[發明專利]在子采樣引起失真下借由低相干光干涉技術確定機體與物體表面的間隔距離的方法及系統

在審

• 申請號: 202011431703.1
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112923856A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 西蒙·多那太羅;芭芭拉·普雷維塔利;達妮埃爾·科倫坡
• 申請（專利權）人: 艾迪奇股份公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B9/02;B23K26/70
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 孫玲

本發明描述了一種用于確定物體或材料與物體或材料的加工刀具或測量儀器之間的間隔距離的方法和系統，包括：產生低相干光輻射的測量光束，導引該測量光束射向物體，并導引自物體反射或漫射的測量光束沿第一入射方向射向光干涉傳感器機構；產生低相干光輻射的參考光束，并導引參考光束相對于測量光束的第一入射方向以預設入射角度沿第二入射方向射向光干涉傳感器機構；使測量光束和參考光束疊加在傳感器機構的公共入射區域上；檢測測量光束與參考光束之間的干涉條紋圖案在入射區域上的位置；以及基于干涉條紋圖案沿著入射區域的照射軸的位置，確定測量光路與參考光路之間的光程差，這表示以下二者之差：(a)加工刀具或測量儀器與物體表面之間的當前間隔距離，(b)預定標稱間隔距離，其中，傳感器機構包括沿著照明軸的光電探測器布置，并以此方式控制入射角度，即干涉條紋圖案的空間頻率大于光電探測器的空間頻率。

技術領域

本發明總體上涉及工業處理方法或測量方法，更具體地涉及一種用于確定物體或材料與所述物體或材料的機體、例如所述物體或材料的加工刀具或測量儀器之間的間隔距離的方法和系統。

根據另一方面，本發明涉及一種工件或材料的處理機床。

根據又一方面，本發明涉及一種根據權利要求15的前序部分所述的工件或材料的激光處理機器。

背景技術

在本說明書和權利要求書中，術語“物體”是指正測量的成品或正處理的工件。應用于機床，特別是應用于激光處理機器時，術語“工件”以及優選實施例中的“金屬件”用于表示任何產品，諸如具有閉合橫截面(例如中空的圓形、矩形或正方形截面)或開口橫截面(例如扁平橫截面或L形、C形或U形截面等)的板材或細長型材。術語“材料”或增材制造中的“前體材料”表示通常是粉末的原料，該原料借由激光束經受燒結或局部熔化。

在工業過程中，通常使加工刀具接近物體或材料而不與之接觸，以便例如通過發出輻射或工作流體而以一定距離對其進行處理。現有技術中還已知，在產品的制造過程中，測量儀器接近正處理的工件或材料，或者接近成品，以便在中斷期間、處理過程中或結束時檢測其任何幾何特征或物理特性。

舉工業處理方法為例，在激光處理工件(特別是板材和金屬型材)的過程中，使用激光輻射作為若干應用的熱處理刀具，這取決于有關激光束與正處理的工件相互作用的參數，特別是激光束在工件上的每入射體積的能量密度以及相互作用的時間間隔。

例如，通過在金屬件上長時間(以秒為量級)引導低能量密度(以每平方毫米表面數十瓦為量級)，發生硬化過程，同時通過在同一金屬件上在以飛秒或皮秒為量級的時間內引導高能量密度(以每平方毫米表面數十兆瓦為量級)，發生光蝕過程。在能量密度增高且處理時間縮短的中間范圍內，通過控制這些參數可實現焊接、切削、鉆削、雕刻、標記過程。通過從工作頭發出激光束發生這些過程，該工作頭的操作距離遠離經受該過程的工件。

在許多過程中，包括鉆削和切削的工作過程，還需在激光束與材料相互作用的處理區域中生成輔氣流，其具有推動熔體的機械功能或輔助燃燒的化學功能，或甚至屏蔽處理區域周圍環境的技術功能。輔氣流也是從位置與正處理的工件相隔的特定噴嘴中噴出。

在增材過程中，由于輔氣流，該材料可以例如呈長絲形式，或呈從噴嘴噴出的粉末形式，或甚至可以替選地呈粉末床形式。因此，該材料通過激光輻射熔化，從而在所述材料重新固化之后獲得三維模具。

在激光處理材料領域中，激光切削、鉆削和焊接是可由同一機器執行的過程，該機器能夠產生在材料的至少一個處理平面上具有預設橫向功率分布的高功率聚焦激光束，通常是功率密度為1-10000kW/mm²的激光束，并控制光束沿材料入射的方向和位置，視需要控制輔氣流的方向。可對材料執行的各種類型處理之間的差異基本上歸因于所用激光束的功率以及激光束與受處理材料之間的相互作用時間。

圖1示出對正處理的工件進行操作的機床。