DE102016014564A1 - Measuring device for monitoring a machining process using measurement information acquired at different measuring positions - Google Patents

Measuring device for monitoring a machining process using measurement information acquired at different measuring positions Download PDF

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Eckhard Lessmüller
Christian Truckenbrodt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (12) zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, die mit einer Bearbeitungsvorrichtung (14) zum Bearbeiten eines Werkstücks (W) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (56) verbunden ist, wobei der hochenergetische Bearbeitungsstrahl (56) in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines Hauptbearbeitungspfads (H) relativ zu dem Werkstück (W) bewegbar ist. Die Messvorrichtung (12) umfasst einen optischen Kohärenztomographen (16) mit einer Messstrahlquelle (26) zum Erzeugen eines optischen Messstrahls (28), und eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung (44), die dazu eingerichtet ist, den optischen Messstrahl (28) während des Bearbeitens in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (H) an eine erste Messposition (Pre) und/oder an eine zweite Messposition (In) und/oder an eine dritte Messposition (Post) auf dem Werkstück (W) zu verlagern. Die Messvorrichtung (12) umfasst eine Auswerteeinrichtung, die Messinformationen an der oder einer weiteren ersten Messposition (Pre) und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren zweiten Messposition (In) und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren dritten Messposition (Post) nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition (Pre, In, Post) erfassten Messinformationen erfasst und/oder auswertet.The invention relates to a measuring device (12) for monitoring a machining process, which is connected to a machining device (14) for machining a workpiece (W) by means of a high-energy machining beam (56), the high-energy machining beam (56) being in a machining direction (BR). along a main processing path (H) relative to the workpiece (W) is movable. The measuring device (12) comprises an optical coherence tomograph (16) with a measuring beam source (26) for generating an optical measuring beam (28), and a movable measuring beam deflecting device (44) which is adapted to operate the optical measuring beam (28) during processing Direction of the main processing path (H) to a first measuring position (Pre) and / or to a second measuring position (In) and / or to a third measuring position (Post) on the workpiece (W) to relocate. The measuring device (12) comprises an evaluation device, the measurement information at the or a further first measurement position (Pre) and / or measurement information at the or a further second measurement position (In) and / or measurement information at or a further third measurement position (Post) Measure detected at the first and / or second and / or third measurement position (Pre, In, Post) measurement information recorded and / or evaluated.

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 ist, wobei der hochenergetische Bearbeitungsstrahl mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads relativ zu dem Werkstück bewegbar ist. Die Messvorrichtung umfasst einen optischen Kohärenztomographen mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines optischen Messstrahls. Ferner umfasst die Messvorrichtung wenigstens eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den optischen Messstrahl während des Bearbeitens im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads an eine erste Messposition und/oder an eine zweite Messposition und/oder an eine dritte Messposition auf dem Werkstück zu verlagern. Die erste Messposition liegt in Bearbeitungsrichtung betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, um mittels des optischen Messstrahls einen zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks zu erfassen. Die zweite Messposition liegt im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, um mittels des optischen Messstrahls einen unter Bearbeitung stehenden Bereich des Werkstücks zu erfassen. Die dritte Messposition liegt in Bearbeitungsrichtung betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, um mittels des optischen Messstrahls einen bearbeiteten Bereich des Werkstücks zu erfassen.The invention relates to a measuring device for monitoring a machining process, a system for machining and monitoring a workpiece and a method for monitoring a machining process. The measuring apparatus is connected or connectable to a machining apparatus for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam, wherein the high-energy machining beam is movable at a machining speed in a machining direction along a predetermined main machining path relative to the workpiece. The measuring device comprises an optical coherence tomograph with a measuring beam source for generating an optical measuring beam. Furthermore, the measuring device comprises at least one movable measuring beam deflecting device, which is set up to displace the optical measuring beam during machining substantially in the direction of the main machining path to a first measuring position and / or to a second measuring position and / or to a third measuring position on the workpiece. The first measuring position is viewed in the machining direction in front of a provided current processing position to detect by means of the optical measuring beam to be machined portion of the workpiece. The second measuring position lies in the region of the intended current processing position in order to detect an area of the workpiece that is being processed by means of the optical measuring beam. The third measuring position, viewed in the machining direction, lies behind the intended current machining position in order to detect a machined region of the workpiece by means of the optical measuring beam.

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 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. Im Wesentlichen zeitgleich zu der Bearbeitung werden mittels des optischen Messstrahls Messinformationen auf dem Werkstück erfasst.Such measuring devices, which allow a simultaneous monitoring of the machining during a machining of a workpiece, are known from the prior art and are used in particular in laser welding processes. In this case, a high-energy processing beam in the form of a laser processing beam is used, for example, to connect two or more workpieces or workpiece parts in the region of a lap joint, a seam joint and / or a joining edge. Essentially at the same time as the machining, measuring information is recorded on the workpiece by means of the optical measuring beam.

Die Messvorrichtung kann mit der Bearbeitungsvorrichtung gekoppelt und an einem Roboter angebracht sein, sodass diese gemeinsam mittels des Roboters in der Bearbeitungsrichtung entlang des Hauptbearbeitungspfads bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die 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 bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung, können der optische Messstrahl und/oder der Bearbeitungsstrahl, zusätzlich oder alternativ zu der Roboterbewegung auf dem Werkstück verlagert werden. Hierbei kann beispielsweise eine Oszillationsbewegung des optischen Messstrahls und/oder des hochenergetischen Bearbeitungsstreits erzeugt werden.The measuring device may be coupled to the processing device and attached to a robot so that they are moved together by the robot in the processing direction along the main processing path. Alternatively or additionally, the relative movement between the workpiece and the processing beam can also be realized by displacing the processing beam and / or moving the workpiece. By movable optics, such as the movable Meßstrahlablenkeinrichtung, the optical measuring beam and / or the processing beam, in addition to or as an alternative to the robot movement on the workpiece to be relocated. In this case, for example, an oscillation movement of the optical measuring beam and / or the high-energy processing conflict can be generated.

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, 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 einen optischen Referenzstrahl aufgetrennt. Der optische Messstrahl durchläuft einen 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 einen 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 über den jeweiligen Messpunkt an einer der Messpositionen zu erhalten.In known measuring devices, the method of optical coherence tomography (OCT) is increasingly used. This is based on the basic principle of the interference of light waves and resulting effects. Optical coherence tomography makes it possible to detect differences in height along an optical measuring beam axis in the micrometer range. For this purpose, measuring light is generated by means of the measuring beam source of the optical coherence tomograph and separated by means of a beam splitter into the optical measuring beam and an optical reference beam. The optical measuring beam passes through a measuring arm and strikes the workpiece to be monitored or processed at one end of the measuring arm. At this the optical measuring beam is at least partially reflected and returned to the beam splitter. The reference optical beam passes through a reference arm and is at least partially reflected at one end of the reference arm, whereupon the reflected reference optical beam is also returned to the beam splitter. The superimposition of the reflected optical measuring beam and the reflected optical reference beam is finally detected in order to obtain height information about the respective measuring point at one of the measuring positions, taking into account the length of the reference arm.

Vor diesem Hintergrund versteht sich, dass mittels eines optischen Messstrahls erfasste Messinformationen im Sinne dieser Erfindung Höheninformationen eines Messpunkts an der jeweiligen Messposition umfassen können, d.h. topographische Informationen der Werkstückoberfläche und/oder Informationen bezüglich der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls. Ferner können die Messinformationen weitere Informationen umfassen, beispielsweise über die Lage des Messpunkts und/oder einer Messposition auf dem Werkstück, die mit den Höheninformationen verknüpft werden können.Against this background, it is understood that measurement information acquired by means of an optical measuring beam in the sense of this invention can comprise height information of a measuring point at the respective measuring position, i. topographic information of the workpiece surface and / or information regarding the penetration depth of the machining beam. Furthermore, the measurement information may include further information, for example about the position of the measuring point and / or a measuring position on the workpiece, which can be linked to the height information.

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.Monitoring the processing by the measuring device according to the invention enables a comprehensive quality assurance of the machining process. In addition, performing position measurements in the sense of the invention can also be used to control the machining process can be used by adjusting process parameters according to the acquired measurement information during processing.

Um eine Überwachung, Qualitätssicherung und Prozessregelung sicherzustellen, kann der optische Messstrahl dafür vorgesehen sein, einen Umgebungsbereich einer aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück abzutasten. Eine dazu eingerichtete Messvorrichtung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 007 142.4 der Anmelderin beschrieben. Die darin vorgeschlagene Messvorrichtung umfasst eine bewegbare Ablenkeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung, 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.In order to ensure monitoring, quality assurance and process control, the optical measuring beam can be provided to scan a surrounding area of a current machining position on the workpiece. A measuring device configured for this purpose is, for example, in German Patent Application No. 10 2015 007 142.4 the applicant described. The measuring device proposed therein comprises a movable deflecting device according to the preamble of claim 1 of the present invention for displacing the measuring beam into at least a first measuring position, a second measuring position and / or a third measuring position during machining on the workpiece substantially in the direction of the main machining path ,

Ein Nachteil dieser sowie weiterer bekannter OCT-Messvorrichtungen besteht jedoch darin, dass mittels des optischen Messstrahls neben dem Hauptbearbeitungspfad oder anstelle des Hauptbearbeitungspfads Umgebungsbereiche auf dem Werkstück erfasst werden, die einen ungewünscht großen Abstand zu dem Hauptbearbeitungspfad haben. Dadurch werden beispielsweise Umgebungsbereiche seitlich des Hauptbearbeitungspfads überwacht, die für die Qualitätssicherung und die Prozessregelung lediglich eine geringe Relevanz haben und während des Messens dennoch Ressourcen der Messvorrichtung binden. Zudem können solche relativ weit von dem Hauptbearbeitungspfad beabstandeten Bereiche besondere Merkmale aufweisen, wie beispielsweise Fehlstellen oder Verunreinigungen. Diese Merkmale werden bei einem Erfassen der beabstandeten Bereiche zur Qualitätsbeurteilung der Schweißnaht berücksichtigt, obwohl sie aufgrund des großen Abstands keinen unmittelbaren Einfluss auf die Qualität der Schweißnaht haben.A disadvantage of these and other known OCT measuring devices, however, is that by means of the optical measuring beam next to the main processing path or instead of the main processing path, environmental areas are detected on the workpiece, which have an undesirably large distance from the main processing path. As a result, for example, environmental areas are monitored laterally of the main processing path, which have only a low relevance for quality assurance and process control and still bind resources of the measuring device during the measurement. In addition, such regions spaced relatively far from the main processing path may have particular features, such as imperfections or contaminants. These features are taken into account in detecting the spaced regions for quality assessment of the weld, although due to the large distance they do not have a direct impact on the quality of the weld.

Das Dokument DE 10 2011 012 729 A1 offenbart ein Verfahren und eine Messvorrichtung, die dafür vorgesehen sind, einen Prüfbereich für das Durchführen einer dreidimensionalen Kantenerkennung festzulegen. Die beschriebene Messvorrichtung verwendet dazu ein Linientriangulationsverfahren, mittels dem vor einer dreidimensionalen Überprüfung eines Werkstücks zunächst ein zweidimensionales Intensitätsbild einer Prüfkontur und deren Umgebung erzeugt wird. Nachdem ein Prüfkopf der Messvorrichtung die Prüfkontur in einem ersten Durchlauf vollständig abgefahren und entsprechende Abbilder erfasst hat, erzeugt die Messvorrichtung ein zweidimensionales Intensitätsbild. Dieses Intensitätsbild wird anschließend einer dreidimensionalen Überprüfung zugrunde gelegt, die in einem zweiten Durchlauf ebenfalls mittels des Linientriangulationsverfahrens durchgeführt wird.The document DE 10 2011 012 729 A1 discloses a method and a measuring device intended to define a test area for performing three-dimensional edge detection. For this purpose, the measuring device described uses a line triangulation method, by means of which, first of all, a two-dimensional intensity image of a test contour and its surroundings is generated before a three-dimensional inspection of a workpiece. After a test head of the measuring device has completely traversed the test contour in a first pass and detected corresponding images, the measuring device generates a two-dimensional intensity image. This intensity image is then used as a basis for a three-dimensional inspection, which is also carried out in a second pass by means of the line triangulation method.

Das in dem Dokument DE 10 2011 012 729 A1 beschriebene Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die für das Linientriangulationsverfahren erforderlichen Lichtlinien im Gegensatz zu dem optischen Messstrahl der optischen Kohärenztomographie nicht koaxial in einen zugehörigen hochenergetischen Bearbeitungsstrahl eingekoppelt werden können. Dies erschwert die Prozessüberwachung, genauer gesagt die Qualitätssicherung und Prozessregelung, während der Bearbeitung. Darüber hinaus ist das mehrmalige Abfahren der Prüfkontur mit einem erhöhten Zeitaufwand verbunden.That in the document DE 10 2011 012 729 A1 However, the method described has the disadvantage that the lines of light required for the line triangulation method, unlike the optical measuring beam of the optical coherence tomography can not be coaxially coupled into an associated high-energy processing beam. This complicates the process monitoring, more precisely the quality assurance and process control, during processing. In addition, the repeated shutdown of the test contour is associated with an increased amount of time.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Messvorrichtung, ein Verfahren und ein System zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses bereitzustellen, die eine effiziente und präzise Qualitätssicherung und Prozessregelung ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus, method and system for monitoring a machining process that enables efficient and accurate quality assurance and process control.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.This object is achieved by a measuring device having the features of claim 1, a system having the features of claim 12 and a method having the features of claim 13.

Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2 bis 11 sowie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Preferred embodiments will be apparent from the dependent claims 2 to 11 and from the following description.

Erfindungsgemäß ist eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, die eine Auswerteeinrichtung umfasst, die Messinformationen an der oder einer weiteren ersten Messposition und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren zweiten Messposition und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren dritten Messposition nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition erfassten Messinformationen erfasst und/oder auswertet.According to the invention, a measuring device of the aforementioned type is provided, which comprises an evaluation device, the measurement information at the or a further first measurement position and / or measurement information at the or a further second measurement position and / or measurement information at the or a further third measurement position in accordance with detected and / or evaluated measured information acquired the first and / or second and / or third measurement position.

Da sich die vorgesehene aktuelle Bearbeitungsposition durch die Bewegung des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls während des Bearbeitens ändert und die erfindungsgemäße Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, den optischen Messstrahl um die aktuelle Bearbeitungsposition herum zu verlagern, versteht es sich, dass während des Bearbeitungsprozesses Messinformationen an einer Vielzahl von ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messpositionen erfassbar sind.Since the intended current machining position changes by the movement of the high-energy machining beam during machining and the measuring device according to the invention is adapted to displace the optical measuring beam around the current machining position, it is understood that during the machining process, measurement information at a plurality of first and / and second and / or third measuring positions are detectable.

Das erfindungsgemäße Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen nach Maßgabe von bereits erfassten Messinformationen kann ein Festlegen eines zu erfassenden Überwachungsbereichs umfassen, beispielsweise durch Steuern der Verlagerung des optischen Messstrahls. Ferner kann das erfindungsgemäße Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen nach Maßgabe von bereits erfassten Messinformationen ein Festlegen einer Messauflösung in dem Überwachungsbereich umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen nach Maßgabe von bereits erfassten Messinformationen ein Festlegen von bei einer Auswertung zu berücksichtigenden Messinformationen umfassen.The detection and / or evaluation of measurement information in accordance with already acquired measurement information according to the invention may comprise a determination of a monitoring area to be detected, for example by means of control the displacement of the optical measuring beam. Furthermore, the detection and / or evaluation of measurement information according to the invention can comprise setting a measurement resolution in the monitoring area in accordance with measurement information already acquired. Additionally or alternatively, the detection and / or evaluation of measurement information according to the invention in accordance with already acquired measurement information may include setting measurement information to be taken into consideration during an evaluation.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung an der dritten Messposition erfasste Messinformationen nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten Messposition erfassten Messinformationen auswerten. Mit anderen Worten sieht die vorliegende Erfindung beispielsweise vor, erfasste Messinformationen zu einem unter Bearbeitung stehenden Bereich oder einem zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks zu nutzen, um ein Auswerten von zu einem bereits bearbeiteten Bereich des Werkstücks erfassten Messinformationen zu verbessern. So kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung während des Bearbeitens des Werkstücks an der ersten und/oder zweiten Messposition erfasste Messinformationen nutzen, um an der dritten Messposition einen Überwachungsbereich für eine optimale Qualitätssicherung festzulegen.In one embodiment of the invention, the evaluation device can evaluate measurement information acquired at the third measurement position in accordance with measurement information acquired at the first and / or second measurement position. In other words, the present invention provides, for example, to use acquired measurement information for a region under processing or a region of the workpiece to be processed in order to improve the evaluation of measurement information acquired with respect to an already processed region of the workpiece. Thus, during the processing of the workpiece, the measuring device according to the invention can use measured information acquired at the first and / or second measuring position in order to define a monitoring area for optimum quality assurance at the third measuring position.

In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung während des Bearbeitens des Werkstücks an der ersten Messposition erfasste Messinformationen nutzen, um an der zweiten Messposition einen Überwachungsbereich für eine optimale Qualitätssicherung und Prozessregelung festzulegen. So kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, erfasste Messinformationen zu einem zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks zu nutzen, um ein Auswerten von zu einem unter Bearbeitung stehenden Bereich des Werkstücks erfassten Messinformationen zu verbessern.In a further embodiment, during the processing of the workpiece, the measuring device according to the invention can use measured information acquired at the first measuring position in order to define a monitoring area for optimum quality assurance and process control at the second measuring position. Thus, the measuring device can be set up to use acquired measurement information for a region of the workpiece to be processed in order to improve an evaluation of measurement information acquired for a region of the workpiece that is being processed.

Ferner kann die die erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer Weiterbildung dazu eingerichtet sein, den optischen Messstrahl lediglich auf eine Vielzahl erster, zweiter oder dritter Messpositionen zu verlagern. In diesem Fall kann die Messvorrichtung während des Bearbeitens des Werkstücks an einer ersten, zweiten oder dritten Messposition der Vielzahl von Messpositionen erfasste Messinformationen nutzen, um an einer weiteren ersten, zweiten oder dritten Messposition der Vielzahl von Messpositionen einen Überwachungsbereich für eine optimale Qualitätssicherung und Prozessregelung festzulegen.Furthermore, the measuring device according to the invention can be set up in a further development to displace the optical measuring beam only to a multiplicity of first, second or third measuring positions. In this case, during the machining of the workpiece at a first, second or third measuring position, the measuring device can use the measured information acquired to determine a monitoring area for optimum quality assurance and process control at a further first, second or third measuring position of the plurality of measuring positions ,

Da der optische Messstrahl durch die Verwendung der optischen Kohärenztomographie koaxial in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist und mittels der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung an die verschiedenen Messpositionen in einem (Umgebungs-)Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition verlagerbar ist, kann das vorstehend beschriebene Auswerten im Wesentlichen gleichzeitig zur Bearbeitung durchgeführt werden. Somit ist der für die Qualitätssicherung und Prozessregelung relevante Überwachungsbereich parallel zur Bearbeitung nach Maßgabe der erfassten Messinformationen in der ersten und/oder zweiten Messposition anpassbar. Ein Ermitteln des relevanten Überwachungsbereichs in einem zusätzlichen, separaten Messvorgang ist daher nicht erforderlich. Zudem ermöglicht das flexible Anpassen des für die Auswertung heranzuziehenden Überwachungsbereichs beim Bearbeiten, beispielsweise an Eigenschaften des Hauptbearbeitungspfads, des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder an Prozessparameter der Bearbeitung, eine präzise Qualitätssicherung sowie eine schnelle und genaue Prozessregelung.Since the optical measuring beam can be coupled coaxially into the processing beam by the use of optical coherence tomography and can be displaced by means of the movable measuring beam deflection device to the various measuring positions in an (ambient) region of the intended current processing position, the above-described evaluation can be carried out substantially simultaneously for processing become. Thus, the monitoring area relevant for quality assurance and process control can be adapted parallel to the processing in accordance with the acquired measurement information in the first and / or second measurement position. It is therefore not necessary to determine the relevant monitoring area in an additional, separate measuring process. In addition, the flexible adaptation of the monitoring range to be used for the evaluation, for example, to properties of the main machining path, the workpiece to be machined and / or to process parameters of the machining, enables precise quality assurance as well as fast and accurate process control.

Es versteht sich, dass der optische Messstrahl in weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zusätzlich zu der ersten, zweiten und/oder dritten Messposition in weitere Messpositionen im Umgebungsbereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition verlagerbar sein kann.It is understood that the optical measuring beam can be displaceable in further embodiments of the measuring device according to the invention in addition to the first, second and / or third measuring position in further measuring positions in the surrounding area of the provided current processing position.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann der optische Messstrahl mittels der wenigstens einen bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung oder mittels einer weiteren bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung an der ersten, zweiten und/oder dritten Messposition auf eine Vielzahl von Messpunkten in einer Abtastrichtung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads verlagerbar sein, um das Werkstück durch ein Erfassen von Messinformationen an jedem der Vielzahl von Messpunkten abschnittsweise abzutasten. Das Verlagern des optischen Messstrahls an die verschiedenen Messpositionen beschreibt demnach ein Ausrichten des optischen Messstrahls auf die Messpositionen, in denen mittels des optischen Messstrahls mehrere Messpunkte abtastbar sind. Das Verlagern des optischen Messstrahls an die Messpositionen kann unabhängig von dem durchzuführenden Abtasten ausführbar sein, sodass während des Verlagerns des Messstrahls zwischen den Messpositionen beispielsweise keine Messpunkte abgetastet werden. Somit kann der optische Messstrahl auf verschiedene Messpositionen ausgerichtet werden, ohne dass der Messstrahl dazu einer festgelegten Abtastkurve folgen muss. Dies erhöht die Effizienz und Geschwindigkeit der Prozessüberwachung. Zudem kann der Abstand zwischen den Messpositionen bzw. zwischen den Messpositionen und der aktuellen Bearbeitungsposition variierbar sein, was die Flexibilität des Überwachens weiter erhöht.In one development of the invention, the optical measuring beam can be displaceable by means of the at least one movable measuring beam deflecting device or by means of a further movable measuring beam deflecting device at the first, second and / or third measuring position to a multiplicity of measuring points in a scanning direction transversely to the direction of the main machining path, around the workpiece by sampling measurement information at each of the plurality of measurement points in sections. The displacement of the optical measuring beam to the different measuring positions thus describes an alignment of the optical measuring beam to the measuring positions in which a plurality of measuring points can be scanned by means of the optical measuring beam. The displacement of the optical measuring beam to the measuring positions can be carried out independently of the scanning to be performed so that, for example, no measuring points are scanned during the displacement of the measuring beam between the measuring positions. Thus, the optical measuring beam can be aligned to different measuring positions, without that the measuring beam must follow a predetermined sampling curve. This increases the efficiency and speed of process monitoring. In addition, the distance between the measurement positions or between the measurement positions and the current processing position can be variable, which further increases the flexibility of the monitoring.

Das erfindungsgemäße Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen nach Maßgabe von bereits erfassten Messinformationen kann in der vorstehenden Weiterbildung ein Steuern des optischen Messstrahls zum Anpassen der Breite, der Symmetrie und/oder der Richtung der Abtastung quer zum Hauptbearbeitungspfad umfassen. Hierdurch kann eine automatische Richtungsanpassung an den Verlauf des Hauptbearbeitungspfads erreicht werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen nach Maßgabe von bereits erfassten Messinformationen in der vorstehenden Weiterbildung ein Anpassen der Messauflösung durch Verändern der Anzahl von abzutastenden Messpunkten umfassen. So kann beispielsweise eine höhere Mess- bzw. Abtastauflösung in einem Messbereich nahe des Hauptbearbeitungspfads eingestellt werden, während ein weiter von dem Hauptbearbeitungspfad beabstandeter Messbereich mit einer geringeren Auflösung abgetastet wird. Ferner kann der hochenergetische Bearbeitungsstrahl bzw. ein Bearbeitungsfenster entsprechend nach Maßgabe von erfassten Messinformationen gesteuert werden. In the above development, the detection and / or evaluation of measurement information in accordance with previously acquired measurement information may include controlling the optical measurement beam to adjust the width, the symmetry and / or the direction of the scan across the main processing path. As a result, an automatic direction adjustment to the course of the main processing path can be achieved. Furthermore, the detection and / or evaluation of measurement information according to the invention in accordance with already acquired measurement information in the above development may include adjusting the measurement resolution by changing the number of measurement points to be scanned. For example, a higher sampling resolution may be set in a measurement region near the main processing path, while a measurement region further spaced from the main processing path is scanned at a lower resolution. Furthermore, the high-energy processing beam or an editing window can be controlled accordingly in accordance with acquired measurement information.

Der Hauptbearbeitungspfad kann erfindungsgemäß zu beiden Seiten hin gleichermaßen oder unterschiedlich abgetastet werden. Der optische Messstrahl kann zum Abtasten der Vielzahl von Messpunkten an den unterschiedlichen Messpositionen quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads jeweils entlang einer diskreten Linie verlagerbar sein. Auch kann die Anzahl der zu erfassenden Messpunkte in den verschiedenen Messpositionen sowie die jeweilige Messstrecke quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads in den Messpositionen anpassbar sein. Insbesondere können die vorstehend beschriebenen Einstellungen und Anpassungen im Hinblick auf die dritte Messposition nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten Messposition erfassten Messinformationen anpassbar sein.The main processing path can be scanned according to the invention equally or differently on both sides. The optical measuring beam may be displaceable along a discrete line for scanning the plurality of measuring points at the different measuring positions transversely to the direction of the main processing path. Also, the number of measurement points to be detected in the different measurement positions and the respective measurement distance can be adaptable transversely to the direction of the main processing path in the measurement positions. In particular, the adjustments and adjustments described above with regard to the third measurement position may be adaptable in accordance with measurement information acquired at the first and / or second measurement position.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Abtastrichtung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads nach Maßgabe von Bearbeitungsinformationen einstellbar sein, insbesondere nach Maßgabe der Bearbeitungsrichtung und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit. Hierdurch kann der Messstrahl dynamisch und individuell auf den aktuellen Bearbeitungsprozess angepasst werden. Ferner kann die Anzahl an Messpunkten und damit die Auflösung des Abtastens sowie der Abstand zwischen den Messpositionen in Anhängigkeit der Bearbeitungsinformationen vorgegeben sein.According to a further embodiment of the invention, the scanning direction can be adjustable transversely to the direction of the main machining path in accordance with machining information, in particular in accordance with the machining direction and / or the machining speed. As a result, the measuring beam can be adapted dynamically and individually to the current machining process. Furthermore, the number of measuring points and thus the resolution of the scanning as well as the distance between the measuring positions can be predetermined as a function of the machining information.

In einer Weiterbildung kann die Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, nach Maßgabe der an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition erfassten Messinformationen eine Menge von Messpunkten aus der an der oder einer weiteren ersten, zweiten und/oder dritten Messposition abgetasteten Vielzahl von Messpunkten auszuwählen, die zum Auswerten der an der oder der weiteren ersten, zweiten und/oder dritten Messposition erfassten Messinformationen heranzuziehen sind. Messinformationen abgetasteter Messpunkte, die für die Qualitätssicherung und/oder Prozessregelung nicht relevant sind, können so bei der Auswertung gezielt vernachlässigt werden. Auf diese Weise kann die Auswerteeinrichtung den für die Qualitätssicherung und Prozessregelung heranzuziehenden Überwachungsbereich definieren, was vorteilhaft hinsichtlich der Messgenauigkeit sowie der erforderlichen Mess- und Rechenzeit ist.In a refinement, the evaluation device of the measuring device according to the invention can be set up to measure a set of measuring points from the sampled at the or a further first, second and / or third measuring position in accordance with the measured information acquired at the first and / or second and / or third measuring position To select a plurality of measuring points, which are to be used for evaluating the detected at the one or more first, second and / or third measurement position measurement information. Measurement information sampled measuring points, which are not relevant for quality assurance and / or process control, can be deliberately neglected in the evaluation. In this way, the evaluation device can define the monitoring area to be used for quality assurance and process control, which is advantageous in terms of measuring accuracy and the required measuring and computing time.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die Messvorrichtung an der ersten Messposition eine zu bearbeitende Kante des Werkstücks erfasst und/oder an der zweiten Messposition ein Schmelzbad erfasst und/oder an der dritten Messposition eine erstarrte Schweißnaht des Werkstücks erfasst. In dieser Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung eine erfasste Kantenposition des Hauptbearbeitungspfads und/oder die aktuelle Schmelzbadposition nutzen, um den Überwachungsbereich für die Qualitätssicherung und Prozessregelung im Bereich der erkalteten Schweißnaht zu definieren. Dies ermöglicht es, zu beurteilen, ob erfasste Poren und Spritzer im Umgebungsbereich des Hauptbearbeitungspfads innerhalb oder außerhalb des definierten Überwachungsbereichs liegen.An embodiment according to the invention provides that the measuring device detects an edge of the workpiece to be machined at the first measuring position and / or detects a molten bath at the second measuring position and / or detects a solidified weld seam of the workpiece at the third measuring position. In this embodiment, the evaluation device can use a detected edge position of the main machining path and / or the current molten bath position in order to define the monitoring area for the quality assurance and process control in the area of the cooled weld seam. This makes it possible to judge whether detected pores and spatters in the surrounding area of the main machining path are within or outside the defined monitoring area.

Ferner kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, anhand eines Vergleichs der an der dritten Messposition erfassten Messinformationen mit den an der ersten Messposition erfassten Messinformationen ein durch das Bearbeiten aufgeschmolzenes Volumen des Werkstücks und/oder einen durch das Bearbeiten erzeugten Anbindungsquerschnitt zu ermitteln. Hierdurch können zum Beispiel die Schweißnahtgüte beurteilt und das Einhalten von bestimmten Normen kontrolliert werden. Der Vergleich kann beispielsweise durch eine Gegenüberstellung des an der ersten Messposition erfassten Profils der zu bearbeitenden Fügekante und des an der dritten Messposition erfassten Profils der erkalteten Schweißnaht, d.h. der bearbeiteten Fügekante, erfolgen.Furthermore, the evaluation device can be set up to determine, based on a comparison of the measurement information acquired at the third measurement position with the measurement information acquired at the first measurement position, a volume of the workpiece melted by the machining and / or a connection cross-section generated by the machining. As a result, for example, the weld quality can be assessed and compliance with certain standards can be controlled. The comparison can be made, for example, by a comparison of the profile of the joining edge to be processed detected at the first measuring position and the profile of the cooled weld detected at the third measuring position, i. the machined joint edge, done.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, anhand eines Vergleichs der an der ersten Messposition erfassten Messinformationen mit den an der zweiten Messposition erfassten Messinformationen die Lage der aktuellen Bearbeitungsposition relativ zu der zu bearbeitenden Kante des Werkstücks zu ermitteln. So kann beispielsweise ein seitlicher Versatz der aktuellen Bearbeitungsposition relativ zu dem Hauptbearbeitungspfad bzw. zu der zu bearbeitenden Kante bereits während des Bearbeitens festgestellt und durch eine entsprechende Prozessregelung korrigiert werden.In one development of the invention, the evaluation device can be set up to determine the position of the current processing position relative to the edge of the workpiece to be processed on the basis of a comparison of the measurement information acquired at the first measurement position with the measurement information acquired at the second measurement position. For example, a lateral offset of the current processing position relative to the main processing path or to be processed Edge already detected during processing and corrected by an appropriate process control.

Die Auswerteeinrichtung kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dazu eingerichtet sein, aus den an der ersten oder dritten Messposition erfassten Messinformationen ein Suchmuster zu erstellen. Dazu nutzt die Auswerteeinrichtung individuelle Eigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks, wie beispielsweise dessen Oberflächenrauheit, dessen Oberflächenstruktur, etc. Die Messinformationen, die zum Erstellen des Suchmusters zu verwenden sind, können von einem Benutzer der erfindungsgemäßen Messvorrichtung beliebig gewählt werden.In another embodiment of the invention, the evaluation device can be set up to generate a search pattern from the measurement information acquired at the first or third measurement position. For this purpose, the evaluation device uses individual properties of the workpiece to be machined, such as its surface roughness, its surface structure, etc. The measurement information to be used to create the search pattern can be arbitrarily selected by a user of the measuring device according to the invention.

Die Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, das Suchmuster mit an einer ersten und/oder dritten Messposition erfassten Messinformationen zu vergleichen, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder Bearbeitungsrichtung zu ermitteln. In diesem Fall müssen die Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder Bearbeitungsrichtung nicht über eine Feldbusschnittstelle übertragen werden, sondern können durch einen Profilvergleich mittels Autokorrelation oder anderer Methoden der Bildverarbeitung aus den erfassten Messinformationen bestimmt werden. Es versteht sich, dass die zu dem vorstehend beschriebenen Vergleich verwendeten Messinformationen je nach Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder Geschwindigkeit der Verlagerung des optischen Messstrahls unmittelbar aufeinanderfolgend an der ersten und dritten Messposition derselben Messabfolge erfasst sein können. Alternativ dazu kann jedoch auch ein Suchmuster aus an einer ersten oder dritten Messposition erfassten Messinformationen erstellt und mit zu einem späteren Zeitpunkt des Bearbeitungsprozesses an einer weiteren ersten und/oder weiteren dritten Messposition erfassten Messinformationen verglichen werden.The evaluation device of the measuring device according to the invention can also be set up to compare the search pattern with measurement information acquired at a first and / or third measuring position in order to determine the machining speed and / or machining direction. In this case, the processing speed and / or machining direction need not be transmitted via a fieldbus interface, but can be determined by a profile comparison by means of autocorrelation or other methods of image processing from the acquired measurement information. It is understood that the measurement information used for the comparison described above can be detected in succession at the first and third measurement positions of the same measurement sequence, depending on the processing speed and / or speed of the displacement of the optical measurement beam. Alternatively, however, a search pattern can also be created from measurement information acquired at a first or third measurement position and compared with measurement information acquired at a later time of the processing process at a further first and / or further third measurement position.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, nach Maßgabe der erfassten Messinformationen, der Bearbeitungsrichtung und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit einen Vorschub eines während des Bearbeitungsprozesses zum Bearbeiten des Werkstücks zugeführten Zusatzmaterials zu regeln, beispielsweise eines Zusatzdrahts.According to one development of the invention, the measuring device can be set up to regulate a feed of a supplementary material supplied during the machining process for machining the workpiece, for example an additional wire, in accordance with the acquired measuring information, the machining direction and / or the machining speed.

In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, nach Maßgabe der erfassten Messinformationen, der Bearbeitungsrichtung und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit einen Abstand der ersten Messposition und/oder der dritten Messposition von der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition anzupassen. Es versteht sich, dass dadurch auch der Abstand der einzelnen Messpositionen untereinander einstellbar ist. Insbesondere kann durch das vorstehend beschriebene Anpassen des Abstands der Messpositionen zu der aktuellen Bearbeitungsposition bzw. zueinander am Ende des Bearbeitungsprozesses sichergestellt werden, dass zumindest eine der Messpositionen auf den erkalteten Endbereich des bearbeiteten Hauptbearbeitungspfads ausgerichtet ist. Somit sind im gesamten Bereich des bearbeiteten Bearbeitungspfads Messinformationen zur Qualitätssicherung erfassbar.In a further embodiment, the measuring device according to the invention can be set up to adapt a distance of the first measuring position and / or the third measuring position from the intended current processing position in accordance with the acquired measuring information, the machining direction and / or the machining speed. It is understood that this also the distance between the individual measuring positions is adjustable with each other. In particular, by adjusting the distance of the measurement positions to the current processing position or each other at the end of the processing process as described above, it can be ensured that at least one of the measurement positions is aligned with the cooled end region of the processed main processing path. Thus, measurement information for quality assurance can be detected in the entire area of the processed processing path.

Ferner kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, nach Maßgabe der erfassten Messinformationen, der Bearbeitungsrichtung und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit die Ausrichtung der Abtastrichtung, insbesondere in der dritten Messposition, anzupassen.Furthermore, the measuring device can be set up to adapt the alignment of the scanning direction, in particular in the third measuring position, in accordance with the acquired measuring information, the machining direction and / or the machining speed.

Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks, das eine Messvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art und eine Bearbeitungsvorrichtung umfasst. Die Bearbeitungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, einen hochenergetischen Bearbeitungsstrahl mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads relativ zu dem Werkstück zu bewegen, um das Werkstück mittels des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls zu bearbeiten.The invention further relates to a system for processing and monitoring a workpiece comprising a measuring device of the type described above and a processing device. The processing apparatus is configured to move a high-energy processing beam at a processing speed in a processing direction along a predetermined main processing path relative to the workpiece to machine the workpiece by the high-energy processing beam.

Die in dem System vorgesehene Messvorrichtung kann beliebige Merkmale oder Merkmalskombinationen der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung aufweisen.The measuring device provided in the system can have any features or feature combinations of the previously described developments and / or embodiments of the measuring device according to the invention.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, das insbesondere mittels einer Messvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgeführt wird. Der hochenergetische Bearbeitungsstrahl wird mittels einer Bearbeitungsvorrichtung mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsrichtung entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads relativ zu dem Werkstück bewegt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

  • - Erzeugen eines optischen Messstrahls mittels einer Messstrahlquelle eines optischen Kohärenztomographen; und
  • - Verlagern des optischen Messstrahls während des Bearbeitens im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads an eine erste Messposition und/oder an eine zweite Messposition und/oder an eine dritte Messposition auf dem Werkstück mittels wenigstens einer bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung.
Furthermore, the invention relates to a method for monitoring a machining process of a workpiece by means of a high-energy machining beam, which is carried out in particular by means of a measuring device of the type described above. The high energy machining beam is moved relative to the workpiece by a machining apparatus at a machining speed in a machining direction along a predetermined main machining path. The method according to the invention comprises the steps:
  • Generating an optical measuring beam by means of a measuring beam source of an optical coherence tomograph; and
  • - Moving the optical measuring beam during processing substantially in the direction of Hauptbearbeitungspfads to a first measuring position and / or to a second measuring position and / or to a third measuring position on the workpiece by means of at least one movable Meßstrahlablenkeinrichtung.

Die erste Messposition liegt in Bearbeitungsrichtung betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, sodass mittels des optischen Messstrahls ein zu bearbeitender Bereich des Werkstücks erfasst wird. Die zweite Messposition liegt im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, sodass mittels des optischen Messstrahls ein unter Bearbeitung stehender Bereich des Werkstücks erfasst wird. Die dritte Messposition liegt in Bearbeitungsrichtung betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, sodass mittels des optischen Messstrahls ein bearbeiteter Bereich des Werkstücks erfasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner den Schritt:

  • - Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen an der oder einer weiteren ersten Messposition und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren zweiten Messposition und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren dritten Messposition nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition erfassten Messinformationen mittels einer Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung.
The first measuring position, viewed in the machining direction, is located in front of an intended current machining position, so that an area of the workpiece to be machined is detected by means of the optical measuring beam. The second measuring position lies in the region of the intended current processing position, so that by means of the optical measuring beam a stationary area of the workpiece is detected. The third measuring position, viewed in the machining direction, lies behind the intended current machining position, so that a machined region of the workpiece is detected by means of the optical measuring beam. The method according to the invention further comprises the step:
  • Detecting and / or evaluating measuring information at the or a further first measuring position and / or measuring information at the or a further second measuring position and / or measuring information at the or a further third measuring position in accordance with at the first and / or second and / or third measurement position detected measurement information by means of an evaluation of the measuring device.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere Schritte umfassen, um jegliche der vorstehend genannten Effekte, Arbeitsschritte und/oder Betriebszustände der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zu realisieren. Gleiches gilt für die nachfolgend erläuterten Aspekte der Ausführungsbeispiele.The method according to the invention may comprise further steps in order to realize any of the aforementioned effects, working steps and / or operating states of the measuring device according to the invention. The same applies to the following explained aspects of the embodiments.

Es versteht sich, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen und/oder Weiterbildungen beschränkt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen, Weiterbildungen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.It is understood that the subject matter of the invention is not limited to the embodiments and / or developments described above. The described embodiments, developments and features can be combined as desired by the person skilled in the art, without departing from the subject matter of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend 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 ein Beispiel von Messpositionen und Messpunkten auf einem Werkstück;
  • 3 ein weiteres Beispiel von Messpositionen und Messpunkten auf einem Werkstück zur Erläuterung von Funktionsprinzipien der erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
  • 4 einen Überlappstoß zweier miteinander zu verbindender bzw. verbundener Werkstückteile;
  • 5 einen Stumpfstoß zweier miteinander zu verbindender bzw. verbundener Werkstückteile mit einem zwischen diesen liegenden Spalt;
  • 6 ein erfasstes Profil eines zu bearbeitenden Überlappstoßes zweier Werkstückteile sowie ein erfasstes Profil eines bearbeiteten Überlappstoßes zweier Werkstückteile;
  • 7 ein auf einem Werkstück festgelegtes und erfasstes Suchmuster.
Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying schematic drawings. They show:
  • 1 an overview of an embodiment of the system according to the invention for processing and monitoring of a workpiece;
  • 2 an example of measuring positions and measuring points on a workpiece;
  • 3 a further example of measuring positions and measuring points on a workpiece for explaining functional principles of the measuring device according to the invention;
  • 4 a lap joint of two workpiece parts to be joined together;
  • 5 a butt joint of two to be joined or connected workpiece parts with a gap between them;
  • 6 a recorded profile of a lap joint to be processed two workpiece parts and a detected profile of a processed lap joint of two workpiece parts;
  • 7 a search pattern set and captured on a workpiece.

1 zeigt eine Gesamtanordnung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems, das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das System 10 umfasst eine Messvorrichtung 12 und eine mit der Messvorrichtung 12 verbundene Bearbeitungsvorrichtung 14. 1 shows an overall arrangement of an embodiment of the system according to the invention, generally with the reference numeral 10 is designated. The system 10 includes a measuring device 12 and one with the measuring device 12 connected processing device 14 ,

Die Messvorrichtung 12 umfasst einen optischen Kohärenztomographen 16 (OCT) mit einem OCT-Messgerät 18, das über einen Strahlteiler 20 mit einem Messarm 22 und einem Referenzarm 24 verbunden ist. Ferner ist das OCT-Messgerät 18 mit einer Messstrahlquelle 26 zum Erzeugen eines optischen Messstrahls 28 sowie einem Spektrometer 30 zum Detektieren einer überlagerten Messstrahlung ausgebildet. Des Weiteren kann das OCT-Messgerät 18 einen in 1 gezeigten Zirkulator 32 umfassen, der den Strahlteiler 20 über eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter 34 wahlweise mit der Messstrahlquelle 26 oder dem Spektrometer 30 verbindet.The measuring device 12 includes an optical coherence tomograph 16 (OCT) with an OCT meter 18 that has a beam splitter 20 with a measuring arm 22 and a reference arm 24 connected is. Further, the OCT meter 18 with a measuring beam source 26 for generating an optical measuring beam 28 and a spectrometer 30 designed to detect a superimposed measuring radiation. Furthermore, the OCT meter 18 one in 1 shown circulator 32 include the beam splitter 20 via a transport fiber or a light guide 34 optionally with the measuring beam source 26 or the spectrometer 30 combines.

Der Messarm 22 des optischen Kohärenztomographen 16 ist mit einer Messoptik 36 der Messvorrichtung 12 verbunden. Über eine Schnittstelle 38 der Messoptik 36 wird der optische Messstrahl 28 in die Messoptik 36 eingekoppelt und durchtritt eine verlagerbare Kollimationslinse 40, die in Richtung des Pfeils 42 bewegbar ist. In der Messoptik 36 trifft der optische Messstrahl 28 auf eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 44. Die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 44 ist in Richtung der Pfeile 46, 48 verlagerbar, um den optischen Messstrahl 28 in gewünschter Weise abzulenken, d.h. um den optischen Messstrahl 28 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel während eines Bearbeitungsprozesses wahlweise an eine erste Messposition (Pre), eine zweite Messposition (In) oder eine dritte Messposition (Post) auf einem zu bearbeitenden Werkstück W zu verlagern. Die erste Messposition (Pre) liegt in einer Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, um mittels des optischen Messstrahls 28 einen zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks W, d.h. einen Fügestoß, zu erfassen. Die zweite Messposition (In) liegt im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, um mittels des optischen Messstrahls 28 einen unter Bearbeitung stehenden Bereich des Werkstücks W, d.h. ein erzeugtes Schmelzbad, zu erfassen. Die dritte Messposition (Post) liegt in Bearbeitungsrichtung BR betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition, um mittels des optischen Messstrahls 28 einen bearbeiteten Bereich des Werkstücks W, d.h. eine erkaltete Schweißnaht, zu erfassen.The measuring arm 22 of the optical coherence tomograph 16 is with a measuring optics 36 the measuring device 12 connected. Via an interface 38 the measuring optics 36 becomes the optical measuring beam 28 into the measuring optics 36 coupled and passes through a movable collimating lens 40 pointing in the direction of the arrow 42 is movable. In the measuring optics 36 the optical measuring beam hits 28 on a movable Meßstrahlablenkeinrichtung 44 , The movable measuring beam deflection device 44 is in the direction of the arrows 46 . 48 displaceable to the optical measuring beam 28 deflected in the desired manner, ie to the optical measuring beam 28 in the exemplary embodiment shown, during a machining process, either to shift to a first measuring position (Pre), a second measuring position (In) or a third measuring position (Post) on a workpiece W to be machined. The first measuring position (Pre) lies in a machining direction (BR), viewed in front of a provided current machining position, by means of the optical measuring beam 28 a region of the workpiece W to be machined, ie a joint, to be detected. The second measuring position (In) is in the range of the intended current processing position, by means of the optical measuring beam 28 To detect a machined portion of the workpiece W, ie, a generated molten pool. The third measuring position (post) is in Machining direction BR looks behind the intended current machining position to by means of the optical measuring beam 28 to detect a machined region of the workpiece W, ie a cooled weld.

Ferner ist die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 44 ist in Richtung der Pfeile 46, 48 verlagerbar, um den optischen Messstrahl 28 in gewünschter Weise an den einzelnen Messpositionen (Pre, In, Post) auf eine Vielzahl von Messpunkten zu verlagern, um das Werkstück in den einzelnen Messpositionen (Pre, In, Post) abzutasten, was nachstehend in Bezug auf die 2 und 3 näher erläutert ist.Further, the movable measuring beam deflecting device 44 is displaceable in the direction of the arrows 46, 48 to the optical measuring beam 28 desirably shift at the individual measuring positions (Pre, In, Post) to a plurality of measuring points in order to scan the workpiece in the individual measuring positions (Pre, In, Post), which will be described below with reference to FIGS 2 and 3 is explained in more detail.

Es versteht sich, dass das Verlagern des optischen Messstrahls 28 mittels der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 44 zusätzlich zu der Relativbewegung zwischen dem System 10 und dem zu bearbeitenden Werkstück W ausgeführt wird und diese Relativbewegung somit überlagert.It is understood that the displacement of the optical measuring beam 28 by means of the movable measuring beam deflection device 44 in addition to the relative movement between the system 10 and the workpiece W to be machined, and thus superimposes this relative movement.

Die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 44 ist in dem gezeigten Beispiel in Form eines verlagerbaren Galvanometerscanners ausgebildet. Alternativ dazu ist in weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung auch eine Ausbildung in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente möglich, wie beispielsweise eines Taumelspiegels, einer rotierbaren Keilplatte oder ähnlichem. Die Messvorrichtung 12 umfasst ferner eine in 1 nicht gezeigte Auswerteeinrichtung, die beispielsweise in der Messvorrichtung 12 integriert sein kann oder entfernt von dieser angeordnet und mit der Messvorrichtung 12 verbunden sein kann. Die Auswerteeinrichtung dient der Verarbeitung und Auswertung von mittels des optischen Messstrahls 28 erfassten Messinformationen zur Qualitätssicherung und Prozessregelung.The movable measuring beam deflection device 44 is formed in the example shown in the form of a displaceable galvanometer scanner. Alternatively, in other embodiments of the measuring device according to the invention also an education in the form of another movable optical component is possible, such as a tumbling mirror, a rotatable wedge plate or the like. The measuring device 12 further includes an in 1 not shown evaluation device, for example, in the measuring device 12 can be integrated or located away from this and with the measuring device 12 can be connected. The evaluation device is used for processing and evaluation by means of the optical measuring beam 28 recorded measurement information for quality assurance and process control.

Die Bearbeitungsvorrichtung 14 weist eine Bearbeitungsoptik 50 mit einer Schnittstelle 52 auf, in die über eine optische Faser 54 ein hochenergetischer Bearbeitungsstrahl 56, beispielsweise ein von einer nicht gezeigten Laserstrahlquelle erzeugter Laserstrahl, zum Bearbeiten des Werkstücks W eingekoppelt wird. Das zu bearbeitende Werkstück W besteht in dem gezeigten Beispiel aus einem ersten Werkstückteil W‘ und einem zweiten separaten Werkstückteil W“, die miteinander zu verbinden sind. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die beiden Werkstückteile W, W“ in überlappender Weise angeordnet, sodass eine Fügestelle in Form eines Überlappstoßes dargestellt ist. Dieser bildet in dem gezeigten Beispiel den vorgesehenen Hauptbearbeitungspfad (H). Es versteht sich, dass alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch ein Bearbeiten und Überwachen eines sonstigen Werkstückstoßes mittels des erfindungsgemäßen Systems 10 möglich ist, wie beispielsweise eines Stumpfstoßes mit einem dazwischenliegenden Fügespalt.The processing device 14 has a processing optics 50 with an interface 52 on top of an optical fiber 54 a high energy machining beam 56 For example, a laser beam generated by a laser beam source, not shown, is coupled for processing the workpiece W. The workpiece W to be machined consists in the example shown of a first workpiece part W 'and a second separate workpiece part W ", which are to be joined together. In the in 1 the example shown, the two workpiece parts W, W "are arranged in an overlapping manner, so that a joint is shown in the form of a lap joint. This forms the intended main processing path (H) in the example shown. It is understood that as an alternative to the embodiment shown, also an editing and monitoring of any other workpiece impact by means of the system according to the invention 10 is possible, such as a butt joint with an intervening joint gap.

Der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 56 durchläuft in der Bearbeitungsoptik 50 eine Kollimationslinse 58, die gemäß dem Pfeil 60 verlagerbar ist. In der Folge trifft der Bearbeitungsstrahl 56 auf einen halbdurchlässigen Spiegel 62 und wird zu einer bewegbaren weiteren Ablenkeinrichtung 64 reflektiert. Die bewegbare weitere Ablenkeinrichtung 64 ist in 1 ebenfalls in Form eines Galvanometerscanners ausgebildet, der sich in Richtung der beiden Pfeile 66, 68 verlagern lässt, um den Bearbeitungsstrahl 56 in gewünschter Weise abzulenken. Anstelle des gezeigten Galvanometerscanners ist es möglich, die weitere Ablenkeinrichtung in Form einer sonstigen verlagerbaren optischen Komponente auszubilden, wie beispielsweise eines Taumelspiegel, einer rotierbaren Keilplatte oder ähnlichem.The high-energy processing beam 56 goes through in the processing optics 50 a collimation lens 58 that according to the arrow 60 is relocatable. As a result, the processing beam hits 56 on a half-transparent mirror 62 and becomes a movable further deflector 64 reflected. The movable further deflection device 64 is in 1 also formed in the form of a galvanometer scanner, extending in the direction of the two arrows 66 . 68 shift to the machining beam 56 distract in the desired manner. Instead of the galvanometer scanner shown, it is possible to form the further deflection device in the form of another displaceable optical component, such as a tumbling mirror, a rotatable wedge plate or the like.

Der weiteren Ablenkeinrichtung 64 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fokuslinse 70 nachgelagert, die von dem Bearbeitungsstrahl 56 durchtreten wird und die diesen zum Bearbeiten auf das Werkstück W projiziert und fokussiert. Es versteht sich, dass alternativ auch eine vorgelagerte Anordnung der Fokuslinse 70 zu der weiteren Ablenkeinrichtung 64 möglich ist.The further deflection device 64 is a focus lens in the embodiment shown 70 downstream of the processing beam 56 will pass through and projected this for editing on the workpiece W and focused. It is understood that, alternatively, an upstream arrangement of the focus lens 70 to the further deflection device 64 is possible.

Die Messoptik 36 der Messvorrichtung 12 und die Bearbeitungsoptik 56 der Bearbeitungsvorrichtung 14 sind in einer Weise miteinander verbunden, dass sie eine gemeinsame Schnittstelle 72 aufweisen. Über diese gemeinsame Schnittstelle 72 wird der optische Messstrahl 28 nach dem Ablenken durch die bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung 44 in die Bearbeitungsvorrichtung 14 eingekoppelt. Genauer gesagt trifft der optische Messstrahl 28 auf den halbdurchlässigen Spiegel 62 und durchtritt diesen, wodurch der optische Messstrahl 28 den hochenergetische Bearbeitungsstrahl 56 im Wesentlichen koaxial überlagert. Somit trifft der optische Messstrahl 28 ebenfalls auf die bewegbare weitere Ablenkeinrichtung 64 und durchtritt anschließend die Fokuslinse 70, nachdem er von der bewegbaren weiteren Ablenkeinrichtung 64 abgelenkt worden ist.The measuring optics 36 the measuring device 12 and the editing optics 56 the processing device 14 are interconnected in a way that they share a common interface 72 exhibit. About this common interface 72 becomes the optical measuring beam 28 after being deflected by the movable measuring beam deflector 44 into the processing apparatus 14 coupled. More precisely, the optical measuring beam hits 28 on the half-transparent mirror 62 and passes through this, causing the optical measuring beam 28 the high-energy processing beam 56 essentially coaxially superimposed. Thus, the optical measuring beam hits 28 also on the movable further deflection 64 and then passes through the focus lens 70 after moving from the movable further deflector 64 has been distracted.

Wie aus dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zu erkennen ist, überlagern sich der optische Messstrahl 28 und der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 56 exakt, wenn der optische Messstrahl 28 mittels der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 44 auf die zweite Messposition (In) auf dem Werkstück W ausgerichtet ist, also auf die aktuelle Bearbeitungsposition. Diese Überlagerung ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine strichpunktierte Linie des Strahlengangs zwischen der weiteren Ablenkeinrichtung 64 und dem Werkstück W dargestellt. Ist der optische Messstrahl 28 mittels der bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung 44 auf die erste Messposition (Pre) oder die dritte Messposition (Post) auf dem Werkstück W ausgerichtet, weist der optische Messstrahl 28 einen geringen Versatz zu dem hochenergetischen Bearbeitungsstrahl 56 auf. Die strichlierten Linien zwischen der weiteren Ablenkeinrichtung 64 und dem Werkstück W bedeuten in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, dass lediglich der optische Messstrahl 28 und nicht der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 56 auf die erste und dritte Messposition (Pre, Post) verlagerbar ist. Es versteht sich, dass der Abstand zwischen der ersten bzw. der dritten Messposition (Pre, Post) und der zweiten Messposition (In) und damit der Versatz zwischen dem Messstrahl 28 und dem Bearbeitungsstrahl 56 vergleichweise gering ist, sodass trotz dieses Versatzes eine im Wesentlichen koaxiale Überlagerung des der Strahlen 28, 56 vorliegt.As from the in 1 can be seen, the optical measuring beam superimpose 28 and the high energy machining beam 56 exactly when the optical measuring beam 28 by means of the movable measuring beam deflection device 44 is aligned to the second measuring position (In) on the workpiece W, ie to the current machining position. This superposition is in the embodiment shown by a dot-dash line of the beam path between the other deflection 64 and the workpiece W shown. Is the optical measuring beam 28 by means of the movable measuring beam deflection device 44 The optical measuring beam points at the first measuring position (Pre) or the third measuring position (Post) on the workpiece W 28 a small offset to the high energy machining beam 56 on. The dashed lines between the other deflector 64 and the workpiece W mean in the embodiment shown that only the optical measuring beam 28 and not the high-energy processing beam 56 to the first and third measuring position (Pre, Post) is displaceable. It is understood that the distance between the first and the third measuring position (Pre, Post) and the second measuring position (In) and thus the offset between the measuring beam 28 and the processing beam 56 is comparatively small, so that despite this offset, a substantially coaxial superposition of the rays 28 . 56 is present.

2 zeigt eine Draufsicht auf ein teilweise bearbeitetes Werkstück W, in der ein beispielhaftes Abtasten einer Vielzahl von Messpunkten 74 mittels des optischen Messstrahls 28 in den drei Messpositionen (Pre, In, Post) im Sinne der Erfindung dargestellt ist. Der Hauptbearbeitungspfad H entspricht in dem gezeigten Beispiel dem Fügestoß zwischen den Werkstückteilen W‘, W“ des Werkstücks W und verläuft in X-Richtung. Der Fügestoß wurde in der gezeigten Darstellung durch ein Bewegen des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls 56 in Bearbeitungsrichtung BR bereits teilweise bearbeitet. Im Bereich der aktuellen Bearbeitungsposition 76 erzeugt der Bearbeitungsstrahl auf dem Werkstück W eine Dampfkapillare, das sogenannte Keyhole, mit umliegendem Schmelzbad, wodurch jeweils Abschnitte der Werkstückteile W, W“ auf geschmolzen und miteinander verschweißt werden. Während in dem Bereich der ersten Messposition (Pre) die noch unbearbeitete Fügekante zu erkennen ist, zeigt der Bereich der dritten Messposition (Post) die bereits bearbeitete, erkaltete Schweißnaht. 2 shows a plan view of a partially machined workpiece W, in the exemplary sampling of a plurality of measuring points 74 by means of the optical measuring beam 28 in the three measuring positions (Pre, In, Post) is shown in the sense of the invention. In the example shown, the main machining path H corresponds to the joint between the workpiece parts W ', W "of the workpiece W and runs in the X direction. The joint was in the illustrated illustration by moving the high-energy machining beam 56 already partially processed in the machining direction BR. In the area of the current machining position 76 generates the processing beam on the workpiece W a Dampfkapillare, the so-called keyhole, with surrounding melt, whereby portions of the workpiece parts W, W "are melted on and welded together. While in the area of the first measuring position (Pre) the still unprocessed joining edge can be seen, the area of the third measuring position (post) shows the already processed, cooled weld seam.

An jeder der drei Messpositionen (Pre, In, Post) ist der optische Messstrahl 28 auf die Vielzahl von Messpunkten 74 verlagerbar, um das Werkstück W zum Erfassen von Messinformationen an den einzelnen Messpunkten 74 abzutasten. Die genaue Abtastrichtung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H, in der die einzelnen Messpunkten 74 an einer der Messposition (Pre, In, Post) aufeinanderfolgen, sowie die jeweilige Anzahl an Messpunkten 74 und der jeweilige Abstand der Messpunkte 74 untereinander können nach Maßgabe des Bearbeitungsprozesses angepasst werden und sich in weiteren Ausführungsformen von dem in 2 gezeigten Beispiel unterscheiden. Wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zu erkennen ist, zeigt die Abtastrichtung sowohl in X- als auch in Y-Richtung und ist nicht exakt orthogonal zu der Richtung des Hauptbearbeitungspfads H. Dadurch kann die Relativbewegung zwischen dem optischen Messstrahl und dem Werkstück kompensiert oder zumindest berücksichtigt werden.At each of the three measuring positions (Pre, In, Post) is the optical measuring beam 28 on the multitude of measuring points 74 displaceable to the workpiece W for acquiring measurement information at the individual measuring points 74 scan. The exact scanning direction across the direction of the main machining path H, in which the individual measuring points 74 at one of the measuring positions (Pre, In, Post) and the respective number of measuring points 74 and the respective distance of the measuring points 74 from each other can be adjusted according to the machining process and in further embodiments of the in 2 different example shown. As can be seen in the exemplary embodiment shown, the scanning direction points in both the X and Y directions and is not exactly orthogonal to the direction of the main machining path H. As a result, the relative movement between the optical measuring beam and the workpiece can be compensated or at least taken into account ,

Durch die optische Kohärenztomographie werden mittels des optischen Messstrahls Höheninformationen der abgetasteten Messpunkte 74 an den verschiedenen Messpositionen (Pre, In, Post) erfasst. Aus diesen erfassten Höheninformationen werden erstellt die Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung 12 Profile des Hauptbearbeitungspfads H, genauer gesagt der Fügekante zwischen den Werkstückteilen W‘, W“. Beispielhafte Profile einer unbearbeiteten Fügekante (an der ersten Messposition) und einer bearbeiteten Fügekante (an der dritten Messposition) sind in 2 oberhalb der zugehörigen Messposition gezeigt.By means of the optical coherence tomography, height information of the sampled measuring points is obtained by means of the optical measuring beam 74 recorded at the different measuring positions (Pre, In, Post). The evaluation device of the measuring device is created from these detected height information 12 Profiles of Hauptbearbeitungspfads H, more precisely, the joining edge between the workpiece parts W ', W ". Exemplary profiles of an unprocessed joining edge (at the first measuring position) and a processed joining edge (at the third measuring position) are in 2 shown above the associated measuring position.

3 zeigt eine weitere Draufsicht auf ein teilweise bearbeitetes Werkstück W zum Veranschaulichen von Funktionsprinzipien der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 12. 3 shows a further plan view of a partially machined workpiece W for illustrating functional principles of the measuring device 12 according to the invention.

Gemäß einem ersten beispielhaften Funktionsprinzip der Erfindung wird der optische Messstrahl 28 zunächst an die erste Messposition (Pre) verlagert, an der mittels des Messstrahls 28 die gezeigte Vielzahl von Messpunkten 74 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet wird, um aus den dabei erfassten Messinformationen ein Profil der unbearbeiteten Fügekante zwischen den Werkstückteilen W, W“ zu erstellen. Aus den erfassten Messinformationen bzw. aus dem erstellten Profil der Fügekante ermittelt die Auswerteeinrichtung die genaue Position der Fügekante.According to a first exemplary operating principle of the invention, the optical measuring beam 28 initially shifted to the first measuring position (Pre), at the means of the measuring beam 28 the shown plurality of measuring points 74 is scanned transversely to the direction of the main processing path H to create a profile of the unprocessed joining edge between the workpiece parts W, W "from the measurement information acquired thereby. From the acquired measurement information or from the created profile of the joining edge, the evaluation device determines the exact position of the joining edge.

Anschließend wird der optische Messstrahl 28 an die dritte Messposition (Post) verlagert, an der ebenfalls mittels des Messstrahls 28 die gezeigte Vielzahl von Messpunkten 74 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet wird, um aus den dabei erfassten Messinformationen ein Profil der bearbeiteten Fügekante zwischen den Werkstückteilen W, W“ zu erstellen. Eine anschließende Auswertung dieses Profils ermöglicht eine Qualitätsbeurteilung der bearbeiteten Fügekante, indem beispielsweise Fehlstellen und Spritzer im Bereich der erkalteten Schweißnaht erkannt werden. Wie aus 3 ersichtlich ist, werden an der dritten Messposition (Post) jedoch auch Messpunkte 74 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet, die von der erkalteten Schweißnaht beabstandet sind. Eine Berücksichtigung dieser von der erkalteten Schweißnaht beabstandeten Messpunkte 74 bei der Auswertung kann die Qualitätsbeurteilung der Schweißnaht verfälschen sowie die erforderliche Mess- und Rechenzeit erhöhen.Subsequently, the optical measuring beam 28 moved to the third measuring position (post), at the also by means of the measuring beam 28 the shown plurality of measuring points 74 is scanned transversely to the direction of the main processing path H to create a profile of the processed joining edge between the workpiece parts W, W "from the measurement information acquired thereby. A subsequent evaluation of this profile allows a quality assessment of the processed joining edge, for example, by defects and splashes are detected in the area of the cooled weld. How out 3 can be seen, but at the third measuring position (post) also measuring points 74 scanned across the direction of the main machining path H, which are spaced from the cooled weld. Consideration of these spaced from the cooled weld measuring points 74 During the evaluation, the quality assessment of the weld can be falsified and the required measurement and calculation time increased.

Aus diesem Grund wertet die Auswerteeinrichtung die an der dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen nach Maßgabe der an der ersten Messposition (Pre) erfassten Messinformationen aus. Genauer gesagt nutzt die Auswerteeinrichtung die an der ersten Messposition (Pre) erfassten Messinformationen bzw. das daraus erstellte Profil und/oder die Position der unbearbeiteten Fügekante, um einen für die Auswertung der an der dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen relevanten Überwachungsbereich festzulegen. Die Grenzen eines festgelegten beispielhaften Überwachungsbereichs sind in dem in 3 gezeigten Beispiel durch die horizontalen Linien 76, 78 an der dritten Messposition (Post) dargestellt. In dem gezeigten Beispiel wertet die Auswerteeinrichtung an der dritten Messposition (Post) somit lediglich die an den zwischen den Linien 76, 78 liegenden Messpunkten 76 erfassten Messinformationen für eine Qualitätsbeurteilung aus. Zur Festlegung des Überwachungsbereichs und zur entsprechenden Anpassung der Abtastauflösung in diesem Bereich kann die Auswerteeinrichtung neben den an der ersten Messposition (Pre) erfassten Messinformationen ferner auch weitere Parameter des Bearbeitungsprozesses berücksichtigen, wie beispielsweise die Intensität des Bearbeitungsstrahls, das Material des Werkstücks, die Bearbeitungsgeschwindigkeit, etc.For this reason, the evaluation device evaluates the at the third measuring position (post) acquired measurement information in accordance with the measured at the first measurement position (Pre) measurement information. More precisely, the evaluation device uses the measurement information acquired at the first measurement position (Pre) or the profile created therefrom and / or the position of the unprocessed joining edge in order to determine a monitoring region relevant for the evaluation of the measurement information acquired at the third measurement position (Post). The limits of a specified exemplary monitoring area are those in the 3 shown by the horizontal lines 76 . 78 at the third measuring position (post). In the example shown, the evaluation device evaluates at the third measuring position (post) thus only those at the between the lines 76 . 78 lying measuring points 76 recorded measurement information for a quality assessment. In order to determine the monitoring range and to correspondingly adapt the scanning resolution in this area, the evaluation device can also take into account other parameters of the machining process, such as the intensity of the machining beam, the material of the workpiece, the machining speed, in addition to the measurement information acquired at the first measuring position (Pre). Etc.

Gemäß einem zweiten beispielhaften Funktionsprinzip der Erfindung wird der optische Messstrahl 28 zunächst an die zweite Messposition (In) verlagert, an der mittels des Messstrahls 28 mehrfach eine Vielzahl von Messpunkten quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet wird, was in dem in 3 gezeigten Beispiel durch die schrägen Linien 80, 82, 84 dargestellt ist. Aus den dabei erfassten Messinformationen ermittelt die Auswerteeinrichtung die Lage und/oder die Breite des erzeugten Schmelzbads, wobei das mehrfache Abtasten einer Vielzahl von Messpunkten an der zweiten Messposition (In) sicherstellt, dass die maximale Breite des Schmelzbads erfasst wird. Zum Ermitteln der maximalen Breite des Schmelzbades kann der optische Messstrahl 28 auf beiden Seiten des Hauptbearbeitungspfads H von außen nach innen verlagert werden, also von einem von dem Hauptbearbeitungspfad H seitlich beabstandeten Bereich in Richtung des Hautpbearbeitungspfads H zur Schmelzbadgrenze hin. Alternativ kann der optische Messstrahl 28 zum Ermitteln der maximalen Breite des Schmelzbades auf beiden Seiten des Hauptbearbeitungspfads H von innen nach außen verlagert werden, also von dem Hautpbearbeitungspfads H in Richtung zur von diesem beabstandeten Schmelzbadgrenze hin.According to a second exemplary operating principle of the invention, the optical measuring beam 28 initially shifted to the second measuring position (In), at the means of the measuring beam 28 a plurality of measuring points are scanned repeatedly transversely to the direction of the main processing path H, which in the in 3 shown example by the oblique lines 80 . 82 . 84 is shown. From the measurement information acquired thereby, the evaluation device determines the position and / or the width of the produced molten bath, wherein the multiple scanning of a plurality of measuring points at the second measuring position (In) ensures that the maximum width of the molten bath is detected. To determine the maximum width of the molten bath, the optical measuring beam 28 on both sides of the main processing path H are shifted from outside to inside, so from a laterally spaced from the main processing path H area in the direction of the Hautpearbeitungspfads H to Schmelzbadgrenze out. Alternatively, the optical measuring beam 28 for determining the maximum width of the molten bath on both sides of the main processing path H are displaced from the inside to the outside, ie from the Hautpbearbeitungspfads H towards the spaced apart from this Schmelzbadgrenze out.

Anschließend wird der optische Messstrahl 28 an die dritte Messposition (Post) verlagert, an der ebenfalls mittels des Messstrahls 28 die gezeigte Vielzahl von Messpunkten 74 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet wird, um aus den dabei erfassten Messinformationen ein Profil der bearbeiteten Fügekante zwischen den Werkstückteilen W, W“ zu erstellen. Eine anschließende Auswertung dieses Profils ermöglicht eine Qualitätsbeurteilung der bearbeiteten Fügekante, indem beispielsweise Fehlstellen und Spritzer im Bereich der erkalteten Schweißnaht erkannt werden. Wie vorstehend beschrieben, werden an der dritten Messposition (Post) jedoch auch Messpunkte 74 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet, die von der erkalteten Schweißnaht beabstandet sind. Eine Berücksichtigung dieser von der erkalteten Schweißnaht beabstandeten Messpunkte 74 bei der Auswertung kann die Qualitätsbeurteilung der Schweißnaht verfälschen sowie die erforderliche Mess- und Rechenzeit erhöhen.Subsequently, the optical measuring beam 28 moved to the third measuring position (post), at the also by means of the measuring beam 28 the shown plurality of measuring points 74 is scanned transversely to the direction of the main processing path H to create a profile of the processed joining edge between the workpiece parts W, W "from the measurement information acquired thereby. A subsequent evaluation of this profile allows a quality assessment of the processed joining edge, for example, by defects and splashes are detected in the area of the cooled weld. However, as described above, at the third measuring position (post), measuring points also become 74 scanned across the direction of the main machining path H, which are spaced from the cooled weld. Consideration of these spaced from the cooled weld measuring points 74 During the evaluation, the quality assessment of the weld can be falsified and the required measurement and calculation time increased.

Aus diesem Grund wertet die Auswerteeinrichtung gemäß dem zweiten Funktionsprinzip die an der dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen nach Maßgabe der an der zweiten Messposition (In) erfassten Messinformationen aus. Genauer gesagt nutzt die Auswerteeinrichtung die an der zweiten Messposition (In) erfassten Messinformationen bzw. wenigstens eine der ermittelten Breiten des Schmelzbads, um einen für die Auswertung der an der dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen relevanten Überwachungsbereich festzulegen. Die Grenzen eines festgelegten beispielhaften Überwachungsbereichs sind, wie vorstehend erläutert, durch die horizontalen Linien 76, 78 an der dritten Messposition (Post) dargestellt. Auch gemäß dem zweiten Funktionsprinzip wertet die Auswerteeinrichtung an der dritten Messposition (Post) somit lediglich die an den zwischen den Linien 76, 78 liegenden Messpunkten 76 erfassten Messinformationen für eine Qualitätsbeurteilung aus. Zur Festlegung des Überwachungsbereichs und zur entsprechenden Anpassung der Abtastauflösung in diesem Bereich kann die Auswerteeinrichtung auch hier neben den an der zweiten Messposition (In) erfassten Messinformationen ferner auch weitere Parameter des Bearbeitungsprozesses berücksichtigen, wie beispielsweise die Intensität des Bearbeitungsstrahls, das Material des Werkstücks, die Bearbeitungsgeschwindigkeit, etc.For this reason, the evaluation device evaluates the measurement information acquired at the third measurement position (post) in accordance with the measurement information acquired at the second measurement position (In) according to the second functional principle. More precisely, the evaluation device uses the measurement information acquired at the second measurement position (In) or at least one of the determined widths of the melt pool in order to determine a monitoring range relevant for the evaluation of the measurement information acquired at the third measurement position (Post). The boundaries of a predetermined exemplary monitoring area are, as explained above, by the horizontal lines 76 . 78 at the third measuring position (post). Also, according to the second operating principle evaluates the evaluation at the third measuring position (post) thus only those at the between the lines 76 . 78 lying measuring points 76 recorded measurement information for a quality assessment. In addition to the measurement information acquired at the second measuring position (In), the evaluation device can also take into account further parameters of the machining process, such as the intensity of the machining beam, the material of the workpiece, the determination of the monitoring area and the corresponding adjustment of the scanning resolution in this area Processing speed, etc.

Gemäß einem dritten beispielhaften Funktionsprinzip der Erfindung wird der optische Messstrahl 28 zunächst an die erste Messposition (Pre) verlagert, an der mittels des Messstrahls 28 die gezeigte Vielzahl von Messpunkten 74 quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet wird, um aus den dabei erfassten Messinformationen ein Profil der unbearbeiteten Fügekante zwischen den Werkstückteilen W, W‘ zu erstellen. Aus den erfassten Messinformationen bzw. aus dem erstellten Profil der Fügekante ermittelt die Auswerteeinrichtung die genaue Position der Fügekante.According to a third exemplary operating principle of the invention, the optical measuring beam 28 initially shifted to the first measuring position (Pre), at the means of the measuring beam 28 the shown plurality of measuring points 74 is scanned transversely to the direction of the main processing path H to create a profile of the unprocessed joining edge between the workpiece parts W, W 'from the measurement information acquired thereby. From the acquired measurement information or from the created profile of the joining edge, the evaluation device determines the exact position of the joining edge.

Anschließend wird der optische Messstrahl 28 an die zweite Messposition (In) verlagert, an der mittels des Messstrahls 28 mehrfach eine Vielzahl von Messpunkten quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads H abgetastet wird, was in dem in 3 gezeigten Beispiel durch die schrägen Linien 80, 82, 84 dargestellt ist. Aus den dabei erfassten Messinformationen ermittelt die Auswerteeinrichtung die Lage und/oder die Breite des erzeugten Schmelzbads, wobei das mehrfache Abtasten einer Vielzahl von Messpunkten an der zweiten Messposition (In) sicherstellt, dass die maximale Breite des Schmelzbads erfasst wird. Subsequently, the optical measuring beam 28 shifted to the second measuring position (In), at the means of the measuring beam 28 a plurality of measuring points are scanned repeatedly transversely to the direction of the main processing path H, which in the in 3 shown example by the oblique lines 80 . 82 . 84 is shown. From the measurement information acquired thereby, the evaluation device determines the position and / or the width of the produced molten bath, wherein the multiple scanning of a plurality of measuring points at the second measuring position (In) ensures that the maximum width of the molten bath is detected.

Aus einem Vergleich der an der ersten Messposition (Pre) erfassten Messinformationen mit den an der zweiten Messposition (In) erfassten Messinformationen bzw. aus einem Vergleich der daraus abgeleiteten Position der Fügekante und Lage des Schmelzbades ermittelt die Auswerteeinrichtung die Lage der aktuellen Bearbeitungsposition relativ zu der Fügekante und veranlasst gegebenenfalls eine Prozessregelung zur Korrektur einer ungewünschten Abweichung.From a comparison of the measured information acquired at the first measuring position (Pre) with the measured information acquired at the second measuring position (In) or from a comparison of the position derived therefrom of the joining edge and position of the molten bath, the evaluation device determines the position of the current processing position relative to the Joining edge and possibly causes a process control to correct an unwanted deviation.

Durch das vorstehend beschriebene gezielte Festlegen eines für die Auswertung heranzuziehenden Überwachungsbereichs gemäß den beispielhaften Funktionsprinzipien, kann die Qualitätssicherung und Prozessregelung eines Bearbeitungsprozesses mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung verbessert werden.By means of the above-described specific setting of a monitoring range to be used for the evaluation in accordance with the exemplary functional principles, the quality assurance and process control of a machining process by means of the measuring device according to the invention can be improved.

Es versteht sich, dass die vorstehend erläuterten beispielhaften Funktionsprinzipien der Erfindung beliebig miteinander kombiniert werden können. So kann der optische Messstrahl beispielsweise mehrfach an verschiedene Messpositionen verlagert werden, um eine optimale Qualitätssicherung und Prozessregelung zu ermöglichen. Auch können an den verschiedenen Messpositionen erfasste Messinformationen auf unterschiedliche Weise miteinander verglichen werden, um einen Überwachungsbereich festzulegen und um eine optimale Qualitätssicherung und Prozessregelung sicherzustellen.It is understood that the exemplary functional principles of the invention explained above can be combined as desired. For example, the optical measuring beam can be shifted several times to different measuring positions to enable optimal quality assurance and process control. Also, measurement information acquired at the various measurement positions can be compared in different ways with each other to establish a monitoring area and to ensure optimal quality assurance and process control.

Die 4 und 5 zeigen Seitenansichten von miteinander zu verbindenden Werkstückteilen W, W“ eines Werkstücks W, wobei 4 einen Überlappstoß und 5 einen Stumpfstoß mit einem Fügespalt S darstellen. Mittels einer strichlierten Linie ist in den beiden 4 und 5 jeweils das Profil des Fügestoßes nach der Bearbeitung angedeutet. Wie aus den 4 und 5 zu erkennen ist, entsteht durch eine optimale Bearbeitung ein nahezu fließender Übergang zwischen einem bearbeiteten Bereich nahe der Fügekante, in dem Material des Werkstücks W aufgeschmolzen wurde, und einem unbearbeiteten Bereich des Werkstücks W, der von der Fügekante beabstandet ist. Obgleich der nahezu fließende Übergang positiv für die Werkstückqualität ist, erschwert dieser eine Qualitätsbeurteilung des bearbeiteten Fügestoßes. Aus den mittels des optischen Messstrahls erfassten Messinformationen an der Messposition des bearbeiteten Fügestoßes (an der dritten Messposition) ist häufig nicht ersichtlich, wo der bearbeitete Bereich aufhört und wo der unbearbeitete Bereich des Werkstücks beginnt.The 4 and 5 show side views of workpiece parts to be joined W, W "of a workpiece W, wherein 4 a lap joint and 5 represent a butt joint with a joint gap S. By means of a dotted line is in the two 4 and 5 each indicated the profile of the joint after processing. Like from the 4 and 5 can be seen, created by optimal processing, a nearly fluid transition between a machined area near the joining edge, was melted in the material of the workpiece W, and a raw area of the workpiece W, which is spaced from the joining edge. Although the near-fluent transition is positive for workpiece quality, it makes it difficult to assess the quality of the machined joint. From the measurement information acquired by the optical measuring beam at the measuring position of the processed joint (at the third measuring position), it is often not clear where the machined area ends and where the unprocessed area of the workpiece begins.

Durch die Anwendung eines oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Funktionsprinzipien der Erfindung kann jedoch der für die Qualitätssicherung auszuwertende Bereich an der dritten Messposition festgelegt werden. Dadurch kann selbst bei einem fließenden Übergang zwischen einem bearbeiteten Bereich und einem unbearbeiteten Bereich eines Werkstücks eine präzise Qualitätssicherung und Prozessregelung sichergestellt werden.By applying one or more of the above-described functional principles of the invention, however, the area to be evaluated for quality assurance can be set at the third measuring position. As a result, precise quality assurance and process control can be ensured even with a smooth transition between a machined area and an unprocessed area of a workpiece.

6 zeigt ein mittels des optischen Messstrahls 28 erfasstes Profil eines zu bearbeitenden Überlappstoßes zweier Werkstückteile (siehe durchgehende Linie) sowie ein mittels des optischen Messstrahls 28 erfasstes Profil des bearbeiteten Überlappstoßes der zwei Werkstückteile (siehe strichlierte Linie). Ferner sind aus 6 die erfindungsgemäß festgelegten Grenzen 86, 88 des Überwachungsbereichs als punktierte vertikale Linien dargestellt. 6 shows one by means of the optical measuring beam 28 recorded profile of a lap joint to be machined two workpiece parts (see solid line) and a means of the optical measuring beam 28 recorded profile of the processed lap joint of the two workpiece parts (see dotted line). Furthermore, are off 6 the limits defined according to the invention 86 . 88 of the monitoring area shown as dotted vertical lines.

Mittels eines Vergleichs der erfassten Profile des Überlappstoßes zwischen den Grenzen 86, 88 des Überwachungsbereichs berechnet die Auswerteeinrichtung gemäß eines weiteren Funktionsprinzips der Erfindung ein durch die Bearbeitung aufgeschmolzenes Volumen (schraffierte Fläche) des Werkstücks bzw. der Werkstückteile. Auch kann die Auswerteeinrichtung gemäß eines weiteren Funktionsprinzips der Erfindung anhand eines Vergleichs der erfassten Profile des Überlappstoßes zwischen den Grenzen 86, 88 des Überwachungsbereichs einen durch das Bearbeiten erzeugten Anbindungsquerschnitt zwischen den Werkstückteilen ermitteln. Das Berechnen des auf geschmolzenen Volumens und/oder das Ermitteln des erzeugten Anbindungsquerschnitts kann weiter zur Qualitätsbeurteilung der erkalteten Schweißnaht beitragen und somit die Qualitätssicherung und Prozessregelung weiter verbessern.By means of a comparison of the recorded profiles of the overlap between the borders 86 . 88 In the monitoring area, the evaluation device calculates, according to a further functional principle of the invention, a volume (hatched area) of the workpiece or of the workpiece parts which has been melted by the machining. Also, the evaluation device according to another functional principle of the invention based on a comparison of the detected profiles of the lap joint between the boundaries 86 . 88 of the monitoring area to determine a connection cross-section produced by the machining between the workpiece parts. Calculating the molten volume and / or determining the cross-sectional area created may further contribute to the quality assessment of the cooled weld and thus further improve quality assurance and process control.

7 zeigt ein gemäß einem weiteren Funktionsprinzip der Erfindung auf einem Werkstück W mittels der Auswerteeinrichtung erstelltes und erfasstes Suchmuster 90, 92. In dem gezeigten Beispiel erfasst die Auswerteeinrichtung durch ein mehrfaches Abtasten des Werkstücks W an der ersten Messposition (Pre) individuelle Oberflächenmerkmale des Werkstücks W, beispielsweise Merkmale zu der Oberflächenrauheit des Werkstücks W. Das mehrfache Abtasten einer Vielzahl von Messpunkten an der ersten und dritten Messposition (Pre, Post) ist in 7 durch Linien 94 dargestellt. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann entweder zunächst mehrere der gezeigten Linien 94 an der ersten Messposition (Pre) und anschließend mehrere der gezeigten Linien 94 an der dritten Messposition (Post) abtasten oder jeweils abwechselnd eine der gezeigten Linien 94 an der ersten Messposition (Pre) und eine der gezeigten Linien 94 an der dritten Messposition (Post) abtasten. 7 FIG. 2 shows a search pattern 90, 92 created and recorded on a workpiece W by means of the evaluation device. In the example shown, the evaluation device detects individual surface features of the workpiece W by repeatedly scanning the workpiece W at the first measuring position (Pre). For example, features to the surface roughness of the workpiece W. The multiple scanning of a plurality of measuring points at the first and third measuring position (Pre, Post) is in 7 by lines 94 shown. The measuring device according to the invention can either initially several of the lines shown 94 at the first measuring position (Pre) and then several of the shown lines 94 at the third measuring position (post) or alternately one of the shown lines 94 at the first measuring position (Pre) and one of the shown lines 94 at the third measuring position (post).

Aus den durch das Abtasten erfassten individuellen Oberflächenmerkmalen des Werkstücks W erstellt die Auswerteeinrichtung in dem gezeigten Beispiel das Suchmuster 90 im Bereich der ersten Messposition (Pre). Das erstellte Suchmuster 90 umfasst gemäß 7 Messinformationen zu Oberflächenmerkmalen des Werkstücks W aus mehreren Abtastungen. In alternativen Ausführungsformen ist es jedoch möglich, dass das erstellte Suchmuster 90 lediglich Messinformationen zu Oberflächenmerkmalen des Werkstücks W aus einer einzelnen Abtastung entlang einer bestimmten Abtastlinie 94 umfasst.From the individual surface features of the workpiece W detected by the scanning, the evaluation device creates the search pattern in the example shown 90 in the range of the first measuring position (Pre). The created search pattern 90 includes according to 7 Measurement information on surface features of the workpiece W from multiple scans. In alternative embodiments, however, it is possible for the created search pattern 90 only measurement information on surface features of the workpiece W from a single scan along a particular scan line 94 includes.

Das erstellte Suchmuster wird gespeichert und während des weiteren Bearbeitungsprozesses mit dem erfassten Suchmuster 92 aus zu einem späteren Zeitpunkt erfassten Messinformationen verglichen. Während des Bearbeitungsprozesses kann nacheinander eine Vielzahl von Suchmustern 92 erfasst und mit dem erstellten Suchmuster 90 verglichen werden.The created search pattern is saved and during the further processing with the acquired search pattern 92 from measured at a later time measured information compared. During the editing process can successively a variety of search patterns 92 captured and with the created search pattern 90 be compared.

Erkennt die Auswerteeinrichtung, dass das erfasste Suchmuster 92 dem erstellten Suchmuster 90 entspricht, wird über die Zeitdifferenz zwischen dem Erstellen des Suchmusters 90 und dem Erfassen des dem erstellten Suchmusters 90 entsprechenden Suchmusters 92 die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Bearbeitungsprozesses berechnet. Dabei kann die Auswerteeinrichtung weitere Parameter des Bearbeitungsprozesses und des Überwachens zur Berechnung der Bearbeitungsgeschwindigkeit berücksichtigen, wie beispielsweise die Ausrichtung des optischen Messstrahls 28, die Lage der Messpositionen, die Verlagerungsgeschwindigkeit des optischen Messstrahls 28 zwischen den Messpositionen, etc. Im Gegensatz zu herkömmlichen Messvorrichtungen ist eine Übertragung der Bearbeitungsgeschwindigkeit mittels eines Feldbusses an die Messvorrichtung nicht erforderlich, da die Bearbeitungsgeschwindigkeit aus den mittels des optischen Messstrahls erfassten Messinformationen ermittelbar ist.Detects the evaluation that the detected pattern 92 the created search pattern 90 is equal to the time difference between creating the search pattern 90 and capturing the search pattern created 90 corresponding search pattern 92 calculates the machining speed of the machining process. In this case, the evaluation device can take into account further parameters of the machining process and the monitoring for calculating the machining speed, such as the orientation of the optical measuring beam 28, the position of the measuring positions, the displacement speed of the optical measuring beam 28 between the measuring positions, etc. In contrast to conventional measuring devices, a transmission of the processing speed by means of a field bus to the measuring device is not required, since the processing speed can be determined from the measured information acquired by means of the optical measuring beam.

Um den Rechenaufwand während des Bearbeitungsprozesses zu verringern, kann von der Auswerteeinrichtung ein Suchfenster 96 definiert werden, innerhalb dessen die mit dem erstellten Suchmuster 90 zu vergleichenden Suchmuster 92 zu erfassen sind. Je nach Bearbeitungsgeschwindigkeit und Verlagerungsgeschwindigkeit des optischen Messstrahls kann das Suchfenster 96 und/oder das erfasste Suchmuster 92 an der ersten oder der dritten Messposition liegen. Auch kann das zu Beginn erstellte Suchmuster 90 in einer alternativen Ausführungsform an der dritten Messposition erstellt werden.In order to reduce the computational effort during the machining process, the evaluator can display a search window 96 within which are the ones created with the search pattern 90 to be compared search pattern 92 to be recorded. Depending on the processing speed and displacement speed of the optical measuring beam, the search window 96 and / or the detected search pattern 92 lie at the first or the third measuring position. Also, the search pattern created at the beginning 90 be created in an alternative embodiment at the third measurement position.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (13)

Messvorrichtung (12) zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, die mit einer Bearbeitungsvorrichtung (14) zum Bearbeiten eines Werkstücks (W) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (56) verbunden oder verbindbar ist, wobei der hochenergetische Bearbeitungsstrahl (56) mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads (H) relativ zu dem Werkstück (W) bewegbar ist, und wobei die Messvorrichtung (12) umfasst: einen optischen Kohärenztomographen (16) mit einer Messstrahlquelle (26) zum Erzeugen eines optischen Messstrahls (28), und wenigstens eine bewegbare Messstrahlablenkeinrichtung (44), die dazu eingerichtet ist, den optischen Messstrahl (28) während des Bearbeitens im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (H) an eine erste Messposition (Pre) und/oder an eine zweite Messposition (In) und/oder an eine dritte Messposition (Post) auf dem Werkstück (W) zu verlagern, wobei die erste Messposition (Pre) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) liegt, um mittels des optischen Messstrahls (28) einen zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks (W) zu erfassen, wobei die zweite Messposition (In) im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) liegt, um mittels des optischen Messstrahls (28) einen unter Bearbeitung stehenden Bereich des Werkstücks (W) zu erfassen, und wobei die dritte Messposition (Post) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) liegt, um mittels des optischen Messstrahls (28) einen bearbeiteten Bereich des Werkstücks (W) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) eine Auswerteeinrichtung umfasst, die Messinformationen an der oder einer weiteren ersten Messposition (Pre) und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren zweiten Messposition (In) und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren dritten Messposition (Post) nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition (Pre, In, Post) erfassten Messinformationen erfasst und/oder auswertet.A measuring device (12) for monitoring a machining process, which is connected or connectable to a machining device (14) for machining a workpiece (W) by means of a high-energy machining beam (56), the high-energy machining beam (56) having a machining speed in a machining direction (BR ) is movable along a predetermined main machining path (H) relative to the workpiece (W), and wherein the measuring device (12) comprises: an optical coherence tomograph (16) having a measuring beam source (26) for generating an optical measuring beam (28), and at least a movable Meßstrahlablenkeinrichtung (44) which is adapted to the optical measuring beam (28) during processing substantially in the direction of Hauptbearbeitungspfads (H) to a first measuring position (Pre) and / or to a second measuring position (In) and / or to relocate to a third measuring position (post) on the workpiece (W), the first M viewed in the processing direction (BR) before a planned current processing position (76) is located in order to detect by means of the optical measuring beam (28) a region to be machined of the workpiece (W), wherein the second measuring position (In) in the provided current processing position (76) is to detect by means of the optical measuring beam (28) a working area of the workpiece (W), and wherein the third measuring position (post) in the processing direction (BR) considered behind the intended current processing position (76 ), in order to detect a machined region of the workpiece (W) by means of the optical measuring beam (28), characterized in that the measuring device (12) comprises an evaluation device, the measuring information at the or a further first measuring position (Pre) and / or Measurement information at or another second measurement position (In) and / or measurement information at or further third measurement position (post) in accordance with measured at the first and / or second and / or third measurement position (Pre, In, post) recorded measurement information and / or evaluated. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Messstrahl (28) mittels der wenigstens einen bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (44) oder mittels einer weiteren bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung an der ersten, zweiten und/oder dritten Messposition (Pre, In, Post) auf eine Vielzahl von Messpunkten (74) in einer Abtastrichtung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (H) verlagerbar ist, um das Werkstück (W) durch Erfassen von Messinformationen an jedem der Vielzahl von Messpunkten (74) abschnittsweise abzutasten.Measuring device (12) after Claim 1 , characterized in that the optical measuring beam (28) by means of the at least one movable measuring beam deflection device (44) or by means of a further movable measuring beam deflection device at the first, second and / or third measuring position (Pre, In, Post) to a plurality of measuring points (74 ) in a scanning direction transversely to the direction of the main machining path (H) is displaceable to scan the workpiece (W) by detecting measurement information at each of the plurality of measuring points (74) in sections. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrichtung quer zur Richtung des Hauptbearbeitungspfads (H) nach Maßgabe von Bearbeitungsinformationen einstellbar ist, insbesondere nach Maßgabe der Bearbeitungsrichtung (BR) und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit.Measuring device (12) after Claim 2 Characterized in that the scanning direction is adjustable transversely to the direction of the main processing path (H) on the basis of machining information, in particular in accordance with the machining direction (BR) and / or the processing speed. Messvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe der an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition (Pre, In, Post) erfassten Messinformationen eine Menge von Messpunkten aus der an der oder einer weiteren ersten, zweiten und/oder dritten Messposition (Pre, In, Post) abgetasteten Vielzahl von Messpunkten (74) auszuwählen, die zum Auswerten der an der oder der weiteren ersten, zweiten und/oder dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen heranzuziehen sind.Measuring device (12) according to one of Claims 2 and 3 , characterized in that the evaluation device is set up in accordance with the measurement information acquired at the first and / or second and / or third measuring position (Pre, In, Post) a set of measuring points from the one or more first, second and / or third measuring position (Pre, In, Post) scanned plurality of measuring points (74) to be used for evaluating the acquired at the one or more first, second and / or third measuring position (Post) measurement information. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) an der ersten Messposition (Pre) eine zu bearbeitende Kante des Werkstücks (W) erfasst und/oder an der zweiten Messposition (In) ein Schmelzbad erfasst und/oder an der dritten Messposition (Post) eine erstarrte Schweißnaht des Werkstücks (W) erfasst.Measuring device (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (12) detects an edge of the workpiece (W) to be machined at the first measuring position (Pre) and / or detects a molten bath at the second measuring position (In) and / or at the third measuring position (post) detects a solidified weld of the workpiece (W). Messvorrichtung (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand eines Vergleichs der an der dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen mit den an der ersten Messposition (Pre) erfassten Messinformationen ein durch das Bearbeiten aufgeschmolzenes Volumen des Werkstücks (W) und/oder einen durch das Bearbeiten erzeugten Anbindungsquerschnitt zu ermitteln.Measuring device (12) after Claim 5 , characterized in that the evaluation device is set up on the basis of a comparison of the measured information acquired at the third measuring position (post) with the measured information acquired at the first measuring position (Pre) a volume of the workpiece (W) melted by the machining and / or a to determine the connection cross-section created by the machining. Messvorrichtung (12) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand eines Vergleichs der an der ersten Messposition (Pre) erfassten Messinformationen mit den an der zweiten Messposition (In) erfassten Messinformationen die Lage der aktuellen Bearbeitungsposition (76) relativ zu der zu bearbeitenden Kante des Werkstücks (W) zu ermitteln.Measuring device (12) after Claim 5 or 6 , characterized in that the evaluation device is set up on the basis of a comparison of the measured information acquired at the first measuring position (Pre) with the measured information acquired at the second measuring position (In), the position of the current processing position (76) relative to the edge of the to be machined Workpiece (W) to determine. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den an der ersten oder dritten Messposition (Pre, Post) erfassten Messinformationen, insbesondere zu der Oberflächenrauheit des Werkstücks (W), ein Suchmuster zu erstellen.Measuring device (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device is adapted to create from the measured at the first or third measuring position (Pre, Post) measurement information, in particular to the surface roughness of the workpiece (W), a search pattern , Messvorrichtung (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, das Suchmuster mit den an der dritten Messposition (Post) erfassten Messinformationen zu vergleichen, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder Bearbeitungsrichtung zu ermitteln. Measuring device (12) after Claim 8 , characterized in that the evaluation device is set up to compare the search pattern with the measurement information acquired at the third measurement position (post) in order to determine the processing speed and / or processing direction. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe der erfassten Messinformationen, der Bearbeitungsrichtung (BR) und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit einen Vorschub eines während des Bearbeitungsprozesses zum Bearbeiten des Werkstücks (W) zugeführten Zusatzmaterials zu regeln.Measuring device (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (12) is adapted, according to the acquired measurement information, the processing direction (BR) and / or the processing speed, a feed one during the machining process for processing the workpiece ( W) supplied additional material to regulate. Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe der erfassten Messinformationen, der Bearbeitungsrichtung (BR) und/oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit einen Abstand der ersten Messposition (Pre) und/oder der dritten Messposition (Post) von der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) anzupassen.Measuring device (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (12) is adapted to a distance of the first measuring position (Pre) and / or according to the acquired measurement information, the processing direction (BR) and / or the processing speed the third measuring position (post) of the intended current processing position (76) adapt. System (10) zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks (W), das eine Messvorrichtung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine Bearbeitungsvorrichtung (14) umfasst, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, einen hochenergetischen Bearbeitungsstrahl (56) mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsrichtung (BR) entlang eines vorbestimmten Hauptbearbeitungspfads (H) relativ zu dem Werkstück (W) zu bewegen, um das Werkstück (W) mittels des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (56) zu bearbeiten.A system (10) for processing and monitoring a workpiece (W) comprising a measuring device (12) according to any one of the preceding claims and a processing device (14), said processing device (14) being adapted to convey a high energy processing beam (56) a machining speed in a machining direction (BR) along a predetermined main machining path (H) relative to the workpiece (W) to move to machine the workpiece (W) by means of the high-energy machining beam (56). Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks (W) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (56), das insbesondere mittels einer Messvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Erzeugen eines optischen Messstrahls (28) mittels einer Messstrahlquelle (26) eines optischen Kohärenztomographen (16); und - Verlagern des optischen Messstrahls (28) während des Bearbeitens im Wesentlichen in Richtung des Hauptbearbeitungspfads (H) an eine erste Messposition (Pre) und/oder an eine zweite Messposition (In) und/oder an eine dritte Messposition (Post) auf dem Werkstück (W) mittels wenigstens einer bewegbaren Messstrahlablenkeinrichtung (44); wobei die erste Messposition (Pre) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet vor einer vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) liegt, sodass mittels des optischen Messstrahls (28) ein zu bearbeitender Bereich des Werkstücks (W) erfasst wird, wobei die zweite Messposition (In) im Bereich der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) liegt, sodass mittels des optischen Messstrahls (28) ein unter Bearbeitung stehender Bereich des Werkstücks (W) erfasst wird, und wobei die dritte Messposition (Post) in Bearbeitungsrichtung (BR) betrachtet hinter der vorgesehenen aktuellen Bearbeitungsposition (76) liegt, sodass mittels des optischen Messstrahls (28) ein bearbeiteter Bereich des Werkstücks (W) erfasst wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: - Erfassen und/oder Auswerten von Messinformationen an der oder einer weiteren ersten Messposition (Pre) und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren zweiten Messposition (In) und/oder Messinformationen an der oder einer weiteren dritten Messposition (Post) nach Maßgabe von an der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Messposition (Pre, In, Post) erfassten Messinformationen mittels einer Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung (12).Method for monitoring a machining process of a workpiece (W) by means of a high-energy machining beam (56), which in particular by means of a measuring device (12) according to one of Claims 1 to 11 the method comprising the steps of: - generating an optical measuring beam (28) by means of a measuring beam source (26) of an optical coherence tomograph (16); and - moving the optical measuring beam (28) during processing substantially in the direction of the main processing path (H) to a first measuring position (Pre) and / or to a second measuring position (In) and / or to a third measuring position (Post) on the Workpiece (W) by means of at least one movable Meßstrahlablenkeinrichtung (44); wherein the first measuring position (Pre) in the processing direction (BR) is located in front of a provided current processing position (76), so that an area of the workpiece (W) to be processed is detected by means of the optical measuring beam (28), wherein the second measuring position (In) is in the range of the intended current processing position (76), so that by means of the optical measuring beam (28) a working area of the workpiece (W) is detected, and wherein the third measuring position (post) in the processing direction (BR) behind the current provided Processing position (76) is located so that by means of the optical measuring beam (28) a machined portion of the workpiece (W) is detected; characterized in that the method comprises the step of: detecting and / or evaluating measurement information at the or a further first measurement position (Pre) and / or measurement information at the or a further second measurement position (In) and / or measurement information at or another third measuring position (post) in accordance with measuring information acquired at the first and / or second and / or third measuring position (Pre, In, Post) by means of an evaluation device of the measuring device (12).
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