KR20120112853A - 작업 거리의 현장 측정을 이용한 재료 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빔 생성기(5)의 가공용 빔(4)을 이용하고 빔 생성기(5)와 작업편(6) 사이의 작업 거리(a)의 현장 측정을 이용하는 재료 가공 장치(1)에 관한 것이다. 상기 재료 가공 장치(1)는 이런 목적을 위하여 가공용 빔(4)을 갖는 가공용 레이저(13)를 갖는다. 스캐너 미러(31, 32)를 갖는 2차원 편향 장치(15)를 포함하는 레이저 스캐너(14)가 가공용 레이저(13)의 하류에 배열된다. 변하는 작업 거리(a(t))를 위한 자동 초점 재조정 장치가 제공된다. 분광계(17) 및 적어도 2개의 센서 광원을 포함하는 센서 장치(16)가 작업편 거리(a)를 기록하면서 레이저 스캐너(14) 및 렌즈 시스템(19)에 의해 작업편(6)의 작업 영역(20)을 연합하여 감지하는 측정용 빔(18)을 생성한다. 센서 광원(11, 12)의 측정용 빔(18)은 선형으로 편광되고 교차된 편광 방향을 갖고 시준된 상태로 광결합 요소(21)에 의해 재료 가공 장치(1)의 레이저 스캐너(14)의 가공용 빔 경로(25) 내에 결합된다.

Description

작업 거리의 현장 측정을 이용한 재료 가공 장치{Material-working device with in-situ measurement of the working distance}
본 발명은 빔 생성기의 가공용 빔을 이용하고 빔 생성기와 작업편 사이의 작업 거리의 현장 측정을 이용하는 재료 가공 장치에 관한 것이다. 이런 목적을 위하여, 재료 가공 장치는 근적외선 가공용 빔을 갖는 가공용 레이저를 갖는다. 스캐너 미러가 구비된 2차원 편향 장치를 포함하는 레이저 스캐너가 가공용 레이저의 하류에 배열된다. 변하는 작업 거리를 위한 자동 초점 재조정 장치가 제공된다.
이런 유형의 재료 가공 장치가 EP 1 977 850 A1으로부터 기지되어 있다. 도 8은 종래 기술에 따른 이런 유형의 재료 가공 장치(3)의 부분 원리 사시도이다. 이런 재료 가공 장치(3)는 빔 생성기(5)의 가공용 빔(4)을 이용하고 작업 헤드(7)와 작업편(6) 사이의 작업 거리의 현장 측정을 이용하여, 사시도로 도시된 다소 만곡된 작업편(6)을 가공한다. 이런 목적을 위하여, 재료 가공 장치(3)는 빔 생성기(5)로서 근적외선 가공용 빔(4)을 갖는 가공용 레이저를 갖는다. 작업 헤드(7)는 산업용 로봇(8)에 의해 안내된다. 시간에 따라 변하는 작업 거리(a(t))를 위한 자동 초점 재조정 장치가 재료 가공 장치(3) 내에 제공되어, 예컨대 화살표(A)의 방향으로 작업편(6)을 안내할 때 작업편(6)의 굴곡부(9)를 추종한다. 이를 위하여, 단층사진을 기록하기 위한 광간섭 단층촬영기(10)가 작업 헤드(7) 내에 제공된다.
이런 재료 가공 장치(3)의 하나의 단점은 단층사진 기록을 위한 측정 신호가 광섬유에 의해 전달된다는 것이다. 작동 중에 진동이 있는 경우, 광섬유 내의 진동은 분광 투과율과 그에 따른 편광 상태 및 개별 편광 모드들 사이의 혼합비를 변경시킬 수 있어서, 측정 결과와 그에 따른 단층사진 기록을 악화시킬 수 있다.
1. EP 1 977 850 A1
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하는 것이고 가공(융제(ablation), 침착 용접 등) 이전, 동안 및 이후에 표면의 접촉 없이 표면의 지형을 기록하는 것이다. 본 목적은 거리 측정에 의해 재료 제거/침착의 종점 결정 및 가공 공정의 제어의 신뢰성을 향상시키는 것이다. 추가의 목적은 작업편에서부터 작업 시스템까지의 거리를 절대적으로 측정하여, 예컨대 레이저의 초점을 재조정하는 것이다.
이런 목적은 독립 청구항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선은 종속 청구항에 기술되어 있다.
본 발명은 빔 생성기의 가공용 빔을 이용하고 빔 생성기와 작업편 사이의 작업 거리의 현장 측정을 이용하는 재료 가공 장치를 개시한다. 이런 목적을 위하여, 재료 가공 장치는 가공용 빔을 갖는 가공용 레이저를 구비한다. 스캐너 미러를 갖는 2차원 편향 장치를 포함하는 레이저 스캐너가 가공용 레이저의 하류에 배열된다. 변하는 작업 거리를 위한 자동 초점 재조정 장치가 제공된다. 분광계 및 적어도 2개의 센서 광원을 포함하는 센서 장치가, 작업편 거리를 수집하면서 대물 렌즈 및 레이저 스캐너에 의해 작업편의 작업 영역을 연합하여 감지하는 측정용 빔을 생성한다. 적어도 2개의 센서 광원의 측정용 빔은 선형으로 편광되고 광결합 요소에 의해 시준된 상태로 교차된 편광 방향을 갖는 재료 가공 장치의 레이저 스캐너의 빔 경로 내에 결합된다.
이런 재료 가공 장치는 가공용 레이저의 소정의 레이저 스캐너 광학 조립체가 센서 렌즈로서 사용되어 가공용 빔 및 센서 측정용 빔이 F-세타(theta) 대물 렌즈 시스템에 의해 함께 작업편으로 지향된다는 장점을 갖는다. 제공된 가공용 레이저는 전형적으로 1030 nm 내지 1070 nm의 파장 범위를 갖는 고체 레이저이다. 추가의 장점은, 특히 사용된 광섬유의 흔들림 및 진동이 교차된 편광 방향으로 인해 조광 및 검출 특성을 더 이상 악화시키지 않기 때문에, 센서 장치에 재료 가공 장치의 진동으로부터의 더 강인한 보호를 제공하기 위하여, 적어도 2개의 센서 광원이, 선형으로 편광되고 레이저 스캐너에 의해 시준된 상태로 교차된 편광 방향을 갖는 재료 가공 장치의 레이저 스캐너의 빔 경로 내에 결합되는 측정용 빔을 생성하는 것이다.
이런 목적을 위하여, 분광 간섭측정 거리 센서(OCT 또는 광간섭 단층촬영기라고도 함)가 재료 가공을 위한 재료 가공 장치 내의 레이저 스캐너 내로 통합된다. 따라서, 이의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전체 레이저 스캐너 체적을 통하여 고품질의 거리 측정을 가능하게 하는 특징부들의 조합을 제안한다. 이는 분광 안정화 측정에 의해 주로 달성된다.
비편광 광원, 바람직하게는 편광 유지 광섬유에 의해 편광 빔 조합기(Polarization Beam Combiner, PBC)로 전달되고 편광 빔 스플리터에 의해 PBC 내에 교차된 편광 방향과 조합된 선형 편광 빔을 갖는 2개의 광원의 사용은 광섬유의 임의의 흔들림이 편광 상태 및 그에 따른 편광 모드들 사이의 혼합비를 변경시키는 것을 방지한다. 따라서, 분광 투과율은 광학 구성요소가 편광 방향에 따라 상이한 분광 투과율을 갖는 경우에도 더 이상 악화되지 않는다.
그러나, 응력 유발 복굴절 또는 코팅으로 인해 2개의 편광 모드에 상이한 경로 차이가 있다면, 예컨대, 최악의 경우에, 거리 피크는 2개의 서브피크로 분할된다. 이런 경우, 본 발명의 제2 실시예에서, 빔 스플리터 및/또는 갈바노(galvano) 미러와 같은 편광 관련 구성요소의 주방향에 대응하는 주방향을 갖는 복굴절 요소가 빔 경로 내에 삽입된다. 이는 명확한 평가가 가능한 정도로 2개의 피크를 분리한다.
선형으로 편광된 빔들을 갖는 초발광 다이오드들이 광원으로서 사용되고, 이들 광원은 편광 유지 광섬유에 의해, 편광 빔 스플리터에 의해 교차된 편광 방향들을 조합하는 편광 빔 결합기에 연결된다. 시준된 상태로 가공용 빔 경로 내에 센서 빔을 결합하기 위하여, 센서 빔 경로는 협대역 노치 필터와 같은 협대역 이색성(dichroic) 빔 스플리터를 갖는다.
협대역 이색성 빔 스플리터 대신에, 레이저 광 또는 센서 광을 레이저 스캐너 내에 교대로 결합시키고 가공용 레이저의 펄스 주파수와 동기화하여 회전하는 회전 필터 휠을 제공하여, 레이저 스캐너가 유리하게는 가공용 레이저의 펄스 중단 시 측정용 빔에 대해 이용 가능하고 작업 사이클이 악화되지 않도록 센서 빔을 시준된 상태로 가공용 빔 경로 내에 결합시키는 것이 또한 가능하다. 본 발명의 추가 실시예에서, 빔 경로 내에 선회될 수 있는 편향 미러에 의해 센서 빔을 시준된 상태로 가공용 빔 경로 내에 결합시키는 것이 또한 가능하다.
센서 광은 바람직하게는 레이저의 초점 추적 기능을 이용하여 초점이 재조정된다. 이런 공정에서, 센서 광은 거의 시준된 상태로 레이저 빔 경로 내에 결합된다. 그러나 센서 시준기의 렌즈는 F-세타 대물 렌즈 시스템의 크로매틱 초점 이동(chromatic focal spot shift)을 보상하도록 초점이 재조정된다.
유전체로 코팅된 스캐너 미러의 변하는 경사에도 불구하고, 1030 nm 내지 1070 nm의 전술된 레이저 파장에 가까운 센서 파장을 1260 nm 내지 1360 nm(나노미터)로 설정함으로써 분광 반사율을 안정화시키는 것이 가능하다. 따라서, 균일하게 높은 경사 및 편광 종속 스캐너 미러 반사율이 센서 광을 위하여 또한 사용된다.
더욱이, 스캐너 미러 "카메라 윈도우" 파장 범위 내의 센서 파장을 스캐너 또는 갈바노 미러의 반사율이 또한 높고 균일한 대략 650 nm로 설정하는 것이 가능하다. 센서 빔 커플링을 위한 상업용 빔 스플리터가 이런 유형의 파장 범위에 대해 이용가능하다. 이런 장치는 본 발명에 개시된 바와 같은 재료 가공 장치를 창작하기에 유리한 방식으로 신규한 센서 장치를 종래의 재료 가공 장치에 개장하는 것을 단순화시킨다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 재료 가공 장치는, 스캐너 미러가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우에, 반사된 신호로부터 레이저 광 파장보다 큰 센서 파장을 필터링하고 거리 측정을 위하여 이를 평가하는 딥 패스(deep-pass) 특징이 구비되는 전산 제어 장치를 갖는다.
딥 패스 필터링의 대안으로서, 갈바노 미러 배향들의 각각의 조합에 대한 캘리브레이션 수행 시 스펙트럼 인벨로프(spectral envelope) I0 - mean(k)를 측정하는 것이 또한 가능하다. 여기서, 기지의 분광 반사율을 갖는 평면이 측정된다. 이런 목적을 위하여, 재료 가공 장치는 스캐너 미러가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우 캘리브레이션 수행들을 개시하는 전산 제어 장치를 갖는다. 이런 캘리브레이션 수행들은 기지의 분광 반사율을 갖는 평면과 비교하여 갈바니 전기로 코팅된 스캐너 미러들의 배향들의 임의의 조합을 측정하고 컴퓨터에서 테이블 형태로 저장할 수 있고, 저장된 테이블은 반사된 측정 신호의 평가 시 고려된다.
이런 해결책은 반사된 측정 신호의 파형이 너무 큰 것으로 판명되지 않는 경우 단지 사용될 수 있다. 이는 본질적으로, 항 exp[i*Φ(λ)]를 분리하는 것이 가능하지 않기 때문이다. 단지 |E1| 및 |E2|가 결정될 수 있고 제거될 수 있다. 따라서, Φ(λ)가 전체 파장 범위를 따라서 간격 ±π/2로 놓이는 것으로 가정할 필요가 있다. |ER|*|ER| = 0이고 반송 주파수의 위상이 역전되는, 즉 π만큼 점프하는 노드(node)를 혼합된 항이 갖는 것이 또한 가능하다. 이는 이 노드에서 |ER|*|ER|로 나뉠 때 |ER|*|ER|의 부호 변화를 사용함으로써 포착될 수 있다.
이는 다음을 제공한다:
일반적으로
E0 = E1(λ) * exp[i*Φ(λ)]
여기서 E1은 실수이고, 따라서
I = |ER|2 + |E1|2 + 2|ER|*|E1|{cosΦ(λ) * cos[4π(z0 - zR)/λ] -
sinΦ(λ) * sin[4π(z0 - zR)/λ]}
= |ER|2 + |E1|2 + 2|ER|*|ER| * cos[4π(z0 - zR)λ + Φ(λ)]이다.
다음의 스펙트럼은 바람직하게는 측정가능하다:
IReference = ER 2 (마스킹된 대상물 아암(object arm masked))
Iobject = E1 2 (마스킹된 기준 아암)
만일 이들을 안다면, 또한 측정되는 I값에서 코사인 항을 분리하는 것이 가능하다.
이제, 문제는 위상 왜곡이 거리 위상값인,
Φ0(λ)= 4π(z0 - zR)/λ
로부터 단순히 분리될 수 없다는 것인데, 이는 I(λ)에서 합으로서만 발생하기 때문이다. 따라서, 이제 |ER| 및 |E1|이 계산된다. 이어서, 혼합된 항 2|ER|*|ER| * cos[4π(z0 - zR)λ + Φ(λ)]를 |ER|*|ER|로 나눈다.
반사 진폭은 스펙트럼 변조를 결정하도록 필터링된 푸리에 변환된 푸리에 스펙트럼을 비교함으로써 제거된다. 이어서, 반송 주파수 필터링된 스펙트럼을 스펙트럼 변조로 나누어 가중치 작업을 형성한다.
I(z0 - Δz), I(z0) 및 I(z0 + Δz)를 갖는 3개의 가까이 위치된 작업편/평면 미러 또는 기준 미러 거리들의 일련의 측정은 정확하게 동일한 방식으로 수행된다.
감산은 다음을 제공한다:
I(z0) - I(z0 + Δz) = 2ER*E1*
{[1-cos(4πΔz/λ)]*cos[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)] + sin(4πΔz/λ) *
sin[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)]}
I(z0) - I(z0 - Δz) = 2ER*E1*
{[1-cos(4πΔz/λ)]*cos[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)] + sin(4πΔz/λ) *
sin[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)]}
그리고, 최종적으로
I(z0) - I(z0 + Δz) - [I(z0) - I(z0 - Δz)]
= I(z0 - Δz) - I(z0 + Δz) = 4 ER * E1 * sin(4πΔz/λ) *
sin[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)]이고,
I(z0 - Δz) + I(z0 + Δz)
= 4ER*E1 *[1-cos(4πΔz/λ)]*cos[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)]이다.
따라서, 사인 및 코사인은 알려져 있어서 원하는 Φ(λ)가 분리될 수 있다.
푸리에 방법을 이용하여 Φ(λ)를 결정하는 것이 또한 가능하다. 이런 목적을 위하여, 동등한 스펙트럼의 복소수 푸리에 변환 또는 FFT가 음의 값을 갖는 두께와 작은 층 두께에 대해 영(0)으로 설정되고 역 푸리에(inverse Fourier) 변환이 이루어진다. 거리 측정에 대한 푸리에 피크는 영(0)으로 맞추어진 영역 외부에 있는 것으로 가정된다. 얻어진 결과는
I1 = ER*E1(λ) * exp[i*Φ(λ)] * exp[i4π(z0 - zR)/λ]이다.
따라서, 절대값 생성은 다음을 제공한다:
I2 = |I1| = ER*E1(λ).
다음의 역 FFT에서, 작은 값을 갖는 층 두께만이 남는다. 이는
I3 = ER 2 + E1(λ)2를 제공하여,
0 = ER 4 - I3ER 2 + I2 2이다.
그 결과는 값 ER, E1(λ) 및 Φ(λ)가 하나의 단일 스펙트럼, 즉 거리 측정 스펙트럼으로부터 준비될 수 있다는 사실에 있다.
최종적으로, 마지막 단계에서,
I1을 1/(ER *E1(λ)로 곱하고 푸리에 변환한다.
여기서, Φ(λ)는 상당히 매끈한 함수인 것으로 가정된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 센서 장치는 광섬유에 의해 센서 광원 및 센서 빔 경로 둘 모두에 연결된 자유 빔 예비 변조기(free-beam pre-modulator)를 갖는다. 이런 목적을 위하여, 자유 빔 예비 변조기는 2개의 아암을 갖는 간섭계로서 구성되고, 자유 빔 예비 변조기의 광섬유 단부는 센서 빔 경로를 향하여 부분적으로 반사성이도록 구성된다. 자유 빔 예비 변조기는 제1 서브파(sub-wave)가 제2 서브파를 간섭하도록 한다. 제1 서브파는 자유 빔 예비 변조기의 긴 기준 아암에서 그리고 광섬유 단부에서 반사되는 한편, 제2 서브파는 자유 빔 예비 변조기의 짧은 대상물 아암에서 그리고 작업편에서 반사된다. 여기서, 다른 스펙트럼 변조들은 유리하게는 평가 단위의 측정 범위 외부에 놓인다. 센서 빔 경로 내의 전체 분산을 보상하기 위하여, 센서 빔 경로 내의 전체 분산과 동일한 분산을 갖는 유리 광학 조립체가 자유 빔 예비 변조기 내에 제공된다.
본 발명의 추가 실시예는 자유 빔 예비 변조기 대신 간섭계를 제공한다. 간섭계는 시준된 센서 빔 내에서 가공용 레이저 빔이 결합되는 지점의 상류(upstream)에 배열된다. 간섭계의 기준 아암은 분산을 보상한다. 이런 목적을 위하여, 기준 아암은 간섭계 빔 스플리터와 작업편 사이의 대상물 아암과 동일한 광학 길이를 갖는다.
더욱이, 본 발명의 추가 실시예에서, 작업편까지의 기준 거리를 측정하고 레이저 융제의 경우 가공 깊이 또는 침착의 경우 가공 높이의 절대 변화를 측정하는 추가의 센서 헤드가 작업 구역 외부에 제공된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 개시된 바와 같은 재료 가공 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 재료 가공 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 원 스펙트럼(도 3a) 및 본 발명에 개시된 바와 같은 가공 이후의 고르게 된(levelled) 스펙트럼(도 3b)을 도시하는 도면이다.
도 4는 레이저 스캐너의 평면 미러의 2개의 측정된 반사 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 5는 스캐너 미러의 편광 및 각 종속 투과율을 도시하는 도면이다.
도 6은 대략 1050 nm의 레이저 파장 부근에서 석영 유리의 굴절률을 도시하는 도면이다.
도 7은 빔 웨이스트(waist) 직경 및 레일리(Rayleigh) 길이에 관한 가우스 빔 파라미터에 대해 도시하는 도표이다.
도 8은 종래 기술에 개시된 바와 같은 재료 가공 장치를 도시하는 부분 원리 사시도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재료 가공 장치(1)의 개략도를 도시한다. 재료 가공 장치(1)는 빔 생성기(5)의 가공용 빔(4)을 이용하고 빔 생성기(5)와 작업편(6) 사이의 작업 거리(a)의 현장 측정을 이용하여 작업한다. 이런 목적을 위하여, 재료 가공 장치(1)는 근적외선 가공용 빔(4)을 갖는 가공용 레이저(13)를 구비한다. 스캐너 미러(31, 32)를 갖는 2차원 편향 장치(15)를 포함하는 레이저 스캐너(14)가 가공용 레이저(13)의 하류(downstream)에 배열된다. 변하는 작업 거리(a(t))를 위한 자동 초점 재조정 장치가 제공된다.
분광계(17) 및 센서 광원(11, 12)을 포함하는 센서 장치(16)가, 작업편 거리(a)를 기록하면서 레이저 스캐너(14) 및 대물 렌즈(19)에 의해 작업편(6)의 작업 영역(20)을 연합하여 감지하는 측정용 빔(18)을 생성한다. 센서 광원(11, 12)의 측정용 빔(18)은 선형으로 편광되고, 광결합 요소(21)에 의해, 시준된 상태로 교차된 편광 방향을 갖는 재료 가공 장치(1)의 레이저 스캐너(14)의 가공용 빔 경로(25) 내에 결합된다. 광원(11, 12)은 선형으로 편광된 빔을 갖는 2개의 초발광 다이오드(SLD)에 의해 형성된다. 이들 광원(11, 12)은, 편광 유지 광섬유(22, 23)에 의해, 광섬유(42) 내에 센서 광(29)을 형성하도록 편광 빔 스플리터(24)에 의해 교차된 편광 방향들을 조합하고 센서 빔 경로(26)의 측정용 빔(18)을 형성하는 편광 빔 결합기 또는 결합 요소(21)에 연결된다.
재료 가공 장치(1)는, 스캐너 미러(31, 32)가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우, 반사된 신호로부터 레이저 광 파장보다 큰 센서 광 파장을 필터링하고 거리 측정을 위하여 이를 평가하는 딥 패스 특징이 제공되는 전산 제어 장치(30)를 갖는다. 스캐너 미러(31, 32)가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우, 전산 제어 장치(30)는 기지의 분광 반사율을 갖는 평면과 비교하여 갈바니 전기로 코팅된 스캐너 미러(31, 32)의 배향들의 각각의 조합을 측정하고 컴퓨터에서 테이블 형태로 저장하는 캘리브레이션 수행을 개시하는데, 저장된 테이블은 반사된 측정 신호의 평가 시 고려된다.
도 1에 개시된 바와 같은 재료 가공 장치(1) 및 도 2에 개시된 바와 같은 재료 가공 장치(2) 둘 모두에 대해, 레이저 스캐너 광학 조립체는 바람직하게는 다음의 구성요소들로 이루어진다:
1. 축방향 초점 위치에 대한 빔 집속 제어를 갖는 빔 익스팬더(39);
2. 전형적으로 650 nm를 위해 설계된 작업 영역(20)을 관찰하기 위한 카메라 모듈(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)용 빔 스플리터;
3. 광학 z-축에 대하여 직교하여 배향된 x 및 y 방향으로 시준된 빔을 편향시키기 위한 한 쌍의 갈바노 미러(31, 32);
4. 갈바니 전기로 코팅된 한 쌍의 갈바노 미러(31, 32)와 함께 사용하기 위한 특수 대물 렌즈(19)이고 작업 평면(41) 내의 시준된 가공용 빔(4), 즉 측정/가공 분야에서 어디서나 수직으로 표면에 입사하는 초점 조정된 가공용 빔(4)을 초점 조정하기 위해 바람직하게는 텔레센트릭인 F-세타 대물 렌즈 시스템.
초점 조정된 빔(4)의 개구수(NA)는 전형적으로 0.1 이하로 있으며, 이때 빔 콘(beam cone)은 +/- 5°이하이다. 일단 표면 기울기가 콘 각을 초과하면, 광은 조광 방향이 검출 방향과 동일한 "동축" 센서 장치(16) 내로 다시 미러 반사되지 않는다. 그 결과, 기울어진 표면으로부터 미광(stray light)을 또한 평가할 수 있는 광학 센서가 분광계(17) 내에 사용된다. 표면이 레이저 가공에 의해 대체로 거칠어짐에 따라, 미광이 예측될 수 있고 그에 따라서 평가 가능한 성분이 작업편(6)으로부터 검출 방향으로 반사된다.
공초점 크로매틱 센서는 스캐너 광학 조립체의 낮은 개구수가 높은 수준의 측정 부정확도로 이끌기 때문에 이런 장치 내에 적합하지 않은 것으로 입증되었다. 이런 공초점 크로매틱 센서의 추가 단점은 가공용 레이저로 인한 f-세타 렌즈들의 가열이 공초점 크로매틱 센서의 특징 곡선을 변화시키는 것을 의미하는 온도 종속 캘리브레이션 곡선이다.
도 1 및 도 2는 비편광 광원(11, 12), 즉, 편광 유지 광섬유(22, 23)에 의해 편광 빔 조합기(PBC)로 전달되고 PBC 내의 편광 빔 스플리터(24)에 의해 교차된 편광 방향과 조합된 선형으로 편광된 빔을 갖는 2개의 초발광 다이오드(SLD)를 사용한다.
편광 방향에 따라 상이한 분광 투과율을 갖는 갈바노 미러 및 빔 스플리터와 같은 광학 구성요소는 편광 상태 및 그에 따른 편광 모드들 사이의 혼합비 그리고 또한 분광 투과율이 광섬유(22, 23 또는 42)에서의 흔들림에 의해 변경되는 것을 방지한다. 그러나, 만일 (예컨대, 응력 유발 복굴절 또는 코팅으로 인한) 2개의 편광 방향에 상이한 경로 차이가 존재한다면, 거리 피크는 2개의 서브피크로 분할된다. 명확한 평가가 가능한 정도로 2개의 서브피크를 분리하기 위하여, 본 발명은 빔 스플리터 및 갈바노 미러와 같은 편광 관련 구성요소의 주방향에 대응하는 주방향을 갖는 복굴절 요소의 빔 경로 내로의 삽입을 위하여 제공된다.
분광 광학 푸리에 도메인 광간섭 단층촬영(Fourier Domain Optical Coherence Tomography, FD OCT) 센서가 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 사용된다. 그러나, 이는 본 발명의 주제에 의해 극복될 수 있는 이하의 단점을 갖는다.
광섬유에서의 온도 드리프트 또는 흔들림으로 인한 대상물 아암과 기준 아암 사이의 제어되지 않은 경로 변화가 본 발명에서는 적어도 2개의 광원을 사용함으로써 보상된다.
대상물 아암 및 기준 아암으로부터의 명확하게 상이한 세기와 그에 따른 예컨대 기울어진 표면 및/또는 탈초점에 의해 유발되는 낮은 스펙트럼 변조 깊이가 본 발명에서는 최소 측정 스폿 직경에 의해 보상된다.
거친 표면 상에서의 탈초점은 측정 품질을 저하시키는데, 이는 단지 하나의 서브빔 번들을 광섬유로 되돌려 보내는 거울반사 표면과 대조적으로, 거친 표면의 각각의 조광된 부분이 미광을 광섬유 쪽으로 보내기 때문이다. 따라서, 광섬유는 "거리의 혼합값"을 보게 된다. 이는 또한 푸리에 피크를 흐려지게 한다. 거친 표면 상의 스폿이 작을수록, 미광으로부터 "작은 반점"이 더 커진다. 이런 이유로, 최소 측정 스폿 직경은 유리하게는 본 발명에서 표면 상의 초점과 함께 생성된다.
센서 파장이 레이저 파장으로부터 상당히 벗어나지 않는다는 것을 보장함으로써 스캐너 광학 조립체의 빔 경로를 통한 센서 광의 불량 투과율을 본 발명에서는 피하게 된다. 이를 달성하기 위하여, 스캐너 광학 조립체의 광학 구성요소의 코팅은 레이저 파장에 따라서 조절된다. 이는 특히 반-반사(anti-reflex), 미러 또는 빔 스플리터 층 모두에 적용된다.
특히 기본 금속(bare metal) 미러가 레이저 광에 대해 적합하지 않기 때문에, 파장 영역에 대한 유전체 미러 층으로 인해 갈바노 미러의 경사 각에 따라서 변경될 수 있는 분광 투과율은 본 발명에서 개시된 측정에 의해 거의 무효화될 수 있다.
온도 및 진동에 대한 광학 경로 차이의 의존성은 환경 저항성인 기준파를 제공함으로써 제거될 수 있다. 도 1에서, 광섬유(42)에 의해 광원(11, 12) 및 센서 빔 경로(26) 둘 모두에 연결되고 2개의 아암(점 A 및 점 B)과 함께 간섭계로서 구성되는 예비 변조기(33)가 이런 목적을 위하여 사용된다. 광섬유 단부(점 C)는 센서 빔 경로(26)를 향하여 부분적으로 반사성이도록 구성된다. 예비 변조기(33)의 긴 기준 아암(35)(점 B)에서 그리고 광섬유 단부(점 C)에서 반사된 서브파는 짧은 대상물 아암(36)(점 A)에서 그리고 작업편(6)(점 D)에서 반사된 서브파를 간섭하도록 한다. 서브파들 사이의 다른 간섭은 그들의 스펙트럼 변조가 FD OCT 센서에 의해 더 이상 해결되지 않거나 또는 TD OCT 센서의 측정 범위 밖에 있도록 하는 그러한 큰 경로 차이를 갖는다.
작업편 표면까지의 센서 빔 경로(26)의 광학 경로 길이는 파장에 종속하는데, 이는 유리 구성요소가 분산을 갖기 때문이다. 대상물 아암과 동일한 전체 분산을 갖는 유리 구성요소가 자유 빔 예비 변조기(33)의 기준 아암에 위치된다. 이런 이유로, 점 C에서부터 점 D까지의 센서 빔 경로에서와 동일한 광학 분산을 갖는 유리 광학 조립체가 자유 빔 예비 변조기(33)를 위하여 제공된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 재료 가공 장치(2)의 개략도를 도시한다. 도 1에서와 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 도면 부호에 의해 표시되고 여기에서는 보다 상세하게 논의되지는 않는다. 도 2에서, 자유 빔 예비 변조기 대신, 시준된 센서 빔 내에서 빔이 가공용 빔 경로(25) 내에 결합되는 지점의 상류에 간섭계(34)가 사용되고, 기준 아암(37)은 분산 보상 효과를 갖고 간섭계 빔 스플리터(40)에서부터 작업편(6)까지의 대상물 아암(38)과 대략 동일한 길이를 갖는다.
제어 가능한 막 및/또는 필터에 의해, 기준 아암(37)에서 광 파의 휘도를 조절하는 것이 가능하다. 일정한 분광 투과율, 일정한 광학 경로 및 비분산 효과 또는 파면 수차를 갖는 막 또는 필터가 바람직하게는 이런 목적을 위하여 사용된다.
바람직한 일 실시예는 공간 가변 반사율을 갖는 기준 미러(43)로, 이는 초점이 맞춰진 기준 미러(43)에 조사된 센서 광의 스폿의 세기가 변하도록 미러 평면을 따라서 밀릴(push) 수 있다. 평가 소프트웨어에 의해 고려될 수 있도록 하는 예측 가능한 방식으로 분광 투과율 또는 경로 길이를 변경하는 장치를 사용하는 것이 또한 가능하다.
3차원 센서 스폿 위치는 래스터(raster)로 마크가 형성되고 높이가 조절될 수 있는 평면 미러형 캘리브레이션 본체로 캘리브레이션 될 수 있다. f-세타 대물 렌즈 시스템(19)은 이미지 필드 곡률 및 왜곡을 갖는다. 더욱이, x 방향 및 y 방향으로의 시야에 걸쳐 표시된 센서 빔의 광학 경로 길이는 작업편 평면(41)까지 안장 형상이다. 이런 이유로, 본 발명에서, 캘리브레이션 수행은 스캐너 미러 각도들 사이의 관계와, 한편으로는 초점 조절기의 설정과, 스폿의 3차원 위치와, 센서에 의해 측정된 바와 같은 그의 광학 경로와 다른 한편으로는 그의 탈초점을 결정한다.
복수의 한정된 단계에서 z-방향으로 센서 중심 파장의 대략 절반으로 이동될 수 있는 기준 미러가 위상 이동 측정을 위하여 사용된다. 위치 제어된 압전 액추에이터 또는 횡방향 진동 단차형 미러가 이런 목적을 위하여 사용될 수 있다. 위상 이동 측정을 위하여, 예컨대 등거리 단차 j = 1, 2, 3을 갖는 연속적인 적어도 3개의 스펙트럼이 측정된다. 이는 다음을 제공한다:
I(j) = I(z0 + j*fΔz)
= ER 2 + E1 2 + 2 ER*E1 *
{cos(4πj*Δz/λ)*cos[4n(z0 - zR)/λ + Φ(λ)] - sin(4λj*Δz/λ)*
sin[4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)]}
측정치를 평가할 때, 위상 값은 각각의 k-픽셀에 대해 계산되고, 기지의 항 cos(4πj*Δz/λ) 및 sin(4πj*Δz/λ)는 위상 [4π(z0 - zR)/λ + Φ(λ)]를 결정하는 데 사용된다.
위상 이동 측정의 목적은 평가에 사용되는 많은 측정의 결과로서 확고한 측정값을 얻는 것이다.
도 3은 원 스펙트럼(도 3a) 및 본 발명에 개시된 바와 같은 가공 이후의 고르게 된 스펙트럼(도 3b)을 도시한다. 원 스펙트럼은 도 3a에 도시된 도표의 형상을 갖는다. 파선은 대상물로부터의 광이 없이 측정된 것이다(단지 기준 광). k = l/λ와 동등한 스펙트럼에서, 기준 광이 제거되어, I0(k)를 제공한다. 스펙트럼 인벨로프 I0mean(k)가 계산되고 딥 패스 필터를 사용하여 나뉘어져서 도 3b의 일정한 진폭을 갖는 스펙트럼 변조를 얻는다. 최종적으로, FFT가 수행된다.
도 4는 갈바노 미러 쌍의 2개의 경사진 위치 및 스펙트럼 범위 1260 내지 1360 nm의 레이저 스캐너의 평면 미러의 2개의 측정된 반사 스펙트럼을 도시한다. 각각의 도표는 등거리 단차에서 초점 재조정 동안의 복수의 스펙트럼을 도시한다. 이들은 초점 재조정 동안 세기의 초점이 단파측에서 장파측으로 이동하는 것을 보여준다. 더욱이, 스펙트럼 인벨로프는 2개의 미러 위치에서 상이한 파형을 갖는다. 파형은 갈바노 미러의 유전체 미러 층에 의해 생성된다.
도 5는 사용된 스캐너 미러(31, 32)의 편광 및 각 종속 투과율을 도시한다. 도 5는 3개의 입사각, 즉 도 5a에서 57.5도의 입사각, 도 5b에서 45도의 입사각, 그리고 도 5c에서 27.5도의 입사각에 대한 단일 갈바노 미러의 편광 종속 반사 스펙트럼을 도시한다. 점선의 곡선은 s-편광을 나타내고, 쇄선의 곡선은 p편광을 나타내고, 실선의 곡선은 "랜덤 편광"을 나타낸다.
1050 nm에서, 레이저 파장 범위는 입사각이 증가함에 따라서 단파장 쪽으로 상승하는 높은 편광 종속 반사율을 갖는 넓은 평탄역(plateau)이다. 큰 파장에서, 반사율은, R<1% 이내에 있는 일부 경우에, 약하고 스펙트럼 변조된다. 변조는 양 편광 방향에서 거의 역 위상이다. 한 쌍의 미러가 구조체 내에서 항상 작동하고 있기 때문에, 전체 반사율은 더욱 더 복합적이다. 스캐너의 기하학적 형상이 주어지는 경우, 제1 미러에 입사하여 p-편광된 파는 반드시 제2 미러에 입사하여 s-편광되고, 그 역도 성립한다.
미러 반사의 스펙트럼 파형 및 전체 구조체의 반사 스펙트럼에서의 비트(beat) 현상은 갈바노 미러가 분광 간섭계에 의해 또한 측정된 복수의 매우 얇은 "자연 층 두께"를 갖는 것을 보여준다. 그러므로, 거리 측정은 하나의 단일 푸리에 피크가 아니라 복수의 서브피크의 중첩을 측정한다. 서브 피크의 가중치 및 거리는 미러 각 및 편광 상태에 좌우된다.
수학적으로 보면, 대상물 파 및 기준 파는 하기 형상을 갖는다:
EObject = E0 * exp[i*4πz0/λ]
EReference = ER * exp[i*4πzR/λ]
여기서 z0 및 zR은 2개의 간섭계 아암에서의 이동 거리이다. 왜곡되지 않은 경우에, E0 및 ER은 일정하다. 측정된 세기
I = {EObject + EReference} {E* Object + E* Reference}
= IObject + IReference + Imod
는 아암의 경로 차이가 결정되는 간섭 항 Imod = (E0*E* R + E* 0*ER) * cos[4π(z0 - zR)/λ]를 포함한다. 왜곡되지 않은 경우에, 전지수 인자(pre-exponential factor)는 2 E0 * ER이 된다. 갈바노 미러의 반사율로 인하여, 대상물 파는 복합 변조를 나타낸다. 2개의 자연 층 두께(d1, d2)가 예로서 적용된다:
E0 = E1*exp[i*4π d1/λ] + E2*exp[i*4πd2/λ]는 다음을 가져온다:
IObject = |E1|2 + |E2|2 + 2 |E1|*| E2| * cos[4π(d1 - d2)/λ]
Imod = (E1*E* R + E* 1*ER) * cos[4π(z0 + d1 - zR)/λ]
+ (E2*E* R + E* 2 * ER) * cos[4π(z0 + d2 - zR)/λ]
= (E1 * E* R + E* 1 * ER)
{cos[4πd1/λ] *cos[4π(z0 - zR)/λ] - sin[4πd1/λ] *
sin[4π(z0 - zR)/λ]}
+ (E2 * E* R + E* 2 * ER) *
{cos[4πd2/λ] *cos[4π(z0 - zR)/λ] - sin[4πd2/λ] *
sin[4π(z0 - zR)/λ]}
= {(E1 * E* R + E* 1 * ER) cos[4πd1/λ] +
(E2 * E* R + E* 2 * ER) cos[4πd2/λ] * cos[4π(z0 - zR)/λ] -
(E1 * E* R + E* 1 * ER) sin[4πd1/λ] +
(E2 * E* R + E* 2 * ER) sin[4πd2/λ] * sin[4π(z0 - zR)/λ]
적용되는 바와 같이, 그에 따라 스펙트럼은 2개의 가까이 위치된 층 두께를 포함하고 비트 현상을 형성한다.
도 6은 대략 1050 nm의 레이저 파장 근처의 석영 유리의 굴절률을 보여준다. 석영 유리의 이런 파장 종속 굴절률은 크로매틱 초점 변위를 이용하여 필드의 연장된 깊이를 위하여 사용될 수 있다. f-세타 대물 렌즈 시스템은 대체로 아크로매틱이 아닌데, 이는 개별 레이저 파장에 대해 설계되기 때문이다. 그러나, 아크로매시아(achromasia)는 석영 유리와 같은 펄스 레이저의 높은 피크 세기에 저항성인 유형의 유리가 바람직하기 때문에 달성하기 어렵다.
따라서, 초점 길이(f)는 석영 유리를 사용할 때 파장 종속성이다. 얇은 평면 볼록 렌즈에 대한 공식에 따르면, 곡률 반경(R)은 일반적으로 1/f = [n(λ) - 1]/R이다. 따라서,
f = f0/[1 + (n(λ) - n0)/(n0-1)]이고,
여기서 f0 및 n0는 레이저 파장에서의 초점 길이 및 굴절률이다.
테일러 전개에 의해, 이는 다음을 제공한다:
f ≒ f0 - f0Δn/(n0-l)
f = 100 mm인 석영 렌즈의 경우, 분광 굴절률 이동은 l.2e-5/nm이고 따라서 초점 이동은 2.7 pm/nm이다. 100 nm의 센서 대역폭에서, 스펙트럼 내에서 초점 이동은 이미 270 pm이다. 이는 빔 초점에 기초한 가우스 빔의 빔 단면적이 2배인 (또는 세기가 절반인) 레일리 길이에 의해 설정되는 필드 범위의 깊이에 의해 대조된다
zR = πw0 2/λ.
여기서 w0는 세기가 중간 세기인 e-2 = 0.135로 떨어진 초점에서의 빔 반경이다. 개구수(NA)와 관련하여:
w0 = λ/[π tan(arcsin NA)]이다.
근축 개략 값 NA = λ/nw0 에 의해, 이는 다음을 가져온다:
zR = λ/(πNA2).
따라서, NA = 0.05이고 1050 nm 파장의 경우, w0 = 13 μm이고 zR = 133 pm이다.
도 7은 빔 웨이스트 직경 및 레일리 길이에 관한 가우스 빔 파라미터에 대한 도표를 도시한다. 위에서 계산된 100 nm 대역폭 및 100 mm 초점 길이에 대한 초점 이동은 270 pm였고 2배 크다. 그 결과, NA = 0.05에서, 센서 스펙트럼의 에지 파장은 탈초점에 의해 0.5의 인자만큼 약화된다.
도 4의 측정은 대략 NA = 0.10에서 수행되었다. 여기서, 탈초점된 파장의 약화는 zR = 33 μm이기 때문에 더욱 더 극단적이다. w0 = 6.6 μm에서, 스폿 직경은 크기가 단지 절반이다. 이는 초점에서 거리 측정 품질에 유리하다. 그러나, 탈초점 동안 더 강한 약화는 불리하다.
f-세타 렌즈의 크로매틱 초점 이동이 본 발명에서 사용되어 초점 측정을 위하여 큰 포착 범위 및 높은 NA에서 작은 스폿을 동시에 얻는다. 예에서, 이는 100 nm 센서 대역폭에 대해 270 pm이다. 작업편이 포착 범위 내에 위치되는 경우, 파장은 센서 대역에서 최대 선예도에 도달한다. 초점 변위 < +/-zR인 초점 최대값 주변의 파장만이 신호에 크게 기여한다. 이런 이유로, 하기의 측정값이 본 발명에서 취해진다:
1. 스펙트럼이 동등하게 되고 표준화되는 경우, 선택된 윈도우 기능은 센서 대역폭보다 상당히 좁고 그의 최대값은 원 스펙트럼의 세기의 최대값에 있다.
2. "수동적"인 변형에서, 윈도우 기능이 전혀 없는 데, 이는 파장 종속 탈초점에 의해 물리적으로 이미 달성되기 때문이다.
3. 작업편을 개략적으로 국한시키기 위하여, 극도의 광대역 센서인 큰 포착 범위를 갖는 센서가 사용된다. 여기서, 측정 공정은 분광 간섭측정 또는 크로매틱 공초점일 수 있다. 일련의 협대역 분광 간섭측정 센서는 미세 측정의 원인이 된다. 이들 파장 범위는 개략적 센서의 스펙트럼과 중첩되고 이를 함께 포함한다. 이들 센서 중 하나가 하나씩 활성화된다.
4. 이런 유형의 다검출 개념은 단일 분광계의 형태를 취한다. 회절 순서에 따라서 다양한 스펙트럼 범위를 검출하는 에첼 격자(echelle grating)를 갖는 분광계가 이런 목적을 위하여 사용된다. 여기서 복수의 SLD 광원이 사용되는데, 각각의 SLD에는 특정 회절 순서가 할당된다. 광섬유 결합기, 광섬유 서큘레이터(circulators) 및/또는 WDM 결합기, 이색성 빔 스플리터와 유사한 광섬유 , 또는 대안적으로 자유 빔 결합기가 SLD를 측정 헤드 및 분광계에 연결하기 위하여 제공된다. 간섭계를 향하는 광섬유 채널은 (측정이 동일한 점에서 항상 취해지도록) 광섬유 스위치에 의해 단부 광섬유에 결합된다. 분광계를 향하는 광섬유는 조합되어 스펙트럼 분산화 방향에 수직한 어레이를 형성한다. 어레이 방향의 라인 검출기 내의 픽셀은 어레이 내의 임의의 광섬유로부터의 광을 포착하기에 충분한 길이(0.5 또는 1 mm)를 갖는다.
도 8은 도입부에서 이미 논의되었고 그에 따라 이런 점에서 추가의 고려 사항이 요구되지 않는 종래 기술에 따른 재료 가공 장치의 부분 원리 사시도를 도시한다.
재료 가공 장치(1)는, 스캐너 미러(31, 32)가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우, 반사된 신호로부터 레이저 광 파장보다 큰 센서 광 파장을 필터링하고 거리 측정을 위하여 이를 평가하는 딥 패스 특징이 구비되는 전산 제어 장치(30)를 갖는다. 스캐너 미러(31, 32)가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우, 전산 제어 장치(30)는 기지의 분광 반사율을 갖는 평면과 비교하여 갈바니 전기로 코팅된 스캐너 미러(31, 32)의 배향들의 임의의 조합을 측정하고 컴퓨터에서 테이블 형태로 저장할 수 있는 캘리브레이션 수행을 개시하는 데, 저장된 테이블은 반사된 측정 신호의 평가 시 고려된다.
1 재료 가공 장치(제1 실시예)
2 재료 가공 장치(제2 실시예)
3 재료 가공 장치(종래 기술)
4 가공용 빔
5 빔 생성기
6 작업편
7 작업 헤드
8 산업용 로봇
9 굴곡부
10 단층촬영기
11 제1 광원
12 제2 광원
13 가공용 레이저
14 레이저 스캐너
15 편향 장치
16 센서 장치
17 분광계
18 측정용 빔
19 대물 렌즈
20 작업 영역
21 광결합 요소
22 광섬유
23 광섬유
24 빔 스플리터
25 가공용 빔 경로
26 센서 빔 경로
29 센서 광
30 제어 장치
31 스캐너 미러
32 스캐너 미러
33 자유 빔 예비 변조기
34 간섭계
35 자유 빔 예비 변조기의 기준 아암
36 자유 빔 예비 변조기의 대상물 아암
37 간섭계의 기준 아암
38 간섭계의 대상물 아암
39 빔 익스팬더
40 간섭계 빔 스플리터
41 작업 평면
42 광섬유
43 기준 미러
A 화살표 방향
a 거리

Claims (17)

  1. 빔 생성기(5)의 가공용 빔(4)을 이용하고 빔 생성기(5)와 작업편(6) 사이의 작업 거리(a)의 현장 측정을 이용하는 재료 가공 장치로서,
    상기 재료 가공 장치(1)는,
    가공용 레이저(13);
    스캐너 미러(31, 32)를 갖는 2차원 편향 장치(15)를 포함하는 상기 가공용 레이저(13)를 위한 레이저 스캐너(14);
    변하는 작업 거리(a(t))에 있는 가변 초점 재조정 장치; 및
    분광계(17) 및 적어도 하나의 센서 광원을 포함하는 센서 장치(16)를 포함하고,
    측정용 빔(18)들이 상기 레이저 스캐너(14) 및 대물 렌즈(19)에 의해 상기 작업편(6)의 작업 영역(20)을 함께 스캐닝하는 한편 작업편 거리를 수집하고, 센서 광원(11, 12)의 적어도 2개의 측정용 빔(18)은 선형으로 편광되고 교차된 편광 방향을 갖는 시준된 상태로 광결합 요소(21)에 의해 상기 재료 가공 장치(1)의 상기 레이저 스캐너(14)의 가공용 빔 경로(25) 내에 결합되는 재료 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 광원(11, 12)은 선형으로 편광된 빔을 갖는 초발광 다이오드를 갖고, 상기 센서 광원(11, 12)은 편광 유지 광섬유에 의해, 편광 빔 스플리터(24)에 의해 교차된 편광 방향들을 조합하는 편광 빔 결합기(21)에 연결되는 재료 가공 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 센서 빔 경로(26)는 상기 측정용 빔(18)들을 시준된 상태로 상기 가공용 빔 경로(25) 내에 결합하도록 협대역 이색성 빔 스플리터를 갖는 재료 가공 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 센서 빔 경로(26)는 상기 측정용 빔들(18)을 시준된 상태로 상기 가공용 빔 경로(25) 내에 결합하도록 협대역 노치 필터를 갖는 재료 가공 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정용 빔(18)들을 시준된 상태로 상기 가공용 빔 경로(25) 내에 결합하기 위하여, 레이저 광 또는 센서 광을 상기 레이저 스캐너(14) 내에 교대로 결합시키고 상기 가공용 레이저(13)의 펄스 주파수와 동기화하여 회전하는 회전 필터 휠을 제공하여, 상기 레이저 스캐너(14)가 펄스 중단 시 상기 측정용 빔(18)에 대해 이용 가능하게 하는 재료 가공 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 빔 경로 내에 선회 가능한 편향 미러가 제공되어 상기 측정용 빔(18)들을 시준된 상태로 상기 가공용 빔 경로(25) 내에 결합시키는 재료 가공 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 광원(11, 12)은 상기 스캐너 미러(31, 32)의 카메라 윈도우의 파장에 대응하는 센서 파장을 갖는 재료 가공 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 스캐너(14)는 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 동일한 코팅을 갖는 스캐너 미러(31, 32)를 갖는 재료 가공 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캐너 미러(31, 32)가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우, 상기 재료 가공 장치(1)는 반사된 신호로부터 레이저 광 파장보다 큰 센서 광 파장을 필터링하고 거리 측정을 위하여 이를 평가하는 딥 패스 특징이 제공되는 전산 제어 장치(30)를 갖는 재료 가공 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캐너 미러(31, 32)가 센서 파장 및 레이저 파장에서 반사율이 상이한 코팅을 갖는 경우, 상기 재료 가공 장치(1)는 기지의 분광 반사율을 갖는 평면과 비교하여 갈바니 전기로 코팅된 스캐너 미러(31, 32)의 배향들의 각각의 조합을 측정하고 컴퓨터에서 테이블 형태로 저장하는 캘리브레이션 수행을 개시하는 전산 제어 장치(30)를 갖고, 상기 저장된 테이블은 반사된 측정 신호의 평가 시 고려되는 재료 가공 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 장치는 광섬유(22, 23)에 의해 상기 센서 빔 경로(26) 및 상기 센서 광원(11, 12) 둘 모두에 연결되는 자유 빔 예비 변조기(33)를 갖는 재료 가공 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자유 빔 예비 변조기(33)는 2개의 아암(35, 36)을 갖는 간섭계(34)로서 구성되는 재료 가공 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 자유 빔 예비 변조기(33)의 광섬유 단부는 상기 센서 빔 경로(26)를 향하여 부분적으로 반사성이도록 구성된 재료 가공 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 서브파가 제2 서브파를 간섭하게 하고, 상기 제1 서브파는 자유 빔 예비 변조기(33)의 긴 기준 아암(35) 및 광섬유 단부에서 반사되고, 상기 제2 서브파는 짧은 대상물 아암(36) 및 상기 작업편(6)에서 반사되며, 다른 스펙트럼 변조는 평가 단위의 측정 범위 외부에 놓이는 재료 가공 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 빔 경로(26) 내의 전체 분산과 동일한 분산을 갖는 유리 광학 조립체가 상기 자유 빔 예비 변조기(33) 내에 배열된 재료 가공 장치.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 시준된 상기 측정 빔(18) 내에서 상기 가공용 빔(4)이 그에 결합되는 지점의 상류(upstream)에 간섭계(34)가 배열되고, 상기 간섭계(34)의 기준 아암(37)은 분산 보상 효과를 갖고, 상기 기준 아암(37)은 간섭계 빔 스플리터(40)와 상기 작업편(6) 사이의 대상물 아암(38)과 동일한 광학 길이를 갖는 재료 가공 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업편(6)까지의 기준 거리를 기록하고 레이저 융제 동안의 가공 깊이 또는 재료 침착 동안의 가공 높이의 절대 변화를 판단하는 제2 센서 헤드가 상기 작업 영역(20) 외부에 배열되는 재료 가공 장치.
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