CN118119820A - 用于设定oct***的参考路段的方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于设定OCT***的参考路段的方法和***。本发明的任务在于，提供一种采用光学相干断层扫描(OCT)的方法和一种提供更好测量结果的OCT***。为此目的，提出一种用于设定参考路段的OCT***，其中OCT***被构造为用于：将测量射束施加到测量对象上；将参考射束引导通过参考路段并且使被反射的测量射束和参考射束叠加，该OCT***具有：用于检测测量射束与所叠加的参考射束之间的干涉信号的干涉仪；测量射束的扫描路径的测量阶段和调节阶段；以及评估装置，该评估装置被构造为用于仅在调节阶段中设定参考路段。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的用于设定OCT***的参考路段的方法和***。
背景技术
在工件的工业加工中，激光辐射的使用变得日益重要，例如用于切割或焊接工件。各种技术会决定和影响加工过程和加工结果的品质和等级。在激光焊接时，例如可以借助于光学相干断层扫描(OCT)确定工件上的焊接深度。OCT测量通常是干涉式的相对间距测量，其中将测量光路的光学路径长度的长度与参考路段的路径长度相比较。在OCT测量的过程中，通常使测量射束与参考射束发生干涉并因此确定测量对象上的长度差。测量射束射到测量对象上并且被其反射，参考射束在此经过参考路段，参考路段还被称为参考臂。
在OCT***的一变体中，测量射束被可快速运动的光学元件偏转，使得测量射束扫过或扫描测量范围。这样的OCT***通常包括OCT射束源、OCT扫描仪和OCT传感器。然而，OCT***的测量范围在空间上受到限制，这限制了在激光加工中的使用。如果要测量的对象或测量对象的零位例如在持续测量期间发生变化，其中，测量射束的长度发生变化(例如，原因在于光学器件距测量对象的距离发生变化或测量射束侧向偏转)并且参考射束未被更新，则测量范围进一步受到限制。
为了扩大这样的OCT***的测量范围，在现有技术中提出，随着测量射束的长度变化同步地补偿调整参考路段。然而，这一建议会导致对测量信号与参考信号的干涉产生干扰以及测量结果不充分。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用光学相干断层扫描(OCT)的方法和一种提供更好测量结果的OCT***。
根据本发明，该目的通过用于设定OCT***的参考路段的方法来实现，该方法具有以下方法步骤：
-提供OCT***；
-通过OCT***产生测量射束，并且将测量射束引导至测量对象；
-通过OCT***产生参考射束，并且将参考射束引导通过参考路段；
-使被测量对象反射的测量射束与参考射束叠加，并且借助于OCT***的干涉仪检测所述测量射束与所叠加的参考射束之间的干涉信号；
-将测量射束的扫描路径分成测量阶段和调节阶段；以及
-仅在调节阶段中设定参考路段。
此外，该任务还通过用于设定参考路段的OCT***来解决，其中OCT***被构造为用于：将测量射束施加到测量对象上；将参考射束引导通过参考路段并且使被反射的测量射束和参考射束叠加，该OCT***具有：用于检测测量射束与所叠加的参考射束之间的干涉信号的干涉仪；测量射束的扫描路径的测量阶段和调节阶段；以及评估装置，该评估装置被构造为用于仅在调节阶段中设定参考路段。利用这些解决建议可以扩大OCT***的测量范围。
在从属权利要求中描述有利的实施方式。
有利地，在测量阶段中，通过测量射束进行扫描并记录测量数据，以及在不记录测量数据的情况下，测量射束移动或跳转到调节阶段中。以这种方式避免或至少大幅减小测量不精确性。
在一示例中，借助评估装置中的校正数据设定参考路段。
在另一示例中，当时间段对于设定参考路段过短时，在调节阶段中，通过评估装置的信号阻止或延迟对参考路段的设定。然后，在具有足够时间进行设定的后续调节阶段中执行参考路段的设定。由此避免了在测量阶段的区段中对参考射束的路径长度、对参考路段进行设定并引入测量不精确性。
已经认识到，在调节阶段的持续时间方面，在1-2ms内响应的致动器尤其适用于移动或枢转OCT***中的光学元件。所述光学元件用于设定参考路段并且可以被构造为参考射束反射镜。
附图说明
下面借助附图详细描述本发明的示例。
图1示出使用测量射束和参考射束扫描工件的OCT***的示意性侧视图以及具有用于加工工件的激光束的激光扫描仪；
图2参考图1示出测量射束的示例性的扫描路径，其具有检测测量数据的实线测量阶段和测量射束跳转且不检测测量数据的虚线阶段；
图3示例性地示出与根据图2的扫描路径相关的测量值，其中未设定参考路段；
图4示出与根据图2的扫描路径相关的、经设定的参考路段；
图5示例性地示出与根据图2的扫描路径以及根据图4的参考路段设定相关的测量值；
图6示出另一扫描路径的示意性视图，其具有检测测量数据的实线测量阶段和测量射束跳转且不检测测量数据的虚线调节阶段。
具体实施方式
图1示出OCT***1的示意性侧视图，利用该OCT***可以在测量对象25上进行高精度测量。在此，OCT***1包括用于产生OCT射束9的OCT射束源11、用于将OCT射束9分成测量射束12和参考射束15的分束器6、用于反射和设定参考射束15的参考射束反射镜16以及用于将测量射束12引导至OCT扫描仪10的OCT光纤8。壳体18包围射束源11、分束器6、参考射束反射镜16和OCT传感器19。OCT***1本身在现有技术中的各种应用可能性是已知的。在此，借助于测量射束12与引导通过参考路段13的参考射束15的干涉来测量高度差。参考路段13还被称为参考臂。在该示例中，测量射束12在经过OCT扫描仪10之后穿过激光***的激光扫描仪5，其中测量射束12由另外的光学元件、即反射镜17供应至测量对象25。另外的光学元件可以被实施成用于偏转测量射束12。激光***包括激光源3和激光加工头(在此为激光扫描仪5)，并且被构造为用于产生激光束14，该激光束适用于加工测量对象25。这种加工例如是借助于激光束14进行焊接，其中，测量对象25是某种材料(如金属)的工件、如板材。OCT扫描仪10和激光扫描仪5在信号方面与至少一个评估装置30相连接。评估装置30包括适当的器件，用于控制具有上述部件的OCT***1和具有激光扫描仪5的激光***，并且用于评估OCT***1和激光扫描仪5的数据，该器件尤其是经编程的处理单元。可以设置另外的处理单元和控制单元。具有高能量的激光束14的激光辐射从激光源3经由激光光缆7供应至激光扫描仪5，并且至少经由可枢转的反射镜17被施加到测量对象25或工件上。为此目的，激光束14被可枢转的反射镜17反射并且被引导至测量对象25的不同位置。这在图1中示意性地以两个激光束14展示，这些激光束射至测量对象25的不同位置。一个位置例如可以是由激光束14产生的焊缝的接缝起点，并且第二位置是接缝终点。以类似的方式，与激光束14大致共轴延伸的测量射束12在这两个相同的位置被展示。这些位置进而是被测量射束12扫过或扫描的焊缝的接缝起点和接缝终点。测量射束12被测量对象25反射，并且在反射镜17上被偏转至OCT扫描仪10。因此，激光扫描仪5中实施为反射镜17的光学元件用作激光束14和测量射束12的偏转器件。然后，测量射束12再次穿过OCT光纤8并且从分束器6偏转至OCT传感器19。替代性地，测量射束12被环行器偏转。在OCT传感器19的干涉仪中，测量射束12与参考射束15发生干涉，相对于测量射束12所经过的光路，参考射束经过参考路段13。替代性地，与图1所示不同，干涉仪还可以布置在OCT扫描仪10中，并且参考路段13在OCT扫描仪10中延伸。
图2示出测量射束12沿测量对象25的示例性的扫描路径20，这是测量射束12在测量对象25上的端点沿图1的x轴和y轴方向的走向。检测测量数据的测量阶段21用实线箭头线展示。不检测测量数据的阶段用虚线展示，其中，测量射束12从扫描路径20的某一位置跳转或绕转到扫描路径20的另一点上。评估装置30控制将测量射束12定位到工件25上的OCT扫描仪10。扫描路径20还可以包括另外的几何对象，例如多个点。在根据图2的示例中，OCT扫描仪10在倾斜向下的实线箭头中处于测量阶段21，而OCT扫描仪10在虚线中处于调节阶段22。在测量阶段21期间，OCT***1检测来自测量对象25的测量数据，并且不设定或补偿调整参考路段13。在调节阶段22期间，OCT***1不检测来自测量对象25的测量数据，而是设定或补偿调整参考路段13，如图4所述。在调节阶段22的较短时间段中，测量射束12还借助于OCT扫描仪10中的光学器件偏转，使得测量射束12在偏转后射至测量对象25的另一点。换言之，测量射束12的入射点从测量对象25上的一点跳转到较远的一点处。测量射束12从测量几何形状的末端、在此从线的末端跳转或移动到下一测量几何形状的起点、在此为扫描路径20的下一条线的起点。在偏转测量射束12和设定参考路段13之后，在图2的下一实线箭头处开始下一测量阶段21。
在评估装置30确定切换测量射束12的时间过短而无法切换致动器以改变参考路段13的情况下，对应地延迟下一测量阶段21。与此相对应地，设定参考路段13并且然后才开始下一测量阶段21。
图3示例性地示出参考图1和图2的OCT***1的测量值。在不设定参考路段13的情况下，测量射束12在x轴的方向上再次偏转，在z轴上有品质地显示测量对象25的测量值。由于测量射束12被反射镜17、激光扫描反射镜偏转，因此z值沿x轴增大。这是在未采用上述方法和OCT***1下所出现的不期望的测量不精确性。在该示例中，为了简化展示，借助于OCT对平坦面进行测量。因此，测量数据在z轴上应是恒定的，因为在测量对象25上不存在高度差。
图4示出与根据图2的扫描路径20相关的参考路段13，其中，参考路段13以本文前述的方式设定或更新。x轴进而表示如图1中所示的对OCT***1的测量射束12的偏转。R轴表示参考射束15的长度，参考射束与测量射束12发生干涉。换言之，R轴表示参考路段13，即参考臂。参考路段13以如图1所述的方式被设定或更新，在该示例中，通过沿图1中的箭头(R)的方向移位参考射束反射镜16来设定或更新。如图4所示，用实线示出参考路段13在调节阶段22期间沿x轴的变化。在测量阶段21期间，图4用点线示出的参考路段13保持恒定并且不被设定或补偿调整。在OCT***1中以如下方式设定或补偿调整参考路段13，即，如上所述，使反射参考射束15的光学元件、即参考射束反射镜16或透射型光学元件(未示出)移位或倾斜并由此改变参考射束15的所经路程。OCT***1中的参考射束反射镜16由适当的快速致动器驱动。适当的致动器具有约1至2ms的响应时间，并且可以被设计为检流计致动器、压电致动器或MEMS致动器。
在评估装置30中存在校正数据，这些校正数据改变参考射束15的路径长度并因此改变参考路段13。校正文件中的校正数据与激光扫描仪5中的物镜的焦距以及测量射束12射到测量对象25上的角度相关。该角度参考图1从左(在该处，角度为零、测量射束12垂直)向右随反射镜17对测量射束12的偏转的增加而增大。评估装置30基于校正数据借助于致动器使参考射束反射镜16移位。在此，激光扫描仪5的整个加工区域内产生的参考射束的延伸在毫米范围内。
图5示例性地示出OCT***1的与根据图2的扫描路径20和根据图4的参考臂的图示相关的测量值。在设定或补偿调整参考路段13的情况下，测量射束12在x轴的方向上再次偏转，在z轴上有品质地显示测量对象25的测量值。在此，与图3不同，参考路段13以如图4所述和所示的方式被设定，因而产生经校正的测量值。为了展示的目的，OCT***1再次记录平坦面。如可见的，测量值在测量阶段21中沿x轴基本上恒定，具有轻微增大的偏差的例外。如本文说明的没有进行设定的图3相比，如图5所示，通过设定参考路段13，测量结果显著改善。在根据图5的测量结果中，测量对象25的平坦面在整个测量范围内被展示为几乎平坦的面。在对不平坦的测量对象25、如图1的焊缝进行测量时，将获得类似的结果。
图6示出另一扫描路径20的示意性视图，其具有检测测量数据的实线测量阶段21和不检测测量数据的虚线调节阶段22或递送阶段。在该示例中，测量射束12在第一测量阶段21中以直线沿箭头方向向上扫过，来自评估装置30的信号终止测量阶段21，测量射束12被偏转、移动或跳转至左下方的弯曲箭头的起点位置，随后评估装置30的信号开始下一测量阶段21。在测量射束12从直线的终点到曲线的起点的跳转时间内，在调节阶段22中调节参考路段13。测量射束12还可以定位在曲线的起点之前的某一点处。这具有如下优点，即，在对测量阻止或延迟之后，其中，反射镜17停住，反射镜17可以在起点前被加速至测量所需的速度。然后，测量射束12沿向上指向的弧形线扫描。如上所述，参考路段13在测量阶段21期间保持恒定。当测量射束12到达弧形箭头的末端时，根据测量几何形状终止扫描路径20或开始新的扫描路径20。
附图标记清单
1 OCT***
3 激光源
5 激光扫描仪
6 分束器
7 激光光缆
8 OCT光纤
9 OCT射束
10 OCT扫描仪
11 OCT射束源
12 测量射束
13 参考路段
14 激光束
15 参考射束
16 参考射束反射镜
17 反射镜
18 壳体
19 OCT传感器
20 扫描路径
21 测量阶段
22 调节阶段
25 测量对象
30 评估装置
Claims (11)
1.一种用于设定OCT***(1)的参考路段(13)的方法，所述方法具有以下方法步骤：
-提供OCT***(1)；
-通过所述OCT***(1)产生测量射束(12)，并且将所述测量射束(12)引导至测量对象(25)；
-通过所述OCT***(1)产生参考射束(15)，并且将所述参考射束(15)引导通过所述参考路段(13)；
-使被所述测量对象(25)反射的测量射束(12)与所述参考射束(15)叠加，并且借助于所述OCT***(1)的干涉仪检测所述测量射束(12)与所叠加的参考射束(15)之间的干涉信号；其特征在于，包括以下方法步骤：
-将所述测量射束(12)的扫描路径(20)分成测量阶段(21)和调节阶段(22)；以及
-仅在所述调节阶段(22)中设定所述参考路段(13)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-在所述测量阶段(21)中，通过所述测量射束(12)扫描并记录测量数据，以及
-在不记录测量数据的情况下，所述测量射束(12)移动或跳转到所述调节阶段(22)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：借助评估装置(30)中的校正数据设定所述参考路段(13)。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
-当时间段对于设定所述参考路段(13)过短时，在所述调节阶段(22)中，通过所述评估装置(30)的信号阻止或延迟对所述参考射束(15)的参考路段(13)的所述设定。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
-通过操控和移动或枢转所述OCT***(1)的OCT扫描仪(10)中的至少一个光学元件来设定所述参考路段(13)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
-提供用于在1-2ms内移动或枢转所述OCT***(1)中的所述光学元件的致动器。
7.一种用于设定参考路段(13)的OCT***(1)，其中，所述OCT***(1)被构造为用于：将测量射束(12)施加到测量对象(25)上；将参考射束(15)引导通过所述参考路段(13)并且使被反射的测量射束(12)和所述参考射束(15)叠加，所述OCT***具有用于检测所述测量射束(12)与所叠加的参考射束(15)之间的干涉信号的干涉仪，其特征在于，设置有所述测量射束(12)的扫描路径(20)的测量阶段(21)和调节阶段(22)以及评估装置(30)，所述评估装置被构造为用于仅在所述调节阶段(22)中设定所述参考路段(13)。
8.根据权利要求7所述的OCT***(1)，其特征在于，所述OCT***(1)被构造为用于：当所述调节阶段(22)对于设定所述参考路段(13)过短时阻止或延迟后续测量。
9.根据权利要求7或8所述的OCT***(1)，其特征在于，所述OCT***(1)包括OCT射束源(11)、分束器(6)、参考射束反射镜(16)、OCT光纤(8)、OCT传感器(19)和OCT扫描仪(10)。
10.根据权利要求7至9之一所述的OCT***(1)，其特征在于，设有致动器，所述致动器用于在1-2ms内移动或枢转所述OCT***(1)中的光学元件，以设定所述参考路段(13)。
11.根据权利要求7至10之一所述的OCT***(1)，其特征在于，为所述OCT***(1)指配有激光***(5)，所述激光***适用于加工所述测量对象(25)，并且所述OCT***(1)在通过所述激光***(5)进行加工期间和/或之后扫描所述测量对象(25)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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