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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Messverfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 8, eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
gemäß Anspruch 10 und ein Laserstrahlbearbeitungsverfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 103
56 415 A1 das sogenannte konfokale Messprinzip zur Tiefen- bzw.
Abstandsmessung bekannt. Das konfokale Messprinzip beruht auf der
Fokussierung des Lichtes einer punktförmigen Quelle auf
einem Objekt (Werkstück) und der Rückabbildung
des Flecks auf einem Sensor einer Vorrichtung zur Detektion der
Fokuslage und -größe. Befindet sich das Objekt
(Werkstück) im Fokus, so wird die beleuchtete Fläche
und somit deren Abbildung auf den Sensor kleinstmöglich.
Abweichungen von diesem Minimum dienen als Maß für den
Abstand des Objektes (Werkstückes) vom Fokus der Beleuchtung.
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Gemäß einer
ersten Möglichkeit zur Bestimmung eines Abstandes bzw.
einer Tiefe eines Keyholes ist einem Sensor eine Blende vorgeordnet
und ein Maximum der mittels des Sensors detektierten Leistung des
durchtretenden, reflektierten Lichtes (Intensitätsmaximum)
zeigt die Position des Objektes im Fokus an. Das Maximum ist durch
die mathematische Ableitung der Intensitätsfunktion nach
dem Abstand bzw. der Tiefe und durch die Erfassung des Nulldurchgangs
dieser Funktion zu bestimmen. Zur Ermittlung der Datengrundlage
der Intensitätsfunktion wird beispielsweise die Fokussierlinse
schnell und mit geringer Amplitude in Richtung der optischen Achse
verstellt (moduliert). Der Nulldurchgang der Ableitungsfunktion
korreliert mit dem Ort der Fokusierlinse und deren Abstand zum Objekt
(Werkstück). Tiefen- und Abstandsmessungen werden über
die Verschiebung des Nulldurchgangs ermittelt.
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Alternativ
zur beschriebenen ersten Möglichkeit kann der Fokus gemäß einer
zweiten Möglichkeit zur Bestimmung eines Abstandes bzw.
einer Keyholetiefe über den vollständigen Messbereich
durchgefahren werden und die Ermittlung des Intensitätsmaximums
durch Datenaufnahme und Computerauswertung erfolgen. Nachteilig
bei dieser Methode ist, dass sie eine schnelle mechanische Modulation über den
gesamten Bereich erfordert und eine aufwendige Online-Berechnung
notwendig ist. Sie ist jedoch vom Ergebnis her sicherer, da sie
nicht wie die erste Möglichkeit ein lokales, sondern ein
absolutes Intensitätsmaximum bestimmt. Dies bedeutet, dass
das Messergebnis im gesamten Bereich und nicht nur in der Nähe
des Reglerarbeitspunktes gesucht wird.
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Kommerziell
zu erwerbende Detektoren zur Abstands- und Tiefenmessung nach dem
konfokalen Messprinzip, wie beispielsweise SiScan von Siemens Dematic
werden im Allgemeinen zur Vermessung von Oberflächen mit
Vertiefungen kleiner Aspektverhältnisse (< 5) genutzt. Die
Methode des konfokalen Messprinzips erlaubt dabei Abstände
zu Werkstücken sehr genau zu vermessen, wobei die Genauigkeit
der Abstandsmessung umgekehrt proportional zum Arbeitsabstand ist.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlen, beispielsweise
beim Laserschweißen oder Laserbohren ist der Prozessfortschritt,
also die Einschweißtiefe (d. h. die Keyholetiefe beim Laserschweißen)
bzw. der Bohrfortschritt (d. h. die Bohrlochtiefe, d. h. die Keyholetiefe
beim Laserbohren) eine wichtige Prozesskenngröße,
deren Onlineüberwachung einem Serienprozess wünschenswert
wäre. Zur Überwachung der Keyholetiefe während
der Laserstrahlbearbeitung müssten die Messwerte online,
mit hoher zeitlicher Auflösung und möglichst störungsfrei
detektiert werden. Das störungsfreie bzw. messfehlerfreie
Messen der Keyholetiefe während der Laserbearbeitung, insbesondere
beim Schweißen oder Bohren ist jedoch bisher nicht möglich,
da der heiße Werkstoffdampf (in der Regel Metalldampf) oberhalb
und innerhalb des Keyholes die Messung der Keyholetiefe nach dem
konfokalen Messprinzip entscheidend stört. Beispielsweise
beeinflussen die Fluktuationen des Werkstoffdampfes (Metalldampfes)
den optischen Weg des Messlaserstrahls. Die Werkstoffdampfwolke
kann defokussierend auf den Messstrahl wirken und eine Streuung
sowie Abschwächung des Sensorsignals bewirken. Erschwerend
kommt hinzu, dass sich die Dichte und die Ausdehnung des Werkstoffdampfes
während des Bearbeitungsprozesses ändert, wodurch
in der Praxis eine absolute Tiefenmessung erschwert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung
vorzuschlagen, mit der die Keyholetiefe in einem Werkstück
online während der Laserstrahlbearbeitung des Werkstückes
möglichst exakt gemessen werden kann. Ferner besteht die
Aufgabe darin, ein entsprechend verbessertes Messverfahren zur Onlinebestimmung
der Keyholetiefe vorzuschlagen. Weiterhin besteht die Aufgabe darin,
eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung vorzuschlagen, bei der die
Keyholetiefe online während der Laserstrahlbearbeitung
messbar ist. Zusätzlich besteht die Aufgabe darin ein entsprechend
verbessertes Laserstrahlbearbeitungsverfahren vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich der Messvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, hinsichtlich des Messverfahrens mit den Merkmalen
des Anspruchs 8, hinsichtlich der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und hinsichtlich des Laserstrahlbearbeitungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
sollen rein vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale
verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar
sein. Ebenso sollen rein verfahrensgemäß offenbarte Merkmale
als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar
sein.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Messwert, der durch Messen
der Keyholetiefe nach dem konfokalen Prinzip erhalten wird von dem Messfehler
zu bereinigen, der auf das Durchstrahlen der Werkstoffdampfwolke
oberhalb und/oder innerhalb des Keyholes mit dem insbesondere als
Laserstrahl ausgebildeten Messstrahl zurückzuführen
ist. Zur Bereinigung des Messwertes von dem Messfehler ist es notwendig, die
Größe des Messfehlers zumindest näherungsweise
genau zu kennen. Zur Ermittlung eines den Messfehler zumindest näherungsweise
entsprechenden Referenzmessfehlers schlägt die Erfindung
vor, zusätzlich zu dem die Werkstoffdampfwolke durchdringenden
und insbesondere auf den Keyholegrund gerichteten Messstrahl einen
ersten Referenzstrahl vorzusehen, der vorzugsweise ebenfalls als
Laserstrahl ausgebildet ist. Der Referenzstrahl muss derart ausgerichtet
werden, dass er wie der Messstrahl auch die Werkstoffdampfwolke durchdringt,
vorzugsweise auf einer Strecke, deren Länge zumindest näherungsweise
der Strecke entspricht, die der Messstrahl innerhalb der Werkstoffdampfwolke
zurücklegt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass der erste Referenzstrahl auf eine erste Werkstückebene
gerichtet ist, die sich vorzugsweise in der Nähe, insbesondere
unmittelbar benachbart zu dem Keyhole auf der Werkstückoberfläche
befindet. Mittels des Referenzstrahls wird nach dem konfokalen Messprinzip
der Abstand zwischen einer Bezugsebene, beispielsweise einer Fokussierlinse
der Messvorrichtung und der ersten Werkstückebene bei auf
der ersten Werkstückebene positioniertem Fokus des ersten
Referenzstrahls gemessen, wobei der gemessene Referenzmesswert für
den Abstand der ersten Werkstückebene zu der Bezugsebene
mit einem Referenzmessfehler, der auf das Durchdringen der Werkstoffdampfwolke
zurückzuführen ist, beaufschlagt ist. Zur Ermittlung
der Größe des Referenzmessfehlers, der zumindest
näherungsweise dem Messfehler des Messwertes für
die Keyholetiefe entspricht, wird der Referenzmesswert für
den Abstand zwischen der ersten Bezugsebene und der ersten Werkstückebene
mit einem Vergleichsabstandswert für den Abstand zwischen
der ersten Bezugsebene und der ersten Werkstückebene verglichen,
insbesondere durch Differenzbildung. Um den derart ermittelten Referenzmessfehler
wird nun der Messwert für die Keyholetiefe, der mit dem Messstrahl
ermittelt wurde mit Hilfe einer Logikeinheit bereinigt. Da der Referenzmessfehler
zumindest näherungsweise dem Messfehler entspricht, wird
in der Folge ein zumindest näherungsweise exakter Wert für
die Keyholetiefe erhalten. Bevorzugt werden die eigentliche Messung
und die Referenzmessung in schneller zeitlicher Folge wiederholt,
um zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Tiefe des Keyholes bestimmten zu
können und in der Folge den Bearbeitungsprozess entsprechend
regeln bzw. steuern zu können. Durch die erfindungsgemäße
Referenzmessung kann also die Tiefenmessung des Keyholes laufend
kalibriert und der Einfluss des Werkstoffdampfes (insbesondere Metalldampfes)
herausgerechnet werden. Zur Realisierung der Erfindung müssen
das mindestens eine Werkstück und der Bearbeitungslaserstrahl nicht
ortsfest zueinander angeordnet werden. Beispielsweise ist es denkbar,
das Werkstück rotierend anzuleiten. Es liegt ferner im
Rahmen der Erfindung den Bearbeitungslaserstrahl als Messlaserstrahl
einzusetzen, d. h. zu verwenden, oder aber einen von dem Bearbeitungslaserstrahl
separaten Messstrahl vorzusehen.
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Zur
Bestimmung des Vergleichsabstandswertes gibt es mehrere Möglichkeiten.
Zum Beispiel kann der Vergleichsabstandswert vor Beginn der Bearbeitung
des Werkstücks mittels eines Bearbeitungslaserstrahls,
mittels des Messstrahl, oder mittels des Referenzstrahls nach dem
konfokalen Messprinzip gemessen werden. Ebenso ist eine Abstandsmessung
mit anderen Methoden vor der eigentlichen Bearbeitung des Werkstückes
möglich. Ebenso ist es denkbar, den Vergleichsabstand einmalig
mit einem Referenzwerkstück zu bestimmen und diesen Vergleichsabstandswert
für die folgende Bearbeitung von verschiedenen, zumindest
näherungsweise identischen Werkstücken heranzuziehen,
wenn sichergestellt ist, dass die verschiedenen Werkstücke
immer gleich exakt positionierbar sind.
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Insbesondere
zum. Eliminieren von Fertigungstoleranzen bei der Bestimmung des
Referenzmessfehlers ist eine Ausführungsform von Vorteil,
bei der der Vergleichsabstandswert, der zur Ermittlung des Referenzfehlers
herangezogen wird, ebenfalls online mit einem zweiten Referenzstrahl
nach dem konfokalen Messprinzip bestimmt wird, wobei der zweite
Referenzstrahl auf eine zweite Werkstückebene gerichtet
ist und derart ausgerichtet ist, dass er die Werkstoffdampfwolke
nicht oder ggf. nur auf einer minimalen Strecke durchdringt. Mittels
des zweiten Referenzstrahls wird dann der Abstand zwischen der zweiten
Werkstückebene und einer zweiten Bezugsebene bei auf der
zweiten Werkstückebene positioniertem Fokus des zweiten
Referenzstrahls gemessen, wobei zur Ermittlung des Vergleichsabstandswertes
aus dieser Abstandsmessung der Abstand der zweiten Bezugsebene,
die beispielsweise von einer Fokussierlinse gebildet wird und der
ersten Bezugsebene bekannt sein muss. Ebenso muss der exakte Abstand
zwischen der zweiten Werkstückebene und der ersten Werkstückebene
bekannt sein. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der
die erste Bezugsebene der zweiten Bezugsebene und die ersten Werkstückebene
der zweiten Werkstückebene entspricht, also die beiden
Bezugsebene eine gemeinsame Bezugsebene und die beiden Werkstückebenen
eine gemeinsame Werkstückebene bilden bzw. in einer gemeinsamen
Ebene liegen. In diesem Fall entspricht der gemessene Abstand zwischen
der zweiten Bezugsebene und der zweiten Werkstückebene
dem Vergleichsabstandswert.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
zum Einsatz kommende Messstrahl und der mindestens eine Referenzstrahl,
vorzugsweise beide Referenzstrahlen eine voneinander unterschiedliche
Wellenlänge aufweisen. Durch diese Maßnahme wird
eine gegenseitige Beeinflussung der eigentlichen Messung und der
mindestens einen Referenzmessung mit Vorteil vermieden. Vorzugsweise
ist für jede Wellenlänge ein auf diese Wellenlänge
abgestimmter Sensor zur Ermittlung der Intensität des Messstrahls
bzw. des mindestens einen Referenzstrahls und damit zur Bestimmung
der Fokuslage und damit zur Bestimmung der Tiefe bzw. des Abstandes
vorgesehen. Alternativ haben sämtliche Strahlen eine identische
Wellenlänge. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Messstrahl
und der mindestens eine Referenzstrahl eine identische Wellenlänge aufweisen,
wobei diese Wellenlänge bevorzugt jedoch von der Bearbeitungslaserstrahlwellenlänge unterschiedlich
ist.
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Es
ist denkbar, den Messstrahl und den mindestens einen Referenzstrahl
mit einer einzigen Laserstrahlquelle zu erzeugen, wobei mittels
einer geeigneten Optik mehrere Foki (je nach Anzahl der vorzusehenden
Messstrahlen und/oder Referenzstrahlen) ausgebildet werden können.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass für
sämtliche konfokalen Messvorgänge, also für
die eigentliche Messung der Keyholetiefe und für die mindestens
eine Referenzmessung eine gemeinsame Fokussierlinse vorgesehen ist. Vorzugsweise
ist die Fokussierlinse zur Bestimmung der Fokuslage entlang der
optischen Achse verstellbar. Alternativ können die Fokuslagen
beispielsweise mit mindestens einem, verstellbaren in den Strahlengängen
angeordne ten Prisma oder anderen geeigneten Maßnahmen realisiert
werden.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der für
den Messstrahl und den mindestens einen Referenzstrahl, vorzugsweise
für beide Referenzstrahlen jeweils ein eigener Sensor,
vorzugsweise mit jeweils mindestens einer Photodiode oder ein Phototransistor
zur Bestimmung der jeweiligen Fokuslage vorgesehen ist.
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Neben
der beschriebenen Messvorrichtung und dem beschriebenen Messverfahren
zur Online-Bestimmung einer Keyholetiefe führt die Erfindung
auf eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung sowie ein Laserstrahlbearbeitungsverfahren
zum Eindringen eines Keyholes. Insbesondere handelt es sich bei
der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung um eine Schweiß-
und/oder Bohrvorrichtung und in der Folge bei dem Keyhole um eine
Fügezone oder eine Bohrzone. Die erfindungsgemäße
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zeichnet sich durch das Vorsehen
einer zuvor beschriebenen Messvorrichtung aus. In Analogie zeichnet
sich das Laserstrahlbearbeitungsverfahren durch ein nach dem Konzept
der Erfindung ausgebildetes Online-Messverfahren aus.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
und des Laserstrahlbearbeitungsverfahrens, bei der der bei der Online-Messung
ermittelte, von dem Referenzstrahl bereinigte Messwert für
die Keyholetiefe als IST-Wert für eine IST-SOLL-Regelung
für den Bearbeitungslaser zum Einbringen des Keyholes eingesetzt
wird. Hierdurch ist es erstmals möglich den Bearbeitungslaserstrahl
in Abhängigkeit einer während der Laserstrahlbearbeitung
online gemessenen Keyholetiefe zu regeln. Dabei vergleicht die Re geleinrichtung
den bereinigten IST-Wert mit der SOLL-Tiefe und stellt vorzugsweise
die Laserleistung des Bearbeitungslaserstrahls nach, um den IST-Wert
der SOLL-Tiefe anzugleichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer nach dem Konzept der Erfindung
ausgebildeten Messvorrichtung zur Online-Bestimmung einer Keyholetiefe.
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Ausführungsform der
Erfindung
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In 1 ist
eine Messvorrichtung 1 zur Online-Bestimmung der Tiefe
eine Keyholes 2 in einem Werkstück 3 während
der Laserstrahlbearbeitung des Werkstücks 3 gezeigt.
Ein Bearbeitungslaserstrahl 35 wird über einen
für einen später noch zu erläuternden
Messstrahl sowie für noch zu erläuternde Referenzstrahlen
durchlässigen Spiegel 34 eingekoppelt und ist
auf das Werkstück 3 zum Einbringen des Keyholes 2 gerichtet,
wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, dass während der
Bearbeitung des Werkstückes 3 mit dem Bearbeitungslaser
das Werkstück 3 und der Bearbeitungslaserstrahl 35 relativ
zueinander bewegt werden. Beispielsweise kann das Werkstück 3 zum
Einbringen einer umlaufenden Schweißnaht (umfänglich
umlaufendes Keyhole) rotatorisch angetrieben werden.
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Die
Messvorrichtung 1 umfasst als Laserstrahlquelle ausgebildete
Mittel 4 zum Erzeugen eines auf das Keyhole 2 bzw.
den Keyholegrund gerichteten Messstrahls 5, der eine Werkstoffdampfwolke 6,
die während und durch das Einbringen des Keyholes 2 in
das Werkstück 3 mittels des Bearbeitungslaserstrahls 35 entsteht,
durchdringt. Der Messstrahl 5 durchstrahlt eine diesem
zugeordnete erste Linse 31, die den Messstrahl 5 in
einen ersten Pinhole 8 in einer Blende 9 fokussiert
und strahlt von dort aus durch eine gemeinsame zweite Linse 7 durch
eine gemeinsame Fokussierlinse 10, die in Pfeilrichtungen 11 entlang
der optischen Achse 12 des Messstrahls 5 verstellbar
ist, wodurch die Fokuslage des Messstrahls 5 veränderbar
ist. Der Messstrahl 5 tritt im Keyhole 2 auf und
der am Werkstück 3 abgebildete Laserlichtfleck
wird zurückreflektiert durch die Fokussierlinse 10,
die zweite Linse 7, das Pinhole 8 und die erste
Linse 31 und durchstrahlt dann einen Spiegel 13,
so dass der reflektierte Messstrahl 5' auf einem ersten
Sensor 14 auftrifft. Mittels des Sensors 14 wird
die Intensität des reflektierten Messstrahls 5' gemessen
und an eine Auswerteeinheit 15 gesendet. Die Auswerteeinheit 15 erhält
gleichzeitig Informationen über die dem jeweiligen Messwert
zugeordnete Verstellposition der Fokussierlinse 10 entlang
der optischen Achse 12. Durch Bestimmen des Intensitätsmaximums
ist die Tiefe des Keyholes 2 auf Basis eines Vergleichs
des aktuellen Messwertes mit einem anfänglichen Messwert
von der Auswerteeinheit 15 ermittelbar. Der ermittelte
Messwert für die Tiefe des Keyholes 2 ist von
einem Messfehler beaufschlagt, der auf das Durchstrahlen der Werkstoffwolke 6 mittels
des Messstrahls 5 zurückzuführen ist.
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Zur
Ermittlung dieses Messfehlers bzw. eines ähnlich großen
Referenzmessfehlers und zur Bereinigung des Messwertes der Keyholetiefe
von diesem Referenzmessfehler sind als Laserstrahlquelle ausgebildete
Mittel 16 zum Erzeugen eines ersten Referenzstrahls 17 vorgesehen,
wobei eine optische Achse 18 des Referenzstrahls 17 parallel zur
optischen Achse 12 des Messstrahls 5 verläuft. Demzufolge
strahlt der erste Referenzstrahl 17 durch eine diesen zugeordnete
erste Linse 32, die den Referenzstrahl 17 in einem
zu dem Pinhole 8 benachbarten zweiten Pinhole 19 der
Blende 9 fokussiert. Darauf durchstrahlt der Referenzstrahl 17 die
zweite Linse 7, den durchlässigen Spiegel 34 und
die gemeinsame Fokusierlinse 10 sowie die Werkstoffdampfwolke 6 und
trifft auf einer ersten Werkstückebene 20 neben
dem Keyhole 2 auf. Der von dem Referenzstrahl 17 in
der ersten Werkstückebene 20 erzeugte Laserlichtfleck
wird zurückreflektiert und strahlt durch die Fokuslinse 10,
die zweite Linse 7, das zweite Pinhole 19 und
die erste Linse 32 zurück durch den Spiegel 13 auf
einen zweiten Sensor 21, der die Intensitäten
des reflektierten Messstrahls 17' während der
Verstellung der Fokussierlinse 10 entlang der optischen
Achsen 12, 18 misst und diese Referenzmesswerte
an die Auswerteeinrichtung 15 weiterleitet, die aus den
Messwerten und den zugeordneten Verstellpositionen der Fokussierlinse 10 den
Abstand zwischen einer ersten, von der Symmetrieachse der Fokussierlinse 10 gebildeten
Bezugsebene zu der ersten Werkstückebene 20 bei
einem Intensitätsmaximum des reflektierten Referenzstrahls 17' als
Referenzmesswert ermittelt. Dieser Referenzmesswert ist mit einem
Referenzmessfehler beaufschlagt, der aus dem Durchstrahlen der Werkstoffdampfwolke 6 resultiert,
wobei zu erkennen ist, dass der Referenzstrahl 17 näherungsweise
dieselbe Strecke in der Werkstoffdampfwolke 6 zurückgelegt wie
der eigentliche Messstrahl 5, wodurch der Referenzmessfehler
des Referenzmesswertes zu mindest näherungsweise dem Messfehler
des Messwertes entspricht.
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Zum
Ermitteln des Referenzfehlers mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 15 sind
als Laserstrahlquelle ausgebildete Mittel 22 zum Erzeugen
eines zweiten Referenzstrahls 23 vorgesehen, wobei die
optische Achse 26 des zweiten Referenzmessstrahls 23 parallel
zu den optischen Achsen 12, 18 des Messstrahls 5 und
des ersten Referenzstrahls 17 verläuft, so dass
der zweite Referenzstrahl 23 durch eine diesem zugeordnete
erste Linse 33, durch ein drittes Pinhole 27 in
der Blende 9, die gemeinsame zweite Linse 7 und
durch die Fokussierlinse 10 strahlt und auf eine zweite
Werkstückebene 28 auftrifft, die im gezeigten
Ausführungsbeispiel der ersten Werkstoffebene 20 entspricht.
Der zurückreflektierte Lichtfleck, d. h. der zurückreflektierte
zweite Referenzstrahl 23' durchstrahlt den Spiegel 13 und
trifft auf einen dritten Sensor 29, wobei dieser die Intensitäten
des reflektierten zweiten Referenzstrahls 23' während
der Verstellung der Fokussierlinse 10 misst und diese Werte an
die Auswerteeinheit 15 weiterleitet, die hieraus den Abstand
einer zweiten Bezugsebene zu der zweiten Sensorfläche bei
einem Intensitätsmaximum des reflektierten Referenzstrahls 23' berechnet,
wobei die zweite Bezugsebene ebenfalls von der Fokussierlinse 10 gebildet
wird, so dass der ermittelte Abstand dem Vergleichsabstandswert
entspricht.
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Mittels
der Auswerteeinrichtung 15 wird der Referenzmessfehler
des Referenzmesswertes durch Differenzbildung aus dem Referenzmesswert
und dem Vergleichsabstandswert ermittelt. Der mit dem Messstrahl 5 berechnete
Messwert für die Keyholetiefe wird um diesen Referenzmessfehler
mittels der Auswerteeinrichtung 15 bereinigt, so dass ein
bereinigter Messwert für die Keyholetiefe resultiert. Dieser Messwert
kann als Eingangs-, d. h. Ist-Größe für
eine Regeleinrichtung zur Regelung der Laserstrahlbearbeitung des
Keyholes 2, insbesondere zur Regelung der Bearbeitungslaserstrahlintensität
und/oder der Keyholebearbeitungsdauer, d. h. die Strahlungszeit des
Bearbeitungslaserstrahls 35 verwendet werden. Die Ausgabe
dieses bereinigten Messwertes ist durch den mit den Bezugszeichen 30 gekennzeichneten
Pfeil symbolisiert.
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Die
Auswerteeinrichtung 15 bildet somit die Mittel zum Bestimmen
des durch die Werkstoffdampfwolke 6 verursachten Referenzfehlers
auf Basis eines Vergleich des Referenzwertes mit einem Vergleichabstandswert
sowie die Mittel zum Bereinigen des Messwertes für die
Keyholetiefe von diesem Referenzmessfehler.
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Die
gezeigte Messvorrichtung 1 kann auch auf andere Weise realisiert
werden. Beispielsweise kann die Fokussierlinse 10 fest
positioniert sein und die Fokuslage durch mindestens ein verstellbares
in den Strahlengängen angeordnetes Prisma variiert werden.
Ebenso ist es denkbar, denn Messstrahl 5 sowie zumindest
einen der Referenzstrahlen 17, 23 mit einer gemeinsamen
Laserstrahlquelle zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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