KR102571474B1 - 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

작업편의 제어되는 기계가공을 위한 방법 및 장치가 설명된다. 설명되는 이 방법에 따르면, 레이저 광 빔이 레이저 초점을 생성하기 위해 가공되는 작업편의 목표점 상에 포커싱된다. 나아가, 이 방법에 따르면, 거리 측정 데이터가 가공되는 작업편 상의 목표점과 레이저 광학 조준기 사이의 거리를 결정하기 위해 광학 거리 측정 장치를 이용해 수집된다. 이 방법은 수집된 거리 측정 데이터에 기초하여 레이저 초점과 관련하여 가공되는 작업편의 포지셔닝을 포함한다. 이 거리 측정 장치는 측정 광의 생성을 위한 측정 광원을 가지고 또한 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템을 갖는 공초점 광학 거리 측정 장치로서 설계되고, 이 방법은 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리 값들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 변화를 포함한다.

Description

작업편의 제어되는 기계가공을 위한 방법 및 장치
이 개시는 작업편의 레이저 기계가공을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 개시는 특히, 작업편의 정확한 레이저 기계가공을 보장하기 위해 기계가공되는 작업편의 포지셔닝의 제어를 포함하는 작업편의 레이저 기계가공을 위한 방법에 관한 것이다.
작업편들을 레이저 빔 또는 레이저 광 빔을 이용해 기계가공하는 방법들이 알려져 있다. 이러한 방법들을 수행하는 장치들 또한 알려져 있다. 레이저 빔을 이용한 작업편의 정확한 기계가공을 보장하기 위해 작업편을 정확하게 위치시키거나 또는 대응하는 레이저 기계가공 장치들을 정확하게 조정하는 것이 필요하다. 이것은 알려진 방법들 및 알려진 장치들에서만 제한된 범위에서 가능하다.
이 개시의 실시예들의 일 목적은 고도의 기계가공 정확도 및 장치의 단순한 구조를 특징으로 하는, 작업편들의 제어되는 레이저 기계가공을 위한 개선된 방법 및 개선된 장치를 제공하는 데 있다.
이 목적을 달성하기 위해, 제1 측면에 따르면, 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 레이저 광학 조준기를 이용해 기계가공되는 작업편 상의 목표점에 레이저 초점을 생성하기 위해 레이저 빔 또는 기계가공 광 빔의 포커싱을 포함한다. 특히, YAG 레이저 또는 섬유 레이저와 같은, 근적외선 스펙트럼 범위에서 방출하는 고체-상태 레이저, 또는 예를 들어 CO2 레이저와 같은, 기체 레이저가 레이저 빔을 생성하는 데 사용될 수 있다.
레이저 광학 조준기는, 특히 레이저 빔을 정렬시켜 정확히 포커싱되는 것을 허용하는 포커싱 및 정렬 렌즈 시스템으로서 설계될 수 있다. 레이저 광학 조준기는, 특히 레이저 빔 스캐너로서, 구체적으로는 갈보 스캐너로서 설계될 수 있는데, 이것은 전기적으로 작동되는 미러들을 이용해 레이저 빔을 정렬시키는 것이 가능하다.
이 방법은 기계가공되는 상기 작업편 상의 목표점과 상기 레이저 광학 조준기 또는 레이저 광학 조준기의 기준 평면 또는 그 위의 고정된 기준점 사이의 거리를 결정하기 위해 광학 거리 측정 장치 또는 광학 센서를 이용한 거리 측정 데이터의 수집을 포함한다.
이 방법은 또한 포커싱된 상기 레이저 빔을 이용해 기계가공되는 상기 작업편 상의 목표점의 기계가공을 포함한다. 이 기계가공은 특히, 레이저 용접, 레이저 절단 및/또는 다른 레이저 기계가공 프로세스를 포함할 수 있다.
이 방법에 따르면, 상기 거리 측정 장치는 가변-초점-거리 렌즈 시스템 또는 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템을 갖는 공초점 광학 거리 측정 장치로서 설계되고, 상기 방법은 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리 값들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 변화를 포함한다.
시간에 따라 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 변화시킴으로써, 원하는 측정 범위를 정의하기 위해 최소 초점 거리와 최대 초점 거리 사이에서 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 변화시키는 것이 가능하다. 특히, 측정 범위는 긴 초점 거리 또는 작은 수의 개구(aperture)를 갖는 레이저 기계가공 장치들에서조차 공초점 광학 센서를 이용해 레이저 광학 조준기와 가공되는 작업편 상의 목표점 사이의 거리를 정확하게 결정하는 것이 가능하도록 정의되거나 또는 구체화될 수 있다. 작업편은 결정된 거리 측정 데이터를 이용해 제어되고 정확한 방식으로 기계가공될 수 있다.
가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템을 이용해 광학적 분산이 없거나 단지 미미한 정도로만 있는 광학 요소들을 가지고 거리 측정을 수행하는 것 또한 가능하고, 이로써 특히 전혀 또는 작은 광학적 분산을 보여주는, 레이저 빔을 안내하도록 제공되는 광학 요소들은 측정 광의 빔을 안내하는 데 이용될 수 있다.
이 방법은 또한 수집된 상기 거리 측정 데이터에 기초하여 상기 레이저 초점과 관련하여 기계가공되는 상기 작업편의 포지셔닝을 더 포함할 수 있다. 이 기계가공되는 작업편의 포지셔닝은 전체 레이저 기계가공 장치의 또는 작업편의 공간적 위치 및/또는 공간적 정렬에 있어서의 변화를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 포지셔닝은 레이저 빔의 리-포커싱을 포함할 수 있다. 따라서 필요하다면, 기계가공되는 작업편의 정확한 기계가공을 허용하기 위해 기계가공되는 작업편을 재위치시키거나 또는 레이저를 재조정하는 것이 가능하다.
레이저 기계가공 장치의 레이저 광학 조준기는 거리 측정 장치의 측정 렌즈 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 특히, 측정 광은 레이저 광 빔의 빔 경로로 결합되어 특정 부분들에서 적어도 측정 광 빔이 레이저 광 빔과 동일 축상에서 이동할 수 있다.
거리 측정 장치의 측정 렌즈 시스템에 있어서 레이저 기계가공 장치의 레이저 광학 조준기를 이용함으로써 이 방법을 수행하는 데 필요한 광학 구성요소들의 수를 감소시켜 이로써 광학적 셋-업을 단순화하는 것이 가능하다. 또한 단순히 거리 센서를, 특히 기존의 레이저 기계가공 시스템에 통합하는 것도 가능하다.
이 방법의 단계들 중 적어도 일부는 기계가공되는 작업편 상의 복수의 목표점들에서 수행되거나 또는 반복될 수 있다. 복수의 점들에서 이 방법의 단계들을 반복하는 것에 의해 재점검하고, 또한 필요하다면, 기계가공되는 작업편의 포지셔닝을 교정하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 거리 측정 데이터의 수집은 상기 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기의 수집을 포함하고, 상기 거리는 상기 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기의 시간 곡선을 이용해 결정된다.
가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 제어되는 변화의 경우에 있어서 특히, 세기가 수집되는 시간들을 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 특정 초점 거리들에 이로써 측정 광 초점의 위치들에 할당하는 것이 가능하다. 이로부터 그후 레이저 광학 조준기와 목표점 사이의 거리를 추정하는 것이 가능하다. 세기에 있어서 최대는 측정 광의 초점 평면이 기계가공되는 작업편 또는 측정 물체의 표면과 일치할 때 발생한다. 이러한 경우에 있어서 기계가공되는 작업편의 표면 상에 발생되는 측정 광 스폿(measuring light spot)은 측정 광원에 대한 광-출구 다이어프램(light-exit diaphragm)으로도 행동하는, 광검출기 측 상에 배치되는 다이어프램 또는 광-결합 점(light-coupling point) 상에서 거리 측정 장치의 공초점 광 안내로 인해 이미징되고, 또한 세기 최대는 이로써 광검출기에 의해 검출된다.
광대역 적외선 광, 특히 근적외선 광은 측정 광으로 사용될 수 있다. 특히, 900 nm와 1000 nm 사이, 특히 940 nm와 960 nm 사이의 피크 파장, 및 40 nm와 60 nm 사이, 특히 45 nm와 55 nm 사이의 스펙트럼 반치전폭(FWHM, full width at half maxinum)을 갖는 근적외선 LED(Light-Emitting Diode)가 측정 광을 생성하는 데 사용될 수 있다.
이러한 종류의 LED 측정 광은 방해 간섭(disruptive interference) 및 스펙클 효과들(speckle effects)을 제거하거나 또는 감소시키기에 충분히 광대역이다. 대조적으로, 이러한 종류의 LED 측정 광은 색 초점 이동(chromatic focus shift)과 같은 원하지 않는 분산 효과들(dispersion effects)을 억제하거나 또는 최소화하기에 충분히 협대역이다.
이에 더하여, 근적외선 측정 광을 이용한 거리 측정에 있어서 레이저 기계가공 장치의 광학 구성요소들, 예를 들어 근적외선 스펙트럼 범위를 위해 설계되어 있는, 레이저 광학 조준기의 미러들 및/또는 렌즈들을 이용하는 것이 가능하다.
상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 변화는 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 튜닝, 특히 주기적 튜닝을 포함할 수 있다. 초점 거리를 튜닝할 때, 최소 초점 거리와 최대 초점 거리 사이의 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리 범위는 측정 렌즈 시스템의 초점이 광학 센서의 전체 측정 범위를 스캔하도록 커버된다. 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 주기적 튜닝으로 인해, 수집된 거리 측정 데이터의 평가를 초점 거리의 시간에 따른 변화와 동기화시켜 수집된 측정 데이터의 결정되어야 하는 거리들에 명확하고 신뢰할 수 있는 할당을 제공하는 것이 가능하게 된다. 특히, 한 주기에서 또는 측정 광의 초점 거리에 있어서의 변화를 이용하는 한 측정 주기에서 하나의, 기계가공되는 측정 물체의 표면까지의 거리 또는 거리 값를 결정하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에 있어서 측정 빔 초점은 한 주기 내 2 개의 서로 다른 시간에 측정 물체 또는 기계가공되는 작업편의 표면 상에 놓이게 되고 이로써 기계가공되는 작업편의 표면 상에서 측정 광 스폿으로부터의 반사가 섬유 끝단 또는 광-결합 점에 선명하게 이미징되어, 광검출기에 의해 수집되는 광의 세기 최대값으로 귀결된다. 광검출기에 의해 수집되는 광의 세기 최대값이 관찰되는 시간들을 이용해, 기계가공되는 작업편까지의 거리는 미리 알려져 있거나 또는 캘리브레이션 측정을 이용해 결정될 수 있는 주기 점들과 측정 광의 초점의 위치들 사이의 관계를 이용해 결정될 수 있다.
상기 방법은 주기 점(cycle point)과 거리 사이의 관계를 결정하기 위해 캘리브레이션 측정의 수행을 더 포함한다. 캘리브레이션 측정에 의해 결정되는 주기 점과 거리의 관계는 거리 측정 데이터의 평가의 신뢰도 및 정확도를 개선시킬 수 있어 한 주기 내 최대 세기의 시간으로부터 명확하고 신뢰할 수 있게 결정되도록 거리를 계산하는 것이 가능하다.
상기 캘리브레이션 측정은, 특히 한 주기 내 서로 다른 시간들에서, 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 하류(downstream)에 배치되는 반달 렌즈(meniscus lens)의 반사들(reflexes)의 수집을 포함할 수 있다. 반달 렌즈는 하나의 오목한 표면 및 하나의 볼록한 표면을 가진다. 반달 렌즈는, 특히 가변-초점-거리 렌즈 시스템을 튜닝할 때 오목한 표면에 의해 역 반사되는 광 및 볼록한 표면에 의해 역 반사되는 광이 광-결합 점 상에 번갈아(alternately) 집중되어, 광의 측정가능한 세기 피크가 광섬유로 제공되는 것을 야기하도록, 배치될 수 있다. 튜닝 주기 내 이 피크의 시간 위치들은 가변-초점-거리 렌즈 시스템의 잘 정의된 초점 거리들에 대응하여 가변-초점-거리 렌즈 시스템 또는 거리 측정 장치가 이 세기 피크 또는 캘리브레이션 피크의 시간 위치들을 이용해 정확하게 캘리브레이션될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서 캘리브레이션 측정은 스캐너 또는 레이저 광학 조준기의 측면 위치들의 2-차원 그리드의 측정을 포함한다. 2-차원 그리드에서 수집되는 거리 측정 데이터는 그후 거리 측정 장치를 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다.
상기 거리 측정 데이터의 수집은 상기 목표점에서 복수의 점들 또는 측정 점들에서 발생할 수 있다. 이러한 맥락에서, 목표점에의 측정 점의 배치는 측정점이 목표점 상에 또는 그 주위에 배치될 수 있음을 의미한다. 목표점에서 복수의 측정 점들에서 거리 측정 데이터를 수집하는 것에 의해, 평균화(averaging)에 의한 오차에 대한 측정 민감도를 감소시키는 것이 가능하다. 복수의 측정 점들에서 거리 측정 데이터를 수집하는 것에 의해, 스펙클들이 측정 결과들에 미치는 영향을 감소시키는 것 또한 가능하다. 국소적인 세기에 있어서 스펙클들에 의해 야기되는 기계가공되는 작업편에 의해 역 반사되는 광의 요동(fluctuations)은 복수의 측정 점들에서 측정하는 것에 의해 평균되어질 수 있다.
복수의 측정 점들에서 거리 측정 데이터의 수집은 특히 측정 주기 내에서, 순차적으로 또는 차례로 발생할 수 있다. 그러므로 평균 거리를 조속하고 적은 계산 노력으로 결정할 수 있도록 하기 위해 측정 주기 동안 거리 측정 데이터를 서로 다른 측정 점들로부터 수집하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에 있어서 거리 측정 데이터는 목표점에서 스캔 경로를 따라 복수의 점들에서 수집된다. 스캔 경로는, 특히 목표점 거리가 스캔 경로를 따라 수집되는 거리 측정 데이터로부터 추정될 수 있도록 선택될 수 있다.
상기 스캔 경로는 기계가공되는 상기 작업편 상의 상기 목표점을 둘러싸는 원 형태를 취할 수 있다. 특히, 측정 원은 레이저 스폿에 유사한 궤도 반지름을 가질 수 있다. 측정 원을 따라 수집되는 거리 측정 데이터는 평균화를 이용해 측정 오차를 효율적으로 감소시킬 수 있는 데이터베이스를 생산한다.
스캔 경로는 기계가공되는 작업편의 목표점을 중심으로 하는 나선 형태를 취할 수 있다. 특히, 나선의 중심점은 목표점에 일치할 수 있다. 나선 스캔 경로로 인해, 특히 큰 표면 영역으로부터 거리 측정 데이터를 수집하는 것이 가능하고, 이것은 평균화 효과를 강화시키고 또한 방해(disruption)에 대한 측정 민감도를 감소시킬 수 있도록 해준다.
일부 실시예들에 있어서 거리 측정 데이터는 복수의 측정 점들에서 본질적으로 동시에, 특히 한 측정 주기 내에서 수집되고, 또한 상기 거리는 물리적으로 평균화된 거리 측정 데이터를 이용해 결정된다.
거리 측정 데이터의 물리적 평균화는, 특히 이 거리는 예를 들어, 수집된 거리들로부터 평균 거리를 형성하기 위해, 각 측정점에 대하여 별도로 결정되지 않음을 의미한다. 물리적 평균화는 목표점에서 복수의 측정점들에서 수집된 거리 측정 데이터의 전체(totality), 특히 기계가공되는 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기 측정 데이터가 목표점까지의 거리를 결정할 때 포함되어 하나의 거리 값이 측정점들의 전체에 대하여 결정된다는 것을 의미한다.
물리적 평균화로 인해, 목표점 상의 서로 다른 측정점들에서 수집된 거리 측정 데이터의 전체는, 특히 하나의 평가 단계에서, 함께 평가될 수 있고, 이로써 거리 값은 단순하고 빠르게 결정될 수 있다.
상기 측정 광은 복수의 측정점들에서 거리 측정 데이터를 동시에 수집하기 위해, 특히 공초점 다이어프램으로서 설계되는, 복수의 홀들을 가지는 적어도 하나의 쉐도우 마스크를 이용해 복수의 부분 측정 광들로 분기될 수 있다. 그러므로, 적어도 하나의 쉐도우 마스크를 이용해, 단순한 방식으로 복수의 측정점들에서 거리 측정 데이터를 수집하는 데 필요한 부분 측정 광들을 생성하는 것이 가능하다.
상기 부분 측정 광들은 공용 광검출기를 이용해 동시에 수집될 수 있다. 모든 부분 측정 광들에 대한 공용 광검출기의 사용은 복수의 측정점들로부터 거리 측정 데이터의 수집을 단순화한다. 광 세기들 또는 거리 측정 데이터의 물리적 평균화는 공용 광검출기가 서로 다른 측정점들에 의해 역 반사되는 광들을 구별하지 않기 때문에 공용 광검출기에 의한 부분 측정 광들의 수집과 함께 동시에 수행된다. 거리 측정 데이터는 이로써 계산 단계를 수행할 필요 없이 자동으로 평균된다.
제2 측면에 따르면, 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 장치가 제안된다.
상기 장치는 기계가공되는 작업편을 기계가공 또는 레이저 가공하기 위해 레이저 광 빔을 생성하는 레이저 광원을 포함한다. 특히, YAG 레이저 또는 섬유 레이저와 같은, 근-적외선 스펙트럼 범위에서 방출하는 고체-상태 레이저, 또는 예를 들어 CO2 레이저와 같은 기체 레이저가 레이저 빔을 생성하는 데 이용될 수 있다.
상기 장치는 기계가공되는 상기 작업편 상의 목표점에 레이저 광 빔을 레이저 광 초점 상에 포커싱하는 레이저 광학 조준기(laser optical sight)를 더 포함한다. 레이저 광학 조준기는, 특히, 레이저 빔을 정확하게 정렬시키고 포커싱할 수 있는 포커싱 및 정렬 렌즈 시스템으로서 설계될 수 있다. 레이저 광학 조준기는, 특히, 레이저 빔 스캐너로서, 특히 갈보 스캐너로서, 설계될 수 있는데, 이것은 전기적으로 작동되는 미러들을 이용해 레이저 빔을 정렬시키는 것이 가능하다.
상기 장치는 또한 거리 측정 장치에 의해 수집되는 거리 측정 데이터를 이용해 기계가공되는 상기 작업편 상의 목표점과 상기 레이저 광학 조준기 사이의 거리를 결정하는 상기 거리 측정 장치, 및 상기 레이저 광 초점과 관련하여 기계가공되는 상기 작업편을 위치시키고 및/또는 상기 수집된 거리 측정 데이터에 기초하여 레이저를 리-포커싱하는 포지셔닝 장치를 포함한다.
상기 장치는 수집된 상기 거리 측정 데이터를 평가하고 또한 수집된 상기 거리 측정 데이터에 기초하여 상기 포지셔닝 장치를 작동시키도록 설계되는 평가 및 제어 유닛을 더 포함한다.
상기 거리 측정 장치는 측정 광의 생성을 위한 측정 광원을 가지고 또한 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템을 갖는 공초점 광학 거리 측정 장치로서 설계되고, 이로써 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리 값들에서 상기 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 시간에 따라 변화시킬 수 있다.
상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 시간에 따라 변화시킴으로써 거리 측정 장치의 효과적인 측정 범위에 있어서의 증가를 달성하는 것이 가능하고 이로써 레이저 가공 장치들이 긴 초점 거리 또는 작은 수의 개구를 가질 때조차도 공초점 광학 센서를 이용해 레이저 광학 조준기와 기계가공되는 작업편 상의 목표점 사이의 거리를 정확하게 결정하는 것이 가능하다.
가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템은 또한 거리 측정들이 낮은 광학적 분산(optical dispersion)이 있거나 없는 광학 요소들로 수행되도록 허용하고 이로써 특히 없거나 또는 낮은 광학적 분산을 가진, 레이저 빔 안내에 필요한 광학 요소들이 또한 측정 광의 빔 안내를 위해 사용될 수 있게 된다.
상기 거리 측정 장치의 상기 측정 렌즈 시스템은 상기 레이저 광학 조준기의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 거리 측정 장치의 측정 렌즈 시스템을 위해 레이저 광학 조준기를 사용함으로써 장치의 구성을 상당히 단순화시키거나 또는 요구되는 광학 구성요소들의 수를 감소시키는 것이 가능하다. 결과적으로 단순한 방식으로 거리 센서를 기존의 레이저 가공 시스템에 통합하는 것 또한 가능하다.
상기 거리 측정 장치는 기계가공되는 상기 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기를 수집하는 광검출기를 포함할 수 있고 또한 상기 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 수집되는 세기의 시간 곡선을 이용해 거리를 결정하는 것이 가능하도록 설계될 수 있다.
가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 제어되는 변형의 경우에 있어서 특히, 세기 수집 시간들을 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 특정 초점 거리들에 또한 이로써 특정 거리들에 할당하고 이로써 레이저 광학 조준기와 목표점 사이의 거리를 추정하는 것이 가능하다.
광대역 적외선 광원, 특히 근적외선 스펙트럼 범위에서 방출하는 광원이, 측정 광원으로서 사용될 수 있다. 특히, 대략 950 nm의 피크 파장 및 대략 50 nm의 스펙트럼 반치전폭(FWHM, full width at half maxinum)을 갖는 근적외선 LED가 측정 광을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 종류의 LED 측정 광은 방해 간섭(disruptive interference) 및 스펙클 효과들(speckle effects)을 제거하거나 또는 감소시키기에 충분히 광대역이다. 대조적으로, 이러한 종류의 LED 측정 광은 색 초점 이동(chromatic focus shift)과 같은 원하지 않는 분산 효과들(dispersion effects)을 억제하거나 또는 최소화하기에 충분히 협대역이다.
상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템은 조정가능한(tunable), 특히 주기적으로 조정가능한, 측정 렌즈 시스템으로 설계될 수 있다. 초점 거리를 튜닝할 때 최소 초점 거리와 최대 초점 거리 사이의 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리 범위는 측정 렌즈 시스템의 초점이 광학 센서의 전체 측정 범위를 커버하도록 커버된다. 예. +/- 7 mm. 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 주기적으로 튜닝함으로써 평가를 초점 거리의 시간에 따른 변화에 동기화하는 것이 가능하고 이로써 수집된 측정 데이터의 결정된 거리들에의 명확하고 신뢰할 수 있는 할당을 허용하게 된다.
상기 가변-초점-거리 렌즈 시스템은, 특히 상기 거리 측정 장치의 이미징 시스템의 분기 부분(diverging part)에 배치될 수 있다. 분기 부분은 측정 렌즈 시스템이 분기 측정 빔을 형성하는, 거리 측정 장치의 이미징 시스템의 일 부분을 의미한다. 이미징 시스템의 분기 부분에 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템을 위치시키는 것이 가능하고, 특히, 이로써 가변-초점-거리 렌즈 시스템의 선명한 개구의 최적 이용이 허용되게 된다.
상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템은 가변-초점-거리 렌즈를 포함할 수 있다. 가변-초점-거리 렌즈를 이용해, 특히 전기적으로 작동되는 가변-초점-거리 렌즈를 이용해, 단순한 방식으로 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 변경하는 것이 가능하다. 가변-초점-거리 렌즈의 선명한 개구는 1 내지 10 mm, 특히 2 내지 6 mm의 범위 내에 있는 지름을 가질 수 있다. 가변-초점-거리 렌즈는, 특히 이로부터 측정 광이 분기되어 방출되는 광-결합 점 근방에 또는 섬유 끝단 근방에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서 상기 장치는 상기 측정 광을 복수의 부분 측정 광들로 분기시키는 복수의 홀들을 갖는 적어도 하나의 쉐도우 마스크를 포함한다. 부분 측정 광들을 이용해 복수의 측정점들에서 동시에 거리 측정 데이터를 수집하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에 있어서 상기 장치는 상기 측정 광이 커플링 인 및 아웃하는 광-결합 점을 갖는 광섬유를 포함하고, 상기 적어도 하나의 쉐도우 마스크는 상기 광-결합 점에 배치된다. 이 쉐도우 마스크의 배치는 섬유 커플러를 갖는 장치들에 적절하고, 상기 광-결합 점은 상기 측정 광원에 의해 생성되는 광을 커플링 아웃하고 또한 기계가공되는 상기 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광을 커플링 인하도록 설계된다. 이 경우에 있어서, 거리 측정 데이터는 하나의 쉐도우 마스크를 이용해 서로 다른 측정점들에서 단순하게 수집될 수 있다.
특히, 쉐도우 마스크는 광-결합 점 상에 또는 광섬유의 끝단 상에 직접 배치될 수 있다. 광-결합 점 상에의 쉐도우 마스크의 배치는 근본적으로 광-결합 점으로부터 방출되는 측정 광 전체가 쉐도우 마스크에 의해 수집되기 때문에 쉐도우 마스크의 효율적인 이용을 허용한다.
광-결합 점 또는 광섬유의 끝단 및 쉐도우 마스크는 쉐도우 마스크가 본질적으로 완전히 조사되도록 크기가 정해질 수 있다. 이것은 쉐도우의 표면이 특히 효율적으로 이용되도록 허용한다.
일부 실시예들에 있어서 상기 장치는 광-출구 단을 갖는 제1 광섬유 및 광-진입 단을 갖는 제2 광섬유를 가지고 또한 제1 쉐도우 마스크는 상기 광-출구 단에 배치되고 제2 쉐도우 마스크는 상기 광-진입 단에 배치된다. 쉐도우 마스크들의 이 배치는 상기 측정 광원에 의해 생성되는 측정 광을 상기 거리 측정 장치의 이미징 시스템에 결합하고 또한 기계가공되는 상기 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광을 커플링 아웃하도록 설계되는, 빔 스플리터를 갖는 장치들에 적절하다.
2 개의 쉐도우 마스크들은 2 개의 쉐도우 마스크들의 홀들이 공초점으로 서로 연관되어 쌍으로 정렬되도록 위치될 수 있다. 공초점으로 서로 연관되어 2 개의 쉐도우 마스크들의 홀들의 쌍들의 정렬은 제1 쉐도우 마스크의 홀들에 의해 생성되는 부분 측정 광 빔들을 제2 쉐도우 마스크의 대응하는 홀들에 집중시키고 이로써 쉐도우 마스크들에 의해 야기되는 광 손실은 최소화된다.
개별적인 광섬유들 대신 서로 다른 측정 점들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위한 다수의 부분 측정 광들을 생성하기 위해 광섬유 다발들을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 배치들에 있어서 광섬유 다발들이 다수의 부분 측정 광들을 제공하고 이로써 쉐도우 마스크들은 더 이상 필요치 않다. 측정 광을 부분 측정 광들로 분기시키기 위한 광섬유 다발들은 섬유 커플러를 가지는 장치에서 및 빔 스플리터를 가지는 장치에서 모두 사용될 수 있다. 광섬유 다발들의 사용은 장치의 구성 및 이용을 단순화하는 것을 가능하게 해준다.
일부 실시예들에 있어서 장치는 기계가공 전, 중 및/또는 후 카메라를 이용해 기계가공되는 작업편 상의 기계가공 위치를 시각적으로 제어하는 것이 가능하도록 설계된 카메라를 가진다.
실시예들은 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명되는데 동일한 참조 부호들은 동일하거나 또는 유사한 구성요소들을 지시하는 데 사용된다.
도 1은 일 실시예에 따른 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 장치를 대략적으로 보여준다.
도 2는 일 실시예에 따른 쉐도우 마스크를 보여준다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 쉐도우 마스크를 보여준다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 반달 렌즈의 대략적인 측면도를 보여준다.
도 5는 도 4의 반달 렌즈의 대략적인 상면도를 보여준다.
도 6은 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 일 부분에서 가능한 빔 경로를 대략적으로 보여준다.
도 7은 도 6에 도시된 부분에서 다른 가능한 빔 경로를 대략적으로 보여준다.
도 8은 도 6에 도시된 부분에서 또 다른 가능한 빔 경로를 대략적으로 보여준다.
도 9는 반달 렌즈에 의해 역 반사되는 광의 세기의 시간 곡선을 보여준다.
도 10은 다른 일 실시예에 따른 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 장치를 대략적으로 보여준다.
도 11은 일 실시예에 따른 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 방법의 흐름도를 보여준다.
도 1은 일 실시예에 따른 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 장치를 대략적으로 보여준다. 장치(1)는 기계가공되는 작업편(4)의 기계가공을 위한 레이저 광 빔들(3)을 생성하는 레이저 광원(2)을 포함한다. 나아가, 장치(1)는 기계가공되는 작업편(4)의 목표점(6) 상의 초점(F)에 레이저 광 빔을 조준하거나 또는 정확하게 포커싱하는 레이저 광학 조준기(5)를 포함한다.
장치(1)는 기계가공되는 작업편(4)의 목표점(6)과 레이저 광학 조준기(5) 사이의 거리를 결정하는 거리 측정 장치(7)를 포함한다. 거리 측정 장치(7)는 공초점 광학 거리 측정 장치로서 설계되고 또한 측정 광을 생성하는 측정 광원(8) 및 작업편(4)에 의해 역 반사되는 측정 광을 수집하는 광검출기(9)를 포함한다. 이 실시예에 있어서 거리 측정 장치(7)는 제로 평면(O)에 대하여 +/- 7 mm의 거리 측정 범위를 가진다.
측정 광원(8)은 Y 커플러의 형태로 설계된 섬유 커플러(12)의 제1 연결 점(11)에서 제1 광섬유(10)에 연결된다. 광검출기(9)는 섬유 커플러(12)의 제2 연결 점(14)에서 제2 광섬유(13)에 연결된다. 제3 광섬유(16)는 섬유 커플러(12)의 제3 연결 점(15)에서 제1 끝단에 연결되고, 제3 광섬유(16)의 제2 끝단은 측정 광을 커플링 인 및 아웃하기 위한 광-결합 점(17)으로서 설계된다. 이 실시예에 있어서 제1 광섬유(10), 제2 광섬유(13) 및 제3 광섬유(16)는 근적외선 스펙트럼 범위에서 광대역 광을 전송하는 것이 가능한 멀티-모드 섬유들로서 설계된다.
시준 렌즈(18)는 광-결합 점(17)의 하류에 배치되고, 가변-초점-거리 렌즈(19)는 광-결합 점(17)과 시준 렌즈(18) 사이에 배치된다. 광-결합 점(17)은 측정 광이 광-결합 점(17)으로부터 분기되어 존재하고, 이로써 광-결합 점(17)과 시준 렌즈(18) 사이의 영역에서 분기하는 측정 광 빔을 생성하도록 설계된다. 이 실시예에 있어서 가변-초점-거리 렌즈(19)는 Optotune사의 전기적으로 작동되는 가변-초점-거리의 EL-03-10이다.
레이저 광 빔(3)의 빔 경로에 측정 광을 레이저 광학 조준기(5) 또는 레이저 광 빔(3)의 빔 경로에 커플링 인 및 아웃하기 위한 제1 편향판(deflection plate, 30)이 배치된다. 편향판(30)은, 특히 측정 광과 레이저 광 빔에 공통된 광학축(A)을 따라, 측정 광이 레이저 광 빔(3)과 동축으로 레이저 광 빔의 빔 경로로 전파할 수 있도록 설계될 수 있다.
장치(1)는 제1 편향판(30)과 레이저 광학 조준기(5) 사이 레이저 광 빔의 빔 경로에 위치되는 제2 편향판(31)을 더 가진다. 카메라(32)는 제2 시준 렌즈(33) 및 제2 편향판(31)을 통해 레이저 광학 조준기(5)에 광학적으로 연결되고 이로써 카메라(32)를 이용해 기계가공되는 작업편 상의 기계가공 위치를 시각적으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 편향판들(30 및 31)은 레이저 광 빔의 빔 경로가 편향판들(30 및 31)에 의해 전혀 또는 거의 방해되지 않는, 레이저-광-투과성(laser-light-permeable) 또는 부분적으로 레이저-광-투과성 판들로서 설계된다.
일부 실시예들에 있어서 카메라(32)를 위한 광은 레이저(2)와 편향판(30) 사이에서 편향판(31)에 의해 전향된다. 레이저와 편향판(30) 사이 카메라 광의 전향은 카메라 광의 전향을 위한 편향판(31)에 의한 거리 측정을 망치지 않는다.
도 1에 도시된 배치에 있어서 레이저 광 빔(3)은 편향판(30) 또는 편향판(31)에 의해 이로써 레이저 광학 조준기(5)로 투과되어 결합된다. 다른 실시예들에 있어서 레이저 광 빔(3)은 레이저 빔 미러를 이용해 또는 반사되어 레이저 광학 조준기(5)에 결합된다.
특히, 레이저 빔은 공통 광학축(A)과 관련하여 측면으로 또는 수직으로 장치(1)의 광학 시스템에 반사되어 결합될 수 있다. 이러한 종류의 배치에 있어서 레이저(2)는 카메라(32) 및 시준 렌즈(33)의 위치에 배치될 것이고, 에를 들어 레이저 빔 미러는 편향판(31)의 위치에 배치될 것이다. 측정 광을 위해 적어도 부분적으로 투과성인 레이저 빔 미러는 레이저 빔 미러로서 사용될 수 있다. 여기에서 설명되는 원리들이 구현될 수 있는 광 빔 경로의 다른 구성들 또한 가능하다. 한정적이지 않는 일 실시예에 있어서 측정 광은 공통 광학축(A)에 동축으로 또는 이를 따라 레이저 빔의 경로에 결합된다.
레이저 광학 조준기(5)의 일부 실시예들에 있어서 포커싱 렌즈(50)는 미러 쌍(51)의 하류에 배치되어 레이저 빔(3)이 미러 쌍(51)에 의해 먼저 정렬되고, 그후 정렬된 레이저 빔(3)이 포커싱 렌즈(50)에 의해 목표점에 포커싱될 수 있게 된다.
도 1의 실시예에 따른 장치(1)은 또한 평가 및 제어 유닛(40)을 가진다. 평가 및 제어 유닛(40)은 수집된 거리 측정 데이터를 평가하는 평가 유닛(41), 가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리를 제어하는 렌즈 제어 유닛(42) 및 레이저 초점과 관련하여 기계가공되는 작업편을 위치시키는 포지셔닝 제어 유닛(43)을 포함한다. 평가 유닛(41)은 신호 라인(44)을 통해 광검출기(8)의 출구에 연결된다. 렌즈 제어 유닛(42)은 렌즈 제어 라인(45)을 통해 가변-초점-거리 렌즈(19)의 제어 연결에 연결된다. 포지셔닝 유닛(43)은 포지셔닝 제어 라인(46)을 통해 기계가공되는 작업편(4)을 위치시키는 포지셔너(47)에 연결된다.
이 실시예에 있어서 1030 nm 내지 1070 nm의 파장 범위에서 광학 광을 생성하는 YAG 레이저가 레이저 광원으로 사용된다. 다른 레이저들, 특히 근적외선 스펙트럼 범위에서 방출하는 고체-상태 레이저, 및 예를 들어 CO2 레이저들과 같은 기체 레이저들 또한 레이저 광원으로 사용될 수 있다. 근적외선 스펙트럼 범위에서 방출하는 레이저들은 이러한 레이저들이 kW 범위 출력 및 재료 가공에 필요한 높은 광학 광 출력 밀도를 제공할 수 있기 때문에 재료 가공에 매우 적합하다. 장치(1)는 레이저(2)의 출력을 제어하도록 설계되는 레이저 출력 제어 시스템 및 레이저의 빔 경로에 배치되고 또한 레이저 포커싱을 제어하도록 설계되는 제어가능한 포커싱 렌즈를 갖는 레이저 포커싱 제어 시스템을 더 포함한다. 단순함을 위해, 레이저 출력 제어 시스템 및 레이저 포커싱 제어 시스템은 도 1에 주어진 묘사에는 도시되지 않았다.
이 실시예에 있어서 대략 950 nm의 피크 파장 길이 및 대략 50 nm의 스펙트럼 전치반폭을 갖는 광대역 근적외선 LED가 측정 광원으로 사용된다. 이러한 종류의 LED-측정 광은 방해 간섭(disruptive interference) 및 스펙클 효과들(speckle effects)을 제거하거나 또는 감소시키기에 충분히 광대역이다. 대조적으로, 이러한 종류의 LED 측정 광은 색 초점 이동(chromatic focus shift)과 같은 원하지 않는 분산 효과들(dispersion effects)을 억제하거나 또는 최소화하기에 충분히 협대역이다.
도 1의 실시예에 있어서 레이저 광학 조준기(5) 또는 스캐너는 기계가공되는 작업편(4)의 목표점(6)과 포커싱된 광을 정렬시키고, 필요하다면 기계가공되는 작업편(4)의 기계가공 영역에 대하여 포커싱된 레이저 빔이 통과하는, 제어가능한 미러 쌍(51) 및 포커싱 렌즈(50)를 포함한다. 미러 쌍(51)은, 특히 단순한 방법에 의해 전기적으로 작동될 수 있는 갈보 미러 쌍(galvo mirror pair)의 형태를 취한다.
포커싱 렌즈(50)는 대략 180 mm의 초점 거리를 가진다. 레이저 광학 조준기(5)로 진입하기 전 레이저 빔(3)의 지름은 대략 10 mm이다. 레이저 광학 조준기(5)는 레이저 빔(3)이 대략 80 mm x 80 mm의 기계가공 영역을 처리할 수 있도록 크기가 정해진다.
일부 실시예들에 있어서 레이저 광학 조준기(5)는 텔레센트릭 레이저 광학 조준기의 형태를 가진다. 레이저 광학 조준기의 텔레센트릭 설계로 인해, 처리되는 작업편(4)은 장치에서 서로 다른 거리들에 레이저 빔을 이용해 기계가공될 수 있다.
포지셔너(47)는 특히, 레이저 빔 초점과 관련하여 기계가공되는 작업편(4)을 위치 및/또는 정렬시키도록 설계될 수 있고 또한, 특히 기계가공되는 작업편(4)을 위치 또는 정렬시키기 위해 포지셔닝 제어 유닛(46)으로부터의 하나 또는 그 이상의 제어 신호들을 갖는 하나 또는 그 이상의 엑츄에이터들을 포함할 수 있다. 작업편을 정렬시키기 위한 위치(potential)는 좌표축을 이용해 도 1에 상징적으로 도시되어 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 1에 도시된 예에 있어서와 같이, 장치(1)은 거리 측정 장치(7)의 빔 경로에 배치되는 쉐도우 마스크(60) 또는 다이어프램을 가진다. 쉐도우 마스크(60)는 도 2 및 도 3의 하단에서 명확하게 볼 수 있는 복수의 홀들(61)을 가진다. 쉐도우 마스크(60)는 측정 광이 쉐도우 마스크(60)에 의해 복수의 부분들로 분기되어 이로써 기계가공되는 작업편(4)의 표면 상의 복수의 점들에서 동시에 거리 측정 데이터를 수집할 수 있도록 광-결합 점(17) 및 가변-초점-거리 렌즈(19) 사이에 위치된다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서 쉐도우 마스크는 광-결합 점(17)으로 행동하는 섬유 끝단 상에 직접 배치되고 이로써 섬유 끝단 또한 쉐도우 마스크(60)에 대한 홀더로서 기능한다.
일부 실시예들에 있어서 쉐도우 마스크가 그 끝단에 배치되는 광섬유는 쉐도우 마스크(60)를 본질적으로 완전히 조사하고 또한 쉐도우 마스크(60) 내의 본질적으로 모든 홀들(61)을 통해 반사되는 광을 캡쳐하도록 충분한 지름을 가진다.
일부 실시예들에 있어서 도 1의 섬유(16)와 유사한 방식으로 섬유 커플러에 결합되는 섬유 다발은 쉐도우 마스크(60)를 갖는 섬유(16) 대신 사용된다.
일부 실시예들에 있어서, 도 1에 도시된 예에서와 같이, 장치(1)은 작업편의 제어되는 기계가공을 위해 가변-초점-거리 렌즈(19)와 시준 렌즈(18) 사이에 위치되는 반달 렌즈(80)를 가진다.
반달 렌즈(80)는 본질적으로 구형의 오목한 표면(81)과 근본적으로 구형의 볼록한 표면(82)을 가진다. 오목한 표면(81) 또는 반달 렌즈(80)의 오목한 측면은 가변-초점-거리 렌즈(19)를 향하고 또한 볼록한 표면(82) 또는 반달 렌즈(80)의 볼록한 측면은 시준 렌즈(18)를 향한다. 도시된 실시예에 있어서 반달 렌즈(80)는 그 중심에 원형 홀(83)을 가진다.
장치(1)가 작동 중일 때, 측정 광원(8)에서 생성되는 광의 일부는 제1 섬유 커플러(12)를 통해 제1 광섬유(10)를 거치고 또한 제3 광섬유(16)를 거쳐 광-결합 점(17)까지 간다. 측정 광은 분리되어 광-결합 점(17)을 빠져나가고 그후 편향판(30)에 의해 레이저 광 빔(3)의 빔 경로로 결합되기 전에 가변-초점-거리 렌즈(19) 및 시준 렌즈(18)를 통과한다. 레이저 광 빔(3)의 빔 경로에 결합되는 측정 광은 그후 레이저 광학 조준기(5)를 거쳐 기계가공되는 작업편(4)까지 갈 수 있다.
측정 광이 작업편(4)을 타격할 때 측정 광의 일부는 역 반사되고 레이저 광학 조준기(5), 시준 렌즈(18), 가변-초점-거리 렌즈(19) 및 광-결합 점(17)을 통해 제3 광섬유(16)로 진입할 수 있다. 프로세스에 있어서, 측정 광의 일부는 제2 섬유(13)를 통해 제1 커플러(12)에서 광검출기(9)로 전향된다. 광검출기(9)는 신호 라인(44)을 통해 평가를 위한 평가 유닛(41)으로 측정 신호를 제공한다. 평가 유닛(41)은 광검출기(9)에 의해 수집되는 광의 세기의 시간 곡선을 평가하도록 설계된다. 평가 유닛(41)은 세기 시간 곡선으로부터 기계가공되는 작업편 상의 목표점과 레이저 광학 조준기 사이의 거리들을 추정하도록 추가적으로 설계된다.
가변-초점-거리 렌즈(19)는, 특히 가변-초점-거리 렌즈의 광학 전력이 예를 들어 +/-13 디옵터 만큼 조정되고, 측정 광의 초점은 광학축을 따라 대략 +/-7 mm 만큼 이동하도록 주기적으로 제어될 수 있다. 측정 빔 초점선들은 주기 동안 2 개의 서로 다른 시간들에서 기계가공되는 작업편 또는 측정 물체의 표면 상에 놓여서 기계가공되는 작업편의 표면 상의 측정 광 스폿으로부터의 반사는 광-결합 점(17) 또는 섬유 끝단 상에서 선명하게 이미징되고, 검출기에 의해 수집되는 광의 세기 최대로 귀결된다.
광검출기에 의해 수집되는 광의 세기 최대값들이 관찰되는 시간들을 이용해, 이전에 알려져 있거나 또는 캘리브레이션 측정을 이용해 결정될 수 있는 측정 광 초점 위치들과 주기 점들 사이의 관계로부터 기계가공되는 작업편까지의 거리를 결정하는 것이 가능하다.
특히, 미리 또는 레이저 기계가공 전에 기계가공되는 작업편의 표면으로부터 거리와 주기 점 사이의 관계를 결정하도록 설계되는 캘리브레이션 측정을 수행하는 것이 가능하다. 캘리브레이션 측정은 스캐너 또는 레이저 광학 조준기의 측면 위치들의 2차원 그리드를 이용해 수행될 수 있다. 이로써 결정된 관계를 이용해, 그후 표면까지의 거리 또는 주기 내의 세기 최대 시간으로부터 기계가공되는 작업편 상의 목표점(6)과 레이저 광학 조준기(5) 사이의 거리를 결정하는 것이 가능하다.
가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리의 주기적 변화 또는 변조는 렌즈 제어 유닛(42) 내의 톱니 모양의 곡선에 의해 도 1에 상징적으로 도시되어 있다. 가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리 변화의 주기들과 세기 최대값의 발생 사이의 관계는 렌즈 제어 유닛(42)의 톱니 모양의 곡선과 평가 유닛(41) 내에 도시된 시간 좌표를 갖는 세기 곡선 사이에서 연장되는 점선들에 의해 도 1에 대략적으로 도시되어 있다.
쉐도우 마스크(60)에 의해 분기되는 측정 광은 기계가공되는 작업편(4)의 표면 상의 복수의 점들에서 거리 측정 데이터의 동시 수집을 가능하게 해준다. 특히, 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광은 또한 결합 점(17)을 통해 쉐도우 마스크(60) 내의 홀들(61)을 통과해 섬유(16)로 가고 이로써 광검출기(9)에 의해 수집될 수 있게 된다. 여기서 광검출기(9)에 의해 수집되는 광 세기는 쉐도우 마스크(60) 내의 홀들(61) 모두를 통해 수집되는 모든 측정점들에 의해 역 반사되는 전체 광의 세기에 대응하고 이로써 서로 다른 점들에 의해 역 반사되는 광 사이의 세기 차들의 물리적 평균화가 광학적 배치로 인해 발생한다. 쉐도우 마스크(60)의 서로 다른 홀들(61)을 통해 수집되는 광 세기들의 물리적 평균화는 거리 평균화가 각각의 점에 대하여 개별적으로 수행될 필요가 없기 때문에 측정 데이터의 평가를 상당히 단순화시킬 수 있다. 사실상, 거리 평균화는 쉐도우 마스크(60)에 의해 생성되는 모든 점들에 대하여, 물리적으로 평균된 거리 측정 데이터, 특히 세기 데이터를 이용해 수행될 수 있다.
반달 렌즈(80)의 배치로 인해 반달 렌즈(80)의 표면들(81 및 82)에 의해 역 반사되는 광은 광-결합 점(17)을 통해 섬유(16)로 가서 광검출기(9)에 의해 수집될 수 있다.
가변-초점-거리 렌즈(19)를 빠져나가는 광 빔들이 특히 수직으로 반달 렌즈(80)의 2 개의 표면들(81 및 82) 중 하나를 타격할 때, 반달 렌즈(80)의 대응하는 표면(81 또는 82)으로부터의 광의 최대 부분은 가변-초점-거리 렌즈(19)에 의해 다시 섬유(16)로 역 반사된다. 이러한 종류의 빔 구성은 이로써 역 반사되는 광의 대응하는 세기 피크에 의해 검출될 수 있고, 반달 렌즈(80)의 2 개의 표면들(81 및 82) 각각은 그 자체 세기 피크의 원인이 된다.
일부 실시예들에 있어서 반달 렌즈는 피크들이 가변-초점-거리 렌즈(19)의 튜닝 동안, 반복되는 시간 주기의 시작 또는 끝에서 발생되도록 크기가 정해진다. 여기서 2 개의 피크들 각각의 위치는 항상 가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리의 일정한 값에 대응하고 이로써 항상 동일한 거리에 대응한다. 온도 변화의 영향 하에서 시간의 경과와 거리 값 사이의 관계는 특히 변경될 수 있다. 조정가능한 렌즈는 상당한 영향을 미치고 또한 가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리에 작동 값의 할당은 이로써 온도 변동(temperature fluctuations)의 경우에 있어서 변화될 수 있다. 반달 렌즈(80)에 의해 야기되는 세기 피크들은 가변-초점-거리 렌즈(19)의 동일한 초점 거리에서 발생하기 때문에, 이 피크들을 이용해 정확하게 시간 경과와 거리 사이의 관계 또는 가변-초점-거리 렌즈(19)를 캘리브레이션하는 것이 가능하다. 가변-초점-거리 렌즈(19)에 대조적으로, 반달 렌즈(80)의 온도 종속성은 무시할만하다.
반달 렌즈(80) 중심의 원형 홀(83)로 인해, 측정 광의 빔들은 방해받지 않고 반달 렌즈를 통과하고 단지 주변의 미미한 광들만이 반달 렌즈(80)에 의해 역 반사될 수 있다. 반사들(reflexes)의 세기는 반달 렌즈(80)에 의해 역 반사되는 광의 세기가 캘리브레이션 신호로서 기능하기에 충분히 크지만 기계가공되는 물체에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기 신호 또는 측정 신호가 반달 렌즈의 반사들에 의해 음영화되기에는(overshadow) 크지 않도록 렌즈 표면적 및/또는 홀 크기를 선택함으로써 조정될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서 홀(83)은 측정 광의 주된 부분이 반사 없이 반달 렌즈(80) 내의 홀(83)을 관통하도록 크기가 정해진다.
일부 실시예들에 있어서 측정 광의 빔의 내측 부분은 지나가고 측정 광의 빔의 외측 부분은 컷 아웃되도록 설정되는 다이어프램이 반달 렌즈(80)의 하류에 배치되어 있다. 이러한 방식으로 특히 반달 렌즈(80)에 의해 영향을 받는 이러한 빔들을 측정으로부터 배제하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에 있어서 반달 렌즈(80)는 홀을 가지지 않고, 반달 렌즈(80)는 그 2 개의 표면들(81, 82) 중 적어도 하나에 코팅을 가진다. 코팅의 두께 및/또는 반사율은 측정 신호가 반달 렌즈의 반사되는 성분들에 의해 음영화되지 않도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서 반달 렌즈(80)는 4% 이하의 측정 광 파장 범위 내 반사 성분을 갖는 반사방지 코팅을 가진다.
일부 실시예들에 있어서 반달 렌즈(80)는 원형 홀(83) 및 코팅 둘 다를 가지고, 프로세스 중 측정 신호의 음영화(overshadowing) 또는 과도한 손상 없이 충분히 강한 캘리브레이션 신호를 달성할 수 있도록, 원형 홀(83)의 치수 및 코팅의 두께 모두를 선택하는 것이 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 쉐도우 마스크를 보여준다.
도 2의 쉐도우 마스크(60)는 본질적으로 사각 다이어프램의 형태를 취하고 또한 복수의 원형 홀들(61)을 가진다. 이 실시예에 있어서 원형 홀들(61)은 6각 그리드로 이 다이어프램의 전체 표면에 걸쳐 근본적으로 고르게 분포된다. 6각 그리드로의 홀들(61)의 분포는 홀들의 고밀도를 허용하여 이로써 많은 측정점들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 측정 광이 쉐도우 마스크에 의해 많은 부분들로 분기될 수 있도록 한다. 동시에, 주어진 밀도에서 6각 그리드의 선택은 인접한 홀들 사이의 최대 거리 및 이로써 홀들 사이의 최소 혼선(cross-talk)으로 귀결된다.
도 3은 다른 실시예에 따른 쉐도우 마스크를 보여준다.
도 2의 쉐도우 마스크(60)와 유사하게, 도 3에 도시된 쉐도우 마스크(60)는 본질적으로 사각 다이어프램의 형태를 취하고 또한 복수의 홀들(61)을 가진다. 도 2의 쉐도우 마스크(60)와 대조적으로, 도 3의 쉐도우 마스크 내의 홀들(61)은 그 형태가 사각형이고 또한 다이어프램의 전체 표면에 걸쳐 근본적으로 고르게 바둑판 패턴으로 분포된다.
도 2 및 도 3에 도시된 쉐도우 마스크들(60)의 충전 레벨(fill level)은 바람직하게 30% 내지 70% 사이, 특히 대략 50%이고, 이로써 쉐도우 마스크들 상에 입사하는 광의 대략 50%는 쉐도우 마스크들을 통과한다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예들에 대안적으로, 쉐도우 마스크는 또한 본질적으로 그 디자인이 원형일 수 있다. 원형 쉐도우 마스크는 원형 단면을 갖는 광섬유의 끝에 정확하게 배치하기에 특히 적절하다.
도 4는 일 실시예에 따른 반달 렌즈의 대략적인 측면도를 보여준다.
도 4의 도면에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 반달 렌즈(80)는 본질적으로 구형의 오목한 표면(81) 및 본질적으로 구형의 볼록한 표면(82)을 가진다. 도시된 실시예에 있어서 반달 렌즈(80)는 그 중심에 원형 홀(83)을 가진다.
도 5는 도 4의 반달 렌즈의 대략적인 상면도를 보여준다.
반달 렌즈(80)의 원형 홀(83)은 도 5의 상면도에서 특히 명확하게 보인다. 상기의 도 1의 상세한 설명에서와 같이, 반달 렌즈(80)는 서로 다른 형태들을 취할 수 있다. 특히, 2 개의 표면들(81, 82) 중 적어도 하나는 코팅을 가질 수 있다. 이에 더하여, 원형 홀(83)의 치수 및/또는 코팅의 강도 또는 반사율은 반달 렌즈(80)의 표면들(81, 82) 상에서의 역 반사들이 측정 신호의 음영화 또는 거리 측정의 손상 없이 충분한 세기의 캘리브레이션 피크들을 생성하도록 선택될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 일부에서의 가능한 빔 경로를 대략적인 형태로 보여준다.
도 6에 도시된 부분은 도 1에 따른 가변-초점-거리 렌즈(19), 반달 렌즈(80) 및 광섬유(13)의 결합 점(17)을 포함한다.
결합 점(17)으로부터 멀리 향하는 긴 화살표들은 가변-초점-거리 렌즈(19)를 통해 또한 그 일부는 반달 렌즈(80)를 통해 투사되어 광-결합 점(17)을 빠져나가는 측정 광 빔을 나타낸다. 반달 렌즈(80)로부터 다시 광-결합 점(17)으로 향하는 화살표들은 오목한 표면(81) 및 볼록한 표면(82)에 의해 반사되는 빔들을 보여준다. 역 반사되는 빔들은 표면들(81 및 82)의 본질적으로 구형의 곡률의 결과로 초점에 집중된다.
도 6에 표현된 경우에 있어서 반달 렌즈(80)의 오목한 표면(81)에 의해 반사되는 광은 광-결합 점(17)의 광-출구 표면에 집중되는 한편, 반달 렌즈(80)의 볼록한 표면(82)에 의해 역 반사되는 광의 초점은 광-결합 점(17) 또는 광-진입 표면 주위에 놓이게 된다. 빔 경로는, 특히 가변-초점-거리 렌즈(19)의 특정 초점 거리에서 발생할 수 있다.
도 7은 도 6에 표현된 부분에 있어서의 다른 가능한 빔 경로를 대략적인 형태로 보여준다.
도 7의 빔 경로는 본질적으로 도 6에 도시된 빔 경로에 대응한다. 도 6에 도시된 경우와 대조적으로, 가변-초점-거리 렌즈(19)는 서로 다른 초점 거리 값을 가지고, 그 결과 역 반사되는 2 개의 빔들 중 어느 것도 광-결합 점(17)에 집중되지 않는다.
도 8은 도 6에 표현된 부분에 있어서의 또 다른 가능한 빔 경로를 대략적인 형태로 보여준다.
도 8에 도시된 빔 경로는 반달 렌즈(80)의 볼록한 표면(82)에 의해 역 반사되는 광이 광-결합 점(17)의 광-출구 표면에 집중될 때 가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리에 대응하는 한편, 반달 렌즈(80)의 오목한 표면(81)에 의해 역 반사되는 광의 초점은 광-결합 점(17) 또는 광-진입 표면에 의해 역 반사되는 그 아래에 놓인다.
도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 측정 광의 가능한 빔 구성들은 반달 렌즈(80)가 어떻게 작동하는지 보여준다. 가변-초점-거리 렌즈(19)가 주기적으로 튜닝되면, 예를 들어, 초점 거리는 주기적으로 최소 초점 거리와 최대 초점 거리 사이 모든 값을 살펴보고 또한 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 빔 구성들은 프로세스 동안 주기적으로 발생할 수 있다. 반달 렌즈(80)에 의해 역 반사되는 빔들이 전혀 광-결합 점(17)에 집중되지 않으면, 도 7에 도시된 빔 경로 또는 유사한 빔 경로는 가변-초점-거리 렌즈(19)의 복수의 설정들에서 발생할 수 있다. 한편, 도 6 및 도 8에 표현된 빔 구성들은 가변-초점-거리 렌즈(19)의 초점 거리의 매우 한정된 값들에서만 발생할 수 있다. 광섬유(13)의 광-결합 점(17)에 반달 렌즈(80)의 표면들(81 및 82)에 의해 역 반사되는 광의 집중으로 인해, 도 6 및 도 8에 도시된 빔 구성들에서 반달 렌즈(80)에 의해 역 반사되는 광의 더 많은 부분이 그렇지 않은 경우보다 광-결합 점으로 결합된다. 커플링 인되는 광의 양에 있어서의 이 증가는 광검출기에 의해 수집되는 광 세기에 있어서의 대응하는 증가에 의해 검출될 수 있다. 대응하는 세기 피크들은 광검출기로, 예를 들어 도 1에 따른 배치에 있어서의 광검출기(9)로, 수집될 수 있고, 또한 거리 측정 장치(7)를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 피크들로 이용될 수 있다. 특히, 각각의 세기 피크의 시간에서의 위치를 이용해 가변-초점-거리 렌즈(19)의 대응하는 초점 거리 또는 거리 측정 장치(7)의 대응하는 측정 거리를 추정하는 것이 가능하다.
도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 부분은 쉐도우 마스크(60)가 없다. 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 반달 렌즈(80)의 작동에 있어서 상기에서 수행된 관찰들은 또한 쉐도우 마스크(60)가 측정 광을 복수의 부분들로 분기시키고 또한 예를 들어 결합 점(17)과 가변-초점-거리 렌즈(19) 사이에 배치될 수 있는 서로 다른 점들에서 거리 측정 데이터를 수집하는 데 이용된다면 이에 따라 적용된다.
도 9는 반달 렌즈에 의해 역 반사되는 광의 세기의 시간 곡선을 보여준다.
특히, 도 9는 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 배치에서 측정되는 광 세기의 시간 종속성을 보여주고, 광섬유(16)로 결합되는 기계가공되는 작업편(4)과 반달 렌즈(80)에 의해 역 반사되는 광의 일부의 세기는 튜닝 주기(tuning cycle) 동안 측정된다. 여기서 튜닝 주기는 최소에서 최대 작동 값까지 또는 그 최대에서 최소 작동 값까지의 곡선에 대응한다. 도 9에 있어서 시간(t)과 세기(I)는 임의의 단위들로 표현된다. 소정 시간 값들에서 세기(I(t))의 시간 종속성은 뚜렷이 구별되는 세기 피크들 또는 캘리브레이션 피크들을 가진다. 특히, 곡선(I(t))은 예리한 좌측 피크(a), 예리한 우측 피크(c) 및 다소 넓은 중앙 피크(m)를 가진다. 예리한 좌측 피크(a)는 반달 렌즈(80)의 오목한 표면(81)으로부터의 반사가 광섬유(16)의 광-결합 점(17)에 집중되고 이로써 집중된 형태로 광섬유(16)로 진입한다면 도 6에 표현된 빔 구성에 대응한다. 도 7에 표현된 빔 구성은 광-결합 점(17)이 반달 렌즈(80)의 오목한 표면(81)에 의해 그리고 볼록한 표면(82)에 의해 역 반사되는 광의 2 개의 초점들 사이에 놓인다면 2 개의 피크들(a 및 c) 사이에서 발생한다. 이 경우에 있어서 오목한 표면(81)으로부터의 반사 또는 볼록한 표면(82)으로부터의 반사 어떤 것도 광섬유(16)로 올바르게 결합될 수 없다. 이 간격 내에서 기계가공되는 작업편(4)에 의해 반사되는 광에 의해 야기되고 또한 측정되는 작업편(4)으로부터의 거리(측정 피크)를 허용하는 피크(m)가 발생한다. 우측 피크(c)는 반달 렌즈의 볼록한 표면(82)으로부터의 반사가 광-결합 점(17)에 집중되는 형태로 광섬유(16)로 진입한다면 도 8에 표현된 빔 구성에 대응한다. 도시된 주기의 시작 및 끝에 있는 예리한 피크들(a 및 c) 각각은 특히, 시간에 있어서 잘 정의된 위치를 가지고 또한 이로써 거리 측정 장치의 정확한 캘리브레이션의 기초로서 이용될 수 있다. 피크들(a 및 c)은 쉽게 식별될 수 있고 또한 세기 곡선의 특성 곡선을 이용해 관련된 빔 구성에 할당될 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 작업편의 제어되는 기계가공하기 위한 장치를 대략적인 형태로 보여준다. 도 10의 장치(1)는 도 1에 도시된 장치(1)에 본질적으로 대응하지만 다만 섬유 커플러 대신 제1 광섬유(10)의 광-출구 단(91)을 통해 측정 광을 커플링 인하고 또한 기계가공되는 작업편(4)에 의해 역 반사되는 측정 광을 커플링 아웃하도록 설계되는 빔 스플리터(90)를 포함한다. 빔 스플리터(90)에 의해 커플링 아웃되는 측정 광은 광검출기에 의해 수집되기 위해 제2 섬유(13)의 광-진입 단(92)으로 결합될 수 있다. 제1 광섬유(10)의 광-출구 단(91) 및 제2 광섬유(13)의 광-진입 단(92)은 서로 연관되어 공초점적으로 구성된다. 빔 스플리터를 이용함으로써 섬유 커플러들에서 발생하는 방해 산란 광(disruptive scattered light)을 방지하는 것이 가능하다. 일부 실시예들에 있어서 빔 스플리터(90)는 빔 스플리터 큐브로 설계된다. 빔 스플리터 큐브들은 강건하고 또한 적은 표유 손실(stray loss)을 보여준다.
일부 실시예들에 있어서 빔 스플리터(90)를 갖는 장치(1)는 적어도 하나의 쉐도우 마스크를 가진다.
도 10에 도시된 예에 있어서 장치(1)는 본질적으로 동일한 디자인의 2 개의 쉐도우 마스크들(60)을 가지는데, 제1 쉐도우 마스크(60)는 제1 섬유(10)의 광-출구 단(91)의 하류에 배치되고 제2 쉐도우 마스크(60)는 제2 광섬유(13)의 광-진입 단(92)의 상류에 배치된다. 쉐도우 마스크들(60)은 제1 및 제2 광섬유들(10, 13)의 섬유 끝단들 상에 직접 배치된다.
쉐도우 마스크들(60)은 상기에서 설명되고 또한 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 쉐도우 마스크들과 유사한 디자인일 수 있다. 쉐도우 마스크들(60)은 2 개의 쉐도우 마스크들(60) 내 홀들(61)(미도시)이 서로 관련되어 공초점적으로 정렬되도록 배치 및 정렬된다.
도 11은 일 실시예에 따른 작업편의 제어되는 기계가공되기 위한 방법의 흐름도를 보여준다.
작업편의 제어되는 기계가공하기 위한 방법(100)은 필요하다면 다른 시퀀스들로 또한 반복하여 수행될 수 있는 복수의 단계들을 포함한다. 이 방법은, 예를 들어 도 1 또는 도 2에 따른 장치를 이용해 수행될 수 있다.
단계 110에서 레이저 초점을 생성하는 레이저 광 빔은 기계가공되는 작업편의 목표점 상에 포커싱된다. 레이저 광 빔의 포커싱은 레이저 빔을 기계가공되는 작업편의 목표점에 집중시키기 위해 특히 레이저 광학 조준기를 이용해 수행될 수 있다. 단계 110에서의 레이저 광 빔의 포커싱은, 특히 낮은 레이저 출력에서 발생하고 이로써 기계가공되는 작업편(4)의 재료 가공이 단계 110에서는 전혀 또는 거의 발생하지 않는다. 레이저 광 빔의 포커싱은 또한 보조적인 레이저, 예를 들어 편향판을 가지고, 레이저 빔과 동일 선상의 레이저 광 빔의 빔 경로로 결합되는 빔을 갖는 HeNe 레이저를 이용해 수행될 수 있다. 2 개의 회전하는(pivoting) 갈보 미러들을 갖는 갈보 스캐너가 레이저 광학 조준기 또는 스캐너로 이용될 수 있다.
단계 120에서 광학적 거리 측정 데이터는 기계가공되는 작업편의 목표점과 레이저 광학 조준기 또는 레이저 광학 조준기의 기준 평면 또는 기준점까지의 거리를 결정하기 위해 광학적 거리 측정 장치를 이용해 수집된다. 거리 측정 장치는 측정 광, 특히 근적외선 스펙트럼 범위의 광대역 측정 광을 생성하는 측정 광원, 및 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템, 특히 가변-초점-거리 렌즈를 갖는 공초점 광학적 거리 측정 장치로 설계될 수 있고, 이 방법이 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리 값들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 변화를 포함하는 것이 가능하다.
거리 측정 데이터의 수집은, 특히 기계가공되는 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기의 수집을 포함할 수 있어 이로써 거리는 세기를 이용해, 특히 작업편에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기의 시간 곡선을 이용해 결정된다.
단계 130에서 기계가공되는 작업편은 수집되는 거리 측정 데이터에 기초하여 레이저 초점과 관련하여 위치된다. 일부 실시예들에 있어서 레이저는 기계가공되는 작업편의 포지셔닝의 대안으로 또는 이에 더하여 리-포커싱된다.
단계 140에서 기계가공되는 작업편의 목표점은 포커싱된 레이저 빔으로 가공된다.
일부 실시예들에 있어서 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 시간에 따른 변화는 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리들에서 거리 측정을 수집하기 위해 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리의 튜닝, 특히 주기적 튜닝을 포함한다.
가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리 변화는, 특히 가변-초점-거리 광학적 요소, 특히 가변-초점-거리 렌즈를 이용해 수행될 수 있다.
측정 주기는 통상적으로 25 ms 지속될 수 있다. 측정 주기 동안 가변-초점-거리 렌즈의 광학적 전력은, 예를 들어 +/-13 디옵터의 범위 내에서 조정될 수 있고, 측정 광의 초점을 +/7 mm 측정 렌즈 시스템의 광학축을 따라 또는 축상으로 이동하는 것이 가능하다.
주기 점들과 초점 위치들 사이의 알려진 관계를 가지고, 세기 최대값들을 이용해 기계가공되는 작업편까지의 거리를 결정하는 것이 가능하다.
주기 점들과 거리들 사이의 관계를 결정하기 위해, 일부 실시예들에 있어서 캘리브레이션 측정이, 특히 레이저 가공 전에 미리 수행된다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 이전의 상세한 설명에 기술되었지만, 다양한 변경들 및 변형들을 수행하는 것 또한 가능하다. 상기에서 언급된 실시예들은 단지 예들일 뿐 본 개시의 유효성, 적용성 또는 구성의 범위를 어떠한 방식으로 한정하고자 하는 것은 아니다. 실제로, 이전의 상세한 설명은 당업자에게 적어도 하나의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 계획을 제공하고, 이로써 첨부된 청구항들 및 그 법적 균등물들의 범위를 벗어나지 않으면서 예시적인 일 실시예에서 설명되는 작동 모드 및 요소들의 배치에의 다양한 변경들을 수행하는 것이 가능하다.
1: 장치 2: 레이저
3: 레이저 광 빔 4: 작업편
5: 레이저 광학 조준기 6: 목표점
7: 거리 측정 장치 8: 측정 광원
9: 광검출기 10: 제1 광섬유
11: 제1 연결점 12: 섬유 커플러
13: 제2 광섬유 14: 제2 연결점
15: 제3 연결점 16: 제3 광섬유
17: 광-결합 점 18: 시준 렌즈
19: 가변-초점-거리 렌즈 30: 편향판
31: 편향판 32: 카메라
33: 시준 렌즈 40: 평가 및 제어 유닛
41: 평가 유닛 42: 렌즈 제어 유닛
43: 포지셔닝 제어 유닛 44: 신호 라인
45: 렌즈 제어 라인 46: 포지셔닝 제어 라인
47: 포지셔너 50: 포커싱 렌즈
51: 미러 쌍 60: 쉐도우 마스크
61: 홀 80: 반달 렌즈
81: 오목한 표면 82: 볼록한 표면
83: 원형 홀 90: 빔 스플리터
91: 제1 광섬유 끝단 92: 제2 광섬유 끝단
100: 방법 110: 포커싱
120: 거리 측정 데이터의 수집 130: 포지셔닝
140: 기계가공 A: 광학 축
F: 초점 H: 측정 범위
O: 제로 평면 t: 시간 좌표
x, y, z: 공간 좌표

Claims (23)

  1. 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 방법에 있어서,
    - 레이저 광학 조준기(5)를 이용해 기계가공되는 작업편(4) 상의 목표점(6)에 레이저 초점(F)을 생성하기 위해 레이저 광 빔(3)의 포커싱,
    - 기계가공되는 상기 작업편 상의 목표점(6)과 상기 레이저 광학 조준기(5) 사이의 거리를 결정하기 위해 거리 측정 장치(7)를 이용한 거리 측정 데이터의 수집, 및
    - 포커싱된 상기 레이저 광 빔(3)을 이용해 기계가공되는 상기 작업편(4) 상의 목표점(6)의 기계가공을 포함하고,
    상기 거리 측정 장치(7)는 측정 광의 생성을 위한 측정 광원(8)을 가지고 또한 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)을 갖는 공초점 광학 거리 측정 장치로서 설계되고, 상기 방법은
    상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 서로 다른 초점 거리 값들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 초점 거리를 시간에 따라 변화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은
    수집된 상기 거리 측정 데이터에 기초하여 상기 레이저 초점(F)과 관련하여 기계가공되는 상기 작업편(4)의 포지셔닝을 더 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 거리 측정 데이터의 수집은 기계가공되는 상기 작업편(4)에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기의 수집을 포함하고, 상기 거리는 기계가공되는 상기 작업편(4)에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기의 시간 곡선을 이용해 결정되는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 초점 거리의 시간에 다른 변화는 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 서로 다른 초점 거리들에서 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 초점 거리의 주기적 튜닝을 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 방법은
    주기 점과 거리 사이의 관계를 결정하기 위해 캘리브레이션 측정의 수행을 더 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 측정은 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 하류에 배치되는 반달 렌즈(80)의 반사들의 수집을 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 거리 측정 데이터의 수집은 상기 목표점(6)에서 복수의 측정 점들에서 발생하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 거리 측정 데이터의 수집은 복수의 측정점들에서 측정 주기 내에서 순차적으로 발생하는, 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 측정점들은 상기 목표점(6)에서 스캔 경로를 따라 배치되는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스캔 경로는 기계가공되는 상기 작업편(4) 상의 상기 목표점(6)을 둘러싸는 원 또는 기계가공되는 상기 작업편(4) 상의 상기 목표점(6)을 중심으로 하는 나선 형태를 가지는, 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 거리 측정 데이터의 수집은 복수의 측정점들에서 본질적으로 동시에 발생하고 또한 상기 거리는 물리적으로 평균된 거리 측정 데이터를 이용해 결정되는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 측정 광은 복수의 측정점들에서 거리 측정 데이터를 동시에 수집하기 위해 복수의 홀들(61)을 가지는 적어도 하나의 쉐도우 마스크(60)를 이용해 복수의 부분 측정 광들로 분기되는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 부분 측정 광들은 공통 광검출기를 이용해 동시에 수집되는, 방법.
  14. 작업편의 제어되는 기계가공을 위한 장치에 있어서,
    - 기계가공되는 작업편(4)을 기계가공하기 위해 레이저 광 빔(3)을 생성하는 레이저 광원(2),
    - 기계가공되는 상기 작업편(4) 상의 목표점(6)에 레이저 광 빔(3)을 레이저 광 초점(F) 상에 포커싱하는 레이저 광학 조준기(5),
    - 거리 측정 장치(7)에 의해 수집되는 거리 측정 데이터를 이용해 기계가공되는 상기 작업편 상의 목표점(6)과 상기 레이저 광학 조준기(5) 사이의 거리를 결정하는 상기 거리 측정 장치(7), 및
    - 상기 레이저 광 초점(F)과 관련하여 기계가공되는 상기 작업편을 위치시키는 포지셔닝 장치(47), 및
    - 수집된 상기 거리 측정 데이터를 평가하고 또한 수집된 상기 거리 측정 데이터에 기초하여 상기 포지셔닝 장치(47)를 작동시키도록 설계되는 평가 및 제어 유닛(40)을 포함하고,
    상기 거리 측정 장치(7)는 측정 광의 생성을 위한 측정 광원(8)을 가지고 또한 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템을 갖는 공초점 광학 거리 측정 장치로서 설계되고, 이로써 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 서로 다른 초점 거리 값들에서 상기 거리 측정 데이터를 수집하기 위해 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템의 초점 거리를 시간에 따라 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 거리 측정 장치(7)의 상기 측정 렌즈 시스템은 상기 레이저 광학 조준기(5)를 포함하는, 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 거리 측정 장치(7)는 기계가공되는 상기 작업편(4)에 의해 역 반사되는 측정 광의 세기를 수집하는 광검출기(9)를 포함하고 또한 상기 작업편(4)에 의해 역 반사되는 측정 광의 수집되는 세기의 시간 곡선을 이용해 거리를 결정하는 것이 가능하도록 설계되는, 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 측정 광원(8)은, 광대역 적외선 광원의 형태를 취하는, 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)의 초점 거리는 주기적으로 조정가능한, 장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)은 상기 거리 측정 장치(7)의 이미징 시스템의 분기 부분에 배치되는, 장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 가변-초점-거리 측정 렌즈 시스템(19)은 가변-초점-거리 렌즈(19)를 포함하는, 장치.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 장치(1)는 상기 측정 광을 복수의 부분 측정 광들로 분기시키는 복수의 홀들(61)을 갖는 적어도 하나의 쉐도우 마스크(60)를 가지는, 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 장치(1)는 상기 측정 광이 커플링 인 및 아웃하는 광-결합 점(17)을 갖는 광섬유(16)를 포함하고 또한 상기 적어도 하나의 쉐도우 마스크(60)는 상기 광-결합 점(17)에 배치되는, 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 장치(1)는 광-출구 단(91)을 갖는 제1 광섬유(10) 및 광-진입 단(92)을 갖는 제2 광섬유(13)를 가지고 또한 제1 쉐도우 마스크(60)는 상기 광-출구 단(91)에 배치되고 제2 쉐도우 마스크(60)는 상기 광-진입 단(92)에 배치되는, 장치.
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