ES2403172B1

ES2403172B1 - Método y sistema de ajuste de la alineación de un haz fotónico

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Publication number: ES2403172B1
Application number: ES201131529A
Authority: ES
Inventors: Sebastián R. DE ECHANIZ; José Miguel IBÁÑEZ BARÓN; Ramón SANS RAVELLAT
Original assignee: Jeanologia SL
Current assignee: Jeanologia SL
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2014-12-12
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: US20140233044A1; ES2403172A2; WO2013042074A1; EP2758750A1; ES2403172R1; US9601896B2

Abstract

Método y sistema de ajuste de la alineación de un haz fotónico.#El método comprende:#- detectar las posiciones (u{sub,0}, v{sub,0}; u{sub,1}, v{sub,1}) de dicho haz fotónico (L) según dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un primer y un segundo planos XY que cortan a un eje óptico Z por unos respectivos primer y segundo puntos;#- comparar los resultados de dichas detecciones posicionales (u{sub,0}, v{sub,0}; u{sub,1}, v{sub,1}), y:#- si existen discrepancias que están fuera de un margen de precisión (p), realizar un ajuste angular del haz fotónico (L) según el ángulo {al} y/o el ángulo {be} con el fin de superar dichas discrepancias; o#- si no existen discrepancias que estén fuera de dicho margen de precisión (p), considerar dicho haz fotónico (L) como debidamente ajustado angularmente.#El sistema está adaptado para implementar el método propuesto por la invención.

Description

Mélodo y sistema de ajuste de la alineación de un haz fotónico

Sector de la técnica

La presente invención concierne en general, en un primer aspecto, a un método de ajuste de la alineación de un haz fotónico, y más en particular a un método que comprende detectar la posición del haz folónico en dos planos XY distanciados a lo largo de un eje óplico Z y, si existen discrepancias posicionales entre ambas detecciones, realizar un ajuste angular del haz fotónico.

Un segundo aspecto de la invención concierne a un sistema de ajuste de la alineación de un haz fotónico adaptado para implementar el método del primer aspecto.

Estado de la técn ica anterior

En la mayoría de equipos láser de marcaje, corte y soldadura, o en general en cualquier sistema óptico, es necesario proceder a un ajuste del haz de salida del laser o de cualquier fuente fotón ica con respecto a un determinado conjunto óptico, electro-óptico u opto-mecánico

La solución actual es la utilización de procedimientos de ajuste subjetivos, ya sea con dianas de centraje, con papeles térmicos, o en general con cualquier sistema que requiere de la utilización de un operario y este es el que debe decidir si el sistema óptico está ajustado.

Esto implica en la mayoria de situaciones que los sistemas no esten pertectamente alineados, o que para la optimización del ajuste hace falla normalmente un largo tiempo de aprendizaje y de ejecución del ajuste.

Por regla general los sistemas ópticos que se deben ajustar según una fuente fotónica (un láser), por razones propias de diseño modifican la trayectoria de dicha fuente desalineándola con respecto a un eje óptico Z. En general, dicha trayectoria está desalineada según los ejes de coordenadas X, Y perpendiculares a dicho eje óptico Z, y con dos ángulos a, ~ con respecto al eje óptico l sobre el que se quiere realizar el ajuste

Explicación de la invención

Aparece necesario ofrecer una altemativa al estado de la técnica que cubra las lagunas halladas en el mismo, que proporcione un mecanismo de ajuste mas ventajoso que los conocidos y que posibilite, para algunas realizaciones, trabajar de manera independiente al operario.

Con tal fin, la presente invención concieme en un primer aspecto a un método de ajuste de la alineación de un haz fotónico, tal como un haz láser, donde dicho haz fotónico se encuentra inicialmente desalineado con respecto a un eje óptico l, según al menos uno de dos ejes de coordenadas X, Y, perpendiculares a dicho eje óptico Z, y/o al menos uno de dos ángulos a, ~ existentes en unos planos Xl e YZ, respectivamente

A diferencia de los métodos convencionales, el propuesto por la presente invención comprende, de manera caracterlstica, realizar las siguientes etapas de manera secuencial·

a) detectar la posición de dicho haz fotónico según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un primer plano XY que corta a dicho eje óptico Z por un primer punto;

b) detectar la posición de dicho haz fotónico según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un segundo plano XY que corta a dicho eje óptico Z por un segundo punto distanciado de dicho primer punto;

c) comparar los resultados de dichas detecciones posicionales, y

c1 ) si existen discrepancias entre dichas detecciones posicionales que están fuera de un margen de precisión, realizar un ajuste angular del haz fotónico según el ángulo a y/o el angula ~ con el fin de superar dichas discrepancias; o

c2) si no existen discrepancias que esten fuera de dicho margen de precisión, considerar dicho haz fotón ico como debidamente ajustado angularmente

Según un ejemplo de realización, el método comprende repetir dicha secuencia de etapas a) a c) una o mas veces hasta llegar a una sub-etapa c2 ) donde el haz fotónico esté debidamente ajustado angularmente

Para otro ejemplo de realización, el metodo comprende realizar más de dos detecciones de la posición del haz fotónico según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre unos respectivos planos XY que cortan al eje óptico l por diferentes puntos distanciados entre si, y llevar a cabo dicha etapa e) para los resultados obtenidos mediante dichas detecciones.

El método también comprende, según un ejemplo de realización, si las detecciones posicionales de la etapa a) ylo de la etapa b) son indicativas de que el haz fotónico se encuentra desalineado posicionalmente según al menos uno de los ejes de coordenadas X, Y fuera de un margen de precisión, realizar un ajuste posicional del haz fotónico según el eje de coordenadas X ylo el eje de coordenadas Y, con el fin de corregir

5 dicha desalineación posicional

Dicho ajuste posicional es llevado a cabo, en función del ejemplo de realización, Iras dicha sub-elapa c2), tras dicha etapa al y antes de dicha etapa b), o tras dicha etapa b), y de manera manual o automática.

Para un ejemplo de realización, el mélodo comprende realizar dichas etapas a) a c) de manera automática .

Para otro ejemplo de realización, el método comprende realizar como minimo parte de dicha etapa c) de manera manual, incluyendo la comparación de los resultados de las detecciones posicionales y/o el ajuste angular de la sub-etapa c1 ) y/o dicha sub-etapa c2).

El método comprende, según un ejemplo de realización, realizar dicho ajuste de la alineación de dicho haz fotónico, tanto posicional como angular, mediante un sistema opto-mecánico de ajuste con cuatro grados de 15 libertad (X, Y, a, 13)

Por lo que se refiere a las detecciones de las etapas a) y b), el método comprende, en función del ejemplo de realización, realizarlas con un mismo sensor móvil, desplazandolo a lo largo del eje óptico l (de forma manual o servo controlada) entre las posiciones que ocupan dichos primer y segundo planos XY, o realizarlas con dos sensores, cada uno de ellos ubicado en una de dichas posiciones que ocupan dichos primer y segundo planos XY

Un segundo aspecto de la invención concierne a un sistema de ajuste de la alineación de un haz fotónico, donde dicho haz fotónico se encuentra inicialmente desalineado con respecto a un eje óptico l que define su trayectoria, según al menos uno de dos ejes de coordenadas X, Y, perpendiculares a dicho eje óptico l, y/o al menos uno de dos ángulos a, 13 existentes en unos planos Xl e Yl, respectivamente

25 A diferencia de los sistemas de ajuste convencionales, el propuesto por el segundo aspecto de la invención comprende·

-: medios de detección para;

-: detectar la posición de dicho haz fotónico según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un primer plano XY que corta a dicho eje óptico l por un primer punto; y

-: detectar la posición de dicho haz fotónico según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre

un segundo plano XY que corta a dicho eje óptico l por un segundo punto distanciado de dicho primer

punto;

-: medios de comparación para comparar los resultados de dichas detecciones posicionales;

-: medios de ajuste angular para realizar un ajuste angular del haz fotónico según el ángulo a y/o el 35 angula 13:

-: medios de control, en conexión con al menos dichos medios de comparación, y previstos para·

-: al menos colaborar en dicho ajuste angular del haz fotónico según el ángulo a y/o el ángulo 13,

si los medios de comparación detenninan que existen discrepancias entre dichas detecciones

posicionales que están fuera de un margen de precisión, con el fin de superar dichas discrepancias: y

-: determinar que dicho haz fotónico está debidamente ajustado angulannente, si los medios de comparación detenninan que no existen discrepancias que estén fuera de dicho margen de precisión.

El método propuesto por el primer aspecto de la invención puede implementarse mediante el sistema propuesto por el segundo aspecto o mediante un sistema más sencillo, para el ejemplO de realización comentado anteriormente para el que al menos parte de las etapas del método se llevan a cabo de manera manual. Tal

45 sistema mas sencillo no requiere de los citados medios de comparación, si dicha comparación se lleva a cabo por parte de un operario de manera manual, y/o de los mencionados medios de control, si el ajuste angular y/o la determinación de que el haz fotónico está debidamente ajustado se llevan a cabo manualmente por parte de un operarla

Según un ejemplO de realización, los medios de control están previstos para controlar automáticamente a los medios de ajuste angular para realizar dicho ajuste angular del haz fotónico según el angula a y/o el ángulo 13 de manera automática

Según airo ejemplo de realización, los medios de control estan previstos para proporcionar a un operario información relativa a dicho ajuste angular, siendo dichos medios de ajuste angular acluables manualmente por dicho operario en base a dicha información de ajuste angular para realizar dicho ajuste angular del haz fotónico según el ángulo a y/o el ángulo 13 de manera manual.

5 Los mencionados medios de detección comprenden, para un ejemplo de realización, un sensor móvil desplazable a lo largo del eje óptico Z (de forma manual o servo controlada) entre las posiciones que ocupan dichos primer y segundo planos XY para realizar las detecciones posicionales en ambos de dichos planos XV.

El sistema comprende, según una realización, una unidad de computación que incluye a dichos medios de comparación y a dichos medios de control, que está conectada y controla a dichos medios de detección para que realicen dichas detecciones posicionales y para recibir información referente al resultado de las mismas, y que implementa al menos las etapas a), b) y c2) del método del primer aspecto de la invención.

Según un ejemplo de realización, dicha unidad de computación también implementa la sub-etapa c1) del metodo del primer aspecto, controlando automáticamente a los medios de ajuste angular.

El sistema comprende, para un ejemplo de realización, unos medios de ajuste posicional para realizar

15 un ajuste posicional del haz fotónico según el eje de coordenadas X y/o el eje de coordenadas Y, y dichos medios de control se encuentran conectados con dichos medios de detección y están previstos para al menos colaborar en dicho ajuste posicional si las detecciones de los medios de detección son indicativas de que el haz fotónico se encuentra desalineado posicionalmente según al menos uno de los ejes de coordenadas X, Y fuera de un margen de precisión.

La mencionada unidad de computación, según un ejemplo de realización, controla a dichos medios de ajuste posicional para realizar automáticamente dicho ajuste posicional del haz fotónico.

Según un ejemplo de realización, la unidad de computación implementa un programa de gestión de la regulación, que dispone de al menos dos o más modos de funcionamiento, según sea la complejidad del sistema opto-mecánico incluido en los medios de ajuste angular y posicional·

25 a. Modo manual, en el cual se indicará al operario en qué dirección tiene que mover los lornillos de ajuste y en que cantidad

b. Modo automático, en el cual el propio programa dispone de un sistema motorizado que se encarga de realizar el movimiento de cada uno de los ejes, hasta obtener de forma precisa el ajuste del camino óptico del haz

Breve descripción de los dibujos

Las anteriores y otras ventajas y ca racleristicas se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

la Fig. 1 ilustra un sistema de coordenadas que incluye al haz fotónico L y a los ejes X e Y y ángulos a, 35 ~ de desajuste o desalineación del haz fotónico L respecto al eje óptico Z;

la Fig. 2 ilustra, de manera esquemática, al sistema propuesto por el segundo aspecto de la invención para un ejemplo de realización; y

la Fig. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de realización del método propuesto por el primer aspecto de la invención

Descripción detallada de unos ejemplos de realización

En la Fig. 2 se ilustra al sistema propuesto por el segundo aspecto de la invención asociado a una fuente de luz láser FL, para un ejemplo de realización para el que los medios de detección comprenden un sensor móvil S desplazable a lo la rgo del eje óptico l, a lo largo de la guia G, entre las posiciones que ocupan los anteriormente descritos primer y segundo planos XY para realizar las detecciones posicionales en ambos de

45 los planos XV .

Dicho sensor móvil S se encuentra conectado con la unidad de computación pe de los med ios de control, para ser controlado por la misma y para suministrarle las lecturas posicionales que lleva a cabo, con el fin de que esta lleve a cabo la comparación entre las mismas, asi como el ajuste angular según el ángulo a y/o el ángulo ~ y posicional según el eje de coordenadas X y/o el eje de coordenadas Y del haz fotónico L y la consideración de que éste se encuentra debidamente ajustado, cuando es el caso.

S

Tal ajuste angular y posicional se lleva a cabo mediante un sistema opto-mecánico de ajuste con cuatro grados de libertad, que permite la regulación de los dos ejes X, Y Y los dos angulas a, ~ de forma independiente, y que se encuentra indicado en la Fig. 2 con la referencia A, el cual se encuentra asociado a una óptica de corrección 0 , y es controlado por la unidad de computación pe a la cual se encuentra coneclado.

La unidad de computación pe también se encuentra conectada a la fuente de luz láser FL con el fin de controlar su operación.

En la Fig. 3 se ilustra un ejemplo de realización del método propuesto por el primer aspecto de la invención, aplicado a un sistema de ajuste automático con motores x, y para el ajuste posicional según los ejes de coordenadas X e Y y con motores a y 13 para el ajuste angular según el ángulo a y/o el ángulo 13, así como con un motor z para el desplazamiento del sensor S sobre la guía G

Según este ejemplo de realización, el ajuste del láser se realiza mediante un método iterativo de medida y corrección. En este método se mide la posición del láser sobre un sensor S en dos posiciones a lo largo de una trayectoria que define el camino óptico Z. Luego se aplica una corrección sobre el sistema óptico de tal forma que la segunda medida sea igual que la primera (dentro de un margen de precisión) Se vuelve a iterar hasta que la segunda medida no requiera corrección.

El procedimiento a seguir para el ajuste del láser es el siguiente:

En primer lugar se coloca el láser FL en una montura calibrada y alineada con el eje de movimiento del sensor S. Tras ello se llevan a cabo las acciones indicadas en el diagrama de flujo de la Fig. 3, es decir:

A1 · Se define un margen de precisión p para la alineación.

A2: Se colocan los ajustes del sistema óptico en su posición inicial y se coloca el sensor S en su posición inicial, o posición zo, enviando los motores x, y, a, 13 y z a sus posiciones iniciales.

A3: Se mide la posición del haz L sobre el sensor S, indicada como posición uo, Vo, según los ejes X, Y, en dicha posición inicial zo.

A4· Se coloca el sensor S en la segunda posición, o posición Zl, accionando el motor z

AS: Se vuelve a medir la posición del haz L sobre el sensor S, indicada como posición Ul, Vl, según los ejes X, Y, en dicha segunda posición Zl

A6: Se comparan ambas detecciones posicionales, y:

Si la diferencia en las medidas no está dentro del margen de precisión p.

A7· Se corrigen los ajustes angulares del sistema óptico, accionando los motores a y 13 hasta que ambas medidas estén dentro del margen de precisión p; y

Aa Se acciona el motor z para mover al sensor S hasta su posición inicial Zu, y se vuelve a la etapa A3.

Si la diferencia en las medidas está dentro del margen de precisión p:

A9: Se corrigen los ajustes de posición del sistema óptico, mediante el accionamiento de los motores x, y, hasta que el sensor S indique que la posición del haz L esté dentro del margen de precisión p.

Tras la etapa A9, el sistema óptico está alineado.

Un experto en la materia podria introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Método de ajuste de la alineación de un haz fotónico, donde dicho haz fotónico (L) se encuentra inicialmente desalineado con respeclo a un eje óptico Z, según al menos uno de dos ejes de coordenadas X, Y, perpendiculares a dicho eje óptico Z, y/o al menos uno de dos angulas a, p existentes en unos planos XZ e YZ, respectivamente, estando el método caracterizado porque comprende realizar las siguientes etapas de manera secuencial :

a) detectar la posición (uo, vol de dicho haz fotónico (L) según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un primer plano XY que corta a dicho eje óptico Z por un primer punlo;

b) detectar la posición (U1, VI) de dicho haz fotónico (L) según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un segundo plano XY que corta a dicho eje óptico Z por un segundo punto distanciado de dicho primer punto;

e) comparar los resultados de dichas detecciones posicionales (ue, Ve; Ul, Vl), Y

c1 ) si existen discrepancias entre dichas detecciones posicionales (ue, Ve; Ul, Vl) que están fuera de un margen de precisión (p), realizar un ajuste angular del haz fotónico (L) según el ángulo a yfo el ángulo ~ con el fin de superar dichas discrepancias; o

c2) si no existen discrepancias que estén fuera de dicho margen de precisión (p), considerar dicho haz fotónico (L) como debidamente ajustado angularmente.

2_-Método según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende repetir dicha secuencia de etapas a) a cl una o más veces hasta llegar a una sub-etapa c2) donde el haz fotónico (Ll esté debidamente ajustado angularmente.
3 .4 Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende, si las detecciones posicionales de la etapa a) yfo de la etapa b) son indicativas de que el haz fotónico (L) se encuentra desalineado posicionalmente según al menos uno de los ejes de coordenadas X, Y fuera de un margen de precisión (p), realizar un ajuste posicional del haz fotónico (L) según el eje de coordenadas X y/o el eje de coordenadas Y, con el fin de corregir dicha desalineación posicional
4.-Método según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende realizar dicho ajuste posicional del haz fotónico (L) tras dicha sub-etapa c2)
5.-Método según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende realizar dicho ajuste posicional del haz fotónico (L) tras dicha etapa a) y antes de dicha etapa b)
6.-Método según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende realizar dicho ajuste posicional del haz fotónico (L) tras dicha etapa b)

7_-Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende realizar dichas etapas a) a c) de manera automatica

8_-Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende realizar al menos parte de dicha etapa c) de manera manual.
9.-Método según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende realizar dicho ajuste posicional del haz fotónico (L) de manera automatica.

10_, Método según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende realizar dicho ajuste posicional del haz fotónico (L) de manera manual.

11_4 Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende realizar dicho ajuste de la alineación de dicho haz fotónico (L), tanto posicional como angular, mediante un sistema opto-mecánico de ajuste con cuatro grados de libertad

12_, Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende realizar dichas detecciones de las etapas a) y b) con un mismo sensor móvil, desplazándolo a lo largo del eje óptico Z entre las posiciones que ocupan dichos primer y segundo planos XV.

13_4 Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende realizar dichas detecciones de las etapas a) y b) con dos sensores, cada uno de ellos ubicado en una de dichas posiciones que ocupan dichos primer y segundo planos XY.

14_, Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho haz folónico (L) es un haz laser
15.-Sistema de ajuste de la alineación de un haz fotónico, donde dicho haz fotónico (L) se encuentra inicialmente desalineado con respecto a un eje óptico Z que define su trayectoria, según al menos uno de dos ejes de coordenadas X, Y, perpendiculares a dicho eje óptico Z, y/o al menos uno de dos ángulos a, ~ existentes en unos planos XZ e YZ, respectivamente, estando el sistema caracterizado porque comprende:

• medios de detección para;

-

delectar la posición {uo, vol de dicho haz folón ico (L) según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un primer plano XY que corla a dicho eje óptico Z por un primer punto; y

-

detectar la posición (Ul, vd de dicho haz fotónico (L) según dichos dos ejes de coordenadas X, Y, sobre un segundo plano XY que corta a dicho eje óptico Z por un segundo punto distanciado de dicho primer punto;

-

medios de comparación para comparar los resultados de dichas detecciones posicionales (uo, Vo; Ul,

-

medios de ajuste angular para realizar un ajuste angular del haz fotónico (L) según el ángulo a yfo el angula 13;

-

medios de control, en conexión con al menos dichos medios de comparación, y previstos para:

-

al menos colaborar en dicho ajuste angular del haz fotónico (L) según el ángulo a y/o el ángulo 13, si los medios de comparación detenninan que existen discrepancias entre dichas detecciones posicionales (uo, Vo; u" v,) que están fuera de un margen de precisión (p), con el fin de superar dichas discrepancias; y

-

detenninar que dicho haz fotónico (L) está debidamente ajustado angulannente, si los medios de comparación determinan que no existen discrepancias que estén fuera de dicho margen de precisión

(p)
16.-Sistema según la reivindicación 15, caracterizado porque dichos medios de control están previstos para controlar automáticamente a los medios de ajuste angular para realizar dicho ajuste angular del haz fotónico

(L) según el ángulo a y/o el ángulo 13 de manera automática
17.-Sistema según la reivindicación 15, caracterizado porque dichos medios de control están previstos para proporcionar a un operario información relativa a dicho ajuste angular, siendo dichos medios de ajuste angular actuables manualmente por dicho operario en base a dicha información de ajuste angular para realizar dicho ajuste angular del haz fotónico (L) según el ángulo a y/o el ángulo 13 de manera manual
18.-Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque dichos medios de detección comprenden un sensor móvil (S) desplazable a lo largo del eje óptico Z entre las posiciones que ocupan dichos primer y segundo planos XY para realizar las detecciones posicionales en ambos de dichos planos XY
19.-Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque comprende una unidad de computación (PC) que incluye a dichos medios de comparación ya dichos medios de control, que está conectada y controla a dichos medios de detección para que realicen dichas detecciones posicionales y para recibir información referente al resultado de las mismas, y que implementa al menos las etapas a), b) y c2) del método según la reivindicación 7 u 8.
20.-Sistema según la reivindicación 19, caracterizado porque dicha unidad de computación (pe) también implementa la sub-etapa c1 ) del método según la reivindicación 7, controlando automaticamente a los medios de ajuste angular
21 .-Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque comprende unos medios de ajuste posicional para realizar un ajuste posicional del haz fotónico (L) según el eje de coordenadas X yfo el eje de coordenadas Y, y porque dichos medios de control se encuentran conectados con dichos medios de detección y están previstos para al menos colaborar en dicho ajuste posicional si las detecciones de los medios de detección son indicativas de que el haz fotónico (L) se encuentra desalineado posicionalmente según al menos uno de los ejes de coordenadas X, Y fuera de un margen de precisión (p).

22_, Sistema según la reivindicación 21 cuando depende de la 19, caracterizado porque dicha unidad de computación (PC) controla a dichos medios de ajuste posicional para realizar automaticamenle dicho ajuste posicional del haz fotónico (L)