CN109219496B - 激光加工时工艺监控的具有光学距离测量装置和棱镜偏转单元的装置及具有其的激光加工头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在激光加工时、尤其在激光焊接和激光深焊接时进行工艺监控的装置，其具有：光学距离测量装置，所述光学距离测量装置具有用于产生测量光束(14)的测量光源，所述测量光束聚焦到工件表面上用于形成测量光点；和棱镜偏转单元(24)，所述棱镜偏转单元具有至少一个棱镜(22)，所述棱镜围绕横向于所述测量光束(14)延伸的轴线(28)可转动地支承，并且所述棱镜使所述测量光束(14)横向地偏转用于将所述测量光点在所述工件表面上定位。

Description

激光加工时工艺监控的具有光学距离测量装置和棱镜偏转单 元的装置及具有其的激光加工头

技术领域

本发明涉及一种用于在激光加工时、尤其在激光焊接和激光深焊接时借助光学距离测量进行工艺监控的装置。在此，所述距离测量可以尤其通过光学相干断层成像实现。

背景技术

对于用于工艺监控的距离测量，测量射束通常同轴地与加工射束叠加。为了能够实施不同的测量任务，例如：找到小孔开口、测量焊入深度(即小孔深度)、在上板上的基准测量、在前运行中进行形貌测量(例如为了找到缝和跟踪缝)、在后运行中进行形貌测量(例如测量缝上焊瘤用于错误识别和保证质量)和诸如此类，必要的是，能够将所述光学测量射束在工件上的入射点(即测量点)准确地定位。为此，测量射束必须能够精准地横向偏移，所述测量射束被引导穿过激光加工头、尤其穿过激光焊接头或激光焊接扫描器。

在此，上述任务中要求最高的是测量焊入深度、即测量在焊接时在工作激光束和工件之间的交互作用区域中形成的蒸汽毛细管(所谓的小孔)的深度。与工艺参数(例如工作激光束的焦点直径、激光功率、进给速度等)有关，小孔具有典型的几百微米的开口直径并且在特殊情况中也可以明显更小。为了从小孔底部得到最优的深度信号，测量射束的焦点必须以小于25μm的横向精度对准到之前根据实验确定的小孔开口上。典型地，最优的位置位于工作激光束的后运行中并且与进给方向和进给速度有关。尤其在用扫描器(即激光加工头)进行激光焊接时，在所述扫描器中，工作焦点例如借助受控的振动镜横向于加工线周期性地偏移)、但也在用固定光学器件进行方向无关的焊接时，需要持续准确并且快速地调整相对于工作激光束的测量点位置。

在周期性的距离中，测量点必须附加地转向到上板上，以便在那里实施距离测量。由到上板的距离与到小孔底部的距离之间的差，能够确定实际的小孔深度进而焊入深度。然而，如果没有准确地射到小孔开口进而小孔底部，测量系统就会检测错误的距离值并且使用者就会得到错误的焊入深度的信息，从而相关的构件通常被当做不合格的构件被剔除。

对于前运行和后运行中的上述的形貌测量，测量射束必须快速并且准确地横向于加工线偏移，以便能够扫描工件表面的形貌。根据测量任务，进行在几毫米直至几十毫米范围上的侧向偏转。

因此，为了解决上述测量任务，对用于测量射束的偏转单元提出两个补充的要求。所述偏转单元必须确保快速并且高动态地偏转测量射束并且将测量点精准地、可再现地定位到预先确定的位置上。在此，所述精准的、可再现的定位应该在较长的时间间隔(即数天至数周)内是可能的。

通常通过镜光学器件偏转光束。使用振镜(或检流计)马达、压电驱动装置、微机电系统(MEMS，Microelectromechanical Systems)或其他的马达式驱动装置作为驱动装置，所述驱动装置引起偏转镜的限定的转动运动。

在镜上的反射中适用反射定律，既入射角＝出射角。这意味着，当镜角变化角度Φ时，光束的偏转变化2·Φ。因此，一方面能够实现大的偏转角，但另一方面驱动装置的漂移和不准确性也会增大两倍。以下简要阐明可能的驱动装置的优缺点：

振镜驱动装置(振镜马达)的优点是大的偏转角(≈0.35rad)、非常好的可再现性(≈2μrad)、高动态(即快速的可摆动性和可定位性)和在应用大镜时的大孔径。缺点是尤其在模拟位置探测器的情况下的高的长期漂移值和温度漂移值。在模拟位置探测器的情况中，典型的振镜扫描器显示在高达600μrad的范围内的长期漂移。此外还有温度相关的漂移，所述温度相关的漂移典型地处于15μrad/K的范围内。因为在生产环境中温度通常不能保持恒定，会快速地产生高达数百μrad的漂移值，其中，光学光束的偏转由于反射定律遭受两倍高的漂移。该漂移尤其在与镜光学器件组合时对于可靠并且稳定地实施小孔深度的上述测量而言已经太大。

此外，市场上的各种制造商也提供数字位置探测器，所述数字位置探测器的长期漂移值小大致一个量级，然而系统的成本目前仍明显较高。改进的长期漂移值也不能保证可靠并且稳定的运行，因为尽管使用所述数字位置探测器但总会添加温度相关的漂移。

相当紧凑的压电扫描器同样具有非常好的角度分辨率，然而通常只允许小于10mrad的小偏转角。尽管市场上也存在具有较大的偏转角的型号，然而这种压电扫描器的成本非常高。此外，最大的镜尺寸进而测量射束的孔径受到紧凑的构造形式限制。长期漂移值和温度漂移值很少给出。

微机电系统(MEMS，Microelectromechanical Systems)作为偏转单元具有极其紧凑的构造形式，由此，最大孔径通常被严格限定在1到4mm之间的范围内。此外，这些构件通常在谐振模式中运行，即转向镜以其谐振频率振动。为了能够静态地调节并且保持角度，所谓的准静态微机电系统(MEMS)是必需的，但是其制造是较耗费的进而是较贵的。

为了实现上述焊入深度测量和/或形貌测量，需要通过激光加工头、尤其通过激光焊接头或通过激光焊接扫描器来引导测量射束，以便将所述测量射束同轴地与加工射束叠加。这意味着，为了聚焦测量射束，使用激光加工头的聚焦元件。所述聚焦元件通常具有在150到1000mm范围内的聚焦焦距。为了将测量光定位在工件表面上并且尤其聚焦到小孔开口中，并且为了在形貌测量时获得高横向分辨率，需要在几十μm范围内的小的焦点尺寸。由于所给出的大的聚焦焦距，为此需要经准直的测量射束的足够大的直径。因此，基于微机电系统(MEMS)的镜不适用于这个任务。相反，压电扫描器通常具有过小的偏转角，所述偏转角尤其在上述的形貌测量中是不够的。相反，振镜扫描器以其角度范围、位置准确性和镜尺寸十分适合。然而，所述振镜扫描器具有所提到的大的漂移值的问题。

由DE 40 26 130 C2已知一种借助两个转向镜来偏转光束的装置，所述转向镜能够相互独立地围绕转动轴线转动。因为激光束的偏转借助镜实现，所以在这里适用反射定律。这意味着，当镜转动角度Φ时，光束的偏转变化2·Φ。因此，相应的镜驱动装置的漂移和不准确性分别增大两倍。

由DE 44 41 341 C2已知一种鼓式照排机或鼓式扫描器，其中，可倾斜的棱镜布置在经准直的射束路径中，以便将用于精校或预校的焦点位置横向于射束路径的光学轴线移动。实际的动态的射束偏转通过转动马达上的镜光学器件实现。

由DE 10 2008 032 751 B3已知一种激光加工装置，其中，将两个棱镜分别应用在经准直的激光束中用于在振镜扫描器的两个偏转镜之间的空间中的点中将两条经准直的激光束精校和定向。借助振镜扫描器的镜光学器件实现对于具有双点或多点的激光加工所需的动态偏转。

DE 20 2008 017 745 Ul涉及一种用于引导光束的装置并且说明了一种旋转地被驱动的并且在倾斜角方面可被调整的平板在会聚的射束路径中的应用，以及说明了一种具有相互面对的互补的球形表面的光学组件的应用。然而，平板在会聚的射束路径中的应用会导致显著的成像误差，所述成像误差对于距离测量是不利的。

DE 43 91 446 C2涉及一种激光束扫描器并且说明了一种旋转地被驱动的棱镜用于使经准直的激光束偏转以便得到圆形的轨道的应用。所述棱镜的旋转围绕光学轴线进行。在此，激光束的偏转角保持恒定。

DE 198 17 851 Cl涉及一种用于偏转激光束的方法并且说明了具有相同楔角的两个楔形板的应用，所述两个楔形板布置为相互独立地能够围绕光学轴线转动。因此，通过所述楔角预先给出的圆面上的每个点能够被有针对性地操控。这个方法也以“Risley棱镜扫描器”的名称公开。为了获得线性的扫描图案，两个楔形板必须以预限定的角速度转动。

在DE 10 2016 005 021 Al中示出了一种用于在以高能射束进行加工工艺期间测量蒸汽毛细管的深度的装置，其中，经准直的测量光束射到楔形板上，所述楔形板能够通过马达围绕转动轴线转动。在此，所述转动轴线垂直于第一平面并且横向于测量光束。因此，第一平面作为转向镜作用并且产生第一测量光束，所述第一测量光束的方向也是不变的。第二平面与所述转动轴线围成不等于90度的角度。以这种方式产生第二测量光束，所述第二测量光束根据楔形板的的楔角相对于第一测量光束倾斜。在此，所述第二测量光束的传播方向与所述楔形板的定向相关。以这种方式，在工件的表面上产生两个测量点，所述两个测量点与所述楔形板的转动角无关地彼此之间始终具有相同的间距。通过所述楔形板的转动角，第二测量光点在圆形轨道上围绕第一测量光点运动。

由JP 10-034366 A已知一种激光束加工装置，其中，工作激光束由透镜聚焦在焦点中。观察射束路径被准直器准直并且前后相继射到楔形板上，所述楔形板的第一面垂直于射入的测量光束。在射束方向上，在所述楔形板之后布置有平面平行的板，所述平面平行的板倾斜于所述楔形板的两个面。如果所述楔形板和所述平面平行的板共同围绕光学轴线转动，那么测量光点在相应的圆形轨道上围绕所述光学轴线游动。

US 5，763，853 A涉及一种激光加工装置，其具有用于产生加工激光束的激光器，所述加工激光束通过转向镜和聚光透镜聚焦到工件上。设置用于确定工件的加工位置的光学检测系统，所述光学检测系统包括用于产生作为检测光的激光束的光源、准直透镜、半镜、聚焦透镜和光电传感器。所述检测光借助所述半镜和所述转向镜耦入到工作激光束路径中，从而所述检测光共同地与所述加工激光束聚焦到所述工件上。通过调节所述半镜的倾斜角，检测光点聚焦到所述工件的表面上的期望位置上。所述半镜能够被图像转动棱镜代替，所述检测光在所述图像转动棱镜的基面上完全被反射。

DE 39 40 694 Al涉及一种用于激光加工装置的射束路径调节装置，其中，由激光振荡器射出的激光束通过楔形的偏转装置和会聚透镜聚焦到工件上。所述楔形偏转装置具有两个棱镜，所述棱镜分别能够围绕平行于折射边沿的转动轴线扭转。在此，所述两个棱镜的转动轴线相互呈直角地布置。借助这个楔形的偏转装置，所述激光束能够平行于所述会聚透镜的光学轴线定向。为此，在工件上反射的激光通过所述会聚透镜、转向镜和放大透镜转到摄像机上，而不穿过所述楔形的偏转单元。借助所述摄像机能够观察激光点在所述工件上的位置，以便将工作激光焦点定位。

US 2004/0007563 Al涉及一种用于瞄准(Targeting)的装置，其例如能够用于对物品激光切割或激光标记。在此，工作激光束通过开口射入到扫描头中并且经过极化控制装置，所述极化控制装置具有两个相对布置的布鲁斯特板。所述激光束的偏转通过由振镜马达调整的镜实现。

WO 2015/039741 Al涉及一种用于测量激光束在工件中的侵入深度的方法以及一种激光加工装置，并且说明了一种用于在以高能射束进行加工工艺期间测量蒸汽毛细管的深度的装置。在此，经准直的测量光束通过扫描镜和射束分离器立方体与第二测量光束叠加。然后，两个测量光束都通过二向色的镜耦入到激光加工射束路径中，从而所述测量射束与工作激光束一起聚焦到工件上。所述扫描镜可以是检流计镜。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于在激光加工时进行工艺监控的装置，其中，光学测量射束能够被快速并且可精准再现地偏转用于将测量点在工件表面上定位，所述光学测量射束尤其被引导穿过激光加工头。

这个任务通过根据本发明所述的装置解决。本发明的有利构型和扩展方案在本申请的技术方案中说明。

根据本发明的用于在激光加工时、尤其在激光焊接和激光深焊接时进行工艺监控的装置设置有光学距离测量装置和棱镜偏转单元，所述光学距离测量装置具有用于产生测量光束的光谱宽频的测量光源，所述测量光束聚焦到工件表面上用于形成测量光点，并且所述光学距离测量装置根据相干断层成像实施距离测量，所述棱镜偏转单元具有至少一个棱镜，所述棱镜围绕横向于所述测量光束延伸的轴线可转动地支承，所述棱镜使所述测量光束横向地偏转用于将所述测量光点在所述工件表面上定位。在此，所述测量光束(14)被引导通过所述至少一个所述棱镜(22)，使得所述测量光束(14)只在所述至少一个棱镜(22)的折射面上转向。由此能够实现，与所述棱镜的期望位态的偏差只对所述测量光束的偏转准确性具有最小的影响，因为所述棱镜大的转动运动只会导致所述测量光束相对小的偏转。

为了能够将测量光束引导到二维的测量区域或观察区域上，有利的是，所述棱镜偏转单元具有两个棱镜，所述两个棱镜布置为相互成90°的角度，并且所述两个棱镜围绕横向于所述测量光束延伸的轴线可转动地支承，其中，这个棱镜或这些棱镜能够分别被调节驱动装置转动，所述调节驱动装置能够被相互独立地操控。

为了对于各种不同的测量任务确保快速并且高动态地偏转测量光束，有利的是，振镜马达设置为调节驱动装置。振镜马达是可靠的并且能够被良好控制的驱动装置，由于通过这个或这些棱镜的光学减小，所述振镜马达的漂移对定位准确性仅仅还有很小的影响。

有利地，所述棱镜偏转单元布置在测量光束的平行区段中、尤其在准直光学器件和聚焦光学器件之间，其中，所述准直光学器件倾斜于所述聚焦光学器件的光学轴线。以这种方式实现，所述测量光束在通过这个或这些棱镜偏转后基本上平行于所述聚焦光学器件的光学轴线延伸。

在本发明的一个有利构型中设置，所述棱镜偏转单元的这个或这些棱镜设置有一个或多个防反射层，其中，所述防反射层的透射设计用于大的角度范围。因为以这种方式实现几乎100％的透射，所以测量光实际上没有遭受损失并且较大的焊入深度的测量是可能的。此外，在所述光学器件中没有出现可能导致测量系统中的干扰信号的干涉。

根据本发明的用于在激光加工时、尤其在激光焊接和激光深焊接时进行工艺监控的装置能够与激光加工头、尤其是激光焊接头或激光焊接扫描器一起应用，加工激光束被引导通过所述激光加工头并且在所述激光加工头中布置聚焦光学器件，所述聚焦光学器件将所述加工激光束聚焦到工件上的工作焦点中。在此，所述测量光束与所述加工激光束叠加，其中，所述测量光束通过射束分离器耦入到所述加工激光束中。在此，所述棱镜偏转单元布置在准直光学器件和所述射束分离器之间。

附图说明

以下示例性地根据附图进一步阐明本发明。其中：

图1示出激光加工头的示意性简化示图，所述激光加工头具有根据本发明的用于在激光加工时进行工艺监控的集成的装置，

图2a和2b分别示出用于在激光加工时进行工艺监控的装置的测量射束路径的示意性简化示图，

图3示出光束通过棱镜偏转的示图用于阐明棱镜偏转单元的工作原理，

图4示出加工平面中的射束偏移与棱镜偏转单元的棱镜的倾斜角的关系，

图5a示出具有镜光学器件的偏转单元的示意性示图，

图5b类似于图3地示出用于比较棱镜偏转单元与镜偏转单元的示图，

图6示出射束偏移与镜驱动装置或棱镜驱动装置的转动角的关系，

图7示出在具有棱镜和没有棱镜情况下测量射束的焦点中测得的和所模拟的射束轮廓，

图8示出测量射束的焦点中所模拟的射束轮廓，所述测量射束能够借助两个前后相继连接的棱镜偏转。

在附图的不同示图中，相互对应的元件设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出激光加工头10，加工激光束11穿过所述激光加工头被引导到工件12的表面上。在此，所述激光加工头10尤其能够是激光焊接头或激光焊接扫描器。在所述激光加工头10中，加工激光束11与测量光束14叠加，以下根据图2a和2b详细阐明所述测量光束。所述测量光束从没有详细示出的、集成在用于工艺监控的装置的分析评估单元15中的光源经过光波导体16、射束分离器17和另一光波导体20被引导到所述激光加工头10上。如果根据相干断层成像实施距离测量，那么所述测量光在优选可以具有光纤耦合器的射束分离器17中被分开并且被供给参照臂18和测量臂19，所述测量臂包括光波导体20和测量光在所述激光加工头10中的射束路径。

如图2a中所示，从所述光波导体20的端面发散地射出的测量光被准直光学器件21准直，以便得到平行的测量光束14’。平行的测量光束14’被棱镜偏转单元24的棱镜22偏转并射到射束分离器25上，加工激光束11借助所述射束分离器与所述测量光束14叠加，如图2a中以虚线所示。然后所述加工激光束11和所述平行测量光束14’被共同的聚焦光学器件26聚焦在加工焦点或测量点中，在射束射出侧保护玻璃27布置在所述聚焦光学器件前。在此，棱镜22的折射边沿22”、即所述棱镜的包围棱镜的楔角或顶角δ的两个折射面的交线(见图3)平行于转动轴线28延伸，从而通过所述棱镜22的转动有针对性地改变所述棱镜的倾斜角、即所述棱镜的两个折射面相对于射入的光束(准直光学器件21的光学轴线)的角度。通过所述棱镜22的相对于加工射束路径的光学轴线的倾斜角，所述测量点的位置能够相对于所述加工焦点有针对性地移动，所述加工射束路径能够借助调节驱动装置22’调节。

为了实现所述测量点相对于加工焦点不仅在进给方向上而且垂直于进给方向地定位，用于测量光束14的射束引导光学器件除所述棱镜22外还具有第二棱镜23，所述第二棱镜23布置为使得其楔角、即其折射边沿23”垂直于所述第一棱镜22的楔角、即折射边沿22”延伸。因此，两个棱镜22、23的转动轴线28也相互垂直地延伸，所述转动轴线布置为平行于所述棱镜的折射边沿22”、23”。两个棱镜22、23能够通过配属的调节驱动装置22’、23’以期望的方式转动或倾斜进而被调整，所述调节驱动装置能够相互独立地被操控。

根据本发明，不将镜光学器件应用为偏转射束元件，而是应用一个或两个棱镜22、23、即透射的棱镜光学器件。因此，不会像在镜光学器件中那样，镜的机械转动运动由于反射定律转化为两倍大的光学射束偏转，这相应于光学放大。相反，所述机械转动运动减小并且导致较小的光学偏转。

组合转动的并且能够快速定位的驱动装置(例如振镜马达)，对于上述测量任务得到以下优点：

用作用于棱镜22的调节元件的振镜马达(未示出)的存在的漂移运动被光学地减小，从而能够防止测量点位置从蒸汽毛细管漂移出。尽管被减小，对于在前运行和后运行中形貌测量所必需的检查范围或扫描范围仍可以完全地被扫描。由于光学地减小，所述振镜马达在其全部角度范围内工作并且能够最优地被充分利用。棱镜光学器件的这个或这些棱镜22、23也能够与其他的驱动方案(例如压电驱动、带驱动等)组合。

图3中示出棱镜22、23，所述棱镜围绕转动轴线28(垂直于附图平面)可转动或可倾斜地支承，所述转动轴线垂直于测量射束路径的未示出的光学轴线延伸，以便阐明一维的棱镜偏转单元的工作方式。所述棱镜22、23可以被同样未示出的转动驱动装置转动。

借助折射定律和几何关系得出由文献已知的用于棱镜的总偏转角的公式

在此，α₁表示相对于面法线的入射角、n₁和n₂表示环境介质或棱镜材料的折射系数并且δ表示棱镜的顶角。

在光通路对称时存在最小的偏转角。对此适用

如果所述光通路由此偏移，所述偏转角不仅在所述棱镜22、23正向转动时而且在其负向转动时都变大。在图4中根据1D(一维)棱镜偏转单元示出这种行为，所述1D棱镜偏转单元布置在准直器21和45°的射束分离器24之间。因为棱镜与棱镜角无关地一直将射束偏转到相同的方向，所以所述准直器21的光学轴线倾斜于所述聚焦光学器件25的光学轴线，从而在加工平面的(即工件表面的)参照系统中，所述射束从所选的零位不仅可以偏转到正向上而且可以偏转到负向上。如由图4和上述公式可见，倾斜角和加工平面中的射束偏移之间没有线性关系。然而，借助驱动装置的操控中的修正功能能够修正这种行为。

图4示出作为用于具有聚焦焦距为f＝300mm的激光加工头的射束偏转单元的棱镜光学器件的转动角或倾斜角的函数的加工平面中的射束偏移的模拟的结果。所述准直单元(即准直器21)倾斜5°，以便通过所述聚焦光学器件25能够实现垂直的通路。所述棱镜的顶角为7.68°。由于折射特性，所述棱镜22能够应用在两个角度范围中，以便能够实现在正向和负向上的射束偏移。

图4的左半部分示出当棱镜22从用于对称的光通路的位态顺时针转动时加工平面中的射束偏移；而图4的右半部分示出当棱镜22逆时针转动时加工平面中的射束偏移。对于两种情况能找到下述角度位态，所述角度位态关于加工平面中的测量点的位置是零位。该角度位态对于棱镜22顺时针转动的情况相对于用于对称的光通路的位态位于大致-58°处，并且对于棱镜22逆时针转动的情况位于大致48°处。

如图5a中所示，在镜偏转单元中，在驱动装置(振镜马达)小转动角时就得到大的射束偏转，然而如图5b所示，在采用棱镜偏转单元时，在驱动装置进而棱镜相对大的转动角时也得到相对小的射束偏转。图6示出棱镜扫描器和传统的镜扫描器之间的比较。由于在棱镜光学器件的情况下的光学减小，典型的振镜马达的转动角几乎完全被充分利用。在镜光学器件的情况下，驱动装置仅在非常有限的角度范围内工作，因而不准确性和漂移运动不能在典型的生产环境中实现到小孔的开口上的稳定定位。

图6尤其示出聚焦焦距为f＝300mm的激光加工头的加工平面中的侧面的或横向的射束偏移，所述射束偏移为棱镜光学器件(具有点的线)和镜光学器件(具有叉的线)的转动角或倾斜角的函数。所述棱镜的顶角为7.68°。棱镜和镜布置在经准直的射束中。

由于折射率与波长相关，在光谱宽频的测量光通过时发生色分裂。图7中示出在测量射束(即测量点)的聚焦点中测得的和所模拟的强度分布，所述测量射束通过具有聚焦焦距为f＝300mm的激光加工头的加工光学器件(即聚焦光学器件)聚焦。所使用的光源具有40nm的光谱宽度。在没有棱镜偏转单元或棱镜扫描器的测量中，不仅在测量中而且在模拟中都在焦点中示出圆高斯状的并且衍射受限的强度轮廓。在经准直的射束路径中应用棱镜时(即在如图2a中所示的布置中)，产生小的色分裂。尽管如此，该射束轮廓仍接近衍射受限的强度分布，从而得出所述测量点适用于测量蒸汽毛细管的深度。

图8示出在应用两个彼此成90°角度布置的棱镜22、23(2D(二维)棱镜扫描器或偏转单元)的情况下在加工平面中的扫描范围中的不同位置上的模拟的强度分布，所述加工平面为上述测量任务具有大致10mm x10mm的典型尺寸。与扫描范围位置无关，射束轮廓示出接近于衍射极限的尺寸，从而在测量射束穿过两个前后相继布置的棱镜时测量射束自身能够完全聚焦到小孔开口中。在形貌测量时高横向分辨率也是可能的，因为小于100μm的测量点直径具有小的尺寸。通过应用两个彼此转动成90°角度的棱镜22、23(如图2b中所示)，测量光束14能够定位在扫描范围内的每个任意的位置上。每个棱镜仅在一个方向上偏转测量射束。

为了用于确定小孔深度的距离测量，所述测量点借助所述棱镜偏转单元的两个棱镜22、23可再现地交替地聚焦到靠近焊缝的工件12上的小孔上。棱镜22、23在相应的测量中静态地保持在相应的位置中。

在前运行和后运行中的形貌测量时，所述一个棱镜22(或23)用于将测量点定位到期望的扫描范围中，而所述另一棱镜23(或22)在其转动时在所述扫描范围上引导测量光点。

根据本发明的棱镜与快速高动态的驱动装置(例如振镜马达)组合使用，能够得到适配激光焊接时工艺监控中的需求的射束偏转。为了实现二维的偏转单元，两个棱镜布置为彼此成90°角度。该偏转单元与光学距离测量系统(例如光学相干断层成像)组合，能够实现可靠地实施开头所述的测量任务。本发明的主要优点在于，能够显著地减少测量射束在加工平面中的漂移运动，并且由于棱镜光学器件的光学减小能够充分利用驱动装置的全部转动角。

Claims (9)

1.一种用于在激光加工时进行工艺监控的装置，其具有：

-光学距离测量装置，所述光学距离测量装置具有用于产生测量光束(14)的光谱宽频的测量光源和分析评估单元(15)，所述测量光束聚焦到工件表面上用于形成测量光点，所述分析评估单元适用于根据相干断层成像实施距离测量，

-棱镜偏转单元(24)，所述棱镜偏转单元具有至少一个棱镜(22)，所述棱镜围绕横向于所述测量光束(14)延伸的轴线(28)可转动地支承，从而所述测量光束(14)通过所述棱镜(22)相对于光学轴线的倾斜角有针对性地横向移动用于将所述测量光点在所述工件表面上定位，和

-准直光学器件(21)，用于将来自测量光源的已经引导通过光波导体(20)并且从所述光波导体(20)的端面发散地射出的测量光束(14)准直，

其中，所述测量光束(14)被引导通过所述至少一个所述棱镜(22)，使得所述测量光束(14)只在所述至少一个棱镜(22)的折射面上转向，

其中，所述棱镜偏转单元(24)布置在准直光学器件(21)和聚焦光学器件(26)之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述棱镜偏转单元(24)具有两个棱镜(22、23)，所述两个棱镜布置为相互成90°角度，并且所述两个棱镜围绕横向于所述测量光束(14)延伸的轴线可转动地支承。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，这个棱镜或这些棱镜(22、23)能够分别被调节驱动装置(22’、23’)转动，其中，所述调节驱动装置(22’、23’)能够被相互独立地操控。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，设置振镜马达作为调节驱动装置(22’、23’)。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述棱镜偏转单元(24)布置在所述测量光束(14)的平行区段(14’)中。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述准直光学器件(21)倾斜于所述聚焦光学器件(26)的光学轴线。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述棱镜偏转单元(24)的这个或这些棱镜(22、23)设置有一个或多个防反射层，其中，所述防反射层的透射设计用于大的角度范围。

8.一种激光加工头(10)，加工激光束(11)被引导通过所述激光加工头并且在所述激光加工头中布置聚焦光学器件(26)，所述聚焦光学器件将所述加工激光束(11)聚焦到工件(12)上的工作焦点中，所述激光加工头具有根据上述权利要求中任一项所述的用于在激光加工时进行工艺监控的装置，其中，测量光束(14)与所述加工激光束(11)叠加。

9.根据权利要求8所 述的激光加工头(10)，其特征在于，所述测量光束通过射束分离器(25)耦入到所述加工激光束(11)中，并且所述棱镜偏转单元(24)布置在准直光学器件(21)和所述射束分离器(25)之间。

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