DE102015007142A1 - Messvorrichtung für ein Laserbearbeitungssystem und Verfahren zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls auf einem Werkstück - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (12) für ein Laserbearbeitungssystem, zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls (16) auf einem Werkstück (32, 33), das zum Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (18) vorgesehen ist, der in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads (30, 31) relativ zu dem Werkstück bewegbar ist. Die Messvorrichtung (12) ist an eine Bearbeitungsvorrichtung (14) koppelbar und umfasst einen optischen Kohärenztomographen (20). Die Messvorrichtung (12) ist dazu eingerichtet, den Messstrahl (16) auf dem Werkstück (32, 33) in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) in wenigstens eine erste Messposition (54) und eine zweite Messposition (56) zu verlagern, um in den Messpositionen jeweils Messpunkte quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) abzutasten.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Laserbearbeitungssystem, zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls auf einem Werkstück, das zum Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls vorgesehen ist, der in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads relativ zu dem Werkstück bewegbar ist, wobei die Messvorrichtung an eine Bearbeitungsvorrichtung koppelbar ist und einen optischen Kohärenztomographen mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen des Messstrahls umfasst, und wobei die Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Messstrahl innerhalb eines vorbestimmten Messbereichs auf dem Werkstück zu verlagern.
• Die Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Werkstück während des Bearbeitungsprozesses kann erfindungsgemäß durch Bewegen des Bearbeitungsstrahls und/oder des Werkstücks ausgeführt werden.
• Ferner ist das Durchführen von Positionsmessungen im Sinne der Erfindung als ein Erfassen von Messdaten an einer aktuellen Messposition des Messstrahls auf dem Werkstück zu verstehen. Dabei werden insbesondere Messdaten mit Höheninformationen, d. h. mit topographischen Informationen der Werkstückoberfläche, an der jeweiligen aktuellen Messposition erfasst. Das Erfassen von Höheninformationen ist im Hinblick auf Höhendifferenzen miteinander zu verschweißender Werkstücke sowie im Hinblick auf das Erfassen der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Werkstück von großer Bedeutung. Insbesondere bei Überlappschweißungen, bei denen zwei sich gegenseitig überlappende Werkstücke miteinander verschweißt werden, ist die Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Bauteil festzustellen, um mögliche Fehlstellen erkennen zu können.
• Unter Berücksichtigung weiterer Informationen bezüglich der Verlagerung des Messstrahls können die durch die Positionsmessung erfassten Messdaten gemäß der Erfindung mit Informationen zu einer Lage bzw. den Koordinaten der aktuellen Messposition des Messstrahls auf dem Werkstück verknüpft werden. Hierzu können beispielsweise Informationen bezüglich einer Stellung von Komponenten der Messvorrichtung, der Bearbeitungsvorrichtung und/oder einer Lage des Werkstücks bereitgestellt werden.
• Zu Beginn beschriebene Messvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und können für ein Überwachen von automatisierten Bearbeitungsprozessen bzw. Schweißprozessen mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Laserbearbeitungsstrahls, während des Bearbeitens des Werkstücks eingesetzt werden. Das Überwachen kann der Qualitätssicherung dienen, indem beispielsweise im Prozess frühzeitig Lunker und Fehlstellen erkannt werden. Ferner können die von der Messvorrichtung erfassten Messdaten zum Anpassen von Prozessparametern und somit zum Regeln des Bearbeitungsprozesses verwendet werden.
• Durch ein Koppeln einer Messvorrichtung an eine (Laser-)Bearbeitungsvorrichtung bzw. einen Bearbeitungskopf können Messungen entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfades, beispielsweise im Bereich eines Überlappstoßes oder einer Nahtfuge bzw. Fügekante, durchgeführt werden.
• In bekannten Vorrichtungen wird für die Überwachung von (Laser-)Bearbeitungsverfahren vermehrt ein als optische Kohärenztomographie (engl.: Optical Coherence Tomography, OCT) bezeichnetes Verfahren eingesetzt. Dieses basiert auf dem Grundprinzip der Interferenz von Lichtwellen und daraus resultierender Effekte. Die optische Kohärenztomographie ermöglicht es, Höhenunterschiede entlang einer Messstrahlachse im Mikrometerbereich zu erfassen. Dazu wird Messlicht erzeugt und mittels eines Strahlteilers in einen Messstrahl und einen Referenzmessstrahl aufgetrennt. Der Messstrahl wird an einen Messarm weitergeleitet und trifft auf eine Oberfläche einer Messprobe, beispielweise eines zu bearbeitenden Werkstücks. An dieser Oberfläche wird der Messstrahl zumindest teilweise reflektiert und an den Strahlteiler zurückgeführt. Der Referenzmessstrahl wird an den Referenzarm weitergeleitet und am Ende des Referenzarms reflektiert. Der reflektierte Referenzmessstrahl wird ebenfalls an den Strahlteiler zurückgeführt. Die Überlagerung der reflektierten Strahlen wird schließlich detektiert, um unter Berücksichtigung der Länge des Referenzarms Höheninformationen über die Oberfläche und/oder die Eindringtiefe eines Bearbeitungsstrahls zu ermitteln.
• Da der Messstrahl eines optischen Kohärenztomographen koaxial zu einem Bearbeitungsstrahl verlaufen und diesen überlagern kann, ist eine einfache Kopplung einer OCT-Messvorrichtung mit einer (Laser-)Bearbeitungsvorrichtung möglich.
• Die Dokumente WO 2012/037694 A2 und US 2012/0285936 A1 beschreiben unterschiedliche Ausführungsformen von Laserbearbeitungsvorrichtungen mit interferometrischen Messsystemen zum Überwachen des Laserbearbeitungsprozesses, beispielsweise durch Messen der Eindringtiefe des Laserstrahls.
• Zu einer möglichst vollständigen Überwachung eines Bearbeitungsprozesses, ist neben dem Erfassen der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls und der aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück (im Bereich der Dampfkapillare und des Schmelzbads) auch der Umgebungsbereich der Bearbeitungsposition zu beobachten. Das Dokument DE 101 55 203 A1 beschreibt hierzu die feste Ausrichtung eines Messstrahls oder mehrerer Messstrahlen auf verschiedene Bereiche auf einem Werkstück. Diese feste Ausrichtung des jeweiligen Messstrahls wird dabei durch eine festgelegte Orientierung des Messstrahls bei einem Einkoppeln in einen Strahlteiler erreicht.
• Um ein Abtasten eines Umgebungsbereichs der Bearbeitungsposition auf einem Werkstück zu realisieren, werden bekannte (Laser-)Bearbeitungsvorrichtungen und/oder Messvorrichtungen mit verschiedenen Abtast- bzw. Scaneinrichtungen versehen, die ein Ablenken eines Messstrahls ermöglichen.
• Das Dokument DE 10 2013 008 269 A1 beschreibt eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen Kohärenztomographen, die eine Abtasteinrichtung mit mehreren galvanisch aufgehängten Spiegeln (Galvospiegeln) umfasst. Die Abtasteinrichtung ist dabei derart in dem Strahlengang der Laserbearbeitungsvorrichtung angeordnet, dass ein gesteuertes Verstellen der Galvospiegel eine definierte Verlagerung sowohl der Messstrahlen als auch der Bearbeitungslaserstrahlen auf dem Werkstück bewirkt. Hierbei ist der Messstrahl durch die gemeinsame Verlagerung stets auf eine aktuelle Bearbeitungsposition ausgerichtet. Für ein Erfassen des Umgebungsbereichs weist die OCT-Messvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform einen planen Taumelspiegel auf. Dieser ist taumelnd gelagert und kann dadurch den Messstrahl auf dem Werkstück in einer durch den Taumelspiegel festgelegten kreisförmigen Bahn um die aktuelle Bearbeitungsposition des Bearbeitungsstrahls herum verlagern.
• Ein reines Verlagern eines Messstrahls auf Umgebungsbereiche einer Bearbeitungsposition mittels eines Taumelspiegels begrenzt das Abtasten auf eine Kreisbahn auf dem Werkstück. Dies hat den Nachteil, dass ein relativ großer Radius der Kreisbahn vorgesehen werden muss, um Bereiche zu erfassen, die in Bezug auf einen Hauptbearbeitungspfad verhältnismäßig weit vor oder hinter einer Bearbeitungsposition liegen. Dadurch muss der Messstrahl auf dem Werkstück um eine vergleichsweise große Strecke auf einem Kreisbogen verlagert werden, um z. B. von einem Bereich hinter der Bearbeitungsposition in einen Bereich vor der Bearbeitungsposition zu gelangen. Dies reduziert die Effizienz eines Abtastvorgangs und begrenzt ferner die Anzahl von Messpunkten in einem bestimmten Messbereich, beispielsweise vor oder hinter der Bearbeitungsposition.
• Eine Alternative zu einem Ablenken eines Messstrahls zum Abtasten eines Werkstücks mittels eines Taumelspiegels ist in Dokument DE 10 2012 016 788 A1 beschrieben. Dieses Dokument offenbart ein Ablenken eines Messstrahls durch Rotieren eines Polygonspiegels. Der Polygonspiegel kann mit einer hohen Drehzahl um eine Rotationsachse rotiert werden und dadurch einen auftreffenden Messstrahl in einer gewünschten Weise ablenken. Um eine gekrümmte Abtastbahn des Messstrahls auf dem Werkstück zu ermöglichen, ist ein rotierbarer Polygonspiegel beschrieben, der eine dreidimensional geformte Spiegelfreiformfläche aufweist.
• Die Konstruktion und Fertigung dreidimensionaler Freiformflächen auf einem Polygon/-körper ist jedoch komplex und mit einem hohen technischen und monetären Aufwand verbunden. Zudem ist bei der beschriebenen Anordnung die Abtastbahn des Messstrahls auf dem Werkstück durch die Gestaltung der Freiformflächen des Polygonspiegels konstruktiv festgelegt und kann während des Messvorgangs nicht variiert werden.
• Das Dokument EP 1 977 850 B1 beschreibt eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer OCT-Abtastvorrichtung, die eine Ablenkeinrichtung umfasst und für eine Oberflächenabtastung eines Werkstücks vorgesehen ist. Die Ablenkeinrichtung weist dabei wenigstens einen beweglich aufgehängten Schwenkspiegel auf, der dazu eingerichtet ist, den Messstrahl zum Abtasten der Werkstückoberfläche über die Werkstückoberfläche zu führen. Um den Messstrahl nach einem Ablenken durch den Schwenkspiegel wieder zu fokussieren, ist zudem die Anordnung einer F-Theta-Linsenanordnung zwischen dem Schwenkspiegel und dem Werkstück offenbart.
• Der nächstliegende Stand der Technik zu der vorliegenden Erfindung ist aus Dokument DE 10 2013 015 656 A1 bekannt. Das Dokument beschreibt eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die einen optischen Kohärenztomographen umfasst. Um Oberflächeninformationen des Werkstücks und insbesondere die Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls zu erfassen, werden zum Messen zwei Messstrahlen aus einem OCT-Messlicht gebildet. Dabei ist vorgesehen, dass der erste Messstrahl möglichst exakt in eine Dampfkapillare der Schweißstelle, d. h. auf die aktuelle Bearbeitungsposition auf dem Werkstück gerichtet ist und dort verbleibt. Dies dient dem Überwachen der aktuellen Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Werkstück. Ferner ist beschrieben, dass vor Beginn des Bearbeitungsprozesses eine Justierung durchgeführt werden kann, um die Genauigkeit der Messung der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls zu gewährleisten. Dazu können Linsen im Strahlengang der Messstrahlen verkippt und/oder verlagert werden. Die Justierung dient dazu, die Position des ersten Messstrahls möglichst genau auf die jeweils aktuelle Bearbeitungsposition festzulegen.
• Ein Abtasten eines Bereichs um die Bearbeitungsposition herum, wird bei diesem Stand der Technik mit Hilfe des zweiten Messstrahls realisiert. Dieser wird für ein Abtasten auf dem Werkstück mittels einer rotierbaren Keilplatte, eines Schwenkspiegels oder eines rotierbaren asphärischen optischen Elements abgelenkt. Diese Ablenkkomponenten sind in den einzelnen Ausführungsformen jeweils im Strahlengang des zweiten Messstrahls angeordnet, bevor dieser in den Bearbeitungskopf der Vorrichtung eingekoppelt wird.
• Bei dem Verlagern des Messstrahls zum Abtasten von Umgebungsbereichen der Bearbeitungsposition werden gemäß dem Stand der Technik jedoch immer auch Bereiche der Werkstückoberfläche abgetastet, die an sich weniger oder überhaupt nicht interessant sind, weil sie für den zu überwachenden Bearbeitungsprozess ohne Bedeutung sind. Dies verringert die Abtasteffizienz und somit die Effizienz des Überwachens.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Messvorrichtung, eine Vorrichtung mit einer Messvorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die ein effizienteres Durchführen von Positionsmessungen auf einem Werkstück ermöglichen. Insbesondere soll durch die vorliegende Erfindung eine verbesserte Abtasteffizienz erreicht werden.
• Die Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
• Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2 bis 13.
• Erfindungsgemäß ist der Messstrahl mittels der Messvorrichtung während des Bearbeitens auf dem Werkstück im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads in eine erste Messposition und in eine zweite Messposition verlagerbar, wobei die erste Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt und die zweite Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt, und wobei die Messvorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, den Messstrahl in der wenigstens ersten und zweiten Messposition jeweils quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads zu verlagern, sodass im Bereich der wenigstens ersten und zweiten Messposition jeweils eine Vielzahl von Messpunkten mittels des Messstrahls quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads zum Erfassen von Messdaten abtastbar ist.
• Die Erfindung ermöglicht somit ein gesteuertes Ausrichten eines einzigen Messstrahls gezielt auf die wenigstens zwei Messpositionen während eines Bearbeitungsprozesses. Dabei können durch das Abtasten der Messpunkte in der ersten Messposition Messdaten einer noch zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und in der zweiten Messposition Messdaten einer bereits bearbeiteten Werkstückoberfläche, d. h. einer erstarrten Schweißnaht, erfasst werden. Der Messstrahl wird dazu gezielt auf die unterschiedlichen Messpositionen ausgerichtet, um ein effizientes Überwachen des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen. Auf diese Weise kann mittels der Messvorrichtung ein Überwachen der Nahtführung sowie eine nachlaufende Qualitätssicherung erreicht werden.
• Das Verlagern des Messstrahls auf die Messpositionen kann dabei im Wesentlichen unabhängig von dem durchzuführenden Abtasten ausführbar sein, sodass während des Verlagerns des Messstrahls zwischen den Messpositionen keine Messpunkte abgetastet werden. Somit ist vorgesehen, den Messstrahl auf verschiedene Messpositionen auszurichten, ohne dass der Messstrahl dazu einer festgelegten Abtastkurve folgen und/oder ein unnötiges Abtasten zwischen den Messpositionen durchführen muss. Dies erhöht gegenüber dem Stand der Technik die Effizienz und Geschwindigkeit der Prozessüberwachung. Zudem kann der Abstand zwischen den Messpositionen bzw. zwischen den Messpositionen und der aktuellen Bearbeitungsposition varrierbar sein, wodurch die Flexibilität des Überwachens erhöht.
• Der Hauptbearbeitungspfad kann erfindungsgemäß zu beiden Seiten hin gleichermaßen oder unterschiedlich abgetastet werden. Hierbei kann wenigstens die dreifache Breite des Hauptbearbeitungspfads abgetastet werden. Auch kann die Anzahl der zu erfassenden Messpunkte in den verschiedenen Messpositionen sowie die jeweilige Messstrecke quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads in den Messpositionen angepasst werden. Je nach Ausprägung der zu bearbeitenden Werkstücke und/oder des Bearbeitungsprozesses selbst, kann durch die Anzahl der Messpunkte die Auflösung des Messens und die Größe des Messbereichs quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads gewählt werden.
• Ferner kann die Reihenfolge des Verlagerns auf die unterschiedlichen Messpositionen beliebig variiert werden. Zudem kann das Verlagern des Messstrahls zwischen den Messpositionen mittels der Messvorrichtung verhältnismäßig schnell ausführbar sein, sodass während des Bearbeitens des Werkstücks ein im Wesentlichen gleichzeitiges Erfassen von Messdaten eines relevanten Umgebungsbereichs der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition bzw. relevanter Messpositionen ermöglicht wird.
• Die erfassten Messdaten können zur Qualitätsbeurteilung weiterverarbeitet und/oder ausgewertet werden. Anhand der in der ersten Messposition erfassten Messdaten kann der Bearbeitungsprozess geregelt werden, indem die aktuelle Bearbeitungsposition, eine Vorschubgeschwindigkeit des Bearbeitungsstrahls, die Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Werkstück und/oder die Intensität des Bearbeitungsstrahls in Abhängigkeit der erfassten Messdaten angepasst wird. Des Weiteren kann bei einem aufgefundenen Spalt durch Oszillieren des Bearbeitungsstrahls der Spalt überbrückt werden. Ferner kann anhand der in der zweiten Messposition erfassten Messdaten die Qualität des Bearbeitungsprozesses, genauer gesagt der Schweißnaht, beurteilt werden. Auch diese in der zweiten Messposition erfassten Messdaten können wiederum zum Regeln des Bearbeitungsprozesses weiterverarbeitet werden.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Messstrahl zum Abtasten der Vielzahl von Messpunkten in der ersten Messposition und in der zweiten Messposition quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads jeweils entlang einer Linie verlagerbar sein. Diese Linie kann sich im Wesentlichen orthogonal zum Hauptbearbeitungspfad erstrecken.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, den Messstrahl während des Bearbeitens im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads in wenigstens eine dritte Messposition zu verlagern, die im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt. In dieser dritten Messposition ist der Messstrahl somit zumindest abschnittsweise auf die durch den Bearbeitungsstrahl erzeugte Dampfkapillare, das sogenannte „Keyhole”, ausgerichtet, um insbesondere Messdaten bezüglich der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls zu erfassen.
• Ferner kann der Messstrahl in der dritten Messposition zum Erfassen der maximalen Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls auf wenigstens zwei weitere Messpunkte in Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagerbar sein. Mit anderen Worten kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, mittels des Messstrahls in der dritten Messposition eine Vielzahl von weiteren Messpunkten im Wesentlichen parallel zum Hauptbearbeitungspfad abzutasten. Der Grund dafür liegt darin, dass die Krümmung der Dampfkapillare von der Vorschubgeschwindigkeit und/oder weiteren Parametern des Bearbeitungsprozesses sowie von Eigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks abhängig ist, sodass die maximale Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in der Dampfkapillare und deren Lage bestimmt werden muss.
• In einer weiteren Ausführungsform kann eine Beleuchtungsintensität der Messstrahlquelle in Abhängigkeit der Messpunkte veränderbar sein. Genauer gesagt kann die Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit der Messpunkte innerhalb einer Messposition und/oder in Abhängigkeit von Messpunkten zwischen den unterschiedlichen Messpositionen veränderbar sein. Letzteres bedeutet demnach, dass die Beleuchtungsintensität auch in Abhängigkeit der unterschiedlichen Messpositionen veränderbar sein kann.
• Ferner können, insbesondere zu Beginn des Durchführens von Positionsmessungen, die einzelnen Messpunkte zunächst jeweils mit verschiedenen Beleuchtungsintensitäten des Messstrahls abtastbar sein. Aus den daraus erhaltenen Messdaten kann die Messvorrichtung für die einzelnen Messpunkte in den unterschiedlichen Messpositionen jeweils optimale Beleuchtungsintensitäten bestimmen und einen entsprechenden Korrekturwert für die jeweiligen Messpunkte im Hinblick auf nachfolgende Messungen abspeichern.
• Die Messstrahlquelle kann des Weiteren eine niedrigere Beleuchtungsintensität aufweisen, wenn der Messstrahl auf einen der Messpunkte im Bereich des Hauptbearbeitungspfads ausgerichtet ist, und eine höhere Beleuchtungsintensität aufweisen, wenn der Messstrahl auf einen der Messpunkte in einem vom Hauptbearbeitungspfad beabstandeten Bereich ausgerichtet ist. Ein derartiges Anpassen der Beleuchtungsintensität der Messstrahlquelle kann insbesondere dann notwendig sein, wenn beim Bearbeiten des Werkstücks ein stark reflektierendes Lot, wie beispielsweise ein Kupferlot, verwendet wird. Dieses reflektiert den Messstrahl stärker als die umliegende Werkstückoberfläche, weshalb im Bereich des Lots ein Messstrahl mit entsprechend geringerer Intensität zum Abtasten vorgesehen sein kann.
• Ebenso kann ein dynamisches Anpassen der Beleuchtungsintensität zum Durchführen von Positionsmessungen an Kehlnähten vorteilhaft sein. Im Bereich der Kehlnaht wird der Messstrahl stärker reflektiert als im umliegenden Bereich der Werkstückoberfläche, weshalb unmittelbar im Bereich einer Kehlnaht ein Messstrahl mit entsprechend geringerer Intensität zum Abtasten vorgesehen sein kann.
• Ferner kann in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Messstrahls auf dem Werkstück der Anteil des aus dem Referenzarm zurückkommenden Lichts, d. h. des zurückkommenden Referenzmessstrahls, verändert werden. Bei flacheren Einfallswinkeln wird ein geringerer Anteil des Messstrahls zur Messvorrichtung reflektiert, weshalb es in diesem Fall Sinn macht, die aus dem Referenzarm kommende Beleuchtungsintensität des Referenzmessstrahls ebenfalls zu verringern.
• Somit kann die Beleuchtungsintensität des Messstrahls und/oder die Beleuchtungsintensität des Referenzmessstrahls in Abhängigkeit der Messpunkte veränderbar sein.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, den Messstrahl in Abhängigkeit von aktuellen Bearbeitungsinformationen zu verlagern. Hierdurch kann der Messstrahl dynamisch und flexibel auf den aktuellen Bearbeitungsprozess angepasst werden. Der Messstrahl kann dabei zwischen den Messpositionen und/oder auf die Messpunkte in Abhängigkeit der aktuellen Bearbeitungsinformationen verlagerbar sein. Beispielsweise kann die genaue Richtung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads in Abhängigkeit der aktuellen Bearbeitungsinformationen vorgegeben werden. Ferner kann die Anzahl an Messpunkten und damit die Auflösung des Abtastens sowie der Abstand zwischen den Messpositionen in Anhängigkeit der Bearbeitungsinformationen vorgegeben werden. Auch die Anzahl der Messpositionen kann auf die aktuellen Bearbeitungsinformationen angepasst werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll bei Bearbeitungen mit unterschiedlichen Bearbeitungsrichtungen, wie z. B. mit einem Scanner oder einer robotergeführten Bearbeitungsoptik.
• Die Bearbeitungsinformationen können Informationen über die Bearbeitungsrichtung und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit umfassen. Somit können sich die Bearbeitungsinformationen auf die aktuelle Relativbewegung zwischen der Bearbeitungsvorrichtung und dem Werkstück während des Bearbeitens beziehen.
• Die Messvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Empfangseinheit umfassen, die die Bearbeitungsinformationen in Form von Feldbusdaten oder Sensordaten empfängt. Die jeweiligen Bearbeitungsinformationen können von der Empfangseinheit der Messvorrichtung empfangen und beispielsweise von der Bearbeitungsvorrichtung, einem die Bearbeitungsvorrichtung umfassenden Roboter, einer Steuerung zwischen dem Roboter und der Messvorrichtung und/oder wenigstens einem Sensor, wie beispielsweise einem Beschleunigungssensor, Gyrosensor oder dergleichen, bereitgestellt werden. Es können auch Tool-Center-Point(TCP)-Koordinaten eines die Bearbeitungsvorrichtung führenden Roboters und/oder ein Bewegungsvektor des TCPs von der Messvorrichtung empfangen werden. Die Messvorrichtung kann zudem wenigstens eine Steuereinheit aufweisen, um die Bearbeitungsinformationen entsprechen weiterzuverarbeiten.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Messvorrichtung eine Speichereinheit aufweisen, wobei die Messvorrichtung Messwerte in der Speichereinheit speichern kann und wobei die Speichereinheit jeweils eine Vielzahl von Messwerten in einem Datenpaket speichern kann. Insbesondere kann ein Spektrometer des optischen Kohärenztomographen der Messvorrichtung ein Spektrogramm erzeugen und dieses in einem internen Speicher des Spektrometers ablegen. Das Spektrogramm kann anschließend an eine Recheneinheit weitergeleitet werden, die eine Fourier-Transformation (FFT – Fast Fourier Transform) durchführt und die daraus enthaltenen Daten in einer Speichereinheit der Messvorrichtung abspeichert. Dabei kann jeweils Vielzahl an Daten in einem Datenpaket abgespeichert werden, wobei ein Datenpaket beispielsweise 32535 Messpunkte enthalten kann. Derartige Datenpakete können anschließend über Ethernet-basierte Feldbusse an eine separate Auswerteeinheit gesendet werden, die die Daten weiterverarbeitet, um beispielsweise eine Position einer Kante oder eines Stoßes, oder die Qualität der Schweißnaht zu ermitteln. Erfindungsgemäß können die erfassten Messdaten einer Abtastfigur, die jeweils durch ein Abtasten der Messpunkte in der ersten und zweiten Messposition oder in der ersten, zweiten und dritten Messposition erfasst werden, in einem Datenpaket übertragen werden. Zum Übertragen von Datenpaketen an eine Auswerteeinheit kann die Messvorrichtung ferner eine Übertragungseinheit aufweisen.
• Ferner können die Messwerte aufgezeichnet werden, um diese zu einem späteren Zeitpunkt wiederzugeben, zu analysieren und/oder Algorithmen zu testen. Zudem können aufgezeichnete Messwerte auch während des Aufzeichnens live visualisiert werden.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Messstrahl mit einer ersten Geschwindigkeit auf die Messpunkte in den jeweiligen Messpositionen verlagerbar sein, die größer ist als eine zweite Geschwindigkeit, mit der der Messstrahl zwischen den Messpositionen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagerbar ist. Damit kann sichergestellt werden, dass ein hochauflösendes Abtasten erreicht wird, bei dem der Messstrahl jeweils auf eine Vielzahl an Messpunkten verlagert wird, während die zweite Geschwindigkeit so gewählt ist, dass ein ausreichend schnelles Verlagern zwischen den Messpositionen sichergestellt wird. Da selbst bei einer relativ geringen Messauflösung und einem Verlagern des Messstrahls auf mehr als zwei bzw. drei Messpositionen die Anzahl von Messpositionen weitaus geringer ist als die Anzahl von Messpunkten, kann durch das Verwenden zweier unterschiedlicher Geschwindigkeiten ein effizientes Abtasten sichergestellt werden.
• Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Messvorrichtung wenigstens eine verlagerbare erste Kollimationslinse umfassen, die von dem Messstrahl durchtreten wird, wobei die erste Kollimationslinse quer zu einer optischen Achse des Messstrahls verlagerbar ist, um den Messstrahl zwischen den Messpositionen zu verlagern. Die optische Achse des Messstrahls bezieht sich hierbei im Wesentlichen auf die optische Achse des Messstrahls beim Durchtreten der ersten Kollimationslinse.
• Hierin besteht der Vorteil, dass zum Verlagern des Messstrahls eine ohnehin im Strahlengang des Messstrahls vorhandene optische Komponente auf einfache Weise verlagert wird, um den Messstrahl abzulenken und somit in die verschiedenen Messpositionen zu verlagern. Dadurch kann ein Verlagern des Messstrahls auf die verschiedenen Messpositionen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads ermöglicht werden, ohne die Komplexität des Aufbaus der Vorrichtung wesentlich zu erhöhen.
• Ferner hat ein Verlagern des Messstrahls mittels der ersten Kollimationslinse gegenüber einem Verlagern des Messstrahls mittels eines oder mehrerer Schwenk- bzw. Galvospiegel einen Kostenvorteil, da Galvospiegel in der Regel teuer sind. Zudem ist die Abtastgeschwindigkeit, insbesondere bei großen Spiegeln, aufgrund der physikalischen Eigenschaften beschränkt. Dies kann zu einer begrenzten Messauflösung und damit zu einer unzureichenden Messdatenerfassung eines Messbereichs führen. Ferner weisen Schwenk- bzw. Galvospiegel einen relativ hohen Platzbedarf auf, was bei einer Anordnung im Bereich des Bearbeitungskopfs einer Bearbeitungsvorrichtung zu einer unerwünschten Störkontur führen kann. Zudem macht eine Anordnung von Schwenkspiegeln und zugehöriger Galvomotoren aufgrund einer hohen strukturellen Komplexität eine vergleichsweise aufwändige Justierung notwendig, um eine möglichst exakte Verlagerung des Messstrahls auf dem Werkstück sicherzustellen. Ein Verlagern des Messstrahls mittels einer verlagerbaren Kollimationslinse hat somit auch strukturelle Vorteile.
• Es versteht sich, dass der Messstrahl neben der ersten Kollimationslinse weitere optische Komponenten durchtreten kann und/oder von weiteren optischen Komponenten reflektiert werden kann, bevor er auf eine Werkstückoberfläche des Werkstücks trifft.
• Da sich der Messstrahl durch das Verlagern verlängern kann, muss dieser möglicherweise entsprechend nachfokussiert werden. Dazu kann die erste Kollimationslinse zusätzlich im Wesentlichen in Strahlrichtung des Messstrahls verlagerbar ausgebildet sein.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Kollimationslinse translatorisch entlang einer ersten Verlagerungsachse verlagerbar ist, um den Messstrahl in die Messpositionen zu verlagern. Durch ein Variieren des Verlagerungswegs der ersten Kollimationslinse kann der Abstand der Messpositionen voneinander verändert werden. Insbesondere kann somit der Abstand der ersten und zweiten Messpositionen von der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition bestimmt werden. Es ist daher je nach Bedarf möglich, Messungen in einem Umgebungsbereich nahe der aktuellen Bearbeitungsposition oder in einer relativ großen Entfernung von der aktuellen Bearbeitungsposition vorzunehmen. Die Abstände zwischen den verschiedenen Messpositionen können sich dabei voneinander unterscheiden oder einander entsprechen.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zumindest die erste Kollimationslinse mittels eines Stellglieds verlagerbar sein. Das Stellglied kann dabei als Linearstellglied ausgebildet sein, welches eine translatorische Verlagerung der ersten Kollimationslinse entlang der ersten Verlagerungsachse bewirkt. Das Stellglied kann dabei einen Rotations- oder einen Linearantrieb aufweisen, wobei eine Rotationsbewegung des Rotationsantriebs durch die Mechanik des Stellglieds in Form einer Linearbewegung an die Kollimationslinse übertragen wird.
• Gemäß der zuvor beschriebenen Weiterbildung kann das Stellglied ferner in Form eines pneumatisch betriebenen Stellglieds, eines piezoelektrisch betriebenen Stellglieds oder eines elektromagnetisch betriebenen Stellglieds ausgebildet sein. Ferner können beispielsweise zwei oder drei Elektromagneten vorgesehen sein, wobei die erste Kollimationslinse durch ein gezieltes Bestromen der Elektromagnete in die wenigstens zwei bzw. drei Messpositionen verlagert werden kann.
• Erfindungsgemäß kann die erste Kollimationslinse des Weiteren durch ein Festkörpergelenk oder ein Linearlager gelagert sein. Dabei kann das Linearlager in Form eines Linearwälzlagers oder eines Lineargleitlagers ausgebildet sein. Durch diese Ausbildung kann ein relativ einfacher struktureller Aufbau zum Verlagern des Messstrahls erreicht werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die erste Kollimationslinse translatorisch entlang einer zweiten Verlagerungsachse quer zu der optischen Achse des Messstrahls verlagerbar sein, um den Messstrahl quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads zu verlagern. Dabei unterscheidet sich die erste Verlagerungsachse von der zweiten Verlagerungsachse, sodass die erste Kollimationslinse in verschiedene Richtungen quer zu der optischen Achse des Messstrahls verlagerbar ist. Die optische Achse des Messstrahls bezieht sich hierbei wiederrum auf den Bereich des Durchtritts durch die erste Kollimationslinse. Die erste und die zweite Verlagerungsachse können beispielsweise in einem 90° Winkel zueinander liegen. Jedoch ist auch eine andere Lage der zweiten Verlagerungsachse in Bezug auf die erste Verlagerungsachse möglich, sodass verschiedene Abtastrichtungen zum Abtasten der Messpunkte quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads einstellbar sind.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Messvorrichtung wenigstens eine verlagerbare weitere optische Komponente umfassen kann, die von dem Messstrahl durchtreten wird oder den Messstrahl reflektiert, um den Messstrahl zumindest quer zur Richtung des Hauptbearbeitungs-pfads zu verlagern. Der Messstrahl kann mittels der weiteren optischen Komponente zudem auf die wenigstens zwei Messpunkte in Richtung des Hauptbearbeitungspfads in der dritten Messposition verlagerbar sein. Die weitere optische Komponente kann der ersten Kollimationslinse nachgeordnet sein. Dies bedeutet, dass die weitere optische Komponente im Strahlengang des Messstrahls zwischen der ersten Kollimationslinse und dem Werkstück angeordnet sein kann. Der Messstrahl kann somit zunächst durch die erste Kollimationslinse und anschließend durch die weitere optische Komponente abgelenkt und dadurch auf einer Werkstückoberfläche verlagerbar sein. Die weitere optische Komponente kann ferner ein schnelleres Verlagern des Messstrahls ermöglichen als die erste Kollimationslinse.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die weitere optische Komponente eine weitere Kollimationslinse sein. Diese weitere Kollimationslinse kann translatorisch entlang einer dritten Verlagerungsachse quer zu der optischen Achse des Messstrahls verlagerbar sein. Dabei weist die dritte Verlagerungsachse eine von der ersten Verlagerungsachse abweichende Orientierung auf. Die dritte Verlagerungsachse kann in einer Verlagerungsebene angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel zu der Verlagerungsebene der ersten Verlagerungsachse ist.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass die weitere Kollimationslinse exzentrisch auf einem rotierbaren Träger angeordnet sein kann. Die Rotationsachse des rotierbaren Trägers kann im Wesentlichen koaxial oder parallel zur optischen Achse des Messstrahls im Bereich des Durchtritts sein. In Abhängigkeit der Rotationsstellung der exzentrisch auf dem Träger angeordneten weiteren Kollimationslinse, kann der Messstrahl auf dem Werkstück in den jeweiligen Messpositionen auf verschiedene Messpunkte verlagert werden. Genauer gesagt kann der Messstrahl in den jeweiligen Messpositionen mittels einer derart angeordneten weiteren Kollimationslinse auf der Werkstückoberfläche entlang einer Kreisbahn oder entlang eines Kreisbogens verlagert werden. Somit kann in den jeweiligen Messpositionen zwar ein Abtasten der Werkstückoberfläche entlang einer Kreisbahn ausgeführt werden, jedoch kann durch das davon unabhängige Verlagern des Messstrahls zwischen den verschiedenen Messpositionen, beispielsweise mittels der ersten Kollimationslinse, dennoch ein effizientes Abtasten erreicht werden. Der Messstrahl muss sich demnach nicht entlang der Kreisbahn oder eines Kreisbogens bewegen, um von einer der Messpositionen in eine andere Messposition zu gelangen.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die weitere optische Komponente eine rotierbare Keilplatte sein. Auch hierbei kann die Rotationsachse der Keilplatte im Wesentlichen koaxial oder parallel zur optischen Achse des Messstrahls im Bereich des Durchtritts sein. Durch die rotierbare Keilplatte kann in den jeweiligen Messpositionen ein Abtasten entlang einer Kreisbahn oder eines Kreisbogens auf der Werkstückoberfläche ausgeführt werden, während das Verlagern zwischen den jeweiligen Messpositionen davon unabhängig ausführbar ist. Durch die konstruktive Ausbildung der nichtplanaren Keilplattenoberfläche kann der Radius der Kreisbahn des Abtastens festgelegt werden.
• Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die weitere optische Komponente ein schwenkbarer Galvospiegel sein. Durch ein vorheriges Ablenken des Messstrahls, beispielsweise mittels der verlagerbaren ersten Kollimationslinse, kann der Galvospiegel zum Verschwenken um leidglich eine Schwenkachse ausgebildet sein. Die Schwenkachse des Galvospiegels kann dabei derart orientiert sein, dass das Verschwenken des Galvospiegels den Messstrahl auf dem Werkstück quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert.
• Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die weitere optische Komponente ein rotierbarer Polygonspiegel mit einer Vielzahl an Spiegelflächen sein kann. Die Rotationsachse kann dabei quer zur optischen Achse des Messstrahls orientiert sein. Der Polygonspiegel kann derart ausgebildet und im Strahlengang des Messstrahls angeordnet sein, dass der Messstrahl auf eine einzelne Spiegelfläche des Polygonspiegels trifft. Diese Spiegelfläche kann den Messstrahl in Richtung einer Werkstückoberfläche ablenken. Durch Rotieren des Polygonspiegels um dessen Rotationsachse kann eine andere Spiegelfläche des Polygonspiegels in den Strahlengang des Messstrahls verlagert werden. Während des Rotierens des Polygonspiegels ändert sich kontinuierlich der Winkel der den Messstrahl ablenkenden Spiegelfläche gegenüber dem Messstrahl. Dadurch kann der Messstrahl den Polygonspiegel in Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert werden. Ein derartiges Verlagern mittels des Polygonspiegels kann auch zusätzlich zu einem Verlagern des Messstrahls zwischen den Messpositionen mittels einer anderen Komponente der Messvorrichtung vorgesehen sein. Somit kann auch in den jeweiligen Messpositionen ein Abtasten in Hauptbearbeitungspfadrichtung ermöglicht werden.
• Zudem können die Spiegelflächen des Polygonspiegels jeweils einen Neigungswinkel aufweisen. Dabei beschreibt der Neigungswinkel eine Neigung einer Spiegelfläche quer zur optischen Achse des auf die Spiegelfläche treffenden Messstrahls, durch die der Messstrahl auf der Werkstückoberfläche im Wesentlichen quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert wird.
• Ferner können wenigstens zwei der Spiegelflächen voneinander unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Je nach Spiegelfläche bzw. Neigungswinkel der Spiegelfläche kann der Messstrahl somit auf der Werkstückoberfläche unterschiedlich stark quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert werden. Durch die Anzahl der Spiegelflächen, genauer gesagt durch die Anzahl der unterschiedlichen nacheinander in den Messstrahl eingebrachten Spiegelflächen, kann die Anzahl der Messpunkte in den jeweiligen Messpositionen bestimmt werden. Hierbei ist es auch denkbar unregelmäßige Polygonspiegel auszubilden.
• Auch kann durch Steuern der Rotationsgeschwindigkeit des Polygonspiegels die Abtastfrequenz, d. h. die zweite Geschwindigkeit zum Verlagern des Messstrahls zwischen den Messpunkten, angepasst werden. Somit ist es möglich, durch das Steuern der Rotationsgeschwindigkeit und die konstruktive Ausbildung des Polygonspiegels, genauer gesagt der Anzahl der Spiegelflächen und deren jeweiligem Neigungswinkel, die Auflösung, die Frequenz und den Bereich des Abtastens in den einzelnen Messpositionen zu bestimmen.
• Aus fertigungstechnischen Gründen können jeweils zwei einander entgegengesetzte Spiegelflächen des Polygonspiegels den gleichen Neigungswinkel aufweisen, was des Polygonspiegels erleichtern und damit Kosten sparen kann.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann wenigstens eine der Spiegelflächen des Polygonspiegels einen verstellbaren Neigungswinkel aufweisen. Der verstellbare Neigungswinkel kann über einen ansteuerbaren Aktuator verstellbar sein. Ferner ist es möglich, dass alle Spiegelflächen des Polygonspiegels automatisch oder manuell verstellbar ausgebildet sind. Dabei können die Spiegelflächen vollständig unabhängig voneinander oder in Abhängigkeit voneinander verstellbar sein. Dies ermöglicht ein flexibles Anpassen des Abtastens, beispielsweise auf den jeweiligen Bearbeitungsprozess, ohne dass dazu ein Austausch des Polygonspiegels erforderlich wäre. Somit kann ein Abtasten bzw. das Verlagern des Messstrahls auch während eines Bearbeitungsprozesses verändert werden.
• Ferner können die Spiegelflächen des Polygonspiegels auch gegenüber angrenzenden Spiegelflächen automatisch und/oder manuell verstellbar ausgebildet sein.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Polygonspiegel wenigstens zwei Spiegelebenen mit jeweils einer Vielzahl an Spiegelflächen aufweisen, die in Bezug auf die Rotationsachse axial aneinander angrenzen. Ferner kann der Polygonspiegel entlang der Rotationsachse relativ zu der optischen Achse des Messstrahls axial verlagerbar sein. Durch das Verlagern des Polygonspiegels entlang der Rotationsachse kann jeweils eine der Spiegelebenen zumindest abschnittsweise in den Bereich des Strahlengangs des Messstrahls eingebracht werden. Die unterschiedlichen Spiegelflächen der jeweiligen Spiegelebene können dann durch Rotieren des Polygonspiegels um die Rotationsachse nacheinander in den Strahlengang des Messstrahls eingebracht werden. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, eine größere Anzahl an unterschiedlichen Spiegelflächen im Vergleich zu einem herkömmlichen Polygonspiegel bereitzustellen, wodurch die Anpassbarkeit des Abtastens weiter verbessert werden kann.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bearbeiten bzw. Schweißen eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, der in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads relativ zum Werkstück bewegbar ist. Auch hierbei kann die Relativbewegung zwischen Bearbeitungsstrahl und Werkstück durch Bewegen des Bearbeitungsstrahls und/oder des Werkstücks ausführbar sein. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer Bearbeitungsstrahlquelle und einer Bearbeitungsstrahloptik, eine Messvorrichtung zum Durchführen von Positionsmessungen auf dem Werkstück mittels eines Messstrahls, und einen Strahlteiler zum im Wesentlichen koaxialen Koppeln des Messstrahls mit dem Bearbeitungsstrahl. Die Messvorrichtung weist dabei die Merkmale der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Messvorrichtung auf. Erfindungsgemäß bezieht sich das Durchführen von Positionsmessungen auch hierbei auf ein Erfassen von Messdaten an einer aktuellen Messposition des Messstrahls auf dem Werkstück, wobei insbesondere Messdaten mit Höheninformationen, d. h. mit topographischen Informationen der Werkstückoberfläche, an der jeweiligen aktuellen Messposition erfasst werden.
• Die in der Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks vorgesehene Messvorrichtung kann ferner beliebige Merkmale oder Merkmalskombinationen der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung aufweisen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann zumindest ein Teil der Messvorrichtung fest mit der Bearbeitungsvorrichtung verbunden sein. Insbesondere können ein Strahlteiler, ein Messarm und ein Referenzarm der Messvorrichtung fest mit der Bearbeitungsvorrichtung verbunden sein. Diese Komponenten können dadurch mit der Bearbeitungsvorrichtung mitgeführt werden, wodurch die notwendigen Längen der optischen Fasern des Messarms und des Referenzarms minimiert werden können. Dies reduziert mögliche Störeinflüsse und verbessert die Qualität des Messprozesses.
• Selbst bei einer festen Verbindung eines Teils der Messvorrichtung mit der Bearbeitungsvorrichtung können jedoch aufgrund von Unebenheiten und Höhendifferenzen auf einer Werkstückoberfläche verhältnismäßig große Längenänderungen des Messarms auftreten. Aus diesem Grund kann der Referenzarm längenveränderbar ausgebildet sein. Hierzu können beispielsweise Spiegel innerhalb des Referenzarms verlagerbar sein, wodurch die Weglänge verändert werden kann, die ein Referenzmessstrahl in dem Referenzarm zurücklegt. Alternativ dazu kann anstatt der Länge des Referenzarms auch die Länge des Messarms veränderbar sein, um beispielsweise Unebenheiten und Höhendifferenzen auf der Werkstückoberfläche entgegenzuwirken.
• Da der Referenzarm nicht in Abhängigkeit eines Abbildungsmaßstabs nachzuführen ist, sondern im Wesentlichen um eine tatsächliche Längenänderung des Messarms in Strahlrichtung verändert werden muss, müsste der Referenzarm für ein kontinuierliches Anpassen sehr schnell nachführbar sein. Dies würde einen hohen technischen Aufwand erfordern, weshalb in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auf ein kontinuierliches Nachführen des Referenzarm verzichtet werden soll. Gemäß dieser weiteren Ausführungsform kann angenommen werden, dass sich die aktuelle Bearbeitungsposition und/oder die jeweilige Messposition in Strahlrichtung während einer Bearbeitung entlang eines Hauptbearbeitungspfads lediglich geringfügig ändert. Größere Längenänderung in Strahlrichtung treten im Wesentlichen bei einem Wechsel zu einem anderen Hauptbearbeitungspfad auf. Daher kann in dieser weiteren Ausführungsform ein Nachführen des Referenzarms auf die Zeitspanne während eines Wechsels des Hauptbearbeitungspfads beschränkt werden. Der Referenzarm kann dabei im Wesentlichen sprunghaft und/oder stufenweise nachgeführt werden. Durch den Wechsel des Hauptbearbeitungspfads steht mehr Zeit für ein Anpassen der Länge des Referenzarms zur Verfügung, weshalb dieser mit einer geringeren Geschwindigkeit nachgeführt werden kann als bei einem kontinuierlichen Nachführen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks einen Aktuator umfassen, der dazu eingerichtet ist, zumindest den Bearbeitungsstrahl wenigstens entlang des Hauptbearbeitungspfads zu verlagern. Durch das Koppeln der Messeinrichtung mit der Bearbeitungsvorrichtung und dem im Wesentlichen koaxialen Koppeln des Messstrahls mit dem Bearbeitungsstrahl kann der Messstrahl ebenfalls durch den Aktuator verlagert werden. Zudem kann der Messstrahl durch das Koppeln auch von der Bearbeitungsstrahloptik fokussiert werden.
• Der Aktuator kann als Führungsmaschine ausgebildet sein, die zumindest einen Teil der Bearbeitungsvorrichtung oder die Bearbeitungs- und Messvorrichtung entlang einer programmierbaren vorbestimmten Bahn führt. Die Führungsmaschine kann beispielsweise ein Roboter oder eine Portalanlage sein.
• In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann eine optische Komponente der Bearbeitungsvorrichtung verlagerbar ausgebildet sein. So kann zum Beispiel die Fokuslinse der Bearbeitungsstrahloptik verlagerbar ausgebildet sein. Ein mit dem Bearbeitungsstrahl koaxial gekoppelter Messstrahl, der ebenfalls die Fokuslinse der Bearbeitungsvorrichtung durchtritt, kann durch Verlagern der Fokuslinse ebenfalls verlagert werden. Alternativ dazu kann auch eine Kollimationslinse der Bearbeitungsvorrichtung oder ein Faserstecker der Bearbeitungsvorrichtung verlagerbar ausgebildet sein. Alternativ kann der Aktuator auch in Form eines beweglichen Spiegels, beispielsweise eines Galvospiegels, ausgebildet sein.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Bauteil gegenüber der Bearbeitungsvorrichtung verlagerbar sein. Dazu kann das Bauteil beispielsweise auf einem verstellbaren XY-Tisch angeordnet sein.
• Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls auf einem Werkstück, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, wobei das Werkstück für ein Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls vorgesehen ist, der in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads relativ zu dem Werkstück bewegt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
• – Erzeugen eines Messstrahls mittels einer Messstrahlquelle eines optischen Kohärenztomographen, und
• – Verlagern des Messstrahls innerhalb eines vorbestimmten Messbereichs auf dem Werkstück,
wobei der Messstrahl mittels der Messvorrichtung während des Bearbeitens auf dem Werkstück im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads in eine erste Messposition und in eine zweite Messposition verlagert wird, wobei die erste Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt und die zweite Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt:
• – Verlagern des Messstrahls in der wenigstens ersten und zweiten Messposition jeweils quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads,
sodass im Bereich der wenigstens ersten und zweiten Messposition jeweils eine Vielzahl von Messpunkten mittels des Messstrahls quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads zum Erfassen von Messdaten abgetastet wird.
• Das Durchführen von Positionsmessungen bezieht sich auch in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Erfassen von Messdaten an einer aktuellen Messposition des Messstrahls auf dem Werkstück, wobei insbesondere Messdaten mit Höheninformationen, d. h. mit topographischen Informationen der Werkstückoberfläche, an der jeweiligen aktuellen Messposition erfasst werden.
• Das Verfahren kann des Weiteren die Schritte umfassen: Verlagern des Messstrahls im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads in wenigstens eine dritte Messposition, die im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt, und Verlagern des Messstrahls in der dritten Messposition im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads auf wenigstens zwei weitere Messpunkte, zum Erfassen der maximalen Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls.
• In einer weiteren Variante kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen: Verändern der Beleuchtungsintensität der Messstrahlquelle in Abhängigkeit der Messpunkte. Dabei kann eine niedrigere Beleuchtungsintensität der Messstrahlquelle eingestellt werden, wenn der Messstrahl auf einen Messpunkt im Bereich des Hauptbearbeitungspfads ausgerichtet ist, und eine höhere Beleuchtungsintensität eingestellt werden, wenn der Messstrahl auf einen weiteren Messpunkt in einem vom Hauptbearbeitungspfad beabstandeten Bereich ausgerichtet ist.
• Ferner kann der Messstrahl in Abhängigkeit von aktuellen Bearbeitungsinformationen verlagert werden.
• Es versteht sich, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert, in denen
• 1 eine Vorrichtung mit Bearbeitungsvorrichtung und Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• 2 eine Vorrichtung mit Bearbeitungsvorrichtung und Messvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• 3 erfindungsgemäße Messpositionen und Messpunkte auf einem Werkstück zeigt,
• 4 erfindungsgemäße Messpositionen und Messpunkte mit unterschiedlichen Beleuchtungsintensitäten auf einem Werkstück zeigt,
• 5 erfindungsgemäße Messpositionen und Messpunkte in Abhängigkeit von Bearbeitungsinformationen auf einem Werkstück zeigt,
• 6 einen Ausschnitt einer Vorrichtung mit einer Messvorrichtung und einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• 7 einen Ausschnitt einer Vorrichtung mit einer Messvorrichtung und einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• 8 einen Ausschnitt einer Vorrichtung mit einer Messvorrichtung und einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• 9 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Polygonspiegel zeigt,
• 10 Schnittansichten des erfindungsgemäßen Polygonspiegels gemäß 9 zeigt,
• 11a, 11b und 11c Ablenkungsverläufe des Messstrahls durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Polygonspiegels zeigen, und
• 12 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Polygonspiegels mit drei Spiegelebenen zeigt.
• In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Messvorrichtung 12 und eine Bearbeitungsvorrichtung 14. Die Messvorrichtung 12 ist mit der Bearbeitungsvorrichtung 14 gekoppelt, sodass ein Messstrahl 16 der Messvorrichtung 12 einen Bearbeitungsstrahl 18 der Bearbeitungsvorrichtung 14 zumindest teilweise überlagert. Die Messvorrichtung 12 umfasst einen optischen Kohärenztomographen 20 (OCT) mit einem OCT-Messgerät 22, das über einen Strahlteiler 24 mit einem Messarm 26 und einem Referenzarm 28 verbunden ist.
• Der Strahlteiler 24 des optischen Kohärenztomographen 20 ist fest mit der Bearbeitungsvorrichtung 14 verbunden (nicht gezeigt). Dadurch werden der Strahlteiler 24, die Transportfaser des Messarms 26 und der Referenzarm 28 im Wesentlichen gemeinsam mit der Bearbeitungsvorrichtung 14 entlang eines Hauptbearbeitungspfads 30 auf einem Werkstück 32 geführt. Dies hat den Vorteil, dass die notwendigen Längen der Transportfasern des Messarms 26 und des Referenzarms 28 minimiert werden. Zudem kann Länge des Messarms 26 während eines Bearbeitungsprozesses entlang eines Hauptbearbeitungspfads relativ konstant gehalten werden, was ein zugehöriges notwendiges Anpassen der Länge des Referenzarms 28 minimiert.
• Das OCT-Messgerät 22 umfasst eine Messstrahlquelle bzw. Messlichtquelle 34 zum Erzeugen eines Messlichts mit einer Wellenlänge im Bereich von 830 nm sowie ein Spektrometer 36 zum Detektieren einer überlagerten Messstrahlung auf.
• Das Messlicht wird mittels des Strahlteilers 24 in den Messstrahl 16 und einen Referenzmessstrahl (nicht gezeigt) aufgetrennt. Der Strahlteiler ist dazu in der in 1 gezeigten Ausführungsform als 90/10 Strahlteiler ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Strahlteiler 90% des Messlichts als Messstrahl an den Messarm und somit in Richtung des Werkstücks abgibt, während 10% des Messlichts als Referenzmessstrahl an den Referenzarm abgegeben wird. Durch dieses Verhältnis kann trotz einer diffusen Reflexion des Messstrahls 16 an der Oberfläche des Werkstücks 32 gewährleistet werden, dass der reflektierte Messstrahl eine ausreichende Intensität für eine anschließende Überlagerung und Auswertung aufweist. Für eine weitere Anpassung der Intensitäten des Messstrahls und des Referenzmessstrahls können weitere optische Komponenten, wie beispielsweise Blenden, in dem Referenzarm 28 und/oder dem Messarm 26 vorgesehen sein.
• Des Weiteren umfasst das OCT-Messgerät 22 einen Zirkulator 38, der den Strahlteiler 24 über eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter 40 wahlweise mit der Messlichtquelle 34 oder dem Spektrometer 36 verbindet. Somit kann einerseits Messlicht von der Messstrahlquelle 34 über den Zirkulator 38 an den Strahlteiler 24 geleitet werden und andererseits reflektierte und überlagerte Messstrahlung von dem Strahlteiler 24 über den Zirkulator 38 an das Spektrometer 36 geleitet werden.
• Die Messvorrichtung 12 umfasst des Weiteren eine verlagerbare erste Kollimationslinse 42, die im Wesentlichen zwischen der Transportfaser des Messarms 26 und dem Werkstück 32 in dem Messarm angeordnet ist. Der Messstrahl 16 durchtritt daher die Kollimationslinse 42, bevor er in die Bearbeitungsvorrichtung 14 eingekoppelt wird. Die Kollimationslinse 42 ist translatorisch entlang einer ersten Verlagerungsachse im Wesentlichen quer zur optischen Achse des Messstrahls 16 verlagerbar, was durch den Doppelpfeil A gekennzeichnet ist. Der Messstrahl 16 ist durch das Verlagern der ersten Kollimationslinse 42 auf dem Werkstück 32 in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 auf unterschiedliche Messpositionen verlagerbar, worauf nachfolgend näher eingegangen wird. Alternativ zu der ersten Kollimationslinse 42 kann jedoch auch eine andere optische Komponente vorgesehen sein, die von dem Messstrahl 16 durchtreten wird und/oder den Messstrahl 16 reflektiert, um den Messstrahl 16 auf dem Werkstück 32 in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 in unterschiedliche Messpositionen zu verlagern.
• Die gezeigte Bearbeitungsvorrichtung 14 umfasst eine Transportfaser 44 für den Bearbeitungsstrahl 18, wobei die Transportfaser 44 mit einer Bearbeitungsstrahlquelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Diese erzeugt den Bearbeitungsstrahl 18 mit einer Wellenlänge im Bereich von 1064 nm. Des Weiteren umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 14 eine Bearbeitungsstrahlkollimationslinse 46 zum Parallelrichten des Bearbeitungsstrahls 18, einen Strahlteiler 48 in Form eines dichromatischen Spiegels, der im Strahlengang des Bearbeitungsstrahls 18 angeordnet ist, und einer Fokuslinse 50 zum Fokussieren des Bearbeitungsstrahls 18 in einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück 32. Der dichromatische Spiegel 48 weist im Beispielsfall eine 99%ige Transmission von Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 830 nm und eine 99,7%ige Reflektion von Strahlung mit Wellenlägen im Bereich von 1064 nm auf. Jedoch ist auch der Einsatz eines Strahlteilers 48 mit von diesen Werten abweichenden Eigenschaften möglich, wobei der Strahlteiler 48 im Hinblick auf die Wellenlänge des Messstrahls 16 und des Bearbeitungsstrahls 18 auszulegen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Strahlteiler 48 für eine Reflektion der Bearbeitungsstrahlung 18 vorgesehen und daher derart im Strahlengang des Bearbeitungsstrahls 18 angeordnet, dass der Bearbeitungsstrahl 18 von dem Strahlteiler 48 in der gezeigten Anordnung um 90° in Richtung der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche umgelenkt wird.
• Die Messvorrichtung 12 ist derart mit der Bearbeitungsvorrichtung 14 gekoppelt, dass der Messstrahl 16, der die Transportfaser des Messarms 26 verlässt, zunächst die erste Kollimationslinse 42 durchtritt und anschließend über den Strahlteiler 48 in den Bearbeitungsstrahl 18 eingekoppelt wird bzw. diesen zumindest teilweise überlagert. Nachfolgend durchtritt der Messstrahl 16 ebenfalls die Fokuslinse 50 der Bearbeitungsstrahloptik der Bearbeitungsvorrichtung 14, wodurch der Messstrahl 16 in einem Messpunkt auf dem Werkstück 32 fokussiert wird. Durch ein Verlagern der ersten Kollimationslinse 42 quer zur optischen Achse des Messstrahls 16 wird der Messstrahl 16 derart abgelenkt, dass dieser im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 in verschiedene Messpositionen (in 1 nicht gezeigt) verlagerbar ist. Da der Messstrahl 16 durch das beschriebene Ablenken verlängert werden kann, muss er gegebenenfalls durch Verlagern der Kollimationslinse 42 in Messstrahlrichtung nachfokussiert werden. Zu diesem Zweck ist die Kollimationslinse 42 in Messstrahlrichtung ebenfalls verlagerbar ausgebildet (nicht gezeigt).
• Die Bearbeitungsvorrichtung 14 und/oder der Bearbeitungsstrahl 18 werden mittels eines Aktuators (nicht gezeigt) entlang des Hauptbearbeitungspfads 30 über das Werkstück 32 geführt. Alternativ kann jedoch auch das Werkstück 32 relativ zu der Bearbeitungsvorrichtung 14 bewegt werden. Der Bearbeitungsstrahl 18 erzeugt dabei in der aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück 32 in bekannter Weise ein Schmelzbad zum Bearbeiten bzw. Verschweißen des Werkstücks 32 mit einem weiteren Werkstück (in 1 nicht gezeigt). Durch die Kopplung der Messvorrichtung 12 mit der Bearbeitungsvorrichtung 14 wird zumindest der Messstrahl 16 und/oder ein Teil der Messvorrichtung 12 mit dem Bearbeitungsstrahl 18 bzw. der Bearbeitungsvorrichtung 14 entlang des Hauptbearbeitungspfads 30 geführt. Somit wird sichergestellt, dass sich die aktuelle Messposition des Messstrahls 16 stets im Umgebungsbereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition des Bearbeitungsstrahls 18 befindet.
• Die Messstrahlquelle 34 des OCT-Messgeräts 22 erzeugt Messlicht, welches über den Zirkulator 38 und die Transportfaser 40 an den Strahlteiler 24 geleitet wird. Der Strahlteiler 24 trennt das Messlicht in den Messstrahl 16 und den Referenzmessstrahl und leitet 90% des Messlichts als Messstrahl 16 an den Messarm 26, während 10% des Messlichts als Referenzmessstrahl an den Referenzarm 28 weitergeleitet werden. Der Messstrahl 16 verlässt die Transportfaser des Messarms 26 und durchtritt die erste Kollimationslinse 42, den Strahlteiler 48 sowie die Fokuslinse 50 und trifft je nach Ablenkung durch die verlagerte Kollimationslinse 42 auf eine vorgesehene Messposition auf dem Werkstück 32. Der Messstrahl 16 wird in der jeweiligen Messposition von der Werkstückoberfläche reflektiert, wobei ein reflektierter Messstrahlanteil durch die Fokuslinse 50, den Strahlteiler 48 und die Kollimationslinse 42 zurück in die Messvorrichtung 12 bzw. den Messarm 26 eingekoppelt wird. Gleichzeitig wird der Referenzmessstrahl auf bekannte Weise in dem Referenzarm 28 von einem Spiegel reflektiert und an den Strahlteiler 24 zurückgeleitet.
• Die Länge des Referenzarms 28 ist veränderbar, sodass der Messstrahl 16 und der Referenzmessstrahl im Wesentlichen dieselbe Weglänge zurücklegen. Der reflektierte Messstrahl und der reflektierte Referenzmessstrahl überlagern sich im Strahlteiler 24 und werden über die Transportfaser 40 und den Zirkulator 38 an das Spektrometer 36 weitergeleitet. Das Spektrometer 36 detektiert die Interferenz des reflektierten Messstrahls und des reflektierten Referenzmessstrahls und kann unter Berücksichtigung der vorliegenden Länge des Referenzarms 28 die zurückgelegte Weglänge des Messstrahls 16 bestimmen. Abhängig davon, in welcher Messposition sich der Messstrahl 16 während des Messens auf dem Werkstück befunden hat, können so Höheninformationen über die Werkstückoberfläche und/oder über die Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls 18 in das Werkstück 32 erfasst werden.
• Zudem ist es möglich, mittels einer Ausleseeinheit Informationen aus weiteren Komponenten der Vorrichtung 10 auszulesen, wie beispielsweise die Verlagerung der Kollimationslinse 42 oder des Aktuators. Dies erlaubt das genaue Bestimmen der aktuellen Lage des Messstrahls 16 auf der Werkstückoberfläche in der in 1 gezeigten XY-Richtung. Dadurch können dreidimensionale Oberflächenprofile in bestimmten Messbereichen erfasst werden, wodurch der Bearbeitungsprozess exakt überwacht werden kann.
• 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die im Wesentlichen der Anordnung gemäß 1 entspricht, wobei hier lediglich auf Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen eingegangen wird. Die erste Kollimationslinse 42 in der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist zusätzlich entlang einer zweiten Verlagerungsachse quer zur optischen Achse des Messstrahls 16 translatorisch verlagerbar, was durch den Doppelpfeil B gekennzeichnet ist. Dies ermöglicht ein zusätzliches Ablenken des Messstrahls 16, wodurch dieser auch auf dem Werkstück 32 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagerbar ist. Je nach vorgesehenem Abtasten des Werkstücks 32 ist die Kollimationslinse 42 entlang der ersten oder zweiten Verlagerungsachse wesentlich schneller verlagerbar als entlang der jeweils anderen Verlagerungsachse.
• Durch dieses zusätzlich mögliche Verlagern der Kollimationslinse 42 entlang der zweiten Verlagerungsachse ist insgesamt ein Abtasten eines Arrays von Messpunkten auf dem Werkstück möglich. In jeder der Messpositionen, auf die der Messstrahl 16 durch das Verlagern der ersten Kollimationslinse 42 entlang der ersten Verlagerungsachse ausgerichtet wird, kann somit eine Vielzahl von Messpunkten quer zum Hauptbearbeitungspfad 30 abgetastet werden. Dies ermöglicht eine zweidimensionale Verlagerung des Messstrahls 16 auf der Werkstückoberfläche mittels einer Verlagerung der ersten Kollimationslinse 42 entlang der ersten und entlang der zweiten Verlagerungsachse. Eine schnellere Verlagerbarkeit der Kollimationslinse 42 entlang der zweiten Verlagerungsachse (Doppelpfeil B) ermöglicht in der gezeigten Ausführungsform ein Messen mit einer hohen Auflösung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30. Eine demgegenüber langsamere Verlagerbarkeit der Kollimationslinse 42 entlang der ersten Verlagerungsachse (Doppelpfeil A), ist dennoch ausreichend für eine angemessene Ausrichtung des Messstrahls 16 auf unterschiedliche Messpositionen gewählt und ermöglicht damit einen effizienten Abtastprozess.
• Es ist anzumerken, dass in einer alternativen Ausführungsform anstelle einer in zwei Richtungen verlagerbaren ersten Kollimationslinse auch zwei nacheinander angeordnete Kollimationslinsen vorgesehen sein können. Dabei kann die weitere Kollimationslinse entweder translatorisch entlang der zweiten Verlagerungsachse verlagerbar sein oder exzentrisch auf einem rotierbaren Träger angeordnet sein, um den messstrahl 16 zusätzlich abzulenken.
• 3 zeigt eine Draufsicht auf ein teilweise bearbeitetes Werkstück 32, welches die einzelnen Werkstückteile 32a und 32b umfasst. Der Hauptbearbeitungspfad 30 verläuft entlang eines Spalts zwischen den Werkstückteilen 32a und 32b in X-Richtung und wurde in der gezeigten Darstellung bereits teilweise bearbeitet, d. h. mit einer Schweißnaht geschlossen. Der Bearbeitungsstrahl (nicht gezeigt) wird in Bearbeitungsrichtung BR entlang des Hauptbearbeitungspfads 30 bewegt. Im Bereich der aktuellen Bearbeitungsposition 52 des Bearbeitungsstrahls 18 wird durch den Bearbeitungsstrahl eine Dampfkapillare mit umliegendem Schmelzbad erzeugt, wodurch umliegende Bereiche in den Werkstücken 32a und 32b aufgeschmolzen und miteinander verschweißt werden. In Bearbeitungsrichtung BR betrachtet hinter der aktuellen Bearbeitungsposition 52 liegend, ist die bereits erkaltete Schweißnaht zu erkennen.
• 3 zeigt ferner drei Messpositionen 54, 56, 58, in denen jeweils eine Vielzahl an einzelnen Messpunkten dargestellt ist. Die erste Messposition 54 liegt dabei in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 in Bearbeitungsrichtung BR betrachtet vor der aktuellen Bearbeitungsposition 52 (Pre), während die zweite Messposition 56 in Bearbeitungsrichtung BR betrachtet hinter der aktuellen Bearbeitungsposition 52 (Post) und die dritte Messposition 58 im Bereich der aktuellen Bearbeitungsposition 52 (In) liegt. Das bedeutet, dass die erste Messposition 54 im Bereich des noch nicht bearbeiteten Hauptbearbeitungspfads 30 und die zweite Messposition 56 im Bereich des bereits bearbeiteten Hauptbearbeitungspfads 30, d. h. im Bereich der erkalteten Schweißnaht, liegt. Wie ferner zu erkennen ist, werden die einzelnen Messpunkte in der ersten und zweiten Messposition 54, 56 jeweils quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 abgetastet, sodass beispielsweise Messdaten über die gesamte Breite des zu bearbeitenden Hauptbearbeitungspfads 30 bzw. der Schweißnaht erfasst werden. Wie ferner zu erkennen ist, werden die Messpunkte in der dritten Messposition 58 dagegen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 abgetastet, um die maximale Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls 18 zu erfassen.
• Die gezeigten Messpositionen 54, 56, 58 sind voneinander beabstandet, wobei zwischen den Messpositionen 54, 56, 58 keine Messpunkte abgetastet werden, um den Messstrahl 16 von einer der Messpositionen 54, 56, 58 in eine andere Messposition 54, 56, 58 zu verlagern. Der Messstrahl 16 wird mittels der Messvorrichtung 12 während des Bearbeitens des Werkstücks 32 zwischen den Messpositionen 54, 56, 58 sowie auf die Vielzahl von Messpunkten in den jeweiligen Messpositionen verlagert.
• Die in 3 gezeigten Messpunkte sind in der ersten und zweiten Messposition 54, 56 jeweils entlang einer Linie angeordnet, die sich im Wesentlichen orthogonal zu dem Hauptbearbeitungspfad 30 erstreckt. Die Breite des Abtastens quer zu der Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 ist dabei derart eingestellt, dass in der zweiten Messposition 56 die gesamte Breite der erkalteten Schweißnaht abgetastet wird und in der ersten Messposition 54 in etwa die gesamte Breite des Bereichs abgetastet wird, in dem sich durch das Bearbeiten nachfolgend ein Schmelzbad bilden wird.
• Bei den im Folgenden beschriebenen weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden für vergleichbare bzw. gleichwirkende Komponenten und Merkmale die gleichen Bezugszeichen wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Die Komponenten und Merkmale, die in den weiteren Ausführungsformen nicht erneut beschrieben sind, ähneln in ihrer Ausbildung und Funktion den entsprechenden Komponenten der vorherigen Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3. Aus diesem Grund soll nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen eingegangen werden.
• 4 zeigt eine Draufsicht auf ein teilweise bearbeitetes Werkstück 32, gemäß 3, wobei die einzelnen Messpunkte in der zweiten Messposition 58 beispielhaft unterschiedliche Beleuchtungsintensitäten aufweisen. Die Messpunkte, die näher an dem Hauptbearbeitungspfad 30 liegen weisen dabei eine geringere Beleuchtungsintensität auf als die Messpunkte, die weiter von dem Hauptbearbeitungspfad 30 beabstandet sind. Im Zentrum der Schweißnaht wird der Messstrahl 16 aufgrund des Lotmittels erfahrungsgemäß besser reflektiert als in den Randbereichen bzw. in Bereichen der Werkstückoberfläche seitlich der Schweißnaht.
• Des Weiteren zeigt 5 eine Draufsicht auf ein teilweise bearbeitetes Werkstück 33, welches die einzelnen Werkstückteile 33a und 33b umfasst. Der in 5 gezeigte Hauptbearbeitungspfad 31 weist einen Richtungswechsel auf, sodass auch die Bearbeitungsrichtung BR des Bearbeitungsstrahls während des Bearbeitens verändert wird, um dem Hauptbearbeitungspfad 31 zu folgen. Die in 5 gezeigte aktuelle Bearbeitungsrichtung BR ist um 90° verschieden von dem bereits bearbeiteten Bereich des Werkstücks 33 und damit von einer vorherigen Bearbeitungsrichtung. Die Messpositionen 54, 56, 58 sind in der gezeigten Darstellung in Abhängigkeit von Bearbeitungsinformationen derart auf die aktuelle Bearbeitungsrichtung BR angepasst, dass weiterhin ein erfindungsgemäßes Abtasten von Messpunkten in einer ersten Messposition 54 in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 31 in Bearbeitungsrichtung BR betrachtet vor der aktuellen Bearbeitungsposition 52, in einer zweiten Messposition 56 in Richtung des Hauptbearbeitungspfads 31 in Bearbeitungsrichtung BR betrachtet hinter der aktuellen Bearbeitungsposition 52 und in einer dritten Messposition 58 im Bereich der aktuellen Bearbeitungsposition 52 ermöglicht wird.
• Das in 5 gezeigte Verändern des Abtastens bzw. Ausrichten des Messstrahls in Abhängigkeit von aktuellen Bearbeitungsinformationen wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die in Bezug auf 2 beschriebene Verlagerbarkeit der Kollimationslinse 42 entlang der ersten und zweiten Verlagerungsachse (Doppelpfeile A und B in 2) entsprechend entgegengesetzt verwendet wird. Mit anderen Worten wird der Messstrahl durch Verlagern der Kollimationslinse 42 entlang der zweiten Verlagerungsachse (Doppelpfeil B), nach dem Wechsel der Bearbeitungsrichtung BR, zwischen den Messpositionen 54, 56, 58 verlagert und durch Verlagern der Kollimationslinse 42 entlang der ersten Verlagerungsachse (Doppelpfeil A) auf die einzelnen Messpunkte quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfad 31 verlagert. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich die Messvorrichtung 12 zu verdrehen, um den Messstrahl 16 in Abhängigkeit der aktuellen Bearbeitungsinformationen zu verlagern und/oder sonstige Komponenten der Messvorrichtung 12 entsprechend anzupassen.
• Aus Gründen der Übersicht ist der optische Kohärenztomograph 20 der Messvorrichtung 12 in den weiteren gezeigten Ausführungsformen lediglich durch den Messarm 26 angedeutet. Der nicht gezeigte Aufbau entspricht jedoch dem in 1 gezeigten Aufbau. Ferner werden die im Folgenden erläuterten Funktionsweisen der weiteren Ausführungsformen beispielhaft in Bezug auf ein Bearbeiten und Messen des in 3 dargestellten Werkstücks 32 mit dem Hauptbearbeitungspfad 30 beschrieben.
• 6 zeigt zusätzlich zu den bereits beschriebenen Komponenten der Vorrichtung 10 einen beweglichen Galvospiegel 60, der um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Der Galvospiegel 60 ist der Kollimationslinse 42 nachgeordnet in dem Strahlengang des Messstrahls 16 vorgesehen ist, sodass der Messstrahl 16 auf dem Galvospiegel 60 trifft, bevor er in die Bearbeitungsvorrichtung 14 eingekoppelt wird. Der Galvospiegel 60 lenkt den Messstrahl 16 in der gezeigten Anordnung in Richtung des Werkstücks 32 um.
• Der Galvospiegel 60 ist derart verschwenkbar ausgebildet, dass ein Verschwenken des Galvospiegels 60 den Messstrahl 16 auf der Oberfläche des Werkstücks 32 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 verlagert, wobei die jeweilige Messposition durch die Verlagerung der Kollimationslinse 42 vorgegeben ist. Damit verlagert der Galvospiegel 60 den Messstrahl 16 durch Verschwenken in den jeweiligen Messpositionen auf verschiedene Messpunkte, wodurch ein Abtasten eines Messbereichs auf dem Werkstück ermöglicht wird. Durch den Galvospiegel 60 kann der Messstrahl 16 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads 30 mit einer höheren Geschwindigkeit verlagert werden als durch die Kollimationslinse 42 in die einzelnen Messpositionen. Somit kann ein schnelles Abtasten in den einzelnen Messpositionen erreicht werden, wobei dennoch ein kostengünstiger und kompakter Aufbau ermöglicht wird, da lediglich ein Galvospiegel vorgesehen ist. Dennoch kann durch die verlagerbare Kollimationslinse 42 ein zweidimensionales Abtasten der Werkstückoberfläche ermöglicht werden.
• 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich von der vorhergehenden Ausführungsform dahingehend unterscheidet, dass anstelle des Galvospiegels eine rotierbare Keilplatte 62 im Strahlengang des Messstrahls 16 angeordnet ist. Die rotierende Keilplatte 62 ist der Kollimationslinse 42 nachgeordnet, sodass der aus der Transportfaser des Messarms 26 austretende Messstrahl 16 zunächst die Kollimationslinse 42 und nachfolgend die rotierbare Keilplatte 62 durchtritt. Die Rotationsachse der rotierbaren Keilplatte 62 ist dabei im Wesentlichen koaxial zur optischen Achse des Messstrahls 16.
• Durch die konstruktive Ausbildung der rotierbaren Keilplatte 62 wird der Messstrahl 16, zusätzlich zur vorherigen Ablenkung durch die Kollimationslinse 42, weiter abgelenkt. Diese weitere Ablenkung mittels der rotierenden Keilplatte 62 verlagert den Messstrahl 16 entlang einer Kreisbahn auf der Werkstückoberfläche. Somit wird ein kreisförmiges Abtasten der Vielzahl von Messpunkten in den jeweiligen durch die Kollimationslinse 42 vorgegebenen Messpositionen ermöglicht. Der Winkel der nichtplanaren Oberfläche der rotierbaren Keilplatte 62 bestimmt in dieser Anordnung den Radius des Kreisbogens des Messstrahlabtastens auf der Werkstückoberfläche.
• 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der im Strahlengang des Messstrahls 16 ein rotierbarer Polygonspiegel 64 vorgesehen ist. Dieser Polygonspiegel 64 ist derart angeordnet, dass der durch die erste Kollimationslinse 42 abgelenkte Messstrahl 16 auf eine Spiegelfläche des Polygonspiegels 64 trifft und dadurch in Richtung des Werkstücks 32 abgelenkt wird. Durch Rotieren des Polygonspiegels 64 um eine Rotationsachse 66 kann jeweils eine andere Spiegelfläche des Polygonspiegels 64 zum Ablenken des Messstrahls 16 in dessen Strahlengang eingebracht werden.
• Da sich die Winkelstellung der jeweiligen Spiegelfläche gegenüber dem Messstrahl durch das Rotieren kontinuierlich ändert, wird der Messstrahl 16 zusätzlich auf dem Werkstück in Richtung des Hauptbearbeitungspfads bewegt (x-Richtung), wobei die aktuelle Messposition dennoch durch die Verlagerungsstellung der ersten Kollimationslinse 42 vorgegeben ist.
• Die Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 weisen zudem verschiedene Neigungswinkel gegenüber dem Messstrahl 16 auf, wodurch dieser auf dem Werkstück im Wesentlichen quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert wird. Je stärker die jeweilige Spiegelfläche geneigt ist, desto weiter liegt der jeweilige Messpunkt von einer Mitte des Hauptbearbeitungspfads 30 in Y-Richtung entfernt.
• Je nach Anzahl der Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 und Anzahl der Rotationen wird die Anzahl der abzutastenden Messpunkte in den jeweiligen Messpositionen bestimmt. Der gezeigte Polygonspiegel weist eine Rotationsgeschwindigkeit von bis zu 15.000 Umdrehungen pro Minute auf, wodurch mittels des Polygonspiegels 64 eine wesentlich schnellere Abtastung erreicht werden kann als beispielsweise mit einem Galvospiegel.
• 9 zeigt eine detaillierte Draufsicht auf den Polygonspiegel aus 8. In dieser detaillierten Draufsicht sind die unterschiedlichen Neigungswinkel der einzelnen Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 zu erkennen. Auch ist hierbei gezeigt, dass einander entgegengesetzte Spiegelflächen jeweils denselben Neigungswinkel aufweisen, was die Fertigung eines solchen Polygonspiegels 64 erleichtert.
• Trifft der Messstrahl 16, wie gezeigt, auf die Spiegelfläche 64a, die einen Neigungswinkel von 0° aufweist, wird der Messstrahl 16 nicht quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert. Wird der in 9 gezeigte Polygonspiegel 64 dagegen um 135° rotiert, gelangt die Spiegelfläche 64b in den Strahlengang des Messstrahls 16, wobei die Spiegelfläche 64b in der gezeigten Ausführungsform den größten Neigungswinkel der Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 aufweist. Somit erfährt der Messstrahl 16 bei einem Auftreffen auf die Spiegelfläche 64b die größte Ablenkung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads.
• Um ein Abtasten quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads auf beiden Seiten des Hauptbearbeitungspfads vorzunehmen, können entgegengesetzte Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 einen vorzeichenvertauschten Neigungswinkel aufweisen. Alternativ dazu kann der Polygonspiegel an sich bereits gegenüber dem Messstrahl 16 geneigt sein, sodass die geneigten Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 der Neigung des Polygonspiegels 64 entgegenwirken. In diesem Fall kann der Messstrahl 16 beispielsweise die größte Verlagerung zu einer Seite des Hauptbearbeitungspfads (quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads) erfahren, wenn er auf die Spiegelfläche 64a ohne Neigung trifft, während er bei einem Ablenken durch die am stärksten geneigte Spiegelfläche 64b die größte Ablenkung zur anderen Seite des Hauptbearbeitungspfads erfährt.
• 10 zeigt verschiedene Schnittansichten des in 8 gezeigten Polygonspiegels 64. Hierbei ist ebenfalls zu erkennen, dass jeweils entgegengesetzte Spiegelflächen des Polygonspiegels 64 aus fertigungstechnischen Gründen den gleichen Neigungswinkel aufweisen.
• Die 11a bis 11c zeigen schematisch den Verlauf der Verlagerung des Messstrahls durch ein Ablenken des Messstrahls mittels des in 8 gezeigten Polygonspiegels 64, der acht Spiegelflächen mit insgesamt vier unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist. In den gezeigten Verlagerungsverläufen ist lediglich die Verlagerung des Messstrahls durch den Polygonspiegel 64 jedoch ohne die zusätzliche Verlagerung durch die Kollimationslinse 42 gezeigt. Demnach handelt es sich bei den gezeigten Verlagerungsverläufen um eine jeweilige Verlagerung mittels des Polygonspiegels 64 in einer aktuellen durch die Kollimationslinse 42 vorbestimmten Messposition.
• 11a zeigt den zeitlichen Verlagerungsverlauf des Messstrahls in X-Richtung, d. h. in Richtung des Hauptbearbeitungspfads. Durch das Rotieren des Polygonspiegels 64 ändert sich kontinuierlich die Winkelstellung der im Strahlengang des Messstrahls 16 liegenden Spiegelfläche gegenüber dem Messstrahl, wodurch der Messstrahl durch jede der acht Spiegelflächen eine kontinuierlich ansteigende Verlagerung in X-Richtung erfährt. Gelangt schließlich eine benachbarte Spiegelfläche in den Strahlengang des Messstrahls, wird der Messstrahl jeweils auf den Ausgangspunkt in X-Richtung zurück verlagert. Der letztgenannte Effekt gilt jedoch nur bei der Verwendung eines gleichmäßigen Polygons.
• 11b zeigt den zeitlichen Verlagerungsverlauf des Messstrahls in Y-Richtung, d. h. quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads. Es ist zu erkennen, dass die Verlagerung des Messstrahls quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads für jede Spiegelfläche konstant bleibt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Neigungswinkel der jeweiligen Spiegelflächen gegenüber dem Messstrahl durch Rotation des Polygonspiegels nicht verändert wird. Erst wenn eine benachbarte Spiegelfläche in den Strahlengang des Messstrahls eingebracht wird, wird der Messstrahl auf einen anderen Messpunkt quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagert. 11c zeigt einen Verlagerungsverlauf des Messstrahls in X- und Y-Richtung auf der Werkstückoberfläche, wie er in den einzelnen Messpositionen bei einer Verwendung des in den 8 und 9 gezeigten rotierbaren Polygonspiegels 64 ausgeführt wird. Die in 11c gezeigte Abtastung des Messstrahls wird dabei pro Umdrehung des Polygonspiegels 64 zweimal durchlaufen.
• Es versteht sich, dass durch Verwenden eines unregelmäßigen Polygonspiegels und/oder eines Polygonspiegels mit einer anderen Anzahl an Spiegelflächen und/oder eines Polygonspiegels mit anderen Neigungswinkeln, die zuvor beschriebenen Verlagerungsverläufe sowohl in X- als auch in Y-Richtung nahezu beliebig veränderbar sind.
• Es ist ferner möglich, dass ein Polygonspiegel verwendet wird, der automatisch und/oder manuell verstellbare Neigungswinkel aufweist. Dies hat den Vorteil, dass ein Abtasten eines Messbereichs auch während eines Bearbeitungs- und/oder Messprozesses vorgenommen werden kann. In diesem Fall ist ein Austauschen des Polygonspiegels zum Verändern des Abtastens nicht notwendig.
• 12 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Polygonspiegels 68. Dieser Polygonspiegel 68 umfasst drei axial aneinander angrenzende Ebenen 68a, 68b, 68c. Jede der Ebenen 68a, 68b, 68c kann eine voneinander verschiedene Anzahl an Spiegelflächen mit unterschiedlichen Winkelstellungen und Neigungswinkeln aufweisen. Ein derartiger Polygonspiegel 68 ist entlang seiner Rotationsachse 70 gegenüber dem Messstrahl verlagerbar, um wahlweise eine der Spiegelebenen zumindest teilweise in den Strahlengang des Messstrahls einzubringen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• WO 2012/037694 A2 [0009]
• US 2012/0285936 A1 [0009]
• DE 10155203 A1 [0010]
• DE 102013008269 A1 [0012]
• DE 102012016788 A1 [0014]
• EP 1977850 B1 [0016]
• DE 102013015656 A1 [0017]

Claims (16)

1. Messvorrichtung (12) für ein Laserbearbeitungssystem, zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls (16) auf einem Werkstück (32, 33), das zum Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (18) vorgesehen ist, der in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads (30, 31) relativ zu dem Werkstück bewegbar ist, wobei die Messvorrichtung (12) an eine Bearbeitungsvorrichtung (14) koppelbar ist und einen optischen Kohärenztomographen (20) mit einer Messstrahlquelle (34) zum Erzeugen des Messstrahls (16) umfasst, und wobei die Messvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, den Messstrahl (16) innerhalb eines vorbestimmten Messbereichs auf dem Werkstück (32, 33) zu verlagern, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (16) mittels der Messvorrichtung (12) während des Bearbeitens auf dem Werkstück (32, 33) im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) in eine erste Messposition (54) und in eine zweite Messposition (56) verlagerbar ist, wobei die erste Messposition (54) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (52) liegt und die zweite Messposition (56) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (52) liegt, und wobei die Messvorrichtung (12) ferner dazu eingerichtet ist, den Messstrahl (16) in der wenigstens ersten und zweiten Messposition (54, 56) jeweils quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) zu verlagern, sodass im Bereich der wenigstens ersten und zweiten Messposition (54, 56) jeweils eine Vielzahl von Messpunkten mittels des Messstrahls (16) quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) zum Erfassen von Messdaten abtastbar ist.
2. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, den Messstrahl (16) im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) in wenigstens eine dritte Messposition (58) zu verlagern, die im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (52) liegt.
3. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (16) in der dritten Messposition (58) zum Erfassen der maximalen Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls (18) auf wenigstens zwei weitere Messpunkte in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) verlagerbar ist.
4. Messvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsintensität der Messstrahlquelle (34) in Abhängigkeit der Messpunkte veränderbar ist.
5. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsintensität des Messstrahls (16) und/oder eine Beleuchtungsintensität des Referenzmessstrahls in Abhängigkeit der Messpunkte veränderbar ist.
6. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, den Messstrahl (16) in Abhängigkeit von aktuellen Bearbeitungsinformationen zu verlagern.
7. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsinformationen Informationen über die Bearbeitungsrichtung (BR) und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit umfassen.
8. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) eine Empfangseinheit umfasst, die die Bearbeitungsinformationen vorzugsweise in Form von Feldbusdaten oder Sensordaten empfängt.
9. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) eine Speichereinheit aufweist, wobei die Messvorrichtung durch die Positionsmessungen erfasste Messdaten in der Speichereinheit speichert, und wobei die Speichereinheit eine Vielzahl von Messdaten jeweils in einem Datenpaket speichert.
10. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (16) mit einer ersten Geschwindigkeit auf die Messpunkte verlagerbar ist, die größer ist als eine zweite Geschwindigkeit, mit der der Messstrahl (16) zwischen den Messpositionen (54, 56, 58) in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) verlagerbar ist.
11. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) wenigstens eine verlagerbare erste Kollimationslinse (42) umfasst, die von dem Messstrahl (16) durchtreten wird, wobei die erste Kollimationslinse (42) quer zu einer optischen Achse des Messstrahls (16) verlagerbar ist, um den Messstrahl (16) zwischen den Messpositionen (54, 56, 58) zu verlagern.
12. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kollimationslinse (42) translatorisch entlang einer ersten Verlagerungsachse verlagerbar ist, um den Messstrahl (16) in die Messpositionen (54, 56, 58) zu verlagern.
13. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kollimationslinse (42) translatorisch entlang einer zweiten Verlagerungsachse quer zu der optischen Achse des Messstrahls (16) verlagerbar ist, um den Messstrahl (16) quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30) zu verlagern.
14. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) eine verlagerbare weitere optische Komponente umfasst, die von dem Messstrahl (16) durchtreten wird oder den Messstrahl (16) reflektiert, um den Messstrahl (16) zumindest quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) zu verlagern.
15. Vorrichtung (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks (32, 33) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (18), der in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads (30, 31) relativ zu dem Werkstück bewegbar ist, wobei die Vorrichtung (10) umfasst: – eine Bearbeitungsvorrichtung (14) mit einer Bearbeitungsstrahlquelle und einer Bearbeitungsstrahloptik (46, 48, 50), – eine Messvorrichtung (12) zum Durchführen von Positionsmessungen auf dem Werkstück (32, 33) mittels eines Messstrahls (16), und – einen Strahlteiler (48) zum im Wesentlichen koaxialen Koppeln des Messstrahls (16) mit dem Bearbeitungsstrahl (18), gekennzeichnet durch eine Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
16. Verfahren zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls (16) auf einem Werkstück (32, 33), insbesondere mit einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Werkstück (32, 33) für ein Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (18) vorgesehen ist, der in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads (30, 31) relativ zu dem Werkstück bewegt wird, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: – Erzeugen eines Messstrahls (16) mittels einer Messstrahlquelle (34) eines optischen Kohärenztomographen (20), gekennzeichnet durch die Schritte: – Verlagern des Messstrahls (16) innerhalb eines vorbestimmten Messbereichs auf dem Werkstück (32, 33), wobei der Messstrahl (16) mittels der Messvorrichtung (12) während des Bearbeitens auf dem Werkstück (32, 33) im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) in eine erste Messposition (54) und in eine zweite Messposition (56) verlagert wird, wobei die erste Messposition (54) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (52) liegt und die zweite Messposition (56) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (52) liegt, und – Verlagern des Messstrahls (16) in der ersten und zweiten Messposition (56) jeweils quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31), sodass im Bereich der ersten und zweiten Messposition (54, 56) jeweils eine Vielzahl von Messpunkten mittels des Messstrahls (16) quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (30, 31) zum Erfassen von Messdaten abgetastet wird.

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