SE508228C2 - Anordning för detektering och beräkning av en laserstråles fokusläge, form och effektfördelning - Google Patents

Description

15 20 25 30 508 228 element, som kan skärma en del av laserstràlarna och en ljusavkännare, ger en utsignal. Utsignalen är proportionell mot den mängd laserljus som passerat genom det ljusskärmande elementet.

Foukssökningen går till så att åtminstone det ljusskärmande elementet eller ljusavkännaren förflyttas i den optiska axelns riktning för detektering av det läge, i vilket ljusavkännarens Utifrån minimala eller maximala utsignal detekteras fokuspunkten. Det bör utsignal blir minimal eller maximal. ljusavkännarens noteras att uppfinningen som beskrivs i denna utläggningsskrift endast detekterar fokuspunkten och inte berör laserstràlens form eller effektfördelning.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Ett område inom vilket föreliggande uppfinning kan användas är bearbetning av diverse material (metaller och plaster mm), såsom vid svetsning, skärning, lödning och härdning med laser. I dessa Det bör dock påpekas att fall används en högeffektslaser. uppfinningen med fördel även kan användas i samband med lågeffektslasrar exempelvis vid positionering av robotar avsedda för automatiserad sprutmålning. I detta fall kan en lågeffektslaser av tidigare känd typ samt en fokuseringslins anbringas på roboten, eller robotarna vid fleraxliga maskiner, så att laserns fokuspunkt alltid sammanfaller med robotens verktygspunkt, även kallad TCP om denna valts i. en friliggande punkt i alltså (Tool Center Point), maskinens omgivning. Föreliggande uppfinning kan här användas för att bestämma en robots eller annan maskins verktygspunkt även om verktyget är av annat slag än bearbetande laser.

Den uppfinningsenliga anordningen är uppbyggd på så sätt att en fokuseringslins, en eller flera ljuspàverkande kroppar och en eller flera ljussensorer är anordnade så att deras inbördes relativa avstånd är förändringsbart, att en laserstràle och de ljuspåverkande kropparna är anordnade att utföra en relativrörelse bestående av en eller flera svepande rörelser genom strålgàngen, 10 15 20 30 508 228 företrädesvis i minst ett plan och med olika inbördes relativa avstånd, att en eller flera ljussensorer är anordnade att mäta åtminstone del av det av den eller de ljuspåverkande kropparna avgivna laserljusets, och att åtminstone en ljussensor är anordnad att ge en anordnad att utsignal som är mottagas av ett beräkningsmedel för beräkning av fokusläge, form och effektfördelning.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nedan att beskrivas med hänvisning till på närslutna ritningar visade utföringsexemplet.

Fig. l visar ett utföringsexempel på hur föreliggande uppfinning kan förverkligas.

Fig. 2 visar schematiskt ett utföringsexempel på en transmitterande ljuspåverkande kropp, som i detta fall utgöres av en optisk fiber, som belyses av en laserstràle.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPLET Figur 1. visar ett utföringsexempel av föreliggande uppfinning.

Detta exempel är avsett att användas i anslutning till arbetsområdet, dvs där exv skärning med en högeffektslaser sker.

Man kan exv placera utföringsexemplet vid sidan av ett arbetsbord eller på olika platser av arbetsbordet, för att vid behov detektera laserstràlens 1 och beräkna fokusläge 2, form 3 och effektfördelning efter en fokuseringslins 4, på olika platser på arbetsbordet. Jämnare kvalitet kan då erhållas över hela arbetsbordet. I figur 2 visas två optiska fibrer 5, ES som är parallella, men detta är inget absolut villkor för att uppfinningens syfte skall uppnås. Det är dock ett avstånd mellan dem om man relaterar till laserstràlens 1 riktning. Viktigt i detta utföringsexempel är att laserstrålen l transmitteras igenom dem.

Då laserstrålen 1 transmitteras sker även viss avledning av strålen längs optiska fiberns längsgående axel. En del av denna avledda strålning går ut ur optiska fibern i radiell led för att mätas av 10 15 20 30 508 228 en sensor 7, som kan vara av tidigare känd typ. En annan möjlighet är att anordna ett antal ljussensorer med olika ljuskänslighet som effektmått för strålen med tillsammans genererar ett skalupplösning. Sensorns utsignal 8 är förbunden med ett beräkningsmedel 9, vars uppgift är att beräkna laserstràlens l fokusläge 2, form 3 och effektfördelning. Det bör nämnas att laserstrålen genereras av en laserenhet 10 som är lämplig för uppgiften. En av beräkningarna grundar sig på grundläggande formler som beskriver en laserstràles form, d(z), efter det att den gått igenom en fokuseringslins 4; a(z)=aoJ(1+(z/z0)2), där do är stràlens bredd i fokusläget, zo är en konstant som beskriver den optiska anordningen och z är avståndet från fokusläget i stràlens riktning. I ett enkelt fall då en stràle sveper vinkelrätt mot en fiber är formeln ovan tillräcklig. Då behöver man göra minst två svep med laserstrålen. I övriga fall kan problemet lösas genom att man för in en vinkelparameter i ekvationen, som då kompliceras något. I det senare fallet då stràlen lutar och alltså avviker från den traditionella z-riktningen är det nödvändigt med ett extra svep för att finna fokusläget. Generellt kan det sägas att ökat antal fibrer, eller mer allmänt ljuspåverkande kroppar, leder till att det behövs ett laserstrålen över lägre antal svep av fibrerna/kropparna.

I utföringsexemplet i figur l finns två optiska fibrer 5, 6 och två sensorer 7, som i detta fall är likadana, vilket de nödvändigtvis inte behöver vara. Båda sensorerna 7 är anslutna till beräkningsmedlet 9, som utifrån sensorernas 7 utsignaler 8 beräknar fokusläge 2, form 3 och effektfördelning. laserstràlens 1 Laserstrálen l anordnas att svepa över de optiska fibrerna 5, 6 på ett visst avstånd. Strålens l form 2 beräknas utifrån den strålning flera ljussensorer 7 mäter vid svepen. Om som en eller laserstràlens l effekt är homogen i dess tvärsnitt kan en Gauss- 10 15 20 30 508 228 liknande kurva mätas upp. Om ytterligare svep är nödvändiga ändras avståndet mellan fibrerna 5, 6 och fokuseringslinsen 4 och laserstrålen 1 sveper då över fibrerna 5, 6 ännu en gång. Utifrån den information som kan mätas från svepen kan laserstrålens l fokusläge 2, form 3 och effektfördelning bestämmas.

Då laserstrålens l fokusläge, form 2 och effektfördelning bestämts av beräkningsmedel 9, så används denna information för att styra som exv kan vara en svets-, eller ett det arbetande verktyget, skär-, lödnings-, härdningsutrustning sprutmunstycke.

Anordningen kan användas även för applicering av andra processer där det är viktigt att känna till en maskins verktygspunkt. Det är informationen används som även tänkbart att den framtagna information till användaren.

Det bör påpekas att det kan behövas filter av tidigare känt slag för att filtrera utsignalerna 8 från sensorerna 7 för att höja precisionen i resultatet från uppfinningen. Dessa kan exv placeras i beräkningsmedlets 9 närhet.

Det bör även påpekas att den ljuspåverkande kropp som nämns i bifogade patentkrav inte behöver vara en eller flera optiska fibrer utan även andra transmitterande lämpliga kroppar är tillräckliga för att uppnå uppfinningens syfte.

Ett alternativ till en transmitterande kropp är en reflekterande kropp, som också kan användas i uppfinningen för att uppnå syftet.

Då placeras sensorn på så sätt att den kan ta upp direktreflekterad strålning från kroppen. Ett exempel på en sådan kropp är en som till stor del består av silver. En sådan kropp kan vara av godtycklig, känd geometri. Till exempel kan ett begränsat område på den ljuspåverkande kroppens 5, 6 yta bearbetas så att riktningen från det begränsade området reflekterade av den strålningen väsentligt avviker från den övriga strålningens reflektionsriktning. Därigenom kan strålens intensitet i en punkt 10 l5 508 228 av stràltvärsnittet bestämmas av en eller flera lämpligt placerade sensorer 7.

Ett annat alternativ till en transmitterande eller reflekterande kropp är en absorberande kropp. Dessa kan dock endast användas vid làgeffektslasrar.

Laserstrålens 1 effektfördelning kan störas om det s k skyddsglaset, som sitter efter fokuseringslinsen 4 i laserstrålens l riktning, smutsas ner. Då är det möjligt att en eller flera sensorer detekterar förändringen som skett utifrån kalibreringsdata och ger en signal till en användare att man bör kontrollera skyddsglaset.

Dessutom kan det vara viktigt att påpeka att anordningen enligt uppfinningen måste före det första användandet kalibreras utifrån exv vald typ av ljuspåverkande kropp, placering av en eller flera sensorer, lasertyp och fokuseringslins.

Det bör påpekas att begreppet ljuspåverkande kropp även innefattar fluider inkapslade i lämpligt hölje.

Claims (5)

lO 15 20 508 228 PATENTKRAV

1. Anordning för detektering och beräkning av en laserstråles (1) fokusläge (2), form (3) och effektfördelning efter en fokuseringslins (4), och som åtminstone innefattar en laserenhet (10), fokuseringslinsen (4), en ljuspåverkande kropp (5, 6), en ljussensor (7), samt beräkningsmedel (9), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att fokuseringslinsen (4), den ljuspåverkande kroppen (5, 6) och ljussensorn (7) är anordnade så att deras inbördes relativa avstånd är förändringsbart, att laserstrálen (1) och den ljuspåverkande kroppen (5, 6) kn anordnade att utföra en relativrörelse bestående av en eller fl-z; svepande rörelser genom stràlgángen, företrädesvis i minst ett p;=' och med olika inbördes relativa avstånd, att ljussensorn (7) är anordnad att mäta åtminstone del av det av den ljuspåverkande kroppen (5, 6) avgivna laserljusets (l), och att ljussensorn (7) är anordnad att ge en utsignal (8) som är anordnad att mottagas av ett beräkningsmedel (9) för beräkning av fokusläge (2), form (3) och effektfördelning.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den ljuspåverkande kroppen (5, 6) består av en transmitterande och/eller en reflekterande kropp. 10 508 228

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den ljuspàverkande kroppen (5, 6) är en optisk fiber.

4. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den ljuspàverkande kroppen (5, 6) består av en absorberande kropp då laserenheten (10) är en lågeffektslaser.

5. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den ljuspàverkande kroppen (5, 6) till väsentlig del utgörs av silver.