DE10126725A1

DE10126725A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung

Info

Publication number: DE10126725A1
Application number: DE10126725A
Authority: DE
Inventors: Carolin Radscheit; Bruno Benedikt; Rogait Jochen Mueller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Laserbearbeitung eines Werkstückes (2) mit einem Bearbeitungslaser und einem Positionierungslaser (4), welcher zur Kontrolle des Bearbeitungsvorganges einsetzbar ist. Hierzu wird das an dem Werkstück (2) reflektierte Laserlicht des Positionierungslasers (4) mittels eines optischen Sensors (5) erfaßt. Aus der Verteilung und der Intensität des Lichtfleckes auf dem Sensor (5) kann auf die relative Position zwischen einem Laserbearbeitungskopf (3) der Vorrichtung (1) und dem Werkstück (2) geschlossen werden, die dementsprechend als Korrekturgröße in das Steuerungsprogramm einfließen kann und so zu einer Verbesserung der Bearbeitungsqualität führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstückes mit einem Bearbeitungslaser und einem Positionierungslaser zur Kontrolle der Bearbeitungszone des Bearbeitungslasers. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art werden in der Praxis beispielswei se zum Laserschweißen von Karosseriebauteilen eingesetzt. Dabei müssen während der Vorschubbewegung die Position des Laserfokus relativ zum Werkstück bzw. zum fügen den Stoß genau eingehalten werden. Dies betrifft insbesondere die Position quer zur Vorschubrichtung.

Neben rein mechanischen Positionierungshilfen, beispielsweise Abstandhaltern, kommt hierzu ein Positionierungslaser zum Einsatz. Hierzu ist die Vorrichtung umschaltbar von dem unsichtbaren Bearbeitungslaser auf den Positionierungslaser, dessen beispielswei se rotes Licht problemlos vom Bediener visuell überwacht werden kann. Die Lage des Laserfokus zum Werkstück läßt sich daher leicht mit Hilfe des Positionierungslasers überprüfen, weil dieser auf dem beispielsweise als Blechplatte ausgeführten Werkstück einen deutlichen sichtbaren Lichtpunkt erzeugt.

Als nachteilig hat es sich jedoch in der Praxis erwiesen, daß die zur Einrichtung der Vor richtung einsetzbare visuelle Überprüfung bei der späteren Laserbearbeitung nicht mög lich ist und die Qualität daher wesentlich von der exakten Reproduktion der Laserbewe gung entlang der vorgegebenen Vorschubbahn abhängt. Man könnte daran denken, auch während des gesamten Bearbeitungsprozesses eine visuelle Kontrolle durch das Bedienpersonal vorzunehmen. Der hiermit verbundene Aufwand erweist sich jedoch da bei als unverhältnismäßig, so daß dieser Vorschlag in der breiten Anwendung nicht zu verwirklichen ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszuführen, daß dadurch die Ferti gungsqualität bei der Laserbearbeitung in einfacher Weise wesentlich erhöht werden kann.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Laserbear beitung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 6 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem das an dem Werkstück reflektierte Laserlicht des Positionierungslasers durch einen Sensor erfaßt und daraus die Position des Bearbeitungslasers bzw. des Laserkopfes bestimmt wird. Hierdurch kann durch den Sensor, unabhängig von einer visuellen Kontrolle durch den Bediener, eine automatische Überwachung der Laserbearbeitung vorgenommen werden, so daß sich die Bearbeitungsqualität wesentlich steigern läßt. Das von dem Positionierungslaser emittierte und an dem Werkstück reflektierte Licht wird hierbei durch den Sensor erfaßt und daraus mittels einer Steuereinheit die Position des Laserkopfes bestimmt. Hierdurch kann jederzeit der optimale Fokusabstand zu dem Werkstück eingehalten werden.

Hierbei wird eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens dadurch erreicht, daß die Intensität des reflektierten Laserlichtes des Positionie rungslasers erfaßt wird. Hierbei wird mittels Triangulation des reflektierten Laserlichtes auf den Abstand des Laserkopfes zu dem Werkstück geschlossen.

Eine andere besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch dann geschaffen, wenn die Querschnittsfläche des reflektierten Laserlichtes des Positionierungslasers erfaßt wird. Auf der Basis der durch den Sensor erfaßten Querschnittsfläche wird die Fokuslage bestimmt, um auf diese Weise eine einfache Kor rektur der Position des Laserstrahles vornehmen zu können.

Besonders praxisnah ist es auch, wenn mittels der Steuereinheit der relative Abstand zwischen dem Werkstück und dem Laserbearbeitungskopf eingestellt wird. Hierdurch kann das Steuerprogramm der Laserbearbeitung unmittelbar entsprechend der erfaßten Werte angepaßt werden, wodurch sich eine flexible Fertigung erreichen läßt.

Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes mit einem Bearbeitungslaser und einem Positionierungslaser zu schaffen, welcher zur Kontrolle der Bearbeitungszone des Bearbeitungslasers ausgeführt ist, wird erfindungs gemäß durch einen Sensor zur Erfassung des an dem Werkstück reflektierten Laserlich tes des Positionierungslasers und eine Steuereinheit zur Bestimmung der Position eines Laserkopfes der Vorrichtung erreicht. Durch den Sensor wird eine unmittelbare Kontrolle der Fokuslage des Bearbeitungslasers erreicht, indem mögliche Abweichungen von ei nem vorgegebenen Reflexionsmuster oder eine Sollposition des Lichtfleckes erfaßt und in ein Signal für die Steuereinheit umgesetzt werden. Das Steuerprogramm für die Laser bearbeitung kann daher entsprechend der erfaßten Istwerte geändert und die Ferti gungsqualität dadurch wesentlich verbessert werden.

Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Sensor eine CCD-Array hat, um dadurch eine einfache und zuverlässige Bestimmung der Koordinaten des durch das reflektierte Laserlicht erzeugten Lichtfleckes auf dem CCD-Array zu ermöglichen. Das CCD-Array ist zudem problemlos verfügbar und benötigt einen lediglich geringen Bauraum. Weiter ist es zweckmäßig, einen optischen Filter (Interferenzfilter) zu verwenden, der nur die Wellen länge des Positionierungslasers durchläßt.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Laserbearbeitung eines Werkstückes 2. Die Vorrichtung 1 hat einen Laserbearbeitungs kopf 3, durch den sowohl der Bearbeitungslaser als auch der dargestellte Positionie rungslaser 4 auf das Werkstück 2 lenkbar ist. Zur Kontrolle der Laserbearbeitung dient ein als CCD-Array ausgeführter optischer Sensor 5, durch den das an dem Werkstück 2 reflektierte Licht durch eine als Linse ausgeführte Optik 6 als ein Lichtfleck erfaßt wird.

Mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit wird aus der Intensität bzw. der Position oder der Fläche des Lichtfleckes die relative Position und Orientierung des Laserstrahles bestimmt und in eine Korrekturgröße für das Bearbeitungsprogramm umgesetzt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Vorrichtung

2

Werkstück

3

Laserbearbeitungskopf

4

Positionierungslaser

5

Sensor

6

Optik

Claims

1. Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstückes mit einem Bearbeitungslaser und einem Positionierungslaser zur Kontrolle der Bearbeitungszone des Bearbei tungslasers, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Werkstück reflektierte La serlicht des Positionierungslasers durch einen Sensor erfaßt und daraus die Positi on des Bearbeitungslasers bzw. des Laserkopfes bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des re flektierten Laserlichtes des Positionierungslasers erfaßt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des reflektierten Laserlichtes des Positionierungslasers erfaßt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Position des Leuchtfleckes durch den Sensor erfaßt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß mittels der Steuereinheit der relative Abstand zwischen dem Werkstück und dem Laserbearbeitungskopf eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes mit einem Bearbeitungslaser und einem Positionierungslaser, welcher zur Kontrolle der Bearbeitungszone des Bearbeitungslasers ausgeführt ist, gekennzeichnet durch einen Sensor (5) zur Erfassung des an dem Werkstück (2) reflektierten Laserlichtes des Positionie rungslasers (4) und eine Steuereinheit zur Bestimmung der Position eines Laser kopfes (3) der Vorrichtung (1).

7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) eine CCD-Array hat.