CN106573338B - 借助传感器-扫描装置进行远程激光加工的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助加工激光束（3）对至少一个工件（2）进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元（4）和至少一个在光学上与激光传导单元（4）去耦合的传感器单元（14），它们能够共同地由操纵器（5）、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动，和/或所述工件（2）能够借助操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线相对地朝所述激光传导单元和传感器单元移动，其中所述加工激光束（3）能够借助所述激光传导单元（4）引导至所述工件（2）上的加工位置（8），并且所述传感器单元（14）具有用来检测所述工件（2）上的分析区域（17）的光学传感器（19），并且具有用来相对于所述操纵器（5）和/或工件（2）的运动来移动所述分析区域（17）的器件，根据本发明，所述传感器单元（14）作为移动所述分析区域的器件具有至少一个光学的、至少局部反射的引导元件（20），所述引导元件设置在所述分析区域（17）和所述传感器（19）之间的光路（21）中，并且所述引导元件这样可移动地构成，使得所述工件（2）上的分析区域（17）的位置能够通过与所述操纵器和/或工件运动叠加的相对运动来改变。

Description

借助传感器-扫描装置进行远程激光加工的装置

技术领域

本发明涉及一种借助加工激光束对至少一个工件进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元和至少一个在光学上与激光传导单元去耦合的传感器单元，它们能够共同地由操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动，和/或所述工件能够借助操纵器、尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线和/或借助可移动的工件支架相对地朝所述激光传导单元和传感器单元移动，其中加工激光束能够借助激光传导单元引导至工件上的加工位置，并且所述传感器单元具有用来检测所述工件上的分析区域的光学传感器，并且具有用来相对于所述操纵器的运动来移动所述分析区域的器件。

背景技术

在长焦距的激光装置（所谓的远程激光***）中由于与工件相距的工作距离长达约300mm至2000mm，难以对激光束光加工艺进行控制和监视。由DE 20 2006 005 91 U1已知一种用于监视射束装置、尤其是远程激光器以用来加工工件的装置，其可用于不同的射束装置，还可用于具有更长焦距的射束装置。该射束装置具有可移动的激光头。监视装置包括至少一个可装在射束头上的传感器装置，其具有可控制的用于摄像器的调节装置和监视装置的投影装置，使得它们能够摆动。调节装置具有伺服电机和作用于伺服电机的调节机构，该调节机构又包括调节轴和铰接的旋转把手。调节装置能够根据射束头的焦距变化来控制。其缺点在于，传感器装置的分析区域如此之大，以致只能低质地检测待分析的数据。此外，该分析区域为了调节焦距只能一维地运动。该调节装置也不适合将分析区域快速地移到工件的不同区域。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用来进行远程激光加工的装置，其包括传感器单元，借助所述传感器单元能够在线地（即在加工过程中）高质量地和/或快速地、尤其实时地在工件的不同位置上检测分析数据。

此目的通过具有独立专利权利要求1的特征的进行远程激光加工的装置得以解决。

提出了一种借助加工激光束对至少一个工件进行远程激光加工的装置。“远程激光加工”这一术语尤其指借助激光束对工件进行切割、焊接和/或标记，其中激光头与待加工的工件是隔开的。该间距尤其为约300mm至2000mm。该装置包括激光传导单元。借助该激光传导单元能够将激光束引导到工件上。此外，该装置还包括传感器单元。它尤其用来改善切割或焊缝位置的精度，用来监视工艺和/或用来检测质量。激光传导单元和传感器单元可以共同地由为此设置的操纵器尤其围绕着和/或沿着多个操纵器轴线移动。该操纵器在此优选是多轴工业机器人。附加地或备选地，该工件自身还被构造为尤其能够借助可活动的操纵器、尤其借助多轴的工件支架（其优选可由控制器控制）相对于激光传导单元和传感器单元移动。在上述可替代的情况下，激光传导单元和传感器单元优选被构造为位置固定的。“可移动”这一术语还优选指具有至少一个旋转自由度的活动性，尤其围绕着至少一个旋转/翻转轴线。

加工激光束能够借助激光传导单元引导至工件上的加工位置。此外，传感器单元具有光学传感器，其用来检测工件上的分析区域。传感器单元与激光传导单元在光学上去耦合。传感器单元还包括用来相对于为此设置的操纵器的运动来移动分析区域的器件。该器件在此构成为至少一个光学的、尤其至少局部反射的引导元件，其包括在传感器单元中。引导元件优选是至少局部反射的镜子。引导元件设置在光路中，即设置在传感器单元的传感器光路中。该光路从分析区域开始一直延伸至光学传感器。引导元件因此设置在分析区域和传感器之间，和/或沿为此设置的工件的方向设置在该传感器之后，该光路优选能够通过所述至少一个引导元件和/或通过至少一个额外的传感器转向镜折叠或弯曲，因此能够将所述传感器单元的构造体只保持得尽量小。此外，引导元件被构造和/或可被激励为能够尤其围绕着至少一个旋转轴线移动。因此能够通过与操纵器运动叠加的相对运动，来改变分析区域在工件上的位置。激光传导单元和传感器单元、尤其与其传感器一起构成机械上和/或刚性彼此耦合的单元，该单元可以通过操纵器、尤其通过多轴工业机器人能够相对于工件移动。传感器的分析区域或检测区域由于与激光传导单元的光学去耦合（即激光传导单元和传感器单元均分别具有单独的、相互分开的或分离的光学器件）能够额外地相对于操纵器移动。与操纵器运动叠加的相对运动通过耦合输入到传感器单元的光路中的引导元件的相应运动实现。此引导元件在此优选指以可移动的方式支承的镜子，借助该镜子的运动能够改变分析区域在工件上的位置。

由于为了移动分析区域与现有技术不同不是移动整个光学传感器，而只是移动置于光路中的引导元件，所以分析区域能够以快几倍的速度在工件的至少两个不同区域之间来回移动。因此有利的是，分析区域能够选择得非常小，从而能够提高其分辨率并因此提高评估精度。此外，尽管该缩小的、高分辨率的分析区域（借助它在某一时刻只能检测整个能够移动的检测区域的一部分），传感器单元仍然能够借助可非常快速移动的引导元件用于多种监视和改善应用，尤其用来改善精度、监视工艺和/或检查质量。此外，传感器单元的分析区域还由于与激光单元的去耦合能够在不同于加工位置的工件区域上移动。因此，传感器的分析区域能够检测与加工位置隔开的几何特征，例如工件的角部、边缘和/或螺钉和/或设置在其上或周围的标记，和/或跟随着它们的走向。那么根据此以传感方式检测到的数据，在具体的空间关系中能够沿着其额定轨道引导加工激光束的加工位置。

有利的是，分析区域的位置能够在最大的运动区域内变化。该运动区域能够构成为二维的和/或三维的。此外，分析区域的最大运动区域尤其通过所述至少一个引导元件的最大偏转能力决定。该运动区域——分析区域能够在该运动区域中移动——优选这样构成，即加工位置总是位于运动区域的内部。因此，用于不同分析和改善目的的分析区域能够例如直接移到加工位置中，但抑或与该加工位置隔开地移到额定轨道和/或焊缝的区域中。

在本发明的有利的改进方案中，所述传感器单元和所述激光传导单元刚性地相互耦合。该耦合优选构成为机械的。因此传感器单元和激光单元这样机械地相互耦合，使得它们能够作为整体单元由操纵器移动。同时它们能够在光学上相互去耦合，因此分析区域能够相对于工件上的加工位置自由地移动。传感器单元和激光传导单元优选构成为共同的操纵器单元，其尤其设置在工业机器人的可移动的端部上。

传感器单元和激光单元优选具有共同的壳体，它们设置在该壳体中。但备选地，激光传导单元也能够具有单独的激光传导壳体，和/或传感器单元能够具有单独的传感器壳体。优选地，激光传导单元通过激光传导壳体刚性地或可移动地与操纵器相连，尤其与工业机器人的可移动的自由端部相连。此外还有利的是，所述传感器壳体与所述激光传导壳体尤其设置在所述激光传导壳体的下侧和/或侧面上和/或与激光传导壳体可松开地相连。因此有利的是，如果这两个单元中只有一个单元损坏，则不必更换整个装置。相反，只须更换分别损坏的单元，即激光传导单元或传感器单元。此外，通过该装置的模块化结构，激光传导单元也能够与多个传感器单元相连。这种模块化结构的另一优点是，所述至少一个激光传导壳体、尤其是激光传导模块和/或所述至少一个传感器壳体、尤其是传感器模块的数量和/或它们相互之间的相对布置能够独立地且快速地与各自的应用情况相匹配。

因此有利的是，该装置具有多个传感器单元，它们优选可松开地设置在激光传达单元上、尤其是激光传导壳体的不同侧面上。因此通过至少两个传感器单元的两个相互分开的分析区域能够同时检测待加工的工件的不同区域。此外能够借助不同传感器单元的多个分析区域冗余地对工件的特别重要的区域进行检测，以提高数据精度。

如果光学引导元件构成为可移动的镜子，则能够确保分析区域的非常快速的运动。该镜子优选围绕着至少一个旋转轴线可旋转地支承着。为了能够借助唯一一个镜子实现二维的运动区域，有利的是，可移动的镜子具有两个相互垂直的旋转轴线。就此而言还有利的是，该镜子以万向节的方式支承着。

但同样还可考虑的是，传感器单元具有至少一个第一镜子和第二可移动的镜子，该第一镜子尤其围绕着第一旋转轴线可旋转地支承着，该第二镜子围绕着第二旋转轴线可旋转地支承着，其中这两个旋转轴线相互优选具有角度和/或相交。备选地，它们也可相互倾斜地定向。这些镜子之一在此优选分别对分析区域的一维运动负责。

还有利的是，传感器单元具有至少一个用来移动引导元件的执行器。如果传感器单元具有多个引导元件，则有利的是，每个引导元件均具有自身的执行器，因此它们的运动是相互去耦合的并且能够由此单独地控制各自的引导元件。

还有利的是，所述所述执行器是测定电流的、声光的、压电的和/或电动的执行器。不言自明的是，本发明并不局限于上面提到的实施例，而是同样也能够应用此处未提到的、满足必要的速度前提条件的执行器类型。

如果传感器直接定向到引导元件、尤其其中心，则能够在构造上简单地实现该传感器单元。为了减少构造体积，同样还有利的是，所述传感器间接地尤其通过转向镜的中间连接定向到所述引导元件、尤其其中心。该传感器转向镜在此构成为不可移动的。

尤其为了实现三维的运动区域，有利的是，传感器间接地通过至少一个透镜定向到引导元件，因此借助该引导元件能够实现高度聚焦。

有利的是，传感器是摄像机和/或间距传感器，尤其是点距传感器。该传感器在此优选是用于同轴测量方法的点距传感器，尤其用来实现以光学相干断层扫描技术、聚光镜全息照相技术、多色共焦技术进行的间距测量和/或运行时间测定。对于光学相干断层扫描技术来说，使用相干长度较短的光借助干涉仪来测量距离。在此，点状地对研究目标（即工件）进行扫描。聚光镜全息照相技术同样用来无接触地测量形状和造型偏差。原理基于两个光波的干涉。所述干涉的前提条件是相干光，其通过传感器激光器产生。对于以有色共焦技术进行的间距测量来说，在聚焦透镜中充分利用白光（即多色光）的色散，以便确定反射的表面与传感器的间距。在此充分利用有色像差。

为了加速激光加工，有利的是，所述加工激光束能够借助所述激光传导单元相对于所述操纵器的运动（即通过与操纵器运动叠加的相对运动）这样移动，使得所述工件上的所述加工位置能够沿着额定轨道进行引导。对此尤其有利的是，所述激光传导单元构成为具有至少一个可移动的激光扫描镜的激光扫描装置。激光扫描镜具有一个或多个运动轴线，用来使激光束额外地相对地偏转。加工位置在工件上的位置既能够通过操纵器运动来影响，也能够通过与操纵器运动叠加的相对扫描镜运动来影响。

有利的是，该传感器单元包括至少一个传感器扫描装置或构成为这种传感器扫描装置。此外还有利的是，传感器扫描装置包括至少一个传感器扫描镜，其构成可移动的引导元件。

在本发明的有利的改进方案中，传感器扫描镜构造得小于激光扫描镜。因此能够确保，传感器扫描装置构造得更动态，即具有更快的镜子运动性。因此能够在焊接过程中非常快速地沿运动方向检测位于加工位置之前和加工位置之后的工件区域。传感器扫描装置因此与激光扫描装置相比构造得更动态，即更快。附加地或备选地，还有利的是，所述传感器扫描镜的涂层与所述激光扫描镜的涂层不同。还有利的是，传感器扫描镜和激光扫描镜附加地或备选地具有相互不同的涂层，它们优选与相应传感器和/或激光的波长相匹配。

为了改善经检测的数据的质量，有利的是，所述传感器单元具有用来至少局部地照亮所述工件的照明光源。有利的是，照明光源能够位置固定地竖立在周围环境中。附加地或备选地，同样还有利的是，照明光源能够与操纵器一起移动，其中所述照明光源优选固定在共同的壳体、所述激光传导壳体和/或所述传感器壳体上。就此而言，尤其有利的是，该固定构造在外侧上和/或为可松开的。备选或补充地，还有利的是，所述照明光源耦合输入到所述激光扫描装置或所述传感器-扫描装置的所述光路中，因此它们能够借助所述激光扫描镜与所述加工位置和/或借助所述引导元件与所述分析区域一起移动。此外附加地或备选地，还有利的是，所述照明光源能够借助单独的照明扫描装置与所述激光扫描装置和所述传感器-扫描装置在光学上去耦合地相对于所述操纵器移动。

在本发明的有利的改进方案中，所述装置具有控制单元，所述控制单元尤其具有操纵器控制器和/或扫描器控制器。控制单元、尤其是操纵器控制器优优这样构成，即借助它能够控制优选离线的、预先设定的和/或存储的操纵器运动。附加地或备选地，该控制单元、尤其是至少一个扫描器控制器这样构成，至少一个激光扫描镜的相对运动、传感器单元的至少一个引导元件的相对运动和/或至少一个照明扫描镜的相对运动是可控制的。还有利的是，操纵器控制器和至少一个扫描器控制器这样相互通信，即操纵器和至少一个扫描镜的运动过程能够相互协调。

有利的是，控制单元、尤其是扫描器控制器这样构成，能够这样控制传感器单元的至少一个引导元件，使得分析区域至少在一时间段内为改善精度沿加工方向放置在加工位置之前和/或能够定位在待加工的额定轨道的区域中。附加地或备选地，同样还有利的是，分析区域为了改善精度至少在一时间段内以尤其恒定的和/或可变的间距被引导到加工位置前面。

还有利的是，控制单元、尤其是扫描器控制器这样构成，能够这样控制传感器单元的至少一个引导元件，分析区域为了检测工艺至少在一时间段内定位在加工位置中和/或能够与此加工位置一起移动。

还有利的是，能够借助控制单元这样控制传感器单元的至少一个可移动的引导元件，分析区域为了检测尤其焊缝或切割边缘的质量沿加工方向支承在加工位置之后，和/或能够定位在加工的实际轨道的区域中，和/或以尤其恒定的和/或可变的间距在加工位置后面引导。

为了使分析区域能够尽可能快地从工件的至少一个第一区域移到与第一区域隔开的、跟评估相关的第二区域中，有利的是，能够借助控制单元这样控制传感器单元的至少一个引导元件，使得分析区域能够在封闭的和/或弯曲的、尤其圆形或椭圆形的分析轨道上尤其循环地引导到加工位置的周围。因此能够避免引导元件的突然运动，因此分析区域能够非常快速地从例如沿焊接方向位于加工位置之前的第一区域移到位于加工位置之后的第二区域中。

尤其如果该装置具有多个传感器扫描装置，则有利的是，至少一个传感器扫描装置的所述分析区域能够在敞开的、尤其线状的或弯曲的分析轨道上尤其在分析轨道的两个端点之间往返地进行引导，和/或为了改善精度沿加工方向能够引导到加工位置之前或为了检测质量能够引导到加工位置（8）之后。

当分析区域在分析轨道上尤其围绕着加工位置进行循环运动时，有利的是，控制单元这样构成，即该控制单元不是对由传感器检测的传感器数据进行全部评估，而是时间受限地只在至少一个分析间隔时间内进行评估。因此有利的是，尤其当所述分析区域在所述分析轨道上位于具有所述额定轨道的切割区域中时，控制单元为了改善精度在第一分析间隔时间中评估传感器数据，和/或尤其当所述分析区域在所述分析轨道上尤其位于具有实际轨道、尤其是焊缝的切割区域中时，能够为了检测质量在第二分析间隔时间进行中评估。因此能够屏蔽分析轨道的对改善精度和/或检测质量无关的区域，因此减少了待评估的数据量并因此提高了评估速度。

在本发明的有利的改进方案中，控制单元能够根据在线和/或离线的参数确定分析区域的位置和/或分析轨道相对于加工位置的位置和/或方位。就此而言，尤其有利的是，控制单元将下列各项用作参数：参照工件的离线获得的和/或存储的几何数据、操纵器的尤其离线确定的存储的和/或在线检测到的运动数据、至少一个激光扫描镜的尤其离线确定的和/或存储的和/或在线获得的运动数据、额定轨道的离线确定的和/或存储的接近位置、额定轨道的改善在线精度的额定位置和/或实际轨道的在线获得的实际位置。

还有利的是，控制单元、尤其是扫描器控制器这样构成，借助它能够对至少一个传感器单元进行校正。为此，控制单元优选能够使传感器单元的传感器工作腔与激光单元的激光工作腔平衡。附加地或备选地，该控制单元这样构成，至少两个传感器单元能够相互校准。为此传感器单元优选能够相互平衡至少两个单独的传感器单元的传感器工作腔。

有利的是，激光传导单元和传感器单元分别具有置于各光路中的和/或可轴向移位的光学元件、尤其是透镜，它们能够借助共同的移位装置作为单元尤其相互平行地移动。为此，该移位装置优选包括可轴向移位的承载滑块，其刚性地容纳着两个光学元件。

附图说明

在下面的实施例中说明了本发明的其它优点。其中：

图1在示意图中示出了借助光学上相互去耦合的激光引导和传感器单元进行远程激光加工的装置；

图2示出了图1所示的实施例在激光头区域中的示意性细节图；以及

图3示出了图1所示实施例在工件的加工位置区域中示例性细节图，该加工位置具有在加工位置周围在分析轨道上可移动的分析区域。

具体实施方式

图1示出了进行远程激光加工的装置。在此，至少一个工件2借助加工激光束3进行加工，即打印记、切割或焊接。该装置1的激光传导单元4在此借助操纵器5与工件2隔开地移动超出此工件。根据此实施例，操纵器5是多轴工业机器人，激光传导单元4设置在其自由端部上。

此外，该激光传导单元4按图2构成为激光扫描装置6，其包括至少一个激光扫描镜7，该激光扫描镜以围绕着至少一个旋转轴线可旋转的方式支承着并且是可操控的。加工激光束3能够借助激光扫描镜7额外地相对于操纵器运动进行偏转。因此能够通过操纵器5的运动以及通过至少一个激光扫描镜7的运动，来影响加工位置8在工件2上的位置。

根据此实施例，激光扫描装置6按图2包括激光转向镜9和光学元件10、尤其是透镜，它们在加工激光光路中设置在激光扫描镜7的前方。该光学元件10能够沿轴向移位。该光学元件10的移位使焦点位置沿轴向方向移位。此外，激光扫描装置6还包括使加工光束3聚焦的镜头26。不言自明的是，在此实施例中示出的激光扫描装置6的示意性结构还能够具有多个激光转向镜9和其它的光学元件。这些元件相互间的布局也能够与所示的实施例不同。例如可考虑的是，镜头26也设置在激光扫描镜7之前。此外，该激光扫描装置6也能够具有多个激光扫描镜7，它们分别以围绕着至少一个轴线可移动的方式进行支承。这两个可移动的扫描镜7的旋转轴线能够相互不同地定向，尤其使得每个扫描镜7均优选负责分析区域17的唯一一个运动尺度。还可考虑的是，至少一个激光扫描镜7不仅以围绕着一个旋转轴线、还以围绕着多个（尤其是两个）旋转轴线可旋转的方式进行支承。

根据图1至3所示的实施例，加工激光束3或其加工位置沿着额定轨道11进行引导。在此，在该额定轨道11之后设置有焊缝12。对此备选地，焊缝12同样还能够指切割走向。根据图1，进行远程激光加工的装置1还包括控制单元13，借助该控制单元能够控制操纵器5和激光扫描镜7的运动，以便沿着额定轨道11来引导加工位置8。

为了改善精度、监视过程和/或检测质量，该装置1按图1和2还具有传感器单元14。该传感器单元与激光传导单元4在机械上耦合。这意味着，这两个作为固定相连的单元由操纵器5一起移动。为此，传感器单元14和激光传导单元4能够设置在共同的壳体中。对此备选地，每个单元4、14按此实施例均包括单独的壳体。据此，激光传导单元4按图2具有激光传导壳体15，传感器单元14具有传感器壳体16。这两个壳体部件15、16在此刚性地和/或可松脱地相互连接。因此在这两个单元4、14之一损坏时，无需更换整个传感器/激光头单元。而是能够取下损坏的模块，并且用替换的或新的模块代替。这种模块化结构的另一优点是，所述至少一个激光传导壳体15、尤其是激光传导模块和/或所述至少一个传感器壳体16、尤其是传感器模块的数量以及它们相互之间的相对布局能够独立地且快速地与各自的应用情况相匹配。

激光传导壳体15和传感器壳体16之间的可松脱连接能够例如是螺钉和/或夹子-连接器。此外传感器/激光头单元通过这两个壳体部件15、16中的至少一个与操纵器5刚性地或可移动地相连，该传感器/激光头单元既包括激光传导单元4也包括传感器单元14。但激光传导/传感器单元4、14优选通过激光传导壳体16与操纵器5相连。因此能够模块化地加装传感器单元14，尤其是固定在激光传导壳体15的侧面上。此外在这种模块式结构中还建议，尤其在激光传导壳体15的不同侧面上不仅设置唯一一个传感器单元14，而是还设置多个这种传感器单元14。

通过传感器单元14（其由操纵器5与激光传导单元4刚性地一起移动）能够在通过工件2可移动的分析区域17内检测数据，借助该数据能够改善加工位置8相对于额定轨道11的位置精度。除了改善精度以外，还能对加工位置8自身进行监视，以便能够确保尽可能好的焊缝质量。并且分析区域17也能够用来监视焊缝12的质量。为了能够使传感器单元14或其分析区域17用于至少两个上述应用情况，传感器单元14在光学上与激光传导单元4是去耦合的。因此在激光扫描镜7运动时，分析区域17不会一起移动，加工位置8通过此激光扫描镜的运动相对于操纵器5偏转。分析区域17因此能够相对于加工位置8自由移动，其中其控制是通过控制单元13进行的并且当然也能够这样构成，即用来监视处理器的分析区域也能够定位在该加工位置8中并且与之一起移动。传感器单元14按图2优选构成为传感器-扫描装置18。据此，传感器单元14包括光学的传感器19。该传感器设置在传感器壳体16的内部并且能够通过分析区域17检测到工件2的数据，借助这些数值能够改善精度、监视工艺和/或检测质量。该光学传感器19能够是摄像机，抑或如此实施例中一样是点距传感器（Punkt-Abstandssensor）。借助它能够点状地扫描工件的表面，以便检测数据。点距传感器的物理工作原则在此例如是以光学相干断层扫描技术、以聚光镜全息照相技术、多色共焦技术进行的间距测量为基础。还能设想以三角测量法为基础的间距测量。

如图2所示，传感器单元14除了光学传感器19以外还包括至少一个光学引导元件20。光学传感器19的分析区域17能够借助该引导元件通过与操纵器运动叠加的相对运动额外地运动或偏转。为此光学引导元件20（其在此尤其构成为镜子）设置在传感器光路21中，即优选设置在分析区域17和传感器19之间。因此传感器光路17尤其由于设置在里面的引导元件20、尤其是镜子折叠。此外，引导元件20构成为可移动的。该光学引导元件20能够围绕着一个旋转轴线移动，抑或如此实施例一样围绕着多个旋转轴线移动。据此能够例如存在着两个相互垂直定向的旋转轴线，因此引导元件或可移动的镜子以万向节的方式进行支承。

根据引导元件20围绕着多少个旋转轴线可旋转地支承着，能够借助该引导元件实现分析区域17的一维的相对运动（在这种情况下引导元件20围绕着唯一一个旋转轴线可旋转），或者实现分析区域17的二维的相对运动（在这种情况下，引导元件20围绕着多个旋转轴线可旋转）。如果传感器单元14具有围绕着唯一一个旋转轴线可旋转的引导元件20，则传感器单元14为了实现分析区域17的多维的相对偏转能力在此处未示出的实施例中包括至少一个第二引导元件20。这两个引导元件优选在此均对另一移位方向负责，即例如第一引导元件对沿x-方向的相对移位负责，而第二引导元件对沿y-方向的相对推动负责。

按图2所示的实施例，在二维的运动区域内，分析区域17在多轴式移动的引导元件20偏转时通过与操纵器5的附加相对运动叠加移到工件2的表面上。如同前面已提到的一样，为了实现分析区域17的二维运动性，应用了唯一一个可移动的引导元件20或唯一一个传感器扫描镜，其围绕着至少两个旋转轴线可旋转地支承着。但也可考虑将多个传感器扫描镜或光学引导元件20耦合起来，它们相应地依次设置在传感器光路21中。在此，至少两个可移动的引导元件20能够围绕着唯一一个旋转轴线可旋转地支承着，其中这两个旋转轴线相互优选不平行地、而是呈角度地和/或倾斜地定向。

但备选地还可考虑的是，依次设置多个围绕着多个旋转轴线可移动的引导元件或传感器扫描镜。还可考虑将至少一个单轴的和至少一个多轴的引导元件20或传感器扫描镜结合起来。

如图2所示，按此实施例，传感器扫描装置18为了实现光路21的额外折叠具有至少一个传感器转向镜22。与引导元件20不同的是，该传感器转向镜构成为不可移动的。但它只用来弯曲或折叠传感器光路21，因此能够缩小传感器扫描装置18的构造体积。此外，传感器扫描装置18包括可轴向移动的光学元件27。该光学元件27的移位使焦点位置沿轴向方向移位。此外，传感器扫描装置18还具有镜头28。光学元件27和镜头28的布局相当于激光扫描装置6的布局。应理解的是，在此实施例中示出的传感器扫描装置6的示意性结构还能够具有多个传感器转向镜22和其它的光学元件。这些元件相互间的布局也能够与所示的实施例不同。例如可考虑的是，镜头26也设置在引导元件20或传感器扫描镜之前。此外，该传感器扫描装置18在未示出的实施例中还能够不包括光学元件27和/或镜头28。

在此处未示出的实施例中，各扫描装置6、18的两个光学元件10、27在机械上相互耦合，因此它们能够作为整体单元沿轴向方向移动。在这种情况下，这两个扫描装置6、18沿x-和y-方向分离并且沿z-方向在机械上耦合。

该光学引导元件20或传感器单元14的传感器扫描镜能够通过至少一个在这些附图中未示出的执行器围绕着至少一个旋转轴线移动。相同的情况也适用于激光扫描镜7。这些执行器例如能够指测定电流的、声光的、压电的和/或电动的执行器。

这些执行器能够通过控制单元13控制（参见图1）。控制单元13能够可选地包括多个控制器，借助它们分别能够控制操纵器5、至少一个激光扫描镜7和/或至少一个光学引导元件20。为此，控制单元13优选包括在附图中未详细示出的操纵器控制器和/或至少一个扫描器控制器，借助它们能够控制激光传导单元4的至少一个激光扫描镜7和/或传感器单元14的至少一个传感器扫描镜20。备选地，该激光传导单元4和传感器单元14还分别具有单独的扫描器控制器。这些控制器相互电连接，因此在它们之间能够进行通信，尤其用来按期望地将加工位置8和分析区域17定位在工件2上。

与图2示意性地示出的实施例不同，传感器扫描镜或光学引导元件20与激光扫描镜7相比构造得更小，即具有更小的表面。因此，传感器扫描装置18与激光扫描装置6相比更活跃，因此分析区域17与加工位置8相比能够更快地移到工件2的表面上。

由于传感器单元14和激光传导单元4的光学去耦合，如同前面已阐述的一样，分析区域17能够与加工位置8分开地移动。尤其如同在图3所示的加工位置周围环境的细节图中所示的一样，尤其为了改善精度并且检测质量，能够沿加工方向在加工位置8之前并且在加工位置之后检测数据，为了促进分析区域17在两个待分析的位置之间快速移动性，并且为了促进与之相关的快速数据检测，避免了光学引导元件20的突然的或拐弯的运动。因此，按图3的分析区域17由控制单元13在封闭的和/或弯曲的分析轨道23上循环地围绕着加工位置8移动。因此能够确保光学引导元件20或传感器扫描镜的顺畅运动。与分析区域17的直线状的并因此突然的运动（在此引导元件20的运动总是刹至零并且分析区域17再次在反向的方向上加速）不同，分析区域17在引导元件20持续地进行循环运动时必须能够更快地在工件2的两个待分析的位置之间移动。

在附图中示出的例子中，传感器单元14既用来改善精度，也用来检测质量。为此，按图3的分析区域17在椭圆形的分析轨道23上循环地围绕着加工位置8移动。为了提高评估速度，传感器单元或其控制器这样构成，使得由传感器19在分析区域17中检测到的传感器数据为了改善精度只在第一分析间隔时间24内进行评估。分析轨道23的第一分析间隔时间24在此设置在具有额定轨道11的分析轨道23的切割区域中。此外，传感器单元14为了检测质量这样构成，在分析区域17中点状检测到的传感器数据在分析轨道23的第二分析间隔时间25中进行评估。第二分析间隔时间25位于分析轨道23和焊缝12之间的切割区域中。因此能够减少改善精度和检测质量所需的数据量，因为只需评估相关的区域。因此能够有早地提高评估速度。

本发明并不局限于这些所示和所述的实施例。即使它们是在不同的实施例中示出和描述的，在专利权利要求框架内的变体与特征的组合同样是可能的。

参考标记清单

1 进行远程激光加工的装置

2 工件

3 加工激光

4 激光传导单元

5 操纵器

6 激光扫描装置

7 激光扫描镜

8 加工位置

9 激光转向镜

10 第一光学元件

11 额定轨道

12 焊缝

13 控制单元

14 传感器单元

15 激光传导壳体

16 传感器壳体

17 分析区域

18 传感器扫描装置

19 光学传感器

20 光学引导元件

21 传感器光路

22 传感器转向镜

23 分析轨道

24 第一分析间隔时间

25 第二分析间隔时间

26 第一镜头

27 第二光学元件

28 第二镜头

Claims (15)

1.一种借助加工激光束(3)对至少一个工件(2)进行远程激光加工的装置，所述装置具有激光传导单元(4)和至少一个在光学上与激光传导单元(4)去耦合的传感器单元(14)，所述激光传导单元(4)和所述传感器单元(14)能够共同地由操纵器(5)操纵移动，和/或所述工件(2)能够借助操纵器相对地朝所述激光传导单元和所述传感器单元移动，其中所述加工激光束(3)能够借助所述激光传导单元(4)引导至所述工件(2)上的加工位置(8)，并且所述传感器单元(14)具有用来检测所述工件(2)上的分析区域(17)的光学传感器(19)，并且具有用来相对于所述操纵器(5)和/或工件(2)的运动来移动所述分析区域(17)的器件，其特征在于，

所述传感器单元(14)作为移动所述分析区域的器件具有至少一个光学的、至少局部反射的引导元件(20)，所述引导元件设置在所述分析区域(17)和所述传感器(19)之间的光路中，并且所述引导元件这样可移动地构成，使得所述工件(2)上的分析区域(17)的位置能够通过与所述操纵器和/或工件运动叠加的相对运动来改变；

所述激光传导单元(4)构成为具有激光扫描镜(7)，所述传感器单元(14)包括具有传感器扫描镜的传感器-扫描装置(18)，所述传感器扫描镜小于所述激光扫描镜(7)；

所述传感器(19)是用于同轴测量方法的点距传感器，用来实现光学相干断层扫描技术、聚光镜全息照相技术、多色共焦技术进行的间距测量和/或运行时间测定。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分析区域(17)在运动区域内的位置是可变化的，其中最大的运动区域通过所述至少一个引导元件(20)的最大偏转能力确定。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器单元(14)和所述激光传导单元(4)以机械方式和/或刚性地相互耦合，其中所述传感器单元(14)和所述激光传导单元(4)作为共同的操纵单元设置在共同的壳体中，或者所述激光传导单元(4)具有激光传导壳体(15)，和/或所述传感器单元(14)具有传感器壳体(16)，所述传感器壳体与所述激光传导壳体(15)可松开地相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引导元件(20)为光学引导元件并且构成为可移动的镜子和/或能够围绕着至少一个旋转轴线旋转，和/或所述传感器单元(14)具有至少一个用来移动引导元件的(20)的执行器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(19)直接地或者间接地通过转向镜(22)和/或透镜的中间连接定向到所述引导元件(20)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加工激光束(3)能够借助所述激光传导单元(4)相对于所述操纵器(5)的运动这样移动，即所述工件(2)上的所述加工位置(8)能够沿着额定轨道(11)进行引导，其中所述激光传导单元(4)构成为具有至少一个可移动的激光扫描镜(7)的激光扫描装置(6)。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器-扫描装置(18)具有至少一个构成所述引导元件(20)的传感器扫描镜，所述传感器扫描镜的涂层与所述激光扫描镜(7)的涂层不同。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述传感器单元(14)具有用来至少局部地照亮所述工件(2)的照明光源，所述照明光源能够与所述操纵器(5)一起移动，

所述照明光源耦合在所述激光扫描装置(6)或所述传感器-扫描装置(18)的光路(21)中，使得其能够借助所述激光扫描镜(7)与所述加工位置(8)和/或借助所述引导元件(20)与所述分析区域(17)一起移动，和/或所述照明光源能够借助单独的照明扫描装置与所述激光扫描装置(6)和所述传感器-扫描装置(18)在光学上去耦合地相对于所述操纵器(5)移动。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置具有控制单元(13)，所述控制单元具有操纵器控制器和/或扫描器控制器，

借助它能够控制所述操纵器(5)的离线预先设定的和/或存储的运动、所述至少一个激光扫描镜(7)的所述相对运动、所述传感器单元(14)的所述至少一个引导元件(20)的所述相对运动、和/或至少一个照明扫描镜的相对运动。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制单元(13)这样配置，即能够这样控制所述传感器单元(14)的所述至少一个引导元件(20)，使得所述分析区域(17)为改善精度沿加工方向放置在所述加工位置(8)之前，和/或能够定位在待加工的额定轨道(11)的区域中，

和/或能够在加工位置(8)之前引导，

所述分析区域(17)能够为了监视工艺定位在所述加工位置(8)中和/或能够与所述加工位置(8)一起移动，和/或所述分析区域(17)为了检测焊缝(12)或切割边缘的质量沿加工方向支承在所述加工位置(8)之后，和/或能够定位在加工的实际轨道的区域中，和/或在所述加工位置(8)后面引导。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，能够借助所述控制单元(13)这样控制所述传感器单元(14)的所述至少一个引导元件(20)，

使得所述分析区域(17)能够在封闭的和/或弯曲的分析轨道(23)上引导到所述加工位置(8)的周围，或者所述分析区域(17)能够在敞开的分析轨道上在分析轨道的两个端点之间往返地进行引导，和/或沿加工方向能够引导到所述加工位置(8)之前或之后。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制单元(13)这样构成，即如果所述分析区域(17)在所述分析轨道(23)上位于具有所述额定轨道(11)的切割区域中，则由所述传感器(19)检测的传感器数据为了改善精度能够在第一分析间隔时间(24)中进行评估，

和/或如果所述分析区域(17)在所述分析轨道(23)上位于具有实际轨道的切割区域中，则由所述传感器(19)检测的传感器数据能够为了检测质量在第二分析间隔时间(25)中进行评估。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，控制单元(13)能够根据下列各项确定分析区域(17)的位置和/或分析轨道相对于加工位置(8)的位置方位：参照工件的离线获得的和/或存储的几何数据、所述操纵器(5)的离线确定的存储的和/或在线检测到的运动数据、所述至少一个激光扫描镜(7)的离线确定的和/或存储的和/或在线获得的运动数据、所述额定轨道(11)的离线确定的和/或存储的接近位置、所述额定轨道(11)的改善在线精度的额定位置、和/或所述实际轨道的在线获得的实际位置。

14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制单元(13)这样配置，即借助它能够对所述传感器单元(14)进行校正，

其中所述控制单元(13)能够使至少一个传感器单元(14)的传感器工作腔与激光单元的激光工作腔平衡，或者至少两个单独的传感器单元的传感器工作腔能够相互平衡。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光传导单元(4)和所述传感器单元(14)分别具有置于各光路中的和/或可轴向移位的光学元件，它们能够借助共同的移位装置作为单元进行移动。

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