ITMI20100059A1 - MEASUREMENT SYSTEM FOR A LENS REFRACTION INDEX - Google Patents
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Description
Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “Sistema di misurazione dell’indice di rifrazione di una lente” Description of the patent application for industrial invention entitled: "Refractive index measurement system of a lens"
Campo tecnico dell’invenzione Technical field of the invention
La presente invenzione riguarda in generale il settore delle macchine per il taglio o saldatura per mezzo di un laser. Più in particolare, la presente invenzione riguarda un sistema per la misura della variazione dell’indice di rifrazione di una lente utilizzata nelle macchine per il taglio o saldatura. The present invention generally relates to the sector of machines for cutting or welding by means of a laser. More specifically, the present invention relates to a system for measuring the variation of the refractive index of a lens used in cutting or welding machines.
Tecnica nota Known technique
E’ noto che per poter tagliare o saldare correttamente un pezzo utilizzando un fascio laser ad elevata potenza è necessario che il fascio laser sia focalizzato nel punto desiderato del pezzo che si vuole lavorare. It is known that in order to properly cut or weld a piece using a high power laser beam, the laser beam must be focused on the desired point of the piece to be machined.
Tipicamente, il fascio laser è focalizzato sul pezzo da lavorare per mezzo di una lente e, durante la lavorazione, la temperatura della lente può variare principalmente a causa della variazione di potenza del fascio laser. Typically, the laser beam is focused on the workpiece by means of a lens and, during processing, the temperature of the lens can vary mainly due to the variation in power of the laser beam.
La variazione della temperatura è causa di una variazione della distanza focale della lente rispetto a quella desiderata: questo causa un peggioramento della qualità del taglio o della saldatura. The temperature variation causes a variation in the focal distance of the lens with respect to the desired one: this causes a deterioration in the quality of the cut or welding.
E’ quindi necessario effettuare una compensazione della variazione della distanza focale della lente, che può avvenire con diverse tecniche. It is therefore necessary to compensate for the variation in the focal distance of the lens, which can take place with different techniques.
Una tecnica nota è quella di misurare in anticipo la variazione della distanza focale della lente per diversi valori della potenza del laser e di utilizzare detti valori durante il funzionamento della macchina di taglio o saldatura. A known technique is to measure in advance the variation of the focal distance of the lens for different values of the laser power and to use said values during the operation of the cutting or welding machine.
La Richiedente ha osservato che uno svantaggio di questa tecnica nota è di fornire solo un determinato numero di valori: ad esempio, non vengono forniti valori durante un transitorio termico, che è molto frequente nel funzionamento di una macchina di taglio o saldatura. The Applicant has observed that a disadvantage of this known technique is to supply only a certain number of values: for example, no values are provided during a thermal transient, which is very frequent in the operation of a cutting or welding machine.
Un’altra tecnica nota è quella di misurare la variazione della distanza focale della lente per diversi valori della temperatura di un punto della lente e di utilizzare detti valori durante il funzionamento della macchina di taglio o saldatura. Another known technique is to measure the variation of the focal distance of the lens for different temperature values of a point of the lens and to use said values during the operation of the cutting or welding machine.
La Richiedente ha osservato che uno svantaggio di questa tecnica nota è di misurare la temperatura in punti della lente distanti dalla zona attraversata dal fascio laser e quindi di fornire dei valori imprecisi della variazione della distanza focale della lente. The Applicant has observed that a disadvantage of this known technique is to measure the temperature in points of the lens distant from the area crossed by the laser beam and therefore to provide inaccurate values of the variation of the focal distance of the lens.
Un’altra tecnica nota è quella di raffreddare la lente per minimizzare la variazione della distanza focale della lente. Another known technique is to cool the lens to minimize the variation in the focal distance of the lens.
La Richiedente ha osservato che uno svantaggio di questa tecnica nota è di non effettuare nessuna compensazione della variazione della distanza focale della lente, accettando quindi una variazione della distanza focale e causando un peggioramento della qualità del taglio o della saldatura. The Applicant has observed that a disadvantage of this known technique is that it does not compensate for the variation of the focal distance of the lens, thus accepting a variation of the focal distance and causing a deterioration in the quality of the cut or of the welding.
La domanda di brevetto USA con numero di pubblicazione US 2009/0212030 descrive un sistema con messa a fuoco automatica utilizzato nelle macchine che effettuano l’ablazione laser. Detto sistema utilizza un fascio laser di lavoro ed un fascio laser per la messa a fuoco automatica, che vengono entrambi riflessi dal pezzo da lavorare; inoltre viene utilizzato un sensore per misurare la temperatura delle ottiche presenti nella catena ottica atraversata dal fascio laser di lavoro (si veda il par.45). Il fascio laser per la messa a fuoco automatica viene riflesso e ricevuto da un fotorivelatore, per mezzo del quale viene misurata la variazione della distanza focale della lente e viene pilotato un attuatore per variare la posizione della lente per correggere la variazione della distanza focale. The US patent application with publication number US 2009/0212030 describes an automatic focus system used in machines that perform laser ablation. Said system uses a working laser beam and a laser beam for automatic focusing, both of which are reflected by the workpiece; a sensor is also used to measure the temperature of the optics present in the optical chain crossed by the working laser beam (see par.45). The laser beam for automatic focusing is reflected and received by a photodetector, by means of which the variation in the focal distance of the lens is measured and an actuator is driven to vary the position of the lens to correct the variation in the focal distance.
La Richiedente ha osservato che uno svantaggio di questa tecnica nota è che le caratteristiche del pezzo da lavorare influenzano la qualità della misura della variazione della distanza focale (si veda il par.43); inoltre ha lo svantaggio di richiedere la misura della temperatura. The Applicant has observed that a disadvantage of this known technique is that the characteristics of the workpiece affect the quality of the measurement of the variation of the focal distance (see paragraph 43); moreover it has the disadvantage of requiring the measurement of the temperature.
Breve sommario dell’invenzione Brief summary of the invention
La presente invenzione riguarda un sistema ed un metodo per la misurazione della variazione dell’indice di rifrazione di una lente come definito rispettivamente nelle annesse rivendicazioni 1 e 11 e da loro forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 9 e 12 e 13. The present invention relates to a system and a method for measuring the variation of the refractive index of a lens as defined respectively in the annexed claims 1 and 11 and by their preferred embodiments described in the dependent claims 2 to 9 and 12 and 13. .
La Richiedente ha percepito che il sistema di misurazione della variazione dell’indice di rifrazione della lente in accordo con la presente invenzione è in grado di misurare detta variazione anche durante un transitorio termico ed inoltre è in grado di effettuare detta misura in modo accurato. The Applicant has perceived that the system for measuring the variation of the refractive index of the lens in accordance with the present invention is able to measure said variation even during a thermal transient and is also able to perform said measurement accurately.
Forma oggetto della presente invenzione anche una macchina per il taglio o saldatura, dove detta macchina è definita nella annessa rivendicazione 10. The present invention also relates to a machine for cutting or welding, wherein said machine is defined in the attached claim 10.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui: Further features and advantages of the invention will emerge from the following description of a preferred embodiment and its variants provided by way of example with reference to the attached drawings, in which:
- la figura 1 mostra schematicamente un sistema per la misurazione della variazione dell’indice di rifrazione di una lente secondo una prima realizzazione dell’invenzione; - Figure 1 schematically shows a system for measuring the variation of the refractive index of a lens according to a first embodiment of the invention;
- la figura 2 mostra schematicamente un sistema per la misurazione della variazione dell’indice di rifrazione di una lente secondo una seconda realizzazione dell’invenzione. - Figure 2 schematically shows a system for measuring the variation of the refractive index of a lens according to a second embodiment of the invention.
Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention
Con riferimento alla figura 1, viene mostrato un sistema 50 per la misurazione della variazione dell’indice di rifrazione di una lente 2 secondo una prima realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 1, a system 50 is shown for measuring the variation of the refractive index of a lens 2 according to a first embodiment of the invention.
Il sistema di misurazione 50 comprende una sorgente laser di lavoro 1, una lente 2, un pezzo da lavorare 3, un modulo di misurazione laser 10, un obiettivo di misurazione 11 ed un modulo di misurazione 20. The measurement system 50 comprises a working laser source 1, a lens 2, a workpiece 3, a laser measurement module 10, a measurement target 11 and a measurement module 20.
Il sistema di misurazione 50 ha la funzione di fornire una misura della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2 anche durante un processo di lavorazione (ad esempio, taglio o saldatura) del pezzo da lavorare 3, in cui detta variazione è causata dalla variazione della temperatura della lente in seguito ad una variazione di potenza della radiazione generata dalla sorgente laser di lavoro 1. The measuring system 50 has the function of providing a measure of the variation of the refractive index n of the lens 2 also during a machining process (for example, cutting or welding) of the workpiece 3, in which said variation is caused by the variation in the temperature of the lens following a variation in the power of the radiation generated by the working laser source 1.
La sorgente laser di lavoro 1 è tale da generare una radiazione di lavoro 5 avente una potenza variabile. The working laser source 1 is such as to generate a working radiation 5 having a variable power.
Il modulo di misurazione laser 10 comprende una sorgente laser che sfrutta l’effetto dell’autointerferenza (indicato in inglese con “self-mixing effect”), in cui cioè la sorgente laser è tale da generare una prima radiazione di misurazione 12 ed è tale da ricevere almeno parte di una radiazione di misurazione riflessa 14 o almeno parte di una seconda radiazione di misurazione inversa 15, le quali sono affette da una modulazione della potenza ottica che causa una modulazione dell’ampiezza del campo oscillante nella cavità laser e di conseguenza una modulazione della potenza ottica della prima radiazione di misurazione 12 generata dal modulo di misurazione laser 10. La modulazione della potenza ottica della prima radiazione di misurazione 12 è causata dalla ricezione nella sorgente laser di almeno parte della radiazione di misurazione riflessa 14 o della seconda radiazione di misurazione inversa 15 aventi una modulazione della potenza ottica in seguito alla variazione dell’indice di rifrazione n di una porzione 8 della lente 2, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito. The laser measurement module 10 comprises a laser source that exploits the self-interference effect (indicated in English with "self-mixing effect"), in which the laser source is such as to generate a first measurement radiation 12 and is such to receive at least part of a reflected measurement radiation 14 or at least part of a second inverse measurement radiation 15, which are affected by a modulation of the optical power which causes a modulation of the amplitude of the oscillating field in the laser cavity and consequently a modulation of the optical power of the first measurement radiation 12 generated by the laser measurement module 10. The modulation of the optical power of the first measurement radiation 12 is caused by the reception in the laser source of at least part of the reflected measurement radiation 14 or of the second radiation of inverse measurement 15 having a modulation of the optical power following the variation of the refractive index action n of a portion 8 of the lens 2, as will be explained in more detail below.
Il modulo di misurazione laser 10 comprende inoltre un sensore ottico (ad esempio, un fotorivelatore) tale da rivelare almeno parte della seconda radiazione di misurazione inversa 15 o almeno parte della prima radiazione di misurazione 12 o almeno parte della radiazione di misurazione riflessa 14 o almeno parte di una seconda radiazione di misurazione 13; alternativamente, il sensore ottico è tale da rivelare una parte di una radiazione laser generata dalla sorgente laser attraverso una faccia diversa da quella che genera la prima radiazione di misurazione 12 (ad esempio, una faccia posteriore). The laser measurement module 10 further comprises an optical sensor (for example, a photodetector) such as to detect at least part of the second inverse measurement radiation 15 or at least part of the first measurement radiation 12 or at least part of the reflected measurement radiation 14 or at least part of a second measurement radiation 13; alternatively, the optical sensor is such as to detect a part of a laser radiation generated by the laser source through a face other than that which generates the first measurement radiation 12 (for example, a rear face).
Inoltre il sensore ottico del modulo di misurazione laser 10 è tale da generare, in funzione della radiazione rivelata, un segnale S∆λindicativo di una variazione ∆λ della lunghezza d’onda di una seconda radiazione di misurazione 16 rispetto ad un valore iniziale λ0della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16, o indicativo di una variazione ∆λ della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e di una prima radiazione di misurazione inversa 17 rispetto ad un valore iniziale λ0della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17. Furthermore, the optical sensor of the laser measurement module 10 is such as to generate, as a function of the detected radiation, a signal S∆λ indicative of a variation ∆λ of the wavelength of a second measurement radiation 16 with respect to an initial value λ0 of the length wave of the second measurement radiation 16, or indicative of a variation ∆λ of the wavelength of the second measurement radiation 16 and of a first inverse measurement radiation 17 with respect to an initial value λ0 of the wavelength of the second radiation measurement 16 and the first inverse measurement radiation 17.
La figura 1 mostra che la sorgente laser della prima radiazione di misurazione 12 ed il sensore ottico sono integrati in un modulo di misurazione laser 10, ma l’invenzione è applicabile anche al caso in cui la sorgente laser sia separata dal sensore ottico. Figure 1 shows that the laser source of the first measurement radiation 12 and the optical sensor are integrated in a laser measurement module 10, but the invention is also applicable to the case where the laser source is separated from the optical sensor.
Si osservi che l’invenzione è applicabile anche al caso in cui il sistema 50 non comprende l’obiettivo di misurazione 11: in questo caso il sensore ottico è tale da rivelare almeno parte della seconda radiazione di misurazione 13 e, in funzione di questa, è tale da generare il segnale variazione della lunghezza d’onda S∆λ. It should be noted that the invention is also applicable to the case in which the system 50 does not include the measurement objective 11: in this case the optical sensor is such as to detect at least part of the second measurement radiation 13 and, as a function of this, it is such as to generate the signal variation of the wavelength S∆λ.
Si osservi che l’invenzione è applicabile anche a moduli di misurazione laser 10 che non sfruttano l’effetto dell’auto-interferenza, come ad esempio una sorgente laser di misurazione tale da generare la radiazione di misurazione 12 ed un sensore ottico tale da rivelare almeno parte della radiazione di misurazione riflessa 14 o della seconda radiazione di misurazione inversa 15 o della seconda radiazione di misurazione 13. It should be noted that the invention is also applicable to laser measurement modules 10 which do not exploit the effect of self-interference, such as for example a measurement laser source such as to generate the measurement radiation 12 and an optical sensor such as to detect at least part of the reflected measurement radiation 14 or of the second inverse measurement radiation 15 or of the second measurement radiation 13.
Il pezzo da lavorare 3 è tale da ricevere una radiazione di lavoro focalizzata 6, che è utilizzata per effettuare una lavorazione sul pezzo 3, come ad esempio il taglio o la saldatura. Per semplicità si suppone che il pezzo da lavorare abbia una superficie 30 che sia sostanzialmente piana, almeno attorno al punto di lavorazione. The workpiece 3 is such as to receive a focused working radiation 6, which is used to perform a machining on the workpiece 3, such as for example cutting or welding. For simplicity it is assumed that the workpiece has a surface 30 which is substantially flat, at least around the machining point.
L’obiettivo di misurazione 11 è tale da ricevere una seconda radiazione di misurazione 13 ed è tale da trasmettere la radiazione di misurazione riflessa 14 ottenuta per mezzo della riflessione di almeno parte della seconda radiazione di misurazione 13. The measurement objective 11 is such as to receive a second measurement radiation 13 and is such as to transmit the reflected measurement radiation 14 obtained by means of the reflection of at least part of the second measurement radiation 13.
La lente 2 ha un indice di rifrazione n avente un valore iniziale n0, al quale corrisponde un fuoco F0posto sostanzialmente sulla superficie 30 del pezzo da lavorare 3. Il fuoco F0è associato ad una distanza focale f0indicata in seguito anche con distanza focale nominale per indicare che f0è il valore della distanza focale alla quale il laser di lavoro 1 effettua la lavorazione del pezzo 3 in condizioni di lavoro ottimali. Ad esempio, la distanza focale nominale f0ha un valore uguale a 127 mm. The lens 2 has a refractive index n having an initial value n0, which corresponds to a focus F0 substantially placed on the surface 30 of the workpiece 3. The focus F0 is associated with a focal distance f0 indicated below also with a nominal focal distance to indicate that f0 is the value of the focal distance at which the working laser 1 performs the machining of the piece 3 in optimal working conditions. For example, the nominal focal distance f0 has a value equal to 127 mm.
La lente 2 comprende una porzione 8 tale da essere attraversata sia da almeno parte della radiazione di lavoro 5, sia da una seconda radiazione di misurazione 16 (e, preferibilmente, anche da una prima radiazione di misurazione inversa 17). The lens 2 comprises a portion 8 such as to be traversed both by at least part of the working radiation 5 and by a second measuring radiation 16 (and, preferably, also by a first inverse measuring radiation 17).
La lente 2 è tale da ricevere almeno parte della radiazione di lavoro 5 ed è tale da trasmettere la radiazione di lavoro focalizzata 6 ottenuta per mezzo della focalizzazione della radiazione di lavoro 5 nel fuoco della lente 2; ad esempio, la figura 1 mostra che la radiazione di lavoro 5 converge nel fuoco F0posto sul pezzo da lavorare 3. The lens 2 is such as to receive at least part of the working radiation 5 and is such as to transmit the focused working radiation 6 obtained by focusing the working radiation 5 in the focus of the lens 2; for example, Figure 1 shows that the working radiation 5 converges in the focus F0 placed on the workpiece 3.
Inoltre la lente 2 è tale da ricevere almeno parte della prima radiazione di misurazione 12, è tale da essere attraversata dalla seconda radiazione di misurazione 16 (indicata in figura 1 con una linea tratteggiata) generata dalla prima radiazione di misurazione 12 ed è tale da trasmettere la terza radiazione di misurazione 13 generata dalla seconda radiazione di misurazione 16. Furthermore, the lens 2 is such as to receive at least part of the first measurement radiation 12, is such as to be traversed by the second measurement radiation 16 (indicated in Figure 1 with a dashed line) generated by the first measurement radiation 12 and is such as to transmit the third measuring radiation 13 generated by the second measuring radiation 16.
Inoltre la lente 2 è tale da ricevere almeno parte della radiazione di misurazione riflessa 14, è tale da essere attraversata dalla prima radiazione di misurazione inversa 17 (indicata in figura 1 con una linea tratteggiata) generata dalla radiazione di misurazione riflessa 14 ed è tale da trasmettere la seconda radiazione di misurazione inversa 15 generata dalla prima radiazione di misurazione inversa 17. Furthermore, the lens 2 is such as to receive at least part of the reflected measurement radiation 14, is such as to be traversed by the first inverse measurement radiation 17 (indicated in Figure 1 with a dashed line) generated by the reflected measurement radiation 14 and is such as to transmit the second inverse measuring radiation 15 generated by the first inverse measuring radiation 17.
Si osservi che la seconda radiazione di misurazione 16 è tale da essere affetta da una variazione della sua lunghezza d’onda in seguito ad una variazione dell’indice di rifrazione della porzione 8 della lente 2 causato da una variazione della temperatura della porzione 8 della lente 2 durante la lavorazione della superficie 30 del pezzo da lavorare 3: detta variazione di lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 è causa di una modulazione della potenza ottica della terza radiazione di misurazione 13, della radiazione di misurazione riflessa 14, della prima radiazione di misurazione inversa 17, della seconda radiazione di misurazione inversa 15 e della prima radiazione di misurazione 12. It should be noted that the second measurement radiation 16 is such as to be affected by a change in its wavelength following a change in the refractive index of the portion 8 of the lens 2 caused by a change in the temperature of the portion 8 of the lens 2 during the machining of the surface 30 of the workpiece 3: said wavelength variation of the second measurement radiation 16 is due to a modulation of the optical power of the third measurement radiation 13, of the reflected measurement radiation 14, of the first inverse measuring radiation 17, the second inverse measuring radiation 15 and the first measuring radiation 12.
Si osservi che anche la prima radiazione di misurazione inversa 17 è tale da essere affetta da una variazione della sua lunghezza d’onda in seguito ad una variazione dell’indice di rifrazione della porzione 8 della lente 2 causato da una variazione della temperatura della porzione 8 della lente 2 durante la lavorazione della superficie 30 del pezzo da lavorare 3: detta variazione di lunghezza d’onda della prima radiazione di misurazione inversa 17 è causa di una modulazione della potenza ottica della seconda radiazione di misurazione inversa 15, della prima radiazione di misurazione 12, della terza radiazione di misurazione 13 e della radiazione di misurazione riflessa 14. It should be observed that also the first inverse measurement radiation 17 is such as to be affected by a variation of its wavelength following a variation of the refractive index of the portion 8 of the lens 2 caused by a variation of the temperature of the portion 8 of the lens 2 during the processing of the surface 30 of the workpiece 3: said wavelength variation of the first inverse measurement radiation 17 is due to a modulation of the optical power of the second inverse measurement radiation 15, of the first measurement radiation 12, the third measurement radiation 13 and the reflected measurement radiation 14.
Si osservi che la porzione 8 della lente 2 è tale da essere attraversata sia da almeno parte della radiazione di lavoro 5, sia da almeno parte della seconda radiazione di misurazione 16 (e, preferibilmente, anche da almeno parte della prima radiazione di misurazione inversa 17). Questo consente di stimare in modo accurato la variazione della distanza focale nominale f0della lente 2, perché la variazione della temperatura della porzione 8 (in seguito alla variazione non trascurabile della potenza della radiazione di lavoro 5 incidente su di essa) determina maggiormente la variazione della distanza focale della lente 2 (ad esempio, per una lente con distanza focale di 127 mm è possibile misurare le sue variazioni con una accuratezza di circa 12 µm); inoltre consente di misurare la variazione della distanza focale nominale f0anche durante un transitorio termico della lente 2, perché la misura della variazione ∆n dell’indice di rifrazione n della lente 2 viene effettuata anche durante il processo di lavorazione del pezzo da lavorare 3 da parte del laser di lavoro 1. It should be observed that the portion 8 of the lens 2 is such as to be crossed by at least part of the working radiation 5, and by at least part of the second measurement radiation 16 (and, preferably, also by at least part of the first inverse measurement radiation 17 ). This allows to accurately estimate the variation of the nominal focal distance f0 of the lens 2, because the variation of the temperature of the portion 8 (following the not negligible variation of the power of the working radiation 5 incident on it) determines more the variation of the distance. focal length of the lens 2 (for example, for a lens with a focal length of 127 mm it is possible to measure its variations with an accuracy of about 12 µm); moreover, it allows to measure the variation of the nominal focal distance f0 even during a thermal transient of the lens 2, because the measurement of the variation ∆n of the refractive index n of the lens 2 is also carried out during the machining process of the workpiece 3 by of the working laser 1.
Il modulo di misurazione 20 ha la funzione di misurare la variazione ∆n dell’indice di rifrazione n della porzione 8 della lente 2 rispetto ad un valore iniziale n0, in funzione della variazione ∆λ della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16, o in funzione della variazione ∆λ della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17. The measurement module 20 has the function of measuring the variation ∆n of the refractive index n of the portion 8 of the lens 2 with respect to an initial value n0, as a function of the variation ∆λ of the wavelength of the second measurement radiation 16 , or as a function of the variation ∆λ of the wavelength of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17.
Il modulo di misurazione 20 è tale da ricevere il segnale variazione della lunghezza d’onda S∆λindicativo della variazione ∆λ della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e/o della prima radiazione di misurazione inversa 17 e, in funzione di questo, è tale da generare un segnale S∆nindicativo di una misura della variazione ∆n dell’indice di rifrazione n della lente 2. La variazione ∆n dell’indice di rifrazione n della lente 2 è misurato con la seguente formula (1): The measurement module 20 is such as to receive the wavelength variation signal S∆λ indicative of the variation ∆λ of the wavelength of the second measurement radiation 16 and / or of the first inverse measurement radiation 17 and, as a function of this is such as to generate a signal S∆n indicative of a measure of the variation ∆n of the refractive index n of the lens 2. The variation ∆n of the refractive index n of the lens 2 is measured with the following formula (1) :
∆n= -n0/(1+λ0/∆λ) (1) ∆n = -n0 / (1 + λ0 / ∆λ) (1)
in cui λ0è il valore della lunghezza d’onda iniziale della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17, n0è il valore iniziale dell’indice di rifrazione della porzione 8 della lente 2 e ∆λ è la variazione della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17. where λ0 is the value of the initial wavelength of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17, n0 is the initial value of the refractive index of the portion 8 of the lens 2 and ∆λ is the variation of the length d wave of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17.
Si osservi che la variazione ∆n dell’indice di rifrazione n della lente 2 può essere misurato anche in funzione di altre proprietà ottiche della seconda radiazione di misurazione 16 e/o della prima radiazione di misurazione inversa 17, come ad esempio la potenza ottica. It should be noted that the variation ∆n of the refractive index n of the lens 2 can also be measured as a function of other optical properties of the second measurement radiation 16 and / or of the first inverse measurement radiation 17, such as optical power.
Vantaggiosamente, il modulo di misurazione 20 è tale da generare anche un segnale S∆findicativo di una stima della variazione ∆f rispetto alla distanza focale nominale f0della lente 2, in funzione della misura della variazione ∆n dell’indice di rifrazione n della lente 2. In particolare, la variazione ∆f è stimata con la seguente formula (2): Advantageously, the measurement module 20 is such as to also generate a signal S∆f indicative of an estimate of the variation ∆f with respect to the nominal focal distance f0 of the lens 2, as a function of the measurement of the variation ∆n of the refractive index n of the lens 2 In particular, the variation ∆f is estimated with the following formula (2):
∆f= f0*∆n/(n0-1) (2) ∆f = f0 * ∆n / (n0-1) (2)
Si osservi che la figura 1 mostra che la radiazione di misurazione riflessa 14 è tale da attraversare la lente 2 generando la prima radiazione di misurazione inversa 17, dalla quale viene generata la seconda radiazione di misurazione inversa 15, che viene ricevuta almeno in parte dalla sorgente laser (all’interno del modulo di misurazione laser 10 o separata) della prima radiazione di misurazione 12 e viene ricevuta almeno in parte dal sensore ottico (all’interno del modulo di misurazione laser 10 o separato); più in generale, l’invenzione è applicabile anche al caso in cui la radiazione di misurazione riflessa 14 è tale da non attraversare la lente 2 ed è tale da essere ricevuta direttamente almeno in parte dalla sorgente laser (all’interno del modulo di misurazione laser 10 o separata) della prima radiazione di misurazione 12 e tale da essere ricevuta direttamente almeno in parte dal sensore ottico (all’interno del modulo di misurazione laser 10 insieme alla sorgente laser o separato da essa). It should be noted that Figure 1 shows that the reflected measurement radiation 14 is such as to pass through the lens 2 generating the first inverse measurement radiation 17, from which the second inverse measurement radiation 15 is generated, which is received at least in part by the source laser (within the laser measurement module 10 or separate) of the first measurement radiation 12 and is received at least in part by the optical sensor (within the laser measurement module 10 or separate); more generally, the invention is also applicable to the case in which the reflected measurement radiation 14 is such as not to pass through the lens 2 and is such as to be received directly at least in part by the laser source (inside the laser measurement module 10 or separate) of the first measurement radiation 12 and such as to be received directly at least in part by the optical sensor (inside the laser measurement module 10 together with the laser source or separate from it).
Si osservi che nella figura 1 per semplicità la prima radiazione di misurazione 12, la seconda radiazione di misurazione 16, la terza radiazione di misurazione 13, la radiazione di misurazione riflessa 14, la prima radiazione di misurazione inversa 17 e la seconda radiazione di misurazione inversa 15 sono state indicate con un solo raggio, ma queste radiazioni possono essere formate da un fascio. Note that in Figure 1 for simplicity the first measurement radiation 12, the second measurement radiation 16, the third measurement radiation 13, the reflected measurement radiation 14, the first inverse measurement radiation 17 and the second inverse measurement radiation 15 have been indicated with only one beam, but these radiations can be formed by a beam.
Preferibilmente, i raggi della prima radiazione 5 sono inclinati rispetto ai raggi della prima radiazione di misurazione 12 di un angolo α compreso fra 0 gradi e 90 gradi. Pertanto nell’ipotesi in cui il valore dell’angolo α sia uguale a circa 90 gradi, i raggi della prima radiazione di misurazione 12 sono sostanzialmente perpendicolari all’asse ottico della lente 2; questo ha il vantaggio di minimizzare l’occupazione di spazio del sistema 50, perché è possibile avvicinare il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11 alla lente 2 senza interrompere la radiazione di lavoro 5 e la radiazione di lavoro focalizzata 6. Preferably, the rays of the first radiation 5 are inclined with respect to the rays of the first measuring radiation 12 by an angle α comprised between 0 degrees and 90 degrees. Therefore in the hypothesis in which the value of the angle α is equal to about 90 degrees, the rays of the first measurement radiation 12 are substantially perpendicular to the optical axis of the lens 2; this has the advantage of minimizing the space occupation of the system 50, because it is possible to bring the laser measurement module 10 and the measurement target 11 closer to the lens 2 without interrupting the working radiation 5 and the focused working radiation 6.
Sarà ora descritto il funzionamento del sistema di misurazione 50, facendo anche riferimento alla figura 1. The operation of the measurement system 50 will now be described, also referring to Figure 1.
Si suppone che all’istante iniziale t0il modulo di misurazione 20 sia configurato in modo che abbia memorizzato il valore iniziale λ0(uguale ad esempio a 1,3 µm) della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 ed abbia memorizzato il valore iniziale n0dell’indice di rifrazione della lente 2, corrispondenti alla distanza focale nominale f0(della lente 2) nella quale il fuoco F è posizionato sostanzialmente sulla superficie 30 del pezzo da lavorare 3. It is assumed that at the initial instant t0 the measurement module 20 is configured so that it has memorized the initial value λ0 (equal for example to 1.3 µm) of the wavelength of the second measurement radiation 16 and has memorized the initial value n0 of the refractive index of the lens 2, corresponding to the nominal focal distance f0 (of the lens 2) in which the focus F is substantially positioned on the surface 30 of the workpiece 3.
All’istante t1(maggiore di t0) la sorgente laser di lavoro 1 genera la radiazione di lavoro 5 avente una potenza P0. At the instant t1 (greater than t0) the working laser source 1 generates the working radiation 5 having a power P0.
All’istante t2(maggiore di t1) la lente 2 riceve almeno una parte della radiazione di lavoro 5 e trasmette la radiazione di lavoro focalizzata 6 verso il pezzo da lavorare 3: in particolare, la lente 2 ha il fuoco F0posizionato sostanzialmente sulla superficie 30 del pezzo da lavorare 3 e quindi la radiazione di lavoro focalizzata 6 converge con la massima potenza nel fuoco F0che coincide con il punto di lavorazione della superficie 30. At the instant t2 (greater than t1) the lens 2 receives at least a part of the working radiation 5 and transmits the focused working radiation 6 towards the workpiece 3: in particular, the lens 2 has the focus F0 substantially positioned on the surface 30 of the workpiece 3 and therefore the focused working radiation 6 converges with the maximum power in the focus F0 which coincides with the machining point of the surface 30.
All’istante t3(maggiore di t2) la sorgente laser del modulo di misurazione laser 10 trasmette verso la lente 2 la prima radiazione di misurazione 12. At the instant t3 (greater than t2) the laser source of the laser measurement module 10 transmits the first measurement radiation 12 to the lens 2.
All’istante t4(maggiore di t3) la lente 2 riceve almeno una parte della prima radiazione di misurazione 12 e, in funzione di questa, genera la seconda radiazione di misurazione 16 che attraversa la porzione 8 della lente 2, in cui la lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 ha il valore iniziale λ0. At the instant t4 (greater than t3) the lens 2 receives at least a part of the first measurement radiation 12 and, as a function of this, generates the second measurement radiation 16 which passes through the portion 8 of the lens 2, in which the length d The wave of the second measurement radiation 16 has the initial value λ0.
All’istante t5(maggiore di t4) la lente 2 trasmette la terza radiazione di misurazione 13 generata dalla seconda radiazione di misurazione 16. At the instant t5 (greater than t4) the lens 2 transmits the third measurement radiation 13 generated by the second measurement radiation 16.
All’istante t6(maggiore di t5) l’obiettivo di misurazione 11 riceve almeno una parte della seconda radiazione di misurazione 13 e la riflette (almeno in parte) generando la radiazione di misurazione riflessa 14. At the instant t6 (greater than t5) the measurement target 11 receives at least a part of the second measurement radiation 13 and reflects it (at least in part) generating the reflected measurement radiation 14.
All’istante t7(maggiore di t6) la lente 2 riceve almeno una parte della radiazione di misurazione riflessa 14 e, in funzione di questa, genera la prima radiazione di misurazione inversa 17 che attraversa la porzione 8 della lente 2. At the instant t7 (greater than t6) the lens 2 receives at least a part of the reflected measurement radiation 14 and, as a function of this, generates the first inverse measurement radiation 17 which passes through the portion 8 of the lens 2.
All’istante t8(maggiore di t7) la lente 2 trasmette la seconda radiazione di misurazione inversa 15 generata dalla prima radiazione di misurazione inversa 17. At the instant t8 (greater than t7) lens 2 transmits the second inverse measurement radiation 15 generated by the first inverse measurement radiation 17.
All’istante t9(maggiore di t8) il sensore ottico del modulo di misurazione laser 10 rivela almeno una parte della seconda radiazione di misurazione inversa 15 e genera il segnale variazione di lunghezza d’onda S∆λavente un valore sostanzialmente nullo indicativo del fatto che la lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17 non hanno subito nessuna variazione rispetto al valore iniziale λ0. At the instant t9 (greater than t8) the optical sensor of the laser measurement module 10 detects at least a part of the second inverse measurement radiation 15 and generates the wavelength variation signal S∆λ having a substantially null value indicative of the fact that the wavelength of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17 did not undergo any variation with respect to the initial value λ0.
All’istante t10(maggiore di t9) il modulo di misurazione 20 riceve dal sensore ottico del modulo di misurazione laser 10 il segnale S∆λavente il valore sostanzialmente nullo, effettua una misura della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2 in base alla formula (1) e genera il segnale misura della variazione indice di rifrazione S∆navente un valore sostanzialmente nullo indicativo del fatto che non c’è stata nessuna variazione dell’indice di rifrazione della lente 1 rispetto al valore iniziale n0. At the instant t10 (greater than t9) the measurement module 20 receives from the optical sensor of the laser measurement module 10 the signal S∆λ having the substantially null value, it measures the variation of the refractive index n of the lens 2 on the basis to formula (1) and generates the measurement signal of the refractive index variation S∆navente a substantially null value indicative of the fact that there has been no variation of the refractive index of the lens 1 with respect to the initial value n0.
Vantaggiosamente, all’istante t10il modulo di misurazione 20 effettua una stima della variazione della distanza focale della lente 2 in base alla formula (2) e genera anche il segnale stima della variazione della distanza focale S∆favente un valore sostanzialmente nullo indicativo del fatto che non c’è stata nessuna variazione sostanziale della distanza focale della lente 2 rispetto al valore nominale f0. Advantageously, at the instant t10 the measurement module 20 makes an estimate of the variation of the focal distance of the lens 2 on the basis of formula (2) and also generates the estimate signal of the variation of the focal distance S∆f having a substantially null value indicative of the fact that there was no substantial change in the focal distance of lens 2 from the nominal value f0.
Si osservi che gli istanti temporali da t0a t10sono stati introdotti per poter spiegare l’invenzione, ma nella realtà l’intervallo temporale compreso fra t0e t10può durare pochi millisecondi. It should be noted that the time instants from t0 to t10 have been introduced in order to explain the invention, but in reality the time interval between t0 and t10 can last a few milliseconds.
All’istante t11(maggiore di t10) la sorgente laser di lavoro 1 genera la radiazione di lavoro 5 avente una potenza P1maggiore di P0, che causa una elevata variazione della temperatura (ad esempio, una variazione di 50 °C) della porzione 8 della lente 2 e quindi l’indice di rifrazione n della porzione 8 della lente 2 è affetto da una variazione ∆n1non trascurabile, che causa una variazione non trascurabile della distanza focale nominale f0della lente 2: ad esempio il fuoco F0si sposta nella posizione F1che non coincide con la superficie 30 del pezzo da lavorare 3, ma è posta esternamente alla superficie 30 del pezzo da lavorare 3, come mostrato schematicamente in figura 1. At the instant t11 (greater than t10) the working laser source 1 generates the working radiation 5 having a power P1 greater than P0, which causes a high variation of the temperature (for example, a variation of 50 ° C) of the portion 8 of the lens 2 and therefore the refractive index n of the portion 8 of the lens 2 is affected by a non-negligible variation ∆n1, which causes a non-negligible variation of the nominal focal distance f0 of the lens 2: for example the focus F0 moves to the position F1 which does not coincide with the surface 30 of the workpiece 3, but is located outside the surface 30 of the workpiece 3, as shown schematically in Figure 1.
All’istante t12(maggiore di t11) la lente 2 riceve almeno una parte della radiazione di lavoro 5 e trasmette la radiazione di lavoro focalizzata 6 verso il pezzo da lavorare 3: in particolare, la radiazione di lavoro focalizzata 6 converge nel fuoco F1posizionato esternamente alla superficie 30 del pezzo da lavorare 3. At the instant t12 (greater than t11) the lens 2 receives at least a part of the working radiation 5 and transmits the focused working radiation 6 towards the workpiece 3: in particular, the focused working radiation 6 converges in the externally positioned focus F1 to the surface 30 of the workpiece 3.
All’istante t13(maggiore di t12) la sorgente laser del modulo di misurazione laser 10 trasmette verso la lente 2 la prima radiazione di misurazione 12. At the instant t13 (greater than t12) the laser source of the laser measurement module 10 transmits the first measurement radiation 12 to the lens 2.
All’istante t14(maggiore di t13) la lente 2 riceve almeno una parte della prima radiazione di misurazione 12 e, in funzione di questa, genera la seconda radiazione di misurazione 16 che attraversa la porzione 8 della lente 2, in cui la lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 ha una variazione ∆λ1(rispetto al valore iniziale λ0) causata dalla variazione della temperatura della porzione 8 della lente 2. At the instant t14 (greater than t13) the lens 2 receives at least a part of the first measurement radiation 12 and, as a function of this, generates the second measurement radiation 16 which passes through the portion 8 of the lens 2, in which the length d The wave of the second measurement radiation 16 has a variation ∆λ1 (with respect to the initial value λ0) caused by the variation of the temperature of the portion 8 of the lens 2.
All’istante t15(maggiore di t14) la lente 2 trasmette la terza radiazione di misurazione 13 generata dalla seconda radiazione di misurazione 16. At the instant t15 (greater than t14) the lens 2 transmits the third measurement radiation 13 generated by the second measurement radiation 16.
All’istante t16(maggiore di t15) l’obiettivo di misurazione 11 riceve almeno una parte della seconda radiazione di misurazione 13 e la riflette (almeno in parte) generando la radiazione di misurazione riflessa 14. At the instant t16 (greater than t15) the measurement target 11 receives at least a part of the second measurement radiation 13 and reflects it (at least in part) generating the reflected measurement radiation 14.
All’istante t17(maggiore di t16) la lente 2 riceve almeno una parte della radiazione di misurazione riflessa 14 e, in funzione di questa, genera la prima radiazione di misurazione inversa 17 che attraversa la porzione 8 della lente 2, in cui anche la lunghezza d’onda della prima radiazione di misurazione inversa 17 ha la variazione ∆λ1(rispetto al valore iniziale λ0) causata dalla variazione della temperatura della lente 8. At the instant t17 (greater than t16) the lens 2 receives at least a part of the reflected measurement radiation 14 and, as a function of this, generates the first inverse measurement radiation 17 which passes through the portion 8 of the lens 2, in which the wavelength of the first inverse measurement radiation 17 has the variation ∆λ1 (with respect to the initial value λ0) caused by the variation of the temperature of the lens 8.
All’istante t18(maggiore di t19) la lente 2 trasmette la seconda radiazione di misurazione inversa 15 generata dalla prima radiazione di misurazione inversa 17. At the instant t18 (greater than t19) the lens 2 transmits the second inverse measurement radiation 15 generated by the first inverse measurement radiation 17.
All’istante t19(maggiore di t18) il sensore ottico del modulo di misurazione laser 10 rivela almeno una parte della seconda radiazione di misurazione inversa 15 e genera il segnale S∆λavente un valore ∆λ1indicativo di una variazione ∆λ1rispetto al valore iniziale λ0della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17. At the instant t19 (greater than t18) the optical sensor of the laser measurement module 10 detects at least a part of the second inverse measurement radiation 15 and generates the signal S∆λ having a value ∆λ1 indicative of a variation ∆λ1 with respect to the initial value λ0 of the length waveform of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17.
All’istante t20(maggiore di t19) il modulo di misurazione 20 riceve dal sensore ottico del modulo di misurazione laser 10 il segnale S∆λavente il valore ∆λ1, effettua una misura ∆n1della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2 in base alla formula (1) e genera il segnale misura della variazione dell’indice di rifrazione S∆navente un valore ∆n1indicativo di una variazione ∆n1dell’indice di rifrazione della lente 1 rispetto al valore iniziale n0. At the instant t20 (greater than t19) the measurement module 20 receives from the optical sensor of the laser measurement module 10 the signal S∆λ having the value ∆λ1, it measures ∆n1 of the variation of the refractive index n of the lens 2 in based on formula (1) and generates the measurement signal of the variation of the refractive index S∆navente a value ∆n1 indicative of a variation ∆n1 of the refractive index of the lens 1 with respect to the initial value n0.
Vantaggiosamente, all’istante t21il modulo di misurazione 20 effettua una stima della variazione della distanza focale della lente 2 in base alla formula (2) e genera anche il segnale di stima variazione distanza focale S∆favente un valore uguale a ∆f1indicativo di una variazione della distanza focale della lente 2 dal valore nominale f0al valore (f0+∆f1) corrispondente al fuoco F1. Advantageously, at the instant t21 the measurement module 20 makes an estimate of the variation of the focal distance of the lens 2 on the basis of formula (2) and also generates the estimate signal of the focal distance variation S∆f having a value equal to ∆f1 indicative of a variation of the focal distance of the lens 2 from the nominal value f0 to the value (f0 + ∆f1) corresponding to the focus F1.
Si osservi che gli istanti temporali da t11a t21sono stati introdotti per poter spiegare l’invenzione, ma nella realtà l’intervallo temporale compreso fra t11e t21può durare pochi millisecondi. It should be noted that the time instants from t11 to t21 have been introduced in order to explain the invention, but in reality the time interval between t11 and t21 can last a few milliseconds.
Con riferimento alla figura 2, viene mostrato un sistema 60 per la misurazione della variazione dell’indice di rifrazione di una lente 2 secondo una seconda realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 2, a system 60 is shown for measuring the variation of the refractive index of a lens 2 according to a second embodiment of the invention.
Si osservi che blocchi e segnali con funzione uguale o simile sono indicati nel sistema 60 con gli stessi riferimenti del sistema 50. It should be noted that blocks and signals with the same or similar function are indicated in system 60 with the same references as in system 50.
Il sistema 60 comprende ulteriormente: System 60 further includes:
- un modulo di misurazione laser di ridondanza 40 avente la stessa funzione del modulo di misurazione laser 10, in cui il modulo di misurazione laser di ridondanza 40 è collegato in modo solidale al modulo di misurazione laser 10 per mezzo di un collegamento rigido 43 in modo che uno spostamento del modulo di misurazione laser 10 sia causa un uguale spostamento del modulo di misurazione laser di ridondanza 40; - a laser redundancy measurement module 40 having the same function as the laser measurement module 10, in which the laser redundancy measurement module 40 is integrally connected to the laser measurement module 10 by means of a rigid connection 43 so that a displacement of the laser measurement module 10 causes an equal displacement of the redundancy laser measurement module 40;
- un obiettivo di misurazione di ridondanza 41 avente la stessa funzione dell’obiettivo di misurazione 11, in cui l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41 è collegato in modo solidale all’obiettivo di misurazione 11 per mezzo di un collegamento rigido 42 in modo che uno spostamento dell’obiettivo di misurazione 11 sia causa un uguale spostamento dell’obiettivo di misurazione 41. - a redundancy measurement target 41 having the same function as the measurement target 11, in which the redundancy measurement target 41 is integrally connected to the measurement target 11 by means of a rigid connection 42 so that a displacement of the measuring objective 11 causes an equal displacement of the measuring objective 41.
La sorgente laser di ridondanza del modulo di misurazione laser di ridondanza 40 è tale da trasmettere una radiazione di misurazione di ridondanza 45; inoltre, nel caso di una sorgente laser di ridondanza ad auto-interferenza è tale da ricevere almeno parte di una radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46 generata per mezzo della riflessione di almeno parte della radiazione di misurazione di ridondanza 45 sull’obiettivo di misurazione di ridondanza 41. The redundancy laser source of the redundancy laser measurement module 40 is such as to transmit a redundancy measurement radiation 45; furthermore, in the case of a self-interference redundancy laser source it is such as to receive at least part of a reflected redundancy measurement radiation 46 generated by the reflection of at least part of the redundancy measurement radiation 45 on the measurement target of redundancy 41.
Il sensore ottico di ridondanza del modulo di misurazione laser di ridondanza 40 è tale da rivelare almeno parte della radiazione di misurazione di ridondanza 45 o della radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46 e, in funzione della radiazione rivelata, è tale da generare un segnale S’∆λindicativo di una variazione spuria ∆λ’ della lunghezza d’onda della radiazione di misurazione di ridondanza 45 e/o della radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46; in particolare, detta variazione spuria ∆λ’ della lunghezza d’onda è causata da uno spostamento relativo fra il modulo di misurazione laser di ridondanza 40 e l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41 in seguito ad un uguale spostamento relativo fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11, il quale genera una variazione della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17 di valore uguale alla variazione spuria ∆λ’ della lunghezza d’onda. The optical redundancy sensor of the laser redundancy measurement module 40 is such as to detect at least part of the redundancy measurement radiation 45 or the reflected redundancy measurement radiation 46 and, depending on the detected radiation, is such as to generate a signal S '∆λ indicative of a spurious variation ∆λ' of the wavelength of the redundancy measuring radiation 45 and / or of the reflected redundancy measuring radiation 46; in particular, said spurious variation ∆λ 'of the wavelength is caused by a relative shift between the laser redundancy measurement module 40 and the redundancy measurement target 41 following an equal relative shift between the measurement module laser 10 and the measurement objective 11, which generates a variation of the wavelength of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17 of a value equal to the spurious variation ∆λ 'of the wavelength.
Il modulo di misurazione 20 è tale da ricevere il segnale variazione della lunghezza d’onda S∆λed il segnale variazione spuria della lunghezza d’onda S’∆λe, in funzione di questi, è tale da generare il segnale S∆nmisura della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2. The measurement module 20 is such as to receive the signal variation of the wavelength S∆λ and the spurious variation signal of the wavelength S'∆λe, as a function of these, is such as to generate the signal S∆nmeasure of the variation of the refractive index n of the lens 2.
Il sistema di misurazione 60 ha il vantaggio, rispetto al sistema 50, di minimizzare possibili errori della misura dell’indice di rifrazione della lente 2 (e quindi di minimizzare l’errore di stima della variazione della distanza focale f0), in cui detti errori possono essere causati da spostamenti relativi fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11 lungo la direzione della prima radiazione di misurazione 12 e della seconda radiazione di misurazione inversa 15. Infatti detti spostamenti causano modulazioni di potenza ottica identiche a quelle generate da variazioni spurie della lunghezza d’onda della seconda radiazione di misurazione 16 e della prima radiazione di misurazione inversa 17, generando così un segnale con modulazioni della potenza che contengono componenti spurie, le quali peggiorano la misura della variazione dell’indice di rifrazione. The measurement system 60 has the advantage, with respect to the system 50, of minimizing possible errors in the measurement of the refractive index of the lens 2 (and therefore of minimizing the estimation error of the variation of the focal distance f0), in which said errors can be caused by relative displacements between the laser measurement module 10 and the measurement objective 11 along the direction of the first measurement radiation 12 and of the second inverse measurement radiation 15. In fact, said displacements cause optical power modulations identical to those generated by spurious variations of the wavelength of the second measurement radiation 16 and of the first inverse measurement radiation 17, thus generating a signal with power modulations that contain spurious components, which worsen the measurement of the refractive index variation.
Il funzionamento del sistema di misurazione 60 è analogo a quello del sistema di misurazione 50, con le seguenti differenze. The operation of the measurement system 60 is similar to that of the measurement system 50, with the following differences.
La sorgente laser di ridondanza del modulo di misurazione laser di ridondanza 40 trasmette la radiazione di misurazione di ridondanza 45. The laser redundancy source of the laser redundancy measurement module 40 transmits the redundancy measurement radiation 45.
Successivamente, l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41 riceve la radiazione di misurazione di ridondanza 45 e la riflette (almeno in parte) generando la radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46. Subsequently, the redundancy measurement target 41 receives the redundancy measurement radiation 45 and reflects it (at least in part) generating the reflected redundancy measurement radiation 46.
Successivamente, il sensore ottico di ridondanza del modulo di misurazione laser di ridondanza 40 rivela almeno una parte della radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46 e genera il segnale variazione spuria della lunghezza d’onda S’∆λavente un valore sostanzialmente nullo indicativo del fatto che non ci sono stati spostamenti relativi fra il modulo di misurazione laser di ridondanza 40 e l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41; di conseguenza, non ci sono stati spostamenti relativi fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11. Thereafter, the optical redundancy sensor of the laser redundancy measurement module 40 detects at least a part of the reflected redundancy measurement radiation 46 and generates the spurious wavelength variation signal S'∆λ having a substantially null value indicative of the fact that there were no relative shifts between the laser redundancy measurement module 40 and the redundancy measurement target 41; consequently, there were no relative displacements between the laser measurement module 10 and the measurement target 11.
Il modulo di misurazione 20 riceve il segnale variazione spuria della lunghezza d’onda S’∆λavente un valore sostanzialmente nullo e rileva quindi che non ci sono stati spostamenti relativi fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11: il modulo di misurazione 20 effettua la misura della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2 analogamente a quanto spiegato per la prima realizzazione dell’invenzione. The measurement module 20 receives the signal spurious variation of the wavelength S'∆λ having a substantially null value and therefore detects that there have been no relative displacements between the laser measurement module 10 and the measurement objective 11: the module measuring device 20 measures the variation of the refractive index n of the lens 2 in the same way as explained for the first embodiment of the invention.
In caso di uno spostamento relativo fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11, avviene un uguale spostamento relativo fra il modulo di misurazione laser di ridondanza 40 e l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41. In the event of a relative shift between the laser measurement module 10 and the measurement target 11, an equal relative shift occurs between the laser redundancy measurement module 40 and the redundancy measurement target 41.
In questo caso, la sorgente laser di ridondanza del modulo di misurazione laser di ridondanza 40 trasmette la radiazione di misurazione di ridondanza 45. In this case, the redundancy laser source of the redundancy laser measurement module 40 transmits the redundancy measurement radiation 45.
Successivamente, l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41 riceve la radiazione di misurazione di ridondanza 45 e la riflette (almeno in parte) generando la radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46. Subsequently, the redundancy measurement target 41 receives the redundancy measurement radiation 45 and reflects it (at least in part) generating the reflected redundancy measurement radiation 46.
Successivamente, il sensore ottico di ridondanza del modulo di misurazione laser 40 rivela almeno una parte della radiazione di misurazione riflessa di ridondanza 46 e genera il segnale variazione spuria della lunghezza d’onda S’∆λavente il valore ∆λ’ indicativo del fatto che c’è stato uno spostamento relativo fra il modulo di misurazione laser di ridondanza 40 e l’obiettivo di misurazione di ridondanza 41; di conseguenza, c’è stato uno spostamento relativo di uguale valore fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11. Subsequently, the optical redundancy sensor of the laser measurement module 40 detects at least a part of the reflected redundancy measurement radiation 46 and generates the signal spurious variation of the wavelength S'∆λ having the value ∆λ 'indicative of the fact that c there was a relative shift between the laser redundancy measurement module 40 and the redundancy measurement target 41; consequently, there was a relative shift of equal value between the laser measurement module 10 and the measurement target 11.
Il modulo di misurazione 20 riceve il segnale variazione spuria della lunghezza d’onda S’∆λavente il valore ∆λ’ e rileva quindi che c’è stato uno spostamento relativo fra il modulo di misurazione laser 10 e l’obiettivo di misurazione 11: il modulo di misurazione 20 effettua la misura della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2 tenendo in considerazione sia il segnale variazione della lunghezza d’onda S∆λ, sia il segnale variazione spuria della lunghezza d’onda S’∆λavente il valore ∆λ’. In particolare, quando il modulo di misurazione laser 10 genera il segnale variazione della lunghezza d’onda S∆λuguale a ∆λ (in seguito ad una variazione della temperatura della porzione 8 della lente 2, come spiegato in precedenza per la prima realizzazione dell’invenzione), il valore ∆λ’ viene sottratto dal valore ∆λ in modo da eliminare la variazione spuria ∆λ’ della lunghezza d’onda: in questo modo il modulo di misurazione 20 genera la misura della variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2 tenendo in considerazione solo la variazione della lunghezza d’onda causata dalla variazione dell’indice di rifrazione n della lente 2. The measuring module 20 receives the signal spurious variation of the wavelength S'∆λ having the value ∆λ 'and therefore detects that there has been a relative shift between the laser measuring module 10 and the measuring target 11: the measurement module 20 measures the variation of the refractive index n of the lens 2 taking into account both the signal variation of the wavelength S∆λ and the spurious variation signal of the wavelength S'∆λ having the value ∆λ '. In particular, when the laser measurement module 10 generates the signal variation of the wavelength S∆λ equal to ∆λ (following a variation of the temperature of the portion 8 of the lens 2, as explained above for the first realization of the invention), the value ∆λ 'is subtracted from the value ∆λ in order to eliminate the spurious variation ∆λ' of the wavelength: in this way the measurement module 20 generates the measurement of the variation of the refractive index n of the lens 2 taking into account only the variation of the wavelength caused by the variation of the refractive index n of the lens 2.
Vantaggiosamente, il sistema di misurazione 50 (o 60) comprende ulteriormente un controllore ed un dispositivo di movimentazione (non mostrati nelle figure) aventi la funzione di compensare la variazione ∆f della distanza focale nominale f0della lente 2. Con riferimento ai passi temporali del funzionamento sopra descritto, tale compensazione viene effettuata ad un istante t22(successivo all’istante t21). Advantageously, the measuring system 50 (or 60) further comprises a controller and a movement device (not shown in the figures) having the function of compensating for the variation ∆f of the nominal focal distance f0 of the lens 2. With reference to the time steps of operation described above, this compensation is carried out at an instant t22 (subsequent to the instant t21).
Il controllore è tale da ricevere il segnale di stima S∆findicativo di una stima della variazione ∆f rispetto alla distanza focale nominale f0della lente 2 e, in funzione di questo, è tale da generare un segnale di controllo per effettuare la compensazione secondo le seguenti soluzioni. The controller is such as to receive the estimate signal S∆f indicative of an estimate of the variation ∆f with respect to the nominal focal distance f0 of the lens 2 and, as a function of this, it is such as to generate a control signal to perform the compensation according to the following solutions.
In base ad una prima soluzione di compensazione, il dispositivo di movimentazione del sistema 50 (o 60) è tale da consentire il movimento del sistema 50 (o 60) lungo un asse nella direzione della radiazione di lavoro 5. Il controllore riceve il segnale di stima S∆fe, in funzione di questo, genera il segnale di controllo per effettuare il movimento del sistema 50 (o 60) lungo l’asse nella direzione della radiazione di lavoro 5 allo scopo di correggere la posizione del fuoco. Nell’esempio considerato di spostamento del fuoco da F0a F1, questo è ottenuto muovendo il sistema 50 (o 60) lungo l’asse nella direzione della radiazione di lavoro 5 in modo da spostare il fuoco dalla posizione del fuoco F1alla posizione del fuoco F0. According to a first compensation solution, the movement device of the system 50 (or 60) is such as to allow the movement of the system 50 (or 60) along an axis in the direction of the working radiation 5. The controller receives the signal of estimation S∆fe, as a function of this, generates the control signal to effect the movement of the system 50 (or 60) along the axis in the direction of the working radiation 5 in order to correct the position of the focus. In the example considered of shifting the focus from F0 to F1, this is achieved by moving the system 50 (or 60) along the axis in the direction of the working radiation 5 in order to move the focus from the position of the focus F1 to the position of the focus F0.
In base ad una seconda soluzione di compensazione, il sistema 50 (o 60) comprende ulteriormente un sistema di attuazione della lente 2 avente la funzione di effettuare uno spostamento della lente 2. Il controllore riceve il segnale di stima S∆fe, in funzione di questo, genera il segnale di controllo, che viene ricevuto dal sistema di attuazione della lente 2: il sistema di attuazione effettua, in funzione del segnale di controllo, lo spostamento della lente 2 nella direzione della radiazione di lavoro 5 in modo da correggere la posizione del fuoco. Nell’esempio considerato di spostamento del fuoco da F0a F1, questo è ottenuto spostando la lente 2 in modo da spostare il fuoco dalla posizione del fuoco F1alla posizione del fuoco F0. According to a second compensation solution, the system 50 (or 60) further comprises an actuation system of the lens 2 having the function of effecting a shift of the lens 2. The controller receives the estimation signal S∆fe, as a function of this generates the control signal, which is received by the actuation system of the lens 2: the actuation system carries out, as a function of the control signal, the displacement of the lens 2 in the direction of the working radiation 5 so as to correct the position of fire. In the example considered of shifting the focus from F0 to F1, this is achieved by moving the lens 2 in order to move the focus from the focus position F1 to the focus position F0.
In base ad una terza soluzione di compensazione, il sistema di misurazione 50 (o 60) comprende ulteriormente un dispositivo di attuazione per effettuare lo spostamento della superficie 30 del pezzo da lavorare 3. Il controllore riceve il segnale di stima S∆fe, in funzione di questo, genera il segnale di controllo il quale viene ricevuto dal dispositivo di attuazione, che effettua lo spostamento della superficie 30 del pezzo da lavorare 3 nella posizione di lavoro nominale lungo la direzione della radiazione di lavoro 5. Nell’esempio considerato di spostamento del fuoco da F0a F1, questo è ottenuto spostando il punto della superficie 30 del pezzo da lavorare 3 dalla posizione del fuoco F0alla posizione del fuoco F1. According to a third compensation solution, the measuring system 50 (or 60) further comprises an actuation device for effecting the displacement of the surface 30 of the workpiece 3. The controller receives the estimation signal S∆fe, in operation of this, it generates the control signal which is received by the actuation device, which moves the surface 30 of the workpiece 3 to the nominal working position along the direction of the working radiation 5. In the example considered, the displacement of the focus from F0 to F1, this is achieved by moving the surface point 30 of the workpiece 3 from the focus position F0 to the focus position F1.
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