DE102009057209B4

DE102009057209B4 - Vorrichtung mit Scanner-Optik zur Materialbearbeitung mittels Laser

Info

Publication number: DE102009057209B4
Application number: DE102009057209A
Authority: DE
Inventors: Pravin Sievi
Original assignee: Scansonic MI GmbH
Current assignee: Scansonic MI GmbH
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2029-11-28
Also published as: WO2010088873A4; US20110290780A1; WO2010088873A1; CN102307698A; EP2393626A1; CN102307698B; DE102009057209A1

Abstract

Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines Bearbeitungslasers (1) mit einer durch eine Führungsmaschine relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück (7) beweglichen Scanner-Optik (2b), die nach dem Prinzip des pre-objektive-scanning oder des post-objective-scanning arbeitet, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: – mindestens einen mit der Scanner-Optik (2b) mitbeweglichen Projektor (10), der dazu dient, Messlicht (11) in Form von Messstrukturen auf das zu bearbeitende Werkstück (7) zu projizieren, – einen mit der Scanner-Optik (2b) mitbeweglichen Bildsensor (18), der sensitiv im Wellenlängenbereich des vom Projektor (10) abgestrahlten Messlichts (11) ist, – wobei die Scanner-Optik (2b) eine teildurchlässige Ablenkungseinheit (4a), die für den Wellenlängenbereich des Messlichts (11) durchlässig und für den Wellenlängenbereich des eines Bearbeitungslaserstrahls (6) reflektierend ist, und eine aktive Ablenkungseinheit (4b), die für den Wellenlängenbereich des Messlichts (11) und für den Wellenlängenbereich des Bearbeitungslaserstrahls (6) reflektierend ist, aufweist, und – wobei der Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls (6) von dem Bearbeitungslaser...

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einer Scanner-Optik (pre- oder post-objectivescanning) ausgestattete Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser, insbesondere zum Laserschweißen, die mit Hilfe einer Sensorik die Bearbeitungspositionen auf den zu bearbeitenden Werkstücken selbstständig und fehlerarm erkennt. Hierdurch wird es möglich, maschinen- und werkstückbedingte Positionierungsfehler mit Hilfe der Scanner-Optik zu kompensieren. Mit der Vorrichtung können in Massenfertigung unkompliziert Geometriemuster mit hoher Auflösung, wie z. B. feine Kehl- und Bördelnähte, gefertigt werden, was bislang einen sehr großen Aufwand erforderte.
Aus dem Stand der Technik sind Scanner-Optiken mit Ablenkungseinheiten für Laser bekannt, die durch Verstellen der Ablenkungseinheiten eine Positionierung des Laserbearbeitungsstrahls ermöglichen. Als Ablenkungseinheiten werden üblicherweise Spiegel eingesetzt. Mit den Scanner-Optiken können einerseits wesentlich höhere Geschwindigkeits- und Beschleunigungskennwerte als mit Führungsmaschinen erzielt werden; anderseits ermöglichen sie es, während der Verfahrbewegung der Führungsmaschine, unabhängig von dieser, Nähte und Konturen auf den zu bearbeitenden Werkstücken zu schreiben. Hierdurch können die Fertigungszeiten nachhaltig gesenkt werden.
Scanner-Optiken arbeiten entweder nach dem Prinzip des pre-objective-scanning oder des post-objective-scanning.
Bei Scanner-Optiken, die nach dem Prinzip des pre-objective-scanning arbeiten, durchläuft der divergente Laserstrahl zuerst eine Kollimationseinheit, wird anschließend über eine oder mehrere aktive (verstellbare) Ablenkungseinheiten umgelenkt und schließlich über eine Fokussiereinheit auf das zu bearbeitende Werkstück abgebildet. Die Fokussiereinheit ist mit einer optischen Linse oder einem Plan-Feld-Objektiv ausgestattet.
Scanner-Optiken nach dem Prinzip des post-objective-scanning besitzen ebenfalls eine Kollimationseinheit, die Fokussiereinheit befindet sich jedoch vor mindestens einer Ablenkungseinheit, d. h. durch die Ablenkungseinheit wird der bereits fokussierte Laserstrahl auf dem Werkstück positioniert.
Neben den aktiven Ablenkungseinheiten werden in den Scanner-Optiken oft auch passive (feststehende) Ablenkungseinheiten, die der Strahlführung dienen, eingesetzt.
Mit den herkömmlichen Scanner-Optiken sind jedoch bei der Bearbeitung von Werkstücken nur vergleichsweise geringe Positioniergenauigkeiten des Laserspots erreichbar. Grund hierfür sind die sich aufsummierenden Fehler der Toleranzkette des aus Führungsmaschine, Scanner-Optik und Werkstück bestehenden Gesamtsystems.
Die Scanner-Optiken werden üblicherweise relativ zu den sich bewegenden Werkstücken eingesetzt. Entweder ist die Scanner-Optik ortsfest und das Werkstück bewegt sich relativ zu dieser oder die Scanner-Optik wird mittels einer Führungsmaschine bewegt und das Werkstück ist ortsfest fixiert. Der tatsächliche Vektor der Relativgeschwindigkeit und die tatsächliche aktuelle kartesische Position zwischen dem Werkstücksbearbeitungspunkt und der Scanner-Optik muss also der Scanner-Optik bekannt sein, um zuerst den Startpunkt für den Laserspot zu ermitteln und diesen anschließend entsprechend der Geometrieprogrammierung nachzuführen. Während der Vektor der Relativgeschwindigkeit noch vergleichsweise genau ermittelt werden kann, ist die Position der Scanner-Optik relativ zum Werkstück aufgrund von elastischen Verformungen der Anordnung, der begrenzten Auflösung der Wegsensoren der Führungsmaschine, Fertigungstoleranzen der Werkstücke und durch die Spannvorrichtung bedingte Positionsabweichungen des Werkstücks stark fehlerbehaftet.
Hinzu kommen Fehler der Scanner-Optik, die vor allem durch die begrenzte Dynamik der Antriebe und die beschränkte Auflösung der Wegsensoren verursacht werden. Aufgrund der ungünstigen optischen Abbildungsverhältnisse und großen Arbeitsabstände (kleine Änderungen der Ablenkspiegel bewirken große Änderungen der Position des Laserspots) wirken sich diese Fehler besonders stark auf die Positioniergenauigkeit aus. Bei der Beurteilung der Fehler muss schließlich auch berücksichtigt werden, dass die Durchmesser der Laserspots typischerweise nur 0,3 mm bis 0,6 mm betragen.
Herkömmliche Scanner-Optiken werden deshalb nur in Bereichen eingesetzt, in denen die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Laserspots vergleichsweise gering sind. So werden z. B. im Fahrzeugbau nur Überlappnähte geschweißt, wobei die Breite der Überlappung so gewählt wird, dass auch bei ungünstiger Summierung aller Toleranzen die Nähte auf dem Werkstück im zulässigen Toleranzbereich verleiben. Hierdurch werden die Flanschbreiten unnötig groß, was, da im Fahrzeugbau immer leichtere, materialreduzierte Karosserien angestrebt werden, kontraproduktiv ist. Das Schweißen von Kehlnähten am Überlappstoß oder von Bördelnähten ist nicht möglich. Durch das Schweißen von Kehlnähten könnten die Flanschbreiten aber signifikant reduziert und zudem die Schweißgeschwindigkeiten bei gleich bleibender Laserleistung erhöht werden.
Die DE 10 2007 027 377 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Arbeitslaserstrahls, wobei der Arbeitslaserstrahl mittels eines strahlablenkenden 2D-Scanners auf dem Werkstück positionierbar ist. Die Vorrichtung weist ferner ein optisches Messsystem zum Erfassen eines Fügestoßes auf, wobei sowohl von dem Messsystem ausgesendetes Messlicht als auch von dem Werkstück zu dem Messsystem zurücklaufendes Messlicht von dem 2D-Scanner umgelenkt werden.
Die DE 10 2006 004 919 A1 beschreibt einen Laserstrahlschweißkopf, wobei ein Arbeitslaserstrahl über einen dichroitischen Spiegel auf ein Werkstück gelenkt wird. Der Laserstrahlschweißkopf weist ferner Mittel zur optischen Erfassung einer Schweißnaht-Position auf, wobei von einem Projektor ausgesendetes Messlicht auf das Werkstück projiziert wird und von demselben aus durch den dichroitischen Spiegel hindurch zu einem entsprechenden Beobachtungsmittel verläuft.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit einer Scanner-Optik ausgestattete Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser zu finden, die Bearbeitungspositionen auf den zu bearbeitenden Werkstücken selbstständig und fehlerarm erkennt. Durch eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit des Laserspots sollen unkompliziert Geometriemuster mit hoher Auflösung, wie z. B. feine Kehl- oder Bördelnähte, fertigbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.
Ausgegangen wird von einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser, insbesondere zum Laserschweißen, mit einer durch eine Führungsmaschine relativ zum zu bearbeitenden Werkstück beweglichen Scanner-Optik. Die Scanner-Optik ist dabei entweder ortsfest und das Werkstück wird relativ zu dieser bewegt oder das Werkstück ist ortsfest und die Scanner-Optik wird mittels einer Führungsmaschine bewegt. Die Scanner-Optik, deren Strahlengang durch eine oder mehrere aktive und/oder passive Ablenkungseinheiten definiert wird, arbeitet entweder nach dem Prinzip des pre-objektive-scanning oder des post-objektive-scanning.
Nach Maßgabe der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Projektor, der dazu dient, extern vom Strahlengang der Scanner-Optik Messlicht in Form von Messstrukturen auf das zu bearbeitende Werkstück zu projizieren, und einen Bildsensor, der sensitiv im Wellenlängenbereich des vom Projektor emittierten Messlichts ist. Der Projektor und der Bildsensor sind mit der Scanner-Optik verbunden und werden folglich beim Betrieb der Vorrichtung mit der Scanner-Optik mitbewegt. Der Bildsensor ist dem Teil des Strahlengangs der Scanner-Optik eingebunden, der bei der Auftreffposition auf dem Werkstück beginnt. Zur optischen Auskopplung aus dem Strahlengang ist der Bildsensor auf der dem Strahlengang abgewandten Seite einer Ablenkungseinheit (im Folgenden: hinter) angeordnet, die für den Wellenlängenbereich des vom Projektor abgestrahlten Lichts durchlässig ist und das Licht aus dem Wellenlängenbereich des Bearbeitungslasers reflektiert.
Es ist vorgesehen, den Bildsensor hinter einer passiven Umlenkeinheit anzuordnen und als Lichtquelle für den Projektor einen Laser, der Licht einer anderen Wellenlänge als der Bearbeitungslaser abgibt, einzusetzen sowie die passive Umlenkeinheit als teildurchlässigen Spiegel auszuführen, der mit Interferenzschichten versehen ist, wobei diese das Licht des Bearbeitungslasers reflektieren und das Licht des Projektor-Lasers durchlassen.
Nachfolgend ist in der Beschreibung der Strahlengang aus der Sicht des Bearbeitungsortes, d. h. in der Richtung beginnend am Bearbeitungsort auf dem Werkstück und beim Laser endend, definiert.
Besonders geeignet zur Auskopplung des Sensorsignals ist diejenige passive Ablenkungseinheit, die im Strahlengang hinter der letzten aktiven Ablenkungseinheit der Scanner-Optik angeordnet ist bzw. diejenige passive Ablenkungseinheit, die im Strahlengang direkt auf die Fokussiereinheit folgt.
Aufgrund dieses Aufbaus wird das Messfeld des Sensors in allen vorhandenen Freiheitsgraden synchron mit dem Laserbearbeitungsstrahl mitbewegt. Da der Laserbearbeitungsstrahl in der Scanner-Optik in mindestens einem Bereich der Optik koaxial oder annähernd koaxial zur Einfallsachse des Sensors verläuft, können sich Positions- und Geometriefehler aus dem optischen oder mechanischen Gesamtaufbau nicht auf das Messergebnis auswirken.
Da bei der einfachen Ausführungsform der Projektor ortsfest ist, aber der vom Sensor auf dem Werkstück überwachte Bereich über die Ablenkungseinheiten im gesamten Arbeitsfeld der Scanner-Optik positioniert werden kann, ist es nur dann möglich, das auf das Werkstück projizierte Messlicht durch den Sensor zu erfassen, wenn die Ablenkungseinheiten so ausgerichtet sind, dass das Messlicht auf das Messfeld des Sensors trifft. Um diese Einschränkung quer zur Nahtlängsrichtung aufzuheben, wird ein Projektor eingesetzt, der auf das Werkstück Linien quer zur Längsrichtung der auf dem Werkstück zu erzeugenden Naht projiziert, wobei sich die Linien über das gesamte Arbeitsfeld der Scanner-Optik erstrecken.
Das Messlicht enthält eine oder mehrere Projektions-Linien, wobei die Anzahl der Linien von den erforderlichen Korrekturdimensionen abhängt. Bei Verwendung einer Messlinie kann die Höhendifferenz, der Versatz quer zur Nahtlängsrichtung und die Verdrehung um die Nahtlängsrichtung ermittelt werden, während mit drei Messlinien alle räumlichen Dimensionen ermittelt werden können.
Damit die durch den Laserprozess hervorgerufenen Umgebungseinflüsse, wie Temperaturgradienten, die entstehende Plasmafackel, Schweißrauch und -spritzer, das Messsignal nicht wesentlich verfälschen, müssen die Linien des Messlichts zur Auftreffposition des Laserstrahls immer einen Abstand einhalten. Insbesondere dürfen sie den Laserstrahl nicht kreuzen. Diese Anforderung wird dadurch erreicht, dass durch den Projektor ein Abstand in Längsrichtung der Naht vorgebbar ist. Prozesstechnisch ist es günstig, wenn die Projektionslinie bezüglich des Bearbeitungspunkts immer einen Vorlauf aufweist.
Die Vorrichtung ist mit einer Steuereinheit ausgestattet, die mittels Triangulations- und/oder Lichtschnittverfahren aus den Sensordaten die Bearbeitungspositionen auf dem Werkstück berechnet und mittels dieser Positionsdaten die aktiven Ablenkungseinheiten der Scanner-Optik ansteuert. Mit den bekannten Verfahren der Triangulation (eindimensional) bzw. dem Lichtschnittverfahren (mehrdimensional), kann, aufgrund der bekannten Winkelbeziehung zwischen Projektor und Sensor, von der Position des Empfangsstrahls im Messfeld des Sensors auf die Position im Raum geschlossen werden. Im mehrdimensionalen Bereich wird nicht mehr nur ein Messpunkt, sondern ein Profil vom Sensor erfasst, das geometrische Kennwerte enthält, anhand derer die Bearbeitungsposition ermittelt werden kann. Damit wird es möglich, die Ablenkungseinheiten der Scanner-Optik so anzusteuern, dass der Laserstrahl immer vergleichsweise genau auf die Soll-Bearbeitungsposition projiziert wird.
Üblicherweise ist die Scanner-Optik an der Führungsmaschine montiert und wird durch diese relativ zum Werkstück bewegt. Ohne weitere Maßnahmen stimmt somit die Prozessgeschwindigkeit zwangsläufig mit der von der Führungsmaschine bestimmten Geschwindigkeit (Führungsgeschwindigkeit) überein. Um dennoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten zu können, werden in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die aktiven Ablenkungseinheiten der Scanner-Optik mit Hilfe der Steuereinheit derart mit der Führungsmaschine synchronisiert, dass mit der Scanner-Optik zusätzlich zur Nahtführung die Prozessgeschwindigkeit gegenüber der Führungsgeschwindigkeit verringert oder erhöht werden kann, indem der Laserstrahl mit der Scanner-Optik in oder entgegen der von der Führungsmaschine vorgegebenen Bewegungsrichtung bewegt wird.
Hierzu werden vor dem Start der Nahtführung die aktiven Ablenkungseinheiten der Scanner-Optik soweit in Vorschubsrichtung geschwenkt, dass die Messlichtlinie/Messlichtlinien am unteren Ende des Sensormessfeldes positioniert ist/sind. An diesem Ende wird, nach der Positionierung des Laserspots auf der Fügekante, mit der Nahtführung begonnen und mittels einer Ausgleichsbewegung in Vorschubsrichtung, realisiert durch die Scanner-Optik, die geforderte Prozessgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Bewegung der Führungsmaschine synchronisiert. Um höhere Taktzeiten zu erreichen, ist in der Regel die Führungsgeschwindigkeit höher als die Prozessgeschwindigkeit. Während der Bearbeitung des Werkstücks wandert daher die Projektionslinie vom unteren Ende des Sensormessfeldes zum oberen Ende. Bei ausreichend linearen Werkstückkonturen kann außerdem die Ausgleichsbewegung über den Sichtbereich des Sensor-/Kamerabilds hinaus extrapoliert werden.
Durch die Linienprojektion auf das Werkstück ist mit einem ortsfesten Projektor eine Nahtverfolgung quer zur Nahtlängsrichtung prinzipiell nicht möglich. Wenn eine kontinuierliche Nahtverfolgung bei kleinen Werkstückradien oder Werkstückkanten, die unter einem steilen Winkel zueinander stehen, realisiert werden soll, muss die Führungsmaschine innerhalb eines kleinen Zeit-/Wegabschnitts die Scanner-Optik umorientieren, was technisch nur mit großem Aufwand zu realisieren ist. Um diese Einschränkung im Vorfeld zu umgehen, werden in einer Ausführungsform der Vorrichtung entweder mehrere Projektoren eingesetzt, oder ein Projektor ist derart gelagert, dass er über einen zusätzlichen Freiheitsgrad um den Bearbeitungspunkt herum geschwenkt werden kann. Dabei muss für alle Freiheitsgrade die aktuelle Position vom Messstrahl des Projektors erfasst und aus den Sensordaten herausgerechnet werden. Das Schwenken des Projektors kann elektro-mechanisch, optisch oder elektropneumatisch erfolgen.
Des Weiteren kann der Projektor während des Messbetriebes auch über einen oder mehrere separate Projektor-Freiheitsgrade in Nahtlängsrichtung aktiv positionierbar sein. Hierdurch wird es zum einen ermöglicht, den Vorlauf zwischen den Messlicht-Linien vom Projektor und dem Laserspot und damit auch dem Sensormessfeld variabel zu halten, zum anderen kann durch Ausnutzung des gesamten Scannerfeldes mittels einer synchronisierte Bewegung zwischen Projektor und Ablenkungseinheiten der Scanner-Optik ein größerer Nahtführbereich in Nahtlängsrichtung erhalten bzw. kann ein größerer Unterschied zwischen den Führungs- und Prozessgeschwindigkeiten erzielt werden.
Um Prozess-Umwelteinflüsse wie die thermische Plasmafackel, den Schweißrauch und die Spritzer, die während des Laserprozesses zwangsläufig entstehen und zu einer Störung des Bildsensorsignals führen können, vom Projektor/den Projektoren fernzuhalten, kann die Vorrichtung mit mindestens einem Prozessjet ausgestattet sein. Der Prozessjet erzeugt mit Hilfe von komprimiertem Gas (Druckluft) eine Luftströmung, die die Prozessumwelteinflüsse aus dem Umgebungsbereich des Projektors befördert. Der Prozessjet ist, wie auch der Projektor, mit der Scanner-Optik verbunden und wird folglich zusammen mit dem Projektor bewegt.
Abhängig davon, ob ein einzelner und ortsfest montierter Projektor, mehrere Projektoren oder ein schwenkbarer Projektor eingesetzt ist, können, um zu gewährleisten, dass die Prozessumwelteinflüsse immer sicher vom Projektor weggeblasen werden, ein ortsfest montierter Prozessjet, mehrere Prozessjets oder ein Prozessjet, der wie der eingesetzte Projektor schwenkbar gelagert ist, verwendet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; hierzu zeigen die Figuren in schematischer Darstellung jeweils eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit einer nach dem Prinzip des pre-objective-scanning arbeitenden Scanner-Optik:
1: seitliche Ansicht;
2: Draufsicht;
3: Ansicht von vorne.
Bei der in 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung tritt das vom Bearbeitungslaser 1 abgegebene Licht in die nach dem Bauprinzip des post-objective-scanning arbeitende Scanner-Optik 2b ein, wird mit der Kollimationseinheit 3 kollimiert und mit der passiven Ablenkungseinheit 4a (ausgeführt als teildurchlässiger Spiegel) auf die Fokussiereinheit 5 gelenkt. Dort wird der Laserbearbeitungsstrahl 6 fokussiert und trifft im weiteren Verlauf des Strahlengangs auf die aktive Ablenkungseinheit 4b (ausgeführt als Spiegel), die den Strahl 6 auf das zu bearbeitende Werkstück 7 lenkt. Durch Verstellen der aktiven Ablenkungseinheit 4b kann die Auftreffposition 8 des Strahls 6 auf dem Werkstück 7 verändert werden; der maximale Bereich, auf den die Auftreffposition 8 mit Hilfe der Ablenkungseinheit 4b gelenkt werden kann, definiert das Arbeitsfeld 9 der Scanner-Optik 2b.
Der an die Scanner-Optik mechanisch angebundene Projektor 10 strahlt von einem Laser erzeugtes Messlicht 11 in Form von Projektions-Linien 12, die quer zur Nahtlängsrichtung 13 verlaufen, auf das Werkstück 7. Der Projektor 10 hat Freiheitsgrade 14 in Nahtlängsrichtung 13 und außerdem Freiheitsgrade 15, die ein Schwenken um die Soll-Bearbeitungsposition 16 erlauben, wodurch eine kontinuierliche Nahtverfolgung auch bei kleinen Radien oder bei Kanten ermöglicht wird.
Vom Werkstück 7 reflektiertes Licht gelangt auf die aktive Umlenkeinheit 4b und wird von dieser auf die passive Umlenkeinheit 4a gelenkt. Da die passive Umlenkeinheit 4a für das Laserlicht des Projektors 10 durchlässig ist, tritt dieses durch sie hindurch und gelangt durch die als Linse ausgeführte Sensor-Fokussiereinheit 17 auf das Sensor-Messfeld 20 des optischen Bildsensors 18. Beim Durchtritt durch die Sensor-Fokussiereinheit 17 wird das Licht fokussiert. Der Verlauf des empfangen Laserlichts definiert den Empfangstrahl 19 des Sensors 18.
Der Prozessjet 21 verwendet komprimiertes Gas 22, um die durch das Laserschweißen entstehenden Prozess-Umwelteinflüsse 23 möglichst vollständig vom Projektor 10 wegzublasen.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungslaser
2b: Scanner-Optiken nach dem Bauprinzip post-objective-scanning
3: Kollimationseinheit
4a: passive Ablenkungseinheit
4b: aktive Ablenkungseinheit
5: Fokussiereinheit
6: Laserbearbeitungsstrahl
7: Werkstück
8: Auftreffposition
9: Arbeitsfeld
10: Projektor
11: Messlicht
12: Projektions-Linie
13: Nahtlängsrichtung
14: Projektor-Freiheitsgrade in Nahtlängsrichtung
15: Projektor-Freiheitsgrade um die Bearbeitungsposition
16: Soll-Bearbeitungsposition
17: Sensor-Fokusiereinheit
18: Sensor
19: Empfangsstrahl des Sensors
20: Sensor-Messfeld
21: Prozessjet
22: komprimiertes Gas
23: Prozess-Umwelteinflüsse

Claims

Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines Bearbeitungslasers (1) mit einer durch eine Führungsmaschine relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück (7) beweglichen Scanner-Optik (2b), die nach dem Prinzip des pre-objektive-scanning oder des post-objective-scanning arbeitet, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: – mindestens einen mit der Scanner-Optik (2b) mitbeweglichen Projektor (10), der dazu dient, Messlicht (11) in Form von Messstrukturen auf das zu bearbeitende Werkstück (7) zu projizieren, – einen mit der Scanner-Optik (2b) mitbeweglichen Bildsensor (18), der sensitiv im Wellenlängenbereich des vom Projektor (10) abgestrahlten Messlichts (11) ist, – wobei die Scanner-Optik (2b) eine teildurchlässige Ablenkungseinheit (4a), die für den Wellenlängenbereich des Messlichts (11) durchlässig und für den Wellenlängenbereich des eines Bearbeitungslaserstrahls (6) reflektierend ist, und eine aktive Ablenkungseinheit (4b), die für den Wellenlängenbereich des Messlichts (11) und für den Wellenlängenbereich des Bearbeitungslaserstrahls (6) reflektierend ist, aufweist, und – wobei der Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls (6) von dem Bearbeitungslaser (1) aus mittels der teildurchlässigen Ablenkungseinheit (4a) zu der aktiven Ablenkungseinheit (4b) geführt ist und der Bearbeitungslaserstrahl (6) mittels der aktiven Ablenkungseinheit (4b) auf eine Bearbeitungsposition (16) auf dem Werkstück (7) positionierbar ist, und wobei der Bildsensor (18) auf der dem Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls (6) abgewandten Seite der teildurchlässigen Ablenkungseinheit (4a) angeordnet ist, und wobei ein von dem Werkstück (7) ausgehendes Messlicht mittels der aktiven Ablenkungseinheit (4b) durch die teildurchIässige Ablenkungseinheit (4a) hindurch zu dem Bildsensor (18) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor (10) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das von ihm zu dem Werkstück (7) hin projizierte Messlicht (11) extern vom Strahlengang der Scanner-Optik (2b) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die teildurchlässige Ablenkungseinheit (4a) eine passive Ablenkungseinheit (4a) ist, und dass als Lichtquelle des Projektors (10) ein Laser, der Messlicht (11) mit einer anderen Wellenlänge als der Bearbeitungslaser (1) abgibt, eingesetzt und die passive Ablenkungseinheit (4a) als teildurchlässiger, mit Interferenzschichten versehener Spiegel ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Ablenkungseinheit (4a) sich, dem Strahlengang aus Sicht der Bearbeitungsposition (16) folgend, an die letzte aktive Ablenkungseinheit (4b) der Scanner-Optik (2b) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanner-Optik (2b) eine Fokussiereinheit (5) aufweist, und dass die passive Ablenkungseinheit (4a), dem Strahlengang aus Sicht der Bearbeitungsposition (16) folgend, hinter der Fokussiereinheit (5) der Scanner-Optik (2b) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor (10) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihm auf das Werkstück (7) Linien (12) quer zur Längsrichtung (13) einer auf dem Werkstück (7) zu erzeugenden Naht projiziert werden, wobei sich die Linien über das gesamte Arbeitsfeld (9) der Scanner-Optik (2b) erstrecken, einen durch Verschiebungen in Nahtlängsrichtung (13) vorgebbaren Abstand zur Auftreffposition (8) des Bearbeitungslaserstrahls (6) einhalten und den Bearbeitungslaserstrahl (6) nicht kreuzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Steuereinheit ausgestattet ist, die mittels Triangulations- und/oder Lichtschnittverfahren aus den Daten des Bildsensors (18) die Bearbeitungspositionen (16) auf dem Werkstück (7) berechnet und mittels der Positionsdaten die aktive Ablenkungseinheit (4b) der Scanner-Optik (2b) ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Ablenkungseinheit (4b) der Scanner-Optik (2b) mit Hilfe der Steuereinheit derart mit der Führungsmaschine synchronisiert ist, dass mittels der Scanner-Optik (2b) zusätzlich zur Nahtführung die Prozessgeschwindigkeit gegenüber der von der Führungsmaschine vorgegebenen Geschwindigkeit verringert oder erhöht werden kann, indem der Bearbeitungslaserstrahl (6) mittels der Scanner-Optik in oder entgegen die von der Führungsmaschine vorgegebene Bewegungsrichtung bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur mehrachsigen Nahtführung entweder mehrere Projektoren (10) eingesetzt sind oder mindestens ein Projektor (10) um den Strahlengang schwenkbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen mit der Scanner-Optik (2b) mitbeweglichen Prozessjet (21) zur Erzeugung einer Luftströmung mit Hilfe von komprimiertem Gas (22), der dem Entfernen von beim Laserschweißen entstehenden Dämpfen und der Verringerung sonstiger beim Laserschweißen entstehender Prozessumwelteinflüsse (23), die das Signal des Bildsensors (18) stören, aus dem Umgebungsbereich des Projektors (10) dient, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung der Schutzwirkung des mindestens einen Prozessjets (21) entweder, wenn mehrere Projektoren (10) eingesetzt sind, auch mehrere Prozessjets (21) verwendet werden, oder, wenn ein schwenkbarer Projektor (10) verwendet ist, entweder mehrere Prozessjets (21) eingesetzt sind oder ein Prozessjet (21), der ebenfalls schwenkbar gelagert ist, eingesetzt ist.