DE102011016519B4 - Device for processing a workpiece by means of a high-energy machining beam - Google Patents

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    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Abstract

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks (20) mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl (14), enthaltend
eine Bearbeitungsstrahlquelle (10, 12),
eine Überwachungskamera (24) zur Erzeugung eines elektronisch auswertbaren Bildes,
eine Auswerteinheit (36) zur Auswertung des Bildes,
eine Fokuslinse (18) zum Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (14) auf eine Auftreffstelle (A) auf der Oberfläche des Werkstücks (20) und zum Fokussieren der Überwachungskamera (24) auf die Auftreffstelle (A),
eine Antriebsvorrichtung (32) zum Verschieben der Fokuslinse (18) senkrecht zu ihrer optischen Achse,
eine ortsauflösende Sensoreinrichtung zur Erzeugung von die Position einer Soll-Auftreffstelle (N) des Werkstücks (20) enthaltenden Daten, und
eine Einrichtung zum Zusammenführen dieser Daten mit dem von der Überwachungskamera (24) aufgenommenen, elektronisch auswertbaren Bild.

Figure DE102011016519B4_0000
Device for processing a workpiece (20) with a high-energy machining beam (14), comprising
a machining beam source (10, 12),
a surveillance camera (24) for generating an electronically evaluable image,
an evaluation unit (36) for evaluating the image,
a focus lens (18) for focusing the machining beam (14) on an impact location (A) on the surface of the workpiece (20) and for focusing the surveillance camera (24) on the impact location (A),
a drive device (32) for displacing the focus lens (18) perpendicular to its optical axis,
a spatially resolving sensor device for generating the position of a target impact point (N) of the workpiece (20) containing data, and
a device for merging this data with the electronically evaluable image recorded by the surveillance camera (24).
Figure DE102011016519B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls.The invention relates to a device for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam.

Schweiß-, Schneid-, oder Trennbearbeitungen lassen sich mit auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks fokussierten hochenergetischen Bearbeitungsstrahlen, wie Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen präzise durchführen. Dabei ist eine Online-Qualitätskontrolle der jeweiligen Bearbeitung durch elektronische Auswertung eines Bildes der Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück möglich. Voraussetzung für eine gute Qualitätskontrolle ist ein aussagekräftiges Bild der Auftreffstelle, wobei in vielen Anwendungsfällen die Ist-Auftreffstelle mit einer Soll-Auftreffstelle, beispielsweise einer Fuge zwischen zwei Werkstücken, übereinstimmen muss. Weiter besteht häufig die Notwendigkeit, für eine einwandfreie Qualitätskontrolle zusätzlich ein Bild der Auftreffstelle zu haben, das nicht durch Rückstreuung des Bearbeitungsstrahls erzeugt wird, sondern das durch Beleuchtung der Auftreffstelle mit einem auf die Auftreffstelle fokussierten Beleuchtungsstrahl erzeugt wird.Welding, cutting or cutting operations can be carried out precisely with focused on a surface of a workpiece to be machined high-energy processing beams, such as electron beams or laser beams. In this case, an online quality control of the respective processing by electronic evaluation of an image of the point of impact of the machining beam on the workpiece is possible. Prerequisite for a good quality control is a meaningful image of the point of impact, whereby in many cases of application the actual point of impact must coincide with a target point of impact, for example a joint between two workpieces. Further, there is often the need to additionally have an image of the point of impact for a perfect quality control, which is not generated by backscattering of the processing beam, but which is produced by illuminating the point of impact with a focused on the point of incidence illumination beam.

Aus der DE 20 2007 018 689 U1 ist ein System zur aktiven Nachregelung der Fokusposition bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung zur Lasermaterialbearbeitung bekannt, das einen Sensor zur Ermittlung der Fokusposition und einen Steuerrechner enthält, der die Sensordaten verarbeitet und daraus Korrekturdaten ermittelt, entsprechend denen zumindest Teile der Optik zur Veränderung der Fokusposition parallel zur optischen Achse verschoben werden.From the DE 20 2007 018 689 U1 is a system for active readjustment of the focus position in optics for high-power laser radiation for laser material processing is known, which includes a sensor for detecting the focus position and a control computer, which processes the sensor data and determines correction data corresponding to which at least parts of the optics for changing the focus position in parallel be moved to the optical axis.

Aus der WO 2011/009594 A1 ist ein Laserbearbeitungskopf mit einer Kamera mit einer vor der Kamera im Strahlengang angeordneten Abbildungsoptik zur Beobachtung eines Bearbeitungsbereiches eines mittels des Laserstrahls zu bearbeitenden Werkstückstücks bekannt. Eine Fokussieroptik dient zur Fokussierung des Laserstrahls auf die Werkstückoberfläche und eine Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, die Abbildungsoptik bei einer Veränderung ihrer Brennweite in Richtung ihrer optischen Achse zu verstellen, um das Kamerabild wieder scharf einzustellen. Eine Veränderung der Brennweite kann durch eine Erwärmung der Fokussieroptik verursacht werden.From the WO 2011/009594 A1 is a laser processing head with a camera with an arranged in front of the camera in the beam path imaging optics for observing a processing region of a workpiece to be machined by means of the laser beam workpiece known. Focusing optics serve to focus the laser beam on the workpiece surface, and an evaluation unit is designed to adjust the imaging optics with a change in their focal length in the direction of their optical axis in order to focus the camera image again. A change in the focal length can be caused by a warming of the focusing optics.

Aus der DE 10 2009 057 209 A1 ist eine mit einer Scanner-Optik ausgestattete Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser, insbesondere zum Laserschweißen, bekannt. Die Vorrichtung enthält einen mit der Scanner-Optik mitbeweglichen Bildsensor, der optisch in einen mit der Bearbeitungsposition auf dem Werkstück beginnenden Teilbereich des Strahlengangs der Scanner-Optik eingebunden ist, und mindestens einen mit der Scanner-Optik mitbeweglichen Projektor, der dazu dient, Messlicht in Form von Messstrukturen auf das zu bearbeitende Werkstück zu projizieren. Der Bildsensor ist empfindlich im Wellenlängenbereich des vom Projektor abgestrahlten Messlichts und auf der dem Strahlengang abgewandten Seite einer Ablenkungseinheit, die für den Wellenlängenbereich des vom Projektor abgestrahlten Lichts durchlässig ist und Licht des Wellenlängenbereiches des vom Bearbeitungslaser ausgestrahlten Lichts reflektiert, angeordnet.From the DE 10 2009 057 209 A1 is a equipped with a scanner optics device for material processing by laser, in particular for laser welding, known. The device includes an image sensor which is movable with the scanner optics and which is optically integrated into a partial region of the beam path of the scanner optical system beginning with the processing position on the workpiece, and at least one projector which is movable with the scanner optics and serves to generate measurement light Form of measuring structures to project on the workpiece to be machined. The image sensor is sensitive in the wavelength range of the measurement light emitted from the projector and on the side of a deflection unit facing away from the beam path, which is transparent to the wavelength range of the light emitted from the projector and reflects light of the wavelength range of the light emitted from the processing laser.

Die EP 1 567 301 B1 beschreibt eine Bearbeitungsvorrichtung, bei der ein Bearbeitungsstrahl durch einen dichroitischen Spiegel hindurch auf eine Fokuslinse gelangt, die ihn auf eine Werkstückoberfläche fokussiert. Mittels des dichroitischen Spiegels wird in den Bearbeitungsstrahl von einer Lichtquelle eine Linie durch die Fokuslinse hindurch in geringem Abstand von der Auftreffstelle projiziert, um eine Leuchtmarke zu erzeugen. Die Leuchtmarke wird über einen Spiegel auf einen Bildwandler projiziert. Mit Hilfe des von dem Bildwandler erzeugten Bildes der Leuchtmarke kann die Bearbeitungsstelle längs eines Sollweges auf der Objektoberfläche bewegt werden. Dazu ist die Fokuslinse in einer Richtung parallel zur Werkstückoberfläche und in einer Richtung senkrecht zur Werkstückoberfläche verstellbar und ist die gesamte Vorrichtung um eine Achse schwenkbar. Der Beobachtungsstrahlengang von der Leuchtmarke zu dem Bildwandler ist schräg zum Strahlengang des Bearbeitungsstrahls, so dass die Form und Lage der Leuchtmarke, die von der Geometrie einer zu verschweißenden Fügekante abhängt, durch eine Veränderung beispielsweise des Auftreffwinkels des Beobachtungsstrahlengangs auf die Werkstückoberfläche verändert wird. Wenn die Fokuslinie sich infolge einer Erhitzung durch die hohe Leistung des Bearbeitungsstrahls verformt, führt dies dazu, dass sich die Leuchtmarke sowohl hinsichtlich ihrer Position verschiebt als auch hinsichtlich ihrer Geometrie verändert, so dass der Bearbeitungsstrahl entsprechend der veränderten Leuchtmarke nachgeführt wird, obwohl die Lage der Fügekante unverändert geblieben ist.The EP 1 567 301 B1 describes a processing apparatus in which a processing beam passes through a dichroic mirror onto a focus lens which focuses it onto a workpiece surface. By means of the dichroic mirror, a line through the focus lens is projected into the processing beam from a light source at a small distance from the point of impact to produce a highlighter mark. The highlighter is projected through a mirror onto an imager. With the help of the image generated by the image converter of the highlighter, the processing point can be moved along a desired path on the object surface. For this purpose, the focus lens is adjustable in a direction parallel to the workpiece surface and in a direction perpendicular to the workpiece surface and the entire device is pivotable about an axis. The observation beam path from the highlighter to the image converter is oblique to the beam path of the processing beam, so that the shape and position of the highlighter, which depends on the geometry of a joining edge to be welded, is changed by changing, for example, the angle of incidence of the observation beam path on the workpiece surface. If the focus line deforms as a result of heating due to the high power of the processing beam, this causes the highlighter both shifts in position and changed in terms of their geometry, so that the processing beam is tracked according to the modified highlighter, although the location of the Joining edge has remained unchanged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls zu schaffen, die bei einfacher Durchführung gute Voraussetzungen für eine Qualitätskontrolle der Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht.The invention has for its object to provide a device for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam, which allows good conditions for quality control of the machining of the workpiece with simple implementation.

Eine Lösung der vorgenannten Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 erzielt.A solution of the above object is achieved with a device according to claim 1.

Die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 wird mit den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 6 in vorteilhafter Weise weitergebildet.The device according to claim 1 is further developed with the features of the subclaims 2 to 6 in an advantageous manner.

Die Erfindung ermöglicht durch die Bewegung einer von dem Bearbeitungsstrahl oder dem Beleuchtungsstrahl durchstrahlten Linse eine gesteuerte Verschiebung der Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück bzw. der vom Beleuchtungsstrahl beleuchteten Stelle des Werkstücks längs der Oberfläche des Werkstücks, wodurch eine Online-Nachführung des Bearbeitungsstrahls entsprechend einem vorgegebenen Bearbeitungsweg auf der Oberfläche des Werkstücks bzw. eine Nachführung des Beleuchtungsstrahls derart, dass die Auftreffstelle beleuchtet wird, möglich ist. Die Steuerung der Bewegung erfolgt bevorzugt durch elektronische Auswertung eines ortsauflösenden Bildes eines Bereiches der Werkstückoberfläche, der die Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls sowie ggfs. zusätzlich das Beleuchtungsfeld eines Beleuchtungsstrahls und/oder eine Soll-Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls als zu bearbeitende Stelle des Werkstücks enthält. Zusätzlich ermöglicht die Erfindung eine Überwachung der Qualität der Bearbeitung des Werkstücks mit dem Bearbeitungsstrahl. The invention enables by the movement of a lens irradiated by the processing beam or the illumination beam a controlled displacement of the point of impact of the processing beam on the workpiece or the illuminated spot of the workpiece along the surface of the workpiece, whereby an online tracking of the processing beam according to a predetermined Machining path on the surface of the workpiece or a tracking of the illumination beam such that the point of impact is illuminated, is possible. The control of the movement is preferably carried out by electronic evaluation of a spatially resolving image of a region of the workpiece surface, which contains the point of impact of the machining beam and optionally additionally the illumination field of an illumination beam and / or a target impact point of the machining beam as the workpiece to be machined. In addition, the invention makes it possible to monitor the quality of the machining of the workpiece with the machining beam.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example, and with further details.

In den Figuren stellen dar:

  • 1 eine Prinzipansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls,
  • 2 eine abgeänderte Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung, und
  • 3 eine weitere Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung, die nicht alle beanspruchten Merkmale zeigt.
In the figures represent:
  • 1 a schematic view of an apparatus for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam,
  • 2 a modified embodiment of a processing device, and
  • 3 a further embodiment of a processing apparatus, which does not show all the claimed features.

1 zeigt schematisch in Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls. 1 shows schematically in side view a first embodiment of an apparatus for processing a workpiece by means of a high-energy machining beam.

Im dargestellten Beispiel wird aus einer Lichtleiterfaser 10 austretendes hochenergetisches Laserlicht von einem Kollimator, beispielsweise einer Kollimatorlinse, in einen vorzugsweise zumindest annähernd parallelen Bearbeitungsstrahl 14 umgewandelt. Der Bearbeitungsstrahl 14 wird von einem vorzugsweise dichroitischen Spiegel 16 vorzugsweise parallel zur optischen Achse O einer Fokuslinse 18 reflektiert. In der Brennebene der Fokuslinse 18 befindet sich ein mit dem Bearbeitungsstrahl 14 zu bearbeitendes Werkstück 20. Nach Durchtritt durch die Fokuslinse 18 wird der Bearbeitungsstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks 20 fokussiert bzw. gebündelt und trifft in einer Auftreffstelle A auf das Werkstück auf.In the example shown is made of an optical fiber 10 emerging high-energy laser light from a collimator, such as a collimator lens, in a preferably at least approximately parallel processing beam 14 transformed. The processing beam 14 is from a preferably dichroic mirror 16 preferably parallel to the optical axis O a focus lens 18 reflected. In the focal plane of the focus lens 18 is one with the processing beam 14 workpiece to be machined 20 , After passing through the focus lens 18 the machining beam is applied to the surface of the workpiece 20 focused or bundled and meets in a place of impact A on the workpiece.

Auf der von der Fokuslinse 18 abgewandten Seite des Spiegels 16 befindet sich eine Optik 22 einer insgesamt mit 24 bezeichneten Überwachungskamera mit einem Sensorfeld 26 zur Aufnahme eines elektronisch speicherbaren und auswertbaren Bildes. Die Überwachungskamera 24 ist derart ausgerichtet, dass ihre optische Achse O mit der Mittellinie M des vom Spiegel 16 zur Fokuslinse 18 hin gespiegelten Bearbeitungsstrahls zusammenfällt. Die Optik 22 ist derart eingestellt, dass paralleles einfallendes Licht auf das Sensorfeld 26 fokussiert wird.On the of the focus lens 18 opposite side of the mirror 16 there is an optic 22 a total of 24 designated surveillance camera with a sensor field 26 for recording an electronically storable and evaluable image. The security camera 24 is oriented so that its optical axis O with the center line M of the mirror 16 to the focus lens 18 mirrored processing beam coincides. The optics 22 is set so that parallel incident light on the sensor field 26 is focused.

Die Fokuslinse 18 ist innerhalb einer ortsfesten Halterung 30 mittels einer Antriebsvorrichtung 32 senkrecht zur Mittellinie M bzw. optischen Achse O bewegbar.The focus lens 18 is inside a stationary bracket 30 by means of a drive device 32 perpendicular to the midline M or optical axis O movable.

An der Halterung 30 ist eine Zielführungskamera 34 mit integrierter Lichtquelle zum Beleuchten der Oberfläche des Werkstücks 20 montiert. Die Zielführungskamera 34 enthält eine Bildplatte bzw. ein Sensorfeld zum Aufnehmen eines elektronisch auswertbaren, ortsauflösenden Bildes der Werkstückoberfläche.On the bracket 30 is a route guidance camera 34 with integrated light source for illuminating the surface of the workpiece 20 assembled. The destination guide camera 34 contains an image plate or a sensor field for receiving an electronically evaluable, spatially resolving image of the workpiece surface.

Zur Auswertung und Steuerung der verschiedenen Vorrichtungen dient eine elektronische Auswert- und Steuereinheit 36, deren Eingänge 38 mit dem Sensorfeld 26 der Überwachungskamera 24 und dem Sensorfeld der Zielführungskamera 34 verbunden sind und deren Ausgänge 40 mit der Antriebsvorrichtung 32 und der Lichtquelle 35 verbunden sind.For the evaluation and control of the various devices is an electronic evaluation and control unit 36 whose entrances 38 with the sensor field 26 the security camera 24 and the sensor field of the guidance camera 34 are connected and their outputs 40 with the drive device 32 and the light source 35 are connected.

Die Funktion der Vorrichtung ist beispielsweise wie folgt:The function of the device is for example as follows:

Sei zunächst angenommen, die Fokuslinse 18 befinde sich in einer Stellung, in der ihre optische Achse O mit der Mittellinie M des Bearbeitungsstrahls 14 zusammenfällt. Der Bearbeitungsstrahl 14 wird dann auf eine Auftreffstelle A auf der Oberfläche des Werkstücks 20 fokussiert, die nicht einer erwünschten Auftreff- bzw. Bearbeitungsstelle entspricht, beispielsweise einer am Werkstück 20 vorhandenen Naht oder Fuge, die im Folgenden als Bearbeitungslinie bzw. zu bearbeitende Stelle bzw. Soll-Auftreffstelle N bezeichnet wird und die mit dem Bearbeitungsstrahl, beispielsweise einem hochenergetischen Laserstrahl, verschweißt bzw. bearbeitet werden soll. Die Bearbeitungslinie N kann auch eine Linie sein, längs der die Werkstückoberfläche umgeschmolzen oder gehärtet werden soll.First, assume the focus lens 18 find themselves in a position in which their optical axis O with the center line M of the machining beam 14 coincides. The processing beam 14 is then on a point of impact A on the surface of the workpiece 20 focussed, which does not correspond to a desired point of impact or processing, for example one on the workpiece 20 existing seam or joint, hereinafter referred to as the processing line or point to be processed or target point of impact N is designated and which is to be welded or processed with the processing beam, such as a high-energy laser beam. The processing line N may also be a line along which the workpiece surface is to be remelted or hardened.

Vor Beginn einer Bearbeitung wird von der Einheit 36 gesteuert die Lichtquelle 35 eingeschaltet und der Laser (nicht dargestellt) zur Erzeugung des Bearbeitungsstrahls kurzzeitig mit verminderter Leistung aktiviert. Die Zielführungskamera 34 nimmt somit ein Bild der Oberfläche des Werkstücks 20 auf, auf dem die Bearbeitungslinie N und die Auftreffstelle A des mit verminderter Leistung abgestrahlten Bearbeitungsstrahls 14 sichtbar sind. In der Auswert- und Steuereinheit 36 werden der Abstand zwischen der Auftreffstelle A und der Bearbeitungslinie N sowie die Richtung des Abstandes ermittelt und ein Steuersignal erzeugt, mit dem die Antriebsvorrichtung 32 derart betätigt wird, dass die Fokuslinse 18 gemäß 1 um die Strecke a, die dem Abstand zwischen der Auftreffstelle A bei mit der Mittellinie M zusammenfallender optischen Achse O und der Bearbeitungslinie N entspricht, bewegt wird. Im dargestellten Beispiel liegen A und N in der Papierebene. Bei 2-dimensionaler Verstellbarkeit der Fokuslinse 18 kann der Abstand jedwelche Richtung in der Ebene senkrecht zur optischen Achse O haben. In der dargestellten Position der Fokuslinse 18 fällt die Auftreffstelle A mit der Bearbeitungslinie N zusammen, so dass von der Einheit 36 der nicht dargestellte Laser mit voller Leistung aktiviert werden kann und die Bearbeitung der Bearbeitungslinie N mit Hilfe des Bearbeitungsstrahls 14 erfolgen kann.Before the start of processing is by the unit 36 controls the light source 35 switched on and the laser (not shown) for generating the processing beam briefly activated with reduced power. The destination guide camera 34 thus takes an image of the surface of the workpiece 20 on, on which the processing line N and the point of impact A of the reduced power beam 14 are visible. In the evaluation and control unit 36 be the distance between the point of impact A and the processing line N and determines the direction of the distance and generates a control signal with which the drive device 32 is actuated such that the focus lens 18 according to 1 around the distance a, which is the distance between the point of impact A at with the midline M coincident optical axis O and the processing line N corresponds, is moved. In the example shown are A and N in the paper plane. With 2-dimensional adjustability of the focus lens 18 the distance can be any direction in the plane perpendicular to the optical axis O to have. In the illustrated position of the focus lens 18 falls the point of impact A with the processing line N together, leaving from the unit 36 the unillustrated laser can be activated at full power and the processing of the processing line N with the help of the processing beam 14 can be done.

Mittels der erläuterten Verschiebbarkeit der Fokuslinse 18 senkrecht zur Richtung des Bearbeitungsstrahls können somit Fehlausrichtungen zwischen dem Werkstück 20 und der Bearbeitungsvorrichtung ausgeglichen werden und ohne eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 20 und der Bearbeitungsvorrichtung, die die Überwachungskamera 24 und die Zielführungskamera 34, den Spiegel 16, den Kollimator 12, die Halterung 30 mit Antriebsvorrichtung 32 und die Fokuslinse 18 enthält, kann eine Verstellung der Auftreffstelle A über einen Bereich erfolgen, der durch die Verschiebbarkeit der Fokuslinse 18 innerhalb der Halterung 30 begrenzt sind.By means of the explained displaceability of the focus lens 18 perpendicular to the direction of the machining beam can thus misalignments between the workpiece 20 and the machining device are balanced and without a relative movement between the workpiece 20 and the processing device containing the surveillance camera 24 and the guidance camera 34 , the mirror 16 , the collimator 12 , the holder 30 with drive device 32 and the focus lens 18 Contains an adjustment of the point of impact A be made over a range caused by the displaceability of the focus lens 18 inside the holder 30 are limited.

Die Qualität der Bearbeitung, beispielsweise einer Laserschweißung oder eines Laserschnitts, kann durch Auswertung des von der Überwachungskamera 24 aufgenommenen Bildes der Auftreffstelle A online erfolgen, wobei die geometrische Größe der Auftreffstelle A, die Farbe der Auftreffstelle A, die Helligkeit ohne und mit zusätzlicher Beleuchtung, das Reflexionsprofil des in Richtung der Kamera reflektierten Lichts und ggfs. weitere Größen Schlüsse über die Schweißqualität und die Lage der Auftreffstelle relativ zu der Sollbearbeitungsstelle, beispielsweise der Bearbeitungslinie N, zulassen.The quality of the processing, for example a laser welding or a laser cut, can be achieved by evaluating the data from the surveillance camera 24 recorded image of the impact site A done online, with the geometric size of the point of impact A , the color of the point of impact A , the brightness without and with additional illumination, the reflection profile of the light reflected in the direction of the camera and possibly other variables conclusions about the quality of welding and the location of the point of impact relative to the desired processing point, for example the processing line N , allow.

Die beschriebene Vorrichtung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann eine fest mit der Linse verbundene, nicht dargestellte Beleuchtungsquelle vorgesehen sein, die in den Brennpunkt der Linse und damit die jeweilige Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls ein Beleuchtungsfeld erzeugt, so dass auf dem Sensorfeld 26 der Überwachungskamera 24 Bilder der jeweiligen Bearbeitungsstelle erzeugt werden können, die von der reflektierten bzw. rückgestreuten Strahlung des Bearbeitungsstrahls und/oder von der durch die Bearbeitung entstehende Sekundärstrahlung erzeugt werden und, aus anderem Winkel, von dem Beleuchtungsstrahl erzeugt werden. Die Auswertung dieser Bilder lässt besonders gute Rückschlüsse auf die Bearbeitungsqualität zu.The device described can be modified in many ways. For example, an illumination source (not shown) connected to the lens can be provided, which generates an illumination field in the focal point of the lens and thus the respective point of impingement of the processing beam, so that on the sensor field 26 the security camera 24 Images of the respective processing point can be generated, which are generated by the reflected or backscattered radiation of the processing beam and / or from the secondary radiation resulting from the processing and, from another angle, are generated by the illumination beam. The evaluation of these images allows particularly good conclusions about the quality of the processing.

Bei Vorhandensein einer solchen relativ starken Beleuchtungsquelle, die am Ort der Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls ein Beleuchtungsfeld erzeugt, kann die Zielführungskamera 34 entfallen, wenn von der Überwachungskamera 24 ein Bild aufgenommen wird, das das Beleuchtungsfeld, in dessen Mitte die Auftreffstelle A liegt, und die Bearbeitungslinie N zeigt. Durch Auswertung dieses Bildes kann die Auftreffstelle zur Deckung mit der Bearbeitungslinie N gebracht werden. Des Weiteren erlaubt ein solches Bild den Einsatz der Überwachungskamera 24 auch als Zielführungskamera, da auf dem Bild nicht nur die Auftreffstelle A sondern auch ein Bereich der Bearbeitungslinie N sichtbar ist, längs der die Auftreffstelle geführt werden soll.In the presence of such a relatively strong illumination source, which generates a lighting field at the point of impact of the processing beam, the guidance camera can 34 omitted when from the surveillance camera 24 an image is taken, which is the illumination field, in the middle of which the impact site A lies, and the processing line N shows. By evaluating this image, the point of impact can coincide with the processing line N to be brought. Furthermore, such an image allows the use of the surveillance camera 24 also as a guidance camera, because in the picture not only the point of impact A but also an area of the processing line N is visible, along which the point of impact is to be guided.

Eine Beleuchtungsquelle kann vollständig entfallen, wenn die Bildauswertung der Überwachungskamera nicht nur die Qualitätsüberwachung der Bearbeitung sondern auch eine örtliche Übereinstimmung der Bearbeitungsstelle mit einer Sollbearbeitungsstelle, wie der Bearbeitungslinie, ermöglicht. Die Fokuslinie 18 wird bei nicht vorhandener Übereinstimmung entsprechend verstellt.An illumination source can be completely eliminated if the image analysis of the surveillance camera not only allows the quality control of the processing but also a local match of the processing point with a target processing point, such as the processing line. The focus line 18 is adjusted accordingly if there is no match.

Wenn die Länge der Bearbeitungslinie N, längs der eine Bearbeitung erfolgen soll, den Verstellbereich der Fokuslinse 18 übersteigt, kann die Auswertung des Bildes der Überwachungskamera 24 zur Steuerung einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung eingesetzt werden, mit der die Bearbeitungsvorrichtung insgesamt relativ zum Werkstück 20 bewegt werden kann.If the length of the processing line N , along which a processing is to take place, the adjustment of the focus lens 18 may exceed the evaluation of the image of the surveillance camera 24 be used to control a drive device, not shown, with the machining device as a whole relative to the workpiece 20 can be moved.

Die Antriebsvorrichtung 32 kann derart ausgebildet sein, dass die Fokuslinse 18 relativ zur Halterung 30 lediglich linear verschiebbar ist, oder dass sie in der gesamten zur optischen Achse O senkrechten Ebene verschiebbar ist. Zusätzlich kann die Fokuslinse 18 parallel zur optischen Achse O beweglich sein, um Abstandstoleranzen zur Oberfläche des Werkstücks 20 auszugleichen.The drive device 32 may be formed such that the focus lens 18 relative to the bracket 30 is only linearly displaceable, or that they are in the whole to the optical axis O vertical plane is displaceable. In addition, the focus lens 18 parallel to the optical axis O be movable to distance tolerances to the surface of the workpiece 20 compensate.

In der dargestellten Ausführungsform ist die einzige Fokuslinse 18 beweglich. Es versteht sich, dass auch optische Systeme mit mehreren Linsen verwendet werden können, von denen wenigstens eine in Querrichtung der optischen Achse des Linsensystems verschiebbar ist.In the illustrated embodiment, the only focus lens is 18 movable. It goes without saying that it is also possible to use optical systems with a plurality of lenses, of which at least one is displaceable in the transverse direction of the optical axis of the lens system.

Für eine genaue Erkennung etwaiger Strukturen auf der Oberfläche des Werkstücks 20 kann die Lichtquelle 35 die Oberfläche des Werkstücks 20 in an sich bekannter Weise mit strukturiertem Licht, beispielsweise einem Liniengitter, beleuchten. Eine Naht, Stufe oder Kante an dem Werkstück 20 kann dann durch elektronische Bildauswertung einfacher bestimmt werden.For accurate recognition of any structures on the surface of the workpiece 20 can the light source 35 the surface of the workpiece 20 in a manner known per se with structured light, For example, a line grid, illuminate. A seam, step or edge on the workpiece 20 can then be determined more easily by electronic image analysis.

Die Position einer zu bearbeitenden Fügekante oder sonstigen Bearbeitungslinie an dem Werkstück 20 muss nicht zwangsläufig mittels optischer Bildauswertung ermittelt werden, sondern kann beispielsweise mit einem ortsauflösenden Wirbelstromsensor erfasst werden und elektronisch dem von dem Sensorfeld 26 aufgenommenen Bild überlagert werden. Auch andere Sensoren, wie kapazitive Sensoren, Ultraschallsensoren usw. sowie mit Berührung arbeitende Sensoren sind möglich.The position of a joining edge or other processing line to be machined on the workpiece 20 does not necessarily have to be determined by optical image analysis, but can be detected for example with a spatially resolving eddy current sensor and electronically from the sensor field 26 superimposed on the captured image. Other sensors, such as capacitive sensors, ultrasonic sensors, etc. as well as contact sensors are possible.

Die Lichtquelle 35 und deren Anordnung können vielfältig variiert werden. Beispielsweise können um die Fokuslinse 18 herum mehrere Lichtquellen angeordnet werden.The light source 35 and their arrangement can be varied in many ways. For example, around the focus lens 18 several light sources are arranged around.

Eine lichtstarke Beleuchtungslichtquelle, die zur Erzeugung eines Bildes der Bearbeitungsstelle bzw. Auftreffstelle A in der Überwachungskamera dient, kann derart ausgebildet sein, dass ihr Licht beispielsweise über einen halbdurchlässigen Spiegel in den Bearbeitungsstrahl 14 eingekoppelt wird, wobei das Beleuchtungslicht nicht parallel sein muss, sondern der eingekoppelte Beleuchtungsstrahl eine leichte Divergenz haben kann, so dass auf der Werkstückoberfläche 20 ein im Vergleich zur Auftreffstelle A des Bearbeitungsstrahls größeres Beleuchtungsfeld entsteht, das bei Verschiebung der Fokuslinse 18 mitwandert.A high intensity illumination light source used to produce an image of the processing site or point of impact A used in the surveillance camera can be designed such that their light, for example, a semi-transparent mirror in the processing beam 14 is coupled, wherein the illumination light need not be parallel, but the coupled illumination beam can have a slight divergence, so that on the workpiece surface 20 one in comparison to the point of impact A the processing beam larger illumination field is formed, the displacement of the focus lens 18 migrates.

2 zeigt eine gegenüber 1 abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung, die sich von der der 1 dadurch unterscheidet, dass der dichroitische Spiegel 16 fehlt und ein in die Überwachungskamera 24 gelangender Abbildungsstrahlengang 42 parallel zum Bearbeitungsstrahl 14 ist und entsprechend dem Abstand vom Bearbeitungsstrahl 14 durch die Fokuslinse 18 hindurchtritt. Der Einfachheit halber fehlen in 2 die Auswert- und Steuereinheit 36, die Zielführungskamera 34 und die Halterung 30. Für denen der 1 entsprechende Bauteile sind in 2 dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Die Funktionalität der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 2 entspricht der der 1. 2 shows one opposite 1 modified embodiment of the device, which differs from that of the 1 this distinguishes the dichroic mirror 16 missing and one in the security camera 24 reaching imaging beam path 42 parallel to the processing beam 14 is and according to the distance from the machining beam 14 through the focus lens 18 passes. For the sake of simplicity missing in 2 the evaluation and control unit 36 , the route guidance camera 34 and the holder 30 , For those of 1 corresponding components are in 2 the same reference numerals as in 1 used. The functionality of the embodiment of the device according to 2 corresponds to the 1 ,

In 2 ist ein Zusatzelement 44 eingezeichnet, beispielsweise ein Schweißdraht, dessen vorderes Ende an die Bearbeitungslinie N herangeführt wird und von der Zielführungskamera 34 (1) und/oder Überwachungskamera 24 als Soll-Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls erfasst wird.In 2 is an additional element 44 drawn, for example, a welding wire whose front end to the processing line N is introduced and from the guidance camera 34 ( 1 ) and / or security camera 24 is detected as a target impact point of the machining beam.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung. Für denen der 1 entsprechende Bauteile sind in 3 die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Im Unterschied zu 1 enthält die Ausführungsform gemäß 3 eine Remotebearbeitungsvorrichtung, beispielsweise Laserschweißvorrichtung 50, bei der an einem gemeinsamen Rahmen der an eine Lichtleiterfaser 10 bzw. einen Lichtwellenleiter anschließbare Kollimator 12, der dichroitische Spiegel 16, die Kamera 24 und die Fokuslinse 18 angeordnet sind. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 wird der Bearbeitungsstrahl 14 von dem dichroitischen Spiegel 16 nicht unmittelbar auf die Fokuslinse 18 reflektiert, sondern gelangt über zwei weitere Spiegel 52 und 54, die um zwei vorzugsweise senkrecht aufeinander stehende Achsen von einer Schwenkvorrichtung 56 verschwenkbar sind, durch die bei diesem Ausführungsbeispiel ortsfeste Fokuslinse 18 hindurch auf die Oberfläche des Werkstücks 20. Durch gesteuertes Verschwenken der Spiegel 52 und 54 kann die Auftreffstelle A, an der der auf die Oberfläche des Werkstücks 20 fokussierte Bearbeitungsstrahl 14 auf die Oberfläche des Werkstücks 20 auftrifft, längs einer vorbestimmten Bahn über die Oberfläche des Werkstücks 20 bewegt werden. Das von der Auftreffstelle A rückgestreute oder reflektierte Licht gelangt auf das Sensorfeld 26 der Überwachungskamera 24. 3 shows a further embodiment of a processing device. For those of 1 corresponding components are in 3 the same reference numerals as in 1 used. In contrast to 1 contains the embodiment according to 3 a remote processing device, such as a laser welding device 50 in which at a common frame to an optical fiber 10 or an optical waveguide connectable collimator 12 , the dichroic mirror 16 , the camera 24 and the focus lens 18 are arranged. In contrast to the embodiment according to 1 becomes the processing beam 14 from the dichroic mirror 16 not directly on the focus lens 18 reflected, but passes through two more mirrors 52 and 54 , which are two axes preferably perpendicular to each other from a pivoting device 56 are pivotable, by the fixed in this embodiment focus lens 18 through to the surface of the workpiece 20 , By controlled pivoting of the mirror 52 and 54 can be the point of impact A at the on the surface of the workpiece 20 focused machining beam 14 on the surface of the workpiece 20 impinges along a predetermined path across the surface of the workpiece 20 to be moved. That from the point of impact A backscattered or reflected light reaches the sensor field 26 the security camera 24 ,

Alternativ kann die Vorrichtung gemäß 3 derart aufgebaut sein, dass der Bearbeitungsstrahl 14 nicht durch Verschwenken der Spiegel sondern durch Bewegen der Fokuslinie 18 senkrecht zu ihrer optischen Achse, ähnlich wie gemäß 1, längs der Oberfläche des Werkstücks 20 bewegt wird.Alternatively, the device according to 3 be constructed such that the processing beam 14 not by pivoting the mirrors but by moving the focus line 18 perpendicular to its optical axis, similar to 1 , along the surface of the workpiece 20 is moved.

Wie bereits erläutert, ist für eine Online-Qualitätsauswertung beispielsweise einer Schweißung vorteilhaft, die Auftreffstelle A nicht nur durch Auswerten der in Folge des Auftreffens des Bearbeitungsstrahls 14 auf das Werkstück erzeugten Strahlung zu analysieren, sondern zusätzlich mit dem von einer Beleuchtungslichtquelle 60 erzeugten Beleuchtungsstrahl 61 einer zweckmäßigen Wellenlänge. Das Licht der Beleuchtungslichtquelle 60 gelangt durch eine Kollimatorlinse 62 und eine Fokuslinse 64, von der es auf die Oberfläche des Werkstücks 20 derart fokussiert wird, dass ein Beleuchtungsfeld B entsteht, das etwas größer sein kann als die Auftreffstelle A des Bearbeitungsstrahls 14. Das Beleuchtungsfeld B ist durch Verschieben der Fokuslinse 64 senkrecht zu ihrer optischen Achse bewegbar. Dazu ist die Fokuslinse 64 in einer Halterung 30 aufgenommen, in der sie mittels einer Antriebseinheit 33 in einer senkrecht zu der optischen Achse der Fokuslinse 64 gerichteten Ebene verschiebbar ist. Die Beleuchtungslichtquelle 60, die Kollimatorlinse 62, die Halterung 30 und die Antriebseinheit 33 sind vorteilhafterweise starr mit dem Rahmen der Remotebearbeitungsvorrichtung 50 verbunden. Mit der Remotebearbeitungsvorrichtung 50 ist weiter eine Zielführungskamera 70 verbunden, die ein elektronisches Bild der Oberfläche des Werkstücks 20 aufnehmen kann mit der Auswert- und Steuereinheit 36 verbunden ist.As already explained, for an on-line quality evaluation of, for example, a weld, the point of impact is advantageous A not only by evaluating as a result of the impact of the machining beam 14 to analyze radiation generated on the workpiece, but in addition to that of a lighting light source 60 generated illumination beam 61 an appropriate wavelength. The light of the illumination light source 60 passes through a collimator lens 62 and a focus lens 64 from which it touches the surface of the workpiece 20 is focused such that a lighting field B arises, which may be slightly larger than the impact site A of the machining beam 14 , The lighting field B is by moving the focus lens 64 movable perpendicular to its optical axis. This is the focus lens 64 in a holder 30 recorded in which they by means of a drive unit 33 in a direction perpendicular to the optical axis of the focus lens 64 directed plane is displaceable. The illumination light source 60 , the collimator lens 62 , the holder 30 and the drive unit 33 are advantageously rigid with the frame of the remote processing device 50 connected. With the remote processing device 50 is still a guidance camera 70 Connected to an electronic image of the surface of the workpiece 20 can record with the evaluation and control unit 36 connected is.

Damit das Beleuchtungsfeld B der über die Oberfläche des Werkstücks 20 bewegbaren Auftreffstelle A folgt, nimmt die Zielführungskamera 70 ein Bild der Werkstückoberfläche auf, das die Auftreffstelle A und das Beleuchtungsfeld B enthält. Die Auswert- und Steuereinheit 36 wertet dieses Bild im Hinblick auf die jeweilige Lage der Auftreffstelle und des Beleuchtungsfeldes aus und errechnet Steuersignale für die Antriebseinheit 33, die die Fokuslinse 64 derart verschiebt, dass das Beleuchtungsfeld B die Auftreffstelle A überdeckt. Somit folgt das Beleuchtungsfeld B der Auftreffstelle A online, so dass eine Online-Qualitätsüberwachung der Schweißung möglich ist, indem sowohl das vom Bearbeitungsstrahl erzeugte Bild als auch das von der Beleuchtungslichtquelle 60 erzeugte Bild, die jeweils von der Überwachungskamera 24 aufgenommen und gegebenenfalls unmittelbar überlagert werden, ausgewertet werden.So that the lighting field B the over the surface of the workpiece 20 movable point of impact A follows, takes the route guidance camera 70 an image of the workpiece surface, which is the point of impact A and the lighting field B contains. The evaluation and control unit 36 evaluates this image with regard to the respective location of the point of impact and the illumination field and calculates control signals for the drive unit 33 that the focus lens 64 so shifts that the lighting field B the point of impact A covered. Thus, the illumination field follows B the point of impact A online, so that online quality monitoring of the weld is possible by both the image generated by the processing beam and that of the illumination light source 60 generated image, each from the surveillance camera 24 recorded and, if appropriate, superimposed immediately.

Mit den vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen, deren Merkmale in unterschiedlicher Weise miteinander kombiniert werden können, wurde erläutert, wie eine senkrecht zu ihrer optischen Achse verschiebbaren Linse in unterschiedlichster Weise für Verschiebungen einer Auftreffstelle einer durch sich hindurchgehenden Strahlung auf eine Werkstückoberfläche verwendet werden kann. Dies kann zum Zweck eines Toleranzausgleiches, zum Zweck einer Wegverfolgung oder für sonst welche Zwecke erfolgen.With the embodiments described above by way of example, the features of which can be combined in different ways, it has been explained how a lens displaceable perpendicularly to its optical axis can be used in a variety of ways for displacements of a point of incidence of a radiation passing through it onto a workpiece surface. This can be done for the purpose of tolerance compensation, tracking purposes or otherwise.

Bei den geschilderten Beispielen ist der Bearbeitungsstrahl ein Laserstrahl. Auch bei Elektronenstrahlbearbeitungen kann die Auftreffstelle eines Elektronenstrahls auf eine Werkstückoberfläche durch Verschieben einer Elektronenstrahllinse senkrecht zu ihrer Achse verschoben werden.In the described examples, the processing beam is a laser beam. Even in electron beam processing, the point of impact of an electron beam on a workpiece surface can be shifted by moving an electron beam lens perpendicular to its axis.

Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung:

  • 1. Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks (20) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstrahl (14) und/oder ein Beleuchtungsstrahl (61) durch eine Linse (18; 64) hindurchtritt, die zum Verschieben einer Auftreffstelle (A) des Bearbeitungsstrahls (14) auf das Werkstück (20) und/oder eines vom Beleuchtungsstrahl (61) auf dem Werkstück (20) erzeugten Beleuchtungsfeldes (B) senkrecht zu ihrer optischen Achse (O) bewegt wird.
  • 2. Verfahren nach Aspekt 1, wobei die Linse (18; 64) aufgrund von Steuersignalen bewegt wird, die aus einer elektronischen Auswertung eines Bildes der Werkstückoberfläche erzeugt werden, das die Orte wenigstens von zwei der folgenden Elemente enthält: Auftreffstelle des Bearbeitungsstrahls (A), Soll-Auftreffstelle (N), Beleuchtungsfeld (B).
  • 3. Verfahren nach Aspekt 1 oder 2, wobei die Linse (18; 64) aufgrund von Steuersignalen bewegt wird, die durch Auswertung von Signalen erzeugt werden, die von einem Eigenschaften der Werkstückoberfläche erfassenden Sensor erzeugt werden.
  • 4.. Verfahren nach Aspekt 2 oder 3, wobei durch Bewegen der Linse (18) die Auftreffstelle (A) zur Deckung mit der Soll-Auftreffstelle (N) gebracht wird.
  • 5. Verfahren nach einem der Aspekte 2 bis 4, wobei durch Bewegen der Linse (18) das Beleuchtungsfeld (B) in Überdeckung mit der Auftreffstelle (N) gebracht wird.
  • 6. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei eine Überwachungskamera (24) durch die bewegbare Linse (18) hindurch ein Bild der Auftreffstelle (A) aufnimmt, das zur Überwachung der Qualität der an der Auftreffstelle (A) erfolgenden Werkstückbearbeitung elektronisch ausgewertet wird.
  • 7. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei der Bearbeitungsstrahl ein Elektronenstrahl für eine Schweißbearbeitung des Werkstücks ist.
  • 8. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei der Bearbeitungsstrahl (14) ein Laserstrahl ist.
  • 9. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks (20) mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl (14), enthaltend eine Bearbeitungsstrahlquelle (10, 12), eine Überwachungskamera (24) zur Erzeugung eines elektronisch auswertbaren Bildes, eine Auswerteinheit (36) zur Auswertung des Bildes, eine Fokuslinse (18) zum Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (14) auf eine Auftreffstelle (A) auf der Oberfläche des Werkstücks (20) und zum Fokussieren der Überwachungskamera auf die Auftreffstelle (A) und eine Antriebsvorrichtung (32) zum Verschieben der Fokuslinse (18) senkrecht zu ihrer optischen Achse.
  • 10. Vorrichtung nach Aspekt 9, enthaltend einen dichroitischen Spiegel (16), der den Bearbeitungsstrahl (14) auf die Fokuslinse (18) umlenkt, wobei die Überwachungskamera (24) auf der von der Fokuslinse (18) abgewandten Seite des dichroitischen Spiegels (16) in der Verlängerung der optischen Achse des Bearbeitungsstrahls angeordnet ist.
  • 11. Vorrichtung zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks (20) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, enthaltend eine Bearbeitungsstrahlquelle (10, 12), eine Remoteoptik (52, 54, 56), mit der eine Auftreffstelle (A) des Bearbeitungsstrahls (14) längs der Oberfläche des Werkstücks (20) bewegbar ist, eine Beleuchtungsstrahlquelle (60, 62) zum Erzeugen eines Beleuchtungsstrahls, der zur Erzeugung eines Beleuchtungsfeldes (B) mittels einer Fokuslinse (64) auf die Oberfläche des Werkstücks (20) fokussierbar ist und eine Antriebseinheit (32) zum Verschieben der Fokuslinse (64) senkrecht zu ihrer optischen Achse, so dass das Beleuchtungsfeld (B) zur Deckung mit der Auftreffstelle (A) bringbar ist.
  • 12. Vorrichtung zum Steuern der Bearbeitung eines Werkstücks (20) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, enthaltend eine Bearbeitungsstrahlquelle (10, 12), eine Optik mit einer Linse (18), die senkrecht zu ihrer optischen Achse bewegbar ist, so dass eine Auftreffstelle (A) des Bearbeitungsstrahls (14) längs der Oberfläche des Werkstücks (20) bewegbar ist, eine Beleuchtungsstrahlquelle (60, 62) zum Erzeugen eines Beleuchtungsstrahls, der zur Erzeugung eines Beleuchtungsfeldes (B) mittels einer Fokuslinse (64) auf die Oberfläche des Werkstücks (20) fokussierbar ist und eine Antriebseinheit (32) zum Verschieben der Fokuslinse (64) senkrecht zu ihrer optischen Achse, so dass das Beleuchtungsfeld (B) zur Deckung mit der Auftreffstelle (A) bringbar ist.
  • 13. Vorrichtung nach einem der Aspekte 6 bis 11, enthaltend eine Zielführungskamera (34) zur Aufnahme eines elektronisch auswertbaren Bildes, das wenigstens zwei der Elemente Auftreffstelle (A), Soll-Auftreffstelle (N) und Beleuchtungsfeld (B) enthält, und eine Bildauswerteinrichtung (70, 36) zum Erzeugen eines Steuersignals bei einer Abweichung zwischen den wenigstens zwei Elementen, wobei das Steuersignal die Antriebseinrichtung (32) derart steuert, dass die Abweichung abnimmt.
  • 14. Vorrichtung nach Aspekt 13, enthaltend eine Lichtquelle (35) zum Beleuchten des Werkstücks (20) mit strukturiertem Licht.
  • 15. Vorrichtung nach einem der Aspekte 9, 10 oder 13, wobei eine Soll-Auftreffstelle durch eine vorbestimmte Position an einem für die Bearbeitung erforderlichen Zusatzelement (44) bestimmt ist.
Further aspects of the present disclosure:
  • 1. Method for controlling the machining of a workpiece ( 20 ) by means of a high-energy machining beam ( 14 ), characterized in that the processing beam ( 14 ) and / or an illumination beam ( 61 ) through a lens ( 18 ; 64 ), which is used to move a point of impact ( A ) of the processing beam ( 14 ) on the workpiece ( 20 ) and / or one of the illumination beam ( 61 ) on the workpiece ( 20 ) generated illumination field ( B ) perpendicular to its optical axis ( O ) is moved.
  • 2. Method according to aspect 1 , where the lens ( 18 ; 64 ) is moved on the basis of control signals which are generated from an electronic evaluation of an image of the workpiece surface containing the locations of at least two of the following elements: impact location of the machining beam ( A ), Target impact point ( N ), Illumination field ( B ).
  • 3. Method according to aspect 1 or 2 , where the lens ( 18 ; 64 ) is moved based on control signals generated by evaluating signals generated by a sensor of the workpiece surface sensing.
  • 4 .. Process by aspect 2 or 3 , whereby by moving the lens ( 18 ) the impact site ( A ) to coincide with the target impingement point ( N ) is brought.
  • 5. Method according to one of the aspects 2 to 4 , whereby by moving the lens ( 18 ) the illumination field ( B ) in overlap with the point of impact ( N ) is brought.
  • 6. Method according to one of the aspects 1 to 5 , wherein a surveillance camera ( 24 ) by the movable lens ( 18 ) through an image of the impact site ( A ), which is used to monitor the quality of the impact ( A ) occurring workpiece machining is evaluated electronically.
  • 7. Method according to one of the aspects 1 to 6 wherein the processing beam is an electron beam for a welding treatment of the workpiece.
  • 8. Method according to one of the aspects 1 to 6 , wherein the processing beam ( 14 ) is a laser beam.
  • 9. Apparatus for processing a workpiece ( 20 ) with a high-energy machining beam ( 14 ) containing a processing beam source ( 10 . 12 ), a surveillance camera ( 24 ) for generating an electronically evaluable image, an evaluation unit ( 36 ) for evaluating the image, a focus lens ( 18 ) for focusing the processing beam ( 14 ) to a point of impact ( A ) on the surface of the workpiece ( 20 ) and to focus the surveillance camera on the impact site ( A ) and a drive device ( 32 ) for moving the focus lens ( 18 ) perpendicular to its optical axis.
  • 10. Device according to aspect 9 containing a dichroic mirror ( 16 ), the processing beam ( 14 ) on the focus lens ( 18 ), whereby the surveillance camera ( 24 ) on the of the focus lens ( 18 ) facing away from the dichroic mirror ( 16 ) is arranged in the extension of the optical axis of the machining beam.
  • 11. Device for controlling the machining of a workpiece ( 20 ) by means of a high energy machining beam containing a machining beam source ( 10 . 12 ), a remote optics ( 52 . 54 . 56 ), with which a point of impact ( A ) of the processing beam ( 14 ) along the surface of the workpiece ( 20 ), an illumination beam source ( 60 . 62 ) for generating an illumination beam which is used to generate a lighting field ( B ) by means of a focus lens ( 64 ) on the surface of the workpiece ( 20 ) is focusable and a drive unit ( 32 ) for moving the focus lens ( 64 ) perpendicular to its optical axis so that the illumination field ( B ) to coincide with the point of impact ( A ) can be brought.
  • 12. Device for controlling the machining of a workpiece ( 20 ) by means of a high energy machining beam containing a machining beam source ( 10 . 12 ), an optic with a lens ( 18 ), which is movable perpendicular to its optical axis, so that a point of impact ( A ) of the processing beam ( 14 ) along the surface of the workpiece ( 20 ), an illumination beam source ( 60 . 62 ) for generating an illumination beam which is used to generate a lighting field ( B ) by means of a focus lens ( 64 ) on the surface of the workpiece ( 20 ) is focusable and a drive unit ( 32 ) for moving the focus lens ( 64 ) perpendicular to its optical axis so that the illumination field ( B ) to coincide with the point of impact ( A ) can be brought.
  • 13. Device according to one of the aspects 6 to 11 comprising a guidance camera ( 34 ) for receiving an electronically evaluable image, the at least two of the elements impingement ( A ), Target impact point ( N ) and illumination field ( B ), and an image evaluation device ( 70 . 36 ) for generating a control signal at a deviation between the at least two elements, wherein the control signal is the drive device ( 32 ) controls so that the deviation decreases.
  • 14. Device according to aspect 13 containing a light source ( 35 ) for illuminating the workpiece ( 20 ) with structured light.
  • 15. Device according to one of the aspects 9 . 10 or 13 in which a desired point of impact through a predetermined position on an additional element ( 44 ) is determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
LichtleiterfaserOptical fiber
1212
Kollimatorcollimator
1414
Bearbeitungsstrahlprocessing beam
1616
Spiegelmirror
1818
Fokuslinsefocus lens
2020
Werkstückworkpiece
2222
Optikoptics
2424
ÜberwachungskameraSecurity Camera
2626
Sensorfeldsensor field
3030
Halterungbracket
3232
Antriebsvorrichtungdriving device
3434
ZielführungskameraNavigation camera
3535
Lichtquellelight source
3636
Auswert- und SteuereinheitEvaluation and control unit
3838
Eingängeinputs
4040
Ausgängeoutputs
4242
AbbildungsstrahlengangImaging beam path
4444
Zusatzelementadditional element
5050
RemotebearbeitungsvorrichtungRemote processing device
5252
Spiegelmirror
5454
Spiegelmirror
5656
Schwenkvorrichtungswivel device
6060
BeleuchtungslichtquelleIllumination light source
6161
Beleuchtungsstrahlillumination beam
6262
Kollimatorlinsecollimator lens
6464
Fokuslinsefocus lens
7070
ZielführungskameraNavigation camera
OO
optische Achse der Fokuslinseoptical axis of the focus lens
MM
Mittellinie des BearbeitungsstrahlsCenterline of the machining beam
AA
Auftreffstelleimpingement
NN
Soll-AuftreffstelleTarget impact point
BB
Beleuchtungsfeldillumination field

Claims (6)

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks (20) mit einem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl (14), enthaltend eine Bearbeitungsstrahlquelle (10, 12), eine Überwachungskamera (24) zur Erzeugung eines elektronisch auswertbaren Bildes, eine Auswerteinheit (36) zur Auswertung des Bildes, eine Fokuslinse (18) zum Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (14) auf eine Auftreffstelle (A) auf der Oberfläche des Werkstücks (20) und zum Fokussieren der Überwachungskamera (24) auf die Auftreffstelle (A), eine Antriebsvorrichtung (32) zum Verschieben der Fokuslinse (18) senkrecht zu ihrer optischen Achse, eine ortsauflösende Sensoreinrichtung zur Erzeugung von die Position einer Soll-Auftreffstelle (N) des Werkstücks (20) enthaltenden Daten, und eine Einrichtung zum Zusammenführen dieser Daten mit dem von der Überwachungskamera (24) aufgenommenen, elektronisch auswertbaren Bild.Device for processing a workpiece (20) with a high-energy machining beam (14), comprising a machining beam source (10, 12), a monitoring camera (24) for generating an electronically evaluable image, an evaluation unit (36) for evaluating the image, a focus lens (18) for focusing the machining beam (14) on an impact location (A) on the surface of the workpiece (20) and for focusing the surveillance camera (24) on the impact location (A), a drive device (32) for shifting the focus lens (18) perpendicular to its optical axis, a spatially resolving sensor means for generating the position of a target impact location (N) of the workpiece (20) containing data, and means for merging these data with the of the surveillance camera (24) recorded electronically evaluable image. Vorrichtung nach Anspruch 1, enthaltend einen dichroitischen Spiegel (16), der den Bearbeitungsstrahl (14) auf die Fokuslinse (18) umlenkt, wobei die Überwachungskamera (24) auf der von der Fokuslinse (18) abgewandten Seite des dichroitischen Spiegels (16) in der Verlängerung der optischen Achse des Bearbeitungsstrahls (14) angeordnet ist.Device after Claim 1 , comprising a dichroic mirror (16) which deflects the processing beam (14) onto the focus lens (18), wherein the surveillance camera (24) on the side of the dichroic mirror (16) facing away from the focus lens (18) in the extension of the optical Axis of the processing beam (14) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend eine Lichtquelle (35) zum Beleuchten des Werkstücks (20) mit strukturiertem Licht.Device after Claim 1 or 2 comprising a light source (35) for illuminating the structured light workpiece (20). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, enthaltend eine Beleuchtungslichtquelle, die zur Erzeugung eines Bildes der Auftreffstelle (A) in der Überwachungskamera (24) dient, deren Licht über einen halbdurchlässigen Spiegel in den Bearbeitungsstrahl (14) eingekoppelt wird.Device according to one of Claims 1 to 3 comprising an illumination light source for generating an image of the point of impact (A) in the surveillance camera (24), the light of which is coupled into the processing beam (14) via a semitransparent mirror. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, enthaltend eine Zielführungskamera (34) zur Aufnahme eines elektronisch auswertbaren Bildes, das wenigstens zwei der Elemente Auftreffstelle (A), Soll-Auftreffstelle (N) und Beleuchtungsfeld (B) enthält, und die Auswerteinheit (36) zum Erzeugen eines Steuersignals bei einer Abweichung zwischen den wenigstens zwei Elementen, wobei das Steuersignal die Antriebsvorrichtung (32) derart steuert, dass die Abweichung abnimmt.Device after Claim 3 or 4 comprising a guidance camera (34) for receiving an electronically evaluable image containing at least two of the impact point (A), target impact point (N) and illumination field (B), and the evaluation unit (36) for generating a control signal in the event of a deviation between the at least two elements, wherein the control signal controls the drive device (32) such that the deviation decreases. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Soll-Auftreffstelle (N) durch eine vorbestimmte Position an einem für die Bearbeitung erforderlichen Zusatzelement (44) bestimmt ist.Device after Claim 5 wherein the desired impact point (N) is determined by a predetermined position on an additional element (44) required for machining.
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