DE102018009524A1

DE102018009524A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls

Info

Publication number: DE102018009524A1
Application number: DE102018009524.0A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Lessmüller; Christian Truckenbrodt; Alexander Denkl; Richard Steinbrecht
Original assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04
Also published as: US20200171599A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks (12) und eines zweiten Werkstücks (14), insbesondere eines Schweißprozesses zum Verbinden des ersten und zweiten Werkstücks (12, 14), mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:Einlegen des ersten Werkstücks (12) in eine Werkstückaufnahme (16);Positionieren des zweiten Werkstücks (14) auf einer Oberseite (32) des ersten Werkstücks (12) an einer Sollposition für das Verbinden der Werkstücke (12, 14);Bereitstellen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15), der eine optische Achse aufweist, sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (15) auf einen aktuellen Bearbeitungsbereich (24);Erzeugen eines Messstrahls (28) in wenigstens einem optischen Kohärenztomographen (26), wobei der Messstrahl (28) in den Bearbeitungsstrahl (15) einkoppelbar ist;Durchführen einer Prozessmessung mittels des Messstrahls (28) in dem aktuellen Bearbeitungsbereich (24) während einer Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) mittels des Bearbeitungsstrahls (15);Durchführen einer Kontrollmessung mittels des Messstrahls (28) an wenigstens einem der Werkstücke (12, 14); undBestimmen eines Abstands (36) zwischen dem ersten Werkstück (12) und dem zweiten Werkstück (14) zur Erkennung eines möglicherweise vorhandenen Spalts (34) zwischen den Werkstücken (12, 14) nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Schweißprozess zum Verbinden des ersten und zweiten Werkstücks handeln. Eine solche Vorrichtung umfasst eine Werkstückaufnahme, in die zumindest das erste Werkstück einlegbar ist, und eine Bearbeitungseinheit mit einer Bearbeitungsstrahlquelle zum Erzeugen des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, der eine optische Achse aufweist, und mit einer Bearbeitungsstrahloptik, um den hochenergetischen Bearbeitungsstrahl auf einen Bearbeitungsbereich zu projizieren und/oder zu fokussieren.
Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden beispielsweise bei Lasermaterialbearbeitungsprozessen Anwendung. Hierbei wird ein hochenergetischer Bearbeitungsstrahl in Form eines Laserbearbeitungsstrahls verwendet, um auf ein oder mehrere Werkstücke oder Werkstückteile einzuwirken, etwa um diese im Bereich eines Überlappstoßes, einer Nahtfuge und/oder Fügekante miteinander zu verschweißen.
Die Vorrichtung umfasst zudem einen optischen Kohärenztomographen (OCT), mittels dessen ein Messstrahl erzeugt werden kann, der in die Bearbeitungsstrahloptik einkoppelbar ist. Der Messstrahl kann über eine Ablenkeinrichtung ablenkbar sein. Die Ablenkeinrichtung kann dabei beweglich sein. Hierdurch können die Bearbeitungsprozesse dreidimensional überwacht werden, indem zusätzlich zu einer üblichen zweidimensionalen Überwachung mittels Kameras oder dergleichen der Kohärenztomograph eingesetzt wird, um eine Tiefenmessung während des Bearbeitungsprozesses zu ermöglichen.
Aus DE 10 2013 015 656 A1 ist ein Verfahren bekannt, das unter Verwendung eines optischen Kohärenztomographen ein Messen der Eindringtiefe eines Laserstrahls in ein Werkstück erlaubt. Hierbei wird mittels eines ersten Messstrahls ein Abstand zwischen einem Referenzpunkt und einer Werkstückoberfläche ermittelt, während ein zweiter Messstrahl in das Keyhole (Dampfkapillare) der aktuellen Schweißstelle gelenkt wird. Die Messung mit dem zweiten Messstrahl erlaubt das Bestimmen eines Abstands zwischen dem Referenzpunkt und einem Messpunkt innerhalb des Keyholes. Aus den ermittelten Abständen wird auf die Eindringtiefe des Laserstrahls geschlossen.
Für den Fall übereinandergelegter Werkstücke, wie beispielsweise zu verschweißender Bleche, kann es vorkommen, dass diese nicht entlang der gesamten Kontaktfläche bzw. entlang der gesamten Schweißnaht eben aufeinanderliegen, sondern dass abschnittsweise ein Spalt zwischen den Werkstücken gebildet ist. Dieser Spalt kann durch Ungenauigkeiten, die von Umformprozessen der Werkstücke herrühren, oder auch durch ungenau eingestellten Werkstückspannern entstehen, welche die Werkstücke in bestimmten Bereichen in ungewollter Weise verformen. Ein derartiger Spalt beeinträchtigt die Qualität der Schweißnaht. Ein großer Spalt kann beispielsweise dazu führen, dass die Werkstücke in dem Bereich des Spalts nicht verschweißt werden, oder die Schweißnaht lediglich im oberen Werkstück liegt. Wird eine Bearbeitungszeit erhöht, um auch im Fall eines Spalts beide Werkstücke zu bearbeiten, führt dies hingegen möglicherweise zu einer zu großen Schweißtiefe, sodass das untere Werkstück auch an dessen Unterseite aufgeschmolzen werden kann. Hierdurch kann eine am unteren Werkstück vorhandene Korrosionsschutzschicht, wie beispielsweise eine Zinkschicht, verletzt werden, was zu einer Korrosionsanfälligkeit im Bereich einer entsprechenden Schweißnaht führt.
Ist ein derartiger Spalt in einem innenliegenden Bereich der Werkstücke vorhanden, ist dieser von außen nicht erkennbar. Da jedoch für den Fall eines Vorhandenseins eines Spalts unklar ist, ob die Werkstücke zuverlässig und beschädigungsfrei verbunden wurden, ist eine Erkennung von Spalten für den Anwender von großer Bedeutung.
Im Artikel „Inline monitoring of laser processing: new industrial results with the low coherence interferometry sensor approach“ von Kogel-Hollacher et al. (doi: 10.1117/12.2208004) wird eine Spalterkennung auf der Grundlage einer Echtzeit-OCT-Messung vorgeschlagen. Während des Schweißprozesses wird dabei eine OCT-Tiefenmessung durchgeführt. Ein vorhandener Spalt soll dann anhand eines Sprungs und eines Plateaus im Zeit-Bearbeitungstiefen-Diagramm erkennbar sein, die auftreten, wenn nach Durchbruch des oberen Werkstücks der Bearbeitungsstrahl zunächst vergleichsweise ungehindert durch den Spalt hindurchtritt und sodann beginnt, die Oberseite des unteren Werkstücks aufzuschmelzen.
Wie sich auch aus dem Artikel „Keyhole Depth is just a Distance“ von Bautze und Kogel-Hollacher (doi: 10.1002/latj.201400040) ergibt, kann für aufeinandergelegte Werkstücke mittels einer zeitlich aufgelösten Schweißtiefenmessung ein Durchschweißen durch beide Werkstücke erkannt werden, auch wenn ein Spalt zwischen den Werkstücken vorhanden ist, wenn die durchbrochene Unterseite des unteren Werkstücks zu ausreichender Rückreflexion führt, sodass nach dem Durchbruch ein entsprechendes Tiefensignal aus dem Interferogramm gewonnen werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine automatisierte Erkennung des Spalts aus dem zeitlichen Tiefenprofil schwer möglich ist, zumal ein Spalt mit einer hohen Zuverlässigkeit erkannt werden muss, um die Herstellung fehlerhafter oder beschädigter Teile zu verhindern. Zudem hat sich gezeigt, dass das Auftreten eines Sprungs bzw. eines Plateaus im zeitlichen Tiefenprofil stark von der jeweiligen Anwendungen, den Bearbeitungsparametern und den Werkstücken abhängt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine einfache und zuverlässige Erkennung von Spalten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks, insbesondere eines Schweißprozesses zum Verbinden des ersten und zweiten Werkstücks, mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls die Schritte:

- Einlegen des ersten Werkstücks in eine Werkstückaufnahme;
- Positionieren des zweiten Werkstücks auf einer Oberseite des ersten Werkstücks an einer Sollposition für das Verbinden der Werkstücke;
- Bereitstellen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, der eine optische Achse aufweist, sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls auf einen aktuellen Bearbeitungsbereich;
- Erzeugen eines Messstrahls in wenigstens einem optischen Kohärenztomographen, wobei der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist;
- Durchführen einer Prozessmessung mittels des Messstrahls in dem aktuellen Bearbeitungsbereich während einer Bearbeitung der Werkstücke mittels des Bearbeitungsstrahls;
- Durchführen einer Kontrollmessung mittels des Messstrahls zumindest teilweise an wenigstens einem der Werkstücke; und
- Bestimmen eines Abstands zwischen dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück zur Erkennung eines möglicherweise vorhandenen Spalts zwischen den Werkstücken nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung.

Zudem ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art und insbesondere zumindest eine Steuereinheit dieser Vorrichtung dazu eingerichtet:

- in einem eingelegten Zustand des ersten Werkstücks, in dem das zweite Werkstück auf einer Oberseite des ersten Werkstücks an einer Sollposition für ein Bearbeiten der Werkstücke positioniert ist, zumindest eine Prozessmessung mittels des Messstrahls bei einer Bearbeitung der Werkstücke mittels des Bearbeitungsstrahls durchzuführen;
- eine Kontrollmessung mittels des Messstrahls zumindest teilweise an wenigstens einem der Werkstücke durchzuführen; und
- zur Erkennung eines möglicherweise vorhandenen Spalts zwischen den Werkstücken einen Abstand zwischen dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung zu bestimmen.

Das Verfahren kann mit der Vorrichtung durchgeführt werden. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, das Verfahren teilautomatisiert oder automatisiert durchzuführen.
Der Messstrahl kann über eine Ablenkeinrichtung ablenkbar sein. Die Ablenkeinrichtung kann beweglich sein. Die Vorrichtung kann entsprechend eine, insbesondere bewegliche, Ablenkeinrichtung aufweisen. Alternativ kann die Ablenkeinrichtung auch unbeweglich ausgebildet sein. Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, den Messstrahl ohne zusätzliche Ablenkeinrichtung in den Bearbeitungsstrahl einzukoppeln, beispielsweise durch geeignete Anordnung des optischen Kohärenztomographen.
Erfindungsgemäß kann durch eine zusätzliche Kontrollmessung ein Abstand zwischen den Werkstücken bestimmt werden, wodurch ein Vorhandensein eines Spalts zwischen den Werkstücken bestimmt werden kann. Da zur Ermittlung eines Spalts eine zusätzliche Messung herangezogen wird, kann ein solcher zuverlässig erkannt werden, insbesondere zuverlässiger, als wenn lediglich aus der Prozessmessung auf ein Vorhandensein eines Spalts indirekt geschlossen wird, wie eingangs bezüglich des Stands der Technik erläutert. Im laufenden Bearbeitungsprozess kann somit erkannt werden, falls abschnittsweise ein zu großer Spalt zwischen den Werkstücken gebildet ist, der ein sicheres Verschweißen der Werkstücke beeinträchtigen würde.
Das Einlegen in die Werkstückaufnahme kann in geeigneter Weise erfolgen und beispielsweise ein Einspannen, Fixieren, Klemmen, Ausrichten, Einsetzen oder dergleichen umfassen.
Die Sollposition des ersten Werkstücks entspricht beispielsweise einer Position relativ zu dem zweiten Werkstück, an welcher sich das erste Werkstück nach einem Verschweißen der Werkstücke befinden soll, wobei die verbundenen Werkstücke gemeinsam eine Komponente und/oder ein Bauteil ausbilden können. Die Sollposition kann während des gesamten Bearbeitungsprozesses zum Verbinden der Werkstücke beibehalten werden.
Die Prozessmessung kann eine Überwachungsmessung sein, die in dem aktuellen Bearbeitungsbereich durchgeführt wird, während der Bearbeitungsstrahl auf wenigstens eines der Werkstücke trifft, um die Werkstücke zu bearbeiten. Die Prozessmessung umfasst beispielsweise ein Richten des Messstrahls auf ein Keyhole, das sich bei der Bearbeitung mit dem Bearbeitungsstrahl bildet, um den laufenden Bearbeitungsprozess überwachen zu können. Die Prozessmessung kann auch ein Messen an unterschiedlichen Punkten des aktuellen Bearbeitungsbereichs umfassen, wie dies in DE 10 2016 014 564 A1 beschrieben ist. Die Prozessmessung dient insbesondere dazu, den eigentlichen Bearbeitungsprozess zu überwachen, wofür Messinformation verwendet werden kann, die während der Bearbeitung an Messpunkten innerhalb des Keyholes aber auch an Messpunkten gewonnen werden kann, die sich von dem Keyhole unterscheiden.
Die Position des Keyholes relativ zu einem aktuellen Auftreffpunkt des Bearbeitungsstrahls auf die Werkstücke kann von Vorschubgeschwindigkeit, Bearbeitungsrichtung, Bearbeitungsleistung, Material, Werkstückbeschaffenheit, Werkstückdicke, Spaltgrö-ße, Durchmesser des Bearbeitungsstrahls etc. abhängen. Verändert sich mindestens einer dieser Parameter, kann es erforderlich sein, die Auftreffposition des Messstrahls bezüglich des Bearbeitungsstrahls anzupassen. Dies trifft insbesondere für die Prozessmessung zu, kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch für die Kontrollmessung relevant sein. Das Keyhole wird typischerweise in Vorschubrichtung länger, wenn das untere Werkstück nicht an das obere Werkstück angebunden ist, beispielsweise im Fall eines großen Spalts zwischen den Werkstücken.
Die Kontrollmessung unterscheidet sich von der Prozessmessung. Die Kontrollmessung kann mehrere Teil- und/oder Einzelmessungen umfassen. Teil- und/oder Einzelmessungen der Kontrollmessungen können zu unterschiedlichen Zeitpunkten vor und/oder während der Bearbeitung durchgeführt werden. Zudem können unterschiedliche Teil- und/oder Einzelmessungen an unterschiedlichen Positionen und/oder Objekten durchgeführt werden. Der Abstand zwischen den Werkstücken wird vorzugsweise für den aktuellen Bearbeitungsbereich bestimmt; der Abstand zwischen den Werkstücken kann von einer Position relativ zu den aufeinander positionierten Werkstücken abhängen, beispielsweise wenn zwischen den Werkstücken abschnittsweise ein Spalt gebildet ist, möglicherweise mit veränderlicher Spaltdicke. Die Prozessmessung kann automatisiert durchgeführt werden. Zudem kann die Kontrollmessung und/oder das Bestimmen des Abstands automatisiert durchgeführt werden. Hierbei ist erfindungsgemäß möglich, dass zumindest eine Information für einen Benutzer ausgegeben wird, falls der Abstand einen Grenzwert überschreitet, beispielsweise um auf das Vorhandensein eines Spalts und/oder auf dessen Position bzw. Verlauf hinzuweisen. Die Ermittlung des Abstands kann nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung und zusätzlich nach Maßgabe eines Ergebnisses der Prozessmessung erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung werden die Prozessmessung und die Kontrollmessung mittels desselben Kohärenztomographen durchgeführt. Es werden somit keine zusätzlichen Komponenten benötigt und ein vorhandener Kohärenztomograph kann zur Durchführung der Kontrollmessung verwendet werden.
Alternativ kann die Vorrichtung auch wenigstens zwei Kohärenztomographen umfassen, von denen beispielsweise einer zur Durchführung der Prozessmessung und einer zur Durchführung der Kontrollmessung verwendbar ist.
Eine Überprüfung auf möglicherweise vorliegende Spalten in Echtzeit, die auch eine Ermittlung einer Position des Spalts zulassen kann, kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Kontrollmessung mit dem optischen Kohärenztomographen zumindest teilweise während der Bearbeitung der Werkstücke durchgeführt wird. Zumindest eine Teil- und/oder Einzelmessung der Kontrollmessung in einem bestimmten Bereich kann beispielsweise einer Bearbeitung in diesem Bereich vorausgehen, beispielsweise unmittelbar. Der Messstrahl kann zu diesem Zweck zumindest vorübergehend relativ zu dem Bearbeitungsstrahl ausgelenkt werden. Beispielsweise kann der Messstrahl zur Durchführung der Prozessmessung vorübergehend in den aktuellen Bearbeitungsbereich gelenkt werden und vorübergehend aus dem Bearbeitungsbereich heraus, um zumindest einen Teil der Kontrollmessung durchzuführen, etwa in einem Bereich, der einen nächsten Bearbeitungsbereich bildet. Hierdurch kann ein Spalt in einem Bereich der Werkstücke erkannt werden, bevor eine Bearbeitung in diesem Bereich erfolgt. Es ist dann möglich, den Bearbeitungsvorgang zu stoppen oder Schweißparameter derart zu ändern, dass ein sicheres Verschweißen gewährleistet ist, um ein fehlerhaftes Verbinden der Werkstücke zu vermeiden.
Ferner kann vorgesehen dass, dass zum Bestimmen des Abstands zwischen dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück eine vorgegebene Dicke des ersten Werkstücks und eine vorgegebene Dicke des zweiten Werkstücks verwendet wird. Hierzu kann die Steuereinheit der Vorrichtung dazu eingerichtet sein, vorgebbare Werte für die Dicke des ersten Werkstücks und/oder für die Dicke des zweiten Werkstücks entgegenzunehmen. Diese Werte können beispielsweise von einem Benutzer über eine Benutzerschnittstelle vorgebbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung bzw. die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, zumindest eine der Dicken automatisiert zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch eine direkte Messung der entsprechenden Dicke erfolgen oder durch ein Abrufen hinterlegter Werte, das nach Maßgabe einer Erkennung der Werkstücke und/oder nach Maßgabe einer Benutzereingabe erfolgt. Insbesondere im Fall umgeformter Blechwerkstücke kann eine Blechdicke als konstant angenommen werden. Es ist dann möglich, für baugleiche Werkstücke von konstanten und/oder bekannten Dicken auszugehen, auch wenn keine direkte Messung für einzelne Werkstücke vorgenommen wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Kontrollmessung zumindest eine Bestimmung der Lage der Werkstückaufnahme, wobei die Kontrollmessung zumindest teilweise vor dem Einlegen des ersten Werkstücks durchgeführt wird. Eine entsprechende Kontrollmessung oder eine entsprechende Teil- und/oder Einzelmessung der Kontrollmessung kann beispielsweise einmalig vor Bearbeitung einer Serie von Werkstücken erfolgen, in regelmäßigen Intervallen oder auch vor jedem Einlegen neuer Werkstücke. Beispielsweise kann mittels des Messstrahls ein Abstand, zum Beispiel ausgehend von einem Referenzpunkt, zu einer Auflagefläche der Werkstückaufnahme bestimmt werden, auf welche das erste Werkstück aufgelegt wird. Unter der Annahme, dass das erste Werkstück eben auf der Auflagefläche aufliegt und dass die Dicke des ersten Werkstücks bekannt ist, kann in diesem Fall in einfacher Weise auf eine Position einer Oberseite des ersten Werkstücks geschlossen werden, da diese in diesem Fall um den Betrag der Dicke des ersten Werkstücks von der Auflagefläche entfernt ist. Wird mittels einer weiteren Teil- und/oder Einzelmessung der Kontrollmessung auch eine Lage einer Oberseite des zweiten Werkstücks bestimmt, kann ein Abstand zwischen der Auflagefläche und der Oberseite des zweiten Werkstücks bzw. zwischen der Unterseite des ersten Werkstücks und der Oberseite des zweiten Werkstücks berechnet werden. Die Vermessung der Oberseite des zweiten Werkstücks kann dabei während der Bearbeitung der Werkstücke erfolgen, beispielsweise in oder vor dem aktuellen Bearbeitungsbereich. Der ermittelte Abstand kann mit den vorgegebenen und/oder vermessenen Dicken der Werkstücke verglichen werden, wobei der berechnete Abstand für den Fall, dass zwischen der Werkstücken ein Spalt vorliegt, größer ist als die Summe der Dicken.
In einer Weiterbildung umfasst die Kontrollmessung zumindest eine Messung an der Oberseite des ersten Werkstücks. Hierdurch kann eine Lage, insbesondere eine Höhenlage, der Oberseite des ersten Werkstücks bestimmt werden, sodass auch für den Fall eines nicht ebenen Aufliegens des ersten Werkstücks auf der Werkstückaufnahme ein Abstand von einem Referenzpunkt zu der Oberseite des ersten Werkstücks ermittelt werden kann. Dieser Abstand kann unter Verwendung der vorgegebenen Dicke des ersten Werkstücks mit der ermittelten Lage der Werkstückaufnahme abgeglichen werden, beispielsweise um ein fehlerhaftes Aufliegen und/oder Einspannen des ersten Werkstücks zu erkennen.
Vorzugsweise wird die Messung an der Oberseite des ersten Werkstücks in einem Zustand durchgeführt, in dem sich das zweite Werkstück an der Sollposition befindet. Es kann somit sichergestellt werden, dass sich das erste Werkstück nicht nachträglich durch ein Einspannen oder Auflegen des zweiten Werkstücks verschiebt und daher fehlerhafte Messwerte erhalten werden. Beispielsweise kann für die Messung der Messstrahl auf das erste Werkstück geführt werden, wenn es in der Nähe der Schweißstelle und innerhalb des Sichtbereichs der Bearbeitungsoptik freiliegt. Das ist beispielsweise möglich bei Bearbeitungsvorgängen im Randbereich des zweiten Werkstücks oder durch im zweiten Werkstück vorhandene Auskerbungen hindurch. Hierfür kann eine dem aktuellen Bearbeitungsbereich nächstgelegene Auskerbung gewählt werden, sodass während der Bearbeitung mehrere Messungen an der Oberseite des ersten Werkstücks und mehrere Messungen an der Oberseite des zweiten Werkstücks durchgeführt werden, anhand derer jeweils ein Abstand zwischen der Oberseite des ersten Werkstücks und der Oberseite des zweiten Werkstücks bestimmt werden kann. Dieser kann mit der vorgegebenen Dicke des zweiten Werkstücks verglichen werden, um auf ein Vorliegen eines Spalt, beispielsweise in dem aktuellen Bearbeitungsbereich oder in dessen Nähe, schließen zu können. Zudem kann auf den Verlauf eines solchen Spalts geschlossen werden, indem der Abstand ortsabhängig bestimmt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann für wenigstens einen Teil der Kontrollmessung an der Oberseite des ersten Werkstücks der Messstrahl zumindest teilweise durch ein Loch in dem zweiten Werkstück geführt werden, das unabhängig von der Bearbeitung der Werkstücke in dem zweiten Werkstück vorgesehen ist. Das Loch liegt vorzugsweise in einem zukünftigen Bearbeitungsbereich. Das Loch kann nach der Messung an der Oberseite des ersten Werkstücks zugeschweißt werden. Es kann eine Lage der Oberseite des ersten Werkstücks für einen zukünftigen Bearbeitungsbereich bestimmt werden. Wird zusätzlich eine Lage der Oberseite des zweiten Werkstücks für diesen Bearbeitungsbereich bestimmt, beispielsweise, wenn dieser der aktuelle Bearbeitungsbereich ist, kann wiederum ein eventuell vorhandener Spalt erkannt werden, indem der Abstand zwischen den Oberseiten mit der Dicke des zweiten Werkstücks verglichen wird.
Erfindungsgemäß ist möglich, dass das zweite Werkstück mit mehreren Löchern entlang eines Verlaufs versehen ist, dem eine zukünftige Verbindungsnaht folgen soll. Diese Löcher können in regelmäßigen Abständen angeordnet sein und/oder sich senkrecht zu einer Oberflächennormalen des zweiten Werkstücks erstrecken, sodass ein senkrecht einfallender Messstrahl hindurchführbar ist. Beispielsweise können die Löcher bei einer Fertigung des zweiten Werkstücks erzeugt werden oder unmittelbar vor der Bearbeitung der Werkstücke. Hierzu kann auch die Bearbeitungseinheit verwendet werden.
Die Erfindung umfasst folglich auch ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses. In diesem Herstellverfahren wird insbesondere das zweite Werkstück hergestellt. Hierbei wird in einem ersten Schritt ein Werkstückrohling gefertigt, der in einem zweiten Schritt mit mehreren Löchern entlang eines Verlaufs versehen wird, dem eine zukünftige Verbindungsnaht folgen soll. Zur Erzeugung der Löcher kommen beliebige geeignete Fertigungsverfahren in Betracht, wie beispielsweise Stanzen, Bohren, Laserbearbeiten oder dergleichen.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei der Kontrollmessung zumindest eine von der Bearbeitung der Werkstücke verschiedene Testbearbeitung der Werkstücke durchgeführt. Hierfür kann die Bearbeitungseinheit verwendet werden. Während der Testbearbeitung kann wenigstens eine Teil- und/oder Einzelmessung der Kontrollmessung durchgeführt werden, beispielsweise, indem der Messstrahl parallel zu dem Bearbeitungsstrahl geführt wird, während dieser die Testbearbeitung durchführt. Die Testbearbeitung kann beispielsweise in einem zukünftigen Bearbeitungsbereich und/oder vor dem aktuellen Bearbeitungsbereich durchgeführt werden. Insbesondere wird nach der Testbearbeitung ein Bereich, in dem die Testbearbeitung durchgeführt wurde, mittels des Bearbeitungsstrahls zugeschweißt.
Die Werkstücke können insbesondere dann mit einer hohen Präzision und Genauigkeit vermessen werden, wenn die Testbearbeitung durch beide Werkstücke hindurch derart erfolgt, dass eine Unterseite des ersten Werkstücks punktuell durchbrochen wird. Vorzugsweise wird die Testbearbeitung beendet, sobald die Unterseite des ersten Werkstücks durchbrochen ist. Es können somit Verletzungen an einer Korrosionsschutzschicht an der Unterseite des ersten Werkstücks minimiert werden.
Wird die Testbearbeitung von einer OCT-Messung im Rahmen der Kontrollmessung begleitet, kann ein zeitliches Tiefenprofil für die Testbearbeitung erhalten werden. Wie eingangs erwähnt wurde, kann hierdurch zumindest eine Position der Unterseite des ersten Werkstücks sehr zuverlässig erkannt werden. Zudem kann eine Position der Oberseite des zweiten Werkstücks ebenfalls zuverlässig erkannt werden. Die Testbearbeitung ermöglicht es, einen Abstand zwischen der Unterseite des ersten Werkstücks und einer Oberseite des zweiten Werkstücks mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu bestimmen. Wird dieser Abstand mit der Summe der Dicken der Werkstücke verglichen, kann zuverlässig auf das Vorhandensein eines Spalts geschlossen werden. Zudem kann der Abstand zwischen den Werkstücken mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Ein hoher Grad an Zuverlässigkeit und Genauigkeit in Kombination mit minimaler Auswirkung auf eine Korrosionsschutzschicht kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Bearbeitung der Werkstücke und die Testbearbeitung mit Bearbeitungsstrahlen durchgeführt werden, die sich hinsichtlich ihres Strahldurchmessers unterscheiden. Vorzugsweise wird die Testbearbeitung dabei mit einem Bearbeitungsstrahl mit einem geringeren Strahldurchmesser durchgeführt als die Bearbeitung zum Verbinden der Werkstücke. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit und Präzision einer OCT-Messung sind auch Löcher mit kleinem Durchmesser ausreichend, um eine Messung mittels des Messstrahls durchführen zu können. Der Durchmesser des Bearbeitungsstrahls kann daher beispielsweise um wenigstens einen Faktor 2, um wenigstens einen Faktor 3 oder sogar um wenigstens einen Faktor 4 verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Bearbeitungseinheit eine schaltbare Faser auf, mittels derer ein Strahldurchmesser des Bearbeitungsstrahls veränderbar ist. Das Licht zur Erzeugung des Bearbeitungsstrahls kann beispielsweise für die Bearbeitung der Werkstücke durch den Mantel der schaltbaren Faser geführt werden, für die Testbearbeitung hingegen durch deren Kern. Auf diese Weise kann beispielsweise zwischen einem Durchmesser von 200 µm und einem Durchmesser von 50 µm umgeschaltet werden, wobei beliebige andere Werte und Faktoren möglich sind. Die schaltbare Faser kann beispielsweise betrieben werden, indem auf die in WO 2011 / 124 671 A1 beschriebene Vorgehensweise oder zumindest auf Teile davon zurückgegriffen wird.
Die Kontrollmessung kann zumindest eine Messung an einer Unterseite des ersten Werkstücks umfassen. Hierbei kann es sich um eine Messung handeln, die im Rahmen der Testbearbeitung durchgeführt wird. Bei dieser kann der Messstrahl von einer Oberseite des zweiten Werkstücks her auf den Bereich der Testbearbeitung gerichtet werden, um zum Beispiel in das Keyhole der Testbearbeitung einzudringen.
Alternativ oder zusätzlich kann bei der Messung an der Unterseite des ersten Werkstücks ein Messstrahl an zumindest einem Teil der Werkstückaufnahme mit einem Reflexionselement umgelenkt werden. Die Werkstückaufnahme weist in diesem Fall folglich zumindest ein Reflexionselement auf. Dabei kann der Messstrahl um die Werkstücke herum auf die Unterseite des ersten Werkstücks geführt werden. Dies kann auch ohne eine Testbearbeitung geschehen, wodurch eine Verletzung der Korrosionsschutzschicht vollständig vermieden werden kann. Mittels der Reflexionselemente kann der Messstrahl gemäß einer Ausführungsform an unterschiedliche Punkte auf der Unterseite des ersten Werkstücks gelenkt werden, die beispielsweise dem aktuellen Bearbeitungsbereich oder einem zukünftigen Bearbeitungsbereich gegenüberliegen. Zumindest eines der Reflexionselemente der Werkstückaufnahme kann bewegbar und insbesondere automatisiert bewegbar ausgebildet sein, um den Messstrahl gezielt umlenken zu können. Ein Umlenken kann jedoch auch durch Wahl eines geeigneten Einfallswinkels durchgeführt werden, wobei die Reflexionselemente unbeweglich sind. Wird zusätzlich eine Teil- und/oder Einzelmessung an der Oberseite des zweiten Werkstücks durchgeführt, kann wiederum der Abstand zwischen der Oberseite des zweiten Werkstücks und der Unterseite des ersten Werkstücks für verschiedene Punkte bestimmt werden, beispielsweise entlang eines Verlaufs einer Verbindungsnaht. Vergleich mit der Summe der Dicken der Werkstücke erlaubt in diesem Fall einen Rückschluss auf ein Vorhandensein eines Spaltes zwischen den Werkstücken.
Ebenso kann optional vorgesehen sein, dass ein zweiter Kohärenztomograph eingesetzt wird, der derart angeordnet ist, dass sein Messstrahl auf die Unterseite des ersten Werkstücks gelenkt werden kann.
Wie oben im Zusammenhang mit unterschiedlichen Aspekten der Erfindung ausgeführt wurde, kann die Kontrollmessung unterschiedliche Messungen bzw. Teil- und/oder Einzelmessungen umfassen, die teilweise unabhängig voneinander Rückschlüsse auf ein Vorhandensein eines Spalts zulassen. Die Erfindung umfasst dabei sowohl Verfahren und Vorrichtungen, bei denen einer der beschriebenen Aspekte eingesetzt wird, als auch Verfahren und Vorrichtungen, bei denen mehrere der beschriebenen Aspekte eingesetzt werden. Insbesondere kann optional vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen den Werkstücken auf mehr als eine Weise bzw. nach Maßgabe der Ergebnisse mehrerer im Rahmen der Kontrollmessung durchgeführter Messungen bestimmt wird, wodurch beispielsweise eine Plausibilitätsprüfung für die bestimmten Abstände ermöglicht wird.
Wird ein Vorhandensein eines Spalts erkannt und/oder die Größe des Spalts bzw. der Abstand zwischen den Werkstücken bestimmt, kann eine Bearbeitung abgebrochen werden. Zudem ist erfindungsgemäß möglich, dass eine Bearbeitung unter Anpassung der Bearbeitungsleistung, Bearbeitungszeit oder sonstiger Bearbeitungsparameter erfolgt. Ist beispielsweise der Spalt klein genug, um noch ein zuverlässiges Verbinden der Werkstücke zu erlauben, kann eine Anpassung derart erfolgen, dass der Spalt von geschmolzenem und erstarrtem Material überbrückt, aber ein Durchschweißen durch das erste Werkstück vermieden wird. Informationen bezüglich des Spalts können zudem für einen Benutzer ausgegeben werden, der beispielsweise eine Endkontrolle durchführt und/oder entscheidet, ob ein gefertigtes Bauteil als fehlerhaft eingestuft werden muss.
Es versteht sich, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

1 eine schematische Übersichtsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks;
2 eine schematische Schnittdarstellung der beiden Werkstücke in einem verbundenen Zustand in einem Bereich ohne Spalt zwischen den Werkstücken;
3 eine schematische Schnittdarstellung der beiden Werkstücke in einem Bereich, in dem ein Spalt zwischen den Werkstücken vorliegt;
4 eine schematische Draufsicht auf die beiden Werkstücke bei einer Bearbeitung, bei der eine Messung an einer Oberseite des ersten Werkstücks gemäß einem Aspekt der Erfindung durchgeführt wird;
5 eine schematische Draufsicht auf die beiden Werkstücke bei einer Bearbeitung, bei der eine Messung an einer Oberseite des ersten Werkstücks gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durchgeführt wird;
6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Testbearbeitung gemäß einem Aspekt der Erfindung;
7 ein schematisches zeitliches Tiefenprofil für die Testbearbeitung, das sich anhand einer Messung einer Kontrollmessung während der Testbearbeitung ergibt;
8 eine Werkstückaufnahme gemäß einem Aspekt der Erfindung, die mit Reflexionselementen versehen ist; und
9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks.

Im Folgenden werden mehrere Aspekte der Erfindung dargestellt. Hierbei werden unterschiedliche Vorgehensweisen zur Spalterkennung, Abstandsbestimmung und Durchführung von Bearbeitungen, Testbearbeitungen, Prozessmessungen sowie Kontrollmessungen beschrieben. Diese können in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung umgesetzt sein. Ebenso können einige oder sämtliche dieser Aspekte in einer einzelnen Ausführungsform umgesetzt sein und alternativ oder ergänzend zueinander Anwendung finden, beispielsweise zu Zwecken einer Plausibilitätsprüfung oder auf eine Benutzerauswahl einer Art der Spalterkennung hin.
Insbesondere ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dazu geeignet, mehrere Aspekte des Verfahrens umzusetzen.
1 zeigt eine schematische Übersichtsansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Durchführen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks 12 und eines zweiten Werkstücks 14. Bei dem Bearbeitungsprozess handelt es sich um einen Schweißprozess zum Verbinden des ersten Werkstücks 12 und des zweiten Werkstücks 14 mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls 15, im vorliegenden Fall mittels eines Laserstrahls. Bei den Werkstücken 12, 14 handelt es sich im vorliegenden Fall um metallische Blechteile. Erfindungsgemäß möglich sind jedoch beliebige Werkstücke die mittels des Bearbeitungsstrahls verbunden werden können.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Werkstückaufnahme 16, in welche die Werkstücke 12, 14 geeignet eingelegt sind. Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Bearbeitungseinheit 18 mit einer Bearbeitungsstrahlquelle 20, welche den hochenergetischen Bearbeitungsstrahl 15 erzeugt. Die Bearbeitungseinheit 18 umfasst eine lediglich schematisch dargestellte Bearbeitungsstrahloptik 22, mittels derer der Bearbeitungsstrahl 15 auf einen aktuellen Bearbeitungsbereich 24 projizierbar und/oder fokussierbar ist. Durch geeignete Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungsstrahl 15 und den Werkstücken 12, 14, wie beispielsweise durch geeigneten Vorschub der Werkstücke 12, 14 und/oder durch Bewegung der Bearbeitungsstrahloptik 22 und/oder eines optischen Elements der Bearbeitungsstrahloptik 22 und/oder der Bearbeitungseinheit 18, kann eine Verbindungsnaht zur Verbindung der Werkstücke 12, 14 entlang eines vorbestimmten Verlaufs in grundsätzlich bekannter Weise erzeugt werden.
Die Vorrichtung 10 umfasst zudem einen optischen Kohärenztomographen 26 mit bekanntem Aufbau, mittels dessen ein Messstrahl 28 erzeugbar ist, der über eine ebenfalls lediglich schematisch dargestellte Ablenkeinrichtung 30 in die Bearbeitungsoptik 22 einkoppelbar und auf die Werkstücke 12, 14 lenkbar ist. In bekannter Weise verfügt der Kohärenztomograph 26 über eine geeignete Lichtquelle, wie beispielsweise eine Superlumineszenzdiode, sowie über einen Messarm und einen Referenzarm. Mittels eines Interferometers des optischen Kohärenztomographen 26 können Abstände relativ zu einem Referenzpunkt bestimmt werden.
Der Messstrahl 28 und der Bearbeitungsstrahl 15 können derart verlagert werden, dass sie zusammenfallen. Der Messstrahle 28 ist jedoch unabhängig vom Bearbeitungsstrahl 15 verlagerbar, sodass der Bearbeitungsstrahl 15 und der Messstrahl 28 an unterschiedlichen Stellen auf die Werkstücke 12, 14 treffen können. Dies ist durch die gepunkteten Linien in 1 schematisch veranschaulicht.
Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 60 auf, die zu einer automatisierten Steuerung der Bearbeitungseinheit 18 und des optischen Kohärenztomographen 26 eingerichtet ist. Die Vorrichtung 10 verfügt ferner über eine nicht dargestellte Benutzerschnittstelle, über welche Informationen ein- und ausgegeben werden können.
Die 2 stellt eine schematische Schnittdarstellung der beiden Werkstücke 12, 14 in einem verbundenen Zustand dar. Vor einer Bearbeitung wird das erste Werkstück 12 in die Werkstückaufnahme 16 eingelegt. Das zweite Werkstück 14 wird an einer Sollposition auf dem ersten Werkstück 12 platziert. Im aufeinandergelegten Zustand erfolgt dann eine Bearbeitung mittels des Bearbeitungsstrahls 15, mittels derer eine Verbindungsstelle 62 erzeugt wird. Diese bildet einen Abschnitt einer Verbindungsnaht zwischen den Werkstücken 12, 14.
In der 2 ist ein Bereich der Werkstücke 12, 14 dargestellt, in dem die Werkstücke 12, 14 direkt aufeinanderliegen, sodass kein Spalt zwischen ihnen gebildet ist. Dies stellt den gewünschten Fall dar, in dem die Werkstücke 12, 14 zuverlässig verbunden werden können. Wird der Bearbeitungsstrahl 15 auf die Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 projiziert, schmilzt in dem Bearbeitungsbereich 24 (siehe 1) zunächst das obenliegende zweite Werkstück 14 und anschließend das darunterliegende erste Werkstück 12, wobei eine Schmelze gebildet ist, die sich in beiden Werkstücken 12, 14 erstreckt und diese verbindet. Wird der Bearbeitungsstrahl 15 weiterbewegt oder abgeschaltet, erstarrt das geschmolzene Material der Werkstücke 12, 14 und bildet die Verbindungsstelle 62 aus. Falls die Werkstücke 12, 14 in einem Bereich der Verbindungsstelle 62 spaltfrei aufeinanderliegen, entspricht eine Summe einer Dicke 38 des ersten Werkstücks 12 und einer Dicke 40 des zweiten Werkstücks 14 einem Abstand zwischen gegenüberliegenden Punkten auf der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 und einer Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12. Derartige Punkte sind in der 2 durch Kreuze markiert.
Insbesondere aufgrund von Verformungen in den Werkstücken 12, 14 kann es jedoch zumindest abschnittsweise vorkommen, dass zwischen den Werkstücken 12, 14 ein Spalt 34 gebildet ist, wie dies schematisch in der 3 schematisch dargestellt ist. Die Werkstücke 12, 14 sind dann in einem Abstand 36 voneinander angeordnet, der einem Abstand zwischen einer Unterseite 66 des zweiten Werkstücks 14 und einer Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 entspricht. Folglich ist auch ein Abstand zwischen den erwähnten Punkten auf der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks und der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 um diesen Abstand 36 größer als die Summe der Dicken 38, 40 der Werkstücke 12, 14.
Die Vorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, bei der Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 eine Prozessmessung mittels des Messstrahls 28 durchzuführen. Diese erfolgt beispielsweise, indem der Messstrahl 28 in ein Keyhole 68 geführt wird, das in dem aktuellen Bearbeitungsbereich 24 während der Bearbeitung entsteht (siehe 4). Das Keyhole 68 entsteht dabei typischerweise bezogen auf die Bearbeitungsrichtung knapp hinter einem Auftreffbereich 70 des Bearbeitungsstrahls 15 in dem aktuellen Bearbeitungsbereich 24.
Zudem ist die Vorrichtung 10 dazu eingerichtet, mittels des Messstrahls 28 eine Kontrollmessung durchzuführen, die von der Prozessmessung verschieden ist. Im vorliegenden Fall wird die Kontrollmessung mittels des optischen Kohärenztomographen 26 durchgeführt. Die Kontrollmessung wird zumindest teilweise während der Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 durchgeführt. Zudem führt die Steuervorrichtung 60 eine Steuerung der Kontrollmessung aus.
Nach Maßgabe eines Ergebnisses der Kontrollmessung wird sodann ein möglicherweise vorhandener Spalt 34 zwischen den Werkstücken 12, 14 erkannt. Zudem umfasst die Kontrollmessung mehrere Messungen an unterschiedlichen Stellen. Das Vorhandensein eines Spalts 34 wird folglich für den aktuellen Bearbeitungsbereich 24 durchgeführt, d. h. die Kontrollmessung wird derart durchgeführt, dass sich für den aktuellen Bearbeitungsbereich 24 ermitteln lässt, ob zwischen den Werkstücken 12, 14 in diesem Bereich ein Spalt 34 vorliegt oder die Werkstücke 12, 14 unmittelbar aufeinander aufliegen. Ferner wird der Abstand 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 bestimmt, sodass auf eine Dimension des Spalts 34 und auf ein voraussichtliches Ergebnis einer Bearbeitung in dem aktuellen Bearbeitungsbereich 24 geschlossen werden kann. Die Bestimmung des Abstands 36 bzw. des Vorhandenseins eines Spalts 34 werden von der Steuervorrichtung 60 nach Maßgabe der Kontrollmessung automatisch durchgeführt.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Kontrollmessung eine Messung eines Abstands von einem Referenzpunkt zu einem Punkt auf der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14. Diese Messung wird beispielsweise durchgeführt, indem während der Bearbeitung die Prozessmessung kurzfristig unterbrochen und der Messstrahl 28 in Bearbeitungsrichtung nach vorne verlagert wird, wie in 1 durch die gepunktete Linie angedeutet ist. Die Messung erfolgt dann beispielsweise in einem nächsten Bearbeitungsbereich bevor das zweite Werkstück 14 in diesem bearbeitet wird.
Ferner umfasst die Kontrollmessung eine Messung, die einen Schluss auf eine Lage der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 zulässt. Gemäß einem Aspekt wird hierfür mittels des Messstrahls 28 vor einem Einlegen der Werkstücke 12, 14 eine Lage der Werkstückaufnahme 16 bestimmt. Ferner werden vorgegebene Werte für die Dicken 38, 40 der Werkstücke 12, 14 verwendet. Unter der Annahme, dass das erste Werkstück 12 eben auf der Werkstückaufnahme 16 aufliegt, entspricht ein Abstand 36 zwischen einem entsprechenden Messpunkt auf der Werkstückaufnahme 16 und einem entsprechenden Messpunkt auf der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 dem Abstand 36 zwischen den oben erwähnten gegenüberliegenden Punkten auf der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 und der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14. Die Messpunkte sind in den 2 und 3 durch Kreuze beispielhaft dargestellt. Unterscheidet sich der Abstand 36 von einer Summe der Dicken 38, 40 der Werkstücke 12, 14, wird auf das Vorhandensein eines Spalts 34 geschlossen. Zudem kann der Abstand 36 und somit die Dicke des Spalts 34 bestimmt werden. Die Messung an der Werkstückaufnahme 16 kann mehrere Messpunkte umfassen, beispielsweise nach Maßgabe eines zukünftigen und/oder geplanten Verlaufs einer Verbindungsnaht.
Gemäß einem anderen Aspekt wird im Rahmen der Kontrollmessung zusätzlich oder alternativ mittels des Messstrahls 28 zumindest eine Messung an der Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 durchgeführt. Diese Messung wird nach dem Einlegen des ersten Werkstücks 12 und vor dem Einlegen des zweiten Werkstücks 14 durchgeführt. In Kombination mit der Messung an der Oberseite des zweiten Werkstücks 14 kann aus einem Abstand zwischen einem Messpunkt auf der Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 und einem Messpunkt auf der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 auf ein Vorhandensein eines Spalts geschlossen werden, indem besagter Abstand mit der bekannten Dicke 40 des zweiten Werkstücks 14 verglichen wird. Ist der Abstand größer als die Dicke 40 des zweiten Werkstücks 14, kann hieraus der Abstand 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 als Differenz zwischen dem Abstand zwischen den Messpunkten und der Dicke 40 bestimmt werden. Zudem kann auf das Vorhandensein eines Spalts 34 geschlossen werden. Die Messpunkte sind in den 2 und 3 durch Kreuze beispielhaft dargestellt. Die Messung an der Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 kann mehrere Messpunkte umfassen, beispielsweise nach Maßgabe eines zukünftigen und/oder geplanten Verlaufs einer Verbindungsnaht.
Die 4 veranschaulicht einen weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird im Rahmen der Kontrollmessung eine Messung an der Oberseite 64 des ersten Werkstücks 12 durchgeführt, wenn sich das zweite Werkstück 14 bereits an der Sollposition befindet. Im dargestellten Fall weist das zweite Werkstück mehrere Auskerbungen 72, 74, 76 auf, die aufgrund einer Geometrie des zweiten Werkstücks 14 und/oder aufgrund einer Zielgeometrie der gefertigten Komponente oder des gefertigten Bauteils unabhängig von der Kontrollmessung bzw. unabhängig von der Bearbeitung der Werkstücks 12, 14 vorhanden sind. Für die Kontrollmessung wird der Messstrahl 28 vorübergehend auf wenigstens eine der Auskerbungen 72, 74, 76 und durch diese hindurch auf die Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 geführt. Zusätzlich wird, wie oben beschrieben, eine Messung an der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 durchgeführt. Dies geschieht entweder während der Bearbeitung durch Auslenken der Ablenkeinrichtung 30 (OCT-Scanner) oder mit kurzzeitiger Unterbrechung der Bearbeitung durch Auslenkung eines Bearbeitungsscanners 21 der Bearbeitungsstrahloptik 22. Analog zum oben beschriebenen Aspekt kann dann ein Abstand zwischen entsprechenden Messpunkten mit einer bekannten Dicke 40 des zweiten Werkstücks 14 verglichen werden. Zweckmäßigerweise wird jeweils eine Auskerbung 72, 74, 76 gewählt, die dem zukünftigen Bearbeitungsbereich am nächsten liegt, in dem die Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 vermessen wird, um Paare von Messpunkten zu bilden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt, für den auf die 5 Bezug genommen wird, ist das zweite Werkstück 14 mit mehreren Löchern 42, 44, 46 versehen, die unabhängig von der Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 in dem zweiten Werkstück 14 vorgesehen sind. Erfindungsgemäß wird hierfür zur Herstellung des zweiten Werkstücks 14 ein geeigneter Werkstückrohling mit mehreren Löchern 42, 44, 46 entlang eines Verlaufs versehen, dem eine zukünftige Verbindungsnaht folgen soll.
Im Rahmen der Kontrollmessung kann dann in einem eingelegten und positionierten Zustand der Werkstücke 12, 14 der Messstrahl 28 durch jeweils eines der Löcher 42, 44, 46 geführt werden, um wiederum eine Messung an der Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 durchzuführen. Hierfür wird zweckmäßigerweise der Messstrahl 28 jeweils durch ein Loch 42 geführt, das dem aktuellen Bearbeitungsbereich 24 am nächsten ist. Ferner wird zweckmäßigerweise die Messung an der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 in der Nähe des entsprechenden Lochs 42 durchgeführt, sodass gepaarte Messpunkte nahe beieinander und nahe eines eventuell vorhandenen Spalts 34 liegen.
Die Löcher 42, 44, 46 können anschließend zugeschweißt werden, wenn der aktuelle Bearbeitungsbereich 24 entsprechend vorgeschoben ist. Die Löcher 42, 44, 46 sind somit lediglich für die Kontrollmessung vorhanden, wohingegen ein fertiggestelltes Bauteil ohne die Löcher 42, 44, 46 fertiggestellt wird.
6 veranschaulicht einen weiteren Aspekt. Bei diesem wird bei der Kontrollmessung eine von der Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 verschiedene Testbearbeitung der Werkstücks 12, 14 durchgeführt. Hierfür wird der Bearbeitungsstrahl 15 kurzfristig aus dem aktuellen Bearbeitungsbereich 24 heraus nach vorne verlagert und folgt somit dem in der 6 strichliert dargestellten Verlauf und nicht dem Verlauf zur Bearbeitung des aktuellen Bearbeitungsbereichs 24, der durch die gepunktete Linie dargestellt ist. Der Auslenkungswinkel ist hierbei typischerweise deutlich kleiner, als dies in der 6 schematisch dargestellt ist. Mittels des Bearbeitungsstrahls 15 erfolgt die Testbearbeitung derart, dass durch beide Werkstücke 12, 14 hindurch Material aufgeschmolzen und die Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 punktuell durchbrochen wird.
Der Messstrahl 28 wird bei der Kontrollmessung derart verlagert, dass dieser mit dem Bearbeitungsstrahl 15 zusammenfällt und/oder in ein Keyhole der Testbearbeitung fällt. Somit kann im Rahmen der Kontrollmessung ein zeitliches Tiefenprofil 78 für die Testbearbeitung erstellt werden. Ein derartiges OCT-Tiefenmessprofil 78 ist schematisch in 7 dargestellt, welches die mittels OCT-Messung gemessene Bearbeitungstiefe T als Funktion der Bearbeitungszeit t darstellt. Die Testbearbeitung beginnt zu einem Zeitpunkt t₀ , bei dem der Bearbeitungsstrahl 15 auf die Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 gerichtet wird, und endet zu einem Zeitpunkt t_e . Zu Beginn schmilzt das Material des zweiten Werkstücks 14 in einem Auftreffbereich an, wobei sich die Bearbeitungstiefe zunächst nicht oder kaum ändert. Anschließend bildet sich im zweiten Werkstück 14 allmählich ein Keyhole und der Bearbeitungsstrahl 15 dringt auch in das erste Werkstück 12 ein. In 6 sind charakteristische Punkte für den Testbearbeitungsprozess durch Kreuze markiert, die an den Oberseiten 32, 64 und Unterseiten 48, 66 der Werkstück 12, 14 liegen. Während der Bearbeitung bildet sich zwischen den Werkstücken 12, 14 eine Schmelze, die auch bei Vorhandensein eines Spalts 34 die Werkstücke 12, 14 überbrücken kann. Zumindest der Punkt an der Unterseite 66 des zweiten Werkstücks 14 und der Punkt an der Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 können dann in einer OCT-Messung nicht deutlich erkennbar sein. Zudem folgt je nach Materialbeschaffenheit, Dicken 38, 40 der Werkstücke, Abstand 36 zwischen den Werkstücken 12, 14, Parametern des Bearbeitungsstrahls 15 und sonstigen Bearbeitungsparametern das zeitliche Tiefenprofil 78 jeweils einem anderen Verlauf. Unter bestimmten Umständen kann dieser Verlauf zwar die eingangs erwähnten Plateaus und Sprünge aufweisen. Oftmals ist dem Verlauf jedoch nicht anzusehen, wann die Bearbeitungstiefe der Dicke 40 des zweiten Werkstücks 14, einer Summe der Dicke 40 des zweiten Werkstücks 14 und des Abstands 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 oder zusätzlich der Dicke 38 des ersten Werkstücks 12 entspricht, insbesondere für den Fall der besagten überbrückenden Schmelze.
Dem Tiefenprofil 78 ist hingegen die Gesamtdicke der aufeinandergelegten Werkstücke 12, 14 zu entnehmen, da sowohl der Punkt an der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 als auch der Punkt an der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 deutlich repräsentiert. Auch nach Durchbruch der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 wird stets ein Teil des Messstrahls 28 reflektiert. Diese Reflexion erfolgt jedoch ausschließlich aus Bereichen innerhalb der aufeinandergelegten Werkstücke 12, 14. Es wird daher eine maximale Eindringtiefe gemessen, die von dem Punkt auf der Unterseite 48 des ersten Werkstücks herrührt. Somit kann aus dem Tiefenprofil 78 die Summe der Dicken 38, 40 der Werkstücks 12, 14 und des Abstands 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 zuverlässig bestimmt werden. Diese Summe kann wiederum mit der Summe der bekannten Werkstückdicken 12, 14 verglichen werden, um den Abstand 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 zu bestimmen und auf das Vorhandensein eines Spalts 34 zu schließen.
Während der Bearbeitung können mehrere Testbearbeitungen durchgeführt werden, sodass das Vorhandensein oder der Verlauf des Spalts 34 ermittelt werdenkönnen. Zudem können diese Testbearbeitungsstellen während der anschließenden Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 wieder zugeschweißt werden.
Im gezeigten Fall weist die Bearbeitungsvorrichtung 18 eine schaltbare Faser 50 auf, mittels derer der Durchmesser des Bearbeitungsstrahls 15 verändert werden kann. Für die Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 wird dabei ein großer Durchmesser verwendet, für die Testbearbeitung hingegen ein kleiner Durchmesser. Die Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 wird daher lediglich in einem kleinen Bereich durchbrochen und eine Korrosionsschutzschicht lediglich in vernachlässigbarem Umfang verletzt.
8 zeigt eine Werkstückaufnahme 16 gemäß einem Aspekt der Erfindung, die mit Reflexionselementen 52, 54, 56, 58 versehen ist. Der Messstrahl 28 wird im Rahmen der Kontrollmessung derart auf die Reflexionselemente 52, 54, 56, 58 gelenkt, dass eine Messung an der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 durchgeführt werden kann. Die entsprechende Messung wird in einem eingelegten und positionierten Zustand der Werkstücke 12, 14 durchgeführt. Diese Messung kann wiederum mit einer Messung an der Oberseite 64 des zweiten Werkstücks 14 kombiniert werden. Dies ist durch die in 8 mit Kreuzen markierten Messpunkte schematisch dargestellt.
Die Reflexionselemente 52, 54, 56, 58 können polierte Oberflächen, Spiegel oder sonstige geeignete reflektierende Elemente umfassen. Zudem kann wenigstens eines der Reflexionselemente 52, 54, 56, 58 bewegbar und/oder schwenkbar sein, wodurch ein Umlenken des Messstrahls 28 in einstellbarer Weise ermöglicht wird.
Alternativ wird eine Messung an der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 mittels eines weiteren optischen Kohärenztomographen durchgeführt (nicht dargestellt).
Zudem ist erfindungsgemäß auch möglich, dass das erste Werkstück 12 mit Löchern und/oder Auskerbungen versehen ist, durch welche hindurch der Messstrahl auf die Unterseite 66 des zweiten Werkstücks 14 geführt werden kann. Dies kann mittels der Werkstückaufnahme 16 mit Reflexionselementen 52, 54, 56, 58 durchgeführt werden und/oder mittels eines weiteren optischen Kohärenztomographen. Die oben beschriebenen Kontrollmessungen durch das zweite Werkstück 14 hindurch auf die Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 können entsprechend auf der Unterseite 66 des zweiten Werkstücks 14 erfolgen. Zusätzlich wird eine Messung an der Unterseite 48 des ersten Werkstücks 12 durchgeführt. Ein Abstand zwischen entsprechenden Messpunkten kann dann mit der bekannten Dicke 40 des ersten Werkstücks 12 verglichen werden, um den Abstand 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 zu bestimmen und/oder auf das Vorhandensein eines Spalts 34 zu schließen.
Grundsätzlich ist für beschriebene Messpunkte möglich, dass diese Punkten entsprechen, auf welche der Messstrahl 28 gerichtet wird. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der Messstrahl 28 auf einen anderen Punkt gerichtet wird, wobei dieser Punkt und der entsprechende Messpunkt in einer gemeinsamen Ebene liegen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Werkstücke 12, 14 angeordnet ist. Es kann dann beispielsweise ein Abstand entlang einer Flächennormalen der Werkstücke 12, 14 bestimmt werden, auch wenn an senkrecht zu der Flächennormalen zueinander versetzten Punkten gemessen wird.
9 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses der Werkstücke 12, 14. Das Verfahren wird mittels der Vorrichtung 10 durchgeführt.
In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird das erste Werkstück 12 in die Werkstückaufnahme 16 eingelegt.
In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird das zweite Werkstück 14 auf der Oberseite 32 des ersten Werkstücks 12 in der Sollposition positioniert.
In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird der hochenergetische Bearbeitungsstrahl 15 bereitgestellt und auf den aktuellen Bearbeitungsbereich 24 projiziert und/oder fokussiert.
In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird der Messstrahl 28 in dem optischen Kohärenztomographen erzeugt, wobei der Messstrahl 28 über die bewegliche Ablenkeinrichtung ablenkt und zumindest vorübergehend in den Bearbeitungsstrahl 15 eingekoppelt wird.
In einem fünften Schritt S5 des Verfahrens wird eine Prozessmessung mittels des Messstrahls 28 in dem aktuellen Bearbeitungsbereich 24 während der Bearbeitung der Werkstücke 12, 14 durchgeführt.
In einem sechsten Schritt S6 wird mittels des Messstrahls 28 eine Kontrollmessung durchgeführt.
In einem siebten Schritt S7 wird der Abstand 36 zwischen den Werkstücken 12, 14 zur Erkennung eines möglicherweise vorhandenen Spalts 24 zwischen den Werkstücken 12, 14 nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung bestimmt.
Unterschiedliche Aspekte des Verfahrens wurden auch im Zusammenhang mit der Vorrichtung 10 beschrieben. Hieraus ergeben sich auch weitere Schritte oder Teilschritte des Verfahrens.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013015656 A1 [0004]
DE 102016014564 A1 [0018]

Claims

Verfahren zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks (12) und eines zweiten Werkstücks (14), insbesondere eines Schweißprozesses zum Verbinden des ersten und zweiten Werkstücks (12, 14), mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Einlegen des ersten Werkstücks (12) in eine Werkstückaufnahme (16); Positionieren des zweiten Werkstücks (14) auf einer Oberseite (32) des ersten Werkstücks (12) an einer Sollposition für das Verbinden der Werkstücke (12, 14); Bereitstellen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15), der eine optische Achse aufweist, sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (15) auf einen aktuellen Bearbeitungsbereich (24); Erzeugen eines Messstrahls (28) in wenigstens einem optischen Kohärenztomographen (26), wobei der Messstrahl (28) in den Bearbeitungsstrahl (15) einkoppelbar ist; Durchführen einer Prozessmessung mittels des Messstrahls (28) in dem aktuellen Bearbeitungsbereich (24) während einer Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) mittels des Bearbeitungsstrahls (15); Durchführen einer Kontrollmessung mittels des Messstrahls (28) zumindest teilweise an wenigstens einem der Werkstücke (12, 14); und Bestimmen eines Abstands (36) zwischen dem ersten Werkstück (12) und dem zweiten Werkstück (14) zur Erkennung eines möglicherweise vorhandenen Spalts (34) zwischen den Werkstücken (12, 14) nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prozessmessung und die Kontrollmessung mittels desselben Kohärenztomographen (26) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Durchführen der Kontrollmessung mit dem optischen Kohärenztomographen (26) zumindest teilweise während der Bearbeitung der Werkstücke (12, 14).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Bestimmen des Abstands zwischen dem ersten Werkstück (12) und dem zweiten Werkstück (14) eine vorgegebene Dicke (38) des ersten Werkstücks (12) und eine vorgegebene Dicke (40) des zweiten Werkstücks (14) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontrollmessung zumindest eine Bestimmung der Lage der Werkstückaufnahme (16) umfasst, wobei die Kontrollmessung zumindest teilweise vor dem Einlegen des ersten Werkstücks (12) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontrollmessung zumindest eine Messung an der Oberseite (32) des ersten Werkstücks (12) in einem Zustand umfasst, in dem sich das zweite Werkstück (14) an der Sollposition befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei für wenigstens einen Teil der Kontrollmessung an der Oberseite (32) des ersten Werkstücks (12) ein Messstrahl (28) zumindest teilweise durch ein Loch (42, 44, 46) in dem zweiten Werkstück (14) geführt wird, das unabhängig von der Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) in dem zweiten Werkstück (14) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Loch (42, 44, 46) in dem zweiten Werkstück (14) nach der Messung an der Oberseite (32) des ersten Werkstücks (12) zugeschweißt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Kontrollmessung zumindest eine von der Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) verschiedene Testbearbeitung der Werkstücke (12, 14) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Testbearbeitung durch beide Werkstücke (12, 14) hindurch derart erfolgt, dass eine Unterseite (48) des ersten Werkstücks (12) punktuell durchbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei nach der Testbearbeitung ein Bereich, in dem die Testbearbeitung durchgeführt wurde, mittels des Bearbeitungsstrahls (15) zugeschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) und die Testbearbeitung mit Bearbeitungsstrahlen (15) durchgeführt werden, die sich hinsichtlich ihres Strahldurchmessers unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei zur Erzeugung der Bearbeitungsstrahlen (15) für die Testbearbeitung und für die Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) eine schaltbare Faser (50) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Kontrollmessung zumindest eine Messung an einer Unterseite (48) des ersten Werkstücks (12) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei bei der Messung an der Unterseite (48) des ersten Werkstücks (12) ein Messstrahl (28) an zumindest einem Teil der Werkstückaufnahme (16) mit einem Reflexionselement (52, 54, 56, 58) umgelenkt wird.
Vorrichtung (10) zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines ersten Werkstücks (12) und eines zweiten Werkstücks (14), insbesondere eines Schweißprozesses zum Verbinden des ersten und zweiten Werkstücks (12, 14), mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15), wobei die Vorrichtung (10) umfasst: eine Werkstückaufnahme (16), in die zumindest das erste Werkstück (12) einlegbar ist; eine Bearbeitungseinheit (18) mit einer Bearbeitungsstrahlquelle (20) zum Erzeugen des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15), der eine optische Achse aufweist, und mit einer Bearbeitungsstrahloptik (22), um den hochenergetischen Bearbeitungsstrahl (15) auf einen aktuellen Bearbeitungsbereich (24) zu projizieren und/oder zu fokussieren, und wenigstens einen optischen Kohärenztomographen (26) zur Erzeugung eines Messstrahls (28), der in die Bearbeitungsstrahloptik (22) einkoppelbar ist, wobei die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist: in einem eingelegten Zustand des ersten Werkstücks (12), in dem das zweite Werkstück (14) auf einer Oberseite (32) des ersten Werkstücks (12) an einer Sollposition für ein Bearbeiten der Werkstücke (12, 14) positioniert ist, zumindest eine Prozessmessung mittels des Messstrahls (28) bei einer Bearbeitung der Werkstücke (12, 14) mittels des Bearbeitungsstrahls (15) durchzuführen; eine Kontrollmessung mittels des Messstrahls (28) zumindest teilweise an wenigstens einem der Werkstücke (12, 14) durchzuführen; und zur Erkennung eines möglicherweise vorhandenen Spalts (34) zwischen den Werkstücken (12, 14) einen Abstand (36) zwischen dem ersten Werkstück (12) und dem zweiten Werkstück (14) nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Bearbeitungseinheit (18) eine schaltbare Faser (50) aufweist, mittels derer ein Strahldurchmesser des Bearbeitungsstrahls (15) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, ferner umfassend eine Steuereinrichtung (60), die dazu eingerichtet ist, den Abstand zwischen dem ersten Werkstück (12) und dem zweiten Werkstück (14) nach Maßgabe des Ergebnisses der Kontrollmessung und auf der Grundlage einer vorgebbaren Dicke (38) des ersten Werkstücks (12) und einer vorgebbaren Dicke (40) des zweiten Werkstücks (14) zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Werkstückaufnahme (16) zumindest ein Reflexionselement (52, 54, 56, 58) umfasst, mittels dessen der Messstrahl (28) auf eine Unterseite (48) des ersten Werkstücks (12) lenkbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (14) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, das dazu eingerichtet ist, mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (15) mit einem weiteren Werkstück (12) entlang einer Verbindungsnaht verbunden zu werden, umfassend die Schritte: Fertigen eines Werkstückrohlings; und Versehen des Werkstückrohlings mit mehreren Löchern (42, 44, 46) entlang eines Verlaufs, dem eine zukünftige Verbindungsnaht folgen soll.