CN115003448A - 用于通过共焦距离测量控制工件加工的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于工件的受控加工的方法和装置。根据所描述的方法，激光光束聚焦在待加工工件的目标点处以产生激光焦点。此外，根据所述方法借助于光学测距装置获取距离测量数据，以便确定所述待加工工件的所述目标点与激光目标光学单元之间的距离。所述方法包括基于所获取的距离测量数据而相对于所述激光焦点定位所述待加工工件。所述测距装置被设计为光学共焦测距装置，所述光学共焦测距装置具有用于产生测量光的测量光源并且具有可变焦距测量光光学单元。所述方法包括随时间改变所述可变焦距测量光光学单元的所述焦距，以便在所述可变焦距测量光光学单元的不同焦距值处获取距离测量数据，由所述工件反射的激光和/或在所述工件的加工期间产生的过程光是可检测的。

Description

用于通过共焦距离测量控制工件加工的方法和装置

本公开涉及一种用于对工件进行激光加工的方法和装置。具体来说，本公开涉及一种用于对工件进行激光加工，同时控制待加工工件的定位以实现对工件进行精密激光加工的方法。

已知使用激光束或激光光束加工工件的方法。用于执行此类方法的装置也是已知的。对于使用激光束对工件进行精密加工，需要对工件进行精确定位或对对应激光加工装置进行精确调整，这只能在有限的范围内使用已知方法和已知装置进行。

本公开的实施例的一个目标是提供一种用于工件的受控激光加工的改进方法和改进装置，其特征在于加工精度高且装置设计简单。

根据第一方面，提供一种用于工件的受控加工的方法以实现此目标。所述方法包括借助于激光瞄准光学器件聚焦激光束或加工光束，以在待加工工件的目标位置处产生激光焦点。具体来说，可以使用在近红外光谱范围内发射的固态激光器(例如YAG激光器或光纤激光器)和气体激光器(例如CO2激光器)来产生激光束。

具体来说，激光瞄准光学器件可以被配置为聚焦和对准光学器件，所述聚焦和对准光学器件实现激光束的目标对准和聚焦。具体来说，激光瞄准光学器件可以被配置为激光束扫描仪，尤其振镜扫描仪，由此可以使用电控镜进行激光束的对准。

所述方法包括借助于光学测距装置或光学传感器获取距离测量数据，以用于确定待加工工件的目标位置与激光瞄准光学器件之间的距离，或激光瞄准光学器件的固定参考点或参考平面。

所述方法进一步包括用聚焦激光束对待加工工件的目标位置进行加工。具体来说，加工可以包括激光焊接、激光切割和/或其它激光加工。

根据所述方法，测距装置被配置为具有可变焦距光学器件或可变焦距测量光光学器件的光学共焦测距装置，其中所述方法包括随时间改变可变焦距测量光光学器件的焦距以在可变焦距测量光光学器件的不同焦距值下获取距离测量数据。

通过随时间改变可变焦距测量光光学器件的焦距，可变焦距测量光光学器件的焦距可以在最小焦距与最大焦距之间变化，其方式为使得定义所需测量范围。具体来说，可以定义或固定测量范围，其方式为使得即使在具有大焦距或小数值孔径的激光加工装置的情况下，也可以使用光学共焦传感器精确地确定激光瞄准光学器件与待加工工件的目标位置之间的距离。使用所确定的距离测量数据，可以按受控且精确的方式加工工件。

可变焦距测量光学器件还能够使用没有或仅具有轻微光学色散的光学元件执行距离测量，使得为激光束引导提供的光学元件，尤其是没有或仅具有轻微光学色散的光学元件也可以用于测量光的光束引导。

所述方法还可以包括基于所获取的距离测量数据相对于激光焦点定位待加工工件。定位待加工工件可以包括改变工件或整个激光加工装置的空间位置和/或空间定向。替代地或另外，定位可以包括再聚焦激光束。因此，必要时，可以重新定位待加工工件或可以重新调整激光，使得可以对待加工工件进行精密加工。

激光加工装置的激光瞄准光学器件可以形成测距装置的测量光光学器件的一部分。具体来说，测量光可以耦合到激光光束的光束路径，其方式为使得测量光束至少在区段中与激光光束共轴地延伸。

通过将激光加工装置的激光瞄准光学器件用于测距装置的测量光光学器件，可以减少执行所述方法所需的光学组件的数目且因此可以简化光学设置。因此，具体来说，距离传感器可以容易地集成到已经存在的激光加工系统中。

可以在待加工工件的若干目标位置处执行或重复过程步骤中的至少一些。通过在若干位置处重复过程步骤，可以重新检查且在必要时校正待机械加工的工件的定位。

在一些实施例中，获取距离测量数据包括获取从工件反射回来的测量光的强度，其中基于从工件反射回来的测量光的强度随时间的发展而确定距离。

具体来说，随着可变焦距测量光学器件的焦距的受控时间变化，可以将强度检测的时间点分配到可变焦距测量光学器件的特定焦距且因此分配到测量光焦点的位置，从中可以推断出激光瞄准光学器件与目标位置之间的距离。这是因为当测量光的焦平面分别与待加工工件或受测试装置的表面重合时，强度最大。在这种情况下，由于测距装置在布置在光电检测器侧的孔隙或光耦合点处的共焦光引导，因此在待加工工件的表面上产生的测量光斑进行成像，所述孔隙或光耦合点也充当测量光源的光射出孔隙，使得光电检测器检测到强度最大值。

宽带红外光，具体来说近红外光可以用作测量光。具体来说，峰值波长在900nm与1000nm之间，尤其940nm与960nm之间并且光谱半宽度在40nm与60nm之间，尤其在45nm与55nm之间的近红外LED(发光二极管)可以用于产生测量光。此LED测量光的宽带足以避免或减小扰动干扰或散斑效应。另一方面，这种LED测量光的窄带足以抑制或保持低的不合需要的色散效应，例如色度焦点偏移或焦点偏移。

此外，激光加工装置的光学组件，例如配置用于近红外光谱范围的激光瞄准光学器件的镜子和/或透镜可以用于使用近红外测量光进行距离测量。

所述方法可以进一步包含获得激光或激光的检测。在这种情况下，代替测量光或除了测量光之外，检测到激光，所述激光由工件反射并且通过激光瞄准光学器件和测量光光学器件经由孔隙引导到测距装置的检测器上。在此方法中，将激光焦点映射到孔隙上，可变焦距测量光学器件的焦距随时间以受控方式变化，并且当由孔隙透射的激光的强度变成最大时，即当将激光焦点清晰地成像到孔隙上时检测到所述焦距。在此方法中，例如，在第一步骤中，可以将激光聚焦在工件上并且可以确定可变焦距测量光学器件的焦距，在所述焦距处出现由孔隙透射的激光的强度最大值。当激光的焦点现在不再处于工件上，而是在工件的上方或下方时，图像点在孔隙平面中的位置也会变化。因此，强度最大值出现在可变焦距测量光学器件的不同焦距处。这种效应可以用于检测激光焦点位置的变化。

在一些实施例中，所述方法可以包括同时检测测量光和激光两者。在这种情况下，将激光焦点和测量光斑两者成像到孔隙上且将测量光和由孔隙透射的激光的部分引导到测距装置的检测器。

取决于激光焦点距工件表面的距离以及光学组件的颜色误差，测量光斑清晰地成像在孔隙上焦距可以不同于激光焦点清晰地成像在孔隙上的焦距。

具体来说，所述方法可以包括基于测量光斑或激光焦点清晰地成像在孔隙上的这两个焦距的所确定差异而相对于激光焦点定位待加工工件。

随时间改变可变焦距测量光学器件的焦距可以包含调谐，具体来说周期性地调谐可变焦距测量光学器件的焦距，以用于在可变焦距测量光学器件的不同焦距处检测距离测量数据。当调谐焦距时，覆盖最小焦距与最大焦距之间的可变焦距测量光学器件的焦距范围，使得测量光学器件的焦点扫描光学传感器的整个测量范围。通过循环地调谐可变焦距测量光学器件的焦距，检测到的距离测量数据的评估可以与焦距的时间变化同步，从而有助于将检测到的测量数据明确地且可靠地分配给待确定的距离。可以基于测量光的焦距变化在一个循环中或在一个测量循环中确定到待加工的测量件的表面的距离值或距离，具体来说单个距离值或距离。

在一些实施例中，测量光束焦点在循环内的两个不同时间处于待测量物体或待加工工件的表面上，使得将待加工工件的表面上测量光斑的反射清晰地成像到光纤端或光耦合点上，从而导致光电检测器检测到的光的强度达到最大值。可以从借助于预定关系或某种关系观察到由光电检测器检测到的光的强度最大值的时间来确定待加工工件的距离，所述关系可以由循环时间与测量光的焦点的位置之间的校准测量确定。

所述方法可以进一步包括执行校准测量以确定循环时间与距离之间的关系。由校准测量确定的循环时间与距离之间的关系可以改进距离测量数据的评估的可靠性和准确性，使得可以从循环中的强度最大值的时间明确地且可靠地计算待确定的距离。

校准测量可以包含具体来说在不同循环时间检测在可变焦距光学器件下游的凹凸透镜的反射。凹凸透镜包括凹形表面和凸形表面。具体来说，凹凸透镜可以以某种方式布置，使得当调谐可变焦距光学器件时，从凹形表面反射回的光以及从凸形表面反射回的光交替地聚焦在光耦合点处，每一个都会导致馈入光纤的光的可测量强度峰值。这些峰值在调谐循环内的时间位置对应于可变焦距光学器件的明确定义的焦距，使得可以基于这些强度峰值或校准峰值的时间位置精确地校准可变焦距光学器件或测距装置。

在一些实施例中，校准测量包括测量扫描仪或激光瞄准光学器件的横向位置的二维网格。在二维网格上获取的距离测量数据接着可以用于校准测距装置。

所述方法可以进一步包含校准测量以确定激光最佳地聚焦在工件上的距离。

当加工工件时，加工激光可以在可见光和红外光范围内产生过程光。具体来说，在工件的激光加工期间，可以在处于激光的光谱分布之外的光谱范围中出现过程光。过程光的出现与工件照射点处的激光强度耦合。当激光在低功率下操作时，仅当工件恰好位于激光的焦平面中时出现过程光。

为了确定激光的焦平面，改变激光焦点与工件之间的距离。这可以例如通过定位工件或通过使用聚焦光学器件聚焦激光束来完成。

由检测器记录是否存在过程光。过程光的检测指示激光束光足够好地聚焦在工件上以产生过程光。基于检测到的过程光，还可以确定激光束光最佳地聚焦在工件上。如果是这种情况，则可以通过用测量光测量距离来确定对应的距离值。

在替代实施例中，不以恒定功率操作激光，而是改变激光的功率。具体来说，激光的功率可以从低值开始连续地增加，并且可以确定过程光首先出现的临界功率。

对于工件与激光焦点之间的不同距离，可以重复此步骤。激光尽可能好地聚焦在工件上的距离的特征在于假设最小值的临界功率。

获取距离测量数据可以在若干位置处或目标位置处的测量点处进行。在目标位置处布置测量点在此上下文中意味着测量点可以布置在目标位置中、目标位置处或目标位置周围。通过在目标位置处的若干测量点处获取距离测量数据，可以通过平均来降低测量误差的敏感性。通过在若干测量点处获取距离测量数据，还可以减少散斑对测量结果的影响。这是因为由于散斑引起的从待加工工件反射回的光的局部强度波动可以通过在若干测量点处进行测量来平均化。

具体来说，可以在一个测量循环内依序或临时地一个接一个执行在若干测量点处获取距离测量数据。在测量循环期间，可以因此从不同测量点获取距离测量数据，使得可以快速地且以很少的计算工作量确定平均距离。

在一些实施例中，在沿着目标位置处的扫描路径的多个位置处获取距离测量数据。具体来说，可以选择扫描路径，使得沿着扫描路径获取的距离测量数据可以用于推断目标距离。

扫描路径的形状可以是包围待加工工件的目标位置的圆形。具体来说，测量圆可以包括与激光点相当的路径半径。沿着测量圆获取的距离测量数据产生数据库，所述数据库通过平均实现高效地减小测量误差。

扫描路径的形状可以是以待加工工件的目标位置为中心的螺旋形。具体来说，螺旋的中心可以与目标位置重合。由于螺旋扫描路径，可以从特别大的表面获取距离测量数据，从而增强平均效应并且可以降低测量对干扰的敏感性。

在一些形式的实施方案中，在若干测量点处获取距离测量数据具体来说在一个测量循环内基本上同时进行，其中距离的确定基于物理平均距离测量数据进行。

距离测量数据的物理平均，具体来说，意味着针对每个测量点不单独地执行距离确定，例如，以从所确定的距离形成平均距离值。物理平均意味着在目标位置的若干测量点处记录的全部距离测量数据，具体来说，从待加工工件反射回的测量光的强度测量数据，包含在目标位置的距离确定中，使得针对全部测量点确定单个距离值。

由于物理平均，具体来说，可以在单个评估步骤中一起评估在目标位置的不同测量点处记录的全部距离测量数据，使得可以以快速和简单的方式确定距离值。

可以借助于具有多个孔(具体来说，采用共焦孔隙的形式)的至少一个穿孔掩模将测量光分成多个部分测量光，以在若干测量点处同时获取距离测量数据。通过至少一个穿孔掩模，因此可以通过简单方式产生在若干测量点处获取距离测量数据所需的部分测量光。

可以通过共同光电检测器检测部分测量光。将共同光电检测器用于所有部分测量光简化距离测量数据从若干测量点的获取。与通过共同光电检测器获取部分测量光同时地进行距离测量数据或光强度的物理平均。这是因为共同光电检测器无法区分从不同测量点反射回的光。因此，在不必执行计算步骤的情况下自动地进行距离测量数据的平均。

根据第二方面，提出一种用于工件的受控加工的装置。

装置包括激光光源，用于产生用于加工或激光加工待加工工件的激光光束。具体来说，可以使用在近红外光谱范围内发射的固态激光器(例如YAG激光器或光纤激光器)以及气体激光器，例如CO2激光器，来产生激光束。

所述装置进一步包括用于将激光光束聚焦到在待加工工件的目标位置处的激光焦点的激光瞄准光学器件。具体来说，激光瞄准光学器件可以被配置为聚焦和对准光学器件，所述聚焦和对准光学器件实现激光束的目标对准和聚焦。具体来说，激光瞄准光学器件可以被配置为激光束扫描仪，尤其振镜扫描仪，其中可以借助于电控镜执行激光束的对准。

所述装置还包括：测距装置，用于基于由测距装置获取的距离测量数据而确定待加工工件的目标位置与激光瞄准光学器件之间的距离；以及定位装置，用于相对于激光焦点定位待加工工件，和/或用于基于检测到的距离测量数据再聚焦激光。

所述装置进一步包括评估控制单元，所述评估控制单元被配置成评估所获取的距离测量数据并且基于所获取的距离测量数据控制定位装置。

测距装置被配置为光学共焦测距装置，所述光学共焦测距装置具有用于产生测量光的测量光源并且具有可变焦距测量光光学器件，其方式为使得可变焦距测量光光学器件的焦距可以随时间变化，以在可变焦距测量光光学器件的不同焦距值处获取距离测量数据。

通过随时间改变可变焦距测量光光学器件的焦距，可以实现测距装置的有效测量范围的增加，使得在具有大焦距或具有小数值孔径的激光加工装置的情况下，通过光学共焦传感器精确地确定在激光瞄准光学器件与待加工工件的目标位置之间的距离。

可变焦距测量光学器件还可以使用没有或仅具有低光学色散的光学元件执行距离测量，使得激光束引导所需的光学元件，特别是没有或具有低光学色散的光学元件还可以用于测量光的光束引导。

测距装置的测量光光学器件可以包括激光瞄准光学器件的至少一部分。

通过将激光瞄准光学器件用于测距装置的测量光光学器件，可以减少所需光学组件的数目或者可以显著地简化装置的结构。因此，距离传感器还可以容易地集成到已经存在的激光加工系统中。

测距装置可以包括光电检测器，用于检测从待加工工件反射回的测量光的强度并且以某种方式进行配置，使得可以基于从工件反射回的测量光的所检测强度随时间的发展来确定距离。

具体来说，随着可变焦距测量光学器件的焦距的受控时间变化，可以将强度检测的时间点分配到可变焦距测量光学器件的特定焦距并且因此分配到特定距离，从中可以推断出激光瞄准光学器件与目标位置之间的距离。

宽带红外光源，具体来说在近红外光谱范围中发射的光源可以用作测量光源。具体来说，峰值波长为大约950且光谱半宽度为大约50nm的近红外LED可以用于产生测量光。此LED测量光的宽带足以避免或减小扰动干扰或散斑效应。另一方面，这种LED测量光的窄带足以抑制或保持低的不合需要的色散效应，例如色度焦点偏移。

可变焦距测量光学器件可以被配置为可调谐的，具体来说，配置为循环地可调谐的测量光学器件。当调谐焦距时，覆盖在最小焦距与最大焦距之间的可变焦距测量光学器件的焦距范围，使得测量光学器件的焦点覆盖光学传感器的整个测量范围，例如，+/-7mm。通过循环地调谐可变焦距测量光学器件的焦距，评估可以与焦距的时间变化同步，其方式为使得可以将所记录的测量数据明确地且可靠地分配给待确定的距离。

具体来说，可以将可变焦距光学器件布置在测距装置的成像系统的发散部分中。发散部分是测距装置的成像系统的一部分，其中测量光光学器件形成发散的测量光束。在成像系统的发散部分中，可变焦距测量光学器件可以某种方式定位，使得可以最佳地利用可变焦距光学器件的自由孔隙。

可变焦距测量光学器件可以包括可变焦距透镜。通过可变焦距透镜，具体来说，通过电可控的可变焦距透镜，可以通过简单方式改变测量光学器件的焦距。可变焦距透镜的自由孔隙可以包括在1与10mm之间，具体来说，在2与6mm之间的范围中的直径。具体来说，可变焦距透镜可以布置在光耦合点附近或测量光从其发散地离开的光纤端附近。

在一些实施例中，装置包括至少一个穿孔掩模，所述至少一个穿孔掩模具有用于将测量光分成多个部分测量光的多个孔。通过部分测量光，可以同时在若干测量点处获取距离测量数据。

在一个实施例中，装置包括具有用于耦入和耦出测量光的光耦合点的光纤，其中至少一个穿孔掩模布置在光耦合点处。穿孔掩模的此布置适合于具有光纤耦合器的装置，其中光耦合点被配置用于耦出由测量光源产生的光并且用于耦入从待加工工件反射回的测量光。在这种情况下，可以通过单个穿孔掩模以简单方式执行在不同测量点处获取距离测量数据。

具体来说，可以将穿孔掩模直接放置在光耦合点上或光纤的端部上。将穿孔掩模放置在光耦合点上允许通过穿孔掩模捕获从光耦合点射出的基本上所有测量光来有效地使用穿孔掩模。

光纤的光耦合点或端部和穿孔掩模可以设定尺寸，其方式为使得穿孔掩模基本上完全被照射。这意味着可以特别有效地使用穿孔掩模的区域。

在一些实施例中，装置包括具有光射出端的第一光纤和具有光进入端的第二光纤，其中第一穿孔掩模布置在光射出端处并且第二穿孔掩模布置在光进入端处。穿孔掩模的此布置适合于具有分束器的装置，所述分束器被配置用于将由测量光源产生的测量光耦合到测距装置的成像系统并且用于耦出从待加工工件反射回的测量光。

两个穿孔掩模可以某种方式定位，使得两个穿孔掩模的孔成对地共焦对准。由于两个穿孔掩模的孔的成对共焦对准，将由第一穿孔掩模的孔产生的部分测量光束捆绑在第二穿孔掩模的对应孔中，使得可以将由穿孔掩模引起的光损耗最小化。

代替使用单独光纤，光纤束可以用于产生大量部分测量光以用于在不同测量点处记录距离测量数据。光纤束已经提供大量部分测量光，使得不再需要穿孔掩模。用于将测量光分成部分测量光的光纤束可以用于具有光纤耦合器的装置和具有分束器的装置两者中。通过使用光纤束，因此可以简化装置的结构和操作。

在一些实施例中，装置包括相机，所述相机可以被配置成使得相机可以用于在加工之前、期间和/或之后视觉上检查待加工工件的加工位置。

在一些实施例中，装置包括检测器，所述检测器被配置成检测过程光的存在，其中过程光在激光的光谱分布之外。

下面参考附图更详细地解释实施例，其中相同的附图标记用于表示相同或相当的组件。

图1示意性地说明根据实施例的用于工件的受控加工的装置，

图2说明根据实施例的穿孔掩模，

图3说明根据另一实施例的穿孔掩模，

图4说明根据实施例的凹凸透镜的示意性侧视图，

图5说明图4的凹凸透镜的示意性俯视图，

图6示意性地说明根据实施例的在测距装置的区段中的可能光束路径，

图7示意性地说明根据图6的区段中的另一可能光束路径，

图8示意性地说明根据图6的区段中的另一可能光束路径，

图9说明从凹凸透镜反射回的光的强度随时间的发展，

图10示意性地说明根据另一实施例的用于工件的受控加工的装置，

图11说明根据实施例的用于工件的受控加工的方法的流程图，以及

图12示意性地说明根据另一实施例的用于工件的受控加工的装置。

图1示意性地说明根据实施例的用于工件的受控加工的装置。装置1包括激光源2，用于产生用于加工待加工工件4的激光光束3。此外，装置1包括用于瞄准或用于将激光光束3选择性地聚焦到在待加工工件4的目标位置6处的焦点F的激光瞄准光学器件5。

装置1包括用于确定待加工工件4的目标位置6与激光瞄准光学器件5之间的距离的测距装置7。测距装置7被配置为光学共焦测距装置，并且包括用于产生测量光的测量光源8以及用于检测从工件4反射回的测量光的光电检测器9。在此实施例中，测距装置7具有围绕零平面O的+/-7mm的距离测量范围H。

测量光源8在呈Y型耦合器形式的光纤耦合器12的第一连接点11处连接到第一光纤10。光电检测器9在光纤耦合器12的第二连接点14处连接到第二光纤13。具有第一端的第三光纤16连接到光纤耦合器12的第三连接点15，其中第三光纤16的第二端形成为用于耦入和耦出测量光的光耦合点17。在此实施例中，第一光纤10、第二光纤13和第三光纤16形成为能够传输近红外光谱范围内的宽带光的多模光纤。

准直透镜18布置在光耦合点17的下游，其中具有可变焦距的透镜19布置在光耦合点17与准直透镜18之间。光耦合点17以某种方式配置，使得测量光以发散方式从光耦合点17射出，因此发散测量光束产生光耦合点17与准直透镜18之间的区。在此实施例中，可变焦距透镜19是来自Optotune的电可控可变焦距透镜EL-03-10。

第一偏转板30布置在激光光束3的光束路径中，以分别用于将测量光耦合到激光光束3的光束路径和激光瞄准光学器件5以及用于将测量光去耦合。偏转板30可以某种方式配置，使得测量光可以，具体来说，沿着测量光和激光光束共同的光轴A在激光光束的光束路径中共轴地传播到激光光束3。

装置1进一步包括第二偏转板31，所述第二偏转板位于第一偏转板30与激光瞄准光学器件5之间的激光光束的光束路径中。相机32通过第二准直透镜33和第二偏转板31光学连接到激光瞄准光学器件5，其方式为使得可以借助于相机32视觉上检查待加工工件的加工位置。偏转板30和31被配置为对激光透明或部分透明的板，使得激光光束的光束路径不受偏转板30和31干扰或仅略微受偏转板30和31干扰。

在一些实施例中，用于相机32的光通过偏转板31在激光器2与偏转板30之间转向。通过使相机光在激光器与偏转板30之间分支，用于相机光分支的通过偏转板31进行的距离测量未受影响。

在图1中所说明的布置中，激光光束3分别通过偏转板30或偏转板31且因此透射地耦合到激光瞄准光学器件5。在替代实施例中，激光光束3以反射方式或借助于激光束镜耦合到激光瞄准光学器件5。

具体来说，激光束可以横向于或垂直于共同光轴A以反射方式耦合到装置1的光学系统。在此布置中，例如，激光器2将代替相机32和准直透镜33布置，并且激光束镜将代替偏转板31布置。对测量光至少部分地透明的激光束镜可以用作激光束镜。光束路径的其它配置也是可能的，其中可以实现本文所描述的原理。在非限制性实施例中，测量光共轴地或沿着共同光轴A耦合到激光束的光束路径。

在激光瞄准光学器件5的一些实施例中，聚焦透镜50位于镜子对51的下游，使得在对准激光束3可以通过聚焦透镜50聚焦在目标位置处之前，激光束3首先通过镜子对51对准。

根据图1的实施例的装置1还包括评估控制单元40。评估控制单元40包括：评估单元41，用于评估检测到的距离测量数据；透镜控制单元42，用于控制可变焦距透镜19的焦距；以及定位控制单元43，用于相对于激光焦点定位待加工工件。评估单元41经由信号线44连接到光电检测器9的输出。透镜控制单元42经由透镜控制线45连接到可变焦距透镜19的控制端口。定位单元43经由定位控制线46连接到定位器47，以定位待加工工件4。

在此实施例中使用的激光源是在1030nm与1070nm之间的波长范围内产生光辐射的YAG激光器。

其它固态激光器，尤其是在近红外光谱范围内发射的那些激光器，或例如CO2激光器的气体激光器也可以用作激光源。在近红外光谱范围中发射的激光器非常适合于材料加工。这是因为这些激光器能够提供kW范围内的功率和材料加工所需的高功率光辐射密度。装置1进一步包括：激光功率控件，其被配置成控制激光器2的功率；以及激光聚焦控件，其包括布置在激光的光束路径中的可控聚焦光学器件并且被配置成控制激光聚焦。为了简单地呈现，在图1中未示出激光功率控件和激光聚焦控件。

在此实施例中使用的测量光源是具有约950nm的峰值波长且具有约50nm的光谱半宽度的宽带近红外LED。此LED测量光的宽带足以避免或减小扰动干扰或散斑效应。另一方面，这种LED测量光的窄带足以抑制或保持低的不合需要的色散效应，例如色度焦点偏移。

在图1的实施例中，激光瞄准光学器件5或扫描仪包括聚焦透镜50和一对可控镜51，用于将聚焦辐射引导到待加工工件4的目标位置6并且在必要时用于在待加工工件4的加工场上随着聚焦激光束移动。具体来说，所述一对镜子51可以被配置为可以用简单方式进行电控制的一对振镜。

聚焦透镜50具有大约180mm的焦距。在进入激光瞄准光学器件5之前，激光束3的直径为约10mm。激光瞄准光学器件5设定尺寸，其方式为使得激光束3可以处理大约80mm X80mm的加工场。

在一些实施例中，激光瞄准光学器件5被配置成远心激光瞄准光学器件。激光瞄准光学器件的远心配置实现用激光束在距装置的不同距离处加工待加工工件。

具体来说，定位器47可以配置用于相对于激光束焦点定位和/或定向待加工工件4，并且，具体来说，可以包括一个或多个致动器，其中可以由来自定位控制单元46的一个或多个控制信号控制以定位或定向待加工工件4。定向工件的可能性在图1中通过坐标轴象征性地表示。

在一些实施例中，如在图1中所说明的实例中，装置1包括布置在测距装置7的光束路径中的穿孔掩模60或孔隙。穿孔掩模60包括下文可以在图2和3中清晰地看到的多个孔61。穿孔掩模60位于光耦合点17与可变焦距透镜19之间，使得测量光由穿孔掩模60分成多个部分以用于在待加工工件4的表面上的多个位置处同时获取距离测量数据。在图1中所说明的实施例中，穿孔掩模直接放置在充当光耦合点17的光纤的端部上，使得光纤的端部还充当穿孔掩模60的支架。

在一些实施例中，在其端部处放置穿孔掩模的光纤具有足以基本上完全照射穿孔掩模60并且捕获在穿孔掩模60的基本上所有孔61上反射的背光。

在一些实施例中，代替具有穿孔掩模60的光纤16，使用耦合到与图1的光纤16类似的光纤耦合器的光纤束。

在一些实施例，例如图1中所说明的实例中，用于工件的受控加工的装置1包括位于可变焦距透镜19与准直透镜18之间的凹凸透镜80。

凹凸透镜80包括基本上球形的凹形表面81和基本上球形的凸形表面82。凹凸透镜80的凹形表面81或凹形侧面向可变焦距透镜19，并且凹凸透镜80的凸形表面82或凸形侧面向准直透镜18。在所说明的实施例中，凹凸透镜80包括在中心的圆形孔83。

在装置1的操作中，经由光纤耦合器12且经由第三光纤16将在测量光源8中产生的光的部分穿过第一光纤10引导到光耦合点17。测量光从光耦合点17发散地射出，之后测量光穿过可变焦距透镜19和准直透镜18并且通过偏转板30耦合到激光光束3的光束路径。耦合到激光光束3的光束路径的测量光随后可以穿过激光瞄准光学器件5，到达待加工工件4。

当测量光到达工件4时，测量光的一部分可以反射回并且经由激光瞄准光学器件5、准直透镜18、可变焦距透镜19和光耦合点17到达第三光纤16。因此，测量光的一部分在光纤耦合器12处经由第二光纤13转向到光电检测器9。光电检测器9经由信号线44将测量信号供应到评估单元41以用于评估。评估单元41被配置成评估由光电检测器9检测到的光的强度随时间的发展。评估单元41还被配置成从强度随时间的发展推导待加工工件的目标位置与激光瞄准光学器件之间的距离。

具体来说，可以循环地控制可变焦距透镜19，其方式为使得通过例如+/-13屈光度调谐可变焦距透镜的折射力，由此测量光的焦点沿着光轴移位大约+/-7mm。在循环内的两个不同时间处，测量光束焦点处于待测量物体或待加工工件的表面上，使得将待加工工件的表面上测量光斑的反射清晰地成像到光纤端或光耦合点17上，从而导致光电检测器检测到的光强度达到最大值。

可以基于观察到由光电检测器检测到的光的最大强度值的时间而借助于预定关系或某种关系确定待加工工件的距离，所述关系可以通过循环时间与测量光的焦点的位置之间的校准测量确定。

具体来说，用于确定循环时间点与待加工工件的表面的距离之间的关系的校准测量可能已经提前或在激光加工之前执行。可以经由扫描仪或激光瞄准光学器件的横向位置的二维网格执行校准测量。使用所确定的关系，接着可以从循环中的强度最大值的时间点确定表面的距离或激光瞄准光学器件5与待加工工件的目标位置6之间的距离。

可变焦距透镜19的焦距的循环变化或调节在图1中通过透镜控制单元42中的锯齿形曲线象征性地表示。可变焦距透镜19的焦距变化的循环与强度最大值的出现之间的关系在图1中通过虚线示意性地说明，虚线在透镜控制单元42的锯齿形曲线与具有评估单元41中所示的时间坐标t的强度曲线之间延伸。

由穿孔掩模60分开的测量光实现在待加工工件4的表面上的多个位置处同时获取距离测量数据。具体来说，从工件反射回的测量光还经由耦合点17穿过穿孔掩模60的孔61进入光纤16中，使得它可以由光电检测器9检测到。由光电检测器9检测到的光强度对应于从经由穿孔掩模60的所有孔61收集的所有测量点反射回的光的总强度，使得由于光学布置而进行从不同点反射回的光之间的强度差的物理平均。由穿孔掩模60的不同孔61检测到的不同光强度的物理平均可以显著地简化测量数据的评估，因为距离确定不必针对每个位置单独地执行。相反，对于由穿孔掩模60产生的所有位置，距离可能已经使用物理平均距离测量数据，具体来说，强度数据确定。

由于凹凸透镜80的布置，从凹凸透镜80的表面81和82反射回的光可以经由光耦合点17进入光纤16并且可由光电检测器9检测。

具体来说，当从可变焦距透镜19射出的光线垂直射在凹凸透镜80的两个表面81和82中的一个上时，来自凹凸透镜80的对应表面81或82的最大比例的光通过可变焦距透镜19反射回光纤16中。此光束配置因此可以由反射回的光的对应强度峰值检测到，凹凸透镜80的两个表面81和82中的每一个造成其自身的强度峰值。

在一些实施例中，凹凸透镜被设定尺寸，使得在可变焦距透镜19的调谐期间分别在重复时间循环的开始和结束时出现峰值。两个峰值中的每一个的位置总是对应于可变焦距透镜19的焦距的恒定值且因此对应于相同距离。在温度变化的影响下，具体来说，随时间的发展与距离值之间的关系可以改变。可调谐透镜具有显著影响，使得可变焦距透镜19的控制值与焦距之间的关系可以在温度变化下改变。由于由凹凸透镜80引起的强度峰值各自在可变焦距透镜19的相同焦距处出现，因此，可以基于这些峰值精确地校准可变焦距透镜19或时间过程与距离之间的关系。这是因为与可变焦距透镜19相比，凹凸透镜80具有可忽略的温度相依性。

通过凹凸透镜80的中心的圆形孔83，测量光的光线不受干扰地穿过凹凸透镜，使得仅边缘光线可以由凹凸透镜80反射回。通过分别选择透镜面积或孔大小，可以调整反射的强度，使得从凹凸透镜80反射回的光的强度足够高以充当校准信号，但也不会高到凹凸透镜的反射遮蔽从待加工物体反射回的测量光的相应测量信号或强度信号。在一些实施例中，孔83被设定尺寸，使得测量光的主要部分穿过凹凸透镜80的孔83，而不反射。

在一些实施例中，孔隙布置在凹凸透镜80的下游，所述凹凸透镜被配置成允许测量光的内部光束部分穿过且切断测量光的外部光束部分。以此方式，具体来说，可以从测量中排除受凹凸透镜80影响的光束。

在一些实施例中，凹凸透镜80不具有孔，其中凹凸透镜80包括在两个表面81、82中的至少一个上的涂层。可以选择涂层的相应厚度或反射率，使得测量信号不会由凹凸透镜的反射组件遮蔽。在一些实施例中，凹凸透镜80包括抗反射涂层，所述抗反射涂层的反射组件在测量光的波长范围内小于4％。

在一些实施例中，凹凸透镜80包括圆形孔83和涂层两者，其中可以选择圆形孔83的尺寸标定和涂层的厚度以获得足够强的校准信号，而不会遮蔽或过度影响测量信号。

图2说明根据实施例的穿孔掩模。

图2的穿孔掩模60呈基本上矩形孔隙形式并且包括多个圆形孔61。在此实施例中，圆形孔61基本上均匀地分布在六边形网格中的孔隙的整个表面上。六边形网格中的孔61的分布实现孔的高密度，使得测量光可以由穿孔掩模分成多个部分以在多个测量点处获取距离测量数据。同时，对于给定密度，当选择六边形网格时，相邻孔之间的距离最大，使得孔之间的串扰最小。

图3说明根据另一实施例的穿孔掩模。

图3的穿孔掩模60类似于呈孔隙形式的图2的穿孔掩模60，并且包括多个孔61。与图2的穿孔掩模60相比，图3的穿孔掩模的孔61是矩形的并且基本上以棋盘图案均匀地分布在孔隙的整个表面上。

图2和3中说明的穿孔掩模60的填充程度优选地在30％与70％之间，具体来说，大约50％，使得射在穿孔掩模上的大约50％的光穿过穿孔掩模。

作为图2和3中所说明的实施例的替代方案，穿孔掩模也可以基本上是圆形的。圆形穿孔掩模特别适合于精确地放置在具有圆形横截面的光纤的端部处。

图4说明根据实施例的凹凸透镜的示意性侧视图。

如可以在图4的视图中清晰地看到，凹凸透镜80包括基本上球形的凹形表面81和基本上球形的凸形表面82。在所说明的实施例中，凹凸透镜80包括在中心的圆形孔83。

图5说明图4的凹凸透镜的示意性俯视图。

在图5的俯视图中，可以特别清楚地看到凹凸透镜80的圆形孔83。如上文已经在图1的说明书中提及，凹凸透镜80可以具有不同形状。具体来说，两个表面81、82中的至少一个可以包括涂层。此外，可以选择圆形孔83的尺寸和/或涂层的厚度或反射率，使得在凹凸透镜80的表面81、82处的反向反射产生足够强度的校准峰值，而不会遮蔽测量信号或损害距离测量。

图6示意性地说明根据实施例的在测距装置的区段中的可能光束路径。

图6中所说明的区段包含图1中所说明的可变焦距透镜19、凹凸透镜80和光纤13的耦合点17。

远离光耦合点17指向的长箭头表示从光耦合点17射出的测量光束，所述测量光束通过可变焦距透镜19并且还部分地通过凹凸透镜80辐射。从凹凸透镜80返回光耦合点17指向的箭头说明分别从凹形表面81或从凸形表面82反射的光线。由于表面81和82的基本上球面曲率，反射光线被捆绑到相应的焦点。

在图6中所说明的情况下，从凹凸透镜80的凹形表面81反射的光聚焦在光耦合点17的光射出表面处，而从凹凸透镜80的凸形表面82反射回的光的焦点高于光进入表面或光耦合点17。所说明的光束路径可以，具体来说，出现在可变焦距透镜19的特定焦距处。

图7示意性地说明根据图6的区段中的另一可能光束路径。

图7的光束路径基本上对应于图6中所说明的光束路径。与图6中所说明的情况相比，可变焦距透镜19具有不同焦距值，使得两个反射回的光束都不被捆绑在光耦合点17处。

图8示意性地说明根据图6的区段中的另一可能光束路径。

当从凹凸透镜80的82反射回的光聚焦在光耦合点17的光射出表面处，而从凹凸透镜80的凹形表面81反射回的光的焦点低于来自光输入表面或光耦合点17的焦点时，图8中所说明的光束路径对应于可变焦距透镜19的焦距。

在图6、7和8中所示的测量光的可能光线配置说明凹凸透镜80的操作。例如，当循环地调谐可变焦距透镜19时，焦距将周期性地循环通过最小焦距与最大焦距之间的所有值，并且在这样做时，图6、7和8中所说明的光线配置可以周期性地出现。当由凹凸透镜80反射回的光束都没有聚焦在光耦合点17处时，图7中所说明的光束配置或类似光束配置可以在可变焦距透镜19的各种设置下出现。相反，图6和8中所说明的光束配置可以仅在可变焦距透镜19的非常特定的焦距值处出现。由于从凹凸透镜80的表面81和82反射回的光聚焦在光纤13的光耦合点17处，因此与其它情况相比，从凹凸透镜80反射回的更多比例的光耦合到图6和8中所说明的光束配置中的光耦合点。可以通过由光电检测器检测到的光强度的对应增加来检测耦入的光量的这种增加。对应强度峰值可以通过光电检测器，例如通过根据图1的布置中的光电检测器9检测到，并且用作用于校准测距装置7的校准峰值。具体来说，相应强度峰值的时间位置可以用于推断出可变焦距透镜19的对应焦距或测距装置7的对应测量距离。

图6、7和8中所说明的区段不具有穿孔掩模60。因此，当穿孔掩模60用于将测量光分成若干部分并且从可以，例如，布置在耦合点17与可变焦距透镜19之间的不同位置获取距离测量数据时，图6、7和8的关于凹凸透镜80的操作的以上解释也适用。

图9说明从凹凸透镜反射回的光的强度随时间的发展。

具体来说，图9说明图6、7和8中所说明的布置中的所测量光强度的时间相依性，其中在调谐循环期间测量由凹凸透镜80和待加工工件4反射回的光的部分的强度，所述光耦合到光纤16。此处，调谐循环在此对应于从最小驱动值到最大驱动值的进展，反之亦然。时间t和强度I在图9中以任意单位说明。对于某些时间值，强度I(t)的时间相依性示出不同强度峰值或校准峰值。具体来说，曲线I(t)包括左尖峰(a)、右尖峰(c)和稍宽的中间峰(m)。当从凹凸透镜80的凹形表面81的反射聚焦在光纤16的光耦合点17处且因此以聚焦方式进入光纤16时，左尖峰(a)对应于图6中所说明的光束配置。在两个峰(a)与(c)之间，当光耦合点17位于从凹凸透镜80的凹形表面81和凸形表面82反射回的光的两个焦点之间时，出现图7中所说明的光束配置。在这种情况下，来自凹形表面81的反射和来自凸形表面82的反射都不能正确地耦合到光纤16。在此区间中，出现峰(m)，所述峰源自从待加工工件4反射的光并且允许确定工件4的距离(测量峰)。当从凹凸透镜的凸形表面82的反射以捆绑方式在光耦合点17处进入光纤16时，右峰(c)对应于图8中所说明的光束配置。具体来说，分别在所描绘循环的开始和结束时的尖峰(a)和(c)各自具有定义明确的时间位置，使得它们可以充当测距装置的精确校准的基础。基于强度曲线的特征过程，可以容易地识别峰(a)和(c)并且将它们分配到相应的光束配置。

图10示意性地说明根据另一实施例的用于工件的受控加工的装置。图10的装置1基本上对应于图1中所说明的装置1，但是代替光纤耦合器，所述装置包括分束器90，所述分束器被配置用于经由第一光纤10的光射出端91耦入测量光并且用于耦出从待加工工件4反射回的测量光。通过分束器90耦出的测量光可以耦合到第二光纤13的光进入端92，以便由光电检测器检测到。第一光纤10的光射出端91和第二光纤13的光进入端92彼此共焦设置。通过使用分束器，可以避免光纤耦合器中出现的干扰杂散光效应。在一些实施例中，分束器90被配置为分束器立方体。分束器立方体坚固且具有低散射损耗。

在一些实施例中，具有分束器90的装置1包括至少一个穿孔掩模。

在图10中所说明的实例中，装置1包括两个基本上相同地形成的穿孔掩模60，一个穿孔掩模60连接在第一光纤10的光射出端91的下游并且第二穿孔掩模60连接在第二光纤13的光进入端92的上游。穿孔掩模60直接布置在第一光纤10和第二光纤13的光纤端部处。

穿孔掩模60可以类似于在图1、2和3中说明且上文描述的穿孔掩模。布置和对准穿孔掩模60，使得两个穿孔掩模60的孔61(未示出)相互共焦地对准。

图11说明根据实施例的用于工件的受控加工的方法的流程图。

用于工件的受控加工的方法100包括若干步骤，所述步骤也可以按不同顺序且在必要时还重复地执行。可以例如借助于根据图1或2的装置执行所述方法。

在步骤110中，聚焦激光光束以在待加工工件的目标位置处产生激光焦点。具体来说，可以通过激光瞄准光学器件执行激光光束的聚焦，以便将激光束特别地聚焦在待加工工件的目标位置处。在步骤110中激光光束的聚焦，具体来说，可以在低激光功率下进行，使得在步骤110中没有材料加工或仅对待加工工件4进行轻微的材料加工。激光光束还可以借助于，例如，氦氖激光器的辅助激光器聚焦，所述激光器的光束例如通过偏转板与激光束共线地耦合到激光光束的光束路径。具有两个可旋转振镜的振镜扫描仪可以用作激光瞄准光学器件或扫描仪。

在步骤120中，借助于光学测距装置获取光学距离测量数据，以用于确定待加工工件的目标位置与激光瞄准光学器件或激光瞄准光学器件的参考点或参考平面之间的距离。测距装置可以被配置为光学共焦测距装置，所述光学共焦测距装置具有用于产生测量光，具体来说在近红外光谱范围中的宽带测量光的测量光源，并且具有可变焦距测量光光学器件，具体来说可变焦距透镜，其中所述方法可以包括随时间改变可变焦距测量光光学器件的焦距，以便在可变焦距测量光光学器件的不同焦距值处获取距离测量数据。

距离测量数据的获取具体来说可以包括从待加工工件反射回的测量光的强度的获取，使得基于强度，具体来说基于从工件反射回的测量光的强度随时间的发展来确定距离。

在步骤130中，基于所获取的距离测量数据相对于激光焦点定位待加工工件。在一些实施例中，作为定位待加工工件的替代或补充，对激光进行再聚焦。

在步骤140中，用聚焦激光束对待加工工件的目标位置进行加工。

在一些实施例中，随时间改变可变焦距测量光学器件的焦距包括调谐，具体来说循环地调谐可变焦距测量光学器件的焦距，以在可变焦距测量光学器件的不同焦距处获取距离测量数据。

具体来说，可以借助于可变焦距光学元件，具体来说可变焦距透镜执行可变焦距测量光学器件的焦距变化。

测量循环可以通常持续25ms。在测量循环期间，可以例如在+/-13屈光度的范围内调谐可变焦距透镜的光焦度，其中测量光的焦点可以轴向地或沿着测量光光学器件的光轴移位大约+/-7mm。

通过循环时间与焦点的位置之间的已知关系，可以使用强度最大值确定待加工工件的距离。

为了确定循环时间与距离之间的关系，在一些实施例中，具体来说在激光加工之前执行校准测量。

图12示意性地说明根据另一实施例的用于工件的受控加工的装置。图12的装置1基本上对应于图10中所说明的装置，但是所述装置另外包括光电检测器161，通过所述光电检测器(装置或手段)由工件用激光器2加工产生的过程光可以被检测。

此外，根据图12的装置1包括具有波长相关反射率的滤光器162，所述滤光器被配置成反射特定光谱范围内的过程光，而不反射激光。另外，滤光器162被配置成透射基本上所有测量光，使得测量不受滤光器影响。

激光器2在加工工件时产生的过程光经由激光瞄准光学器件5和测量光光学器件到达滤光器162，由滤光器162反射并且导向分束器90，所述分束器又反射所述过程光并且将所述过程光引导到光电检测器161。由于滤光器162的反射特性，由工件4反射或散射并且经由激光瞄准光学器件5返回到滤光器162的激光没有被引导到光电检测器161。

当确定激光最佳地聚焦在工件上的距离时，检测到过程光。当用于测量光的光源8断开时，这确保测量光和激光都不会由光电检测器161检测到并且不会被错误地解释为过程光。

在一些实施例中，光电检测器161仅检查是否存在过程光，但是不提供关于发起过程光的位置的位置信息。出于此原因，过程光不必聚焦在光电检测器161上。这又有助于结构实施，因为由于光电检测器161的精确位置不是关键的，因此不必调整所述光电检测器。

作为图12中所说明的实施例的替代方案，穿孔掩模60可以具有部分反射层，使得穿孔掩模60充当仅反射过程光，但不反射激光和测量光的反射滤光器。在此实施例中，保存呈滤光器162形式的额外组件由此可以被省去。

在一些实施例中，通过光电检测器9检测过程光。在此实施例中，滤光器162能够透射过程光和测量光两者，但不透射激光。当测量光源8断开时，光电检测器9因此可以用于检测过程光。

尽管已在前述描述中示出至少一个示例性实施例，但是可以进行各种变化和修改。前述实施例仅为实例且并不意图以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述描述为技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的计划，其中可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行许多改变，而不脱离所附权利要求的保护范围和它们的法律等效物。

参考符号列表

1 装置

2 激光器

3 激光光束

4 工件

5 激光瞄准光学器件

6 目标位置

7 测距装置

8 测量光源

9 光电检测器

10 第一光纤

11 第一连接点

12 光纤耦合器

13 第二光纤

14 第二连接点

15 第三连接点

16 第三光纤

17 光耦合点

18 准直透镜

19 可变焦距透镜

30 偏转板

31 偏转板

32 相机

33 准直透镜

40 评估控制单元

41 评估单元

42 透镜控制单元

43 定位控制单元

44 信号线

45 透镜控制线

46 定位控制线

47 定位装置

50 聚焦透镜

51 镜子对

60 穿孔掩模

61 孔

80 凹凸透镜

81 凹形表面

82 凸形表面

83 圆形孔

90 分束器

91 第一光纤的端部

92 第二光纤的端部

100 方法

110 聚焦

120 获取距离测量数据

130 定位

140 加工

161 光电检测器

162 滤光器

A 光轴

F 焦点

H 测量范围

O 零平面

T 时间坐标

X,Y,Z 空间坐标

Claims (28)

1.一种用于工件的受控加工的方法，所述方法包括：

-借助于激光瞄准光学器件(5)聚焦激光光束(3)，以在待加工工件(4)的目标位置(6)处产生激光焦点(F)，

-借助于光学测距装置(7)获取距离测量数据，以用于确定所述待加工工件(4)的所述目标位置(6)与所述激光瞄准光学器件(5)之间的距离，以及

-用所述聚焦激光光束(3)对所述待加工工件(4)的所述目标位置(6)进行加工，

其特征在于

所述测距装置(7)被配置为光学共焦测距装置，所述光学共焦测距装置具有用于产生测量光的测量光源(8)并且具有可变焦距测量光光学器件(19)，其中所述方法包括随时间改变所述可变焦距测量光光学器件(19)的所述焦距，以在所述可变焦距测量光光学器件(19)的不同焦距值处获取距离测量数据，并且其中检测到由所述工件(4)反射的激光和/或在所述工件(4)的所述加工期间产生的过程光。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光焦点(F)与所述工件(4)之间的距离是变化的，并且根据所述激光焦点(F)与所述工件(4)之间的所述距离记录过程光的存在，其中所述距离借助于所述测距装置(7)确定。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述激光光束(3)的功率是变化的，并且确定过程光第一次出现的临界功率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述激光光束(3)的所述功率因所述工件(4)与所述激光焦点(F)之间的不同距离而改变，并且对于每一距离，在过程光第一次出现分别确定所述临界功率。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括基于所获取的距离测量数据而相对于所述激光焦点(F)定位所述待加工工件(4)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中获取距离测量数据包括检测从所述待加工工件(4)反射回的测量光的强度，并且其中基于从所述待加工工件(4)反射回的所述测量光的所述强度随时间的发展而确定所述距离。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中随时间改变所述可变焦距测量光光学器件(19)的所述焦距包括调谐，具体来说循环地调谐所述可变焦距测量光光学器件(19)的所述焦距，以用于在所述可变焦距测量光光学器件(19)的不同焦距处获取所述距离测量数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法进一步包括执行校准测量以确定循环时间与距离之间的关系，其中所述校准测量包括检测布置在所述可变焦距测量光光学器件(19)的下游的凹凸透镜(80)的反射。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述距离测量数据的所述获取在所述目标位置(6)处的若干测量点处进行。

10.根据权利要求9所述的方法，其中若干测量点处的所述距离测量数据的所述获取在测量循环内依序地执行，其中所述测量点沿着扫描路径布置在所述目标位置(6)处。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述扫描路径的形状为包围所述待加工工件(4)的所述目标位置(6)的圆形或以所述待加工工件(4)的所述目标位置(6)为中心的螺旋形。

12.根据权利要求9所述的方法，其中若干测量点处的所述距离测量数据的所述获取基本上同时进行，并且其中所述距离的所述确定基于物理平均距离测量数据进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其中借助于具有多个孔(61)的至少一个穿孔掩模(60)将所述测量光分成多个部分测量光，以在若干测量点处同时获取所述距离测量数据。

14.根据权利要求13所述的方法，其中用共享光电检测器同时检测所述部分测量光。

15.一种用于工件的受控加工的装置，所述装置包括：

-激光源(2)，其用于产生用于加工待加工工件(4)的激光光束(3)，

-激光瞄准光学器件(5)，其用于将所述激光光束(3)聚焦到在所述待加工工件(4)的目标位置(6)处的激光焦点(F)，

-测距装置(7)，其用于基于由所述测距装置(7)获取的距离测量数据而确定所述待加工工件(4)的所述目标位置(6)与所述激光瞄准光学器件(5)之间的距离，

-定位装置(47)，其用于相对于所述激光焦点(F)定位所述待加工工件，以及

-评估控制单元(40)，所述评估控制单元被配置成评估所获取的距离测量数据并且基于所获取的距离测量数据控制所述定位装置(47)，

其特征在于

所述测距装置(7)被配置为具有用于产生测量光的测量光源(8)且具有可变焦距测量光光学器件的光学共焦测距装置，其方式为使得所述可变焦距测量光光学器件的所述焦距能够随时间改变，以便在所述可变焦距测量光光学器件的不同焦距值处获取所述距离测量数据，其中能够检测由所述工件(4)反射的激光和/或在所述工件(4)的所述加工期间产生的过程光。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述测距装置(7)的所述测量光光学器件包括所述激光瞄准光学器件(5)。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其中所述测距装置(7)包括用于检测从所述待加工工件(4)反射回的测量光的强度的光电检测器(9)，并且以某种方式配置，使得能够基于从所述工件(4)反射回的所述测量光的所述检测到的强度随时间的发展而确定所述距离。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，所述装置包括被配置成能够检测过程光的存在的第二检测器，具体来说另一光电检测器(161)。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述装置包括具有波长相关反射率的滤光器(162)，所述滤光器被配置成反射特定光谱范围中的过程光，同时透射基本上所有所述测量光。

20.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其中所述测量光源(8)能够接通和断开，并且所述光电检测器(9)被配置成在所述测量光源断开时检测过程光的存在。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的装置，其中所述测量光源(8)被配置为宽带红外光源，具体来说近红外光源。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的装置，其中所述可变焦距测量光光学器件(19)的所述焦距是可调谐的，具体来说可循环地调谐的。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的装置，其中所述可变焦距测量光光学器件(19)布置在所述测距装置(7)的成像系统的发散部分中。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的装置，其中所述可变焦距测量光光学器件(19)包括可变焦距透镜(19)。

25.根据权利要求15至24中任一项所述的装置，其中所述装置(1)包括至少一个穿孔掩模(60)，所述至少一个穿孔掩模具有用于将所述测量光分成多个部分测量光的多个孔(61)。

26.根据权利要求25所述的装置，其中所述装置(1)包括具有用于耦入和耦出所述测量光的光耦合点(17)的光纤(16)，并且其中所述至少一个穿孔掩模(60)布置在所述光耦合点(17)处。

27.根据权利要求26所述的装置，其中所述穿孔掩模(60)具有部分反射层，使得所述穿孔掩模60充当仅反射所述过程光，但不反射所述激光和所述测量光的反射滤光器。

28.根据权利要求26或27中任一项所述的装置，其中所述装置包括具有光射出端(91)的第一光纤(10)和具有光进入端(92)的第二光纤(13)，并且其中第一穿孔掩模(60)布置在所述光射出端(91)处并且第二穿孔掩模(60)布置在所述光进入端(92)处。

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