DE102015012565B3

DE102015012565B3 - Device and method for increasing the accuracy of an OCT measuring system for laser material processing

Info

Publication number: DE102015012565B3
Application number: DE102015012565.6A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Lessmüller; Christian Truckenbrodt
Original assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2035-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks (22) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (38), wobei die Messvorrichtung (10) dazu vorgesehen ist, mittels eines Messstrahls (14) Positionsmessungen auf dem Werkstück (22) durchzuführen, wobei die Messvorrichtung (10) eine Messstrahlquelle (12) zum Erzeugen eines Messstrahls (14) durch einen optischen Kohärenztomographen umfasst, wobei der Messstrahl (14) in den Bearbeitungsstrahl (38) einkoppelbar und über eine Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück (22) richtbar ist, und wobei die Messvorrichtung (10) ferner einen ortsauflösenden Sensor (16) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen von dem Messstrahl (14) vermessenen Bereich des Werkstücks (22) mittels eines Sensorstrahls (18) zu erfassen und darauf basierend ortsauflösenden Informationen zu erzeugen. Dabei ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, basierend auf den von dem ortsauflösenden Sensor (16) bereitgestellten ortsauflösenden Informationen eine Position (L) des Bearbeitungsstrahls (38) auf dem Werkstück (22) zu ermitteln, und unter Berücksichtigung einer Messstrahlposition (M) auf dem Werkstück (22) einen Relativversatz zwischen dem Bearbeitungsstrahl (38) und dem Messstrahl (14) zu bestimmen.The invention relates to a measuring device (10) for a machining system for machining a workpiece (22) by means of a high-energy machining beam (38), wherein the measuring device (10) is provided to perform position measurements on the workpiece (22) by means of a measuring beam (14) wherein the measuring device (10) comprises a measuring beam source (12) for generating a measuring beam (14) by an optical coherence tomograph, wherein the measuring beam (14) can be coupled into the machining beam (38) and directed onto the workpiece (22) via a processing beam optics , and wherein the measuring device (10) further comprises a spatially resolving sensor (16) which is designed to detect a region of the workpiece (22) measured by the measuring beam (14) by means of a sensor beam (18) and to provide spatially resolving information thereon produce. In this case, it is provided that the measuring device (10) is designed to determine a position (L) of the machining beam (38) on the workpiece (22) based on the spatially resolving sensor provided by the spatially resolving sensor (16), and taking into account Measurement beam position (M) on the workpiece (22) to determine a relative offset between the processing beam (38) and the measuring beam (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, wobei die Messvorrichtung dazu vorgesehen ist, mittels eines Messstrahls Positionsmessungen auf dem Werkstück durchzuführen, wobei die Messvorrichtung eine Messstrahlquelle zum Erzeugen eines Messstrahls durch einen optischen Kohärenztomographen umfasst, wobei der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar und über eine Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierbar ist, und wobei die Messvorrichtung ferner einen ortsauflösenden Sensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen von dem Messstrahl vermessenen Bereich auf dem Werkstück mittels eines Sensorstrahls zu erfassen und darauf basierend Bildinformationen zu erzeugen.The invention relates to a measuring device for a machining system for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam, wherein the measuring device is provided to perform position measurements on the workpiece by means of a measuring beam, the measuring device comprising a measuring beam source for generating a measuring beam by an optical coherence tomograph, wherein the Measuring beam can be coupled into the processing beam and projected onto the workpiece via a processing beam optics, and wherein the measuring device further comprises a spatially resolving sensor which is adapted to detect an area measured by the measuring beam on the workpiece by means of a sensor beam and generate image information based thereon ,

Die optische Überwachung von Arbeitsprozessen, beispielsweise von Schweißvorgängen an einer Stoßstelle zweier durch einen Laserschweißprozess miteinander zu verbindender Werkstücke ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Hierzu wird zum technischen Hintergrund auf das Dokument DE 10 2009 050 784 A1 verwiesen. Gemäß diesem Dokument wird regelmäßig die Werkstückoberfläche anhand von Bildaufnahmen überwacht, wobei die Art der Beleuchtung der Werkstückoberfläche durch Zu- und Abschalten von Fremdlicht verändert wird, sodass die Erfassung der aktuellen Schweißstelle und damit eine Überwachung des Arbeitsprozesses genauer erfolgen können.The optical monitoring of work processes, for example, welding operations at a junction of two by a laser welding process to be joined together workpieces is already known from the prior art. For this, the technical background on the document DE 10 2009 050 784 A1 directed. According to this document, the workpiece surface is regularly monitored by means of image recordings, wherein the type of illumination of the workpiece surface is changed by switching on and off of extraneous light, so that the detection of the current weld and thus monitoring of the work process can be made more accurate.

Ferner ist es aus dem Dokument DE 10 2013 017 795 B3 bekannt, nach Maßgabe aktueller Prozessdaten eines Arbeitsprozesses, im Beispielsfall wieder ein Laserschweißprozess an zwei miteinander zu verbinden Werkstücken, eine Auswertung von mittels eines Bildsensors erfassten Bilddaten an der Fügestelle der miteinander zu verbinden Werkstücke durchzuführen. Dadurch kann die Erkennungszuverlässigkeit von Fehlern sowie die Regelung des Bearbeitungsprozesses gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden, weil aktuelle Prozessdaten, die nicht unmittelbar aus den erfassten Bilddaten hervorgehen, bei der Auswertung berücksichtigt werden.Furthermore, it is from the document DE 10 2013 017 795 B3 in accordance with current process data of a working process, in the example case again a laser welding process on two workpieces to be joined together, an evaluation of image data recorded by an image sensor at the joint of the workpieces to be joined together. As a result, the recognition reliability of errors as well as the control of the processing process can be improved compared to the prior art, because current process data, which does not emerge directly from the acquired image data, are taken into account in the evaluation.

Weitere Dokumente aus dem Stand der Technik, die eine Überwachung eines Laserschweißprozesses mittels eines optischen Überwachungssystems vorsehen, sind die Dokumente DE 101 55 203 A1 sowie DE 10 2013 110 524 A1 .Other prior art documents which provide for monitoring of a laser welding process by means of an optical monitoring system are the documents DE 101 55 203 A1 such as DE 10 2013 110 524 A1 ,

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die aus dem oben erläuterten Stand der Technik bekannten Verfahren insbesondere bei der Erfassung von Informationen über die Bearbeitungsqualität in Werkstücktiefenrichtung schnell an ihre Grenzen stoßen und keine befriedigenden Überwachungsergebnisse liefern. Insbesondere dann, wenn eine Überwachung hinsichtlich der Eindringtiefe des Laserstrahls an der Schweißstelle erfolgen soll, d. h. eine Überwachung des sogenannten „Keyhole”, reichen die mit dem Stand der Technik gewonnenen Ergebnisse nicht aus.However, it has been shown that the methods known from the above-described prior art quickly reach their limits, in particular when acquiring information about the machining quality in the workpiece depth direction, and do not provide satisfactory monitoring results. In particular, when monitoring with respect to the penetration depth of the laser beam at the weld is to take place, d. H. monitoring of the so-called "keyhole", the results obtained with the prior art are not sufficient.

Eine Weiterbildung der oben genannten Verfahren aus dem Stand der Technik ist aus dem Dokument WO 2014/138939 A1 bekannt, das den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Gemäß der Offenbarung dieses Dokuments wird ein über einen Scannerspiegel auslenkbarer Messstrahl in einen Bearbeitungsstrahl eingekoppelt und gemeinsam mit diesem auf Bearbeitungspositionen auf einem Werkstück gerichtet. Optional kann dabei auch der Sensorstrahl eines Kamerasensors in den Mess- und Laserstrahl eingekoppelt werden.A development of the above-mentioned prior art methods is known from the document WO 2014/138939 A1 known, which forms the closest prior art. According to the disclosure of this document, a measuring beam which can be deflected by means of a scanner mirror is coupled into a machining beam and, together with the latter, directed to machining positions on a workpiece. Optionally, the sensor beam of a camera sensor can also be coupled into the measuring and laser beam.

Bei dieser bekannten Lösung wird der Messstrahl durch einen optischen Kohärenztomographen erzeugt. Die sogenannte optische Kohärenztomographie (engl.: Optical Coherence Tomography, OCT) bezeichnet ein Verfahren, das in Anbetracht der vorstehenden Nachteile herkömmlicher optische Überwachungsverfahren zunehmend für die Überwachung von (Laser-)Bearbeitungsverfahren eingesetzt wird. Es 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 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 Strahlteller 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 in ein Werkstück zu ermitteln.In this known solution, the measuring beam is generated by an optical coherence tomograph. The so-called optical coherence tomography (OCT) refers to a method that is increasingly used for monitoring (laser) processing methods in view of the above drawbacks of conventional optical monitoring methods. It is based on the basic principle of the interference of light waves and the resulting effects. Optical coherence tomography makes it possible to detect differences in height along a measuring beam axis in the micrometer range. For this measurement light is generated and separated by means of a beam splitter into a measuring beam and a reference measuring beam. The measuring beam is forwarded to a measuring arm and strikes a surface of a workpiece to be machined. At this surface, the measuring beam is at least partially reflected and returned to the beam splitter. The reference measuring beam is forwarded to the reference arm and reflected at the end of the reference arm. The reflected reference measuring beam is also returned to the jet plate. The superimposition of the reflected beams is finally detected in order to determine height information about the surface and / or the penetration depth of a machining beam into a workpiece taking into account the length of the reference arm.

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. Weitere Beispiele für die Überwachung eines Laserbearbeitungsprozesses mittels optischer Kohärenztomographie finden sich ferner in den Dokumenten WO 2012/037694 A2 und US 2012/0285936 A1 .Since the measuring beam of an optical coherence tomograph can run coaxially to a processing beam and superimpose it, a simple coupling of an OCT measuring device with a (laser) processing device is possible. Further examples of the monitoring of a laser processing process by means of optical coherence tomography can also be found in the documents WO 2012/037694 A2 and US 2012/0285936 A1 ,

Bei derartigen Laserüberwachungsprozessen kann es allgemein wünschenswert sein, den Messstrahl exakt auf dieselbe Position auf dem Werkstück zu richten auf die der Bearbeitungsstrahl trifft, um eine Positionsmessung vorzunehmen. Mit anderen Worten sollen der Messstrahl und der Bearbeitungsstrahl vorzugsweise deckungsgleich auf das Werkstück treffen, um die aktuelle Eindringtiefe in das Werkstück möglichst genau vermessen zu können. Ebenso ist es bekannt, den Messstrahl mit einem bestimmten Soll-Versatz relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsstrahlposition auf das Werkstück zu projizieren, beispielsweise um einen der aktuellen Bearbeitungsposition vorgelagerten Kantenverlauf des Werkstückstoßes oder eine der aktuellen Bearbeitungsposition nachgelagerte, bereits erkaltete Schweißnaht zu vermessen. Mit anderen Worten kann zum Durchführen von Positionsmessungen sowohl eine Überwachung des Bearbeitungsprozesses exakt an der aktuellen Bearbeitungsposition als auch eine Überwachung mit einem von null verschiedenen Soll-Versatz relativ zu der aktuellen Bearbeitungsposition vorgegeben sein, um im letztgenannten Fall eine Erfassung von optischen Informationen im Umfeld der aktuellen Bearbeitungsposition zu ermöglichen. In beiden Fällen wird jedoch davon ausgegangen, dass der Messstrahl auf das Werkstück prinzipiell deckungsgleich zu der Bearbeitungsstrahlposition projizierbar ist und bei Vorgeben entsprechender Ablenkstellungen des Messstrahls innerhalb der Bearbeitungsstrahloptik und/oder einer Messstrahloptik der Messvorrichtung exakt die aktuelle Bearbeitungsposition oder eine Stelle auf der Werkstückoberfläche mit einem vorgegebenen von null verschiedenen Soll-Versatz relativ zu der Bearbeitungsstrahlposition optisch erfasst werden kann. In such laser monitoring processes, it may generally be desirable to accurately direct the measuring beam to the same position on the workpiece that the machining beam strikes to make a position measurement. In other words, the measuring beam and the machining beam should preferably strike the workpiece congruently in order to be able to measure the current penetration depth into the workpiece as precisely as possible. Likewise, it is known to project the measuring beam with a specific setpoint offset relative to a current machining beam position onto the workpiece, for example to measure an edge course of the workpiece joint upstream of the current machining position or to measure a previously cooled weld seam downstream of the current machining position. In other words, to carry out position measurements, both a monitoring of the machining process exactly at the current machining position and a monitoring with a non-zero desired offset relative to the current machining position may be predetermined in order to capture optical information in the latter case enable current machining position. In both cases, however, it is assumed that the measuring beam can be projected on the workpiece in principle congruent to the processing beam position and, given appropriate deflection positions of the measuring beam within the processing beam optics and / or a measuring beam optics of the measuring device exactly the current processing position or a location on the workpiece surface with a predetermined non-zero target offset relative to the machining beam position can be optically detected.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass eine Deckungsgleichheit von Messstrahl und Bearbeitungsstrahl oder ein vorgegebener Soll-Versatz aufgrund verschiedener Fehlerquellen nicht immer tatsächlich eingehalten werden kann. So durchlaufen sowohl der Bearbeitungsstrahl als auch der Messstrahl vor einer Einkopplung in ein gemeinsames optisches System, über das eine Auslenkung von Messstrahl und Bearbeitungsstrahl auf verschiedene Bearbeitungspositionen erfolgen kann, diverse optische Elemente innerhalb der Bearbeitungsstrahloptik sowie der Messstrahloptik. Typischerweise werden zwar in einem anfänglichen Kalibriervorgang die Elemente der jeweiligen Optiken für Messstrahl und Bearbeitungsstrahl derart eingestellt, dass bei einer vorgegebenen Nullstellung dieser optischen Elemente und deren zugeordneten Ablenkvorrichtungen innerhalb dieser Optiken eine Deckungsgleichheit des Bearbeitungsstrahls und des Messstrahls auf dem Werkstück vorliegt. Wird dann aber nach dem Kalibriervorgang in einer Bearbeitungssituationen während des Bearbeitungsprozesses ein gewünschter Soll-Versatz von Messstrahlposition und Bearbeitungsposition eingestellt, so müssen die der Messstrahloptik und der Bearbeitungsstrahloptik zugeordneten Ablenkvorrichtungen entsprechend verstellt werden, wobei sie die ursprüngliche Nullstellung verlassen. Dies führt dazu, dass sich im Bearbeitungsprozess trotz vorangehender Kalibriervorgänge nach Verlassen der Nullstellung, insbesondere der Bearbeitungsstrahloptik, unerwünschte Abweichungen von einem Soll-Strahlenverlauf ergeben, sodass keine Deckungsgleichheit mehr zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Messstrahl vorliegt. Ursache hierfür kann bereits ein bei der Definition der Nullstellung erfolgter Justagefehler sein, der einen inhärenten unerwünschten Relativversatz zwischen dem Bearbeitungs- und Messstrahl verursacht. Ebenso können die optischen Eigenschaften der einzelnen Elemente der Bearbeitungsstrahl- oder Messstrahloptik unerwünscht beeinflusst werden, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, sodass sich deren optische Eigenschaften ändern. Ebenso können etwaige Ablenkvorrichtungen mechanisch toleranzbedingt fehlerhaft sein.However, it has been shown that a congruence of measurement beam and processing beam or a predetermined target offset due to different sources of error can not always be met. Thus, both the processing beam and the measuring beam undergo various optical elements within the processing beam optics and the measuring beam optics before being coupled into a common optical system, via which a deflection of the measuring beam and the processing beam to different processing positions can take place. Typically, in an initial calibration process, the elements of the respective measuring beam and machining beam optics are adjusted such that, given a predetermined zero position of these optical elements and their associated deflection devices within these optics, there is congruence of the machining beam and the measuring beam on the workpiece. If, however, a desired setpoint offset of measuring beam position and machining position is set after the calibration process in a machining situation during the machining process, then the deflection devices associated with the measuring beam optics and the machining beam optics must be adjusted accordingly, leaving the original zero position. As a result of this, undesired deviations from a desired beam path result in the machining process despite preceding calibration processes after leaving the zero position, in particular the processing beam optics, so that there is no longer any congruence between the machining beam and the measuring beam. The reason for this can already be an alignment error that has occurred during the definition of the zero position, which causes an inherent undesired relative offset between the machining and measuring beam. Likewise, the optical properties of the individual elements of the processing beam or measuring beam optics can be undesirably influenced, for example due to temperature fluctuations, so that their optical properties change. Likewise, any deflecting devices may be defective due to mechanical tolerances.

Neben den oben genannten Fehlern ist es aber mit den bekannten Vorrichtungen insbesondere nicht möglich, erst im Betrieb und somit dynamisch auftretende Fehler und Abweichungen zu erfassen und gegebenenfalls zu kompensieren. Wie vorstehend geschildert, wird stattdessen nach dem Durchführen eines anfänglichen Kalibriervorgangs davon ausgegangen, dass ein vorgegebener Soll-Versatz stets mit ausreichender Genauigkeit umgesetzt werden kann.In addition to the above-mentioned errors, however, it is not possible with the known devices, in particular, to detect and, if necessary, compensate for errors and deviations occurring dynamically only during operation. As described above, instead of having performed an initial calibration operation, it is assumed that a predetermined desired offset can always be implemented with sufficient accuracy.

Derartige dynamisch auftretende Abweichungen, die zu einem nicht vorhersehbaren unerwünschten Relativversatz zwischen der Bearbeitungsstrahlposition und der Messstrahlposition auf dem Werkstück führen, wirken sich jedoch nachteilig auf die erzielbare Prozessgüte aus. So führt der Messstrahl bei Einnahme einer nicht vorgesehenen Position auf dem Werkstück eine Positionsmessung an einer nicht vorgesehenen Stelle durch und liefert somit „falsche” Messinformationen. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn die Messinformationen zur weiteren Überwachung oder Regelung des Bearbeitungsprozesses verwendet werden sollen.However, such dynamically occurring deviations, which lead to an unpredictable, undesired relative offset between the machining beam position and the measuring beam position on the workpiece, have a disadvantageous effect on the achievable process quality. Thus, when taking an unintended position on the workpiece, the measuring beam performs a position measurement at an unintended location and thus provides "wrong" measurement information. This is especially critical if the measurement information is to be used for further monitoring or control of the machining process.

Ein Anwendungsfall, bei dem solche Fehler zu massiven Problemen bei der Überwachung des Bearbeitungsprozesses führen, wird im Folgenden beschrieben: Bei dem bekannten Überwachungsverfahren ist vorgesehen, den OCT-Messstrahl auf dem Werkstück in einer in der Bearbeitungsrichtung vorgelagerten Position zu führen, um eine fortlaufende Kantenerfassung durchzuführen. Zum Erzeugen einer Schweißnaht soll der Bearbeitungsstrahl dabei entlang dieser vorab erfassten Kante geführt werden. Der OCT-Messstrahl wird hierzu auf die Kante gerichtet, um beispielsweise Übergänge von einem geraden zu einem gekrümmten Verlauf der Werkstückkante zu detektieren. Darauf basierend können dann Steuervorgaben an Ablenkvorrichtungen oder Führungsvorrichtungen des Bearbeitungsstrahls erzeugt werden, so dass dieser exakt dem sich ändernden Verlauf folgen kann.An application in which such errors lead to massive problems in monitoring the machining process is described below: In the known monitoring method, it is provided to guide the OCT measuring beam on the workpiece in a position upstream in the machining direction, to a continuous edge detection perform. To generate a weld, the processing beam is thereby guided along this previously detected edge. For this purpose, the OCT measuring beam is directed to the edge, for example, transitions from one straight to detect a curved course of the workpiece edge. Based on this, control specifications can then be generated on deflection devices or guide devices of the processing beam so that it can exactly follow the changing course.

Durch entsprechende Ablenkstellungen der Messstrahloptik ist dabei ein bestimmter Soll-Versatz der Position des OCT-Messstrahls auf dem Werkstück relativ zu der Bearbeitungsstrahlposition auf dem Werkstück vorgebbar, zum Beispiel in Form eines festgelegten oder variablen Abstandsvektors mit einem Betrag von wenigen Millimetern. Der von dem OCT-Messstrahl erfasste Kantenverlauf wird in Kenntnis dieses Abstandsvektors dann für eine Führung des Bearbeitungsstrahls auf die Werkstückkante verwendet und insbesondere für eine kontinuierliche Regelung der Bearbeitungsstrahlposition entlang dieser Werkstückkante. Mit anderen Worten wird basierend auf dem erfassten Kantenverlauf und dem vorgegebenen Abstandsvektor ermittelt, auf welche Positionen der Bearbeitungsstrahl auf dem Werkstück geführt werden muss, um dem Kantenverlauf folgen zu können.By means of corresponding deflecting positions of the measuring beam optics, a specific setpoint offset of the position of the OCT measuring beam on the workpiece relative to the machining beam position on the workpiece can be predetermined, for example in the form of a fixed or variable distance vector with an amount of a few millimeters. The edge profile detected by the OCT measuring beam is then used with knowledge of this distance vector for guiding the machining beam onto the workpiece edge and in particular for continuous control of the machining beam position along this workpiece edge. In other words, based on the detected edge profile and the predetermined distance vector, it is determined to which positions the machining beam has to be guided on the workpiece in order to be able to follow the edge profile.

Auch dies setzt aber voraus, dass der vorgegebene Soll-Versatz auf dem Werkstück in Form des Abstandsvektors tatsächlich umgesetzt wird. Das heißt mit anderen Worten, es wird vorausgesetzt, dass die vorgegebenen Messstrahlpositionen und die Bearbeitungsstrahlpositionen auf dem Werkstück den vorgegebenen Werten entsprechen. Wie gezeigt, haben die Erfinder jedoch erkannt, dass dies aufgrund verschiedener Fehlerquellen nicht zwingend der Fall sein muss. Tritt ein entsprechender Fehler auf, d. h. wird der durch den Abstandsvektor definierte Soll-Versatz auf dem Werkstück nicht korrekt umgesetzt, so kann der Bearbeitungsstrahl nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit entlang der Werkstückkante geführt werden, da er beispielsweise an nicht vorgesehenen Positionen oder um ein nicht vorgesehenes Maß abgelenkt wird.However, this also requires that the predetermined target offset on the workpiece in the form of the distance vector is actually implemented. In other words, it is assumed that the predetermined measuring beam positions and the machining beam positions on the workpiece correspond to the predetermined values. However, as shown, the inventors have recognized that this need not necessarily be the case due to various sources of error. If a corresponding error occurs, d. H. if the target offset defined on the workpiece by the distance vector is not correctly converted, then the processing beam can not be guided with sufficient accuracy along the workpiece edge, since it is deflected, for example, at positions which are not intended or by an unscheduled measure.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, mit der die Genauigkeit der Bearbeitungsüberwachung mittels eines OCT-Messstrahls verbessert werden kann und mit der insbesondere eine verbesserte Führung eines Bearbeitungsstrahls auf und entlang einer Werkstückkante erzielt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a measuring device of the type described, with the accuracy of the processing monitoring can be improved by means of an OCT measuring beam and with the particular improved guidance of a processing beam on and along a workpiece edge can be achieved.

Diese Aufgabe wird mit einer Messvorrichtung gelöst, die dazu ausgebildet ist, basierend auf den von dem ortsauflösenden Sensor der Messvorrichtung bereitgestellten ortsauflösenden Informationen eine Position des Bearbeitungsstrahls in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors zu ermitteln, und unter Berücksichtigung einer in dem Erfassungsbereich des Bildsensors ermittelten und/oder hinterlegten Messstrahlposition einen Relativversatz zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Messstrahl zu bestimmen.This object is achieved with a measuring device that is designed to determine a position of the processing beam in the detection range of the position-sensitive sensor based on the spatially resolving information provided by the position-sensitive sensor of the measuring device, and taking into account a detected in the detection range of the image sensor and / or deposited measuring beam position to determine a relative offset between the processing beam and the measuring beam.

In Kenntnis einer aktuellen Bearbeitungssituation und insbesondere einer aktuellen Relativpositionierung bzw. -ausrichtung des Messstrahls mittels der Messvorrichtung relativ zu dem Werkstück können somit die tatsächliche Bearbeitungsstrahlposition und Messstrahlposition auf dem Werkstück ermittelt werden. Darauf basierend kann dann auch ein aktueller Relativversatz dieser Strahlenpositionen auf dem Werkstück ermittelt werden.With knowledge of a current processing situation and in particular a current relative positioning or alignment of the measuring beam by means of the measuring device relative to the workpiece, the actual processing beam position and measuring beam position on the workpiece can thus be determined. Based on this, a current relative offset of these beam positions on the workpiece can then also be determined.

Wie nachfolgend ausführlich erläutert, kann erfindungsgemäß die tatsächliche Messstrahlposition in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors während einer laufenden Werkstückbearbeitung ermittelt werden, beispielsweise durch eine entsprechende Auswertung der ortsauflösenden Informationen, die von dem ortsauflösenden Sensor bereitgestellt werden.As explained in detail below, the actual measuring beam position in the detection range of the position-resolving sensor can be determined according to the invention during a running workpiece processing, for example by a corresponding evaluation of the spatially resolving information provided by the spatially resolving sensor.

Erfindungsgemäß kann es sich bei dem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl um einen Laserstrahl handeln und bei dem Bearbeitungssystem um ein Laserbearbeitungssystem, beispielsweise zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken. Die Messstrahlquelle kann im weiteren Sinne auch in Form einer Schnittstelle zum Anschließen eines Lichtleiters ausgebildet sein, um den Messstrahl in die Messvorrichtung einzukoppeln. Der optische Kohärenztomograph (OCT) kann als gesonderte Komponente oder als ein integraler Bestandteil der Messvorrichtung ausgebildet sein.According to the invention, the high-energy machining beam may be a laser beam and the machining system may be a laser machining system, for example for welding or cutting workpieces. The measuring beam source can also be designed in the broader sense in the form of an interface for connecting a light guide in order to couple the measuring beam into the measuring device. The optical coherence tomograph (OCT) can be designed as a separate component or as an integral part of the measuring device.

Der ortsauflösende Sensor kann eine Kameravorrichtung oder einen CCD-Sensor und/oder einen optischen Positionssensor (OPS bzw. PSD) umfassen. Die ortsauflösenden Informationen können in digitaler Form erzeugt werden und als Datenstrom oder Datenpaket bereitgestellt und/oder abgespeichert werden. Der Sensorstrahl kann während des Bearbeitungsprozesses reflektiertes und/oder emittiertes Licht umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung eine Beleuchtungsquelle umfassen, wobei das von dieser Beleuchtungsquelle emittierte und vom Werkstück reflektierte Licht den Sensorstrahl zumindest anteilig bildet. Die Beleuchtungsquelle kann einen Beleuchtungsstrahl bereitstellen, der in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar und über die Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierbar ist.The spatially resolving sensor may comprise a camera device or a CCD sensor and / or an optical position sensor (OPS or PSD). The spatially resolving information can be generated in digital form and provided as a data stream or data packet and / or stored. The sensor beam may include reflected and / or emitted light during the machining process. Alternatively or additionally, the measuring device may comprise an illumination source, wherein the light emitted by this illumination source and reflected by the workpiece forms the sensor beam at least partially. The illumination source can provide an illumination beam which can be coupled into the processing beam and projected onto the workpiece via the processing beam optics.

Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von dem „Sensorstrahl” die Rede ist, so bedeutet dies, dass ausgehend von dem Werkstück ein optischer Strahl durch die Bearbeitungsstrahloptik oder/und durch die Optik der Messvorrichtung zu dem ortsauflösenden Sensor übertragen und dort ausgewertet werden kann. Dieser optische „Sensorstrahl” kann einen einzelnen Punkt, eine Linie oder vorzugsweise einen Flächenbereich auf dem Werkstück repräsentieren, wobei letztere in Form eines Strahlenbündels an den ortsauflösenden Sensor übertragen werden. Die Auswertung des Sensorstrahls im ortsauflösenden Sensor kann anhand von Bilddaten oder Positionsinformationen erfolgen. Vorzugsweise ist die jeweilige Lage des Flächenbereichs, der durch den „Sensorstrahl” (Einzelstrahl oder vorzugsweise Strahlenbündel) zu dem ortsauflösenden Sensor übertragen wird, auf dem Werkstück derart gewählt, dass der energiereiche Bearbeitungsstrahl im wesentlichen im Zentrum dieses durch den ortsauflösenden Sensor überwachten Flächenbereichs liegt.If in the context of the present invention, the "sensor beam" is mentioned, this means that starting from the workpiece, an optical beam through the processing beam optics and / or through the optics of Measuring device can be transferred to the spatially resolving sensor and evaluated there. This optical "sensor beam" may represent a single point, a line or preferably a surface area on the workpiece, the latter being transmitted in the form of a beam to the position-sensitive sensor. The evaluation of the sensor beam in the spatially resolving sensor can take place on the basis of image data or position information. Preferably, the respective position of the surface area, which is transmitted through the "sensor beam" (single beam or preferably bundle of rays) to the spatially resolving sensor, is selected on the workpiece such that the high-energy processing beam lies substantially in the center of this surface area monitored by the spatially resolving sensor.

Die Einkopplung des Mess- und/oder des Beleuchtungsstrahls in den Bearbeitungsstrahl kann ferner in einer den Bearbeitungsstrahl bereitstellenden Bearbeitungsvorrichtung erfolgen. Die Bearbeitungsvorrichtung kann den Bearbeitungsstrahl erzeugen oder zumindest führen oder lenken. Ferner kann an der Bearbeitungs- und Messvorrichtung eine optische Schnittstelle bereitgestellt sein, durch die der Messstrahl in die Bearbeitungsstrahloptik eintreten und im Folgenden mit dem Bearbeitungsstrahl vorzugsweise koaxial eingekoppelt werden kann. Die Bearbeitungsstrahloptik kann weiterhin eine Ablenkvorrichtung umfassen, mit der der Bearbeitungsstrahl sowie der darin eingekoppelte Messstrahl gemeinsam auf (Soll-)Positionen auf dem Werkstück projizierbar sind. Gleiches gilt für eine etwaige Einkopplung des Beleuchtungsstrahls in den Bearbeitungsstrahl. Bei der Ablenkvorrichtung kann es sich insbesondere um eine zwei- oder dreidimensionale Scannereinrichtung handeln, beispielsweise um einen um zwei Achsen verstellbaren Scannerspiegel.The coupling of the measuring and / or the illumination beam into the processing beam can furthermore take place in a processing device which provides the processing beam. The processing device may generate or at least guide or direct the processing beam. Furthermore, an optical interface can be provided on the machining and measuring device, through which the measuring beam can enter the processing beam optics and can subsequently be coupled in coaxially with the processing beam. The processing optics may further include a deflection device with which the processing beam and the measuring beam coupled thereto can be projected together to (desired) positions on the workpiece. The same applies to a possible coupling of the illumination beam in the processing beam. The deflection device may in particular be a two- or three-dimensional scanner device, for example a scanner mirror adjustable by two axes.

Alternativ oder zusätzlich kann die Messstrahlposition in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors auch in einem vorab durchgeführten Kalibriervorgang ermittelt und als vorbestimmter Wert hinterlegt werden. Dies kann beispielsweise dann vorgesehen sein, wenn während einer laufenden Werkstückbearbeitung das OCT-Messstrahllicht durch den ortsauflösenden Sensor nicht ausreichend erfassbar ist.Alternatively or additionally, the measurement beam position in the detection range of the position-resolving sensor can also be determined in a previously performed calibration process and stored as a predetermined value. This can be provided, for example, when the OCT measuring beam light can not be sufficiently detected by the spatially resolving sensor during a current workpiece machining operation.

Stattdessen kann in dem vorab durchgeführten Kalibriervorgang eine Langzeitbelichtung des ortsauflösenden Sensors vorgenommen werden, so dass auch ein sehr geringerer erfassbarer Anteil des auf das Werkstück auftreffenden OCT-Messstrahllichts ausreichend ist, um die Messstrahlposition in dem Erfassungsbereich zu bestimmen. Diese Variante ist ferner dann vorteilhaft, wenn mit ausreichender Genauigkeit davon ausgegangen werden kann, dass sich die Messstrahlposition in dem Erfassungsbereich im laufenden Betrieb nicht wesentlich ändert. Wie nachfolgend gezeigt, ist dies insbesondere dann der Fall, wenn der OCT-Messstrahl und der Sensorstrahl ineinander gekoppelt und gemeinsam auf das Werkstück projiziert werden.Instead, a long exposure of the spatially resolving sensor can be carried out in the calibration procedure carried out in advance, so that a very small detectable fraction of the OCT measuring beam light incident on the workpiece is sufficient to determine the measuring beam position in the detection zone. This variant is also advantageous if it can be assumed with sufficient accuracy that the measuring beam position in the detection area does not change significantly during operation. As shown below, this is particularly the case when the OCT measuring beam and the sensor beam are coupled together and projected onto the workpiece together.

In Abweichung vom Stand der Technik ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, den tatsächlichen Ist-Versatz von Messstrahl und Bearbeitungsstrahl anhand des Relativversatzes der Strahlenpositionen in dem Erfassungsbereich des Sensors zu bestimmen und darauf basierend den Relativversatz der entsprechenden Strahlenpositionen auf dem Werkstück zu ermitteln. Dies kann kontinuierlich und/oder im Wesentlichen unmittelbar vor einer durchzuführenden Positionsmessung erfolgen. Die Ermittlung des Relativversatzes ermöglicht allgemein, dass das Vorliegen unerwünschter Abweichungen und dynamischer Fehlerquellen auch im fortlaufenden Betrieb der Messvorrichtung und während einer durchgeführten Werkstückbearbeitung festgestellt werden kann.In deviation from the prior art, it is thus provided according to the invention to determine the actual actual displacement of measuring beam and machining beam on the basis of the relative offset of the beam positions in the detection range of the sensor and to determine the relative offset of the corresponding beam positions on the workpiece based thereon. This can be done continuously and / or substantially immediately before a position measurement to be performed. The determination of the relative offset generally makes it possible to determine the presence of undesired deviations and dynamic sources of error also in the continuous operation of the measuring device and during an executed workpiece machining.

Ferner kann die Messvorrichtung dazu ausgebildet sein, den ermittelten Relativversatz mit einem vorgegebenen Soll-Versatz zu vergleichen. Der Soll-Versatz bezieht sich dabei vorzugsweise auf einen Versatz der Messstrahl und Bearbeitungsstrahlenpositionen auf dem Werkstück. Dieser Vergleich kann im Wesentlichen kontinuierlich, in vorgegebenen Abständen oder zumindest in ausgewählten Bearbeitungssituationen oder Zeitpunkten erfolgen. Wird eine Abweichung des Soll-Versatzes und des ermittelten Relativversatzes festgestellt, kann die Messvorrichtung ferner dazu ausgebildet sein, eine Warnung und/oder ein Signal auszugeben. Dies kann auch in Abhängigkeit eines Unterschreitens oder Überschreitens vorbestimmter Schwellenwerte bezüglich der festgestellten Abweichung erfolgen.Furthermore, the measuring device can be designed to compare the determined relative offset with a predetermined desired offset. The desired offset preferably relates to an offset of the measuring beam and machining beam positions on the workpiece. This comparison can be made essentially continuously, at predetermined intervals or at least in selected processing situations or times. If a deviation of the setpoint offset and the determined relative offset is determined, the measuring device can also be designed to output a warning and / or a signal. This can also take place as a function of falling below or exceeding predetermined threshold values with regard to the detected deviation.

Der Soll-Versatz kann allgemein als feststehender Wert oder Vektor vorgegeben werden, beispielsweise als ein Relativversatz von Null auf dem Werkstück, wenn eine kontinuierliche Deckungsgleichheit zwischen dem Messstrahl und dem Bearbeitungsstrahl erzielt werden soll. Ebenso ist es möglich, den Soll-Versatz zwischen dem Messstrahl und im Bearbeitungsstrahl variabel festzulegen. Dabei kann der Soll-Versatz auch als Funktion einer aktuellen Bearbeitungssituation vorgegeben sein, beispielsweise in Fällen, in denen mit dem Messstrahl zumindest vorübergehend auch Positionsmessungen im Umfeld einer aktuellen Bearbeitungsposition vornehmen soll. Der aktuelle Soll-Versatz kann allgemein vorab hinterlegbar und/oder auslesbar sein oder während eines Bearbeitungsvorganges durch die Messvorrichtung ermittelt werden, beispielsweise unter Zugriff auf ein entsprechendes Bearbeitungsprogramm.The desired offset can generally be specified as a fixed value or vector, for example as a relative offset of zero on the workpiece, if a continuous congruence is to be achieved between the measurement beam and the processing beam. It is also possible to variably set the desired offset between the measuring beam and in the processing beam. In this case, the desired offset may also be predefined as a function of a current machining situation, for example, in cases in which the measuring beam should at least temporarily carry out position measurements in the vicinity of a current machining position. The current setpoint offset can generally be deposited in advance and / or readable or determined during a processing operation by the measuring device, for example by accessing a corresponding processing program.

Die Ermittlung der Bearbeitungsstrahlposition aus den ortsauflösenden Informationen kann unter Zuhilfenahme bekannter Auswertealgorithmen durchgeführt werden, die beispielsweise auf einer Recheneinheit der Messvorrichtung ausgeführt werden. Ebenso kann die Messvorrichtung lediglich eine Schnittstelle zu einer externen Recheneinheit umfassen, beispielsweise in Form eines USB- oder Ethernet-Anschlusses. Wie nachfolgend ausführlich erläutert, kann die Messstrahlposition auf dem Werkstück ferner als vorbestimmter Wert hinterlegt sein und/oder erst im laufenden Betrieb (sozusagen „online”) ermittelt werden. The determination of the machining beam position from the spatially resolving information can be carried out with the aid of known evaluation algorithms, which are executed, for example, on a computing unit of the measuring device. Likewise, the measuring device can only comprise an interface to an external computing unit, for example in the form of a USB or Ethernet connection. As explained in detail below, the measuring beam position on the workpiece can also be stored as a predetermined value and / or only during ongoing operation (so to speak "online") can be determined.

Als Relativversatz kann insbesondere eine zweidimensionale Abweichung der relevanten Strahlenpositionen auf der Oberfläche des Werkstücks ermittelt werden. Der Relativversatz kann dabei als Abweichung von null definiert sein, also als vektorielle Abweichung von einem Zustand einer Deckungsgleichheit der Bearbeitungsstrahl- und Messstrahlposition.In particular, a two-dimensional deviation of the relevant beam positions on the surface of the workpiece can be determined as a relative offset. The relative offset can be defined as a deviation from zero, that is, as a vectorial deviation from a state of congruence of the machining beam and measuring beam position.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest die Position des Messstrahls nach Maßgabe des Relativversatzes zu regeln. Die Messvorrichtung kann demnach dazu ausgebildet sein, den Ist-Versatz der Bearbeitungsstrahl- und der Messstrahlposition einem vorgegebenen Soll-Versatz anzupassen. Hierzu kann die Position des Messstrahls entsprechend der Position des Bearbeitungsstrahls angepasst werden, beispielsweise um einen entsprechenden Differenzbetrag zwischen dem Soll-Versatz und dem ermittelten Relativversatz. Im Fall einer vorgegebenen Deckungsgleichheit zwischen Messstrahl Bearbeitungsstrahl (d. h. einem Soll-Versatz von null) kann die Messvorrichtung die Messstrahlposition an die erfasste Position des Bearbeitungsstrahls demnach derart angleichen, dass ein festgestellter unerwünschter Relativversatz vollständig ausgeglichen wird und sich die Strahlenpositionen auf dem Werkstück überlagern. Insgesamt lässt sich durch die Positionsregelung des Messstrahls die Aussagekraft der Messergebnisse erhöhen, da eine Messung an der tatsächlich vorgesehenen Position gewährleistet werden kann. Dies wird in Abweichung vom Stand der Technik durch die zusätzliche Nutzung des ortsauflösenden Sensors erreicht.According to the invention, it can further be provided that the measuring device is designed to regulate at least the position of the measuring beam in accordance with the relative offset. Accordingly, the measuring device can be designed to adapt the actual offset of the machining beam and the measuring beam position to a predetermined desired offset. For this purpose, the position of the measuring beam can be adjusted according to the position of the machining beam, for example by a corresponding difference between the desired offset and the determined relative offset. In the case of a predetermined congruence between measuring beam processing beam (i.e., a target offset of zero), the measuring device can adjust the measuring beam position to the detected position of the processing beam such that a detected unwanted relative offset is completely compensated and the beam positions are superimposed on the workpiece. Overall, the validity of the measurement results can be increased by the position control of the measuring beam, since a measurement can be ensured at the actually provided position. In contrast to the prior art, this is achieved by the additional use of the spatially resolving sensor.

In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass die Positionsreglung des Messstrahls im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt. Entsprechend kann während eines Bearbeitungsvorgangs in mehreren und insbesondere regelmäßigen Abständen eine fortlaufende Positionsregelung des Messstrahls vorgenommen werden.In this context, it can also be provided that the position regulation of the measuring beam is essentially continuous. Accordingly, a continuous position regulation of the measuring beam can be carried out during a processing operation in several and in particular regular intervals.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem ermittelten Relativversatz Steuervorgaben für eine Aktoreinheit eines optischen Systems zu erzeugen, welche die Aktoreinheit dazu veranlassen, eine gewünschte Relativbewegung des Messstrahls relativ zu dem Bearbeitungsstrahl zu erzeugen. Die Steuervorgaben können dabei insbesondere als Ergebnis oder im Rahmen der vorstehend geschilderten Positionsregelung des Messstrahls erzeugt werden, beispielsweise als eine entsprechende Stellgröße der Regelung unter Berücksichtigung der vom ortsauflösende Sensor bereitgestellten ortsauflösenden Daten. Ferner können die Steuervorgaben in bekannter Weise Absolutwerte für die Einnahme eines bestimmten Betriebszustandes der Aktoreinheit umfassen oder auf einen aktuellen Betriebszustand bezogene Regel- oder Korrekturwerte. Bei der Aktoreinheit kann es sich um eine interne Aktoreinheit der Messvorrichtung handeln oder aber eine externe Aktoreinheit, bei der die Messvorrichtung über eine entsprechende Schnittstelle zur Übertragung der Steuervorgaben verfügt.According to the invention, it is further provided that the measuring device is designed to generate control specifications for an actuator unit of an optical system based on the determined relative offset, which cause the actuator unit to generate a desired relative movement of the measurement beam relative to the processing beam. The control specifications can be generated in particular as a result or in the context of the above-described position control of the measuring beam, for example as a corresponding manipulated variable of the control, taking into account the spatially resolved data provided by the spatially resolving sensor. Furthermore, the control specifications may comprise in a known manner absolute values for the assumption of a specific operating state of the actuator unit or control or correction values related to a current operating state. The actuator unit may be an internal actuator unit of the measuring device or else an external actuator unit in which the measuring device has a corresponding interface for transmitting the control specifications.

Die Relativbewegungen zwischen dem Mess- und Bearbeitungsstrahl können durch ein Beeinflussen des Verlaufs und/oder der Ausrichtung des Messstrahls erzeugt werden. Dies erfolgt vorzugsweise vor dem optischen Einkoppeln des Messstrahls in den Bearbeitungsstrahl. Die Relativbewegungen können sich in einer entsprechenden Veränderung der Bearbeitungsstrahl- und/oder Messstrahlposition auf dem Werkstück auswirken. Sie können ferner derart bemessen sein, dass sie eine unerwünschte Abweichung des ermittelten Relativversatzes von einem vorgegebenen Soll-Versatz kompensieren, so dass diese Abweichung im Wesentlichen ausgeglichen wird.The relative movements between the measuring and processing beam can be generated by influencing the course and / or the orientation of the measuring beam. This is preferably done before the optical coupling of the measuring beam in the processing beam. The relative movements can have a corresponding change in the machining beam and / or measuring beam position on the workpiece. They can also be dimensioned such that they compensate for an undesired deviation of the determined relative offset from a predetermined desired offset, so that this deviation is substantially compensated.

In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass die Aktoreinheit eine Ablenkvorrichtung für den Messstrahl zum Verlagern des Messstrahls relativ zum Werkstück umfasst, und insbesondere eine zumindest zweidimensionale Scannereinrichtung. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Ablenkvorrichtung als Bestandteil der Messstrahloptik der Messvorrichtung ausgebildet ist und eine entsprechende Verlagerungsbewegung des Messstrahls vor einem Einkoppeln des Messstrahls in den Bearbeitungsstrahl erzeugt. Somit können die übrigen Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung unverändert verwendet und betrieben werden. Mit anderen Worten kann die Messvorrichtung demnach als ein gesondertes Modul an eine bestehenden Bearbeitungsvorrichtungen angeschlossen werden, ohne auf Aktoreinheiten der Bearbeitungsvorrichtung zugreifen zu müssen. Dies macht es möglich, eine bestehende Bearbeitungsvorrichtung mit einem solchen Modul auszustatten oder nachzurüsten, ohne in die Bearbeitungsvorrichtung hardwaremäßig eingreifen zu müssen.In this context, it may further be provided that the actuator unit comprises a deflection device for the measuring beam for displacing the measuring beam relative to the workpiece, and in particular an at least two-dimensional scanner device. It can be provided that the deflection device is formed as part of the measuring beam optics of the measuring device and generates a corresponding displacement movement of the measuring beam before coupling the measuring beam into the processing beam. Thus, the remaining components of the processing device can be used and operated unchanged. In other words, the measuring device can therefore be connected as a separate module to an existing processing device, without having to access actuator units of the processing device. This makes it possible to equip or retrofit an existing processing device with such a module without having to intervene in the processing device hardware.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Sensorstrahl und der Messstrahl ineinander einkoppelbar und gemeinsam mittels ein und derselben Ablenkvorrichtung relativ zum Werkstück verlagerbar sind. Bei der Ablenkvorrichtung kann es sich um dieselbe Ablenkvorrichtung handeln, welche als Aktoreinheit zur Soll-Positionsregelung des Messstrahls verwendet wird. Ebenso kann die Ablenkvorrichtung einen Bestandteil einer Messstrahloptik der Messvorrichtung bilden und als eine zweidimensionale Scannereinrichtung ausgebildet sein. Hierbei kann ferner vorgesehen sein, dass die Einkopplung von Sensorstrahl und Messstrahl über einen Strahlteiler erfolgt, wobei die Ablenkvorrichtung in Richtung des Werkstücks betrachtet dem Strahlteiler nachgeschaltet ist. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der Sensorstrahl und der darüber von dem ortsauflösenden Sensor erfasste Werkstückbereich stets mit einer Messstrahlposition zusammenfällt, was die Aussagekraft der bereitgestellten ortsauflösenden Informationen entsprechend erhöht. Furthermore, it can be provided that the sensor beam and the measuring beam can be coupled into one another and displaced together by means of one and the same deflection device relative to the workpiece. The deflection device can be the same deflection device which is used as the actuator unit for the desired position regulation of the measurement beam. Likewise, the deflection device may form part of a measuring beam optics of the measuring device and be designed as a two-dimensional scanner device. In this case, it can further be provided that the coupling of the sensor beam and the measuring beam takes place via a beam splitter, wherein the deflection device, viewed in the direction of the workpiece, is connected downstream of the beam splitter. This refinement has the advantage that the sensor beam and the workpiece area detected by the spatially resolving sensor always coincide with a measuring beam position, which correspondingly increases the informative value of the spatially resolving information provided.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Messstrahl mittels einer Ablenkvorrichtung relativ zu dem Werkstück verlagerbar ist, wobei der Sensorstrahl und der Messstrahl an einer Position ineinander einkoppelbar sind, die bezogen auf den Verlauf des Messstrahls in Richtung des Werkstücks strahlabwärts der Ablenkvorrichtung angeordnet ist. Auch in diesem Fall kann es sich um diejenige Ablenkvorrichtung handeln, die in der vorstehend beschriebenen Weise als Aktoreinheit zur Soll-Positionsregelung des Messstrahls verwendet wird. Ferner kann die Einkopplung von Messstrahl und Sensorstrahl wiederum über einen Strahlteiler erfolgen, der sowohl mit dem Sensorstrahl als auch dem entsprechend abgelenkten Messstrahl wechselwirkt.A development of the invention provides that the measuring beam is displaceable relative to the workpiece by means of a deflection device, wherein the sensor beam and the measuring beam can be coupled into one another at a position which is arranged downstream of the deflection device in the direction of the workpiece with respect to the course of the measuring beam. In this case too, it may be the deflection device which is used in the manner described above as an actuator unit for the desired position regulation of the measuring beam. Furthermore, the coupling of measurement beam and sensor beam can in turn be effected via a beam splitter, which interacts with both the sensor beam and the correspondingly deflected measurement beam.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass der ortsauflösende Sensor dazu ausgebildet ist, die ortsauflösenden Informationen zur Bestimmung des Relativversatzes zwischen dem Messstrahl und dem Bearbeitungsstrahl in Abhängigkeit der Messstrahlposition zu erfassen und/oder unter Berücksichtigung eines Betriebszustandes einer Ablenkvorrichtung des Messstrahls zu erfassen. Mit anderen Worten kann also erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die ortsauflösenden Informationen zur Bestimmung des Relativversatzes nur in bestimmten Betriebssituationen erfasst werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines aktuell vorgegebenen Soll-Versatzes. Ferner ist es möglich, dass gemäß der Erfindung die ortsauflösenden Informationen nur dann erfasst werden, wenn der Messstrahl derart ausgerichtet ist, dass die Messstrahlposition deckungsgleich mit der Bearbeitungsstrahlposition ist oder eine entsprechende (Soll-)Ausrichtung vorgegeben ist. Wird der Messstrahl hingegen auf weitere Positionen im Umfeld der Bearbeitungsstrahlposition gerichtet, kann die Bestimmung des Relativversatzes anhand der gewonnenen ortsauflösenden Informationen vorübergehend unterdrückt werden. Es versteht sich, dass die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors dennoch kontinuierlich erfasst und bei Bedarf für anderweitige Prozessüberwachungen ausgewertet werden können.According to the invention, it can further be provided that the spatially resolving sensor is designed to detect the spatially resolving information for determining the relative offset between the measuring beam and the machining beam as a function of the measuring beam position and / or to detect it taking into account an operating state of a deflection device of the measuring beam. In other words, it can thus be provided according to the invention that the spatially resolving information for determining the relative offset is detected only in certain operating situations, for example as a function of a currently preset desired offset. Furthermore, it is possible that according to the invention, the spatially resolving information is detected only when the measuring beam is oriented such that the measuring beam position is congruent with the machining beam position or a corresponding (target) orientation is predetermined. If, however, the measuring beam is directed to further positions in the vicinity of the machining beam position, the determination of the relative offset can be temporarily suppressed on the basis of the obtained spatially resolving information. It goes without saying that the spatially resolving information of the spatially resolving sensor can nevertheless be recorded continuously and, if necessary, evaluated for other process monitoring.

In diesem Zusammenhang kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Ablenkvorrichtung ein Auslöse- oder Trigger-Signal für den ortsauflösenden Sensor bereitstellt, beispielsweise dann, wenn die Ablenkvorrichtung eine vorbestimmte Ablenkstellung einnimmt. Diese vorbestimmte Ablenkstellung kann insbesondere einer Nullposition entsprechen, in der die Ablenkvorrichtung keine Relativbewegung des Messstrahls relativ zum Bearbeitungsstrahl erzeugt. Die Erfassung von ortsauflösenden Informationen zur Bestimmung des Relativversatzes in nur ausgewählten Betriebssituationen vereinfacht allgemein die Bildauswertung und somit den Regelaufwand.In this context, according to the invention it can further be provided that the deflection device provides a trigger signal for the spatially resolving sensor, for example when the deflection device assumes a predetermined deflection position. This predetermined deflection position may in particular correspond to a zero position in which the deflection device does not generate a relative movement of the measurement beam relative to the processing beam. The acquisition of spatially resolving information for determining the relative offset in only selected operating situations generally simplifies the image evaluation and thus the control effort.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Messstrahlposition unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Soll-Position in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors zu ermitteln. Mit anderen Worten kann die Messstrahlposition demnach als eine vorbestimmte Soll-Position in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors festlegbar sein, beispielsweise durch Hinterlegen dieser Position in einer Speicher- oder Steuereinheit der Messvorrichtung. Hierzu kann ein entsprechender Wert in einem Koordinatensystem des Erfassungsbereichs oder ein entsprechender Pixelbereich als Messstrahlposition definiert werden.According to the invention, it can further be provided that the measuring device is designed to determine the measuring beam position taking into account a predetermined desired position in the detection range of the position-resolving sensor. In other words, the measuring beam position can accordingly be determinable as a predetermined desired position in the detection range of the position-resolving sensor, for example by depositing this position in a storage or control unit of the measuring device. For this purpose, a corresponding value in a coordinate system of the detection area or a corresponding pixel area can be defined as the measurement beam position.

Dies kann im Rahmen eines Kalibrierungsprozesses erfolgen, bei dem der Messstrahl auf einen geeigneten Untergrund gerichtet wird und die Messstrahlposition in dem von dem ortsauflösenden Sensor erfassten Bild ermittelt und als entsprechende vorbestimmte Position datenmäßig hinterlegt wird. Hierbei können die die Messstrahlposition festlegenden Ablenkvorrichtungen der Messstrahl- und/oder der Bearbeitungsoptik eine sogenannte Nullstellung einnehmen, in der während eines Bearbeitungsprozesses keine gezielte Ablenkung des Messstrahls relativ zu dem Bearbeitungsstrahl erfolgt. Ferner kann eine derartige Justage der mit dem Messstrahl wechselwirkenden optischen Elemente oder der Einstellungen des ortsauflösenden Sensors erfolgen, dass die Messstrahlposition eine vorgesehene Position in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors einnimmt und vorzugsweise zentral darin liegt ist. Lässt sich keine vorgesehene Positionierung des Messstrahls in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors ermitteln oder erreichen, kann auch die tatsächlich vorliegende Messstrahlposition ermittelt werden. Die Abweichung zu der eigentlich vorgesehenen Position kann dann als Fehlerwert zur rechnerischen Korrektur der vorbestimmten Messstrahlposition hinterlegt werden.This can be done in the context of a calibration process in which the measuring beam is directed onto a suitable substrate and the measuring beam position is determined in the image captured by the spatially resolving sensor and stored as a corresponding predetermined position in terms of data. In this case, the deflecting devices of the measuring beam and / or the processing optics defining the measuring beam position can assume a so-called zero position in which no targeted deflection of the measuring beam relative to the processing beam takes place during a machining process. Furthermore, such an adjustment of the optical elements interacting with the measuring beam or of the settings of the spatially resolving sensor can take place such that the measuring beam position assumes an intended position in the detection range of the spatially resolving sensor and is preferably located centrally therein. If it is not possible to determine or achieve any intended positioning of the measuring beam in the detection range of the spatially resolving sensor, the actually existing measuring beam position can also be determined. The deviation from the actual provided position can then be stored as an error value for the mathematical correction of the predetermined measuring beam position.

Somit ermöglicht der geschilderte Kalibriervorgang, dass ein inhärenter Relativversatz des Messstrahls und des Sensorstrahls vorab erfasst und beispielsweise rechnerisch oder durch entsprechende Justagevorgänge auf einen gewünschten Wert eingestellt oder kompensiert werden kann. Für das Beispiel einer zentralen Positionierung des Messstrahls in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors kann die Postion des Messstrahls so lange nachjustiert werden, bis der Messstrahl die zentrale Position in dem Erfassungsbereich einnimmt und die Strahlen deckungsgleich verlaufen. Somit kann eine erwartete Messstrahlposition in dem erfassten Bildbereich vorab hinterlegt und im Rahmen einer Prozessüberwachung als Bezugsgröße zur Bestimmung des vorstehend geschilderten Relativversatzes herangezogen werden.Thus, the described calibration process allows an inherent relative offset of the measurement beam and the sensor beam to be detected in advance and set or compensated, for example, mathematically or by appropriate adjustment processes, to a desired value. For the example of a central positioning of the measurement beam in the detection range of the spatially resolving sensor, the position of the measurement beam can be readjusted until the measurement beam occupies the central position in the detection area and the beams are congruent. Thus, an expected measuring beam position can be stored in advance in the captured image area and used as a reference for determining the above-described relative offset within the scope of process monitoring.

Insbesondere in Fällen, in denen der Sensorstrahl und der Messstrahl ineinander eingekoppelt werden, können hierdurch aussagekräftige Messergebnisse erzielt werden. Da der Messstrahl und der Sensorstrahl durch ein etwaiges Einkoppeln im Wesentlichen mit denselben optischen Elementen Wechselwirken, kann der vorab ermittelte oder eingestellte Relativversatz dieser Strahlen mit ausreichender Genauigkeit als konstant angenommen werden. Das heißt, die vorab ermittelte und/oder eingestellte Messstrahlposition in dem Erfassungsbereich des ortsauflösenden Sensors kann im Wesentlichen als konstant angenommen werden.In particular, in cases where the sensor beam and the measuring beam are coupled into each other, meaningful measurement results can be achieved. Since the measuring beam and the sensor beam interact by means of possible coupling in substantially with the same optical elements, the previously determined or set relative offset of these beams can be assumed to be constant with sufficient accuracy. That is, the previously determined and / or adjusted measuring beam position in the detection range of the position-resolving sensor can be assumed to be substantially constant.

Hierbei ist jedoch Folgendes zu beachten:
Optische Elemente, wie Linsen oder Schutzgläser, unterliegen grundsätzlich einer wellenlängenabhängigen Dispersion. Dies bedeutet, dass selbst bei genauer Justage von Messsystem und Bearbeitungsscanner für die verschiedenen Stellungen des Bearbeitungsscanners eine vollständig fehlerfreie Justage grundsätzlich nicht möglich ist, wenn sich die Wellenlängen des Messstrahls, beispielsweise der Strahl eines optischen Kohärenztomographen, und des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, beispielsweise ein Lasersstrahl, nicht ähnlich sind.However, the following should be noted:
Optical elements, such as lenses or protective glasses, are fundamentally subject to a wavelength-dependent dispersion. This means that even with precise adjustment of measuring system and processing scanner for the different positions of the processing scanner a completely error-free adjustment is basically not possible if the wavelengths of the measuring beam, such as the beam of an optical coherence tomography, and the high-energy processing beam, such as a laser beam, are not similar.

Im Beispielsfall hat der OCT-Messstrahl eine Wellenlänge von etwa 850 nm und der Bearbeitungslaserstrahl eine Wellenlänge von etwa 1060 nm.In the example, the OCT measuring beam has a wavelength of about 850 nm and the processing laser beam has a wavelength of about 1060 nm.

Die vorliegende Erfindung, bei der der Sensorstrahl übereinstimmend mit dem Messstrahl auf das Werkstück projiziert wird, hat den Vorteil, dass der Sensorstrahl in einem ähnlichen Wellenlängenbereich liegt, beispielsweise mit einer Wellenlänge von etwa 810 nm, wie der Messstrahl (ca. 830 nm). Dadurch lassen sich sehr exakte Erfassungsergebnisse erreichen. Zwar kommt es auch bei diesem System wegen der wellenlängenabhängigen Dispersion dazu, dass der ortsauflösende Sensor eine Messstrahlposition und eine Position des Bearbeitungsstrahls erfasst, die nach Maßgabe der jeweiligen wellenlängenabhängigen Dispersion gegenüber den tatsächlichen Positionen abweichen. Nachdem aber der Messstrahl im wesentlichen wellenlängengleich zu dem Sensorstrahl ist und somit zwischen Messstrahl und Sensorstrahl durch die Effekte der wellenlängenabhängigen Dispersion gerade kein wesentlicher Versatz auftritt, kann man anhand der über den ortsauflösenden Sensor kontinuierlich überwachten Prozessposition auf die tatsächliche Position des Messstrahls auf dem Werkstück schließen und nach Maßgabe davon die Lage des Bearbeitungsstrahls und des durch diesen durchgeführten Bearbeitungsprozesses bezüglich einer Werkstückkante überprüfen und ggfs. korrigieren. Die Korrektur kann über den Bearbeitungsscanner oder sonstigen Aktuatoren, die auf die Bearbeitungsposition wirken, ausgeführt werden.The present invention, in which the sensor beam is projected onto the workpiece in accordance with the measuring beam, has the advantage that the sensor beam lies in a similar wavelength range, for example with a wavelength of about 810 nm, such as the measuring beam (about 830 nm). As a result, very accurate detection results can be achieved. Because of the wavelength-dependent dispersion, it is also true in this system that the spatially resolving sensor detects a measuring beam position and a position of the machining beam which deviate from the actual positions in accordance with the respective wavelength-dependent dispersion. However, since the measuring beam is substantially equal in wavelength to the sensor beam and thus no significant offset occurs between the measuring beam and the sensor beam due to the effects of the wavelength-dependent dispersion, the actual position of the measuring beam on the workpiece can be deduced from the process position continuously monitored via the spatially resolving sensor and in accordance with that, check the position of the machining beam and the machining process performed by it with respect to a workpiece edge and, if necessary, correct it. The correction can be carried out via the processing scanner or other actuators acting on the machining position.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, unter Berücksichtigung der von dem ortsauflösenden Sensor bereitgestellten ortsauflösenden Informationen die Messstrahlposition zu ermitteln. Ähnlich wie bei der Ermittlung der Bearbeitungsstrahlposition kann demnach vorgesehen sein, dass mittels eines Auswertealgorithmus die Messstrahlposition in dem von dem ortsauflösenden Sensor erfassten Bild ermittelt wird, beispielsweise wie vorstehend geschildert. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein gemeinsamer Strahlteiler zum Ineinanderkoppeln des Sensorstrahls und des Messstrahls mit einer bewusst reduzierten Transmission für die Wellenlängenbereiche des Messstrahls ausgebildet ist, beispielsweise mit einer 90-prozentigen Transmission. Demnach kann zumindest ein geringer Anteil des von dem Werkstück reflektierten Messstrahls gezielt in dem Sensorstrahl verbleiben und von dem ortsauflösenden Sensor erfasst und als entsprechende Messstrahlposition abgebildet werden.A development of the invention provides that the measuring device is designed to determine the measuring beam position, taking into account the spatially resolving information provided by the spatially resolving sensor. Similar to the determination of the machining beam position, it can accordingly be provided that the measurement beam position in the image acquired by the spatially resolving sensor is determined by means of an evaluation algorithm, for example as described above. For this purpose, it can be provided, for example, that a common beam splitter for coupling the sensor beam and the measuring beam with one another deliberately reduced transmission for the wavelength ranges of the measuring beam is formed, for example with a 90 percent transmission. Accordingly, at least a small proportion of the measurement beam reflected by the workpiece can remain selectively in the sensor beam and be detected by the spatially resolving sensor and imaged as a corresponding measurement beam position.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Messstrahlposition unter Berücksichtigung von aktuellen Bearbeitungsinformationen zu ermitteln. Die Bearbeitungsinformationen können Informationen bezüglich einer Bearbeitungsrichtung und/oder einer Bearbeitungsgeschwindigkeit umfassen. Die Bearbeitungsinformationen können sich demnach allgemein auf eine aktuelle oder unmittelbar bevorstehende Relativpositionierungen zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Werkstück beziehen, an welche die Messstrahlposition in Kenntnis eines vorgegebenen Soll-Versatzes entsprechend anzupassen ist. Mit anderen Worten kann die Messstrahlposition rechnerisch als Soll-Position auf dem Werkstück ermittelt und mit der tatsächlich erfassten Bearbeitungsposition verglichen werden. Auch hierdurch lässt sich der tatsächliche Relativversatz mit einer verbesserten Genauigkeit ermitteln.Furthermore, it can be provided according to the invention that the measuring device is designed to determine the measuring beam position taking into account current processing information. The machining information may include information regarding a machining direction and / or a machining speed. Accordingly, the machining information may generally relate to an actual or imminent relative positioning between the machining beam and the workpiece, to which the measuring beam position is to be adapted in accordance with a predetermined setpoint offset. In other words, the measuring beam position can be calculated as the desired position on the Workpiece determined and compared with the actually recorded machining position. This also makes it possible to determine the actual relative offset with improved accuracy.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Messvorrichtung an eine den Bearbeitungsstrahl bereitstellende Bearbeitungsvorrichtung koppelbar ist. Wie vorstehend erläutert, können unter dem Bereitstellen des Bearbeitungsstrahls sowohl ein Erzeugen wie auch lediglich ein Einkoppeln und Führen des Strahls auf Bearbeitungspositionen verstanden werden. Demnach kann die Bearbeitungsvorrichtung beispielsweise als ein Laserbearbeitungskopf ausgebildet sein, der mittels eines Lichtleiters an eine Laserstrahlquelle anschließbar ist. Ferner kann der Laserbearbeitungskopf in bekannter Weise mittels einer Führungseinrichtung, zum Beispiel in Form eines gesteuerten Industrieroboters oder einer Portalanlage, relativ zu dem Werkstück positionierbar sein. Die vorzugsweise mechanische Kopplung der Messvorrichtung an die Bearbeitungsvorrichtung kann allgemein derart erfolgen, dass die Messvorrichtung und Bearbeitungsvorrichtung konstant relativ zueinander positionierbar und/oder ausrichtbar sind. Beispielsweise kann die Messvorrichtung als ein separates Modul an die Bearbeitungsvorrichtung in Form eines Laserbearbeitungskopfes montierbar sein. Dies ermöglicht, dass der Laserbearbeitungskopf und die Messvorrichtung gemeinsam mittels einer Führungseinheit bewegbar sind.A development of the invention provides that the measuring device can be coupled to a processing device that provides the processing beam. As explained above, provision of the processing beam can be understood to mean both generating and merely coupling and guiding the beam to processing positions. Accordingly, the processing device may be formed, for example, as a laser processing head, which is connectable by means of a light guide to a laser beam source. Furthermore, the laser processing head can be positioned in a known manner by means of a guide device, for example in the form of a controlled industrial robot or a gantry system, relative to the workpiece. The preferably mechanical coupling of the measuring device to the processing device can generally be carried out in such a way that the measuring device and processing device are constantly positionable and / or alignable relative to each other. For example, the measuring device can be mounted as a separate module to the processing device in the form of a laser processing head. This allows the laser processing head and the measuring device to be moved together by means of a guide unit.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Sensorstrahl und den Bearbeitungsstrahl ineinander zu koppeln, so dass der Sensorstrahl ebenfalls mittels der Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierbar ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass der Sensorstrahl mittels der Bearbeitungsstrahloptik in gleicher Weise umgelenkt wird, wie der darin eingekoppelte Bearbeitungsstrahl. Dies ermöglicht, dass der von dem Sensorstrahl erfasste Bereich des Werkstücks stets die aktuelle Bearbeitungsposition enthält.Furthermore, it can be provided according to the invention that the measuring device is designed to couple the sensor beam and the processing beam into each other, so that the sensor beam can likewise be projected onto the workpiece by means of the processing beam optics. In other words, it can be provided that the sensor beam is deflected by means of the processing beam optics in the same way as the processing beam coupled therein. This allows the area of the workpiece detected by the sensor beam to always contain the current machining position.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zur Erfassung eines Bearbeitungsbereiches auf dem Werkstück dazu ausgebildet ist, sowohl die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors als auch den Messstrahl und/oder wahlweise die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors oder den Messstrahl heranzuziehen. Der relevante Bearbeitungsbereich des Werkstücks kann insbesondere eine Füge- oder Schneidkante und/oder einen Werkstückstoß betreffen. Die Position sowie der Verlauf der Fügekante können basierend auf den gewonnenen Bild- oder Messstrahlinformationen in bekannter Weise mittels Auswertealgorithmen ermittelt werden.According to a further aspect of the invention it can be provided that the measuring device for detecting a processing area on the workpiece is designed to use both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor and the measuring beam and / or optionally the spatially resolving information of the spatially resolving sensor or the measuring beam. The relevant processing region of the workpiece may relate in particular to a joining or cutting edge and / or a workpiece joint. The position and the course of the joining edge can be determined based on the obtained image or measuring beam information in a known manner by means of evaluation algorithms.

Insgesamt kann erfindungsgemäß somit vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zur Ermittlung eines entsprechenden Bearbeitungsbereichs zumindest:

– sowohl die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors als auch den Messstrahl;
– wahlweise die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors oder den Messstrahl;
– wahlweise die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors oder sowohl die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors als auch den Messstrahl;
– wahlweise den Messstrahl oder sowohl die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors als auch den Messstrahl; oder
– wahlweise entweder die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors oder den Messstrahl oder sowohl die ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors als auch den Messstrahl

heranzieht.Overall, it can thus be provided according to the invention that the measuring device for determining a corresponding processing area at least:

- Both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor and the measuring beam;
Optionally the spatially resolving information of the spatially resolving sensor or the measuring beam;
Optionally the spatially resolving information of the spatially resolving sensor or both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor and the measuring beam;
Optionally the measuring beam or both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor and the measuring beam; or
Optionally either the spatially resolving information of the spatially resolving sensor or the measuring beam or both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor and the measuring beam

attracts.

Bei einem Heranziehen sowohl der ortsauflösenden Informationen des ortsauflösenden Sensors als auch des Messstrahls kann die Erfassung des Bearbeitungsbereichs zunächst getrennt basierend auf den jeweiligen Informationsträgern durchgeführt werden. Anschließend können die ermittelten Einzelergebnisse miteinander verglichen, gewichtet oder gemittelt werden, um ein Gesamtergebnis zum Beispiel hinsichtlich des Fügekantenverlaufs zu erhalten.When using both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor and the measuring beam, the detection of the processing area can first be performed separately based on the respective information carriers. Subsequently, the determined individual results can be compared, weighted or averaged together in order to obtain an overall result, for example with regard to the joining edge profile.

Die Erfinder haben allgemein erkannt, dass der ortsauflösende Sensor und der Messstrahl sich in unterschiedlicher Weise zur Erfassung des Bearbeitungsbereiches eignen. Entsprechend sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Messvorrichtung dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe von aktuellen Bearbeitungsinformationen festzulegen, welche der verfügbaren Varianten zur Erfassung des Bearbeitungsbereiches ausgewählt wird. So eignet sich die Erfassung mittels des (OCT-)Messstrahls bevorzugt dann, wenn der Messstrahl möglichst senkrecht auf eine Werkstückkante ausgerichtet ist. Mittels des ortsauflösenden Sensors lassen sich hingegen besonders dann aussagekräftige Ergebnisse erzielen, wenn der Sensorstrahl schräg und insbesondere unter einem Winkel von ca. 45° auf eine Werkstückkante gerichtet ist beziehungsweise unter diesem Winkel reflektiert wird. Somit kann beispielsweise je nach Betriebszustand einer Ablenkvorrichtung des Messstrahls- und/oder des Sensorstrahls festgelegt werden, mittels welcher Variante der Bearbeitungsbereich erfasst werden soll (Messstrahl und/oder ortsauflösende Informationen). Ebenso kann hierzu auf Bearbeitungsinformationen der Bearbeitungsvorrichtung zurückgegriffen werden, beispielsweise auf eine Ablenkstellung der Bearbeitungsstrahloptik oder einen Betriebszustand oder Achsstellung der Führungseinrichtung.The inventors have generally recognized that the spatially resolving sensor and the measuring beam are suitable in different ways for detecting the processing area. Accordingly, a further development of the invention provides that the measuring device is designed to determine, in accordance with current machining information, which of the available variants is selected to detect the machining area. Thus, the detection by means of the (OCT) measuring beam is preferably suitable when the measuring beam is aligned as perpendicular as possible to a workpiece edge. On the other hand, meaningful results can be obtained by means of the spatially resolving sensor, particularly when the sensor beam is directed obliquely and in particular at an angle of approximately 45 ° to a workpiece edge or is reflected at this angle. Thus, for example, depending on the operating state of a deflection device of the measuring beam and / or the sensor beam, it can be determined by means of which variant the processing region is to be detected (measuring beam and / or spatially resolving information). Likewise, this can be accessed using processing information of the processing device, for example a deflection position of the processing beam optics or an operating state or axle position of the guide device.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Aspekte bezüglich der wahlweisen Heranziehung des ortsauflösenden Sensors oder des Messstrahls zum Erfassen des Bearbeitungsbereiches auch unabhängig von dem Ermitteln des Relativversatzes vorgesehen sein können. Demnach richtet sich die Erfindung ebenso auf eine Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie den vorstehend geschilderten Merkmalen zur Erfassung des Bearbeitungsbereiches und insbesondere den Merkmalen der Ansprüche 13 oder 14.It goes without saying that the above-mentioned aspects regarding the selective use of the spatially resolving sensor or of the measuring beam for detecting the machining area can also be provided independently of the determination of the relative offset. Accordingly, the invention also relates to a measuring device according to the preamble of claim 1 and the above-described features for detecting the processing area and in particular the features of claims 13 or 14.

In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung auch ein Verfahren vor, das insbesondere mit einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ausführbar ist und die folgenden Schritte umfasst:

– Projizieren des Messstrahls auf eine Messstrahlposition auf dem Werkstück;
– Erfassen von ortsauflösenden Informationen des Werkstücks;
– Erfassen von aktuellen Bearbeitungsinformationen; und
– Festlegen unter Berücksichtigung der aktuellen Bearbeitungsinformation, ob die Bildinformation des ortsauflösenden Sensors und/oder der Messstrahl zur Erfassung eines Bearbeitungsbereiches auf dem Werkstück herangezogen wird.

In this connection, the invention also provides a method, which can be executed, in particular, with a device according to the preamble of claim 1 and comprises the following steps:

Projecting the measuring beam onto a measuring beam position on the workpiece;
- Detecting spatially resolving information of the workpiece;
- capture current processing information; and
Determining, taking into account the current processing information, whether the image information of the spatially resolving sensor and / or the measuring beam is used to detect a processing area on the workpiece.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Durchführen von Positionsmessungen mittels eines Messstrahls auf einem Werkstück, das zum Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls vorgesehen ist, wobei insbesondere das Verfahren mittels einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchgeführt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Projizieren des Messstrahls auf eine Messstrahlposition auf dem Werkstück;
– Erfassen von ortsauflösenden Informationen des Werkstücks;
– Ermitteln der Bearbeitungsstrahlposition basierend auf den ortsauflösenden Informationen; und
– Ermitteln des Relativversatzes zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Messstrahl unter Berücksichtigung der Messstrahlposition; und
– Erzeugen von Steuervorgaben für eine Aktoreinheit basierend auf dem ermittelten Relativversatz, welche die Aktoreinheit dazu veranlassen, Relativbewegungen zwischen dem Messstrahl und dem Bearbeitungsstrahl zu erzeugen.

The invention further relates to a method for performing position measurements by means of a measuring beam on a workpiece, which is provided for processing by means of a high-energy processing beam, wherein in particular the method is carried out by means of a measuring device according to one of claims 1 to 14. The method comprises the following steps:

Projecting the measuring beam onto a measuring beam position on the workpiece;
- Detecting spatially resolving information of the workpiece;
- determining the machining beam position based on the spatially resolving information; and
- Determining the relative offset between the processing beam and the measuring beam, taking into account the Meßstrahlposition; and
Generating control specifications for an actuator unit based on the determined relative offset, which cause the actuator unit to generate relative movements between the measurement beam and the processing beam.

Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Messstrahl und der Bearbeitungsstrahl ineinander gekoppelt und über eine Bearbeitungsstrahloptik gemeinsam auf das Werkstück gerichtet werden.In this case, it can also be provided that the measuring beam and the machining beam are coupled to one another and are directed jointly onto the workpiece by means of a processing beam optics.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures. They show:

1 eine an eine Bearbeitungsvorrichtung gekoppelte Messvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a measuring device coupled to a processing device according to a first embodiment of the invention;

2 ein mittels der Messvorrichtung nach 1 erfasstes Bild des Werkstücks, wobei ein unerwünschter Relativversatz zwischen der Bearbeitungsstrahlposition und der Messstrahlposition vorliegt; 2 by means of the measuring device according to 1 captured image of the workpiece, wherein there is an undesirable relative offset between the processing beam position and the Meßstrahlposition;

3 eine Darstellung analog zu 2, bei der der unerwünschte Relativversatz durch eine Positionsregelung des Messstrahls ausgeglichen wurde; 3 a representation analogous to 2 in which the unwanted relative offset has been compensated by a position control of the measuring beam;

4 eine Darstellung möglicher Messstrahlpositionen beim Erzeugen einer Schweißnaht mittels der Bearbeitungsvorrichtung aus 1; 4 an illustration of possible Meßstrahlpositionen when creating a weld by means of the processing device 1 ;

5 eine alternative Ausführungsform der Messvorrichtung aus 1; und 5 an alternative embodiment of the measuring device 1 ; and

6 eine Darstellung verschiedener Erfassungsvarianten einer Werkstückkante mittels einer Messvorrichtung nach 1 oder 5. 6 a representation of different detection variants of a workpiece edge by means of a measuring device according to 1 or 5 ,

In 1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Messstrahloptik der Messvorrichtung 10 umfasst zunächst eine als Lichtleiter ausgebildete Schnittstelle 12 zum Erzeugen beziehungsweise Einkoppeln eines Messstrahls 14. Der Messstrahl 14 wird durch einen nicht dargestellten externen optischen Kohärenztomographen (OCT) erzeugt und weist eine Wellenlänge von etwa 830 nm auf. Ferner umfasst die Messvorrichtung 10 einen ortsauflösenden Sensor 16 (im Folgenden: Kamerasensor 16), der einen Sensorstrahl 18 erfasst und darauf basierend digitale ortsauflösende Informationen erzeugt. Der Sensorstrahl 18 repräsentiert den Strahlengang zur Erfassung der ortsauflösenden Informationen mittels des Sensors 16. Der Sensorstrahl 18 kann von einem Werkstück 22 reflektiertes Prozesslicht darstellen. Im Beispielsfall ist zusätzlich eine Beleuchtungsquelle 20 innerhalb der Messvorrichtung 10 vorgesehen ist, die Licht mit einer Wellenlänge von etwa 810 mm ausstrahlt, das vom Werkstück 22 reflektiert wird.In 1 a measuring device according to the invention is shown and generally designated 10. The measuring beam optics of the measuring device 10 comprises first designed as a light guide interface 12 for generating or coupling a measuring beam 14 , The measuring beam 14 is generated by an external optical coherence tomograph (OCT), not shown, and has a wavelength of about 830 nm. Furthermore, the measuring device comprises 10 a spatially resolving sensor 16 (hereafter: camera sensor 16 ), which is a sensor beam 18 recorded and based on digital spatial resolution information generated. The sensor beam 18 represents the beam path for detecting the spatially resolving information by means of the sensor 16 , The sensor beam 18 can from a workpiece 22 represent reflected process light. In the example, an additional illumination source 20 within the measuring device 10 is provided, which emits light with a wavelength of about 810 mm, that of the workpiece 22 is reflected.

Ausgehend von der Schnittstelle 12 durchläuft der Messstrahl 14 zunächst eine Kollimationslinse 13, die im gezeigten Fall entlang einer Achse A und somit entlang der Messstrahlachse verschiebbar ist. Anschließend durchläuft der Messstrahl 14 einen Strahlteiler 23. Im weiteren Strahlverlauf wird der Messstrahl 14 mittels einer Ablenkvorrichtung 24 in Form eines zweiachsigen Scannerspiegels in Richtung einer separaten Laser-Bearbeitungsvorrichtung 26 umgelenkt. Ausgehend von dem Scannerspiegel 24 (im Folgenden: Messscanner 24) durchläuft der Messstrahl 14 hierbei zunächst eine Linsenanordnung 25, die eine Streu- und Sammellinse umfasst, um eine Aufweitung des Messstrahls 14 zu erreichen und die im gezeigten Fall geringe Apertur des Messscanners 24 auszugleichen. Auch die Linsenanordnung 25 kann verschiebbar ausgeführt werden. Anschließend tritt der Messstrahl 14 über einen optischen Schnittstellenbereich 28 in die nachstehend geschilderte Bearbeitungsvorrichtung 26 ein. Es sei angemerkt, dass die Messvorrichtung 10 als separate Einheit ausgebildet ist, die an eine bestehende Bearbeitungsvorrichtung 26 angekoppelt werden kann. Ein Eingriff in die Hardware der Bearbeitungsvorrichtung 26 ist nicht erforderlich. Lediglich der Schnittstellenbereich 28 muss vorgesehen sein.Starting from the interface 12 the measuring beam passes through 14 first a collimation lens 13 which is displaceable in the case shown along an axis A and thus along the measuring beam axis. Subsequently, the measuring beam passes through 14 a beam splitter 23 , In the further course of the beam the measuring beam becomes 14 by means of a deflection device 24 in the form of a biaxial scanner mirror towards a separate laser processing device 26 diverted. Starting from the scanner mirror 24 (hereafter: measuring scanner 24 ) passes through the measuring beam 14 Here first a lens arrangement 25 comprising a scattering and condenser lens, to an expansion of the measuring beam 14 to achieve and in the case shown small aperture of the measuring scanner 24 compensate. Also the lens arrangement 25 can be carried out displaceable. Subsequently, the measuring beam occurs 14 via an optical interface area 28 in the below-described processing device 26 one. It should be noted that the measuring device 10 is formed as a separate unit, which is connected to an existing processing device 26 can be coupled. An intervention in the hardware of the processing device 26 not necessary. Only the interface area 28 must be provided.

Ausgehend von dem optischen Schnittstellenbereich 28 betrachtet durchläuft der Sensorstrahl 18 innerhalb der Messvorrichtung 10 die Linsenanordnung 25, und wird von der Ablenkvorrichtung 24 auf den Strahlteiler 23 gelenkt. Der Strahlteiler 23 reflektiert den Sensorstrahl 18, so dass dieser in Richtung des Kamerasensors 16 umgelenkt wird. Dabei durchläuft der Sensorstrahl 18 ferner eine Kollimationslinse 30, die zwischen dem Strahlteiler 23 und dem Kamerasensor 16 angeordnet und entlang einer Achse B und somit entlang der Sensorstrahlachse verstellbar ist.Starting from the optical interface area 28 the sensor beam passes through 18 within the measuring device 10 the lens arrangement 25 , and is from the deflector 24 on the beam splitter 23 directed. The beam splitter 23 reflects the sensor beam 18 so that this goes in the direction of the camera sensor 16 is diverted. The sensor beam passes through 18 also a collimation lens 30 that is between the beam splitter 23 and the camera sensor 16 arranged and along an axis B and thus along the sensor beam axis is adjustable.

Die exakte Verschiebung der Linsen 13, 25 und 30 kann mittels Schrittmotoren, Servomotoren oder so genannter VoiceCoils-Aktuatoren erfolgen. Alternativ ist es möglich, sogenannte Flüssigkeitslinsen einzusetzen, die aus einem Material hergestellt sind, das durch Anlegen eines elektrischen Feldes in seiner Form veränderbar ist. Dadurch lässt sich der Krümmungsradius solcher Flüssigkeitslinsen verändern und eine Nachfokussierung des durch diese übertragenen Messstrahls und Sensorstrahls vornehmen.The exact displacement of the lenses 13 . 25 and 30 can be done by means of stepper motors, servomotors or so-called VoiceCoils actuators. Alternatively, it is possible to use so-called liquid lenses made of a material which is changeable in shape by application of an electric field. As a result, the radius of curvature of such liquid lenses can be changed and a refocusing of the measurement beam and sensor beam transmitted by the latter can take place.

Ferner erkennt man in der Ausführungsform gemäß 1 die Beleuchtungsquelle 20, die einen Beleuchtungsstrahl 32 erzeugt. Dieser tritt nach Durchlaufen einer Sammellinse 34 ebenfalls über den Schnittstellenbereich 28 in die Bearbeitungsvorrichtung 26 ein. Diese Beleuchtungsquelle 20 ist für die Erfindung optional.Furthermore, it can be seen in the embodiment according to 1 the illumination source 20 holding a beam of illumination 32 generated. This occurs after passing through a converging lens 34 also over the interface area 28 in the processing device 26 one. This lighting source 20 is optional for the invention.

Es versteht sich, dass der Messstrahl 14 bei einer Reflektion am Werkstück 22 innerhalb der Messvorrichtung 10 vom Schnittstellenbereich 28 zu der oberen Schnittstelle 12 verläuft und dabei über den Scannerspiegel 24 auf den Strahlteiler 23 gelenkt wird. Der Strahlteiler 23 ist jedoch durchlässig für die Wellenlängenbereiche des Messstrahls 14 ausgebildet. Somit kann der reflektierte Messstrahl 14 zumindest anteilig in den optischen Kohärenztomographen zurückgeführt und in bekannter Weise ausgewertet werden.It is understood that the measuring beam 14 at a reflection on the workpiece 22 within the measuring device 10 from the interface area 28 to the upper interface 12 runs while using the scanner mirror 24 on the beam splitter 23 is steered. The beam splitter 23 However, it is permeable to the wavelength ranges of the measuring beam 14 educated. Thus, the reflected measuring beam 14 at least partially attributed to the optical coherence tomograph and evaluated in a known manner.

Die Bearbeitungsvorrichtung 26 ist im gezeigten Fall als Schweißkopf ausgebildet, der an einer nicht dargestellten mechanischen Führungseinrichtung angebracht ist. Die Bearbeitungsoptik des Schweißkopfes 26 umfasst zunächst eine als Lichtleiter ausgebildete Schnittstelle 36 zum Einkoppeln eines Laserstrahls 38 von einer nicht dargestellten Laserstrahlquelle. Der Laserstrahl 38 weist dabei eine Wellenlänge von beispielsweise 1064 nm auf. Analog zu der Kollimationslinse 13 der Messvorrichtung 10 durchläuft der Laserstrahl 38 zunächst eine Kollimationslinse 14, die mittels einer gesteuerten Achse C entlang des Laserstrahls 38 verschiebbar ist. Anschließend trifft der Laserstrahl 38 auf einen dem optischen Schnittstellenbereich 28 unmittelbar nachgelagerten Strahlteiler 42. Dieser ist im Wesentlichen undurchlässig für die Wellenlängenbereiche des Laserstrahls 38 ausgebildet und reflektiert diesen folglich auf einen zweiachsigen Scannerspiegel 44 (im Folgenden: Bearbeitungsscanner 44). Mittels des Bearbeitungsscanners 44 wird der Laserstrahl 38 unter Durchlaufen einer Fokuslinse 46 auf einen Bearbeitungsbereich des Werkstücks 22 gerichtet.The processing device 26 is formed in the case shown as a welding head, which is attached to a mechanical guide device, not shown. The processing optics of the welding head 26 first comprises an interface designed as a light guide 36 for coupling a laser beam 38 from a laser beam source, not shown. The laser beam 38 has a wavelength of, for example, 1064 nm. Analogous to the collimation lens 13 the measuring device 10 the laser beam passes through 38 first a collimation lens 14 , by means of a controlled axis C along the laser beam 38 is displaceable. Then the laser beam hits 38 on a the optical interface area 28 immediately downstream beam splitter 42 , This is essentially impermeable to the wavelength ranges of the laser beam 38 trained and thus reflects this on a biaxial scanner mirror 44 (hereafter: editing scanner 44 ). Using the editing scanner 44 becomes the laser beam 38 passing through a focus lens 46 on a machining area of the workpiece 22 directed.

Man erkennt in 1 ferner, dass der Messstrahl 14 und der in diesen eingekoppelte Sensorstrahl 18 auf den Strahlteiler 42 des Schweißkopfes 26 treffen. Dieser ist für die entsprechenden Wellenlängenbereiche dieser Strahlen 14, 18 durchlässig ausgebildet, sodass die Strahlen 14, 18 in den Strahlengang des Laserstrahls 38 einkoppelbar sind. Somit kann der Messstrahl 14 mittels des Bearbeitungsscanners 44 gemeinsam mit dem Bearbeitungslaserstrahl 38 auf das Werkstück 22 gerichtet werden. Der durch den Sensorstrahl 18 definierte Blickwinkel des Kamerasensors 16 auf das Werkstück 22 bedingt ferner, dass sowohl die Messstrahlposition M wie auch die Bearbeitungsstrahlposition L auf dem Werkstück 22 erfasst werden können.One recognizes in 1 Furthermore, that the measuring beam 14 and the coupled in this sensor beam 18 on the beam splitter 42 of the welding head 26 to meet. This is for the corresponding wavelength ranges of these beams 14 . 18 permeable, so the rays 14 . 18 can be coupled into the beam path of the laser beam 38. Thus, the measuring beam 14 by means of the processing scanner 44 together with the processing laser beam 38 on the workpiece 22 be directed. The through the sensor beam 18 defined viewing angle of the camera sensor 16 on the workpiece 22 further requires that both the Meßstrahlposition M as well as the machining beam position L on the workpiece 22 can be detected.

Im gleichen Sinne wird auch der optionale Beleuchtungsstrahl 32, der ebenfalls durch den Strahlteiler 42 hindurchtritt, mittels des Bearbeitungsscanners 44 umgelenkt. Insgesamt durchlaufen sämtliche der mit dem Bearbeitungsscanner 44 wechselwirkenden Strahlen 14, 18, 32 die Fokuslinse 46 und werden auf das Werkstück gerichtet.In the same sense, the optional illumination beam is also used 32 also through the beam splitter 42 passes through, using the processing scanner 44 diverted. Overall, all of them go through with the editing scanner 44 interacting rays 14 . 18 . 32 the focus lens 46 and are directed to the workpiece.

In 1 sind sowohl der Bearbeitungsscanner 44 als auch der Messscanner 24 in ihrer sogenannten Nullstellung gezeigt. Das heißt, die beiden Achsen der jeweiligen Scannervorrichtungen 24, 44 nehmen jeweils eine neutrale Referenzstellung ein, in der sie keine gezielten Strahlauslenkungen bewirken. In diesem Zustand ist ein Soll-Versatz des Messstrahls 14 relativ zum Laserstrahl 38 von null vorgegeben. Es sollte idealerweise exakt der in 1 gezeigte Strahlenverlauf zu beziehungsweise von dem Werkstück 22 auftreten. Dabei sollten der Beleuchtungsstrahl 32, der entsprechend als Sensorstrahl 18 von dem Werkstück 22 reflektiert wird, der Messstrahl 14, der sowohl zum Werkstück 22 geführt wie auch von diesem reflektiert wird, und der Laserstrahl 38 sich in einem gemeinsamen Punkt P auf dem Werkstück 22 treffen. Mit anderen Worten sollte die Laserstrahlposition L deckungsgleich mit der Messstrahlposition M auf dem Werkstück 22 sein, wobei diese Positionen in dem gemeinsamen Punkt P zusammentreffen. In diesem Fall würde der Messstrahl 14 exakt die aktuellen Bearbeitungsposition L auf dem Werkstück 22 vermessen.In 1 are both the editing scanner 44 as well as the measuring scanner 24 shown in their so-called zero position. That is, the two axes of the respective scanner devices 24 . 44 each take a neutral reference position in which they do not cause targeted beam deflections. In this state is a desired offset of the measuring beam 14 relative to the laser beam 38 specified by zero. It should ideally be the exact one in 1 shown beam path to or from the workpiece 22 occur. The lighting beam should be 32 , corresponding to the sensor beam 18 from the workpiece 22 is reflected, the measuring beam 14 that works both to the workpiece 22 as well as reflected by this, and the laser beam 38 in a common point P on the workpiece 22 to meet. In other words, the laser beam position L should coincide with the measuring beam position M on the workpiece 22 be, these positions coincide in the common point P. In this case, the measuring beam would 14 exactly the current machining position L on the workpiece 22 measured.

Wie vorstehend geschildert, tritt in der Praxis aufgrund verschiedener Fehlerquellen und insbesondere aufgrund der Tatsache, dass es an den einzelnen im Strahlengang liegenden optischen Elementen zu einer wellenlängenabhängigen Dispersion kommt, d. h. in Abhängigkeit von den Wellenlängen der jeweiligen Strahlen zu einer unterschiedlichen Brechung an den jeweiligen optischen Elementen und damit zu unterschiedlichen Strahlverläufen, regelmäßig ein unerwünschter Relativversatz zwischen der Laserstrahlposition L und der Messstrahlposition M auf. Wie erläutert liegt der Laserstrahl (Bearbeitungsstrahl) beispielsweise in einem Wellenlängenbereich um 1060 nm, wohingegen der Messstrahl in einem Wellenlängenbereich um 830 nm liegt. Dieser Wellenlängenunterschied führt zu einem signifikanten Versatz zwischen der Laserstrahlposition L und der Messstrahlposition M auf dem Werkstück. Um diesen unerwünschten Relativversatz zu erfassen und auszugleichen, ist die gezeigte Messvorrichtung 10 dazu ausgebildet, die Laserstrahlposition L auf dem Werkstück 22 mittels der von dem Kamerasensor 16 gewonnenen ortsauflösenden Informationen zu ermitteln. Dies wird dadurch erreicht, dass der Messstrahl 14 mit einer Wellenlänge von etwa 830 nm und der Sensorstrahl 18 mit einer Wellenlänge von etwa 810 nm im wesentlichen in demselben Wellenlängenbereich liegen und somit zwischen diesen beiden Strahlen keine signifikanten wellenlängenabhängigen Dispersionseffekte beim Durchlaufen der Optikelemente auftreten. So lässt sich über den Sensorstrahl 18 zuverlässig auf die Position des Messstrahls 14 schließen und anhand der erfassten ortsauflösenden Informationen bezüglich des Bearbeitungsstrahls 38 der Versatz zwischen Messstrahl 14 und Bearbeitungsstrahl 38 ermitteln.As described above, occurs in practice due to various sources of error and in particular due to the fact that there is a wavelength-dependent dispersion at the individual lying in the beam path optical elements, ie, depending on the wavelengths of the respective beams to a different refraction to the respective optical Elements and thus to different beam paths, regularly an undesirable relative offset between the laser beam position L and the Meßstrahlposition M on. As explained, the laser beam (machining beam) is, for example, in a wavelength range around 1060 nm, whereas the measuring beam is in a wavelength range around 830 nm. This difference in wavelength leads to a significant offset between the laser beam position L and the measuring beam position M on the workpiece. To detect and compensate for this undesirable relative offset is the measuring device shown 10 adapted to the laser beam position L on the workpiece 22 by means of the camera sensor 16 to obtain localized information. This is achieved by the measuring beam 14 with a wavelength of about 830 nm and the sensor beam 18 with a wavelength of about 810 nm are substantially in the same wavelength range and thus no significant wavelength-dependent dispersion effects occur during the passage of the optical elements between these two beams. This can be done via the sensor beam 18 Reliable to the position of the measuring beam 14 Close and based on the recorded spatially resolving information regarding the processing beam 38 the offset between measuring beam 14 and machining beam 38 determine.

In 2 ist ein von dem Kamerasensor 16 aufgenommenes Bild 50 gezeigt, das einen zweidimensionalen Ausschnitt der Werkstückoberfläche 22 darstellt. Das Bild 50 wurde in einer Situation aufgenommen, in der bei einer vorgegebenen Deckungsgleichheit (Soll-Versatz von null) ein unerwünschter Relativversatz zwischen der Laserstrahlposition L und der Messstrahlposition M auftritt. Im gezeigten Fall beträgt der Relativversatz relativ zum Bildzentrum Z „x₁” und „y₁” entlang der jeweiligen Achsrichtungen des gezeigten Koordinatensystems.In 2 is one of the camera sensor 16 taken picture 50 shown a two-dimensional cutout of the workpiece surface 22 represents. The picture 50 has been recorded in a situation where, given a predetermined coincidence (target offset of zero), an undesirable relative offset between the laser beam position L and the measurement beam position M occurs. In the case shown, the relative offset relative to the image center Z is "x ₁ " and "y ₁ " along the respective axis directions of the coordinate system shown.

Da der Strahlteiler 23 der Messvorrichtung 10 im Wesentlichen durchlässig für den Wellenlängenbereich des Messstrahls 14 ist, kann die Messstrahlposition M im gezeigten Fall nicht unmittelbar aus den Bilddaten ermittelt werden, weil der reflektierte Messstrahl 14 den Kamerasensor 16 nicht erreicht. Stattdessen wird in einem vorangehenden Kalibrierungsverfahren die Messstrahlposition M in dem Bild 50 bei Einnahme der Nullstellungen der Scannervorrichtungen 24, 44 ermittelt, beispielsweise durch eine Langzeitbelichtung. Hierzu wird der Messstrahl 14 auf ein Werkstück 22 gelenkt, wobei die Messstrahlposition M auf dem Werkstück 22 durch einen von dem Kamerasensor 16 erfassbaren optischen Marker auf dem Werkstück 22 hervorgehoben wird. Anschließend kann die Position dieser optischen Markierung in dem Bild 50 bestimmt und gespeichert werden.Because the beam splitter 23 the measuring device 10 essentially transparent to the wavelength range of the measuring beam 14 is the measuring beam position M in the case shown can not be determined directly from the image data, because the reflected measuring beam 14 the camera sensor 16 not reached. Instead, in a previous calibration procedure, the measurement beam position M becomes in the image 50 taking the zeros of the scanner devices 24 . 44 determined, for example, by a long exposure. For this purpose, the measuring beam 14 on a workpiece 22 directed, wherein the Meßstrahlposition M on the workpiece 22 through one of the camera sensor 16 detectable optical marker on the workpiece 22 is highlighted. Subsequently, the position of this optical mark in the image 50 determined and stored.

Im gezeigten Beispiel fällt die Messstrahlposition M exakt mit dem Bildzentrum Z zusammen. Dies kann auch durch entsprechende Nachjustierungen während des Kalibrierungsvorgangs erreicht werden. Alternativ kann ein bei der Nullstellung ermittelter Versatz der Messstrahlposition M zum Bildzentrum Z hinterlegt und bei weiteren Berechnungs- oder Regelungsvorgängen als entsprechender Fehlerwert berücksichtigt werden. Mit anderen Worten wird während des vorgelagerten Kalibrierungsvorgangs ein Relativversatz der Messstrahlposition M und des Bildzentrums Z ermittelt oder, wie im gezeigten Fall, auf den gewünschten Wert von null eingestellt. Da der Mess- und der Sensorstrahl 14, 18 anschließend in die Bearbeitungseinheit 26 eingekoppelt und über den Bearbeitungsscanner 44 gleichartig abgelenkt werden, kann dieser Relativversatz zwischen dem Auftreffpunkt M des Messstrahls 14 und dem Bildzentrum Z als konstant angenommen werden.In the example shown, the measurement beam position M coincides exactly with the image center Z. This can also be achieved by appropriate readjustments during the calibration process. Alternatively, an offset of the measuring beam position M determined at the zero position can be stored for the image center Z and taken into account as a corresponding error value in further calculation or control processes. In other words, a relative offset of the measurement beam position M and the image center Z is determined during the preceding calibration process or, as in the case shown, set to the desired value of zero. As the measuring and the sensor beam 14 . 18 then into the processing unit 26 coupled and via the editing scanner 44 be deflected identically, this relative offset between the point of impact M of the measuring beam 14 and the image center Z are assumed to be constant.

Im Hinblick auf 2 bedeutet dies, dass die Messstrahlposition M im Rahmen des Kalibrierungsvorganges als identisch zum Bildzentrum Z festgelegt und in einer nicht dargestellten Steuerung der Messvorrichtung 10 als entsprechender Wert x_M, y_M im Koordinatensystems des Bildbereichs 50 hinterlegt wurde ((x_M, y_M) = (0, 0)). Wird in der Folge die Laserstrahlposition L auf dem Werkstück koordinatenmäßig erfasst, so stellen die Abstände x₁ und y₁ in 2 einen unerwünschten Relativversatz der Laserstrahlposition L zu der Messstrahlposition M dar, wobei diese Abstände x₁, y₁ über bekannte Bildauswertalgorithmen ermittelbar sind.With regard 2 this means that the measuring beam position M is defined as being identical to the image center Z in the course of the calibration process and in a controller of the measuring device, not shown 10 as corresponding value x _M , y _M in the coordinate system of the image area 50 was deposited ((x _M , y _M ) = (0, 0)). If, as a result, the laser beam position L on the workpiece is detected in coordinates, the distances x ₁ and y ₁ in FIG 2 an undesired relative offset of the laser beam position L to the measuring beam position M, wherein these distances x ₁ , y ₁ can be determined via known image evaluation algorithms.

Die Messvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, diesen unerwünschten Relativversatz kontinuierlich zu überwachen und durch eine Positionsregelung des Messstrahls 14 auszugleichen. Hierzu wird der von der Bearbeitungseinheit 26 getrennt ausgebildete Messscanner 24 der Messvorrichtung 10 basierend auf dem ermittelten Relativversatz derart angesteuert, dass der Messstrahl 14 in einer Weise abgelenkt wird, dass nach Einkoppeln in den Bearbeitungsstrahl 38 und Ablenken über den Bearbeitungsscanner 44 auf dem Werkstück 22 die Messstrahlposition M in Überdeckung mit der Laserstrahlposition L gebracht wird. Dieser Zustand ist in 3 gezeigt. Da der Sensorstrahl 18 und der Messstrahl 14 ineinander eingekoppelt verlaufen und gemeinsam mittels des Messscanners 24 abgelenkt werden, wird der Bildbereich 50 mitsamt dem Messstrahl 14 sozusagen zentral auf die Laserstrahlposition L verschoben. Anschließend liegt der vorgegebene Soll-Versatz von null zwischen dem Messstrahl 14 und dem Laserstrahl 38 vor und der Messstrahl 14 führt eine Messung in der tatsächlich vorgesehenen deckungsgleichen Position durch.The measuring device 10 is designed to continuously monitor this unwanted relative offset and by a position control of the measuring beam 14 compensate. This is done by the processing unit 26 separately trained measuring scanner 24 the measuring device 10 triggered based on the determined relative offset such that the measuring beam 14 is deflected in such a way that after coupling into the processing beam 38 and distraction over the editing scanner 44 on the workpiece 22 the measuring beam position M is brought into coincidence with the laser beam position L. This condition is in 3 shown. Because the sensor beam 18 and the measuring beam 14 run into each other coupled and together by means of the measuring scanner 24 be distracted, the picture area becomes 50 together with the measuring beam 14 moved centrally to the laser beam position L, so to speak. Subsequently, the predetermined target offset of zero lies between the measuring beam 14 and the laser beam 38 in front and the measuring beam 14 Performs a measurement in the actually provided congruent position.

Alternativ zu der vorstehend geschilderten Variante, bei der die Messstrahlposition M im Rahmen eines Kalibrierungsprozesses als vorbestimmter Wert hinterlegt wird, kann der Strahlteiler 23 von 1 auch nur teilweise durchlässig für den Messstrahl 14 ausgebildet sein. In diesem Fall wird das von dem Werkstück 22 reflektierte Licht des Messstrahls 14 zumindest anteilig in Richtung des Kamerasensors 16 umgelenkt, sodass die tatsächliche Messstrahlposition M in einem erfassten Bild 50 erkennbar ist. Eine Positionskorrektur des Messstrahls 14 auf dem Werkstück 22 kann dann wiederum analog zu der vorstehend geschilderten Variante mittels des Messscanners 24 erfolgen.As an alternative to the above-described variant, in which the measuring beam position M is deposited as a predetermined value in the course of a calibration process, the beam splitter 23 from 1 also only partially permeable to the measuring beam 14 be educated. In this case, that of the workpiece 22 reflected light of the measuring beam 14 at least proportionally in the direction of the camera sensor 16 deflected so that the actual measuring beam position M in a captured image 50 is recognizable. A position correction of the measuring beam 14 on the workpiece 22 can then turn analogous to the above-described variant by means of the measuring scanner 24 respectively.

4 zeigt ein Beispiel verschiedener punktförmig dargestellter Messstrahlpositionen M bzw. 60, 62, die während eines Laserschweißbearbeitungsprozesses eingenommen werden können. Im gezeigten Fall wird das Werkstück 22 durch zwei Platten 52 gebildet, die eine Füge- bzw. Schweißkante 54 definieren, entlang derer eine Schweißnaht 56 gebildet wird. Hierzu wird der Laserstrahl 38 auf eine Laserstrahlbearbeitungsposition L im Bereich der Schweißkante 54 gerichtet und in Richtung des Pfeils BR entlang der Schweißkante 54 bewegt. Der Messstrahl 14 wird dabei zur kontinuierlichen Prozessüberwachung auf verschiedene Positionen 58, 60, 62 im Umfeld der Laserstrahlposition L gerichtet. Lediglich unmittelbar im sogenannten „Keyhole” 58 fällt die Messstrahlposition M mit der Laserstrahlposition L zusammen, sodass der Soll-Versatz in diesem Fall null beträgt. In den weiteren, dem Keyhole 58 in der Bearbeitungsrichtung BR vorgelagerten Messpunktpositionen 60 zum Abtasten der Fügekante 54 oder nachgelagerten Messpunktpositionen 62 zum Abtasten der erkälteten Schweißnaht 56, weist die jeweilige Messpunktposition M hingegen einen gezielt vorgegebenen Soll-Versatz zur Laserstrahlposition L auf, der verschieden von null ist. 4 shows an example of different punctiform measuring beam positions M or 60 . 62 that can be taken during a laser welding machining process. In the case shown, the workpiece 22 through two plates 52 formed, the a joining or welding edge 54 define along which a weld 56 is formed. For this purpose, the laser beam 38 to a laser beam machining position L in the region of the welding edge 54 directed and in the direction of the arrow BR along the welding edge 54 emotional. The measuring beam 14 is used for continuous process monitoring in different positions 58 . 60 . 62 directed in the vicinity of the laser beam position L. Only directly in the so-called "keyhole" 58 For example, the measurement beam position M coincides with the laser beam position L, so that the target offset is zero in this case. In the other, the keyhole 58 in the machining direction BR upstream measuring point positions 60 for scanning the joining edge 54 or downstream measuring point positions 62 for palpation of the chilled weld 56 On the other hand, the respective measuring point position M has a specifically predetermined setpoint offset to the laser beam position L, which is different from zero.

Bezug nehmend auf 2 bedeutet dies, dass bei Einnahme einer der entsprechenden Messpunktpositionen 60, 62 in 3 der Versatz der Laserstrahlposition L und der Bearbeitungsposition M in Form der Abstände x₁ und y₁ nicht zwingend eine unerwünschte Relativabweichung darstellt. Die Messvorrichtung 10 ist deshalb dazu ausgebildet, das erfasste Bild 50 nur in derartigen Betriebszuständen auszuwerten, in denen ein Soll-Versatz von null vorgegeben ist und unmittelbar im Keyhole 58 gemessen wird.Referring to 2 this means that taking one of the corresponding measuring point positions 60 . 62 in 3 the offset of the laser beam position L and the processing position M in the form of the distances x ₁ and y ₁ does not necessarily represent an undesirable relative deviation. The measuring device 10 is therefore designed to capture the captured image 50 evaluate only in such operating conditions in which a target offset of zero is specified and immediately in the keyhole 58 is measured.

Ergänzend sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass in einigen Bearbeitungssituationen das Problem bestehen kann, dass die Fügekante 54 vorab nicht optisch abgetastet werden kann, weil diese durch Komponenten der Schweißvorrichtung, beispielsweise durch einen Schweißdraht oder dergleichen, verdeckt ist. In einem solchen Fall ist es möglich, statt der Fügekante 54 eine alternative Referenzkante am Werkstück in der Nähe des durchzuführenden Schweißprozesses zu ermitteln und die Positionsregelung anhand einer solchen alternativen Referenzkante durchzuführen.In addition, it should be noted in this context that in some processing situations, the problem may exist that the joining edge 54 can not be optically scanned in advance because it is covered by components of the welding device, for example by a welding wire or the like. In such a case it is possible, instead of the joining edge 54 determine an alternative reference edge on the workpiece in the vicinity of the welding process to be performed and perform the position control using such an alternative reference edge.

Die Ermittlung und Bestimmung einer Referenzkante kann auch dazu dienen, Bauteiltoleranzen während dem Schweißen zu ermitteln. Ein häufig auftretender Fehler besteht darin, dass das untenliegende Blech zur Einsparung von Material zu kurz zugeschnitten ist, was beim Schweißen zu Problemen und im späteren Produkt zu Spannungsrissen in der Schweißnaht führen kann. Im Hinblick darauf ist die Erfassung einer Referenzkante während des Schweißvorgangs mit der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich vorteilhaft. Eine solche Ermittlung einer Referenzkante am unten liegenden Blech lässt sich insbesondere mittels des für eine Tiefenmessung besonders geeigneten OCT-Scanners durchführen.The determination and determination of a reference edge can also serve to determine component tolerances during welding. A common mistake is that the underlying sheet metal is cut too short to save material, which can cause problems during welding and stress cracks in the weld in the later product. In view of this, the detection of a reference edge during the welding operation with the measuring device according to the present invention is additionally advantageous. Such a determination of a reference edge on the underlying metal sheet can be carried out in particular by means of the OCT scanner which is particularly suitable for depth measurement.

In 5 ist eine Messvorrichtung 10 gemäß einer alternativen Ausführungsform gezeigt. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleichartige oder gleichwirkende Merkmale im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In 5 is a measuring device 10 shown according to an alternative embodiment. To avoid repetition, similar or equivalent features are referred to below with the same reference numerals.

In 5 erkennt man erneut den Messstrahl 14, der über eine Schnittstelle 12 in die Messvorrichtung 10 eintritt und dabei zunächst eine axial verstellbare Kollimationslinse 13 durchläuft. Anschließend trifft der Messstrahl 14 auf einen zweiachsigen Messscanner 24, mit dem er in Richtung einer optischen Schnittstelle 28 zu einem nicht dargestellten Schweißkopf 26 umgelenkt wird. Erneut ist hierzu eine dem Messscanner 24 nachgelagerte Linsenanordnung 25 vorgesehen, umfassend eine Streu- und Sammellinse.In 5 you recognize the measuring beam again 14 that has an interface 12 into the measuring device 10 enters and initially an axially adjustable collimating lens 13 passes. Then the measuring beam hits 14 on a biaxial measuring scanner 24 with which he heads towards an optical interface 28 to a welding head, not shown 26 is diverted. Again this is a measuring scanner 24 downstream lens assembly 25 provided comprising a scattering and condenser lens.

Ein wesentlicher Unterschied im Vergleich zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Kamerasensor 16 in Richtung eines in 4 nicht dargestellten Werkstückes 22 betrachtet nachgelagert zu dem Messscanner 24 angeordnet ist. Ausgehend von dem optischen Schnittstellenbereich 28 trifft der Sensorstrahl 18 demnach auf einen dem Messscanner 24 ebenfalls nachgelagerten Strahlteiler 23, der für die Wellenlängenbereiche des Sensorstrahls 18 reflektierend ausgebildet ist. Hierdurch wird der Sensorstrahl 18 auf eine axial verstellbare Kollimationslinse 30 und den Kamerasensor 16 umgelenkt. Der Strahlteiler 23 ist hingegen im Wesentlichen durchlässig für die Wellenlängenbereiche des Messstrahls 14 ausgebildet, wodurch dieser in den Sensorstrahl 18 eingekoppelt werden kann.An essential difference compared to the above embodiment is that the camera sensor 16 towards an in 4 not shown workpiece 22 considered downstream to the measuring scanner 24 is arranged. Starting from the optical interface area 28 the sensor beam hits 18 therefore on a the measuring scanner 24 also downstream beam splitter 23 , which is for the wavelength ranges of the sensor beam 18 is formed reflective. This will cause the sensor beam 18 on an axially adjustable collimating lens 30 and the camera sensor 16 diverted. The beam splitter 23 On the other hand, it is essentially permeable to the wavelength ranges of the measuring beam 14 trained, whereby this in the sensor beam 18 can be coupled.

Je nach Stellung des Messscanners 24 nimmt der Messstrahl 14 dabei eine unterschiedliche Position M in einem von dem Kamerasensor 16 erfassbaren Bildbereich ein. Um den Aufwand bei der Bildauswertung zu reduzieren, ist deshalb ferner eine Signalleitung 60 zwischen dem Kamerasensor 16 und einer Steuereinheit S des Messscanners 24 vorgesehen. Die Steuereinheit 62 sendet in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Messscanners 24 ein Auslösesignal an den Kamerasensor 16, woraufhin dieser ortsauflösende Informationen ermittelt und bereitstellt, die zur Ermittlung des vorstehend diskutierten Relativversatzes herangezogen werden. Der Betriebszustand zum Erzeugen des Auslösesignals entspricht im gezeigten Fall der Ablenk- bzw. Achsstellung des Messscanners 24. Somit ist die Messvorrichtung 10 dazu ausgebildet, nur bei Einnahme einer vorbestimmten Ablenkstellung des Messscanners 24 den Relativversatz zwischen der Laserstrahlposition und Messstrahlposition zu ermitteln und in der vorstehend genannten Weise durch eine Positionsregelung des Messstrahls 14 auszugleichen. Dabei entspricht die vorbestimmte Ablenkstellung im gezeigten Fall der Nullstellung, bei der die Messstrahlposition M in dem aufgenommene Bild 50 eine vorbestimmte zentrale Position einnimmt, die vorab im Rahmen eines vorstehend geschilderten Kalibrierungsvorganges eingestellt oder ermittelt wurde.Depending on the position of the measuring scanner 24 takes the measuring beam 14 while a different position M in one of the camera sensor 16 detectable image area. In order to reduce the effort in the image evaluation, therefore, is also a signal line 60 between the camera sensor 16 and a control unit S of the measuring scanner 24 intended. The control unit 62 sends depending on the operating state of the measuring scanner 24 a trigger signal to the camera sensor 16 whereupon it determines and provides spatially resolving information that is used to determine the relative offset discussed above. The operating state for generating the triggering signal in the case shown corresponds to the deflection or axis position of the measuring scanner 24 , Thus, the measuring device 10 designed to only when taking a predetermined deflection of the measuring scanner 24 to determine the relative offset between the laser beam position and the measuring beam position and in the aforementioned manner by a position control of the measuring beam 14 compensate. In the case shown, the predetermined deflecting position corresponds to the zero position at which the measuring beam position M in the recorded image 50 assumes a predetermined central position, which has been previously set or determined in the context of a calibration process described above.

Schließlich ist in 6 ein Werkstück 22 gezeigt, das von zwei teils überlappenden Platten 52 gebildet wird, wobei die Platten 52 eine Fügekante 54 definieren. Dabei ist im in 6 linken Fall eine bevorzugte Ausrichtung des OCT-Messstrahls 14 relativ zu dem Werkstück 22 und der Fügekante 54 gezeigt, wobei der Messstrahl 14 von oben im Wesentlichen orthogonal zu der Oberfläche des Werkstücks 22 verläuft. Durch diese Ausrichtung des OCT-Messstrahls 14 können besonders aussagekräftige Messergebnisse für die Erfassung und Vermessung der Fügekante 54 erzielt werden.Finally, in 6 a workpiece 22 shown by two partly overlapping plates 52 is formed, with the plates 52 a joining edge 54 define. It is in the in 6 left case a preferred orientation of the OCT measuring beam 14 relative to the workpiece 22 and the joining edge 54 shown, wherein the measuring beam 14 from above substantially orthogonal to the surface of the workpiece 22 runs. By this orientation of the OCT measuring beam 14 can provide particularly meaningful measurement results for the detection and measurement of the joining edge 54 be achieved.

Im in 6 rechts dargestellten Fall ist hingegen eine vorteilhafte Ausrichtung des Beleuchtungsstrahls 32 und des dadurch erzeugten Sensorstrahls 18 relativ zu der Fügekante 54 gezeigt. Man erkennt, dass diese Ausrichtung einem Winkel a von etwa 45° relativ zu der Oberfläche des Werkstücks 22 und der unteren Platte 52 entspricht.Im in 6 on the right hand side is an advantageous orientation of the illumination beam 32 and the sensor beam generated thereby 18 relative to the joining edge 54 shown. It can be seen that this orientation is at an angle α of about 45 ° relative to the surface of the workpiece 22 and the lower plate 52 equivalent.

Zurückkommend zu der Ausführungsform gemäß 1 bedeutet dies, dass je nach Anirdnung des Werkstücks 22 und der Ausrichtung der Fügekante 54 entweder der Messstrahl 14 oder der Sensorstrahl 18 für eine Erfassung der Fügekante 54 besser geeignet ist, je nachdem ob die ineinander gekoppelten Mess- und Sensorstrahlen 14, 18 im Wesentlichen orthogonal oder schräg auf das Werkstück 22 und die Fügekante 54 ausgerichtet sind. Die Messvorrichtung 10 ist deshalb dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Werkstückposition oder der aktuellen Ablenkstellung des Messscanners 24 wahlweise den Messstrahl 14 oder den Kamerasensor 16 heranzuziehen, um die Fügekante 54 in allgemein bekannter Weise zu vermessen. Im gezeigten Fall wird dabei wegen der Aussagekraft der erhaltenen Information eher eine Auswertung mittels des OCT-Messtrahls 14 bevorzugt. Bei einer Ausrichtung der Strahlen 14, 18 in einem Winkel α von ca. 40°–50° auf die Fügekante 54 erfolgt die Auswertung hingegen bevorzugt basierend auf den ortsauflösenden Informationen des Kamerasensors 16.Coming back to the embodiment according to FIG 1 This means that depending on the direction of the workpiece 22 and the orientation of the joining edge 54 either the measuring beam 14 or the sensor beam 18 for a detection of the joining edge 54 is more suitable, depending on whether the coupled measuring and sensor beams 14 . 18 essentially orthogonal or oblique to the workpiece 22 and the joining edge 54 are aligned. The measuring device 10 is therefore designed depending on the workpiece position or the current deflection position of the measuring scanner 24 optionally the measuring beam 14 or the camera sensor 16 close to the joining edge 54 to measure in a well-known manner. In the case shown here, an evaluation by means of the OCT measurement beam is more likely because of the significance of the information obtained 14 prefers. With an alignment of the rays 14 . 18 at an angle α of about 40 ° -50 ° to the joining edge 54 On the other hand, the evaluation is preferably based on the spatially resolving information of the camera sensor 16 ,

Zusammenfassend sieht die Erfindung eine Möglichkeit vor, zusätzlich zu der bekannten Erfassungsmöglichkeit mittels eines OCT-Scanners zusätzlich eine Erfassung über den ortsauflösenden Sensor, beispielsweise eine Kamera oder einen Positionssensor, bereitzustellen, sodass sich unerwünschte Versatzfehler zwischen dem Messstrahl des OCT-Scanners und dem Bearbeitungslaserstrahl, die beispielsweise durch wellenlängenabhängige Dispersion und/oder toleranzbedingte Effekte im optischen Übertragungsweg auftreten, vorteilhaft vor oder während eines Bearbeitungsprozesses korrigieren lassen. Die erfindungsgemäße Überwachung auftretender Versatzfehler ist während des Bearbeitungsprozesses dauerhaft möglich, wodurch permanent eine Korrekturmöglichkeit besteht. Insgesamt lassen sich mit der vorliegenden Erfindung deutlich verbesserte Bearbeitungsergebnisse erzielen. Die Erfindung ist insbesondere bei der Laserbearbeitung von Serienbauteilen, beispielsweise bei der Herstellung von Karosserieteilen für Kraftfahrzeuge einsetzbar. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messvorrichtung liegt darin, dass diese unmittelbar an einen bestehenden Laserkopf angebracht werden kann, ohne dass in dessen Hardware eingegriffen werden muss.In summary, the invention provides a possibility, in addition to the known detection capability by means of an OCT scanner, additionally to provide detection via the spatially resolving sensor, for example a camera or a position sensor, so that undesired offset errors between the measuring beam of the OCT scanner and the processing laser beam, which occur, for example, by wavelength-dependent dispersion and / or tolerance-related effects in the optical transmission path, can advantageously be corrected before or during a machining process. The inventive monitoring occurring offset error is permanently possible during the machining process, which permanently provides a correction option. Overall, significantly improved machining results can be achieved with the present invention. The invention can be used in particular in the laser processing of series components, for example in the manufacture of body parts for motor vehicles. A significant advantage of the measuring device according to the invention is that it can be attached directly to an existing laser head, without having to intervene in its hardware.

Claims

Measuring device ( 10 ) for a machining system for machining a workpiece ( 22 ) by means of a high-energy machining beam ( 38 ), wherein the measuring device ( 10 ) is provided, by means of a measuring beam ( 14 ) Position measurements on the workpiece ( 22 ), the measuring device ( 10 ) a measuring beam source ( 12 ) for generating a measuring beam ( 14 ) by an optical coherence tomograph, the measuring beam ( 14 ) in the processing beam ( 38 ) and can be coupled to the workpiece via a processing beam optics ( 22 ) is projectable, and wherein the measuring device ( 10 ) a spatially resolving sensor ( 16 ), which is adapted to receive one of the measuring beam ( 14 ) measured area of the workpiece ( 22 ) by means of a sensor beam ( 18 ) and to generate spatially resolving information based thereon, characterized in that the measuring device ( 10 ) is adapted, based on the of the spatially resolving sensor ( 16 ) Provisioning information provided a position (L) of the processing beam ( 38 ) on the workpiece ( 22 ) and taking into account a measuring beam position (M) on the workpiece ( 22 ) a relative offset between the processing beam ( 38 ) and the measuring beam ( 14 ), the measuring device ( 10 ) is adapted to generate based on the determined relative offset control specifications for an actuator, which cause the actuator unit to relative movements between the measuring beam ( 14 ) and the processing beam ( 38 ) to create.

Measuring device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 10 ) is designed to at least the position (M) of the measuring beam ( 14 ) in accordance with the relative offset, and in particular a preferably continuous position regulation of the measuring beam ( 14 ).

Measuring device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the actuator unit comprises a deflection device ( 24 ), in particular an at least two-dimensional scanner device, for the measuring beam ( 14 ) for displacing the measuring beam ( 14 ) relative to the workpiece ( 22 ).

Measuring device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the sensor beam ( 18 ) and the measuring beam ( 14 ) coupled together and together by means of a common deflection device ( 24 ) relative to the workpiece ( 22 ) are relocatable.

Measuring device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the measuring beam ( 14 ) by means of a deflection device ( 24 ) is displaceable relative to the workpiece, wherein the sensor beam ( 18 ) and the measuring beam ( 14 ) can be coupled to one another at a position which, relative to the course of the measuring beam ( 14 ) in the direction of ( 22 ) Workpiece downstream of the deflection device ( 24 ) is arranged.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the spatially resolving sensor ( 16 ) is adapted to the spatially resolving information for determining the relative offset as a function of the measuring beam position (M) and / or taking into account an operating state of a deflection device ( 24 ) of the measuring beam ( 14 ) capture.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 10 ) is adapted to the measuring beam position (M) taking into account a predetermined desired position of the measuring beam ( 14 ) in the coverage area ( 50 ) of the spatially resolving sensor ( 16 ), wherein the desired position optionally as a value in a coordinate system of the detection area ( 56 ) or as a corresponding pixel area in the detection area (FIG. 56 ) is defined.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 10 ) is designed, taking into account the location-resolving sensor ( 16 ) provided spatially resolving information to determine the Meßstrahlposition (M).

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 10 ) is adapted to determine the Meßstrahlposition (M) taking into account current processing information that includes a processing direction and / or a processing speed.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 10 ) to a processing beam ( 38 ) providing processing device ( 26 ) can be coupled.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 10 ) is adapted to the sensor beam ( 18 ) and the processing beam ( 38 ) to be coupled to each other, so that the sensor beam is also projected by means of the processing beam optics on the workpiece.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 10 ) for detecting a machining area on the workpiece ( 22 ) is adapted to both the spatially resolving information of the spatially resolving sensor ( 16 ) as well as the measuring beam ( 14 ) and / or optionally the spatially resolving information of the spatially resolving sensor ( 16 ) or the measuring beam ( 14 ).

Measuring device ( 10 ) according to claim 12, characterized in that the measuring device ( 10 ) is adapted, in accordance with current machining information, to determine which of the available variants is selected for the detection of the machining area, wherein the machining information is an operating state of a deflection device ( 24 ) of the measuring beam ( 14 ) and / or the sensor beam ( 18 ) or a deflection position of the processing beam optics or an operating state or axis position of a guide device of the processing system.

Method for carrying out position measurements by means of a measuring beam ( 14 ) on a workpiece ( 22 ), which can be processed by means of a high-energy machining beam ( 38 ), wherein in particular the method by means of a measuring device ( 10 ) according to one of claims 1 to 13, the method comprising the following steps: - directing the measuring beam ( 14 ) to a measuring beam position (M) on the workpiece ( 22 ); - acquisition of spatially resolving information of the workpiece ( 22 ) by means of a spatially resolving sensor; - Determining the processing beam position (L) based on the determined by means of the spatially resolving sensor spatially resolving information; and wherein the method is further characterized by the following steps: - determining the relative offset between the processing beam (L) and the measuring beam ( 14 ) taking into account the measuring beam position (M); and - generating control specifications for an actuator based on the determined relative offset, which cause the actuator unit, relative movements between the measuring beam ( 14 ) and the processing beam ( 38 ) to create.