本發(fā)明涉及用于確定優(yōu)選金屬的、尤其板狀的工件的材料類型和/或表面特征的方法和/或設(shè)備，以及用于執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

在工具機(jī)上加工工件時(shí)，例如在借助高能射束切割工件時(shí)，典型地需要了解工件的材料類型(例如結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、有色金屬...)以及表面特征(例如表面氧化、粗糙度、例如借助顏料或者膜的表面涂層...)，以便適當(dāng)?shù)剡m配加工參數(shù)，例如進(jìn)給量、激光功率、氣體類型和氣壓。典型地由工具機(jī)的操作者手動(dòng)地預(yù)給定待加工工件的材料類型或表面特征。如果操作者在工具機(jī)上預(yù)給定與待加工工件的實(shí)際待加工的材料類型或者表面特征不一致的材料類型或表面特征，典型地會(huì)產(chǎn)生低劣的加工結(jié)果。

由de102011005907b3已知一種用于確定表面反射率的方法，借助反射照明裝置照明該表面，其中，以不同的照明時(shí)間接收表面圖像，在所接收?qǐng)D像的每一個(gè)中確定達(dá)到預(yù)確定的最小亮度的明亮表面成分。根據(jù)不同的曝光時(shí)間從所確定的明亮表面成分來確定明亮表面成分隨曝光時(shí)間的變化，并且從中確定表面的反射率，以便識(shí)別和區(qū)分高反射和無光澤的表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的所基于的任務(wù)在于提供使得能自動(dòng)確定工件的材料類型和/或表面特征的方法和設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明通過開頭所提及類型的方法解決所述任務(wù)，所述方法包括以下步驟：借助照明射束照明工件的表面；接收經(jīng)照明的表面的至少一個(gè)圖像；并且根據(jù)至少一個(gè)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像、典型地根據(jù)對(duì)至少一個(gè)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像的統(tǒng)計(jì)分析來確定工件的材料類型和/或表面特征或者對(duì)工件的材料類型和/或表面特征進(jìn)行分類。照明工件表面典型地涉及明場(chǎng)反射照明，其中，照明射束直接從工件表面朝向觀察方向反射回來。

根據(jù)本發(fā)明提出，對(duì)工件的不同的材料類型或材料和/或不同的表面特征進(jìn)行自動(dòng)分類，以便——通常同樣自動(dòng)化地——選擇對(duì)在工具機(jī)中加工工件最優(yōu)的或特別好地適合的加工參數(shù)和/或加工工藝。根據(jù)分析所接收的至少一個(gè)已經(jīng)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的工件表面圖像，確定工件的材料類型和/或表面特征。在空間頻率域中可以特別好地識(shí)別或分析工件表面的特有結(jié)構(gòu)、尤其明暗結(jié)構(gòu)。尤其已表明的是，所接收的、給定表面的圖像的空間頻率域明顯有別于其它表面的空間頻率域，從而特別有利的是：根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的工件表面圖像來區(qū)別不同的材料類型和/或表面特征。

在一種有利的擴(kuò)展方案中，根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像的空間頻率的頻次分布的各向異性，和/或根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像的空間頻率的頻次分布的至少一個(gè)與方向無關(guān)的特性(典型地與方向無關(guān)的分散程度)，確定工件的材料類型和/或表面特征?？梢越柚阎膱D像處理方法、例如通過計(jì)算二維空間矩(英語，“spatialmoments”)，對(duì)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像的空間頻率的頻次分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中，計(jì)算空間頻率分布的橢圓度，所述橢圓度是表面結(jié)構(gòu)中的空間頻率的頻次分布的各向異性的衡量尺度，其中，所述空間矩提供空間頻率的頻次分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差的外包橢圓的最大和最小半徑，也就是標(biāo)準(zhǔn)偏差的主軸。標(biāo)量分散程度、例如頻次分布的(標(biāo)量的)標(biāo)準(zhǔn)偏差或者方差例如可以充當(dāng)空間頻率域中的頻率的頻次分布的與方向無關(guān)的特性。不僅與方向無關(guān)的特性，而且空間頻率域中的各向異性、也就是與方向有關(guān)的空間頻率域(該空間頻率域例如可以通過頻次分布的外包橢圓的最大半徑和最小半徑的特征量(空間矩)予以描述)，均可以用作不同工件類型或不同表面特征之間的區(qū)分判據(jù)。尤其可以將這兩個(gè)區(qū)分判據(jù)與作為第三區(qū)分判據(jù)的反射率一起用于確定材料類型和/或用于確定表面特征。

除了根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像來確定材料類型和/或表面特征之外，為了確定工件的材料類型或表面特征，也可以考慮工件表面對(duì)照明射束的反射率。在此，可以針對(duì)某一波長(zhǎng)、例如針對(duì)照明射束的波長(zhǎng)來確定反射率，也就是作為絕對(duì)反射率。但也可以確定工件表面對(duì)照明射束的多個(gè)不同波長(zhǎng)的反射率，并且使得相應(yīng)的反射率相互關(guān)聯(lián)(相對(duì)反射)，以便確定表面特征和/或材料類型。也可以確定表面的最大、最小和平均反射率。為了區(qū)分不同的材料類型和/或表面特征，除了根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像的分析獲得的區(qū)分判據(jù)之外，可以使用(絕對(duì)或者相對(duì))反射率作為另一區(qū)分判據(jù)。

在一種擴(kuò)展方案中，為了確定工件的材料類型和/或表面特征，將反射率、空間頻率的各向異性和/或空間頻率的頻次分布與不同的材料類型和/或表面特征的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。不同的材料類型和/或表面特征的反射率的參考數(shù)據(jù)、空間頻率的各向異性的參考數(shù)據(jù)和/或空間頻率的頻次分布的各向異性的參考數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)以上區(qū)分判據(jù)的在分析圖像時(shí)求取的值與相應(yīng)參考數(shù)據(jù)的比較，可以確定最接近于在分析圖像時(shí)求取的值的材料類型或表面特征。

在一種擴(kuò)展方案中，借助一種學(xué)習(xí)系統(tǒng)、尤其借助一種(人工)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較。在學(xué)習(xí)期間，可以借助不同的已知材料類型和/或表面特征的空間頻率的各向異性的參考數(shù)據(jù)、空間頻率的頻次分布的參考數(shù)據(jù)和/或反射率的參考數(shù)據(jù)來訓(xùn)練一種學(xué)習(xí)系統(tǒng)。如果將各向異性、頻次分布和/或反射率的在分析工件圖像時(shí)求取的值提供給經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為輸入量，則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給這些輸入量自動(dòng)化地分配最接近于所給定的輸入量的材料類型和/或表面特征?？梢允褂糜糜诒容^的其它方法代替所述學(xué)習(xí)系統(tǒng)，例如所謂的模板匹配法“templatematching”、sad(“sumofabsolutedifference”，絕對(duì)誤差和)等等，在所述模板匹配法中將圖像的小的子區(qū)域與預(yù)給定的圖像組成部分(“template”)進(jìn)行比較。

在一種變型方案中，從包括結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和有色金屬的組中確定材料類型，就是說將工件分類為結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼或者有色金屬。材料類型的分類不必一定局限于劃分為工件的上述三種類型中的某一種類型。更確切地說，必要時(shí)可以區(qū)分結(jié)構(gòu)鋼的不同類型，和/或可以在有色金屬材料類別中確定一種相應(yīng)的有色金屬，例如銅、鋁等等。

在另一變型方案中，對(duì)表面特征的確定包括對(duì)工件的軋制表面的識(shí)別。因?yàn)檐堉七^的板材具有與軋制方向有關(guān)的槽結(jié)構(gòu)，所以可以根據(jù)轉(zhuǎn)換或變換到空間頻率域的圖像中的空間頻率的各向異性來識(shí)別：是否涉及軋制過的工件。在此，尤其可以將軋制過的工件與例如以壓鑄法制作的工件或者以顏料、膜等涂覆的工件區(qū)別開來，因?yàn)榇祟惞ぜ湫偷夭痪哂锌稍诳臻g頻率域中識(shí)別為各向異性的優(yōu)先方向。附加于或替代于工件軋制方向，也可以確定其它表面特征，例如表面的粗糙度或者氧化。

在另一變型方案中，在接收?qǐng)D像時(shí)使曝光時(shí)間和/或照明強(qiáng)度適配于工件表面的反射率。在此，這樣選擇照明強(qiáng)度或曝光時(shí)間，使得所接收的圖像具有盡可能高的對(duì)比度。根據(jù)產(chǎn)生高對(duì)比度所需的曝光時(shí)間或照明強(qiáng)度，可以間接推斷出表面的反射率，也就是說，不需要借助單獨(dú)的反射率測(cè)量來確定表面的反射率。

在另一變型方案中，對(duì)材料類型和/或表面特征的確定包括由10至1000個(gè)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像來構(gòu)造平均值。根據(jù)經(jīng)平均化的圖像序列對(duì)工件的材料類型和/或表面特征進(jìn)行的確定典型地明顯好于根據(jù)唯一一個(gè)圖像進(jìn)行的確定。分析單個(gè)圖像的空間頻率范圍通常已經(jīng)能夠明確區(qū)分不同的材料類型或表面特征。

在另一變型方案中，借助激光輻射作為照明射束來照明工件表面，也就是說借助具有(至少)一種離散波長(zhǎng)的照明射束。照明裝置的照明源例如可以涉及二極管激光器，該二極管激光器產(chǎn)生660nm、808nm、915nm、980nm波長(zhǎng)的照明射束。應(yīng)盡可能均勻地照明表面。例如可以通過光纖或者玻璃棒使照明射束均勻化。優(yōu)選以反射照明方式照明表面，因?yàn)樵诜瓷湔彰鲿r(shí)可通過工件表面的自然粗糙度產(chǎn)生高對(duì)比度?？梢詫⒕哂胁煌ㄩL(zhǎng)的照明射束用于確定表面在不同波長(zhǎng)情況下的反射率或反射強(qiáng)度并且比較反射強(qiáng)度。如上所述，不同波長(zhǎng)情況下的反射率可以充當(dāng)不同材料類型和/或表面特征之間的另一區(qū)分判據(jù)。

在一種有利的擴(kuò)展方案中，將照明射束與用于加工工件的高能射束同軸地射到表面上。在借助高能射束、例如借助激光射束加工工件時(shí)(例如在激光射束切割時(shí)或激光射束焊接時(shí))或者借助等離子射束加工工件時(shí)，被證明有利的是：與高能射束同軸地照明工件表面和/或觀察工件表面。以這種方式產(chǎn)生極小的干擾輪廓，并且不僅可以直接在加工之前、而且可以在加工期間(在基本加工時(shí)間內(nèi))確定材料類型和/或表面特征。例如可以通過局部(例如側(cè)向)耦合或退耦，或者通過半透鏡(堇青石)將照明射束耦合到高能射束的光路之中，以及將觀察光路從高能射束的光路中退耦。

在另一變型方案中，所述方法還包括：根據(jù)材料類型和/或表面特征確定至少一個(gè)用于加工工件的加工參數(shù)。如上所述，可以根據(jù)用上述方式確定的材料類型和/或表面特征優(yōu)化加工過程(例如激光焊接過程或者激光切割過程)的加工參數(shù)，例如進(jìn)給速度、激光功率、作為輔助氣體或者作為切割氣體提供給工件的氣體的種類以及這種氣體的氣壓。也可以根據(jù)材料類型和/或表面特征選擇用于加工工件的合適的加工工藝，例如選擇適合用于加工的激光器或者合適的激光波長(zhǎng)。

本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品構(gòu)造用于，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在數(shù)據(jù)處理設(shè)備上運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行上述方法的所有步驟。所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備例如可以涉及控制裝置、調(diào)節(jié)裝置或者分析處理裝置，所述控制裝置、調(diào)節(jié)裝置或者分析處理裝置是用于工件的加工機(jī)的一部分。但也可以涉及外部裝置、例如pc，所述外部裝置與加工機(jī)為了交換數(shù)據(jù)而連接。

本發(fā)明的另一方面涉及開頭所述類型的設(shè)備，該設(shè)備包括：照明裝置，其用于產(chǎn)生照明射束以照明工件表面；圖像感測(cè)裝置，其用于接收工件的經(jīng)照明的表面的至少一個(gè)圖像；以及分析處理裝置，其構(gòu)造或編程用于根據(jù)至少一個(gè)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像來確定工件的材料類型和/或表面特征。

如以上聯(lián)系所述方法而描述的那樣，可以借助所述設(shè)備自動(dòng)化地確定工件的材料類型和/或表面特征。所述設(shè)備例如可以構(gòu)造為加工頭、尤其激光加工頭。在這種情況下，分析處理裝置典型地集成到加工頭之中。所述設(shè)備也可以涉及加工機(jī)、尤其激光加工機(jī)。在這種情況下，分析處理裝置典型地與加工頭分開布置。

在一種實(shí)施方式中，圖像感測(cè)裝置構(gòu)造用于，借助穿過用于將高能射束聚焦到工件上的聚焦透鏡而延伸的觀察光路，接收至少一個(gè)圖像。圖像感測(cè)裝置這樣布置或者取向，使得觀察光路穿過所述聚焦透鏡而延伸，用于加工工件的高能射束(例如激光射束或等離子束)也穿過該聚焦透鏡。為了實(shí)現(xiàn)這種觀察光路，可以給圖像感測(cè)裝置分配具有一個(gè)或者多個(gè)適當(dāng)定位的光學(xué)元件的成像光具，所述光學(xué)元件例如呈一個(gè)或者多個(gè)透鏡的形式。

在一種擴(kuò)展方案中，圖像感測(cè)裝置構(gòu)造用于從與聚焦透鏡主軸線同軸的觀察方向接收至少一個(gè)圖像。高能射束的射束軸線在理想情況下與居中地穿過聚焦透鏡而延伸的聚焦透鏡主軸線一致，也就是說高能射束居中地穿過聚焦透鏡。通過同軸地來觀察典型地垂直于聚焦透鏡主軸線的平坦工件表面，可以實(shí)現(xiàn)與方向無關(guān)的觀察，這有利于確定工件的材料類型和/或表面特征。

在一種擴(kuò)展方案中，用于通過聚焦透鏡照明工件表面的照明裝置構(gòu)造成優(yōu)選與聚焦透鏡的主軸線同軸。如上所述，對(duì)工件表面進(jìn)行反射照明是有利的，因?yàn)樵诖嘶诠ぜ砻娴淖匀淮植诙榷a(chǎn)生高的對(duì)比度。

在另一實(shí)施方式中，作為照明源的照明裝置包括至少一個(gè)激光器，尤其二極管激光器或者發(fā)光二極管。為了確定工件的工件類型和/或表面特征，被證明有利的是：在至少一種離散波長(zhǎng)的情況下以及借助一種具有高光束質(zhì)量的均勻照明源、例如借助二極管激光器進(jìn)行照明。例如可以從側(cè)面或者借助半透鏡將照明射束耦合到高能射束的光路之中。

在另一實(shí)施方式中，分析處理裝置構(gòu)造或編程用于，根據(jù)空間頻率的頻次分布的各向異性，和/或根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像的空間頻率的頻次分布的至少一個(gè)與方向無關(guān)的特性，來確定工件的材料類型和/或表面特征。如以上聯(lián)系所述方法而描述的那樣，可以借助已知的圖像處理方法、例如通過計(jì)算空間矩來計(jì)算與方向有關(guān)的空間頻率域或空間頻率的各向異性以及空間頻率的頻次分布的至少一個(gè)與方向無關(guān)的特性。

在另一實(shí)施方式中，分析處理裝置構(gòu)造用于，為了確定工件的材料類型和/或表面特征，還考慮工件表面的反射率。如上所述，表面的反射率(必要時(shí)針對(duì)照明射束的不同波長(zhǎng)測(cè)量)可充當(dāng)附加的區(qū)分判據(jù)，以便可以區(qū)分不同的材料類型和/或表面特征。

在一種擴(kuò)展方案中，分析處理裝置構(gòu)造或編程用于，為了確定材料類型和/或表面特征，而將反射率、空間頻率的各向異性和/或空間頻率的頻次分布與不同的工件類型和/或表面特征的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。不同的材料類型和/或表面特征的反射率的參考數(shù)據(jù)、空間頻率的各向異性的參考數(shù)據(jù)和/或空間頻率的頻次分布的各向異性的參考數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)三種區(qū)分判據(jù)與相應(yīng)參考數(shù)據(jù)的比較結(jié)果，可以確定最接近于在分析圖像時(shí)求取的值的材料類型或表面特征。分析處理裝置尤其可以構(gòu)造用于借助一種自我學(xué)習(xí)系統(tǒng)、例如借助一種(人工)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較。但也可以借助一種傳統(tǒng)的最小化函數(shù)來比較或搜索數(shù)據(jù)庫(kù)中類似的參數(shù)，例如通過最小誤差平方的最小化。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)由說明書和附圖得出。以上提及的和以下還將列舉的特征同樣可以單獨(dú)使用或者任意組合使用。示出的和所描述的實(shí)施方式不應(yīng)理解為最終計(jì)數(shù)，而是更確切地說具有用于敘述本發(fā)明的示例特征。

附圖說明

附圖示出：

圖1：用于確定待加工工件的材料類型和/或材料特征的激光加工機(jī)的一種實(shí)施例的示意圖，

圖2a-c：空間域中的三個(gè)圖像的示圖以及板狀工件的工件表面的轉(zhuǎn)換到空間頻率域的三個(gè)圖像的示圖，

圖3a-d：不同結(jié)構(gòu)鋼種類的工件的工件表面的四個(gè)圖像的示圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出呈激光加工機(jī)1形式的設(shè)備的示例性結(jié)構(gòu)，所述設(shè)備包括加工頭3，該加工頭用于將激光射束2聚焦到與加工頭3間隔開的工件4上。在示出的示例中，由co2激光器產(chǎn)生激光射束2。替代地，也可以例如通過固體激光器產(chǎn)生激光射束2。為了在工件4上執(zhí)行例如呈激光焊接過程或激光切割過程形式的工件加工，借助呈聚焦透鏡5形式的聚焦裝置將激光射束2聚焦到工件4上。

此外，激光頭3包括加工噴嘴6，其中，在示出的示例中，聚焦透鏡5將激光射束2穿過加工噴嘴6、更準(zhǔn)確地說穿過加工噴嘴6內(nèi)側(cè)的開口7聚焦到工件4上，具體地說聚焦到在工件4的上側(cè)形成的工件表面8上，激光射束2在示出的示例中在焦點(diǎn)位置f處照射在該工件表面上。

在圖1中同樣可看出半透鏡10，從射束引導(dǎo)部入射的激光射束2穿過半透鏡并且照射到聚焦透鏡5上。在半透鏡10處使圖1中以虛線示出的觀察光路12的觀察輻射(例如在可見波長(zhǎng)范圍內(nèi))偏轉(zhuǎn)，并且使其通過另一透鏡9以及另一半透鏡14到達(dá)呈攝像機(jī)形式的圖像感測(cè)裝置13。圖像感測(cè)裝置13可以涉及高分辨率的攝像機(jī)，該高分辨率的攝像機(jī)尤其可以構(gòu)造為高速攝像機(jī)。在示出的示例中，通過圖像感測(cè)裝置13在近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)接收?qǐng)D像。也可以在可見光或者紫外光范圍內(nèi)接收?qǐng)D像。在圖1中示出的示例中，如果應(yīng)排除借助圖像感測(cè)裝置13進(jìn)行的感測(cè)的其它射束成分或波長(zhǎng)成分，則可以將濾光片布置在圖像感測(cè)裝置13前面。例如可以將濾光片構(gòu)造為窄帶的帶通濾光片。

另一透鏡9與聚焦透鏡5共同用作成像光具，所述成像光具用于將工件表面8成像到攝像機(jī)13的探測(cè)面13a上。成像光具或攝像機(jī)13這樣布置，使得觀察光路12與圖1中以點(diǎn)畫線示出的激光射束軸線19或者其延長(zhǎng)線同軸地延伸。因?yàn)榧す馍涫S線19與聚焦透鏡5的主軸線5a一致，所以在與聚焦透鏡5的主軸線5a以及與典型地旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的加工噴嘴6的縱軸線同軸的觀察方向r上、且因此與方向無關(guān)地觀察工件表面8或者接收工件表面8的圖像。

加工頭3還包括照明裝置15，該照明裝置用于照明工件4的與加工頭3間隔開的表面8。照明裝置15具有照明源16，該照明源產(chǎn)生圖1中以虛線示出的照明射束17。作為照明源16，尤其可以設(shè)置例如波長(zhǎng)λb為660nm、808nm、915nm或980nm的二極管激光器或者必要時(shí)設(shè)置led。照明射束17穿過另一半透鏡14以及另一透鏡9，并且在半透鏡10處朝向聚焦透鏡5偏轉(zhuǎn)，其中，照明射束17與激光射束2或者與聚焦透鏡5的主軸線5a同軸地取向，使得該照明射束穿過加工噴嘴6的開口7并且照明工件4的表面8。

以下將描述如何借助圖1中所示的激光加工機(jī)1確定工件4的材料類型和/或工件4的表面8的表面特征的方法。顯然，并不是一定要在圖1所示的工件加工期間確定工件4的材料類型和/或表面特征，而是這尤其也可以在工件加工即將開始之前進(jìn)行。

在圖2a-c上方分別示出由攝像機(jī)13接收的工件4表面8圖像b。加工噴嘴6的圓形邊緣輪廓形成觀察區(qū)域的邊界，可以通過該觀察區(qū)域觀察工件4的表面8。工件表面8的可以透過開口7識(shí)別的局部具有各自不同的、特有的表面特征。

在圖2a-c所示圖像b中示出工件4的表面8，該工件在所有三種情況下均涉及軋制的不銹鋼板材。在圖2a中，工件4涉及光亮的不銹鋼板材，也就是說圖像b是對(duì)不銹鋼板材的光亮表面8的成像。在圖2b中所示的圖像b中，不銹鋼板材涂覆有不可被切割的膜，并且在圖2c中所示的圖像b中，不銹鋼板材涂覆有可被切割的膜。

為了可以根據(jù)圖2a-c中所示的圖像b更好地區(qū)分不同的表面特征(光亮表面或者不同的涂層)，將工件4的表面8的在圖2a-c中所示的圖像b轉(zhuǎn)換到空間頻率域(也就是說進(jìn)行傅里葉變換)，其中，得到圖2a-c下方示出的空間頻率域中的圖像b′。在圖2a中所示的、轉(zhuǎn)換到空間頻率域中的圖像b′中，明顯可以看出空間頻率的各向異性或者說具有以虛線表示的優(yōu)先方向v的與方向有關(guān)的空間頻率域，該各向異性的原因在于沿著軋制方向軋制的不銹鋼板材的槽結(jié)構(gòu)。圖2b和圖2c中所示的、轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像b′在空間頻率域中基本上各向同性，但是區(qū)別在于空間頻率的頻次分布值的分散度，也就是說圖2b中所示的、轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像b′具有更強(qiáng)的空間頻率分散度，而圖2c中所示的、轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像b′則更加集中在較低空間頻率的中心的周圍。通過與方向無關(guān)的(以刻度表示的)頻次分布分散程度，例如通過頻次分布的各個(gè)值與頻次分布平均值的平均絕對(duì)偏差或者通過(與方向無關(guān)的)標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差，可以很好地描述圖2b和圖2c中所示的頻次分布之間的差異。

可以根據(jù)圖2a-c中所示的、轉(zhuǎn)換到空間頻率域的三個(gè)圖像b′確定工件4的表面特征，其方式是：計(jì)算與頻次分布的空間頻率的各向異性相關(guān)的分散程度，和/或空間頻率的頻次分布的至少一個(gè)與方向無關(guān)的分散程度。可以借助圖像處理領(lǐng)域眾所周知的方法來計(jì)算分散程度，例如通過計(jì)算轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像b′的空間矩?？臻g矩形成二維分散程度，由該二維分散程度可得出頻次分布的各向異性。在激光加工機(jī)1中設(shè)置分析處理裝置20來進(jìn)行這種計(jì)算，所述分析處理裝置與攝像機(jī)13存在信號(hào)技術(shù)上的連接。分析處理裝置20例如可以以pc等形式集成到激光加工機(jī)1中，并且與控制或調(diào)節(jié)裝置21存在信號(hào)技術(shù)上的連接。

為了根據(jù)轉(zhuǎn)換到空間頻率域的相應(yīng)圖像b′的空間頻率的頻次分布的各向異性和/或根據(jù)該圖像的空間頻率的頻次分布的至少一個(gè)與方向無關(guān)的特性(典型地，分散程度)確定工件4的表面特征，分析處理裝置20構(gòu)造用于將在分析相應(yīng)圖像b′時(shí)獲得的值與不同表面特征的參考數(shù)據(jù)或參考值進(jìn)行比較，所述參考數(shù)據(jù)或參考值典型地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，分析處理裝置20可以動(dòng)用該數(shù)據(jù)庫(kù)。為了所述比較，可以在分析處理裝置20中構(gòu)建一種例如呈人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形式的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。代替該學(xué)習(xí)系統(tǒng)地，分析處理裝置20也可以使用其它比較方法，例如所謂的模板匹配法“templatematching”sad等等，在所述模板匹配法中將圖像的小的子區(qū)域與預(yù)給定的圖像組成部分(templates)進(jìn)行比較。但是分析處理裝置20也可以借助傳統(tǒng)的最小化函數(shù)來進(jìn)行比較或?qū)ふ覕?shù)據(jù)庫(kù)中類似的參數(shù)，例如通過最小誤差平方的最小化。

除了在其表面特征方面將工件4區(qū)分或分類之外，分析處理裝置20還可以確定不同的材料類型。為此可以將不同材料類型的參考數(shù)據(jù)或參考值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且同樣可以將它們與分別在分析時(shí)確定的、針對(duì)空間頻率的頻次分布的標(biāo)量特性或與方向有關(guān)的特性的值進(jìn)行比較。

除了針對(duì)不同材料和/或不同表面特征的以上所述的兩種區(qū)分判據(jù)之外，還可以考慮將工件4的表面8的反射率作為另一區(qū)分判據(jù)。為此，例如可以適配曝光時(shí)間ta(參見圖3a-d)和/或照明強(qiáng)度i(參見圖1)，直至圖像b具有充足的對(duì)比度，攝像機(jī)13以所述曝光時(shí)間接收相應(yīng)圖像b。

根據(jù)經(jīng)適配的曝光時(shí)間ta和經(jīng)適配的照明強(qiáng)度i可以推斷出工件4的表面8的反射率，該反射率提供工件4的材料類型和/或表面特征的第一標(biāo)志。也可以在照明射束17的多種波長(zhǎng)的情況下確定反射率，以改善對(duì)不同的材料類型或表面特征的分類。這種情況下可以使針對(duì)照明射束17的不同波長(zhǎng)而確定的反射率相互關(guān)聯(lián)(相對(duì)反射)，以便確定表面特征和/或材料類型。

圖3a-d示出借助攝像機(jī)13接收的不同結(jié)構(gòu)鋼種類的四個(gè)圖像b，其中，以15μs曝光時(shí)間ta接收?qǐng)D3a、3b中所示的圖像b，以30μs曝光時(shí)間ta接收?qǐng)D3c、3d所示的圖像b?？梢酝ㄟ^不同的反射率ro以及根據(jù)槽結(jié)構(gòu)區(qū)分結(jié)構(gòu)鋼種類，所述槽結(jié)構(gòu)可以根據(jù)工件4的表面8的在圖3a-d中未示出的、轉(zhuǎn)換到空間頻率域的圖像來分析。

以上述方式，尤其能夠?qū)Y(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和有色金屬這些材料類型進(jìn)行相互區(qū)分，其中，也可以區(qū)分不同的有色金屬和不同的結(jié)構(gòu)鋼種類。與聯(lián)系圖2a-c和圖3a-d所述的不同之處在于，有利的是，代替轉(zhuǎn)換到空間頻率域的單個(gè)圖像，從多個(gè)時(shí)間相繼地接收的圖像、例如從轉(zhuǎn)換到空間頻率范圍的10至1000個(gè)圖像b′來構(gòu)造(逐個(gè)像素的)平均值，并且根據(jù)該平均值確定材料類型和/或表面特征。這種情況下可考慮將平均值與相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。必要時(shí)可以有利的是，為了確定反射率，也從多個(gè)時(shí)間相繼地接收的圖像來確定平均值。

根據(jù)以上述方式確定的材料類型和/或表面特征，可以適當(dāng)?shù)剡x擇加工過程的加工參數(shù)，在本示例中即是選擇激光焊接過程或者激光切割過程的加工參數(shù)，例如進(jìn)給速度、激光功率、作為輔助氣體或者作為切割氣體提供給工件的氣體的種類及其氣壓?？梢栽诳刂坪?或調(diào)節(jié)裝置21中自動(dòng)化地選擇加工參數(shù)，所述控制和/或調(diào)節(jié)裝置可以為此動(dòng)用數(shù)據(jù)庫(kù)。如果在激光加工機(jī)1中可以在用于產(chǎn)生激光射束2的多個(gè)激光源之間進(jìn)行選擇，則必要時(shí)也可以在控制和/或調(diào)節(jié)裝置21中選擇合適的加工工藝，例如選擇適用于加工的激光源。

通過自動(dòng)化地識(shí)別或確定材料類型和表面特征，可以避免在操作者手動(dòng)輸入材料類型時(shí)的錯(cuò)誤源。也可以避免激光射束2在高反射材料上反射回來毀壞加工機(jī)。也可以自動(dòng)優(yōu)化加工參數(shù)，其中，例如可以自動(dòng)預(yù)處理覆膜的工件。也可以有利地使用照明裝置15和圖像感測(cè)裝置13來測(cè)量或確定對(duì)于加工過程重要的其它測(cè)量參量。