DE102016001661B3

DE102016001661B3 - Messvorrichtung und Verfahren zum Ermitteln einer relativen Neigung eines Werkstücks mittels optischer Kohärenztomographie bei einer Bearbeitung

Info

Publication number: DE102016001661B3
Application number: DE102016001661.2A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Lessmüller; Christian Truckenbrodt
Original assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2036-02-13

Abstract

Messvorrichtung (10) für ein Bearbeitungssystem (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (16) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (40) entlang eines Hauptbearbeitungspfads, wobei die Messvorrichtung (10) mit dem Bearbeitungssystem (12) verbunden oder verbindbar ist und einen optischen Kohärenztomographen (18) mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines Messstrahls (22) umfasst, wobei der Messstrahl (22) im Wesentlichen koaxial in den Bearbeitungsstrahl (40) einkoppelbar und über eine Bearbeitungsstrahloptik (36) des Bearbeitungssystems (12) auf das Werkstück (16) projizierbar ist, wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den Messstrahl (22) in einer Richtung auf dem Werkstück (16) zu verlagern, um mittels des Messstrahls (22) Positionsmessungen auf dem Werkstück (16) durchzuführen, und wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, während des Bearbeitens anhand von aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen eine relative Neigung wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks (16) bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls entlang eines Hauptbearbeitungspfads, eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Werkstücks. Die Messvorrichtung ist mit dem Bearbeitungssystem verbunden oder verbindbar und umfasst einen optischen Kohärenztomographen mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines Messstrahls. Der Messstrahl ist im Wesentlichen koaxial in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar und beide Strahlen sind über eine Bearbeitungsstrahloptik des Bearbeitungssystems auf das Werkstück projizierbar. Dabei ist die Messvorrichtung dazu eingerichtet, den Messstrahl in einer Richtung auf dem Werkstück zu verlagern, um mittels des Messstrahls Positionsmessungen auf dem Werkstück durchzuführen.
Derartige Vorrichtungen, die während eines Bearbeitens eines Werkstücks ein gleichzeitiges Überwachen der Bearbeitung ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden insbesondere bei Laserschweißprozessen Anwendung. Hierbei wird ein hochenergetischer Bearbeitungsstrahl in Form eines Laserbearbeitungsstrahls verwendet, um beispielsweise zwei oder mehrere Werkstücke oder Werkstückteile im Bereich eines Überlappstoßes, einer Nahtfuge und/oder einer Fügekante miteinander zu verbinden.
Die Messvorrichtung kann dabei mit der Bearbeitungsvorrichtung gekoppelt und an einem Roboter angebracht sein, sodass diese gemeinsam mittels des Roboters in der Bearbeitungsrichtung entlang des Hauptbearbeitungspfads bewegbar sind. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungsstrahl auch durch ein Verlagern des Bearbeitungsstrahls und/oder durch ein Bewegen des Werkstücks realisiert werden. Dabei können der Bearbeitungsstrahl und/oder der Messstrahl beispielsweise durch bewegbare Optiken, wie zum Beispiel Galvanometerscanner, zusätzlich oder alternativ zu der Roboterbewegung auf der Werkstückoberfläche verlagert werden. Hierbei kann insbesondere eine Oszillationsbewegung des Laserstrahls und/oder des Messstrahls entlang des Hauptbearbeitungspfads erzeugt werden.
Durch das Verwenden eines durch die Messstrahlquelle des optischen Kohärenztomographen erzeugten OCT-Messstrahls (OCT, Englisch: optical coherence tomography) können bekanntermaßen Höhenunterschiede entlang einer Messstrahlachse auf dem Werkstück erfasst werden. Somit ermöglicht der Einsatz der optischen Kohärenztomographie eine verbesserte und dreidimensionale Prozessüberwachung. Der grundlegende Aufbau eines optischen Kohärenztomographen der beschriebenen Messvorrichtung mit einem Strahlteiler, Referenzarm, Messarm, etc. sowie das Prinzip der Nutzung von Interferenzeffekten von Lichtwellen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Es versteht sich, dass das Durchführen von Positionsmessungen mittels des Messstrahls im Sinne der Erfindung als ein Erfassen von Messinformationen an einem aktuellen Messpunkt in einer aktuellen Messposition auf dem Werkstück zu verstehen ist. Diese Messinformationen können Höheninformationen des jeweiligen Messpunktes umfassen, d. h. topographische Informationen der Werkstückoberfläche und/oder Informationen bezüglich der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls, beispielsweise im oder am Keyhole des Schweißprozesses. Ferner können die Messinformationen weitere Informationen umfassen, beispielsweise Informationen über die Lage des aktuellen Messpunktes auf dem Werkstück, die mit den Höheninformationen verknüpft werden können.
Ein Überwachen des Bearbeitens durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglicht eine umfassende Qualitätssicherung des Bearbeitungsprozesses. Darüber hinaus kann das Durchführen von Positionsmessungen im Sinne der Erfindung auch zum Regeln des Bearbeitungsprozesses verwendet werden, indem Prozessparameter nach Maßgabe der erfassten Messinformationen während des Bearbeitens angepasst werden.
Um eine umfassende und genaue Überwachung, Qualitätssicherung und Prozessregelung sicherzustellen, kann der Messstrahl dafür vorgesehen sein, einen Umgebungsbereich einer aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück abzutasten. Eine derart eingerichtete Messvorrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2015 007 142 A1 der Anmelderin beschrieben. Die darin vorgeschlagene Messvorrichtung umfasst eine bewegbare Ablenkvorrichtung, um den Messstrahl während des Bearbeitens auf dem Werkstück im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads in wenigstens eine erste Messposition, eine zweite Messposition und/oder eine dritte Messposition zu verlagern. Dabei entspricht die erste Messposition einer in Bearbeitungsrichtung betrachteten Messposition vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, während die zweite Messposition einer in Bearbeitungsrichtung betrachteten Messposition entspricht, die hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition liegt. So kann mittels des Messstrahls einerseits ein noch zu bearbeitender Bereich sowie die bereits bearbeitete, erkaltete Schweißnaht erfasst werden. Die dritte Messposition entspricht ferner einer Position im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, sodass mittels des Messstrahls auch Positionsmessungen im Bereich des Schmelzbads beziehungsweise des Keyhole durchführbar sind.
Ein Nachteil der zuvor beschriebenen Vorrichtung sowie weiterer bekannter OCT-Messvorrichtungen besteht jedoch darin, dass die auf den erfassten Messinformationen basierende Prozessregelung beziehungsweise Nachregelung des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück häufig zu ungenau ist. Insbesondere kann es bei bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu einer ungewollten Abweichung zwischen einer aus den Messinformationen abgeleiteten Soll-Verlagerung des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück und einer anschließenden tatsächlichen Ist-Verlagerung kommen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass der Grund für diese ungewollte Abweichung darin liegen kann, dass die genaue Lage eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts eines Werkstücks relativ zur Bearbeitungsstrahloptik nicht bekannt ist. Insbesondere steht im Stand der Technik eine relative Neigung des Werkstücks bei der Überwachung und Prozessregelung als erfassbarer Parameter nicht zur Verfügung. Dies kann schließlich dazu führen, dass die tatsächliche Verlagerung des Bearbeitungsstrahls auf der Werkstückoberfläche beispielsweise geringer ausfällt als durch die Prozessregelung vorgesehen ist.
Weitere Messvorrichtungen zur Prozessüberwachung sind aus den Dokumenten DE 10 2010 060 162 B3 und EP 1 128 927 B1 bekannt. Bei diesen Messvorrichtungen wird die relative Neigung des Werkstücks lediglich im Hinblick auf den Einfallswinkel zwischen einem Messlicht und der Werksstückoberfläche erfasst. Der Grund dafür ist, dass die in den beiden Dokumenten beschriebenen Messvorrichtungen jeweils ein Triangulationsverfahren verwenden, um mittels eines herkömmlichen Kameramesslichts Rückschlüsse auf die Topologie des Werkstücks zu ziehen.
Bei dem in dem Dokument DE 10 2010 060 162 B3 offenbarten Linientriangulationsverfahren ist es erforderlich, Messlicht mittels eines externen Projektors zu erzeugen und dieses in schräger Richtung, entkoppelt von dem Bearbeitungsstrahl auf die Werkstückoberfläche zu projizieren.
Dagegen wird der Winkel zwischen dem Messlicht und der Werkstückoberfläche bei der Messvorrichtung gemäß dem Dokument EP 1 128 927 B1 beispielsweise durch eine kegel- oder mantelartige Projektion des Messlichts auf das Werkstück erzeugt. Dabei sieht dieser Stand der Technik Lichterzeuger vor, die in der Messvorrichtung angeordnet sind.
Im Gegensatz zu dem Verfahren der optischen Kohärenztomographie hat die Triangulation jedoch erhebliche Nachteile, wie beispielsweise ein mögliches Auftreten von Störkonturen durch Oberflächenstrukturen des Werkstücks. Zudem ist die Triangulation störempfindlich gegen Prozesslicht, da sie nicht auf einer Frequenzauswertung wie die optische Kohärenztomographie beruht, sondern die Intensitäten des reflektierten Messlichts auswertet. Eine zu helle Bearbeitungsstelle und/oder bei der Bearbeitung auftretende Schmauchspuren können die Messergebnisse daher negativ beeinflussen. Des Weiteren besteht bei dem Verfahren der Triangulation eine höhere Wahrscheinlichkeit einer Verfälschung von Messinformationen auf Grund von bei der Bearbeitung auftretenden Schmelzspritzern, da bei der Triangulation im Gegensatz zu der optischen Kohärenztomographie keine Punktmessung durchgeführt wird, sondern ein Bild einer durchgehenden Messlinie erfasst wird. Darüber hinaus zeigen insbesondere Messvorrichtungen mit einem erforderlichen externen Projektor eine höhere Anfälligkeit für Verschmutzungen.
Ferner offenbart das Dokument DE 10 2005 006 897 A1 ein Verfahren zur Erstellung eines Ablationsprogramms für eine Ablation von Material von einer Oberfläche eines Körpers gemäß einem vorgegebenen Soll-Ablationsprofil durch die Abgabe von Pulsen eines gepulsten Laserstrahls. Das Ablationsprogramm wird in Abhängigkeit von der Form eines Strahlprofils des Laserstrahls und von einer Neigung der zu ablatierenden Oberfläche aus dem Soll-Ablationsprofil erstellt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Messvorrichtung, eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine präzise Prozessregelung ermöglichen und gleichzeitig eine geringe Störanfälligkeit für äußere Einflüsse des Bearbeitungsprozesses aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Überwachen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2–9 und 12–19 sowie der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
Erfindungsgemäß ist eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, anhand von aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen eine relative Neigung wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik zu ermitteln.
Die relative Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik kann dabei aufgrund einer Kipp- oder Schrägstellung des Werkstücks, des Oberflächenabschnitts und/oder der aktuellen räumlichen Ausrichtung der Bearbeitungsstrahloptik bestehen. Da der Oberflächenabschnitt des Werkstücks zur Bearbeitung mittels des Bearbeitungsstrahls vorgesehen ist und stets in einer relativen Lagebeziehung zu der Bearbeitungsstrahloptik steht, wird im Nachfolgenden von einer Ausgangsstellung ausgegangen, bei der die Referenzrichtung mit dem zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt einen Winkel von 90° einschließt. Dieser Fall wird im Folgenden als eine Relativlage bezeichnet, bei der im Wesentlichen keine relative Neigung des Oberflächenabschnitts bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik vorhanden ist, also als Referenzrelativlage. Demnach wird eine davon abweichende relative Neigung des Oberflächenabschnitts bezüglich der Referenzrichtung im Folgenden als eine Lagebeziehung bezeichnet, bei der der Oberflächenabschnitt und die Referenzrichtung einen spitzen Winkel einschließen. Es versteht sich jedoch, dass alternativ auch eine davon abweichende Lagebeziehung als Ausgangsstellung, d. h. als Referenzrelativlage, betrachtet werden kann, bei der im Wesentlichen keine Neigung vorliegt.
Der wenigstens eine zur Bearbeitung vorgesehene Oberflächenabschnitt des Werkstücks kann beispielsweise eine Oberseite eines Werkstückteils im Bereich der Fügekante, einen gesamten Werkstückteil, eine Schnittkante oder ähnliches sein.
Gegenüber dem Stand der Technik kann die Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung die ermittelte relative Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks somit als Parameter der Prozessüberwachung und -regelung zur Verfügung stellen. Dabei ermittelt die erfindungsgemäße Messvorrichtung die relative Neigung basierend auf den aus den Positionsmessungen mittels des Messstrahls (OCT-Messstrahls) erhaltenen Höheninformationen.
Durch das Ermitteln der relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik können das Überwachen und das Nachregeln des Bearbeitungsprozesses verbessert werden. Beispielsweise kann mit Hilfe der ermittelten relativen Neigung die Werkstückgeometrie und/oder die vorgesehene Lagebeziehung zu der Bearbeitungsstrahloptik überprüft werden. Ferner kann bei einem Werkstück, das ein Oberblech und ein damit zu verbindendes Unterblech umfasst, ein Anstellwinkel des Oberbleches gegenüber dem Unterblech erfasst und gegebenenfalls korrigiert werden. Dies ist insbesondere bei einem Schweißen von verzinkten Werkstücken relevant, bei denen das Oberblech einen bestimmten Anstellwinkel aufweisen muss, um eine effektive Zinkentgasung in einer dem Schmelzbad entgegengesetzten Richtung sicherzustellen. Weist das Oberblech beispielsweise einen zu geringen Anstellwinkel gegenüber dem Unterblech auf, kann das durch die Bearbeitung entstehende Zinkgas nicht hinreichend gut in einer Richtung von dem Schmelzbad weg entweichen. Dies verursacht eine Porenbildung in der Schmelze beziehungsweise der erkalteten Schweißnaht, was die Schweißnahtgüte beeinträchtigen kann.
Des Weiteren kann durch das Ermitteln der relativen Neigung des zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik ein Einschweißwinkel überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Hierbei bezeichnet der Einschweißwinkel einen Winkel zwischen dem zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks und dem Bearbeitungsstrahl. Dieser kann dem obengenannten Referenzwinkel entsprechen oder von diesem abweichen. Durch das Überprüfen des Einschweißwinkels kann verhindert werden, dass der Bearbeitungsstrahl in einem zu großen Einschweißwinkel (nahezu senkrecht) auf die Werkstückoberfläche trifft, wodurch der Bearbeitungsstrahl zu tief in das Unterblech eindringen und somit die Rückseite des Unterblechs verletzen würde. Demgegenüber kann durch Überprüfen und eventuelles Nachregeln des Einschweißwinkels durch Verlagern des Werkstücks und/oder der Bearbeitungsstrahloptik ein spitzer bzw. kleiner Einschweißwinkel beibehalten werden. Somit kann bei gleicher Laserleistung beziehungsweise -intensität ein Beschädigen der Rückseite des Unterblechs vermieden werden, da sich das Schmelzbad im Falle eines vergleichsweise spitzen Einschweißwinkels im Wesentlichen in einer Richtung entlang der Kontaktflächen des Ober- und Unterblechs erstreckt, d. h. im Wesentlichen in Richtung des Werkstückinneren.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Messvorrichtung besteht darin, dass die ermittelte relative Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik für eine absolute, positionsgeregelte Offset-Nahtpositionskorrektur auf dem Werkstück verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann über die ermittelte Neigung bestimmt werden, wie weit der Bearbeitungsstrahl in einem Koordinatensystem der Messvorrichtung entlang einer bestimmten Richtung verlagert werden muss, um die vorgesehene Soll-Verlagerung auf der zur Bearbeitung vorgesehenen Werkstückoberfläche zu erreichen. Damit ermöglicht die Erfindung ein präzises Nachregeln des Bearbeitungsprozesses.
Gleichermaßen kann bei der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der ermittelten relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik ein gewünschter Abstand zwischen dem Messstrahl und dem Bearbeitungsstrahl auf der Werkstückoberfläche konstant gehalten werden, trotz deren relativer Neigung. Genauer gesagt kann die Verlagerung des Messstrahls in Abhängigkeit von der ermittelten relativen Neigung des Oberflächenabschnitts derart angepasst werden, dass der tatsächliche Abstand zwischen dem Messstrahl und dem Bearbeitungsstrahl auf der Werkstückoberfläche in den Messpositionen der Abtastfigur präzise dem vorgesehenen Abstand entspricht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zudem die relative Neigung des zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik mittels des Messstrahls bestimmt, der im Wesentlichen koaxial in den Bearbeitungsstrahl eingekoppelt ist. Das im Wesentlichen koaxiale Einkoppeln des Messstrahls in den Bearbeitungsstrahl kann sich dabei auf einen bestimmten Abschnitt des Messstrahls beziehungsweise des Bearbeitungsstrahls innerhalb der Bearbeitungsstrahloptik und/oder zwischen der Bearbeitungsstrahloptik und der Werkstückoberfläche beziehen. Somit benötigt die erfindungsgemäße Messvorrichtung im Gegensatz zu bekannten Messvorrichtungen, die auf einem Linientriangulationsverfahren basieren, keinen externen Projektor, der in der Nähe des Bearbeitungsbereichs auf dem Werkstück angeordnet ist und einen Messstrahl unabhängig von dem Bearbeitungsstrahl auf die Werkstückoberfläche projiziert. Vielmehr werden der Messstrahl und der Bearbeitungsstrahl mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemeinsam und im Wesentlichen koaxial auf das Werkstück projiziert, wodurch eine geringere Störanfälligkeit der Anordnung sichergestellt werden kann. Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemäße Messvorrichtung durch das im Wesentlichen koaxiale Koppeln des Messstrahls und des Bearbeitungsstrahls ein richtungsunabhängiges Führen der Bearbeitungsstrahloptik und der Messvorrichtung entlang des Hauptbearbeitungspfads. Damit kann ein Überwachen und Regeln des Bearbeitungsprozesses auch bei einer flexiblen Anpassung der Abtastfigur der Positionsmessungen sichergestellt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Referenzrichtung eine optische Achse des über die Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierten Bearbeitungsstrahls sein. Dabei kann die optische Achse des Bearbeitungsstrahls eine optische Achse eines Abschnitts des Bearbeitungsstrahls zwischen dem Werkstück und einer dem Werkstück im Strahlengang des Bearbeitungsstrahls am nächsten liegenden Ablenkvorrichtung entsprechen. Da der Messstrahl im Wesentlichen koaxial in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist, kann die Referenzrichtung auch eine entsprechende optische Achse des über die Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierten Messstrahls sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, die relative Neigung des zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts durch Bestimmen eines Schnittwinkels zwischen dem wenigstens einen Oberflächenabschnitt des Werkstücks und einer Referenzebene der Messvorrichtung zu ermitteln. Alternativ dazu kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, die relative Neigung des Oberflächenabschnitts durch Bestimmen eines Nebenwinkels des Schnittwinkels zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks und einer Referenzebene der Messvorrichtung zu ermitteln. Dabei versteht sich, dass der Schnittwinkel beziehungsweise der Nebenwinkel des Schnittwinkels für verschiedene zur Bearbeitung vorgesehene Oberflächenabschnitte des Werkstücks jeweils unterschiedlich sein kann. Besteht das Werkstück beispielsweise aus einem Ober- und Unterblech, kann das Oberblech einen anderen Schnittwinkel beziehungsweise Nebenwinkel aufweisen als das Unterblech, insbesondere deshalb, weil Oberblech und Unterblech nicht parallel zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Referenzebene einer zu der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik im Wesentlichen normalen Ebene oder einer zu einem Austrittsbereich der Bearbeitungsstrahloptik im Wesentlichen parallelen Ebene entsprechen. Genauer gesagt kann die Referenzebene beispielsweise einer Ebene entsprechen, die normal zu einem Abschnitt des Bearbeitungsstrahls ist, der sich zwischen dem Werkstück und der dem Werkstück im Bearbeitungsstrahlengang am nächsten liegenden Ablenkvorrichtung erstreckt. Der Austrittsbereich der Bearbeitungsstrahloptik kann dabei einem Bereich entsprechen, durch den der Bearbeitungsstrahl und/oder der Messstrahl aus der Bearbeitungsstrahloptik austritt. In jedem Fall kann der Messvorrichtung die Lagebeziehung zwischen dem Bearbeitungsstrahl und der Referenzebene bekannt sein, sodass die Messvorrichtung aus dem Bestimmen des Schnittwinkels oder des Nebenwinkels zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks und der Referenzebene eine relative Lagebeziehung und/oder den entsprechenden Einschweißwinkel zwischen dem geneigten Oberflächenabschnitt und dem Bearbeitungsstrahl ermitteln kann. Mit anderen Worten kann der entsprechende Bezug zwischen dem Schnittwinkel und der relativen Neigung bezüglich der Referenzrichtung mittels der Messvorrichtung über die Beziehung der Referenzebene und der Referenzrichtung ermittelt werden.
Die Referenzebene kann darüber hinaus eine Ebene des Koordinatensystems der Messvorrichtung bilden. Beispielsweise kann die Referenzebene der x-y-Ebene, einer zu der x-y-Ebene parallelen Ebene oder einer sonstigen Ebene des Koordinatensystems der Messvorrichtung entsprechen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Messvorrichtung zum Bestimmen des Schnittwinkels oder des Nebenwinkels eine den wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt darstellende Messinformationslinie ermitteln, die auf den aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen basiert. Durch das Abtasten des wenigstens einen Oberflächenabschnitts mittels des Messstrahls und das Durchführen von Positionsmessungen an einer Vielzahl von Messpunkten kann die Messvorrichtung unterschiedliche Höheninformationen an den einzelnen Messpunkten erfassen. Durch Interpolieren oder Extrapolieren der gemäß der Abtastung aufeinanderfolgenden Höheninformationen kann die Messvorrichtung eine Messinformationslinie bilden, die zu Berechnungszwecken den wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt darstellt. Somit können die mittels des optischen Kohärenztomographen der Messvorrichtung erfassten Höheninformationen direkt weiterverarbeitet werden, um die relative Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik zu ermitteln, ohne eine dafür erforderliche wesentliche Erhöhung der Komplexität der Messvorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Messvorrichtung den Messstrahl zum Durchführen der Positionsmessungen in einer Richtung im Wesentlichen quer zu dem Hauptbearbeitungspfad auf dem Werkstück verlagern. Die Richtung des Verlagerns des Messstrahls kann dabei von der Bearbeitungsrichtung und/oder von der vorgesehenen Abtastfigur abhängig sein. Beispielsweise kann der Messstrahl zum Durchführen der Positionsmessungen im Wesentlichen in einem Winkel von 90° zu dem Hauptbearbeitungspfad verlagerbar sein. Ferner kann dabei ein Verlagern des Messstrahls quer zum Hauptbearbeitungspfad beispielsweise in der ersten Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet vor der aktuellen Bearbeitungsposition und/oder in der zweiten Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet hinter der aktuellen Bearbeitungsposition vorgesehen sein. Die genaue Richtung des Verlagerns des Messstrahls zum Durchführen der Positionsmessungen kann ferner derart vorgesehen sein, dass mittels der Höheninformationen lediglich eine relative Neigung des zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks um eine bestimme Achse des Koordinatensystems der Messvorrichtung ermittelbar ist. Alternativ dazu kann die Richtung des Verlagerns des Messstrahls derart gewählt werden, dass eine relative Neigung um mehrere Achsen des Koordinatensystems der Messvorrichtung aus den erhaltenen Höheninformationen ermittelbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Messvorrichtung eine Steuereinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, das Bearbeitungssystem nach Maßgabe einer erfassten Ist-Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück, einer vorgesehenen Soll-Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück und der ermittelten relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik dazu zu veranlassen, den Bearbeitungsstrahl auf dem Werkstück zu verlagern. Dabei können sich die Ist-Position und die Soll-Position jeweils auf Positionen auf dem zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt beziehen, sodass sich der Abstand zwischen der Ist-Position und der Soll-Position auf eine Strecke entlang dieses Oberflächenabschnitts bezieht. Da der wenigstens eine zur Bearbeitung vorgesehene Oberflächenabschnitt des Werkstücks jedoch eine relative Neigung bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik und somit beispielsweise auch zum Bearbeitungsstrahl aufweist, muss der Bearbeitungsstrahl im Koordinatensystem der Messvorrichtung bzw. in der Referenzebene der Messvorrichtung um einen anderen Betrag als den eigentlichen Betrag des Abstands auf dem Werkstück verlagert werden. Aus diesem Grund kann die Messvorrichtung neben der erfassten Ist-Position und der vorgegebenen Soll-Position des Bearbeitungsstrahls auch die ermittelte relative Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik berücksichtigen, um den Bearbeitungsstrahl präzise auf die vorgesehene Soll-Position auf dem Werkstück zu verlagern.
Dabei kann die Steuereinheit in einer Weiterbildung der Erfindung ferner dazu eingerichtet sein, das Bearbeitungssystem dazu zu veranlassen, den Bearbeitungsstrahl in einer Verlagerungsrichtung auf dem Werkstück zu verlagern, die der Richtung der Verlagerung des Messstrahls zum Durchführen der Positionsmessungen auf dem Werkstück entspricht. Die durch die Positionsmessungen mittels des Messstrahls erfassten Höheninformationen können neben der relativen Neigung des zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks auch von der Richtung der Verlagerung des Messstrahls zum Durchführen der Positionsmessungen abhängig sein. Aus diesem Grund kann in dieser Ausführungsform ein präzises Nachregeln des Bearbeitungsstrahls auf die Soll-Position auf dem Werkstück sichergestellt werden, indem die Verlagerungsrichtung des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück an die Richtung der Verlagerung des Messstrahls zum Durchführen der Positionsmessungen auf dem Werkstück angepasst wird, aus denen die Höheninformationen zum Ermitteln der zugehörigen relativen Neigung ermittelt wurden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks, die eine Messvorrichtung der zuvor beschriebenen Art und ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten des Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls entlang eines Hauptbearbeitungspfads umfasst.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Werkstücks mittels eines Messstrahls, wobei das Werkstück zum Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls vorgesehen ist. Dabei kann das Verfahren insbesondere mittels einer Messvorrichtung der zuvor beschriebenen Art durchgeführt werden. Das Verfahren kann die Schritte umfassen:

– Erzeugen des Messstrahls mittels einer Messstrahlquelle eines optischen Kohärenztomographen;
– im Wesentlichen koaxiales Einkoppeln des Messstrahls in den Bearbeitungsstrahl;
– Projizieren des Messstrahls auf das Werkstück über eine Bearbeitungsstrahloptik; und
– Verlagern des Messstrahls auf dem Werkstück zum Durchführen von Positionsmessungen auf dem Werkstück.

Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt:

– Ermitteln einer relativen Neigung wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik anhand von aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen.

Die Referenzrichtung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einer optischen Achse des über die Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierten Bearbeitungsstrahls entsprechen. Genauer gesagt, kann die Referenzrichtung dabei einer optischen Achse eines Abschnitts des Bearbeitungsstrahls entsprechen, der sich zwischen dem Werkstück und einer dem Werkstück im Strahlengang des Bearbeitungsstrahls am nächsten liegenden Ablenkvorrichtung erstreckt.
In einer Weiterbildung kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt umfassen: Ermitteln der relativen Neigung durch Bestimmen eines Schnittwinkels zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks und einer Referenzebene der Messvorrichtung.
Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt umfassen: Ermitteln der relativen Neigung durch Bestimmen eines Nebenwinkels eines Schnittwinkels zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt und einer Referenzebene der Messvorrichtung.
Die Referenzebene kann dabei in jeder der beiden Alternativen einer zu der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik im Wesentlichen normalen Ebene oder einer zu einem Austrittsbereich der Bearbeitungsstrahloptik im Wesentlichen parallelen Ebene entsprechen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahren zudem den Schritt umfassen: Ermitteln einer den wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt darstellenden Messinformationslinie zum Bestimmen des Schnittwinkels oder des Nebenwinkels. Dabei kann die Messinformationslinie auf den aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen basieren.
In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt umfassen: Verlagern des Messstrahls in einer Richtung quer zu dem Hauptbearbeitungspfad auf dem Werkstück zum Durchführen der Positionsmessungen. Beispielsweise kann hierbei ein Verlagern des Messstrahls in einer Richtung quer zu dem Hauptbearbeitungspfad auf dem Werkstück in einer ersten Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet vor der aktuellen Bearbeitungsposition und/oder in einer Messposition in Bearbeitungsrichtung betrachtet hinter der aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück vorgesehen sein.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt umfassen: Verlagern des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück nach Maßgabe einer erfassten Ist-Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück, einer vorgegebenen Soll-Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück und der ermittelten relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik. Bei dieser Ausführungsform kann ferner vorgesehen sein, dass der Bearbeitungsstrahl in einer Verlagerungsrichtung auf dem Werkstück verlagert wird, die der Richtung der Verlagerung des Messstrahls zum Durchführen der Positionsmessungen auf dem Werkstück entspricht. Hierdurch kann trotz der relativen Neigung des zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks stets eine präzises Nachregeln und Verlagern des Bearbeitungsstrahls auf die vorgesehene Soll-Position auf dem Werkstück sichergestellt werden.
Es versteht sich, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können die in Bezug auf die Messvorrichtung beschriebenen Merkmale und Effekte entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
1 eine Übersichtsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks;
2a, 2b, 2c Ansichten zu bearbeitender Werkstücke mit unterschiedlichen relativen Neigungen bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik;
3 eine Abtastfigur mit verschiedenen Messpositionen und Messpunkten auf einem zu bearbeitenden Werkstück;
4a und 4b Darstellungen zur Erläuterung des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine Gesamtanordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Messvorrichtung 10 ist mit einem Bearbeitungssystem 12 gekoppelt und bildet gemeinsam mit diesem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 14 zum Überwachen und Bearbeiten eines Werkstücks 16.
Die Messvorrichtung 10 umfasst einen optischen Kohärenztomographen 18 und eine Messstrahloptik 20. Der optische Kohärenztomograph 18 weist den bekannten Aufbau auf und ist in 1 nicht im Detail dargestellt. Er umfasst insbesondere ein OCT-Messgerät mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines Messstrahls 22 (OCT-Messstrahl) sowie ein Spektrometer zum Detektieren einer einem Referenzstrahl überlagerten Messstrahlung. Des Weiteren kann das OCT-Messgerät einen Zirkulator umfassen, der einen Strahlteiler des optischen Kohärenztomographen 18 über eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter wahlweise mit der Messstrahlquelle oder dem Spektrometer verbindet. Das OCT-Messgerät ist ferner über den Strahlteiler mit einem Messarm und einem Referenzarm verbunden. Näheres kann dem Stand der Technik entnommen werden.
Über eine Messstrahloptik-Schnittstelle 24 ist der Messarm des optischen Kohärenztomographen 18 mit der Messstrahloptik 20 der Messvorrichtung 10 verbunden und koppelt über diese Messstrahloptik-Schnittstelle 24 den Messstrahl 22 in die Messstrahloptik 20 ein. Der Messstrahloptik-Schnittstelle 24 nachgelagert durchtritt der Messstrahl 22 eine verlagerbare Kollimationslinse 26, die in Richtung des Pfeils 28 verstellbar ist. Ferner trifft der Messstrahl 22 in der Messstrahloptik 20 auf eine erste Ablenkvorrichtung 30, die in der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung als eine bewegbare erste Ablenkvorrichtung 30 in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet ist, der sich in Richtung der beiden Pfeile 32, 34 verlagern lässt, um den Messstrahl 22 in gewünschter Weise abzulenken. Alternativ dazu kann die erste Ablenkvorrichtung 30 in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung jedoch auch als eine nicht bewegbare oder in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente ausgebildet sein, wie beispielsweise eines Taumelspiegels, einer rotierenden Keilplatte oder ähnlichem.
Das Bearbeitungssystem 12 weist eine Bearbeitungsstrahloptik 36 mit einer Bearbeitungsstrahloptik-Schnittstelle 38 auf, in die über eine optische Faser ein Laserstrahl, im Folgenden Bearbeitungsstrahl 40 genannt, zum Bearbeiten des Werkstücks 16 von einer nicht gezeigten Laserstrahlquelle eingekoppelt wird. Das zu bearbeitende Werkstück 16 besteht in dem gezeigten Beispiel aus einem ersten Werkstückteil 16' und einem zweiten separaten Werkstückteil 16'', die miteinander zu verbinden sind. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die beiden Werkstückteile 16', 16'' als ein Unter- und ein Oberblech ausgebildet und in überlappender Weise angeordnet, sodass eine Fügestelle in Form eines Überlappstoßes dargestellt ist. Dieser Überlappstoß bildet hier den vorgesehenen Hauptbearbeitungspfad, der sich in 1 im Wesentlichen in x-Richtung erstreckt. Es versteht sich, dass alternativ dazu auch ein Überwachen eines Bearbeitens zweier nebeneinander angeordneter Werkstückteile mit einem dazwischenliegenden Fügespalt mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 möglich ist.
Der Bearbeitungsstrahl 40 durchläuft in der Bearbeitungsstrahloptik 36 eine weitere Kollimationslinse 42, die gemäß dem Pfeil 44 in ihrer Lage verstellbar ist. In der Folge trifft der Bearbeitungsstrahl 40 auf einen halbdurchlässigen Spiegel 46 und wird zu einer bewegbaren zweiten Ablenkvorrichtung 48 reflektiert. Die bewegbare zweite Ablenkvorrichtung 48 ist in 1 ebenfalls in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet, der sich in Richtung der beiden Pfeile 50, 52 verlagern lässt, um den Bearbeitungsstrahl 40 in gewünschter Weise abzulenken. Auch hier ist anstelle des gezeigten Galvanometerscanners eine Ausbildung der bewegbaren zweiten Ablenkvorrichtung 48 in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente möglich, wie beispielsweise eines Taumelspiegels, einer rotierenden Keilplatte oder ähnlichem.
Der zweiten bewegbaren Ablenkvorrichtung 48 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fokuslinse 54 nachgelagert, die von dem Bearbeitungsstrahl 40 durchtreten wird und diesen zum Bearbeiten auf das Werkstück 16 fokussiert. Es versteht sich, dass alternativ auch eine vorgelagerte Anordnung der Fokuslinse 54 zu der zweiten Ablenkvorrichtung 48 möglich ist, um den Bearbeitungsstrahl 40 zu fokussieren. Der fokussierte Bearbeitungsstrahl 40 durchtritt anschließend einen Austrittsbereich 56 der Bearbeitungsstrahloptik 36, bevor er auf das zu bearbeitende Werkstück 16 trifft.
In 1 ist ferner eine optische Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 in einem Abschnitt des Bearbeitungsstrahls 40 zwischen der zweiten Ablenkvorrichtung 48 und dem Werkstück 16 gezeigt und durch eine Strichpunktlinie dargestellt.
Die Bearbeitungsstrahloptik 36 des Bearbeitungssystems 12 ist mit der Messstrahloptik 20 der Messvorrichtung 10 in einer Weise gekoppelt, dass sie eine gemeinsame Schnittstelle 60 aufweisen. Über diese gemeinsame Schnittstelle 60 wird der Messstrahl 22 nach dem Ablenken durch die erste Ablenkvorrichtung 30 in das Bearbeitungssystem 12 bzw. die Bearbeitungsstrahloptik 36 eingekoppelt. Genauer gesagt trifft der Messstrahl 22 auf den halbdurchlässigen Spiegel 46 und durchtritt diesen, wodurch der Messstrahl 22 im Wesentlichen koaxial in den Bearbeitungsstrahl 40 eingekoppelt wird. Mit anderen Worten überlagert der Messstrahl 22 den Bearbeitungsstrahl 40 im Strahlengang zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel 46 und dem Werkstück 16 im Wesentlichen koaxial. Somit trifft der Messstrahl 22 ebenfalls auf die bewegbare zweite Ablenkvorrichtung 48 und durchtritt anschließend die Fokuslinse 54 und den Austrittsbereich 56, nachdem er von der bewegbaren zweiten Ablenkvorrichtung 48 abgelenkt worden ist. Aus Übersichtsgründen ist der Messstrahl 22 in 1 durch eine einzelne durchgehende Linie dargestellt.
Das Bearbeitungssystem 12 ist dafür vorgesehen, den Bearbeitungsstrahl 40 zum Bearbeiten des Werkstücks 16 entlang eines Hauptbearbeitungspfads auf dem Werkstück 16 zu verlagern, der sich in der in 1 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen in x-Richtung erstreckt. Zum Überwachen dieses Bearbeitungsprozesses ist die Messvorrichtung 10 dazu eingerichtet, den Messstrahl 22 in einem Umgebungsbereich der Bearbeitungsposition gemäß einer vorgegebenen Abtastfigur auf dem Werkstück 16 zu verlagern. Eine mögliche Abtastfigur wird weiter unten in Bezug auf 3 beschrieben.
Wie aus 1 zu erkennen ist, weist das Werkstück 16 in der gezeigten Ausführungsform eine relative Neigung bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik 36 auf, wobei die Referenzrichtung in dem gezeigten Beispiel der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 entspricht.
In den im Folgenden beschriebenen Figuren sind vergleichbare bzw. gleiche und gleichwirkende Komponenten und Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen. Die Komponenten und Merkmale, die in Bezug auf die weiteren Figuren nicht erneut beschrieben sind, ähneln in ihrer Ausbildung und Funktion den entsprechenden Komponenten und Merkmalen gemäß 1.
Die 2a bis 2c zeigen beispielhaft verschiedene relative Neigungen eines Werkstücks 16, genauer gesagt wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts eines Werkstücks 16, bezüglich einer Referenzrichtung 58 der Bearbeitungsstrahloptik (in den 2a bis 2c nicht gezeigt). Die Referenzrichtung 58 und der Bearbeitungsstrahl der Bearbeitungsstrahloptik sind dabei in den 2a bis 2c jeweils gemeinsam durch einen Pfeil 40, 58 dargestellt, der in diesen Ausführungsbeispielen der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 entspricht. Als ein zur Bearbeitung vorgesehener Oberflächenabschnitt des Werkstücks 16 kann in den 2a bis 2c beispielsweise das gezeigte Oberblech 16' und/oder das gezeigte Unterblech 16'' angesehen werden. Beispielsweise kann ein zur Bearbeitung vorgesehener Oberflächenabschnitt des Werkstücks 16 jedoch auch nur einen Teil des Oberblechs 16' und/oder des Unterblechs 16'' bezeichnen.
2a zeigt eine relative Neigung des gesamten Werkstücks 16 bezüglich der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40. Dabei weist das Werkstück 16 eine vergleichsweise starke relative Neigung um die in 2a gezeigte x-Achse auf, sodass der Bearbeitungsstrahl 40 in einem vergleichsweise spitzen bzw. kleinen Einschweißwinkel ε auf das Werkstück 16 trifft. Dabei ist der Einschweißwinkel ε in der gezeigten Ausführungsform als Winkel zwischen der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 und der Oberfläche des Unterblechs 16'' dargestellt. Ein vergleichsweise spitzer Einschweißwinkel ε kann in der Praxis erwünscht sein, da sich das erzeugte Schmelzbad 62 dadurch im Wesentlichen in einer Richtung entlang der Kontaktfläche zwischen dem Oberblech 16' und dem Unterblech 16'' erstreckt. Ferner ist aus 2a zu erkennen, dass bei einem derartigen kleinen Einschweißwinkel ε auch eine Hinterschneidung im Oberblech 16' sowie im Unterblech 16'' vermieden wird.
Demgegenüber ist der in 2b gezeigte vergleichsweise große Einschweißwinkel ε in der Praxis unvorteilhaft. Dieser resultiert in der gezeigten Ausführungsform aus der vergleichsweise geringen relativen Neigung des Werkstücks 16 bezüglich der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40. In der in 2b gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das durch den Bearbeitungsstrahl 40 gebildete Schmelzbad 62 im Wesentlichen in z-Richtung über die gesamte Breite des Unterblechs 16''. Dies kann zu ungewünschten Beschädigungen und/oder Rückständen auf der Rückseite des Unterblechs 16'' führen. Zudem ist aus 2b zu erkennen, dass das Schmelzbad 62 an dem Oberblech 16' eine Hinterschneidung bildet, die sich ebenfalls negativ auf die Werkstückbearbeitung auswirken kann.
2c zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Oberblech 16' einen Anstellwinkel γ gegenüber dem Unterblech 16'' aufweist, wodurch sich eine Neigung des Oberblechs 16' relativ zu der optischen Achse 58 und somit ein Einschweißwinkel ε ergibt. Eine derartige Anordnung des Oberblechs 16' und des Unterblechs 16'' des Werkstücks 16 kann insbesondere bei einer Bearbeitung von verzinkten Werkstücken vorgesehen sein, um eine Zinkentgasung in den Bereich zwischen dem Oberblech 16' und dem Unterblech 16'' zu ermöglichen. Somit kann durch den Anstellwinkel γ verhindert werden, das Zinkgas in Richtung des Schmelzbads 62 entweicht und Poren in der Schweißnaht bildet. Damit das Zinkgas jedoch ausreichend entweichen kann und die Schweißnahtgüte nicht negativ beeinflusst, muss ein ausreichend großer Anstellwinkel γ zwischen dem Oberblech 16' und dem Unterblech 16'' vorgesehen sein.
Aus den in Bezug auf die 2a bis 2c beschriebenen vorteilhaften und nachteiligen beispielhaften relativen Neigungen wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks 16 bezüglich der Referenzrichtung 58 der Bearbeitungsstrahloptik ist ersichtlich, dass ein Ermitteln dieser relativen Neigung zum Überwachen und Nachregeln des Bearbeitungsprozesses vorteilhaft ist. Ein Nachregeln des Bearbeitungsprozesses kann dabei beispielsweise ein Ändern der relativen Neigung des Oberflächenabschnitts durch Verlagern des Werkstücks und/oder der Bearbeitungsstrahloptik 36 beschreiben, um z. B. den Einschweißwinkel ε zu ändern. Ferner kann ein Nachregeln des Bearbeitungsprozesses auch ein Verlagern des Bearbeitungsstrahls 40 und/oder des Messstrahls 22 auf der Werkstückoberfläche beschreiben. Zudem kann durch ein Ermitteln der relativen Neigung des wenigstens einen Oberflächenabschnitts des Werkstücks 16 bezüglich der Referenzrichtung 58 der Bearbeitungsstrahloptik 36 z. B. überprüft werden, ob ein ausreichend großer Anstellwinkel γ eines Werkstückteils 16' vorhanden ist.
Ein Ermitteln der relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik kann mittels der in 1 gezeigten Messvorrichtung 10 realisiert werden. Dazu kann der Messstrahl 22 des optischen Kohärenztomographen 18 über die erste und die zweite bewegbare Ablenkvorrichtung 30, 48 gemäß der in 3 gezeigten beispielhaften Abtastfigur auf dem Werkstück 16 verlagert werden.
3 zeigt eine Draufsicht auf ein Werkstück 16, das ein Oberblech 16' und ein Unterblech 16'' umfasst, die bereits teilweise miteinander verbunden und weiter miteinander zu verbinden sind. Gemäß der gezeigten Abtastfigur soll der Messstrahl auf dem Werkstück 16 in eine erste Messposition 64, eine zweite Messposition 66 und eine dritte Messposition 68 verlagert werden. Die erste Messposition 64 liegt dabei in einer Bearbeitungsrichtung BR betrachtet vor einer aktuellen Bearbeitungsposition 70, während die zweite Messposition in Bearbeitungsrichtung BR betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition 70 liegt. Die dritte Messposition 68 liegt ferner im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition 70. Ferner ist aus 3 zu erkennen, dass der Messstrahl in den einzelnen Messpositionen 64, 66, 68 zum Abtasten der Werkstückoberfläche auf verschiedene Messpunkte P verlagert werden soll. Dabei ist in der ersten und zweiten Messposition 64, 66 jeweils eine Verlagerung des Messstrahls quer zum Hauptbearbeitungspfad vorgesehen. In der dritten Messposition 68 ist dagegen eine Verlagerung des Messstrahls im Wesentlichen in Bearbeitungsrichtung BR entlang des Hauptbearbeitungspfads vorgesehen. An jedem der einzelnen Messpunkte P der Abtastfigur werden mittels des Messstrahls und des optischen Kohärenztomographen Höheninformationen an der aktuellen Position des Messpunkts P auf dem Werkstück erfasst.
Beispielhafte Darstellungen von mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 erfassbaren Messinformationen sind in den 4a und 4b für unterschiedliche relative Neigungen eines Werkstücks 16 bezüglich einer Referenzrichtung 58 gezeigt. Die 4a und 4b veranschaulichen dabei beispielhaft ein Durchführen von Positionsmessungen im Bereich der in 3 gezeigten ersten oder zweiten Messposition auf dem Werkstück 16. Das bedeutet, dass der Messstrahl 22 in den in den 4a und 4b gezeigten Beispielen quer zum Hauptbearbeitungspfad verlagert wird.
Zur Erläuterung des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung ist in den 4a und 4b auf der linken Seite jeweils ein mittels des Messstrahls 22 abzutastendes und mittels des Bearbeitungsstrahls 40 zu bearbeitendes Werkstück 16 gezeigt, während auf der rechten Seite schematisch die daraus erhaltenen Messinformationen in einem Diagramm dargestellt sind. Das Diagramm entspricht dabei beispielhaft einem Koordinatensystem der Messvorrichtung.
4a zeigt ein Werkstück 16, dass keine relative Neigung bezüglich der Referenzrichtung 58, d. h. der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40, aufweist. Auf dem Werkstück 16 ist eine Mehrzahl an Messpunkten P für die Positionsmessung mittels des Messstrahls zu erkennen, die quer zum Hauptbearbeitungspfad aufeinanderfolgend angeordnet sind. Der Messstrahl 22 tastet durch ein Verlagern auf die einzelnen Messpunkte jeweils einen Abschnitt des Oberblechs 16' sowie des Unterblechs 16'' ab. Ferner ist auf der linken Seite in 4a ein vorgesehener Versatz bzw. ein Abstand 72 zwischen einer Ist-Bearbeitungsposition 74 und einer Soll-Bearbeitungsposition 76 des Bearbeitungsstrahls 40 auf dem Werkstück 16 dargestellt.
Der Abstand bzw. die vorgesehene Soll-Verlagerung 72 ist ebenfalls in dem in 4a gezeigten Diagramm auf der rechten Seite dargestellt. Darin wird der Betrag der Soll-Verlagerung zwischen der Ist-Bearbeitungsposition 74 und der Soll-Bearbeitungsposition 76 in dem Koordinatensystem der Messvorrichtung üblicherweise durch die Formel Δy = |Ist – Bearbeitungsposition – Soll – Bearbeitungsposition| beschrieben.
Des Weiteren zeigt das Diagramm die durch die Positionsmessungen auf dem Werkstück 16 erhaltenen Höheninformationen, die in dem Diagramm über der y-Achse aufgetragen sind. Die durch das Abtasten des Oberblechs 16' und des Unterblechs 16'' erfassten Höheninformationen sind dabei für jedes der beiden Bleche 16', 16'' konstant. Es ist jedoch deutlich der erfasste Sprung im Bereich des Fügestoßes, d. h. beim Übergang des Messstrahls zwischen dem Oberblech 16' und dem Unterblech 16'', zu erkennen. Es versteht sich, dass die 4a und 4b jeweils eine vereinfachte Darstellung zeigen, bei der die Oberflächenbeschaffenheit sowie Toleranzschwankungen aus Übersichtsgründen unberücksichtigt bleiben.
Soll der Bearbeitungsstrahl 40 beim Nachregeln des Bearbeitungsprozesses um den Betrag des Abstands 72 in Richtung des Oberblechs 16' von der Ist-Bearbeitungsposition 74 auf die Soll-Bearbeitungsposition 76 verlagert werden, kann die Messvorrichtung bei dem in 4a gezeigten Beispiel eine entsprechende Verlagerung des Bearbeitungsstrahls um den Betrag Δy in dem auf der rechten Seite der 4a gezeigten Koordinatensystem der Messvorrichtung veranlassen. Da das in 4a dargestellt Werkstück 16 keine relative Neigung bezüglich der Referenzrichtung bzw. der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 aufweist, entspricht der Betrag Δy im Koordinatensystem der Messvorrichtung gleichzeitig dem Betrag des gewünschten Versatzes 72 auf der Oberfläche des Werkstücks 16.
Demgegenüber ist in 4b ein Werkstück 16 gezeigt, das eine relative Neigung bezüglich der Referenzrichtung bzw. der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 aufweist. Auch hier wird der Messstrahl 22 auf eine Mehrzahl an Messpunkten P zum Durchführen der Positionsmessungen quer zum Hauptbearbeitungspfad auf dem Werkstück 16 verlagert, was der Darstellung auf der linken Seite der 4b zu entnehmen ist.
Aufgrund der relativen Neigung des Werkstücks 16 erfasst der Messstrahl für jeden der Messpunkte P unterschiedliche Höheninformationen, wodurch sich in dem auf der rechten Seite der 4b gezeigten Koordinatensystem der Messvorrichtung eine schräge Messlinie 80, 82 für jedes der beiden Bleche 16', 16'' ergibt. Auch hier ist der Sprung im Bereich des Fügestoßes zwischen dem Oberblech 16' und dem Unterblech 16'' zu erkennen.
Soll der Bearbeitungsstrahl 40 auf dem in 4b gezeigten Werkstück 16 (linke Seite) um den Betrag des gewünschten Abstands 72 von der Ist-Bearbeitungsposition 74 auf die Soll-Bearbeitungsposition 76 verlagert werden, muss die Messvorrichtung dazu die relative Neigung des Werkstücks 16 berücksichtigen. Es sei erwähnt, dass in 4b als Ist-Bearbeitungsposition 74 die äußere Kante des Oberblechs 16' im Bereich des Fügestoßes bezeichnet wird, da der Bearbeitungsstrahl 40 in der gezeigten Darstellung im Bereich des Fügestoßes auf das Werkstück 16 trifft.
Würde die Messvorrichtung in dem in 4b gezeigten Beispiel eine Verlagerung des Bearbeitungsstrahls 40 um den Betrag des Abstands 72 in y-Richtung des auf der rechten Seite gezeigten Koordinatensystems der Messvorrichtung veranlassen, würde dies lediglich in einer tatsächlichen Verlagerung des Bearbeitungsstrahls 40 auf dem Oberblech 16' um einen Betrag 78 resultieren. Der Betrag 78 ist dabei wesentlich geringer als der Betrag des vorgesehenen Abstands 72.
Die vorgesehene Soll-Verlagerung des Bearbeitungsstrahls 40 auf der Werkstückoberfläche gemäß dem Betrag des Abstands 72 kann daher bei einer relativen Neigung des Werkstücks oder eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik nicht mit der Soll-Verlagerung Δy im Koordinatensystem der Messvorrichtung gleichgesetzt werden. Vielmehr muss die Soll-Verlagerung Δy im Koordinatensystem der Messvorrichtung unter Berücksichtigung der relativen Neigung des Werkstücks berechnet werden, um die vorgesehene Verlagerung des Bearbeitungsstrahls 40 von der Ist-Bearbeitungsposition 74 auf die Soll-Bearbeitungsposition 76 auf der Werkstückoberfläche zu erreichen.
Eine Berechnung der Soll-Verlagerung Δy im Koordinatensystem der Messvorrichtung in y-Richtung wird dabei in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mithilfe der trigonometrischen Funktionen durchgeführt. Demnach ist
In dem in 4b gezeigten Ausführungsbeispiel weisen das Oberblech 16' und das Unterblech 16'' dieselbe relative Neigung und daher denselben Betrag des Winkels α und des Winkels β auf. Jedoch sei erwähnt, dass sich die Winkel α und β auch voneinander unterscheiden können. In diesem Fall richtet sich die Berechnung von Δy nach dem Betrag des Winkels, der dem zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks zugehörig ist, auf dem der Bearbeitungsstrahl 40 verlagert werden soll.
Die in 4b gezeigten Winkel α und β entsprechend jeweils einem Schnittwinkel zwischen einem Oberflächenabschnitt des Werkstücks 16 und einer Referenzebene der Messvorrichtung. In der gezeigten Ausführungsform stellt die Referenzebene eine zur x-y-Ebene des Koordinatensystems der Messvorrichtung parallele Ebene dar. Somit entspricht die Referenzebene einer zu der optischen Achse 58 des Bearbeitungsstrahls 40 normalen Ebene.
Den Betrag des jeweiligen Schnittwinkels α, β ermittelt die Messvorrichtung 10 aus der jeweiligen Messlinie 80, 82 eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks, wobei die Messlinien 80, 82 auf den jeweils zugehörigen aus den Positionsmessungen erfassten Höheninformationen basieren. Mit anderen Worten ermittelt die Messvorrichtung 10 anhand von aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen eine relative Neigung wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks 16 bezüglich einer Referenzrichtung 58 der Bearbeitungsstrahloptik, wobei die Referenzrichtung 58 in der gezeigten Ausführungsform einer optischen Achse 58 des über die Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück 16 projizierten Bearbeitungsstrahls 40 entspricht. Der entsprechende Bezug zwischen dem ermittelten Schnittwinkel α, β und der relativen Neigung bezüglich der Referenzrichtung kann mittels der Messvorrichtung über die Beziehung der Referenzebene und der Referenzrichtung ermittelt werden.
Indem die relative Neigung des Werkstücks 16 über das Bestimmen des Schnittwinkels α, β ermittelt wird und in die Berechnung der Soll-Verlagerung Δy des Bearbeitungsstrahls 40 im Koordinatensystem der Messvorrichtung einfließt, kann eine präzise tatsächliche Verlagerung des Bearbeitungsstrahls 40 um den Abstand 72 von der Ist-Bearbeitungsposition 74 auf die Soll-Bearbeitungsposition 76 auf der Werkstückoberfläche sichergestellt werden.
Aus dem in Bezug auf 4b erläuterten Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung geht hervor, dass das entsprechende Ermitteln einer relativen Neigung eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik alternativ oder zusätzlich auch für weitere Nachregelungsprozesse verwendet werden kann. So kann beispielsweise durch Verstellen der Bearbeitungsstrahloptik und/oder Verlagern des Werkstücks die relative Neigung des Oberflächenabschnitts verändert werden. Eine mögliche Notwendigkeit der Veränderung der relativen Neigung eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts eines Werkstücks bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik wurde in Bezug auf die 2a bis 2c erläutert.

Claims

Messvorrichtung (10) für ein Bearbeitungssystem (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (16) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (40) entlang eines Hauptbearbeitungspfads, wobei die Messvorrichtung (10) mit dem Bearbeitungssystem (12) verbunden oder verbindbar ist und einen optischen Kohärenztomographen (18) mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines Messstrahls (22) umfasst, wobei der Messstrahl (22) im Wesentlichen koaxial in den Bearbeitungsstrahl (40) einkoppelbar und über eine Bearbeitungsstrahloptik (36) des Bearbeitungssystems (12) auf das Werkstück (16) projizierbar ist, wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den Messstrahl (22) in einer Richtung auf dem Werkstück (16) zu verlagern, um mittels des Messstrahls (22) Positionsmessungen auf dem Werkstück (16) durchzuführen, und wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, während des Bearbeitens anhand von aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen eine relative Neigung wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks (16) bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36) zu ermitteln.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Referenzrichtung eine optische Achse (58) des über die Bearbeitungsstrahloptik (36) auf das Werkstück (16) projizierten Bearbeitungsstrahls (40) ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die relative Neigung durch Bestimmen eines Schnittwinkels (α, β) zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks (16) und einer Referenzebene der Messvorrichtung (10) zu ermitteln.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die relative Neigung durch Bestimmen eines Nebenwinkels eines Schnittwinkels (α, β) zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks (16) und einer Referenzebene der Messvorrichtung (10) zu ermitteln.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Referenzebene einer zu der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36) im Wesentlichen normalen Ebene oder einer zu einem Austrittsbereich (56) der Bearbeitungsstrahloptik (36) im Wesentlichen parallelen Ebene entspricht.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Messvorrichtung (10) zum Bestimmen des Schnittwinkels (α, β) oder des Nebenwinkels eine den wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt darstellende Messinformationslinie (80, 82) ermittelt, die auf den aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen basiert.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (10) den Messstrahl (22) zum Durchführen der Positionsmessungen in einer Richtung quer zu dem Hauptbearbeitungspfad auf dem Werkstück (16) verlagert.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (10) eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Bearbeitungssystem (12) nach Maßgabe einer erfassten Ist-Position (74) des Bearbeitungsstrahls (40) auf dem Werkstück (16), einer vorgegebenen Soll-Position (76) des Bearbeitungsstrahls (40) auf dem Werkstück (16) und der ermittelten relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks (16) bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36) dazu zu veranlassen, den Bearbeitungsstrahl (40) auf dem Werkstück (16) zu verlagern.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, das Bearbeitungssystem (12) dazu zu veranlassen, den Bearbeitungsstrahl (40) in einer Verlagerungsrichtung auf dem Werkstück (16) zu verlagern, die der Richtung der Verlagerung des Messstrahls (22) zum Durchführen der Positionsmessungen auf dem Werkstück (16) entspricht.
Vorrichtung (14) zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks (16), die eine Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche und ein Bearbeitungssystem (12) umfasst.
Verfahren zum Überwachen eines Werkstücks (16) mittels eines Messstrahls (22), wobei das Werkstück (16) zum Bearbeiten mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (40) vorgesehen ist, wobei das Verfahren insbesondere mittels einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Erzeugen des Messstrahls (22) mittels einer Messstrahlquelle eines optischen Kohärenztomographen (18); – im Wesentlichen koaxiales Einkoppeln des Messstrahls (22) in den Bearbeitungsstrahl (40); – Projizieren des Messstrahls (22) auf das Werkstück (16) über eine Bearbeitungsstrahloptik (36); – Verlagern des Messstrahls (22) auf dem Werkstück (16) zum Durchführen von Positionsmessungen auf dem Werkstück (16); und – Ermitteln einer relativen Neigung wenigstens eines zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks (16) bezüglich einer Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36) anhand von aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen während des Bearbeitens.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Referenzrichtung eine optische Achse (58) des über die Bearbeitungsstrahloptik (36) auf das Werkstück (16) projizierten Bearbeitungsstrahls (40) ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Ermitteln der relativen Neigung durch Bestimmen eines Schnittwinkels (α, β) zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt des Werkstücks (16) und einer Referenzebene der Messvorrichtung (10).
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Ermitteln der relativen Neigung durch Bestimmen eines Nebenwinkels eines Schnittwinkels (α, β) zwischen dem wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt und einer Referenzebene der Messvorrichtung (10).
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Referenzebene einer zu der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36) im Wesentlichen normalen Ebene oder einer zu einem Austrittsbereich (56) der Bearbeitungsstrahloptik (36) im Wesentlichen parallelen Ebene entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Ermitteln einer den wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitt darstellenden Messinformationslinie (80, 82) zum Bestimmen des Schnittwinkels (α, β) oder des Nebenwinkels, wobei die Messinformationslinie (80, 82) auf den aus den Positionsmessungen erhaltenen Höheninformationen basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Verlagern des Messstrahls (22) in einer Richtung quer zu dem Hauptbearbeitungspfad auf dem Werkstück (16) zum Durchführen der Positionsmessungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Verlagern des Bearbeitungsstrahls (40) auf dem Werkstück (16) nach Maßgabe einer erfassten Ist-Position (74) des Bearbeitungsstrahls (40) auf dem Werkstück (16), einer vorgegebenen Soll-Position (76) des Bearbeitungsstrahls (40) auf dem Werkstück (16) und der ermittelten relativen Neigung des wenigstens einen zur Bearbeitung vorgesehenen Oberflächenabschnitts des Werkstücks (16) bezüglich der Referenzrichtung der Bearbeitungsstrahloptik (36).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Verlagern des Bearbeitungsstrahls (40) in einer Verlagerungsrichtung auf dem Werkstück (16), wobei die Verlagerungsrichtung der Richtung der Verlagerung des Messstrahls (22) zum Durchführen der Positionsmessungen auf dem Werkstück (16) entspricht.