透镜元件)的不同区域上的射束偏转。被偏转装置偏转的并且在透镜元件区域在对角线上相对置的区域上的两个入射的射束被透镜元件聚焦到其焦平面中不同的相互间隔开的区域上，在所述焦平面上产生待监测区域或者基准轮廓的图象。
在另外的改进方案中，偏转装置具有至少一个偏转棱镜。在偏转棱镜上可以形成多个(特别是所有)射束偏转区域，所述射束偏转区域例如构造为棱镜的相对于射束轴线以一角度定向的小平面或表面区域。特别是偏转棱镜可以具有中心区域，在所述中心区域中，该偏转棱镜构造为平面平行的板并且在所述中心区域上不偏转。射束偏转区域或射束偏转面可以设置在绕着中心区域周围，从而总的来说就得出偏转棱镜的近似凹状或者凸状的几何形状。对于使用偏转棱镜可替代的是，偏转装置也可以反射地构成并且例如具有多个以镜面形式的射束偏转区域，所述射束偏转区域将观测射束在不同的方向上偏转，所述射束偏转区域配属于相应观测方向。
在另外的实施形式中，图象检测装置具有射束偏移装置，用于形成至少两个配属于相应观测方向的观测射束。特别是，射束偏移装置可以设置在成像光学系统的聚焦的照明光路中(例如在两个构成射束伸缩部的光学元件之间)。射束偏移装置可以例如具有一个、两个或者更多个由用于照明辐射的透明材料(例如石英玻璃)制成的块，这些块构造为平面平行的块或板，以便制造出入射的观测射束平行偏移。以典型的方式使这些块相互倾斜地设置，以便实现两个或者更多个观测射束在探测面的不同区域上入射，用以产生两个或者更多个侧向偏移的图象。
为了形成至少两个配属于相应观测方向的观测射束，图象检测装置具有分束器。分束器可以根据至少一个在射束横截面上变化的特性将观测射束分成两个或者更多个观测射束。在所述特性的情况下，例如可以涉及到观测射束的极化方向、功率或者波长，所述观测射束的极化方向、功率或者波长在观测光路的横截面上可变化。为了将相应的观测射束成像到探测面上，可以分别设置自身的成像光学元件，但是也可以的是，借助于共同的成像光学系统(例如以共同的聚焦透镜形式)将观测射束成像。
在另外的实施形式中，图象检测装置构造成用于在不同的时间点上形成至少两个配属于相应观测方向的观测射束。在这个实施形式中，拍摄两个或者更多个图象，这些图象具有与图象检测装置的探测器或摄像机的图象重复率(重现率)相关的、在时间上的(短的)偏移(以典型的方式在几微秒或者毫秒范围内)。采用这种方式，可以在探测面的同一位置上产生两个或者更多个图象，也就是说，在这个实施形式中，不需要在探测面上对观测射束进行空间上分离。为了在时间上先后依次拍摄图象，观测光路被部分遮蔽，其中，为了拍摄图象，以典型的方式遮蔽该观测光路的分别不同的部分。
在另外的实施形式中，图象检测装置具有至少一个遮蔽板，用于形成至少两个配属于相应观测方向的观测射束，所述遮蔽板特别是构造成用于在不同时间点上形成两个或者更多个观测射束或者说可以被驱控制。为了这个目的，例如遮蔽板可以构造为可位移的、可旋转的或者可切换的遮蔽板。遮蔽板可以用于部分地遮蔽该观测光路，其中，通过合适地控制所述遮蔽板能够在时间上先后依次遮蔽该观测光路的不同部分。观测射束所穿过的遮蔽板开口以典型的方式产生一观测射束，所述观测射束配属于一观测方向。遮蔽板可以构造成电子式快门(例如具有可切换像素的LCD屏幕)或者机械式快门(例如在遮蔽平面可运动的(例如可旋转的或者可位移的)针孔遮蔽板)形式，并且，遮蔽板用于在时间上先后依次遮盖或打开该观测光路的不同区域，用以在时间上先后依次从不同的观测方向产生两个或者更多个图象。不言而喻，为了高分辨地观测所述工件的待监测区域，用以观测过程，观测光路孔径的其它区域可以打开或者关闭。
在另外的实施形式中，成像光学系统构造成用于从不同观测方向产生待监测区域和/或基准轮廓的至少三个图象。如在上文描述的那样，一般来说，为了确定焦点位置只要确定两个从不同观测方向拍摄的图象之间的沿着一方向侧向偏移就足够了。但是，如情况可能，使用三个或者更多个图象能够提高比较的显著性或者说提高确定焦点位置的准确性。产生至少一个另外的(第三、第四、…)图象也可以用于，获取有关聚焦元件的其它信息，特别是用以确定其波前像差，如在上文描述的那样。通过这种方式可以与地点相关地(也就是说与参照聚焦元件光轴的径向位置相关地)确定被高激光功率透射的聚焦元件或者说聚焦透镜的焦距变化。借助于两个以上的成像光学元件(例如以透镜阵列形式)或借助于两个以上的射束偏转区域可以产生工件表面和/或基准轮廓的三个或者更多个图象并且在探测器(例如摄像机)上成像。
在另外的实施形式中，本设备包括至少一个成像光学元件，用于从与高能射束同轴的观测方向产生工件表面待监测区域的图象，如在上文描述的那样，所述待监测区域一般来说包含了高能射束与工件之间交互作用的区域。借助于成像光学元件可以建立加工过程在VIS-范围内的过程自身照明和/或待监测区域在近红外/红外(NIR/IR)范围内的热图象，以便得到有关加工过程(例如焊接过程或者切割过程)方面的信息。附加于立体地检测所述待监测区域或所述基准轮廓，也可以进行上述被称为过程观测的加工过程监测。
成像光学元件可以涉及到透镜元件，为了在成像时得到较高的分辨率,所述透镜元件以典型的方式具有比配属于相应观测方向的透镜元件的直径大的直径，如情况可能，成像光学元件也可以用于产生两个或者更多个图象，这些图象从不同的观测方向被拍摄，所述观测方向与高能射束的传播方向不同轴或者说不平行。一般来说，如果成像光学系统具有上文说明的偏转棱镜的话，就是这种情况。
在一个实施形式中，分析处理装置构造成用于，将与高能射束同轴地拍摄的图象和至少一个与高能射束不同轴拍摄的图象进行比较式分析处理。根据将与高能射束同轴和至少一个与高能射束不同轴拍摄的图象的比较式分析处理，也可以用上文说明的方式来确定该高能射束的聚焦位置。
在另外的实施形式中，图象检测装置构造成用于，通过用于将激光射束穿透到工件上的激光加工喷嘴喷嘴开口来拍摄至少一个图象。在这个所谓的同轴地观测的情况下，工件的待监测区域的图象是通过加工喷嘴(例如激光切割喷嘴)以及通过聚焦元件被一个或者多个摄像机拍摄。所述设备在这种情况下以典型的方式涉及到激光加工头。
在另外的改进方案中，激光加工喷嘴(特别是激光切割喷嘴)的喷嘴内轮廓形成了基准轮廓或基准几何形状，所述基准轮廓或基准几何形状用于立体地分析处理图象。为了进行焦点位置的粗调节，例如可以确定一般来说圆形喷嘴内轮廓的两个图象之间的侧向间距。在这里可以利用的是，能够对喷嘴开口内轮廓图象非常快速地执行比较式分析处理，因为仅需确定通过喷嘴开口所拍摄的工件图象的两个以典型方式的圆形界限之间的间距。确定所述工件表面的图象之间的侧向偏移(在所述确定时必须分析处理所述轮廓或工件的表面几何形状)一般来说需要较多的计算时间并且能够用于精细调节焦点位置。
在一个实施形式中，图象检测装置具有至少一个探测器(特别是摄像机)，其具有探测面，在所述探测面上产生至少一个图象。同一探测面(例如以摄像机的CCD芯片或者CMOS芯片形式)可以用于检测多个图象，其中，在探测面的不同部分区域上产生图象。特别是在下述情况下是有利的：成像光学系统具有射束伸缩部，用以将成像横截面适配于可使用的探测面。不言而喻，为了在相应探测面上检测一个或者多个图象，也可以在图象检测装置中配备两个或者更多个摄像机。特别是，代替于平面-摄像机，也可以采用简单的光学传感器或探测器(例如四象二极管或者行式摄像机(Zeilenkamera))来确定基准轮廓位置。
在另外的实施形式中，分析处理装置构造成用于，通过比较式分析处理所拍摄的图象来确定基准轮廓与工件上侧之间的间距。可以确定基准轮廓与工件之间的间距，其方式是，确定工件表面上的表面结构(也就是说工件表面的图象位置)与上述两个所拍摄的图象中的基准轮廓上的一个(相同)位置的间距之间的差。
在一个实施形式中，所述设备附加地包括用于在射束方向上改变高能射束的焦点位置的装置以及用于将高能射束的焦点位置控制和/或调节到额定-焦点位置上的控制和/或调节装置。这个改变焦点位置的装置例如可以涉及到所谓的适配式反射镜，其表面曲率可以被有目的地影响，用以改变在高能射束射束方向上的焦点位置。根据采用上文说明的方式所确定的额定-焦点位置可以如此控制所述装置，使得焦点位置被调节成额定-焦点位置，所述额定-焦点位置以典型的方式在加工过程期间是保持恒定，并且，gauge所述额定-焦点位置可以例如位于工件表面或者到工件的预先给定的间距内。采用这种方式，可以补偿上文描述的因聚焦元件热负荷引起的聚焦元件的焦距变化。如果用于改变焦点位置的装置(也就是说调节元件)位于测量位置之前或观测光路之前，则实现将焦点位置控制成额定-焦点位置。另外，通过求取到工件上的焦点位置以及加工头(例如激光切割喷嘴)中基准轮廓的焦点间距，可以求出这个基准轮廓至工件表面的间距(见上文)并且如情况可能采用控制和/或调节装置进行控制或者调节。
在另外的实施形式中，所述设备附加地包括了用于在高能射束的射束方向上改变成像光学系统的焦点位置的装置设备以及用于将成像光学系统的焦点位置控制和/或调节到额定-焦点位置上的控制和/或调节装置。在这种情况下，这个用于改变焦点位置的装置或者说调节元件以典型的方式设置在观测光路中，从而能将成像光学系统的焦点位置调节到额定-焦点位置。成像光学系统的额定-焦点位置以典型的方式位于待观测的工件表面上。可以根据上文结合高能射束有关说明的方法步骤实现控制或者调节到额定-焦点位置。
本发明也涉及到前面提到的方法，所述方法具有下列步骤：借助于穿过聚焦元件的观测光路来检测工件表面的待监测区域和/或基准轮廓；通过至少一个观测射束成像来产生待监测区域和/或基准轮廓的至少一个图象，所述观测射束配属于与高能射束不同轴的观测方向；以及通过分析处理至少一个所拍摄的图象来确定在高能射束的射束方向上的焦点位置。
在一个变型方案中，根据在至少一个所拍摄的图像中的基准轮廓位置来确定在高能射束的射束方向上的焦点位置。如在上方所描述的那样，在这种情况下，可以根据所拍摄的图象以内的基准轮廓的侧向位移例如通过与基准位置相比较来确定焦点位置。
在另外的方案中，形成至少一个另外的观测射束，所述另外的观测射束配属于另外的观测方向，用以从至少两个不同的观测方向产生待监测区域和/或基准轮廓的至少两个图像，其中，通过比较式分析处理所拍摄的图象来确定高能射束的焦点位置。如在上文所描述的那样，在比较式分析处理的情况下能够确定两个所拍摄图象之间的侧向偏移或者说这些图像上识别到的结构之间的侧向偏移，该间距是焦点位置相对于基准轮廓或相对于工件的位置用的度量。
本发明也涉及到一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有编码器件，所述编码器件被调适用于，当计算机程序在数据处理设备上运行时执行上文所述方法的所有步骤。所述数据处理设备例如可以涉及到控制和调节装置和/或分析处理装置，所述控制和调节装置和/或分析处理装置如上文所说明地安装在设备内，但也可以涉及到外部装置，所述外部装置以典型的方式是加工机的一部分。
附图说明
由说明书和附图中得出本发明的其它优点。同样，上文提到的和还要进一步详细解释的特征可以自身单独地或者多个地以任意组合方式应用。所示出的和所述的实施形式不应理解为穷举，而是更确切地说具有本发明描述的示例性特征。
附图示出：
图1a：设备的实施例的示意图，该设备用于根据两个穿过聚焦元件所拍摄的图象来确定激光射束的焦点位置，
图1b：图1a的设备的成像光学系统的俯视图，
图2a-c：在激光射束的焦点位置不同的情况下，工件待监测区域从不同观测方向所拍摄的两个图象的示意图，
图3：要入射到设备的聚焦透镜上的径向束流剖面和由此引起的聚焦透镜的径向折射率分布的示意图，
图4a-c：用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有多个柱形透镜，
图5a-c：用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有柱形透镜阵列，
图6a,b：用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有近似于凸状弯曲的偏转棱镜，
图7a,b：用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有近似于凹状弯曲的偏转棱镜，
图8a：用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有配备两个镜面的偏转装置，
图8b：用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有射束偏移装置，
图9a,b：以侧视图和俯视图示出用于图1a、b的设备的成像光学系统的示意图，其具有可旋转的遮蔽板，
图10：设备的实施例的示意图，该设备用于根据穿过聚焦元件所拍摄的一个图象来确定激光射束的焦点位置，和
图11a,b：在激光射束焦点位置不同的情况下，基准轮廓从同一观测方向所拍摄的两个图象的示意图。
在下面的附图说明中，相同的或功能相同的构件使用相一致的附图标记。
具体实施方式
图1a示出了设备1的示例性结构，该设备1用于将激光射束2聚焦到工件3上，该设备构造成激光加工头的形式，该设备是未详细示出的激光加工机的一部分。在所示出的示例中，激光射束2由二氧化碳-激光器(CO2-Laser)产生。可替代的是，例如激光射束2可以通过固体激光器产生。为了在工件3上进行工件加工(例如以激光焊接工艺或者激光切割工艺形式)，采用以聚焦透镜4形式的聚焦元件将激光射束2聚焦到工件3上。在所示出的示例中，聚焦透镜4涉及到由硒化锌制成的透镜，所述透镜通过激光加工喷嘴5(准确地说，通过激光加工喷嘴的喷嘴开口5a)将激光射束2聚焦到工件3上，更确切地说，在所示出的示例中，聚焦到工件3的表面3a上的焦点位置F上。在由固体激光器产生激光射束2的情况下，可以使用例如由石英玻璃制成的聚焦透镜。
在图1a中同样清楚看到部分穿透构成的偏转镜6，所述偏转镜透射入射的激光射束2(具有大约10μm的波长)并且将对于过程监测而言重要的观测射束(例如处于可视波长范围内)反射到另外的部分穿透的偏转镜8上。在由固体激光器产生激光射束2的情况下，偏转镜以典型的方式针对大约1μm的波长部分穿透地构成。所述另外的部分穿透的偏转镜8将观测射束反射至图象检测装置9。照明光源10用于与照明辐射11同轴地照亮工件3。照明辐射11被另外的部分透射的偏转镜8透射并且穿过激光加工喷嘴5喷嘴开口5a偏转到工件3上。对部分穿透的偏转镜6、8可替代的是，也可以使用刮刀式反射镜(Scraperspiegel)或者孔式反射镜，这些反射镜仅反射由边缘区域入射的辐射，以将观测射束7供给至图象检测装置9或者以将照明辐射11供给至工件3。为了能够观测，也可以使用侧向嵌入到激光射束2的光路中的两个反射镜。
可以配备二极管激光器或者LED(发光二极管)用作照明光源10，如在图1a中示出的那样，所述光源可以与激光射束轴线13同轴的、但是也可以偏离轴线设置。例如，照明光源10也可以设置在设备1外部(特别是其旁边)并且朝向工件3指向；可替代的是，照明光源10可以设置在设备1内部，然而与激光射束2不同轴地朝着工件3定向。如情况可能，设备1也可以在不具有照明光源10的情况下运行。
图象检测装置9的部分是：在观测光路7中设置在所述另外的部分穿透的偏转镜8后面的几何高分辨率的摄像机12。摄像机12可以涉及到高速摄像机，所述摄像机与激光射束轴线13或与激光射束轴线13的加长段同轴进而与方向无关地设置。在所示出的示例中，由摄像机12以反射光方法(Auflichtverfahren)在VIS(视觉识别系统)-波长范围内进行拍摄图象，但也可以的是，摄像机12在近红外/红外-波长范围内拍摄图象，用以拍摄过程自身照明或者拍摄加工过程热图象。也可以在紫外线范围内拍摄图象，用以拍摄反射光照明或者过程(等离子)辐射。在图1a中示出的示例中，如果其它辐射或者波长份额不应被摄像机12检测，则可以在摄像机12前面设置滤波器。例如，滤波器可以作为窄带式带通滤波器构成。
为了在摄像机12的探测面12a上产生图2a-c中示出的、工件3表面3a上的待监测区域15的图象B1、B2，图像检测装置9具有成像光学系统14，所述成像光学系统在所示出的示例中具有两个设置在观测光路7的射束路程中的透镜元件16a、16b。透镜元件16a、16b设置在共同的平面内，并且，所述透镜元件分别形成观测射束7a、7b，并且，所述透镜元件分别仅将观测光路7的分射束或者说部分束集成像到摄像机12的探测面12a的不同区域上，从而在该处产生两个相互间隔开的图象B1、B2，如在图2a-c中示出的那样。如在图2a-c中清楚看到的是，分别被透镜元件16a、16b成像的区域或者说工件3的图象B1、B2受到激光加工喷嘴5的圆形内轮廓5b的限界。为了使成像横截面适配于探测面12a的尺寸，成像光学系统14具有配备两个另外的透镜17a、17b的射束伸缩部(Strahlteleskop)。
分别被上述两个透镜16a、16b成像到探测面12a上的、观测光路7的部分(观测射束7a、7b)来自：相互在XYZ-坐标系的X-方向上对角线对置的、聚焦透镜4的两个边缘区域，并且，因此将工件3的待监测区域15以及激光加工喷嘴5的内轮廓5b从不同的观测方向R1、R2或者说从相对于激光射束轴线13不同的观测角度来成像。因此，上述两个透镜16a、16b能够立体观测待监测区域15或者说激光加工喷嘴5内轮廓5b。
在图1a中，成像光学系统14具有附加的透镜18，该附加的透镜用于将下述观测射束成像到摄像机12的探测面12a上：该观测射束来自与激光射束轴线13相交的、聚焦透镜4的中心区域。如在图1b中清楚看到的那样，所述附加的透镜18具有下述直径：该直径明显大于上述两个用于立体观测的外透镜16a、16b。所述附加的透镜18用于过程观测，更准确地说，用于观测包含在待监测区域内的、激光射束2与工件3之间的交互作用区域。通过所述附加透镜18的比较大的直径，在探测面12a上产生比较大的进而具有高数量像素的图象，由此改善了过程观测时的分辨率。不言而喻，也可以与图1a中所示不同地取消所述附加的透镜18进而取消该过程观测。在这种情况下，与图1a、b的示意图相比，以典型的方式缩短了上述两个透镜16a、16b之间在X-方向上的间距。
下面根据图2a-c所示，例如在设备1的分析处理装置19中可以通过比较式分析处理所拍摄的上述两个图象B1、B2来确定激光射束2相对于工件3的焦点位置F、F’、F”。
在图2a中示出的、由透镜16a、16b产生的上述两个图象B1、B2的示图中，激光射束2的焦点位置F位于工件3的表面3a上，该焦点位置在前面的示例中相应于工件加工的额定-焦点位置。上述两个图象B1、B2分别检测到相应于待监测区域15的、板状工件3表面3a的局部，所述表面具有粗糙性进而具有表面结构，所述表面结构在图2a中示例性示出。如根据图2a清楚看到的那样，通过构成图象检测区域的喷嘴开口5a所拍摄到的工件3表面3a的或者说表面结构的上述两个图象B1、B2，在待监测的、被构成基准轮廓的激光加工喷嘴5内轮廓5b限界的区域15中是一致的，并且，上述两个图象B1、B2特别是在X-方向上没有侧向偏移。上述两个图象B1、B2在探测面12a上在X-方向上偏移了间距A，该间距与上述两个透镜16a、16b之间的间距相关或者说基本上相应于这个间距。
在图2b中所示出的、上述两个图象B1、B2的示图中，激光射束2的焦点位置F’位于工件3表面3a的上方。如在图2b中清楚看到的那样，在图象B1、B2中成像的、工件3的待监测区域15并不一致，更确切地说，在图象B1、B2中看到的表面结构相互侧向偏移，也就是说，在第一图象B1中向右、即朝着正向X-方向位移，而在第二图象B2中成像的表面结构向左、即朝着负向X-方向位移，如分别通过箭头所表明的那样。工件3的成像的表面结构之间的侧向偏移在上述两个图象B1、B2中的值与焦点位置F’至工件3的间距相关，其中，所述侧向偏移随着焦点位置F’与工件3之间的间距增大而增大，从而使这个偏移是焦点位置F’与工件3表面3a上的额定-焦点位置F的偏差用的度量。如在图2b中同样清楚看到的那样，在所示出的、工件3上方的焦点位置F’中，被激光加工喷嘴5内轮廓5b限界的、在探测面12a上的上述两个图象B1、B2之间的间距A’也减小。在焦点位置F’朝着激光加工头1方向位移时，上述两个图象B1、B2之间的间距A或A’是否增大或者减小，与产生图象B1、B2所使用的成像原理相关。
在图2c中示出的、上述两个图象B1、B2的示图中，激光射束2的焦点位置F’位于工件3的下方。如在图2c中清楚地看到的那样，在图象B1、B2中看到的、工件3表面结构相互侧向偏移，也就是说，在第一图象B1中向左、即朝着负向X-方向位移，而在第二图象B2中的成像的表面结构向右、即朝着正向X-方向位移，如分别通过箭头所表明的那样。在被内轮廓5b限界的上述两个图象B1、B2中的、工件3的成像的表面结构之间的侧向偏移的值是焦点位置F”与工件3表面3a上的额定-焦点位置F的偏差用的度量。如在图2c中同样清楚看到的那样，上述两个被激光加工喷嘴5内轮廓5b限界的、在探测面12a上的图象B1、B2之间的间距A”也增大。
如根据图2b与图2c相比较可清楚地看到的那样，上述两个图象B1、B2的侧向偏移方向与焦点位置位于工件3的上方还是下方相关，从而根据比较式分析处理上述两个图象B1、B2(在所述比较式分析处理中，侧向偏移例如借助于块匹配算法(Blockmatching-Algorithmus)或者通过频率分析来确定)也可以不仅在数值方面、而且在方向方面确定相对于工件3的焦点位置。相应地适用于在探测面12a上的上述两个图象B1、B2之间的间距A或A’、A”，所述间距同样是焦点位置F或者F’、F”用的度量，然而在这里是相对于由喷嘴内轮廓5b构成的基准轮廓。
焦点位置与工件3表面3a上的额定-焦点位置F的偏差以典型的方式不被希望地发生在工件加工期间，因为聚焦透镜4的折射率与温度相关，如根据图3清楚地看到的那样，在该图中示出了入射的激光射束2的不同的射束功率用的聚焦透镜5的折射率n。在图3中也示出了射束密度(kW/cm2)，所述射束密度与地点或半径坐标相关地射到聚焦透镜4上并且随着辐射功率(kW)增大而增大。因为在加工过程期间聚焦透镜4的热负荷或温度不能被预告或者说不能被足够准确地预告以使焦点位置适配于额定-焦点位置F，因此上文说明的对焦点位置的确定是有利的，用以在加工过程期间将额定-焦点位置F调节成所希望的以典型的方式恒定的值。
为了将焦点位置F或者F’、F”调节成额定-焦点位置，激光加工头具有控制或调节装置20，分析处理装置19与该控制或调节装置20处于信号技术连接。控制或调节装置20用于控制或调节整个激光加工过程并且在当前情况下对设置在激光射束2光路中的适配的另外的偏转镜21(准确地说，对其光学表面21a)产生影响，该偏转镜的曲率可以用已知的方式设定。适配的偏转镜21的曲率在激光射束2的射束传播方向13上影响到焦点位置F或者F’、F”。曲率可以借助于控制-/调节装置20这样设定，使得刚好补偿了在热力学上取决于焦点位置与额定-焦点位置F’、F”的偏差。在这里说明的示例中这意味着，对适配的偏转镜21影响如此长时间，直至出现图2中所示情形，也就是说直至上述两个图象B1、B2中识别到的结构相互不再具有侧向间距。
不言而喻，额定-焦点位置F不是强制必须位于工件3的表面3a上，而是也可以将所述额定-焦点位置与工件3表面3a间隔开地设置。在这种情况下，控制-/调节装置20也可以用于调节预先给定的、上述两个图象B1、B2中看到的结构之间的侧向间距，所述侧向间距相应于所希望的额定-焦点位置。附加的或者可替代的是，也可根据上述两个图象B1、B2之间的间距A或A’、A”来调节所述焦点位置F或F’、F”，其方式是，将间距A或A’、A”调节成所希望的间距A，所述间距A相应于聚焦透镜4相对于激光加工头1的额定-焦点位置或额定-焦距。特别是可以借助于间距A或A’、A”对焦点位置F或F’、F”进行粗调。也可以根据间距A或A’、A”与上述两个图象B1、B2中看到的表面结构间侧向偏移之间的比较来确定了激光加工喷嘴5与工件3或工件3表面3a之间的间距D。具体地说，为了确定间距D，要确定在上述两个图象B1、B2中相同的表面结构至通过基准轮廓5b所形成的、各个图象B1、B2(在X-方向上)的边缘间距之间的差。根据已知的、例如通过试验测量求取到的或者计算出的函数关系，将间距D配属于工件3。不言而喻，代替于上文说明地对图象B1、B2中看到的表面结构之间的侧向偏移的确定也可考虑到工件3的其它特征以确定侧向偏移，例如必要时也可考虑到过程照明的(热)图象或者图象分析处理用的分析处理装置19等。
控制-/调节装置20也可以用于调节所述成像光学系统14的焦点位置。为了这个目的，控制-/调节装置20对装置32起作用，该装置32用于在激光射束2的射束方向13上位移透镜17a、17b，更准确地说，用于改变透镜17a、17b之间的相对间距。为了简化，成像光学系统14的焦点位置用与激光射束2的焦点位置相同的附图标号F、F’、F”标示。通过调节了成像光学系统14的焦点位置F’、F’、F”可以确保了：工件3的表面3a设置在该成像光学系统的景深范围内，从而使工件3的表面3a清晰地成像到探测面12a上。为了将焦点位置F、F’、F”调节成工件3上的额定-焦点位置，将上述两个图象B1、B2之间的间距A或A’、A”调节成通过试验测量所确定的或者所计算出的额定间距。
如根据图4a-c清楚看到的那样，在成像光学系统14中，代替于球面透镜(所述球面透镜分别配属于观测方向R1、R2)，也可以使用柱形透镜16a、16b，所述柱形透镜只在X-方向上、然而不在Y-方向上具有成像作用。在这种情况下，附加的中心透镜同样作为柱形透镜18a构成，所述附加的中心透镜同样只在X-方向上产生光学作用。在Y-方向上定向的另一柱形透镜18b也用于在Y-方向上产生成像。通过相交叉的柱形透镜16a、16b、18a或18b，探测面12a上可供使用的成像横截面能被良好地利用。
在图5a-c中示出的成像光学系统14同样具有多个相交叉的第一和第二柱形透镜22、23，这些柱形透镜设置成光栅阵列24，以便在探测面12a上产生数量为5x5＝25的图象。透镜元件22、23的光栅阵列24可以用于空间分辨地确定波前像差，所述波前像差通过被热负荷的聚焦透镜4而引起。根据波前像差，借助于聚焦透镜4的射束聚焦能够通过合适的前置于聚焦透镜4的射束造型件借助于本来已知的(在这里未详细说明的)射束造型的光学元件而最优化。可替代的或者附加的是，对工件3同轴地观测用以过程监测，能够通过合适的校正来改善。例如，观测光路7能够通过调适孔径和/或调适成像元件之间的间距和/或通过可自由调节的反射镜来调适。
在图6a、b中示出了成像光学系统14的可替代的构型，其具有成像透镜25和呈偏转棱镜26形式的射束-偏转装置。偏转棱镜26具有四个楔形段，所述楔形段具有相对于观测射束(或其射束轴线)呈一角度地设置的面26a-d，这些面绕着中心平面区域27设置。第一双面26a、b作为射束偏转区域用于使沿X-方向入射的观测射束偏转，从而该观测射束不垂直于成像透镜25中心平面入射到该成像透镜25上并且在探测面12a上产生第一和第二图象B1、B2，所述第一和第二图象沿着X-轴线相互间隔开。
第三面26c和第四面26d相应地作为射束偏转区域用于在探测面12a上产生第三和第四图象B3、B4，所述第三和第四图象沿着Y-方向相互间隔开。不使观测射束偏转的中心区域27用于在探测面12a上产生居中地设置在观测射束的光路中的图象B，所述图象B如在上文描述的那样可以用于过程观测。通过产生四个图象B1、B2或B3、B4(这些图象可分别成对地相互比较)可以得到关于聚焦透镜4的信息，特别是可以得到有关波前像差或有关在上述两个方向(X或Y)中的不同的热负荷方面的提示。如情况可能，也可以在分析处理装置19中对三个或者所有四个图象B1、B2或B3、B4进行比较式分析处理，用以提高相互关系的显著性进而提高在焦点位置F、F’、F”确定的情况下的精确性。
在图6a、b中示出的实施形式，总的来说产生了偏转棱镜的近似于凸状的几何形状。在图7a、b中示出的偏转棱镜26与图6a、b中示出的偏转棱镜的区别仅在于，该偏转棱镜具有基本上凹状的几何形状，由此，图象B1、B2与观测光路7分射束7a、7b间的对应关系是相反的并且相应于图1中示出的对应关系。在识别到焦点位置F或F’、F”(聚焦到工件3上或远离于该工件)变化的方向的情况下，可考虑到观测光路7的分射束(或射束集束)与图象B1、B2或B3、B4的对应关系。
在图8a中示出了成像光学系统的另一实施例，其具有射束偏转装置26，所述射束偏转装置构造成两个反射镜的形式，其具有呈平面镜面26a、26b形式的射束偏转区域。因为上述两个镜面26a、26b相对彼此倾翻，因此入射的观测射束7在不同方向上被反射并且呈两个分别配属于观测方向R1、R2的观测射束7a、7b形式在不同的位置上入射到探测面12a上，以便在该探测面上产生第一和第二图象B1、B2。
在图8b中示出了用于产生两个(或者更多个)图象B1、B2的另一可能性方案。在该另一可能性方案中，在聚焦的观测光路7的区域内，在透镜17后面设置了两个由石英玻璃制成的块28a、28b(平面平行的板)，这些块具有两个平行的端面并用作射束偏移装置。聚焦的观测射束分别以一角度入射到各个块28a、28b的射束入射面上并且以同一角度平行偏移地在对置的射束出射面上又射出。由于块28a、28b的光学密封介质中较大的折射率，观测射束在石英玻璃材料中与垂直于入射面或出射面的法线方向呈较小的角度延伸。入射到各个块28a、28b中的观测辐射部分分别构成了配属于相应观测方向R1、R2的观测射束7a、7b，其中，上述两个观测射束7a、7b由于射束偏移而侧向偏移地在探测面12a上入射并且在该处产生两个相互侧向位移的图象B1、B2。
在图8b中示出的示例中，如在图6b中示出的示例那样，观测射束7a、7b交叉，因为相对彼此倾翻的块28a、28b的法线方向(垂直于射束入射面或射束出射面)在光路中在块28a、28b后面交叉。不言而喻，观测射束7a、7b也可以如在图7b中示出的那样延伸，只要块28a、28b在相反方向上相互倾翻，也就是说，如果这些块的法线方向在光路中在透镜17前面相交的话。
通过比较式分析处理上述两个图象可以用上文说明的方式借助于分析处理装置19确定激光射束2的焦点位置F、F’、F”。当然相应地，这也适用于结合图6a、b和图7a、b所说明的成像光学系统14或采用该成像光学系统所拍摄的图象B(或B1至B4)。不言而喻，在上文所说明的示例中，在观测射束7的光路中可以附加地配备一个或多个(位置固定的)遮蔽板，为了遮住如下观测射束7的部分：该所述观测射束7的部分不应到达探测面12a或不必用于形成上述两个观测射束7a、7b。
在一个未示出的变型方案中，可以使用分束器，用以形成两个配属于相应观测方向R1、R2的观测射束7a、7b，所述分束器根据至少一个在射束横截面上变化的特性而将观测光路7分成两个(或者更多个)形成观测射束7a、7b的部分。例如，分束器可以构造用于根据观测辐射的波长、偏振或者功率而传输或反射该观测光路7的辐射部分。例如，可以在分束器上传输来自观测光路7中心的、具有高功率的观测射束7b，并且，可以使来自观测光路7边缘区域具有较小功率的观测射束7a反射。
图9a、b示出了用于形成两个配属于相应观测方向R1、R2的观测射束7a、7b的另一可能性方案，该可能性方案与上文所说明的可能性方案的区别是，观测射束7a、7b在时间上先后依次地形成。如在图9a、b示出的那样，为了这个目的，在成像光学系统14中设置了遮蔽板31，所述遮蔽板绕着中心旋转轴线B可旋转地支承，从而在旋转时使偏心设置的遮蔽板开口31a的位置在绕着旋转轴线B的圆弧上运动。观测光路7的分别穿过遮蔽板开口31a的部分形成了观测射束7a、7b。通过将遮蔽板31设置在借助于透镜17聚焦的成像光学系统14光路中，来自观测光路7的不同的(例如相互以对角线对置的)区域的观测射束7a、7b在时间上先后依次在探测面12a上的同一位置上成像。如上文所说明的那样，为了确定激光射束2的焦点位置F、F’、F”，由摄像机12先后依次所拍摄的图象可以采用分析处理装置19进行比较式分析处理。
不言而喻，代替于可机械式调节的遮蔽板31，也可以使用可电动式调节的遮蔽板，例如以LCD阵列的形式，在所述的LCD阵列中电子式接通或关断的单个像素或者像素组，用以产生遮蔽作用。机械式遮蔽板31也可以与图9a、b所示横向于观测光路7不同，例如在XY-平面内运动或位移，用以在时间上先后依次地遮挡或为观测而敞开该观测光路7的不同部分。遮蔽板31也可以呈一个或多个可掀开且可关闭的元件的形式来实现，也可以前后相继地设置多个遮蔽板，用以实现时间上先后依次产生图象。
图10示出了设备1的另一实施例，该设备1呈激光加工头的形式用以将激光射束2聚焦到工件3上，该设备1与图1中示出的设备1基本上区别在于，由摄像机12仅拍摄待监测区域15或构成基准轮廓的激光加工喷嘴5内轮廓5b的唯一图象。为了这个目的，由图像检测装置9采用遮蔽板31形成(唯一的)观测射束7a，并采用如下成像光学系统14：该成像光学系统在所示出的示例中具有呈伸缩布置形式的两个透镜17a、17b，用于使观测射束7a的射束横截面适配于摄像机12的探测面12a，以便在探测面12a上产生图象B1以及如情况可能的话附加地从与高能射束2同轴的观测方向R产生高分辨率的图象，例如这一点在上文中结合图1已被说明。
如在图11a、b中清楚的看到的那样，该图示出了在激光射束2的焦点位置F、F’不同的情况下的图象B1(更准确地说探测面12a的局部)，在焦点位置F、F’改变的情况下，形成基准轮廓的激光加工喷嘴5内轮廓5b在图象B1内部的或者说在探测面12a上的位置P、P’也改变。
在图11a中示出的示意图中，激光射束2的焦点位置F位于工件3的表面3a上，这在本示例中相应于额定-焦点位置。在图11b中示出的示意图中，激光射束2的焦点位置F’位于工件3表面3a的上方，并且，内轮廓5b的位置P’相对于图11a中示出的位置P侧向地(在负向的Y-方向上)偏移。在所拍摄的图象B1中的位置P、P’之间的侧向偏移的值与焦点位置F’至工件3的间距相关。这种侧向偏移随着焦点位置F’与工件3之间的间距增大而增大，从而这个偏移是焦点位置F’与工件3表面3a上的额定-焦点位置F之偏差用的度量。例如，这种侧向偏移可以借助于所拍摄的图象B1与基准图象之相互关系来确定，所述基准图象已在所希望的额定-焦点位置F的情况下拍摄到。可替代的是，这种侧向偏移通过下述方式确定：在所拍摄的图象B1以及基准图象中，求取到特征化的位置，例如几何形状的重心点或者专门的几何形状特征(例如对象棱边)。在上述两个图象中的特征化的位置之间的位置偏差可以通过比较来确定并且相应于所述侧向偏移。
与产生图象B1所使用的成像原理相关的是：在焦点位置F’朝向激光加工头1方向位移的情况下，激光加工喷嘴5的内轮廓5b在所拍摄的图象B1中是在正向的还是负向的Y-方向上位移。对于给定的成像原理而言，内轮廓5b的侧向偏移的方向与焦点位置F的位移方向之间的对应关系是明确的，从而根据侧向偏移方向能够推断出焦点位置F的位移方向。
如在图10中明确标明的那样，遮蔽板31可位移地构造并且为了控制位移而与分析处理装置19和/或与控制/调节装置20处于信号技术连接。通过遮蔽板31的位移可以调节所述聚焦透镜4被观测射束7a穿过的部分区域，由此可以改变观测方向R1或观测角度，这表明对于确定的应用是有利的。
而且在图10中示出的设备1中，借助于控制/调节装置20对设置在激光射束2光路中的另一光学元件(更准确地说是对其光学表面21a)产生影响，所述另一光学元件的作用是射束成型或焦点调适，在这种情况下是适配的偏转镜21，以将激光射束2的射束传播方向13上的焦点位置F或F’调节成额定-焦点位置。也可以对其它可射束成型或者焦点调适的光学元件、例如具有可变焦距的透镜(例如液体透镜)或者可在光路中的位置内位移的透镜产生影响。根据内轮廓5b的侧向偏移、或者由为了焦点校正或为了成像光学系统14的焦点位置调节所需要的透镜17a或透镜17b位移的数值，可以推断出激光射束2的焦点位置F、F’、F”的位移，所述位移能够在激光射束2中受控地校正。
控制/调节装置20也可以用于调节所述成像光学系统14的焦点位置，其方式是，将该控制/调节装置对用于使透镜17a、17b在激光射束2的射束方向13上位移的位移装置产生影响，如已在上文结合图1所说明的那样。通过这个方式可以确保了工件3的表面3a总是清晰地成像到探测面12a上。
总而言之，通过上文说明的方式，在工件加工期间也能够确定激光射束2的焦点位置F、F’、F”并且如果需要可进行校正。如果额定-焦点位置F位于工件3的表面3a上，则在相应调节该焦点位置的情况下确保了工件3位于聚焦透镜4的焦面内。除了改善过程品质外，在相应地调节成像光学系统14的焦点位置的情况下，在工件3的表面3a的中心所拍摄的用于过程观测图象B通过聚焦透镜4“清晰地”(也就是说没有散焦地)成像，由此改善了过程观测。

Claims (27)

1.一种用于确定高能射束(2)、特别是激光射束在该高能射束(2)的射束方向(13)上相对于工件(3)和/或相对于设备(1)的基准轮廓(5b)的焦点位置(F、F’、F”)的设备(1)，所述设备包括：
-聚焦元件(4)，用于将所述高能射束(2)聚焦到所述工件(3)上；
-图像检测装置(9)，用于借助穿过所述聚焦元件(4)延伸的观测光路(7)来检测所述工件(3)表面(3a)上待监测区域(15)和/或所述基准轮廓(5b)，其中，所述图象检测装置(9)构造成用于形成至少一个观测射束(7a)，所述观测射束配属于不同轴于所述高能射束(2)延伸的观测方向(R1)，并且，所述图象检测装置包括成像光学系统(14)，用于从所述至少一个观测方向(R1)产生所述待监测区域(15)的和/或所述基准轮廓(5b)的至少一个图象(B1)；以及
-分析处理装置(19)，用于通过分析处理至少一个所拍摄的图象(B1)来确定所述高能射束(2)射束方向(13)上的焦点位置(F、F’、F”)。
2.按照权利要求1所述的设备，其中，所述分析处理装置(19)构造成用于，根据所述基准轮廓(5b)在至少一个所拍摄的图象(B1)中的位置(P，P’)来确定所述高能射束(2)射束方向(13)上的焦点位置(F、F’、F”)。
3.按照权利要求1所述的设备，其中，所述图象检测装置(9)构造成用于形成至少一个另外的观测射束(7b)，所述另外的观测射束配属于另外的观测方向(R2；R)，其中，所述成像光学系统(14)构造成用于，从至少两个不同的观测方向(R1，R2)产生所述待监测区域(15)的和/或所述基准轮廓(5b)的至少两个图象(B1，B2；B3，B4)，其中，所述分析处理装置(19)构造成用于，通过比较式分析处理所拍摄的图象(B1，B2；B3，B4)来确定所述高能射束(2)的焦点位置(F、F’、F”)。
4.按照前面权利要求之一所述的设备，所述设备具有照明光源(10)，用于照明所述工件(3)表面(3a)、特别是在所述待监测区域(15)内和/或用于照明所述基准轮廓(5b)。
5.按照前面权利要求之一所述的设备，其中，所述图像检测装置(9)的观测光路(7)具有被所述基准轮廓(5b)限界的图象检测区域(5a)，用于检测所述工件(3)表面(3a)上的待监测区域(15)。
6.按照权利要求3至5之一所述的设备，其中，所述分析处理装置(19)构造成用于，通过比较式分析处理所述工件(3)表面(3a)在待监测区域(15)内的图象(B1，B2；B3，B4)来确定所述高能射束(2)相对于该工件(3)的焦点位置(F、F’、F”)。
7.按照权利要求3至6之一所述的设备，其中，所述成像光学系统(14)具有至少两个配属于相应观测方向(R1，R2)的成像光学元件(22，16a，16b)。
8.按照权利要求7所述的设备，其中，所述成像光学元件构造为柱形透镜(22，16a，16b)。
9.按照权利要求7或8所述的设备，其中，所述成像光学元件(22)形成透镜阵列(24)。
10.按照权利要求3至9之一所述的设备，其中，所述成像光学系统(14)具有偏转装置(26)，所述偏转装置具有至少两个配属于相应观测方向(R1，R2，…)的射束偏转区域(26a，26b；26c，26d)。
11.按照权利要求10所述的设备，其中，所述偏转装置具有至少一个偏转棱镜(26)。
12.按照权利要求3至11之一所述的设备，其中，所述图象检测装置(9)具有射束偏移装置(28a，28b)，用于形成至少两个配属于相应观测方向(R1，R2；R1，R)的观测射束(7a,7b)。
13.按照权利要求3至12之一所述的设备，其中，所述图象检测装置(9)构造成用于在不同的时间点上形成至少两个配属于相应观测方向(R1，R2；R1，R)的观测射束(7a,7b)。
14.按照权利要求3至13之一所述的设备，其中，所述图象检测装置(9)具有至少一个遮蔽板(31)，用于形成至少两个配属于相应观测方向(R1，R2；R1，R)的观测射束(7a,7b)。
15.按照权利要求3至14之一所述的设备，其中，所述成像光学系统(14)构造成用于，从不同观测方向(R1，R2，...)产生所述待监测区域(15)的和/或所述基准轮廓(5b)的至少三个图象(B1，B2；B3，B4)。
16.按照前面权利要求之一所述的设备，其中，所述成像光学系统(14)具有成像光学元件(18)，用于从同轴于所述高能射束(2)的观测方向(R)产生所述工件(3)表面(3a)上待监测区域(15)的图象(B)。
17.按照权利要求16所述的设备，其中，所述分析处理装置(19)构造成用于，将同轴于所述高能射束(2)所拍摄的图象(B)与至少一个不同轴于所述高能射束(2)所拍摄的图象(B1至B4)进行比较式分析处理。
18.按照前面权利要求之一所述的设备，其中，所述图象检测装置(9)构造成用于，通过用以将激光射束(2)穿透到工件(3)上的激光加工喷嘴(5)喷嘴开口(5a)来拍摄至少一个图象(B1至B4，B)。
19.按照权利要求18所述的设备，其中，所述激光加工喷嘴(5)喷嘴轮廓(5b)形成基准轮廓。
20.按照前面权利要求之一所述的设备，其中，所述图象检测装置(9)具有至少一个探测器、特别是摄像机(12)，所述探测器具有探测面(12a)，在所述探测面上产生至少一个图象(B1至B4，B)。
21.按照权利要求3至20之一所述的设备，其中，所述分析处理装置(19)构造成用于，通过比较式分析处理所拍摄的图象(B1至B4，B)来确定所述基准轮廓(5a)与所述工件(3)表面(3a)之间的间距(D)。
22.按照前面权利要求之一所述的设备，该设备还包括：
-装置(21)，用于改变所述高能射束(2)在射束方向(13)上的焦点位置(F、F’、F”)；以及
-控制和/或调节装置(20)，用于将所述高能射束(2)的焦点位置(F’，F”)控制和/或调节到额定-焦点位置(F)上。
23.按照前面权利要求之一所述的设备，该设备还包括：
-装置(32)，用于改变所述成像光学系统(14)在所述高能射束(2)的射束方向(13)上的焦点位置(F、F’、F”)，以及
-控制和/或调节装置(20)，用于将所述成像光学系统(14)的焦点位置(F’，F”)控制和/或调节到额定-焦点位置(F)上。
24.一种用于确定高能射束(2)、特别是激光射束在该高能射束(2)的射束方向(13)上相对于工件(3)和/或相对于设备(1)的基准轮廓的焦点位置(F、F’、F”)的方法，所述设备具有用于将高能射束(2)聚焦到工件(3)上的聚焦元件(4)，所述方法包括：
-借助于穿过所述聚焦元件(4)延伸的观测光路(7)来检测所述工件(3)表面(3a)上的待监测区域(15)和/或检测所述基准轮廓(5b)；
-通过至少一个观测射束(7a)的成像来产生所述待监测区域(15)的和/或所述基准轮廓(5b)的至少一个图象(B1至B4)，所述观测射束配属于不同轴于所述高能射束(2)延伸的观测方向(R1)；以及
-通过分析处理至少一个所拍摄的图象(B1)来确定所述高能射束(2)射束方向(13)上的焦点位置(F、F’、F”)。
25.按照权利要求24所述的方法，其中，根据所述基准轮廓(5b)在至少一个所拍摄的图像(B1)中的位置(P，P’)来确定所述高能射束(2)的射束方向(13)上的焦点位置(F、F’、F”)。
26.按照权利要求24所述的方法，其中，形成了至少一个另外的观测射束(7b)，该另外的观测射束配属于另外的观测方向(R2；R)，以便从至少两个不同的观测方向(R1，R2)产生所述待监测区域(15)的和/或所述基准轮廓(5b)的至少两个图像(B1至B4)，其中，通过比较式分析处理所拍摄的图象(B1，B2；B3，B4)来确定所述高能射束(2)的焦点位置(F、F’、F”)。
27.一种计算机程序产品，其具有编码器件，所述编码器件用于，当计算机程序在数据处理设备上运行时，执行按照权利要求24至26之一所述方法的所有步骤。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108286936A (zh) * 2017-04-18 2018-07-17 北京理工大学 激光微纳加工差动共焦在线监测一体化方法与装置
CN109175694A (zh) * 2018-10-18 2019-01-11 同高先进制造科技（太仓）有限公司 一种动力电池盒动态在线高速激光焊接系统及其工作方法
CN109238164A (zh) * 2017-07-10 2019-01-18 株式会社三丰 图像拾取装置、光学测量装置及测量系统
CN109648170A (zh) * 2019-01-08 2019-04-19 常州熠光智能科技有限公司 一种晶硅太阳能电池片焊接用水冷式红外聚光装备
CN109791042A (zh) * 2017-08-01 2019-05-21 普雷茨特两合公司 用于光学测量焊接深度的方法
CN109952171A (zh) * 2016-10-13 2019-06-28 通快机床两合公司 用于确定和调节加工射束的焦点位置的方法和设备
CN111065947A (zh) * 2018-03-14 2020-04-24 普雷茨特两合公司 用于确定相干断层摄影机的光学设备的定向的设备、相干断层摄影机和激光加工系统
CN111065900A (zh) * 2017-09-11 2020-04-24 罗伯特·博世有限公司 确定和修正激光束的射束方位的射束方位测量系统和方法
CN111670345A (zh) * 2017-12-22 2020-09-15 普雷茨特两合公司 用于检测激光射束的焦点位置的方法和设备
CN111983795A (zh) * 2019-05-24 2020-11-24 阿贝里奥仪器有限责任公司 用于监测显微镜的聚焦状态的方法和装置
CN113070566A (zh) * 2021-03-02 2021-07-06 苏州科韵激光科技有限公司 一种自动寻焦的方法及装置
CN113195148A (zh) * 2018-11-12 2021-07-30 通快激光与系统工程有限公司 检测生成制造设备工作区域的方法及由粉末材料生成制造构件的制造设备
CN114025906A (zh) * 2019-06-21 2022-02-08 普莱姆斯激光测量技术有限公司 用于焦点位置控制的系统和方法
CN115916448A (zh) * 2020-06-25 2023-04-04 百超激光有限公司 用于激光加工的加工头和方法
CN116323078A (zh) * 2020-10-16 2023-06-23 百超激光有限公司 束流加工头和用于束流加工的方法
CN111983795B (zh) * 2019-05-24 2024-05-14 阿贝里奥仪器有限责任公司 用于监测显微镜的聚焦状态的方法和装置

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014108259A1 (de) * 2014-06-12 2015-12-17 Scanlab Ag Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung
DE102015211999A1 (de) * 2015-06-29 2016-12-29 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Laserbearbeitungskopf und Laserbearbeitungsmaschine damit
KR20170062743A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 전자부품연구원 가변초점 광학소자를 이용한 레이저 광원 셔터 시스템
JP6885071B2 (ja) * 2016-04-14 2021-06-09 村田機械株式会社 レーザ加工機、及びレーザ加工方法
DE102016219927B4 (de) 2016-10-13 2018-08-30 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines thermischen Schneidprozesses
DE102017202628B4 (de) 2017-02-17 2022-03-17 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Kodieren eines plattenartigen Werkstücks, Verfahren zum Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks, Strahlungsbearbeitungsvorrichtung und Kodiersystem
DE102017213511A1 (de) * 2017-08-03 2019-02-07 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Lasermaterialbearbeitung und Lasermaschine
KR102496546B1 (ko) * 2017-12-19 2023-02-06 비아 메카닉스 가부시키가이샤 레이저 가공장치, 레이저 가공방법 및 이를 위한 프로그램을 기록한 기록매체
WO2019159660A1 (ja) * 2018-02-16 2019-08-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法
JP7138454B2 (ja) * 2018-03-02 2022-09-16 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置、レーザ加工方法及び調整装置
CN111971143B (zh) * 2018-04-13 2022-11-11 松下知识产权经营株式会社 激光焊接装置
DE102018217526A1 (de) * 2018-10-12 2020-04-16 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Ermitteln einer Kenngröße eines Bearbeitungsprozesses und Bearbeitungsmaschine
DE102018125620A1 (de) * 2018-10-16 2020-04-16 Schuler Pressen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden einer Blechplatine aus einem kontinuierlich geförderten Blechband
JP2020094923A (ja) * 2018-12-13 2020-06-18 株式会社島津製作所 蛍光イメージング装置
JP7278178B2 (ja) * 2019-09-05 2023-05-19 株式会社ディスコ レーザー加工装置の光軸確認方法
DE102020134317A1 (de) 2020-12-18 2022-06-23 Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung Vorrichtung und Verfahren zur Fokuslagen-Bestimmung
DE102020134109B3 (de) 2020-12-18 2022-05-25 Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung Vorrichtung und Verfahren zur Fokuslagen-Bestimmung
TWI806246B (zh) * 2021-11-18 2023-06-21 台達電子工業股份有限公司 輻射聚焦模組與具有輻射聚焦模組的加工系統
WO2023208863A1 (de) * 2022-04-25 2023-11-02 Primes Gmbh Messtechnik Für Die Produktion Mit Laserstrahlung Vorrichtung und verfahren zur fokuslagen-bestimmung mit berücksichtigung von prozessgas

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4383168A (en) * 1980-06-02 1983-05-10 Raytheon Company Automatic focusing apparatus
DE19914984A1 (de) * 1999-04-01 2000-10-26 Precitec Gmbh Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Arbeitsfokus relativ zu einer Oberfläche, insbesondere relativ zur Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks in einer Laserbearbeitungsanlage
CN202240152U (zh) * 2011-09-05 2012-05-30 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 激光加工中实时监测焦点位置的装置
WO2012101533A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-02 Bystronic Laser Ag Laserbearbeitungsmaschine, insbesondere laserschneidmaschine, sowie verfahren zum zentrieren eines insbesondere fokussierten laserstrahles
CN102974936A (zh) * 2012-11-02 2013-03-20 中国人民解放军国防科学技术大学 激光焦点定位系统及将材料定位于激光焦点处的方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0737330B1 (en) * 1994-06-02 1999-03-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of repetitively imaging a mask pattern on a substrate, and apparatus for performing the method
JPH0943507A (ja) * 1995-08-02 1997-02-14 Canon Inc 電子スチルカメラおよびそのフォーカス制御方法
JPH1020182A (ja) * 1996-07-04 1998-01-23 Nikon Corp 焦点検出装置、および焦点検出機能を有する撮像装置
DE10157895B4 (de) * 2001-11-26 2006-06-14 Alpha Laser Gmbh Verfahren zur relativen Positionierung und Orientierung eines Laserbearbeitungskopfes und eines Werkstücks
DE102005032946A1 (de) 2004-07-16 2006-02-02 Carl Zeiss Meditec Ag Vorrichtung zur Bearbeitung eines Objektes mittels Laserstrahlung
DE102005022095B4 (de) * 2005-05-12 2007-07-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer lateralen Relativbewegung zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück
EP2065117A1 (de) * 2007-11-29 2009-06-03 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Verfahren und Bearbeitungsmaschine zur Prozessvisualisierung einer Bearbeitung eines Bearbeitungswerkstückes
JP5128616B2 (ja) 2008-02-22 2013-01-23 パナソニック株式会社 撮像装置
JP5225151B2 (ja) * 2008-03-11 2013-07-03 キヤノン株式会社 撮像装置及び画像処理方法
JP5221254B2 (ja) * 2008-08-28 2013-06-26 株式会社ディスコ レーザー加工装置
US20100326962A1 (en) 2009-06-24 2010-12-30 General Electric Company Welding control system
JP5172041B2 (ja) * 2009-07-20 2013-03-27 プレシテック カーゲー レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工ヘッドの焦点位置の変化を補償するための方法
JP2012146702A (ja) * 2011-01-06 2012-08-02 Nikon Corp 露光方法及び露光装置
JP2012151597A (ja) * 2011-01-18 2012-08-09 Nikon Corp カメラ、およびカメラシステム
DE102011003717A1 (de) * 2011-02-07 2012-08-09 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung und insbesondere zur Regelung eines Laserschneidprozesses
DE102011016519B4 (de) 2011-04-08 2019-03-28 Lessmüller Lasertechnik GmbH Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4383168A (en) * 1980-06-02 1983-05-10 Raytheon Company Automatic focusing apparatus
DE19914984A1 (de) * 1999-04-01 2000-10-26 Precitec Gmbh Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Arbeitsfokus relativ zu einer Oberfläche, insbesondere relativ zur Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks in einer Laserbearbeitungsanlage
WO2012101533A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-02 Bystronic Laser Ag Laserbearbeitungsmaschine, insbesondere laserschneidmaschine, sowie verfahren zum zentrieren eines insbesondere fokussierten laserstrahles
CN202240152U (zh) * 2011-09-05 2012-05-30 中科中涵激光设备（福建）股份有限公司 激光加工中实时监测焦点位置的装置
CN102974936A (zh) * 2012-11-02 2013-03-20 中国人民解放军国防科学技术大学 激光焦点定位系统及将材料定位于激光焦点处的方法

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109952171A (zh) * 2016-10-13 2019-06-28 通快机床两合公司 用于确定和调节加工射束的焦点位置的方法和设备
CN108286936A (zh) * 2017-04-18 2018-07-17 北京理工大学 激光微纳加工差动共焦在线监测一体化方法与装置
CN109238164A (zh) * 2017-07-10 2019-01-18 株式会社三丰 图像拾取装置、光学测量装置及测量系统
CN109791042A (zh) * 2017-08-01 2019-05-21 普雷茨特两合公司 用于光学测量焊接深度的方法
CN109791042B (zh) * 2017-08-01 2022-05-27 普雷茨特两合公司 用于光学测量焊接深度的方法
CN111065900A (zh) * 2017-09-11 2020-04-24 罗伯特·博世有限公司 确定和修正激光束的射束方位的射束方位测量系统和方法
CN111670345A (zh) * 2017-12-22 2020-09-15 普雷茨特两合公司 用于检测激光射束的焦点位置的方法和设备
CN111065947A (zh) * 2018-03-14 2020-04-24 普雷茨特两合公司 用于确定相干断层摄影机的光学设备的定向的设备、相干断层摄影机和激光加工系统
US11623299B2 (en) 2018-03-14 2023-04-11 Precitec Gmbh & Co. Kg Device for determining an orientation of an optical device of a coherence tomograph, coherence tomograph and laser processing system
CN109175694A (zh) * 2018-10-18 2019-01-11 同高先进制造科技（太仓）有限公司 一种动力电池盒动态在线高速激光焊接系统及其工作方法
CN113195148A (zh) * 2018-11-12 2021-07-30 通快激光与系统工程有限公司 检测生成制造设备工作区域的方法及由粉末材料生成制造构件的制造设备
CN113195148B (zh) * 2018-11-12 2023-09-01 通快激光与系统工程有限公司 检测生成制造设备工作区域的方法及由粉末材料生成制造构件的制造设备
CN109648170B (zh) * 2019-01-08 2020-12-29 常州熠光智能科技有限公司 一种晶硅太阳能电池片焊接用水冷式红外聚光装备
CN109648170A (zh) * 2019-01-08 2019-04-19 常州熠光智能科技有限公司 一种晶硅太阳能电池片焊接用水冷式红外聚光装备
CN111983795A (zh) * 2019-05-24 2020-11-24 阿贝里奥仪器有限责任公司 用于监测显微镜的聚焦状态的方法和装置
CN111983795B (zh) * 2019-05-24 2024-05-14 阿贝里奥仪器有限责任公司 用于监测显微镜的聚焦状态的方法和装置
CN114025906A (zh) * 2019-06-21 2022-02-08 普莱姆斯激光测量技术有限公司 用于焦点位置控制的系统和方法
CN114025906B (zh) * 2019-06-21 2023-12-19 普莱姆斯激光测量技术有限公司 用于焦点位置控制的系统和方法
CN115916448A (zh) * 2020-06-25 2023-04-04 百超激光有限公司 用于激光加工的加工头和方法
CN115916448B (zh) * 2020-06-25 2024-04-30 百超激光有限公司 用于激光加工的加工头和方法
CN116323078A (zh) * 2020-10-16 2023-06-23 百超激光有限公司 束流加工头和用于束流加工的方法
CN113070566A (zh) * 2021-03-02 2021-07-06 苏州科韵激光科技有限公司 一种自动寻焦的方法及装置
CN113070566B (zh) * 2021-03-02 2022-05-27 苏州科韵激光科技有限公司 一种自动寻焦的方法及装置

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