Claims (50)
1. Лазерная система обработки материала, содержащая1. Laser material processing system containing
источник луча для модификации материала для генерирования обрабатывающего луча;a beam source for modifying the material to generate a treatment beam;
обрабатывающую головку, соединенную с источником луча для модификации материала и содержащую по меньшей мере один исполнительный элемент для сканирования обрабатывающего луча, предназначенный для направления и перемещения обрабатывающего луча согласно схеме вобуляции по меньшей мере по одной оси на обрабатываемом участке детали; a processing head connected to the material modification beam source and comprising at least one processing beam scanning actuator for guiding and moving the processing beam according to a wobble pattern along at least one axis in a workpiece area to be machined;
систему встроенной когерентной визуализации (ICI), оптически соединенную с обрабатывающей головкой, система ICI содержит по меньшей мере один исполнительный элемент для сканирования визуализирующего луча, предназначенный для размещения визуализирующего луча по меньшей мере частично независимо от обрабатывающего луча; иan integrated coherent imaging (ICI) system optically coupled to the processing head, the ICI system comprising at least one imaging beam scanning actuator for positioning the imaging beam at least partially independent of the processing beam; and
управляющую систему для управления по меньшей мере источником луча для модификации материала, исполнительным элементом для сканирования обрабатывающего луча и исполнительным элементом для сканирования визуализирующего луча, причем управляющая система запрограммирована так, чтобы обеспечивать сканирование обрабатывающей головкой обрабатывающего луча по схеме вобуляции, и управляющая система запрограммирована так, чтобы обеспечивать перемещение визуализирующего луча исполнительным элементом для сканирования визуализирующего луча к множеству точек измерения на обрабатываемом участке в соответствии со схемой вобуляции.a control system for controlling at least a beam source for material modification, an actuator for scanning the processing beam, and an actuator for scanning the imaging beam, the control system being programmed to allow the processing head to scan the processing beam in a wobble pattern, and the control system being programmed so that to cause the imaging beam to be moved by the imaging beam scanning actuator to a plurality of measurement points in the area to be treated in accordance with the wobble pattern.
2. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой обрабатывающая головка представляет собой головку для сварки, предназначенную для направления и перемещения обрабатывающего луча согласно схеме вобуляции на свариваемом участке.2. The laser material processing system of claim 1, wherein the processing head is a welding head for guiding and moving the processing beam according to a wobble pattern in the area to be welded.
3. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой источник луча для модификации материала представляет собой волоконный лазер.3. The laser material processing system of claim 1, wherein the material modification beam source is a fiber laser.
4. Лазерная система обработки материала по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере одну подвижную платформу для поступательного перемещения по меньшей мере одного из обрабатывающей головки и детали друг относительно друга при перемещении обрабатывающего луча по схеме вобуляции на детали. 4. The laser material processing system of claim 1, further comprising at least one movable platform for translationally moving at least one of the processing head and the workpiece relative to each other as the processing beam moves in a wobble pattern onto the workpiece.
5. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой система ICI оптически соединена с обрабатывающей головкой по технологической схеме после по меньшей мере одного исполнительного элемента для сканирования обрабатывающего луча.5. Laser material processing system according to claim 1, in which the ICI system is optically connected to the processing head according to the technological scheme after at least one actuating element for scanning the processing beam.
6. Лазерная система обработки материала по п. 5, в которой управляющая система запрограммирована таким образом, чтобы обеспечивать перемещение визуализирующего луча исполнительным элементом для сканирования визуализирующего луча вдоль схемы вобуляции в направлении, противоположном направлению перемещения обрабатывающего луча и синхронно со схемой вобуляции.6. The laser material processing system according to claim 5, in which the control system is programmed in such a way as to ensure that the imaging beam scanning actuator moves along the wobble pattern in the direction opposite to the direction of movement of the processing beam and synchronously with the wobble pattern.
7. Лазерная система обработки материала по п. 5, в которой управляющая система запрограммирована таким образом, чтобы обеспечивать перемещение визуализирующего луча исполнительным элементом для сканирования визуализирующего луча вдоль схемы вобуляции в направлении обрабатывающего луча и синхронно со схемой вобуляции.7. The laser material processing system of claim 5, wherein the control system is programmed to cause the imaging beam scanning actuator to move the imaging beam along the wobble pattern in the direction of the processing beam and in synchronization with the wobble pattern.
8. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой система ICI оптически соединена с головкой для сварки по технологической схеме до по меньшей мере одного исполнительного элемента для сканирования обрабатывающего луча.8. Laser material processing system according to claim 1, in which the ICI system is optically connected to the head for welding according to the technological scheme to at least one actuating element for scanning the processing beam.
9. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой управляющая система запрограммирована таким образом, чтобы обеспечивать перемещение визуализирующего луча исполнительным элементом для сканирования визуализирующего луча, вследствие чего визуализирующий луч сканирует обрабатываемый участок по схеме сканирования, по меньшей мере частично охватывающей схему вобуляции.9. The laser material processing system according to claim 1, in which the control system is programmed in such a way as to provide movement of the imaging beam by the actuator for scanning the imaging beam, as a result of which the imaging beam scans the treated area in a scanning pattern at least partially enclosing the wobble pattern.
10. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой управляющая система выполнена с возможностью управления исполнительным элементом для сканирования обрабатывающего луча для корректировки по меньшей мере одного из геометрии вобуляции, периода вобуляции, скорости вобуляции и амплитуды вобуляции в ответ на результаты измерения от системы ICI.10. The laser material processing system of claim 1, wherein the control system is configured to control an actuator for scanning the processing beam to adjust at least one of the wobble geometry, wobble period, wobble speed, and wobble amplitude in response to measurement results from the system. ICI.
11. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой управляющая система выполнена с возможностью управления мощностью обрабатывающего луча в ответ на результаты измерения от системы ICI.11. The laser material processing system of claim 1, wherein the control system is configured to control the power of the processing beam in response to measurements from the ICI system.
12. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой исполнительный элемент для сканирования обрабатывающего луча выполнен с возможностью перемещения обрабатывающего луча с максимальным смещением луча на детали ± 30 мм. 12. The laser material processing system according to claim 1, in which the processing element for scanning the processing beam is configured to move the processing beam with a maximum beam displacement on the parts of ± 30 mm.
13. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой исполнительный элемент для сканирования обрабатывающего луча выполнен с возможностью перемещения обрабатывающего луча на максимальное угловое смещение луча ± 5º для обеспечения амплитуды вобуляции. 13. The laser material processing system according to claim 1, in which the processing element for scanning the processing beam is configured to move the processing beam by a maximum angular displacement of the beam of ± 5º to provide a wobble amplitude.
14. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой по меньшей мере один исполнительный элемент для сканирования обрабатывающего луча и по меньшей мере один исполнительный элемент для сканирования визуализирующего луча выбраны из группы, состоящей из гальванометрических сканирующих зеркал, многоугольных сканирующих зеркал, сканирующих зеркал на основе MEMS, пьезоэлектрических сканирующих зеркал и устройств сканирования луча на основе дифракции.14. The laser material processing system according to claim 1, in which at least one actuating element for scanning the processing beam and at least one actuating element for scanning the imaging beam are selected from the group consisting of galvanometric scanning mirrors, polygonal scanning mirrors, scanning mirrors based on MEMS, piezoelectric scanning mirrors and diffraction based beam scanning devices.
15. Лазерная система обработки материала по п. 1, в которой управляющая система запрограммирована таким образом, чтобы обеспечивать перемещение визуализирующего луча исполнительным элементом для сканирования визуализирующего луча, чтобы визуализирующий луч был динамически сдвинут от обрабатывающего луча на поверхности детали согласно положению обрабатывающего луча в пределах схемы вобуляции. 15. The laser material processing system of claim 1, wherein the control system is programmed to cause the imaging beam to be moved by the imaging beam scanning actuator so that the imaging beam is dynamically shifted away from the processing beam at the surface of the part according to the position of the processing beam within the pattern. wobbles.
16. Лазерная система обработки материала по п. 1, дополнительно содержащая вспомогательную измерительную систему, выполненную с возможностью измерения излучения процесса.16. The laser material processing system of claim. 1, further comprising an auxiliary measurement system configured to measure the radiation of the process.
17. Лазерная система обработки материала по п. 16, в которой вспомогательная измерительная система измеряет излучение процесса в пределах спектрального диапазона от 100 нм до 1 мм.17. The laser material processing system of claim 16, wherein the auxiliary measuring system measures the radiation of the process within a spectral range of 100 nm to 1 mm.
18. Лазерная система обработки материала по п. 16, в которой вспомогательная измерительная система содержит оптические элементы для выполнения пространственно локализованного измерения относительно обрабатывающего луча.18. The laser material processing system of claim 16, wherein the auxiliary measurement system includes optical elements for performing a spatially localized measurement relative to the processing beam.
19. Лазерная система обработки материала по п. 18, в которой вспомогательная измерительная система выполнена с возможностью осуществления пространственно локализованного измерения в точке измерения, динамически сдвинутой от обрабатывающего луча на основании по меньшей мере одного вывода из системы ICI.19. The laser material processing system of claim 18, wherein the auxiliary measurement system is configured to make a spatially localized measurement at a measurement point dynamically shifted from the processing beam based on at least one output from the ICI system.
20. Лазерная система обработки материала по п. 16, в которой вспомогательная измерительная система содержит оптические элементы для выполнения пространственно локализованного измерения относительно визуализирующего луча.20. The laser material processing system of claim 16, wherein the auxiliary measurement system includes optical elements for performing a spatially localized measurement relative to the imaging beam.
21. Лазерная система обработки материала по п. 16, в которой управляющая система запрограммирована таким образом, чтобы обеспечивать перемещение визуализирующего луча исполнительным элементом для визуализирующего луча, чтобы визуализирующий луч был динамически сдвинут от обрабатывающего луча на основании по меньшей мере одного вывода вспомогательной измерительной системы. 21. The laser material processing system of claim 16, wherein the control system is programmed to cause the imaging beam actuator to move the imaging beam such that the imaging beam is dynamically shifted away from the processing beam based on at least one output of the auxiliary measurement system.
22. Способ контроля процесса сварки с вобуляцией, способ предусматривает22. Method for controlling the welding process with wobble, the method involves
направление обрабатывающего луча и по меньшей мере одного визуализирующего луча от системы встроенной когерентной визуализации (ICI) к свариваемому участку детали;directing the processing beam and at least one imaging beam from the integrated coherent imaging (ICI) system to the welded area of the part;
перемещение обрабатывающего луча по схеме вобуляции на свариваемом участке детали;moving the processing beam according to the wobble pattern on the welded part of the part;
перемещение по меньшей мере одного визуализирующего луча по меньшей мере частично независимо от обрабатывающего луча к множеству точек измерения на свариваемом участке; иmoving at least one imaging beam at least partially independent of the processing beam to a plurality of measurement points in the area to be welded; and
получение результатов измерения ICI из множества точек измерения при перемещении обрабатывающего луча по схеме вобуляции. obtaining ICI measurement results from a plurality of measurement points while moving the processing beam along the wobble pattern.
23. Способ по п. 22, дополнительно предусматривающий поступательное перемещение по меньшей мере одного из обрабатывающего луча и детали друг относительно друга при перемещении обрабатывающего луча по схеме вобуляции на свариваемом участке.23. The method of claim 22, further comprising translational movement of at least one of the treatment beam and the workpiece relative to each other while moving the treatment beam in a wobble pattern in the area to be welded.
24. Способ по п. 22, в котором перемещение визуализирующего луча предусматривает сканирование визуализирующего луча независимо от обрабатывающего луча в схеме сканирования ICI по свариваемому участку детали, причем схема сканирования ICI по меньшей мере частично охватывает схему вобуляции.24. The method of claim 22, wherein moving the imaging beam comprises scanning the imaging beam independently of the processing beam in an ICI scanning pattern over a welded area of the part, the ICI scanning pattern at least partially enclosing the wobble pattern.
25. Способ по п. 24, в котором получение результатов измерения ICI предусматривает получение результатов измерения глубины в точках в схеме сканирования ICI, и дополнительно предусматривает объединение результатов измерения глубины с образованием трехмерного изображения свариваемого участка.25. The method of claim 24, wherein obtaining the ICI measurements includes obtaining depth measurements at points in the ICI scan pattern, and further comprising combining the depth measurements to form a 3D image of the welded area.
26. Способ по п. 24, в котором сканирование предусматривает растровое сканирование.26. The method of claim 24, wherein the scan comprises a raster scan.
27. Способ по п. 22, в котором перемещение визуализирующего луча предусматривает колебание измеряющего луча локально вокруг по меньшей мере части схемы вобуляции.27. The method of claim 22, wherein moving the imaging beam includes oscillating the measurement beam locally around at least a portion of the wobble pattern.
28. Способ по п. 22, в котором перемещение визуализирующего луча предусматривает перемещение визуализирующего луча независимо от обрабатывающего луча к множеству фиксированных точек измерения на схеме вобуляции, причем получение результатов измерения ICI предусматривает получение результатов измерения глубины в фиксированных точках измерения при перемещении обрабатывающего луча по схеме вобуляции.28. The method of claim 22, wherein moving the imaging beam includes moving the imaging beam independently of the processing beam to a plurality of fixed measurement points on the wobble pattern, wherein obtaining ICI measurements involves obtaining depth measurements at the fixed measurement points while moving the processing beam along the pattern. wobbles.
29. Способ по п. 28, в котором по меньшей мере одна фиксированная точка измерения предусматривает четыре точки измерения вокруг схемы вобуляции, в том числе переднюю точку измерения, заднюю точку измерения, быструю точку измерения и медленную точку измерения.29. The method of claim 28, wherein the at least one fixed measurement point provides four measurement points around the wobble pattern, including a front measurement point, a back measurement point, a fast measurement point, and a slow measurement point.
30. Способ по п. 22, в котором перемещение визуализирующего луча предусматривает перемещение визуализирующего луча независимо от обрабатывающего луча вдоль схемы вобуляции в направлении, противоположном направлению перемещения обрабатывающего луча, причем визуализирующий луч пересекает обрабатывающий луч на интервалах пересечения, и получение результатов измерения ICI предусматривает получение результатов измерения глубины в точках вдоль схемы вобуляции с использованием системы ICI.30. The method of claim 22, wherein moving the imaging beam includes moving the imaging beam independently of the processing beam along the wobble pattern in a direction opposite to the direction of movement of the processing beam, wherein the imaging beam intersects the processing beam at intersection intervals, and obtaining the ICI measurement results provides for obtaining depth measurement results at points along the wobble pattern using the ICI system.
31. Способ по п. 30, в котором результат измерения глубины получают со дна замочной скважины при пересечении обрабатывающего луча и визуализирующего луча, и результат измерения глубины получают с поверхности ванны расплава в другое время.31. The method of claim 30, wherein the depth measurement is obtained from the bottom of the keyhole at the intersection of the processing beam and the imaging beam, and the depth measurement is obtained from the surface of the molten bath at another time.
32. Способ по п. 30, дополнительно предусматривающий определение глубин замочной скважины из результатов измерения глубины, полученных с дна замочной скважины при пересечении обрабатывающего луча и визуализирующего луча.32. The method of claim 30, further comprising determining keyhole depths from depth measurements obtained from the bottom of the keyhole at the intersection of the processing beam and the imaging beam.
33. Способ по п. 32, в котором определение глубин замочной скважины предусматривает поиск глубины с локальным минимумом в пределах диапазона вокруг каждого интервала пересечения, где пересекаются обрабатывающий луч и визуализирующий луч.33. The method of claim 32, wherein determining the keyhole depths comprises finding a depth with a local minimum within a range around each intersection interval where the processing beam and imaging beam intersect.
34. Способ по п. 22, в котором перемещение визуализирующего луча предусматривает перемещение визуализирующего луча независимо от обрабатывающего луча и с обрабатывающим лучом вдоль схемы вобуляции, причем результаты измерения ICI получают при перемещении визуализирующего луча вдоль схемы вобуляции.34. The method of claim 22, wherein moving the imaging beam comprises moving the imaging beam independently of the processing beam and with the processing beam along the wobble pattern, wherein the ICI measurements are obtained by moving the imaging beam along the wobble pattern.
35. Способ по п. 34, в котором визуализирующий луч перемещают таким образом, чтобы визуализирующий луч был динамически сдвинут от обрабатывающего луча на поверхности детали согласно положению обрабатывающего луча в пределах схемы вобуляции.35. The method of claim 34, wherein the imaging beam is moved such that the imaging beam is dynamically shifted from the processing beam at the surface of the part according to the position of the processing beam within the wobble pattern.
36. Способ по п. 34, в котором визуализирующий луч перемещают таким образом, чтобы визуализирующий луч был динамически сдвинут от обрабатывающего луча на поверхности детали для компенсации изменения положения замочной скважины в пределах схемы вобуляции.36. The method of claim 34, wherein the imaging beam is moved such that the imaging beam is dynamically shifted away from the processing beam at the surface of the part to compensate for changes in keyhole position within the wobble pattern.
37. Способ по п. 34, в котором схема вобуляции представляет собой циклическую схему, причем визуализирующий луч перемещают для обеспечения циклической корректировки выравнивания по меньшей мере частично на основании положения обрабатывающего луча.37. The method of claim 34, wherein the wobble pattern is a cyclic pattern, wherein the imaging beam is moved to provide a cyclic alignment adjustment based at least in part on the position of the processing beam.
38. Способ по п. 22, дополнительно предусматривающий перемещение головки для сварки относительно детали для поступательного перемещения обрабатывающего луча относительно детали.38. The method of claim 22, further comprising moving the welding head relative to the workpiece to translate the treatment beam relative to the workpiece.
39. Способ по п. 22, дополнительно предусматривающий перемещение детали относительно головки для сварки для поступательного перемещения детали относительно обрабатывающего луча.39. The method of claim 22, further comprising moving the workpiece relative to the welding head to translate the workpiece relative to the treatment beam.
40. Способ по п. 22, в котором деталь содержит разнородные металлы, причем результаты измерения ICI указывают на степень смешивания между разнородными металлами.40. The method of claim 22, wherein the part contains dissimilar metals, wherein the ICI measurements indicate the degree of mixing between the dissimilar metals.
41. Способ по п. 22, в котором деталь содержит материал, выбранный из по меньшей мере одного из меди и алюминия.41. The method of claim 22, wherein the part comprises a material selected from at least one of copper and aluminum.
42. Способ по п. 22, в котором деталь содержит сплав цветных металлов.42. The method of claim 22, wherein the part contains a non-ferrous metal alloy.