DE102016008184B4

DE102016008184B4 - Messvorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses zur Materialbearbeitung eines Werkstücks unter synchroner Ansteuerung eines Bearbeitungsscanners und eines Referenzarmscanners sowie System zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks mit einer Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102016008184B4
Application number: DE102016008184.8A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Lessmüller; Christian Truckenbrodt
Original assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: DE102016008184A1

Abstract

Messvorrichtung (10) zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, die mit einer Bearbeitungsvorrichtung (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (16) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (60) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Messvorrichtung (10) umfasst:einen optischen Kohärenztomographen (18) mit einer Messstrahlquelle (22) zum Erzeugen eines optischen Messstrahls (32) und eines optischen Referenzstrahls (34);einen den optischen Messstrahl (32) führenden Messarm (36), der einen Bearbeitungsscanner (54) mit wenigstens einer den optischen Messstrahl (32) beeinflussenden optischen Komponente aufweist, um den optischen Messstrahl (32) auf das Werkstück (16) zu projizieren und/oder zu fokussieren, wobei die wenigstens eine den optischen Messstrahl (32) beeinflussende optische Komponente eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung (62) umfasst, um den optischen Messstrahl (32) auf dem Werkstück (16) zu verlagern; undeinen den optischen Referenzstrahl (34) führenden Referenzarm (37), der einen Referenzarmscanner (94) mit wenigstens einer den optischen Referenzstrahl (34) beeinflussenden optischen Komponente aufweist, die eine bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) umfasst, um den optischen Referenzstrahl (34) auf einer den optischen Referenzstrahl (34) reflektierenden Reflexionseinrichtung (104) des Referenzarms (37) zu verlagern; dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische und dynamische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) des Referenzarmscanners (94) im Wesentlichen der geometrischen und dynamischen Ausbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (62) des Bearbeitungsscanners (54) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, ein System zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses. Die Messvorrichtung ist mit einer Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls verbunden oder verbindbar. Die Messvorrichtung umfasst einen optischen Kohärenztomographen mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines optischen Messstrahls und eines optischen Referenzstrahls. Ferner umfasst die Messvorrichtung einen den optischen Messstrahl führenden Messarm, der einen Bearbeitungsscanner mit wenigstens einer den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponente aufweist, um den optischen Messstrahl auf das Werkstück zu projizieren und/oder zu fokussieren, wobei die wenigstens eine den optischen Messstrahl beeinflussende optische Komponente eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung umfasst, um den optischen Messstrahl auf dem Werkstück zu verlagern. Zudem umfasst die Messvorrichtung einen den optischen Referenzstrahl führenden Referenzarm, der einen Referenzarmscanner mit wenigstens einer den optischen Referenzstrahl beeinflussenden optischen Komponente aufweist, die eine bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung umfasst, um den optischen Referenzstrahl auf einer den optischen Referenzstrahl reflektierenden Reflexionseinrichtung des Referenzarms zu verlagern.
Derartige Messvorrichtungen, die während eines Bearbeitens eines Werkstücks ein gleichzeitiges Überwachen der Bearbeitung ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden insbesondere bei Lasermaterialbearbeitungsprozessen Anwendung. Hierbei wird ein hochenergetischer Bearbeitungsstrahl in Form eines Laserbearbeitungsstrahls verwendet, um auf ein oder mehrere Werkstücke oder Werkstückteile einzuwirken, etwa um diese miteinander zu verschweißen. Im Wesentlichen zeitgleich zu der Bearbeitung werden mittels des optischen Messstrahls Positionsmessungen auf dem Werkstück durchgeführt.
Die Messvorrichtung kann mit der Bearbeitungsvorrichtung gekoppelt und an einem Roboter angebracht sein, sodass diese gemeinsam mittels des Roboters in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines Hauptbearbeitungspfads bewegbar sind. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungsstrahl auch durch ein Verlagern des Bearbeitungsstrahls und/oder ein Bewegen des Werkstücks realisiert werden. Durch bewegbare Optiken, wie beispielsweise die Messstrahlablenkeinrichtung, können der optische Messstrahl und/oder der Bearbeitungsstrahl zusätzlich oder alternativ zu der Roboterbewegung auf dem Werkstück verlagert werden. Hierbei kann insbesondere eine Oszillationsbewegung des optischen Messstrahls und/oder des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls erzeugt werden.
In bekannten Messvorrichtungen wird vermehrt das Verfahren der optischen Kohärenztomographie (engl.: Optical Coherence Tomography, OCT) verwendet. Dieses basiert auf dem Grundprinzip der Interferenz von Lichtwellen und daraus resultierenden Effekten. Die optische Kohärenztomographie ermöglicht es, auch Höhenunterschiede entlang einer optischen Messstrahlachse im Mikrometerbereich zu erfassen. Dazu wird mittels der Messstrahlquelle des optischen Kohärenztomographen Messlicht erzeugt und mittels eines Strahlteilers in den optischen Messstrahl und den optischen Referenzstrahl aufgetrennt. Der optische Messstrahl durchläuft den Messarm und trifft an einem Ende des Messarms auf das zu überwachende bzw. zu bearbeitende Werkstück. An diesem wird der optische Messstrahl zumindest teilweise reflektiert und an den Strahlteiler zurückgeführt. Der optische Referenzstrahl durchläuft den Referenzarm und wird an einem Ende des Referenzarms zumindest teilweise reflektiert, woraufhin der reflektierte optische Referenzstrahl ebenfalls an den Strahlteiler zurückgeführt wird. Die Überlagerung des reflektierten optischen Messstrahls und des reflektierten optischen Referenzstrahls wird schließlich detektiert, um unter Berücksichtigung der Länge des Referenzarms Höheninformationen an dem jeweiligen Messpunkt zu erhalten.
Vor diesem Hintergrund versteht sich, dass das Durchführen von Positionsmessungen mittels des optischen Messstrahls im Sinne der Erfindung als ein Erfassen von Messinformationen an einem aktuellen Messpunkt auf dem Werkstück zu verstehen ist. Diese Messinformationen können neben Höheninformationen, d.h. beispielsweise topographischen Informationen über die Werkstückoberfläche und/oder Informationen bezüglich einer Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls, weitere Informationen über die Lage des aktuellen Messpunkts auf dem Werkstück umfassen, die mit den Höheninformationen verknüpft werden können.
Ein Überwachen des Bearbeitungsprozesses durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 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.
Obgleich mit diesem Stand der Technik der Vorteil erzielt wird, dass auch in Werkstücktiefenrichtung Messungen durchgeführt werden können, unterliegt diese Lösung in der praktischen Umsetzung einigen Schwierigkeiten. Ein Problem besteht darin, dass der optische Weg in dem Messarm, d.h. der optische Weg, der von dem optischen Messstrahl bis zum Auftreffen auf dem Werkstück und von diesem reflektiert wieder zurück zum Erfassen von Messinformationen durchlaufen wird, nicht konstant ist. Im Hinblick auf den vorgesehenen Einsatz der optischen Kohärenztomographie ist es daher erforderlich, diese Längenveränderung des Messarms bzw. die Längenveränderung des optischen Wegs den der Messstrahl in dem Messarm durchläuft in dem Referenzarm entsprechend zu kompensieren und den Referenzarm daran anzupassen. Im Stand der Technik werden dazu verschiedene konstruktive Ausgestaltungen des Referenzarms vorgeschlagen, die zum Teil sehr aufwendig sind.
So ist aus dem Dokument EP 1 977 850 B1 eine Bearbeitungseinrichtung bekannt, die eine als optischer Kohärenztomograph ausgebildete Abtasteinrichtung umfasst. Der Referenzarm des optischen Kohärenztomographen weist eine bekannte Länge auf, die einstellbar ist. Gemäß dem Dokument EP 1 977 850 B1 soll eine Längenänderung des Referenzarms dadurch erreicht werden, dass der Referenzarm durch eine Glasfaserwicklung gebildet wird, die auf einem aus piezoelektrischem Material gefertigten Wickelkern aufgebracht ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird eine gezielte Ausdehnung des Wickelkerns und somit eine Dehnung der Glasfaserwicklung des Referenzarms herbeigeführt. Dadurch kann der durchlaufene optische Weg nach Maßgabe der Ausdehnung des Wickelkerns entsprechend verlängert werden.
Durch das Ausgleichen einer Luftstrecke in dem Messarm mittels einer Faserstrecke in dem Referenzarm entstehen jedoch Brechungs- und Dispersionseffekte, aufgrund der unterschiedlichen optischen Eigenschaften der in dem optischen Weg liegenden Komponenten sowie der durchlaufenen Medien. Eine solche Dispersion muss wiederum korrigiert werden, um eine hinreichend genaue Messung mit dem optischen Kohärenztomographen zu gewährleisten, was eine komplexe Ausgestaltung des Gesamtsystems erfordert.
Des Weiteren offenbart das Dokument WO 2014/138939 A1 eine Messvorrichtung mit einem optischen Kohärenztomographen, die einen Messarm und einen Referenzarm umfasst. Eine Reflexionseinrichtung des Referenzarms wird gemeinsam mit einer verlagerbaren Fokuslinse des Messarms verlagert, wodurch sich die Länge des Referenzarms verändert. Ferner wird vorgeschlagen, den Referenzarm zusätzlich mit einem einstellbaren Abschnitt zu versehen, dessen Lage im Referenzarm verändert werden kann, um die Länge des Referenzarms im Wesentlichen an die Länge des Messarms anzupassen.
Eine weitere Bearbeitungsvorrichtung, die einen optischen Kohärenztomographen umfasst, ist aus dem Dokument DE 10 2013 008 269 A1 bekannt, welches als der nächstliegende Stand der Technik der vorliegenden Erfindung angesehen wird. Dieses Dokument sieht vor, in dem Referenzarm des optischen Kohärenztomographen einen Weglängenmodulator anzuordnen, der die optische Weglänge in dem Referenzarm nach Maßgabe einer Brennweite einer Fokussieroptik der Bearbeitungsvorrichtung nachführt. Der Weglängenmodulator umfasst eine Vielzahl von endseitig verspiegelten optischen Kanälen unterschiedlicher Länge sowie einen optischen Schalter, mit dem ein Referenzstrahl sequentiell in jeweils einen der optischen Kanäle einkoppelbar ist. Der optische Schalter ist dabei als beweglich gelagerter Spiegel ausgebildet. Ferner können gemäß dem Dokument DE 10 2013 008 269 A1 anstelle der optischen Kanälen auch mehrere Planspiegel vorgesehen sein.
Ein Nachteil der zuvor beschriebenen Vorrichtungen besteht darin, dass eine komplizierte Berechnung notwendig ist, um die Referenzarmlänge während eines Betriebs der jeweiligen Vorrichtung an die Messarmlänge anzupassen. Zudem müssen für eine solche Berechnung die genaue Geometrie sowie die genauen optischen Eigenschaften des Messarms, und insbesondere des Bearbeitungsscanners, bekannt sein.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen liegt darin, dass zwischen einer Steuereinheit und dem Referenzarm komplexe Softwareschnittstellen sowie elektrische Schnittstellen erforderlich sind, um ein synchrones Nachführen des Referenzarms zu ermöglichen.
Als weiterer Stand der Technik ist als technischer Hintergrund das Dokument DE 10 2014 007 887 A1 der Patentinhaberin zu nennen. Dieses Dokument beschreibt eine Messvorrichtung mit einem herkömmlichen Referenzarm.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung, ein System und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die ein Anpassen der Referenzarmlänge an die Messarmlänge vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2 bis 14 und 17 bis 21 sowie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Erfindungsgemäß ist eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, bei der die geometrische und dynamische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung des Referenzarmscanners im Wesentlichen der geometrischen und dynamischen Ausbildung der bewegbaren Messstrahllenkeinrichtung des Bearbeitungsscanners entspricht.
Mit anderen Worten sieht die vorliegende Erfindung vor, den Messarm und den Referenzarm möglichst identisch auszubilden. Beispielsweise können in einer Ausführungsform der Erfindung zwei im Wesentlichen oder vollständig baugleiche Scanner als Bearbeitungsscanner und als Referenzarmscanner eingesetzt werden.
Insbesondere können die bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung und die bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet sein, der in wenigstens zwei Richtungen verlagerbar ist, um den Referenzstrahl bzw. den Messstrahl in gewünschter Weise abzulenken. Alternativ dazu können die bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung und die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung auch in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente ausgebildet sein, wie beispielsweise in Form eines Taumelspiegels, einer rotierenden Keilplatte oder ähnlichem.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung wenigstens eine Steuereinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, den Bearbeitungsscanner und den Referenzarmscanner zum Verlagern des optischen Messstrahls und des optischen Referenzstrahls synchron anzusteuern. Alternativ ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die Ansteuerung des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners zum Verlagern des optischen Messstrahls und des optischen Referenzstrahls mit einer externen Steuereinrichtung erfolgt, die nicht Teil der Messvorrichtung ist.
Im Sinne der Erfindung wird ein derartiges synchrones Ansteuern des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners durch die einander geometrisch und dynamisch entsprechenden Ausbildungen der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung und der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung überhaupt erst ermöglicht. Im Gegensatz zum Stand der Technik sieht die Erfindung keine Nachbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung durch eine sich davon unterscheidende Ersatzkomponente in dem Referenzarm vor, so dass auch kein grundsätzlich unterschiedliches Ansteuern des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners notwendig ist, welches eine komplexe Berechnung voraussetzen würde. Vielmehr kann die wenigstens eine Steuereinheit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung den Bearbeitungsscanner und den Referenzarmscanner zeitgleich und mit den im Wesentlichen selben Ansteuerungsbefehlen ansteuern. Hierdurch kann erfindungsgemäß sowohl auf eine komplexe Umrechnung der Ansteuerungsbefehle für den Bearbeitungsscanner in Ansteuerungsbefehle für den Referenzarmscanner als auch auf ein Implementieren von aufwendigen Softwareschnittstellen und elektrischen Schnittstellen verzichtet werden.
Aus dem vorstehend beschriebenen wird auch der Unterschied eines synchronen Ansteuerns des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners zum Verlagern des optischen Messstrahls und des optischen Referenzstrahls im Sinne der Erfindung gegenüber einem synchronen Nachführen des Referenzarms gemäß dem Stand der Technik deutlich. Aufgrund der vollständig unterschiedlichen geometrischen, dnamischen und optischen Ausbildungen des Messarms und des Referenzarms der Messvorrichtungen des Standes der Technik ist ein darin beschriebenes synchrones Nachführen des Referenzarms nur durch ein unterschiedliches Ansteuern von Ablenkeinrichtungen des Messarms und Ablenkeinrichtungen des Referenzarms möglich. Hierzu sind im Stand der Technik individuell berechnete Ansteuerungsbefehle für den Bearbeitungsscanner und den Referenzarmscanner notwendig, die die strukturellen Unterschiede zwischen diesen beiden berücksichtigen und kompensieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben hingegen erkannt, dass es möglich ist, den eingeschlagenen Pfad des Stands der Technik, der stets Nachbildungen des Messarms durch andersartige Ersatzkomponenten in dem Referenzarm vorsieht, zu verlassen und den Referenzarm zumindest teilweise dem Messarm entsprechend auszubilden. Hierdurch können wesentliche Vereinfachungen von Steuerungsalgorithmen und Schnittstellen zwischen der wenigstens einen Steuereinheit und der Messvorrichtung erreicht werden. Auch spielen dadurch die exakte Ausbildung und Geometrie der optischen Komponenten des Messarms und exakte Kenntnisse darüber zur Nachbildung durch und Ansteuerung von andersartigen Ersatzkomponenten keine Rolle mehr.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die optische Ausbildung des Referenzarmscanners, insbesondere die optische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung, der optischen Ausbildung des Bearbeitungsscanners, insbesondere die optische Ausbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung, ähneln. Mit anderen Worten können die Ablenkeinrichtungen neben den sich entsprechenden konstruktiven, geometrischen und dynamischen Ausbildungen auch sich im Wesentlichen entsprechende optische Eigenschaften aufweisen. Eine sich entsprechende optische Ausbildung von verschiedenen optischen Komponenten des Messarms und des Referenzarms kann hier insbesondere bedeuten, dass diese Komponenten derart ausgebildet sind, dass ein sie durchtretender Messstrahl jeweils die gleiche optische Wegstrecke in den sich entsprechenden optischen Komponenten durchläuft. Hierdurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der Messstrahl in dem Messarm jeweils die gleichen optischen Weglängen in verschiedenen Medien, wie z.B. Luft und Glas durchläuft, wie der Referenzstrahl in dem Referenzarm in den entsprechenden Medien durchläuft.
Somit kann vorgesehen sein, eine identische oder zumindest im Wesentlichen gleich ausgebildete bewegbare Ablenkeinrichtung als Referenzstrahlablenkeinrichtung in dem Referenzarmscanner und als Messstrahlablenkeinrichtung in dem Bearbeitungsscanner anzuordnen.
Es sei jedoch erwähnt, dass im Rahmen der Erfindung beschriebene, sich geometrisch, dynamisch und/oder optisch im Wesentlichen entsprechende optische Komponenten dennoch unterschiedliche Materialien aufweisen können. So können für Komponenten des Referenzarms beispielsweise kostengünstigere Materialien eingesetzt werden als für Komponenten des Messarms. Demnach können die hier beschriebenen, sich im Wesentlichen entsprechenden optischen Komponenten auch solche Komponenten umfassen, die sich geringfügig voneinander unterscheiden, z.B. in Hinblick auf unterschiedlich ausgebildete Reflexionsschichten, etc.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Bearbeitungsscanner wenigstens eine weitere den optischen Messstrahl beeinflussende optische Komponente umfassen. Zudem kann auch der Referenzarmscanner wenigstens eine weitere den optischen Referenzstrahl beeinflussende optische Komponente umfassen. Die geometrischen und dynamischen Ausbildungen der den optischen Referenzstrahl und den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponenten des Referenzarmscanners und des Bearbeitungsscanners können dabei im Wesentlichen einander entsprechen.
Insbesondere können alle den Referenzstrahl beeinflussende optische Komponenten des Referenzarmscanners im Hinblick auf Geometrie, Optik und/oder Dynamik den jeweiligen den Messstrahl beeinflussenden optischen Komponenten des Bearbeitungsscanners gleich sein. In diesem Fall können beispielsweise zwei baugleiche Scanner in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung als Bearbeitungsscanner und als Referenzarmscanner vorgesehen werden. Insbesondere können dadurch die optischen Weglängen gleich sein, die der optische Messstrahl in dem Bearbeitungsscanner und der optische Referenzstrahl in dem Referenzarmscanner durchlaufen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine weitere optische Komponente des Bearbeitungsscanners und/oder des Referenzarmscanners eine Kollimationslinse, eine Fokuslinse, eine F-Theta-Linse, ein telezentrisches Objektiv und/oder eine weitere Ablenkeinrichtung sein. Es versteht sich, dass auch mehrere weitere optische Komponenten in dem Bearbeitungsscanner und/oder dem Referenzarmscanner vorgesehen sein können.
Insbesondere das Nachbilden einer in dem Bearbeitungsscanner angeordneten F-Theta-Linse durch eine in dem Referenzarm angeordnete Ersatzkomponente stellt im Stand der Technik häufig ein Problem dar. Der Grund dafür liegt darin, dass von dem optischen Messstrahl durchlaufende F-Theta-Linsen unterschiedliche Dispersions- und Weglängeneigenschaften haben, in Abhängigkeit eines Winkels, in dem der optische Messstrahl auf die F-Theta-Linse trifft bzw. in dem der Messstrahl die F-Theta-Linse durchläuft. Auch vor diesem Hintergrund stellt die vorstehend beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, da eine in dem Bearbeitungsscanner angeordnete F-Theta-Linse auch entsprechend in dem Referenzarmscanner ausgebildet sein kann. Da zudem die bewegbaren Ablenkeinrichtungen des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners erfindungsgemäß geometrisch und dynamisch entsprechend ausgebildet sind, kann sichergestellt werden, dass der Messstrahl die F-Theta-Linse des Bearbeitungsscanners in demselben Winkel durchläuft, wie der Referenzstrahl die F-Theta-Linse des Referenzarmscanners. Somit treten bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung keine zu kompensierenden Dispersions- und Weglängenunterschiede durch die F-Theta-Linse des Bearbeitungsscanners auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Reflexionseinrichtung des Referenzarms einen Retroreflektor zum Reflektieren des optischen Referenzstrahls aufweisen. Ferner kann der Retroreflektor planar ausgebildet sein. Durch das Ausbilden eines Retroreflektors am Ende des Referenzarms kann sichergestellt werden, dass der durch die bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung des Referenzarmscanners abgelenkte Referenzstrahl zu der Referenzstrahlablenkeinrichtung reflektiert wird, unabhängig von dem Winkel, in dem der Referenzstrahl auf den Retroreflektor trifft. Hierdurch wird erreicht, dass auch im Falle eines nichtsenkrechten Auftreffens des optischen Referenzstrahls auf die Reflexionseinrichtung ein ausreichend großer Anteil des optischen Referenzstrahls in Gegenrichtung zur Einfallsrichtung an die Referenzstrahlablenkeinrichtung und somit an einen Detektor des optischen Kohärenztomographen zurückgeführt wird, um eine ausreichende Qualität von erfassbaren Interferenzeffekten zu gewährleisten.
Der Retroreflektor kann in einer Ausführungsform der Erfindung ein Reflektorband, ein Katzenauge, eine Reflektorfarbe und/oder einen vollreflektierenden Spiegel mit einem Mikrolinsenarray umfassen.
Ferner kann die Reflexionseinrichtung in einer Weiterbildung der Erfindung relativ zu dem Referenzarmscanner verlagerbar sein, um einen Abstand zwischen der Reflexionseinrichtung und dem Referenzarmscanner zu verändern. Hierdurch können Änderungen der Fokusebene des optischen Messstrahls bei einem Abtasten des Werkstücks in dem Referenzarm nachgebildet werden.
Hierzu kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform einen mit der Reflexionseinrichtung verbundenen Motor umfassen, der zum Verlagern der Reflexionseinrichtung von der wenigstens einen Steuereinheit ansteuerbar ist. Dabei kann die wenigstens eine Steuereinheit dazu eingerichtet sein, den Motor zum Verlagern der Reflexionseinrichtung nach Maßgabe einer in dem Messarm in Richtung einer optischen Achse des optischen Messstrahls verlagerbar angeordneten optisch wirksamen Komponente anzusteuern. Die optisch wirksame Komponente kann insbesondere in Form einer Linse ausgebildet sein, die die Fokusebene des optischen Messstrahls einstellt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die wenigstens eine Steuereinheit auch dazu eingerichtet sein, den Motor zum Verlagern der Reflexionseinrichtung nach Maßgabe eines veränderbaren Abstands zwischen dem Bearbeitungsscanner und dem Werkstück anzusteuern. Ferner kann in dem erstgenannten Fall die Verlagerung der optisch wirksamen Komponente selbst von einer Veränderung des Abstands zwischen dem Bearbeitungsscanner und dem Werkstück abhängen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Messarm ferner eine Messstrahloptik mit wenigstens einer den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponente. Zudem oder alternativ dazu kann der Referenzarm eine Referenzstrahloptik mit wenigstens einer den optischen Referenzstrahl beeinflussenden optischen Komponente umfassen.
Ferner können in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform die geometrischen und dynamischen Ausbildungen der den optischen Referenzstrahl und den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponenten der Referenzstrahloptik und der Messstrahloptik im Wesentlichen einander entsprechen. Die Referenzstrahloptik und die Messstrahloptik können dabei, ausgehend von der Messstrahlquelle, dem Referenzarmscanner bzw. den Bearbeitungsscanner im Strahlengang vorgelagert sein. Ferner können in dieser Weiterbildung auch die optischen Eigenschaften der den optischen Referenzstrahl und den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponenten des Referenzarms und des Messarms im Wesentlichen gleich sein. Auch kann bei dieser Weiterbildung vorgesehen sein, dass die optischen Weglängen gleich sind, die der optische Messstrahl in der Messstrahloptik und der optische Referenzstrahl in der Referenzstrahloptik durchlaufen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die geometrischen und dynamischen Ausbildungen der den optischen Referenzstrahl und den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponenten des Referenzarms und des Messarms im Wesentlichen einander entsprechen. Ferner können in dieser Ausführungsform auch die optischen Eigenschaften der den optischen Referenzstrahl und den optischen Messstrahl beeinflussenden optischen Komponenten des Referenzarms und des Messarms im Wesentlichen gleich sein. Auch können bei dieser Ausführungsform die optischen Weglängen gleich sein, die der optische Messstrahl in der Messstrahloptik und der optische Referenzstrahl in der Referenzstrahloptik durchlaufen. Somit kann in dieser Ausführungsform der Messarm im Wesentlichen baugleich auch als Referenzarm ausgebildet werden, abgesehen von der Reflexionseinrichtung am Ende des Referenzarms, die sich von dem reflektierenden Werkstück am Ende des Messarms unterscheidet.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks, das eine Messvorrichtung der zuvor beschriebenen Art und eine Bearbeitungsvorrichtung umfasst, wobei die Bearbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das Werkstück mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls zu bearbeiten.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls. Das Verfahren kann insbesondere mittels einer Messvorrichtung der zuvor beschriebenen Art durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

- Erzeugen eines optischen Messstrahls und eines optischen Referenzstrahls mittels einer Messstrahlquelle eines optischen Kohärenztomographen;
- Verlagern des optischen Messstrahls auf dem Werkstück mittels eines Bearbeitungsscanners eines den optischen Messstrahl führenden Messarms, wobei der Bearbeitungsscanner wenigstens eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung umfasst;
- Verlagern des optischen Referenzstrahls auf einer Reflexionseinrichtung mittels eines Referenzarmscanners eines den optischen Referenzstrahl führenden Referenzarms, wobei der Referenzarmscanner wenigstens eine bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung umfasst, und wobei die geometrische und dynamische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung des Referenzarmscanners im Wesentlichen der geometrischen und dynamischen Ausbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung des Bearbeitungsscanners entspricht;
- Reflektieren des optischen Referenzstrahls mittels der Reflexionseinrichtung.

In einer Weiterbildung kann das erfindungsgemäßen Verfahren den weiteren Schritt umfassen: synchrones Ansteuern des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners mittels wenigstens einer Steuereinheit.
Es versteht sich, dass sich auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das synchrone Ansteuern des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners von einem reinen synchronen Nachführen einer Länge eines Referenzarms zu einer Länge eines Messarms unterscheidet. Das synchrone Ansteuern kann insbesondere ein zeitgleiches Ansteuern des Bearbeitungsscanners und des Referenzarmscanners mit im Wesentlichen denselben Ansteuerungsbefehlen sein. Ein synchrones Ansteuern im Sinne der Erfindung reduziert den erforderlichen Rechenaufwand des Verfahrens sowie die Komplexität der Steuerungssoftware und vereinfacht somit das Anpassen der Länge des Referenzarms an die Länge des Messarms.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren den weiteren Schritt umfassen: Ausführen im Wesentlichen derselben Bewegungen der wenigstens einen bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung und der wenigstens einen bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung zum Verlagern des optischen Messstrahls und des optischen Referenzstrahls nach Maßgabe des synchronen Ansteuerns. Die Bewegungen der bewegbaren Ablenkeinrichtungen können dabei zeitgleich ausgeführt werden. Ein derartiges Ausführen derselben Bewegungen wird ermöglicht durch die einander im Wesentlichen entsprechenden geometrischen und dynamsichen Ausbildungen der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung und der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahren den weiteren Schritt umfassen: Verlagern der Reflexionseinrichtung relativ zu dem Referenzarmscanner, um einen Abstand zwischen der Reflexionseinrichtung und dem Referenzarmscanner zu verändern. Auf diese Weise können Änderungen einer Fokusebene des Messstrahls in dem Messarm durch den Referenzarm nachgebildet werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens kann die Reflexionseinrichtung dabei relativ zu dem Referenzarmscanner nach Maßgabe eines Verlagerns einer in dem Messarm in Richtung einer optischen Achse des optischen Messstrahls verlagerbar angeordneten optisch wirksamen Komponente verlagert werden. Diese optisch wirksame Komponente kann beispielsweise eine Linse sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Reflexionseinrichtung relativ zu dem Referenzarmscanner nach Maßgabe eines veränderbaren Abstands zwischen dem Bearbeitungsscanner und dem Werkstück verlagert werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der optische Referenzstrahl mittels eines Retroreflektors der Reflexionseinrichtung in einer der Einfallsrichtung des optischen Referenzstrahls im Wesentlichen entgegengesetzten Reflexionsrichtung reflektiert werden.
Es versteht sich, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

1 eine Übersichtsansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks;
2 eine Übersichtsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks;
3 eine Übersichtsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks;
4 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reflexionseinrichtung; und
5 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reflexionseinrichtung.

1 zeigt eine Gesamtanordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Messvorrichtung 10 ist in dem gezeigten Beispiel mit einer Bearbeitungsvorrichtung 12 gekoppelt und bildet gemeinsam mit dieser ein erfindungsgemäßes System 14 zum Überwachen und Bearbeiten eines Werkstücks 16.
Die Messvorrichtung 10 umfasst einen optischen Kohärenztomographen 18 mit einem OCT-Messgerät 20. Das OCT-Messgerät 20 umfasst eine Messstrahlquelle 22 zum Erzeugen eines Messlichts mit einer Wellenlänge im Bereich von 830 Nanometern sowie ein Spektrometer 24 zum Detektieren einer überlagerten Messstrahlung. Des Weiteren weist das OCT-Messgerät 20 einen Zirkulator 26 auf, der wahlweise die Messstrahlquelle 22 oder das Spektrometer 24 über eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter 28 mit einem Strahlteiler 30 des optischen Kohärenztomographen 18 verbindet. Somit kann einerseits Messlicht von der Messstrahlquelle 22 über den Zirkulator 26 an den Strahlteiler 30 geleitet werden und andererseits kann reflektierte und überlagerte Messstrahlung von dem Strahlteiler 30 über den Zirkulator 26 an das Spektrometer 24 geleitet werden.
Das von der Messstrahlquelle 22 ausgesendete Messlicht wird mittels des Strahlteilers 30 in einen optischen Messstrahl 32 und einen optischen Referenzstrahl 34 aufgetrennt. Der Strahlteiler ist dabei in der in 1 gezeigten Ausführungsform als 90/10 Strahlteiler ausgebildet. Dies bedeutet, dass durch den Strahlteiler 90 % des Messlichts als Messstrahl 32 verwendet werden, während 10 % des Messlichts als Referenzstrahl 34 verwendet werden. Durch dieses Verhältnis kann selbst bei einer diffusen Reflexion des optischen Messstrahls 32 an einer Oberfläche des Werkstücks 16 gewährleistet werden, dass der reflektierte Messstrahl 32 eine ausreichende Intensität für eine anschließende Überlagerung mit dem reflektieren Referenzstrahl 34 und eine nachfolgende Auswertung in dem Spektrometer 24 hat.
Der optische Messstrahl 32 durchläuft ausgehend von dem Strahlteiler 30 einen Messarm 36, an dessen Ende das zu überwachende und zu bearbeitende Werkstück 16 angeordnet ist. Gleichermaßen durchläuft der optische Referenzstrahl 34 ausgehend von dem Strahlteiler 30 einen Referenzarm 37, der weiter unten näher beschrieben wird.
Der Messarm 36 umfasst eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter 38, der den Strahlteiler 30 mit einer Messstrahloptik 40 verbindet. Über eine Messstrahloptikschnittstelle 42 wird der Messstrahl 32 in die Messstrahloptik 40 eingekoppelt bzw. wird der reflektierte Messstrahl 32 in die Transportfaser 38 eingekoppelt. Der Messstrahloptikschnittstelle 42 nachgelagert durchtritt der Messstrahl 32 eine verlagerbare Kollimationslinse 44 der Messstrahloptik 40, die in Richtung des Pfeils 46 verstellbar ist. Ferner trifft der Messstrahl 32 in der Messstrahloptik 40 auf eine Messstrahloptikablenkeinrichtung 48, die in der 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung als eine bewegbare Ablenkeinrichtung 48 in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet ist, der sich in Richtung der beiden Pfeile 50, 52 verlagern lässt, um den Messstrahl 32 in gewünschter Weise abzulenken. Alternativ dazu kann die Messstrahloptikablenkeinrichtung 48 auch als eine nicht bewegbare oder in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente ausgebildet sein, wie beispielsweise eines Taumelspiegels, einer rotierenden Keilplatte oder ähnlichem.
Des Weiteren umfasst der Messarm 36 einen Bearbeitungsscanner 54, der mit der Messstrahloptik 40 über eine gemeinsame Schnittstelle 56 gekoppelt ist. Über diese gemeinsame Schnittstelle 56 wird der optische Messstrahl 32 nach dem Ablenken durch die Messstrahloptikablenkeinrichtung 48 in den Bearbeitungsscanner 54 eingekoppelt. Genauer gesagt trifft der optische Messstrahl 32 in dem Bearbeitungsscanner 54 auf einen halbdurchlässigen Spiegel 58 und durchtritt diesen, wodurch der Messstrahl 32 im Wesentlichen koaxial in einen Bearbeitungsstrahl 60 eingekoppelt wird, der ebenfalls den Bearbeitungsscanner 54 durchläuft. Da der halbdurchlässige Spiegel 58 in Bezug auf die Wellenlängenbereiche des Messstrahls 32 durchlässig ist, beeinflusst dieser den Messstrahl 32 nicht. Im Anschluss an den halbdurchlässigen Spiegel 58 trifft der optische Messstrahl 32 auf eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 62 des Bearbeitungsscanners 54, die in Richtung der Pfeile 64 und 66 verlagerbar ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 62 in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet, wobei in einer alternativen Ausführungsform auch eine Ausbildung der Messstrahlablenkeinrichtung 62 in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente möglich ist, wie beispielsweise eines Taumelspiegels, einer rotierenden Keilplatte oder ähnlichem. Die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 62 lenkt den optischen Messstrahl 32 in Richtung des zu überwachenden Werkstücks 16 ab und verlagert den Messstrahl 32 in einer gewünschten Weise auf einer Oberfläche des Werkstücks 16.
Zwischen der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 und dem halbdurchlässigen Spiegel 58 ist in dem gezeigten Bearbeitungsscanner 54 eine Fokuslinse 68 ausgebildet, die den Messstrahl 32 vor der Ablenkung auf das Werkstück 16 fokussiert. Es versteht sich, dass alternativ auch eine der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 nachgelagerte Anordnung der Fokuslinse 68 möglich wäre, um den Messstrahl 32 zu fokussieren. Der Bearbeitungsscanner 54 weist somit in der gezeigten Ausführungsform mit der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 und der Fokuslinse 68 zwei optische Komponenten auf, die den optischen Messstrahl 32 beeinflussen.
Der optische Messstrahl 32 wird an der Werkstückoberfläche reflektiert und zumindest teilweise der Einfallsrichtung entgegengesetzt wieder in den Bearbeitungsscanner 54 eingekoppelt. Somit durchläuft der reflektierte Anteil des Messstrahls 32 die optischen Komponenten des Messarms 36 und gelangt über den Strahlteiler 30 zu dem Spektrometer 24.
Des Weiteren ist der Bearbeitungsscanner 54 über eine Schnittstelle 70 mit einer Transportfaser bzw. einem Lichtleiter 72 einer hochenergetischen Bearbeitungsstrahlquelle 74 verbunden, auf die an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll. Über die Schnittstelle 70 wird der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 60 in den Bearbeitungsscanner 54 eingekoppelt, in dem der Bearbeitungsstrahl 60 anschließend eine bewegbare Kollimationslinse 76 durchläuft, die gemäß dem Pfeil 78 in ihrer Lage verstellbar ist. Die bewegbare Kollimationslinse 76 wird nach Maßgabe eines veränderbaren Abstands D₁ zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungsscanner 54 in Richtung des Pfeils 78 verlagert. Ferner ist die bewegbare Kollimationslinse 78 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mechanisch mit der bewegbaren Kollimationslinse 44 der Messstrahloptik 40 verbunden, sodass die Kollimationslinse 40 gemeinsam mit der Kollimationslinse 76 nach Maßgabe des Abstands D₁ verlagert wird. Es versteht sich, dass eine solche mechanische Kopplung optional ist.
Nach dem Durchtreten der bewegbaren Kollimationslinse 76 trifft der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 60 auf den halbdurchlässigen Spiegel 58 und wird von diesem zu der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 reflektiert. Dadurch überlagert der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 60 in einem dem Strahlteiler 58 nachgelagerten Bereich den Messstrahl 32 koaxial. Demnach wird der Bearbeitungsstrahl 60 ebenfalls von der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 in Richtung des Werkstücks 16 abgelenkt und auf diesem verlagert, wobei er zunächst noch durch die Fokuslinse 68 zum Bearbeiten auf das Werkstück 16 fokussiert wird.
Der optische Referenzstrahl 34 durchläuft ausgehend von dem Strahlteiler 30 eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter 80, die/der über eine Referenzstrahloptikschnittstelle 82 mit einer Referenzstrahloptik 84 des Referenzarms 37 verbunden ist. In der Referenzstrahloptik 84 trifft der Referenzstrahl 34 auf eine bewegbare Kollimationslinse 85, die in Richtung des Pfeils 86 verlagerbar ist. Die bewegbare Kollimationslinse 85 entspricht in ihrer geometrischen und dynamischen Ausbildung der bewegbaren Kollimationslinse 44 der Messstrahloptik 40 und ist nach Maßgabe einer Verlagerung dieser bzw. der Kollimationslinse 76 des Bearbeitungsscanners 36 verlagerbar.
Im Anschluss trifft der Referenzstrahl 34 auf eine bewegbare Referenzstrahloptikablenkeinrichtung 87, die in Richtung der Pfeile 88, 90 verlagerbar ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Referenzstrahloptikablenkeinrichtung 87 in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet. Alternativ dazu kann die Referenzstrahloptikablenkeinrichtung 87 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. In der gezeigten Ausführungsform ist die bewegbare Referenzstrahloptikablenkeinrichtung 87 hinsichtlich ihrer Geometrie, optischen Eigenschaften sowie ihrer Dynamik der Messstrahloptikablenkeinrichtung 48 entsprechend ausgebildet.
Die Referenzstrahloptik 84 ist über eine gemeinsame Schnittstelle 92 mit einem Referenzarmscanner 94 verbunden. Der optische Referenzstrahl 34 wird über die Schnittstelle 92 in den Referenzarmscanner 94 eingekoppelt und durchläuft eine Fokuslinse 96, bevor der Referenzstrahl 34 auf eine bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 trifft. Die Fokuslinse 96 kann optional als in Richtung des strichlierten Pfeils 97 verlagerbare Komponente ausgebildet werden, falls die bewegbare Kollimationslinse 85 nicht vorgesehen ist.
Die bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet, der in Richtung der beiden Pfeile 100, 102 verlagerbar ist, um den Referenzstrahl 34 in gewünschter Weise abzulenken und zu verlagern. Alternativ dazu kann die Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 auch in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente ausgebildet sein, wie beispielsweise eines Taumelspiegels, einer rotierenden Keilplatte oder ähnlichem. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 hinsichtlich ihrer Geometrie, Optik und Dynamik der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 des Bearbeitungsscanners 54 entsprechend ausgebildet.
Wie in 1 zu erkennen ist, entspricht darüber hinaus auch die geometrische, optische und dynamische Ausbildung des Referenzarmscanners 94 im Wesentlichen der geometrischen, optischen und dynamischen Ausbildung des Bearbeitungsscanners 54. Dabei versteht sich, dass sich die geometrischen, optischen und dynamischen Ausbildungen des Bearbeitungsscanners 54 und des Referenzarmscanners 94 auf die den optischen Messstrahl 32 und den optischen Referenzstrahl 34 beeinflussenden optischen Komponenten dieser Scanner 54, 94 bezieht. Ferner ist aus der 1 zu erkennen, dass die Fokuslinse 96 in dem Referenzarmscanner 94 der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 vorgelagert ist, entsprechend der Fokuslinse 68, die in dem Bearbeitungsscanner 54 der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 vorgelagert ist. Eine Änderung der Anordnung der optischen Komponenten in dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Referenzarmscanner 94 ist jedoch möglich, ohne dadurch eine unterschiedliche geometrische, optische und/oder dynamische Ausbildung des Bearbeitungsscanners 54 und des Referenzsarmscanners 94 herbeizuführen. Unabhängig von der Anordnung der einander entsprechenden optischen Komponenten in dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Referenzarmscanner 94 durchlaufen der optische Messstrahl 32 und der optische Referenzstrahl 34 in dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Referenzarmscanner 94 die gleiche optische Weglänge, während sie auf die gleiche Weise abgelenkt werden.
Ausgehend von der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 trifft der optische Referenzstrahl 34 am Ende des Referenzarms 37 auf eine Reflexionseinrichtung 104. Die Reflexionseinrichtung 104 ist in der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform in Form eines Retroreflektors ausgebildet, der den auftreffenden optischen Referenzstrahl 34 in einer der Einfallsrichtung des optischen Referenzstrahls im Wesentlichen entgegengesetzten Reflexionsrichtung reflektiert. Dadurch wird der reflektierte Referenzstrahl 34 wieder in den Referenzarmscanner 94, die Referenzstrahloptik 84 und die Transportfaser 80 eingekoppelt, um schließlich den reflektierten Messstrahl 32 in dem Strahlteiler 30 zu überlagern. Durch das Ausbilden der Reflexionseinrichtung 104 in Form eines Retroreflektors wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sichergestellt, dass der wieder eingekoppelte, reflektierte Referenzstrahl 34 eine ausreichende Intensität für eine anschließende Überlagerung und Auswertung aufweist, obwohl der Referenzstrahl 34 bereits nach dem Auftrennen in dem Strahlteiler 30 lediglich 10 % der Intensität des ursprünglich erzeugten Messlichts aufweist. Der Grund dafür liegt darin, dass durch den Retroreflektor 104 eine diffuse Reflexion des optischen Referenzstrahls 34 am Ende des Referenzarms 37 verhindert wird. Stattdessen wird der optische Referenzstrahl 34 im Wesentlichen unabhängig von der Einfallsrichtung bzw. von dem Einfallswinkel, unter dem der optische Referenzstrahl 34 auf den Retroreflektor 104 trifft, zu einem großen Teil zu der Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 und somit zu dem Strahlteiler 30 zurück reflektiert.
Die Reflexionseinrichtung 104 bzw. der Retroreflektor 104 ist mit einem Motor M verbunden, mittels welchem die Reflexionseinrichtung 104 in Richtung des Pfeils 106 verlagerbar ist. Dadurch kann ein Abstand D₂ zwischen dem Referenzarmscanner 94 und der Reflexionseinrichtung 104 verändert werden.
Des Weiteren umfasst die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 eine Steuereinheit 108, die dazu eingerichtet ist, die in dem Messarm 36 und dem Referenzarm 37 angeordneten optischen Komponenten in einer gewünschten Weise anzusteuern. Die Steuereinheit 108 steuert beispielsweise den Bearbeitungsscanner 54 an, insbesondere die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 62, um den Bearbeitungsstrahl 60 und den optischen Messstrahl 32 in einer vorgesehenen Weise auf dem Werkstück 16 zu verlagern. Die dafür vorgesehenen Ansteuerungsbefehle sind in 1 als x und y bezeichnet, da sie den hochenergetischen Bearbeitungsstrahl 60 und den optischen Messstrahl 32 in einer x- und einer y-Richtung auf dem Werkstück 16 verlagern. Durch die der geometrischen, optischen und dynamischen Ausbildung des Bearbeitungsscanners 54 entsprechende geometrische, optische und dynamische Ausbildung des Referenzarmscanners 94, sendet die Steuereinheit 108 dieselben Befehle x, y an den Bearbeitungsscanner 54 und an den Referenzarmscanner 94. Somit steuert die Steuereinheit 108 den Bearbeitungsscanner 54 und den Referenzarmscanner 94 synchron an. Eine komplexe Umrechnung der Ansteuerungsbefehle für den Bearbeitungsscanner 54 in zugehörige Ansteuerungsbefehle für den Referenzarmscanner 94 ist daher in dem gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nicht erforderlich.
Ferner sendet die Steuereinheit 108 einen Ansteuerungsbefehl z an den Bearbeitungsscanner 54, genauer gesagt an die bewegbare Kollimationslinse 76, um eine Fokusebene des optischen Messstrahls 32 an eine aktuelle Überwachung bzw. eine aktuelle Messposition auf dem Werkstück 16 und/oder den aktuellen Abstand D₁ zwischen dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Werkstück 16 anzupassen. Dieses Anpassen der Fokusebene des optischen Messstrahls 32 und/oder eine Veränderung des Abstands D₁ wird in dem Referenzarm 37 durch ein Verlagern der bewegbaren Kollimationslinse 85 in Richtung des Pfeils 86 und/oder der Reflexionseinrichtung 104 bzw. des Retroreflektors 104 in Richtung des Pfeils 106 mittels des Motors M nachgebildet. Demnach steuert die Steuereinheit 108 den Motor M nach Maßgabe der Verlagerung der Kollimationslinse 76 bzw. nach Maßgabe einer Funktion f(z) des Ansteuerungsbefehls z für den Bearbeitungsscanner 54 an. Zusätzlich oder alternativ dazu sendet die Steuereinheit 108 den Ansteuerungsbefehl z auch an die Kollimationslinse 85 der Referenzstrahloptik 84 und/oder die Fokuslinse 96, falls diese verlagerbar ausgebildet ist. Da der Ansteuerungsbefehl z lediglich eine Verlagerung entlang einer bestimmten Achse festlegt, kann ein Umrechnen des Ansteuerungsbefehls z für den Messarm 36 in Ansteuerungsbefehle z und f(z) für den Referenzarm falls erforderlich auf vergleichsweise einfache Weise realisiert werden.
Es versteht sich, dass die bewegbare Kollimationslinse 85 und/oder eine Verlagerbarkeit der Fokuslinse 96 nicht erforderlich sind, wenn eine Veränderung der Fokusebene des optischen Messstrahls 32 und/oder des Abstands D₁ zwischen dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Werkstück 16 bereits ausreichend durch ein Verlagern der Reflexionseinrichtung 104 kompensiert bzw. nachgebildet werden kann. Entsprechend ist es auch möglich, eine nicht verlagerbare Reflexionseinrichtung 104 auszubilden, wenn eine Veränderung der Fokusebene des optischen Messstrahls 32 und/oder des Abstands D₁ zwischen dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Werkstück 16 bereits ausreichend durch ein Verlagern bewegbaren Kollimationslinse 85 und/oder der Fokuslinse 96 kompensiert bzw. nachgebildet werden kann. In dem letzteren Fall wird lediglich der Ansteuerungsbefehl z für den Referenzarm 37 an die Referenzstrahloptik 84 und/oder den Referenzarmscanner 94 gesendet.
Die in den 2 und 3 gezeigten weiteren Ausführungsformen der Erfindung ähneln im Wesentlichen der zuvor erläuterten, in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung. Aus diesem Grund wird im folgendem im Wesentlichen auf die Unterschiede der weiteren Ausführungsformen gemäß den 2 und 3 gegenüber der Ausführungsform gemäß 1 eingegangen. Vergleichbare bzw. gleiche und gleichwirkende Komponente und Merkmale sind daher in den folgenden Figuren 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.
2 zeigt ein System 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 und einer Bearbeitungsvorrichtung 12. Das in 2 gezeigte System 14 entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten System 14, wobei in dem Referenzarm 37 vollständig auf eine Referenzstrahloptik verzichtet wurde.
Der optische Referenzstrahl 34 wird in 2 über die Schnittstelle 82, die hier zwischen dem Lichtleiter 80 und dem Referenzarmscanner 94 ausgebildet ist, in den Referenzarmscanner 94 eingekoppelt, ohne zuvor eine Referenzstrahloptik zu durchlaufen. In dem Referenzarmscanner 94 durchläuft der optische Referenzstrahl 34 zunächst die in Richtung des Pfeils 86 verlagerbare Kollimationslinse 85, die im Wesentlichen der verlagerbaren Kollimationslinse 76 des Bearbeitungsscanners 54 entspricht. Anschließend trifft der optische Referenzstrahl 34 dann auf eine starre Ablenkeinrichtung 109, die den optischen Referenzstrahl 34 in Richtung der Fokuslinse 96 und der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 ablenkt.
Ein zusätzliches Verlagern des optischen Messstrahls 32 durch die bewegbare Messstrahloptikablenkeinrichtung 48 kann in der in 2 gezeigten Ausführungsform falls erforderlich auch mittels der Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 nachgebildet werden.
Somit sind in der in 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung der Bearbeitungsscanner 54 des Messarms 36 und der Referenzarmscanner 94 des Referenzarms 37 im Wesentlichen identisch bzw. baugleich ausgebildet. Dies gilt insbesondere auf die geometrische, optische und dynamische Ausbildung der beiden Scanner.
Es sei erwähnt, dass es in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform auch möglich ist, in dem Messarm 36 vollständig auf eine Messstrahloptik zu verzichten. In diesem Fall kann der optische Messstrahl beispielsweise über eine gemeinsame Schnittstelle mit dem Bearbeitungsstrahl in den Bearbeitungsscanner eingekoppelt werden.
Die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt ein System 14 mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 und einer Bearbeitungsvorrichtung 12. Die Messvorrichtung 10 umfasst einen Bearbeitungsscanner 54 sowie einen Referenzarmscanner 94, die sich jeweils von dem in 1 gezeigten Bearbeitungsscanner und dem in 1 gezeigten Referenzarmscanner unterscheiden.
Anstelle einer einfachen Fokuslinse weist der Bearbeitungsscanner 54 gemäß 3 eine der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 nachgelagerte F-Theta-Linse 110 auf. Diese F-Theta-Linse 110 fokussiert den von der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 62 abgelenkten optischen Messstrahl 32 und lenkt diesen zudem ab, sodass der optische Messstrahl 32 unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise senkrecht, auf das Werkstück 16 trifft.
Entsprechend weist auch der Referenzarmscanner 94 in der Ausführungsform gemäß 3 im Gegensatz zu dem Referenzarmscanner aus 1 anstelle der Fokuslinse 96 eine der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 nachgelagerte weitere F-Theta-Linse 112 auf. Diese weitere F-Theta-Linse 112 fokussiert den von der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 abgelenkten optischen Referenzstrahl 34 und lenkt diesen ab, sodass der optische Referenzstrahl 34 unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise senkrecht, auf die Reflexionseinrichtung 104 des Referenzarms 37 trifft. Die F-Theta-Linse 110 des Bearbeitungsscanners 54 und die weitere F-Theta-Linse 112 des Referenzarmscanners 94 sind dabei im Hinblick auf ihre optischen, geometrischen und dynamischen Eigenschaften einander entsprechend ausgebildet. Anstelle der F-Theta-Linse 110 des Bearbeitungsscanners 54 und/oder der weiteren F-Theta-Linse 112 des Referenzarmscanners 94 ist es auch möglich, ein telezentrisches Objektiv vorzusehen, welches ein im Wesentlichen senkrechtes Auftreffen des optischen Messstrahls 32 auf das Werkstück 16 bzw. des optischen Referenzstrahls 34 auf die Reflexionseinrichtung 104 sicherstellt.
Da der optische Referenzstrahl 34 in der in 3 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen senkrecht auf die Reflexionseinrichtung 104 trifft, ist diese in Form eines herkömmlichen, vollreflektierenden Spiegels ausgebildet. Somit umfasst die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 in dieser Ausführungsform keinen Retroreflektor. Durch das Fokussieren und Ablenken des optischen Referenzstrahls 34 mittels der F-Theta-Linse 112 wird erreicht, dass ein ausreichend großer Teil des optischen Referenzstrahls 34 von dem vollreflektierendem Spiegel 104 zu der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 und somit zu dem Strahlteiler 30 zurückgeführt wird, so dass eine ausreichende Überlagerung und Auswertung gewährleistet wird. Ferner ist der vollreflektierende Spiegel 104 in der Ausführungsform gemäß 3 auch nicht verlagerbar ausgebildet und weist somit auch keinen damit verbundenen Motor auf. Es versteht sich jedoch, dass auch die Reflexionseinrichtung 104 gemäß 3 analog zu der Reflexionseinrichtung der vorherigen Figuren verlagerbar ausgebildet sein kann, um den Abstand D₂ zwischen dem Referenzarmscanner 94 und der Reflexionseinrichtung 104 zu verändern.
Um eine Änderung der Fokusebene des optischen Messstrahls 32 in dem Referenzarm 37 nachzubilden, wird die Kollimationslinse 85 der Referenzstrahloptik 84 verlagert. Ferner umfasst der Referenzarm 37 in der Ausführungsform gemäß 3 eine bewegbare Kollimationslinse 114 in dem Referenzarmscanner 94, die der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 vorgelagert ist und in Richtung des Pfeils 116 verlagerbar ist, das heißt in Richtung der optischen Achse des Referenzstrahls 34. Diese kann zusätzlich oder alternativ zu der bewegbaren Kollimationslinse 85 der Referenzstrahloptik 85 in der Messvorrichtung 10 ausgebildet, um eine Veränderung der Fokusebene des optischen Messstrahls 32 nachzubilden.
Wie in der Ausführungsform gemäß 1, sind auch die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 62 des Bearbeitungsscanners 54 und die bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 des Referenzarmscanners 94 in der Ausführungsform gemäß 3 geometrisch, optisch und dynamisch gleich ausgebildet. Die Steuereinheit 108 steuert daher auch in dieser Ausführungsform den Bearbeitungsscanner 54 und den Referenzarmscanner 94 synchron an. Das heißt, dass die Steuereinheit 108 hier zeitgleich dieselben Befehle x, y an den Bearbeitungsscanner 54 und den Referenzarmscanner 94 sendet, um den optischen Messstrahl 32 und den optischen Referenzstrahl 34 zu verlagern. Zudem steuert die Steuereinheit 108 die bewegbare Kollimationslinse 114 des Referenzarmscanners 94 nach Maßgabe des Verlagerns der bewegbaren Kollimationslinse 76 des Bearbeitungsscanners 54 und/oder nach Maßgabe der Veränderung des Abstands D₁ zwischen dem Bearbeitungsscanner 54 und dem Werkstück 16 mit dem jeweils angepassten Ansteuerungsbefehl x an, um eine Änderung der Fokusebene des optischen Messstrahls 32 in dem Referenzarm 37 nachzubilden.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind der Bearbeitungsscanner 54 und der Referenzarmscanner 94 hinsichtlich ihrer optischen, geometrischen und dynamischen Eigenschaften nicht vollständig gleich ausgebildet, da der Referenzarmscanner 94 gegenüber dem Bearbeitungsscanner 54 die zusätzliche den Referenzstrahl 34 beeinflussende bewegbare Kollimationslinse 114 aufweist. Dennoch können der Bearbeitungsscanner 54 und die Messstrahloptik 40 in einer Gesamtbetrachtung hinsichtlich ihrer optischen, geometrischen und dynamischen Eigenschaften dem Referenzarmscanner 94 und der Referenzstrahloptik 84 in ihrer Gesamtbetrachtung entsprechend ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise auf die Kollimationslinse 114 oder die Kollimationslinse 85 verzichtet werden, da die bewegbare Kollimationslinse 114 des Referenzarmscanners 94 im Wesentlichen der bewegbaren Kollimationslinse 44 der Messstrahloptik 40 entspricht, die lediglich an einer anderen Stelle im Strahlengang des Messstrahls 32 bzw. des Referenzstrahls 34 angeordnet sind.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Reflexionseinrichtung 104, die an einem Ende des Referenzarms (hier nicht gezeigt) angeordnet ist. In einer hier dargestellten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Reflexionseinrichtung 104 in Form eines planaren Retroreflektors ausgebildet. 4 dient dazu, das Prinzip der Retroreflexion kurz zu erläutern. Der optische Referenzstrahl 34 trifft nach einer Ablenkung durch die Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 auf einen spiegelnden Oberflächenabschnitt 104a des Retroreflektors 104. Der Oberflächenabschnitt 104a weist eine Schrägstellung auf und schließt mit einem weiteren spiegelnden Oberflächenabschnitt 104b des Retroreflektors 104 einen 90° Winkel ein. Der auf den spiegelnden Oberflächenabschnitt 104a treffende optische Referenzstrahl 34 wird durch die Schrägstellung des Oberflächenabschnitts 104a in Richtung des weiteren Oberflächenabschnitts 104b reflektiert. Da sich der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel des optischen Referenzstrahls 34 bezüglich des jeweiligen Oberflächenabschnitts 104a, 104b entsprechen, wird der optische Referenzstrahl 34 schließlich von dem weiteren Oberflächenabschnitt 104b in einer Richtung zu der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung 98 reflektiert, die entgegengesetzt zu der Einfallsrichtung ist, in der der optische Referenzstrahl 34 auf die Reflexionseinrichtung 104 trifft. Aus Übersichtsgründen ist in 4 eine Retroreflexionsebene mit jeweils zwei zueinander senkrechten spiegelnden Oberflächenabschnitten gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass anstelle eines solchen Retroreflektors auch ein Tripple-Spiegel vorgesehen werden kann.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reflexionseinrichtung 104, die ein Mikrolinsenarray 104c und einen diesem nachgelagerten vollreflektierenden Spiegel 104d umfasst. Bei dieser Ausführungsform trifft ein von der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung (nicht gezeigt) abgelenkter optischer Referenzstrahl 34 auf eine Linse 104e des Mikrolinsenarrays 104c. Die jeweilige Linse 104e fokussiert den Referenzstrahl 34 auf einen Brennpunkt 104f auf dem vollreflektierenden Spiegel 104d. Ausgehend von dem Brennpunkt 104f reflektiert der vollreflektierende Spiegle 104d den optischen Referenzstrahl 34 in Richtung der zugehörigen Linse 104e des Mikrolinsenarrays 104c, die den reflektierten Referenzstrahl 34 erneut ablenkt. Auf diese Weise wird der Referenzstrahl 34 durch die Anordnung aus dem Mikrolinsenarray 104c und dem vollreflektierenden Spiegel 104d in einer Reflexionsrichtung reflektiert, die der Einfallsrichtung des Referenzstrahls 34 im Wesentlichen entgegengesetzt ist. Somit wird auch bei dieser Ausführungsform sichergestellt, dass der reflektierte Referenzstrahl 34 eine ausreichende Intensität aufweist, um eine ausreichende Überlagerung mit dem reflektierten Messstrahl 32 in dem Strahlteiler 30 und eine nachfolgende Auswertung durch das Spektrometer 24 sicherzustellen. Als Linsen 104e des Mikrolinsenarrays 104c können verschiedene Arten von Sammellinsen eingesetzt werden, wie beispielsweise Bikonvexlinsen, Kugellinsen, etc.

Claims

Messvorrichtung (10) zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, die mit einer Bearbeitungsvorrichtung (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (16) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (60) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Messvorrichtung (10) umfasst: einen optischen Kohärenztomographen (18) mit einer Messstrahlquelle (22) zum Erzeugen eines optischen Messstrahls (32) und eines optischen Referenzstrahls (34); einen den optischen Messstrahl (32) führenden Messarm (36), der einen Bearbeitungsscanner (54) mit wenigstens einer den optischen Messstrahl (32) beeinflussenden optischen Komponente aufweist, um den optischen Messstrahl (32) auf das Werkstück (16) zu projizieren und/oder zu fokussieren, wobei die wenigstens eine den optischen Messstrahl (32) beeinflussende optische Komponente eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung (62) umfasst, um den optischen Messstrahl (32) auf dem Werkstück (16) zu verlagern; und einen den optischen Referenzstrahl (34) führenden Referenzarm (37), der einen Referenzarmscanner (94) mit wenigstens einer den optischen Referenzstrahl (34) beeinflussenden optischen Komponente aufweist, die eine bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) umfasst, um den optischen Referenzstrahl (34) auf einer den optischen Referenzstrahl (34) reflektierenden Reflexionseinrichtung (104) des Referenzarms (37) zu verlagern; dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische und dynamische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) des Referenzarmscanners (94) im Wesentlichen der geometrischen und dynamischen Ausbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (62) des Bearbeitungsscanners (54) entspricht.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) ferner wenigstens eine Steuereinheit (108) umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Bearbeitungsscanner (54) und den Referenzarmscanner (94) zum Verlagern des optischen Messstrahls (32) und des optischen Referenzstrahls (34) synchron anzusteuern.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ausbildung des Referenzarmscanners (94) der optischen Ausbildung des Bearbeitungsscanners (54) entspricht.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) der optischen Ausbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (62) entspricht.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsscanner (54) wenigstens eine weitere den optischen Messstrahl (32) beeinflussende optische Komponente (68, 110) umfasst und dass der Referenzarmscanner (94) wenigstens eine weitere den optischen Referenzstrahl (34) beeinflussende optische Komponente (96, 112) umfasst, wobei die geometrischen und dynamischen Ausbildungen der den optischen Referenzstrahl (34) und den optischen Messstrahl (32) beeinflussenden optischen Komponenten (68, 96, 110, 112) des Referenzarmscanners (94) und des Bearbeitungsscanners (54) im Wesentlichen einander entsprechen.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere optische Komponente (68, 96, 110, 112) des Bearbeitungsscanners (54) und/oder des Referenzarmscanners (94) eine Kollimationslinse, eine Fokuslinse, eine F-Theta-Linse, ein telezentrisches Objektiv und/oder eine weitere Ablenkeinrichtung ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (104) des Referenzarms (37) einen Retroreflektor zum Reflektieren des optischen Referenzstrahls (34) aufweist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor ein Reflektorband, ein Katzenauge, eine Reflektorfarbe und/oder einen vollreflektierenden Spiegel mit einem Mikrolinsenarray umfasst.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (104) relativ zu dem Referenzarmscanner (94) verlagerbar ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (104) relativ zu dem Referenzarmscanner (94) nach Maßgabe eines veränderbaren Abstandes (D₁) zwischen dem Bearbeitungsscanner (54) und dem Werkstück (16) verlagerbar ist, um einen Abstand (D₂) zwischen der Reflexionseinrichtung (104) und dem Referenzarmscanner (94) zu verändern.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) einen mit der Reflexionseinrichtung (104) verbundenen Motor (M) umfasst, der zum Verlagern der Reflexionseinrichtung (104) von der wenigstens einen Steuereinheit (108) ansteuerbar ist, wobei die wenigstens eine Steuereinheit (108) dazu eingerichtet ist, den Motor (M) zum Verlagern der Reflexionseinrichtung (104) nach Maßgabe einer in dem Messarm (36) in Richtung einer optischen Achse des optischen Messstrahls (32) verlagerbar angeordneten optisch wirksamen Komponente (44) anzusteuern.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messarm (36) eine Messstrahloptik (40) mit wenigstens einer den optischen Messstrahl (32) beeinflussenden optischen Komponente umfasst und/oder dass der Referenzarm (37) eine Referenzstrahloptik (84) mit wenigstens einer den optischen Referenzstrahl beeinflussenden optischen Komponente umfasst.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen und dynamischen Ausbildungen der den optischen Referenzstrahl (34) und den optischen Messstrahl (32) beeinflussenden optischen Komponenten der Referenzstrahloptik (84) und der Messstrahloptik (40) im Wesentlichen einander entsprechen.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen und dynamischen Ausbildungen der den optischen Referenzstrahl (34) und den optischen Messstrahl (32) beeinflussenden optischen Komponenten des Referenzarms (37) und des Messarms (36) im Wesentlichen einander entsprechen.
System (14) zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks (16), das eine Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine Bearbeitungsvorrichtung (12) umfasst, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, das Werkstück (16) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (60) zu bearbeiten.
Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks (16) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (60), das mittels einer Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Erzeugen eines optischen Messstrahls (32) und eines optischen Referenzstrahls (34) mittels einer Messstrahlquelle (22) eines optischen Kohärenztomographen (18); - Verlagern des optischen Messstrahls (32) auf dem Werkstück (16) mittels eines Bearbeitungsscanners (54) eines den optischen Messstrahl (32) führenden Messarms (36), wobei der Bearbeitungsscanner (54) wenigstens eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung (62) umfasst; - Verlagern des optischen Referenzstrahls (34) auf einer Reflexionseinrichtung (104) mittels eines Referenzarmscanners (94) eines den optischen Referenzstrahl (34) führenden Referenzarms (37), wobei der Referenzarmscanner (94) wenigstens eine bewegbare Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) umfasst, wobei die geometrische und dynamische Ausbildung der bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung (98) des Referenzarmscanners (37) im Wesentlichen der geometrischen und dynamischen Ausbildung der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (62) des Bearbeitungsscanners (54) entspricht; und - Reflektieren des optischen Referenzstrahls (34) mittels der Reflexionseinrichtung (104).
Verfahren nach Anspruch 16, das den weiteren Schritt umfasst: - synchrones Ansteuern des Bearbeitungsscanners (54) und des Referenzarmscanners (94) mittels wenigstens einer Steuereinheit (108).
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, das den weiteren Schritt umfasst: - Ausführen im Wesentlichen derselben Bewegungen der wenigstens einen bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (62) und der wenigstens einen bewegbaren Referenzstrahlablenkeinrichtung (94) zum Verlagern des optischen Messstrahls (32) und des optischen Referenzstrahls (34) nach Maßgabe des synchronen Ansteuerns.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, das den weiteren Schritt umfasst: - Verlagern der Reflexionseinrichtung (104) relativ zu dem Referenzarmscanner (94), um einen Abstand (D₂) zwischen der Reflexionseinrichtung (104) und dem Referenzarmscanner (94) zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Reflexionseinrichtung (104) relativ zu dem Referenzarmscanner (94) nach Maßgabe eines Verlagerns einer in dem Messarm (36) in Richtung einer optischen Achse des optischen Messstrahls (32) verlagerbar angeordneten optisch wirksamen Komponente (44) verlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der optische Referenzstrahl (34) mittels eines Retroreflektors der Reflexionseinrichtung (104) in einer der Einfallsrichtung des optischen Referenzstrahls (34) im Wesentlichen entgegengesetzten Reflexionsrichtung reflektiert wird.