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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, wobei die Messvorrichtung einen optischen Kohärenztomographen umfasst, sowie ein Verfahren zum Überwachen einer Bearbeitung eines Werkstücks durch einen hochenergetischen Bearbeitungsstrahl mittels einer Messvorrichtung mit einem optischen Kohärenztomographen.
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Vorrichtungen zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls 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 miteinander zu verschweißen, Laserbohrungen einzubringen, Oberflächen zu bearbeiten etc. Die Vorrichtung kann dabei einen bewegbaren Bearbeitungskopf umfassen, der beispielsweise von einem Industrieroboter getragen und relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück bewegbar sein kann. Derartige Vorrichtungen verfügen zudem über eine Bearbeitungsstrahloptik, mittels derer der Bearbeitungsstrahl auf das Werkstück optisch führbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Werkstück relativ zu dem Bearbeitungskopf bewegbar sein, wobei eine entsprechende Werkstückaufnahme zum Einsatz kommen kann, die ein Bewegen des Werkstücks ermöglicht.
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In entsprechenden Bearbeitungssystemen kommt oftmals ein optischer Kohärenztomographen (OCT) zum Einsatz, mittels dessen ein Messstrahl erzeugt werden kann, der in die Bearbeitungsstrahloptik einkoppelbar ist. 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.
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Üblicherweise umfasst der Kohärenztomograph eine Strahlerzeugungseinheit mit einer Lichtquelle zur Erzeugung des Messstrahls sowie zur Erzeugung eines Referenzstrahls. Ferner umfasst der Kohärenztomograph im Allgemeinen einen Messarm, in dem der Messstrahl optisch führbar ist, sodass dieser in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar und über eine Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierbar ist. Daneben umfasst der Kohärenztomograph einen Referenzarm, in dem der Referenzstrahl optisch führbar ist und der zur Überwachung des Bearbeitungssystems mittels des Messstrahls den Messarm zumindest in seiner optischen Weglänge nachbildet.
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Ändert sich die optische Weglänge des Messarms, beispielsweise weil sich der Abstand zwischen Bearbeitungsstrahloptik und dem bearbeiteten Werkstück ändert, etwa wenn der Bearbeitungsstrahl seitlich ausgelenkt wird und/oder wenn der Bearbeitungskopf und/oder das Werkstück bewegt werden, kann es erforderlich sein, die optische Weglänge des Referenzarms an die geänderte optische Weglänge des Messarms anzupassen. Ferner kann es erforderlich sein, für einen Dispersionsausgleich zu sorgen, der sich ergeben kann aus unterschiedlich langen Luft- zu Glasstrecken zwischen Messarm und Referenzarm. Bezüglich solcher Anpassungen des Referenzarms wird beispielsweise auf die Dokumente
DE 10 2013 008 269 und
DE 10 2015 015 112 verwiesen.
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Der Referenzarm kann entweder unmittelbar am Bearbeitungskopf angeordnet sein und in diesem Fall beispielsweise mit dem Bearbeitungskopf mitbewegt werden, wenn dieser von einem Industrieroboter getragen ist, oder er kann von dem Bearbeitungskopf beabstandet in einem ortsfesten Teil der Messvorrichtung angeordnet sein. Dieser ortsfeste Teil kann eine Sensoreinheit des optischen Kohärenztomographen sein, die dessen Spektrometer und/oder andere Sensorik und Elektronik beinhaltet. Im ortsfesten Teil kann zudem die Lichtquelle des optischen Kohärenztomographen angeordnet sein. In letzterem Fall kann eine optische Faser von der Messvorrichtung zu dem Bearbeitungskopf geführt sein, welche einen Teil des optischen Wegs für den Messstrahl und somit einen Teil des Messarms bildet.
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Ist der Referenzarm in einem bewegbaren Bearbeitungskopf angeordnet, muss dieser in Bezug auf seinen optischen Aufbau sehr stabil ausgebildet sein, sodass die Bewegung des Bearbeitungskopfes keine nennenswerten Veränderungen des optischen Wegs für den Messstrahl hervorruft. Zudem können in diesem Fall keine komplexeren optischen Aufbauten im Referenzarm vorgesehen werden, da diese ebenfalls mitbewegt werden müssten. Dies betrifft beispielsweise Aufbauten zur Dispersionskompensation, wie sie in
DE 10 2015 015 112 beschrieben sind. Darüber hinaus kann bei einer Anordnung des Referenzarms in der Nähe des Bearbeitungskopfes dieser Abwärme ausgesetzt sein, die zum Beispiel von Motoren eines den Bearbeitungskopf tragenden Roboters verursacht wird.
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Andererseits im Fall der Anordnung des Referenzarms in einem ortsfesten Teil der Messvorrichtung, der nicht mit dem Bearbeitungskopf mitbewegt wird, der Referenzarm und der Messarm unterschiedlichen Einflüssen ausgesetzt, da sich Referenzarm und Messarm nicht am gleichen Ort befinden. Wie beispielsweise in
DE 10 2017 001 353 beschrieben wird, kann es in diesem Fall erforderlich sein, Vorkehrungen für eine Temperaturkompensation zu treffen, da sich Komponenten des Messarms und Komponenten des Referenzarms unterschiedlich erwärmen und abkühlen können.
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Beispielsweise aus
EP 1 977 850 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, dass der Referenzarm nicht im Freistrahl aufgebaut ist, sondern eine optische Faser umfasst, die aufgewickelt ist. Die optische Faser wird bei diesem Konzept mittels eines Dehnkörpers gedehnt, wodurch die optische Weglänge des Referenzarms vergrößert werden kann. Indem die optische Faser mehrfach gewickelt wird, kann die relative Verlagerung bzw. Dehnung der entsprechenden Wickelkörper um ein Vielfaches verstärkt werden, sodass eine insgesamt erzeugte Weglängenänderung einem Vielfachen einer Weglänge entspricht, mit der die Verlagerung erfolgt. Zudem kann hierdurch ein vergleichsweise kompakter Aufbau des Referenzarms erzielt werden, wodurch dieser in den Bearbeitungskopf integriert werden kann. Aufgrund der mehrfachen Wicklung treten jedoch erhebliche Kräfte auf, die entsprechend hohe Anforderungen an verwendete Aktoren stellen und zu großen Haltekräften führen. Zudem lassen sich optische Fasern typischerweise nicht beliebig weit dehnen, weshalb eine vergleichsweise lange Faser verwendet werden muss, um typische erforderliche Weglängenänderungen im Bereich von bis zu 30 cm zu realisieren.
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Aus
US 2010 / 0 238 452 A1 ist ein optischer Aufbau zum Dispersionsausgleich bekannt, der über zwei optische Fasern verfügt, die unabhängig voneinander derart verformbar sind, das ein Verhältnis der optischen Pfadlängen der beiden Fasern unverändert beibehalten werden kann, während die Dispersion der einen optischen Faser verändert wird.
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Des Weiteren offenbart
US 2012 / 0 013 913 A1 eine optische Messvorrichtung mit einem Messarm und einem Referenzarm, die jeweils eine dehnbare optische Faser aufweisen, wobei jeder Faser ein individueller Faserstrecker zugeordnet ist, mittels dessen die Länge der Fasern abwechselnd verändert wird.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung mit bauraumeffizienter Bauweise bereitzustellen, die es ermöglicht, die optische Weglängen eines Referenzarms und eines Messarms in einfacher und zuverlässiger Weise aufeinander abzustimmen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung geht aus von einer Messvorrichtung für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, wobei die Messvorrichtung einen optischen Kohärenztomographen aufweist, der eine Strahlerzeugungseinheit mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Messstrahls und eines Referenzstrahls, einen Messarm, in dem der Messstrahl optisch führbar ist, sodass dieser in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar und über eine Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierbar ist, und einen Referenzarm umfasst, in dem der Referenzstrahl optisch führbar ist und der zur Überwachung des Bearbeitungssystems mittels des Messstrahls den Messarm zumindest in seiner optischen Weglänge nachbildet.
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Erfindungsgemäß umfasst der optische Kohärenztomographen wenigstens eine Weglängeneinstellvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine optische Weglänge des Messarms und eine optische Weglänge des Referenzarms einzustellen, wobei die Weglängeneinstellvorrichtung ein zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen verlagerbares Einstellelement umfasst, dessen Verlagerung zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen dazu eingerichtet ist, die Weglänge des Referenzarms und die Weglänge des Messarms derart zu ändern, dass die eine der Weglängen größer und die andere der Weglängen zugleich kleiner wird.
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Zudem stellt die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Bearbeitung eines Werkstücks durch einen hochenergetischen Bearbeitungsstrahl mittels einer Messvorrichtung mit einem optischen Kohärenztomographen bereit, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, umfassend die Schritte:
- - Erzeugen eines Messstrahls und eines Referenzstrahls mittels einer Lichtquelle des optischen Kohärenztomographen;
- - optisches Führen des Messstrahls in einem Messarm derart, dass der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl eingekoppelt und über eine Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projiziert wird;
- - optisches Führen des Referenzstrahls in einem Referenzarm, der zur Überwachung des Bearbeitungssystems mittels des Messstrahls den Messarm zumindest in seiner optischen Weglänge nachbildet; und
- - Einstellen einer optischen Weglänge des Messarms und einer optischen Weglänge des Referenzarms durch Verlagern eines Einstellelements zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen derart, dass die Weglänge des Referenzarms und die Weglänge des Messarms derart geändert werden, dass die eine der Weglängen größer und die andere der Weglängen zugleich kleiner wird.
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Die Erfindung ermöglicht es, die optischen Weglängen des Referenzarms und des Messarms in einfacher und zuverlässiger Weise aufeinander abzustimmen. Es kann eine Weglängeneinstellvorrichtung bereitgestellt werden, die über eine kompakte Bauweise verfügt und daher insbesondere in einem bewegbaren Bearbeitungskopf verbaut werden kann. Die Erfindung ist somit auf die eingangs beschriebenen Probleme gerichtet. Zudem kann eine Weglängeneinstellung in optisch stabiler Weise erfolgen, während zu beschleunigende Massen klein gehalten werden können, sodass hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten für einen bewegten Bearbeitungskopf erzielt werden können. Durch die gleichzeitige Änderung der Weglänge des Referenzarms und der Weglänge des Messarms kann ein Weglängenunterschieds rasch und durch vergleichsweise geringfügige Verlagerung des Einstellelements erfolgen. Zudem kann eine Weglängeneinstellvorrichtung bereitgestellt werden, die in Bezug auf auftretende Kräfte dahingehend günstig ausgestaltet ist, dass zur Verstellung von Weglängen lediglich geringe Betätigungskräfte erforderlich sein können.
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Der Referenzarm kann zumindest für eine Einstellposition des Einstellelements den Messarm auch bezüglich seiner Dispersion nachbilden.
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Der Messstrahl kann über eine Ablenkeinrichtung ablenkbar sein. Die Ablenkeinrichtung kann dabei beweglich sein.
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Die unterschiedlichen Einstellpositionen können auf einem linearen Einstellweg angeordnet sein. Ebenso können die Einstellpositionen erfindungsgemäß auf einer Kreisbahn, einer Parabel förmigen Bahn, einer elliptischen Bahn oder einer beliebigen Kurve bzw. einem Abschnitt davon angeordnet sein und einem entsprechenden Einstellweg folgen. Das Einstellelement ist vorzugsweise stufenlos verlagerbar. Zudem kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Verlagerung des Einstellelements zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen eine Verformung des Einstellelements beinhaltet und/oder ausschließlich durch eine Verformung des Einstellelements erzeugt sind. Beispielsweise kann das Einstellelement in einer Weise in eine Richtung ausgedehnt und zugleich in eine andere Richtung zusammengezogen werden, dass die Verformung des Einstellelements zugleich eine Vergrößerung der einen Weglänge und eine Verkleinerung der anderen Weglänge mit sich bringt.
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Die Weglängeneinstellvorrichtung beinhaltet insbesondere einen Großteil des optischen Wegs des Referenzarms. Zudem kann die Weglängeneinstellvorrichtung einen Großteil des optischen Wegs des Messarms beinhalten.
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Die Strahlerzeugungseinheit kann einen Strahlteiler umfassen, der einen von der Lichtquelle kommenden Quellstrahl in den Messstrahl und den Referenzstrahl teilt. Der Strahlteiler kann in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Weglängeneinstellvorrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Lichtquelle in einem ortsfesten Teil des optischen Kohärenztomographen angeordnet. Dieser ortsfeste Teil kann zudem ein Spektrometer und/oder einen Zirkulator umfassen. Somit kann vorgesehen sein, dass der ortsfeste Teil des optischen Kohärenztomographen einen OCT-Sensor bildet.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Referenzarms vom Strahlteiler ausgehend zu der Weglängeneinstellvorrichtung führt. Ein Teil des Referenzarms kann ferner von der Weglängeneinstellvorrichtung zu einem reflektierenden Element zu einem geeigneten Spiegel führen. Ein Teil des Messarms kann von dem Strahlteiler zu der Weglängeneinstellvorrichtung führen. Zudem kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein Teil des Messarms von der Weglängeneinstellvorrichtung zu einem OCT-Scanner führt. Von dem OCT-Scanner kann ein weiterer Teil des Messarms zu der Bearbeitungsstrahloptik führen, wodurch der Messstrahl optisch auf das zu bearbeitende Werkstück führbar ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Weglängeneinstellvorrichtung eine Linearführung für das Einstellelement umfasst. Die Weglängeneinstellvorrichtung kann einen Linearantrieb für die Verlagerung des Einstellelements umfassen. Hierdurch kann die Einstellpositionen in einfacher und präziser Weise eingestellt werden.
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Die Weglängeneinstellvorrichtung kann alternativ eine beliebige andere Führung für das Einstellelement umfassen, die eine Bahn definiert, auf welcher die unterschiedlichen Einstellpositionen angeordnet sind. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Einstellelement auf einer Kreisbahn bewegbar, wobei das Einstellelement beispielsweise auf einer Scheibe, einem Ring oder einem mit einer Nabe verbundenen Tragarm angeordnet sein kann. Für die Verlagerung des Einstellelements kann in diesem Fall ein rotatorischer Aktor vorgesehen sein, der eine Drehbewegung bereitstellt.
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Zudem sind auch geeignete andere Antriebe erfindungsgemäß möglich, welche eine Bewegung des Einstellelements auf einer beliebig ausgestalteten Kurvenbahn erzeugen können, um die unterschiedlichen Einstellpositionen erreichen zu können.
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Eine effiziente Weglängenverstellung bei vergleichsweise geringfügiger Verlagerung des Einstellelements und ein hiermit verbundener geringer Energiebedarf können insbesondere dann erzielt werden, wenn eine Verlagerung des Einstellelements um eine erste Länge eine Änderung der Weglänge des Messarms und/oder eine Änderung der Weglänge des Referenzarms um eine zweite Länge hervorruft, wobei die erste Länge wenigstens um einen Faktor 2, vorteilhaft wenigstens um einen Faktor 5 und besonders vorteilhaft wenigstens um einen Faktor 10 kleiner ist als die zweite Länge. Auch können deutlich größere Faktoren wie beispielsweise 20, 30 oder 50 vorgesehen sein. Die Verlagerung des Einstellelements über die erste Länge erfolgt hierbei insbesondere entlang des Einstellwegs. Die erste Länge ist insbesondere ein Abstand zwischen den entsprechenden Einstellpositionen, der entlang des Einstellwegs gemessen sein kann.
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Eine kompakte Bauform, die sich besonders für einen Einbau in eine Bearbeitungskopf eignet, kann insbesondere dann erzielt werden, wenn eine größte Längserstreckung der Weglängeneinstellvorrichtung wenigstens um einen Faktor 2, vorteilhaft wenigstens um einen Faktor 5 und besonders vorteilhaft wenigstens um einen Faktor 10 kleiner ist als die Weglänge des Messarms und/oder die Weglänge des Referenzarms. Auch deutlich größere Faktoren wie beispielsweise 20, 30 oder 50 sind erfindungsgemäß möglich. Durch die gleichzeitige Verstellung der Weglängen von Referenzarm und Messarm kann durch eine einzelne Verlagerung des Einstellelements zwischen Einstellpositionen ein Weglängenunterschied ausgeglichen werden, der den Abstand zwischen den Einstellpositionen deutlich übersteigt. Die erfindungsgemäße Weglängeneinstellvorrichtung kann daher sehr kompakt ausgebildet werden, wodurch Messarm und Referenzarm im Wesentlichen am gleichen Ort angeordnet und somit im Idealfall annähernd gleichen äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Zudem kann sich eine erfindungsgemäße Weglängeneinstellvorrichtung durch ein geringes Gewicht auszeichnen, was die Verwendung eines Roboters zur Bewegung des Bearbeitungskopfes gestattet, der über entsprechend kleindimensionierte Antriebe verfügt.
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Ein hoher Grad an Flexibilität hinsichtlich der Ausgestaltung der optischen Wege von Messarm und/oder Referenzarm kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Weglängeneinstellvorrichtung eine Messarmfaser und/oder eine Referenzarmfaser umfasst, deren Länge durch das Verlagern des Einstellelements änderbar ist/sind. Vorzugsweise umfasst die Weglängeneinstellvorrichtung sowohl eine Messarmfaser als auch eine Referenzarmfaser. Die Referenzarmfaser kann sich von der Weglängeneinstellvorrichtung weg bzw. zu dieser hin erstrecken. Dabei kann die Referenzarmfaser von dem Strahlteiler über die Weglängeneinstellvorrichtung zu dem reflektierenden Element führen. Die Messarmfaser kann sich von der Weglängeneinstellvorrichtung weg bzw. zu dieser hin erstrecken. Dabei kann die Messarmfaser von dem Strahlteiler über die Weglängeneinstellvorrichtung zu dem OCT-Scanner führen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Messarmfaser und die Referenzarmfaser vorgespannt, vorzugsweise auf Zugspannung. Insbesondere sind die Messarmfaser und die Referenzarmfaser in jeder Einstellposition des Einstellelements vorgespannt. Hierdurch kann eine zuverlässige Verstellung der Weglängen von Messarm und Referenzarm in beide Richtungen erzielt werden, d. h. sowohl ein Verlängern als auch ein Verkürzen der entsprechenden Weglänge. Vorzugsweise erhöht sich die Dehnung der Messarmfaser, wenn sich die Dehnung der Referenzarmfaser reduziert und umgekehrt, abhängig von einer Verlagerung des Einstellelements zwischen entsprechenden Einstellpositionen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Messarmfaser und die Referenzarmfaser das Einstellelement mit Kräften beaufschlagen, die sich wenigstens teilweise aufheben. Insbesondere wirkt eine von der Referenzarmfaser erzeugte Zugkraft, die auf ihre Dehnung zurückzuführen ist, einer von der Messarmfaser erzeugten Zugkraft entgegen, die auf deren Dehnung zurückzuführen ist. Hierdurch werden deutlich geringere Kräfte zur Verstellung der Weglängen von Referenzarmfaser bzw. Messarmfaser benötigt als dies bisher im Stand der Technik der Fall war. Es kann somit vorteilhaft ein Aktor mit lediglich geringer Leistungsaufnahme und entsprechend geringer Wärmeabgabe eingesetzt werden, wodurch eine Temperaturkompensation entfallen können oder zumindest lediglich in geringem Umfang erforderlich ist. Zudem kann hierbei ein Aktor zum Einsatz kommen, der sich durch einen geringen Bauraumbedarf auszeichnet.
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Ein Einstellfaktor zwischen einer benötigten Verlagerung des Einstellelements und einer Veränderung der Weglängen von Referenzarmfaser und Messarmfaser kann insbesondere dann in besonders einfacher Weise angepasst werden, wenn die Messarmfaser und die Referenzarmfaser jeweils mehrfach um das Einstellelement gewickelt sind. Eine Anzahl der Wicklungen kann dabei den oben genannten Faktor definieren, der auch als Verstellhebel bezeichnet werden könnte. Das Einstellelement kann zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet sein, insbesondere kreiszylindrisch, um die Wicklungen aufzunehmen. Zudem kann das Einstellelement an seiner Oberfläche mit geeigneten Aufnahmen, Führungen, Halterungen, Vertiefungen etc. für die Fasern versehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Weglängeneinstellvorrichtung einen Messarmfaserträger und einen Referenzarmfaserträger auf, wobei die Messarmfaser derart um den Messarmfaserträger und das Einstellelement gewickelt ist, dass sie mehrfach zwischen diesen hin und her verläuft, und wobei die Referenzarmfaser derart um die Referenzarmfaserträger und das Einstellelement gewickelt ist, dass sie mehrfach zwischen diesen hin und her verläuft. Hierdurch kann eine Geometrie bereitgestellt werden, die eine zuverlässige Funktionsweise der Weglängeneinstellvorrichtung sicherstellt und die es ermöglicht, die Anzahl der Wicklungen in einfacher Weise festlegen zu können, wodurch der Verstellhebel leicht bedarfsweise angepasst werden kann. In einfacher Weise können somit Weglängeneinstellvorrichtungen mit unterschiedlichem Verstellhebel gefertigt werden. Zudem können die wirkenden Kräfte durch geeignete Wahl von Wicklungszahl und Vorspannung derart eingestellt werden, dass das Einstellelement zumindest in einer Grundposition aufgrund der sich aufschiebenden Kräfte kräftefrei ist. Werden die Messarmfaser und die Referenzarmfaser derart vorgespannt und durch Verlagerung des Einstellelements gedehnt, dass diese sich stets im hookeschen Bereich befinden, müssen zu Verlagerung des Einstellelements zudem lediglich Reibungskräfte überwunden werden.
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Der Messarmfaserträger und/oder der Referenzarmfaserträger kann zumindest abschnittsweise zylindrisch und insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet sein, um die entsprechenden Wicklungen aufzunehmen. Zudem kann der Messarmfaserträger und/oder der Referenzarmfaserträger an seiner Oberfläche mit geeigneten Aufnahmen, Führungen, Halterungen, Vertiefungen etc. für die Fasern versehen sein.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Messarmfaser abschnittsweise auf dem Messarmfaserträger aufgeklebt ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Referenzarmfaser abschnittsweise auf dem Referenzarmfaserträger aufgeklebt ist. Andere Befestigungsarten sind ebenfalls denkbar, beispielsweise ein Klemmen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch ein Aufkleben der Fasern die Weglängeneinstellvorrichtung einfach herstellbar ist und dennoch ein zuverlässiger Krafteintrag in die Referenzarmfaser und/oder in die Messarmfaser bewerkstelligt werden kann.
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Eine gleichmäßige Dehnung der verwendeten Fasern kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Messarmfaser und/oder die Referenzarmfaser bei einer Verlagerung des Einstellelements auf dem Einstellelement gleitet. Insbesondere ist die Messarmfaser und/oder die Referenzarmfaser nicht auf das Einstellelement aufgeklebt. Bei der Verlagerung des Einstellelements kann somit die Referenzarmfaser und/oder die Messarmfaser auf dem Einstellelement rutschen, sodass sich entlang der entsprechenden Faser eine gleichmäßige Dehnung einstellt.
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Es kann alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass die Messarmfaser und/oder die Referenzarmfaser auf dem Einstellelement aufgeklebt oder anderweitig an diesem befestigt ist. In diesem Fall kann auch vorgesehen sein, dass die entsprechende Faser auf dem jeweils anderen Träger gleitet, also auf dem Messarmfaserträger oder dem Referenzarmfaserträger.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung eine Dispersionsausgleichsvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, einen Dispersionsunterschied zwischen dem Messarm und dem Referenzarm softwarebasiert auszugleichen. Die Dispersionsausgleichsvorrichtung kann dazu eingerichtet, den Dispersionsunterschied ausschließlich softwarebasiert auszugleichen. Ein Dispersionsunterschied ergibt sich aus unterschiedlichen Längen der Luft- und Glasstrecken bei sonst gleicher optischen Weglänge. Die Dispersionsausgleichsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Dispersionsunterschied mittels Durchführung wenigstens zweier schneller Fourier-Transformationen, FFTs, auszugleichen. Hierbei kann eine Dispersionskontrolle verwendet werden, wie sie im Artikel „Single-shot twodimensional full-range optical coherence tomography achieved by dispersion control“ von Witte et al., erschienen in Optics Express 2009, Vol. 17, Nr. 14, S. 1135-11349, beschrieben wird. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Weglängeneinstellvorrichtung durch Verwendung einer derartigen Dispersionsausgleichsvorrichtung für ein sehr genaues Anpassen der optischen Eigenschaften des Referenzarms an die optischen Eigenschaften des Messarms geeignet ist, obwohl auf einen Dispersionsausgleich mittels optischer Elemente bei der Anpassung der Weglängen von Referenzarm und Messarm verzichtet wird. Hierdurch kann auf entsprechende optische Elemente verzichtet werden, wodurch ein hoher Grad an Kompaktheit erzielt werden kann. Zudem ist hierdurch ein einfaches Anordnen der Weglängeneinstellvorrichtung in einem bewegten Bearbeitungskopf möglich.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, das eine erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst. Das Bearbeitungssystem umfasst insbesondere eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls wie sie eingangs beschrieben wurde.
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Die Weglängeneinstellvorrichtung kann an einem Bearbeitungskopf des Bearbeitungssystems angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß kann ebenso vorgesehen sein, dass die Weglängeneinstellvorrichtung in einem ortsfesten Teil des optischen Kohärenztomographen angeordnet ist.
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Es versteht sich, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die im Zusammenhang mit Weiterbildungen der Erfindung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
- 1 ein erfindungsgemäßes Bearbeitungssystem mit einer Messvorrichtung in einer schematischen Darstellung;
- 2 eine Weglängeneinstellvorrichtung der Messvorrichtung in einer schematischen Darstellung; und
- 3 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Weglängeneinstellvorrichtung in einer schematischen Darstellung.
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Im Folgenden werden mehrere Aspekte der Erfindung dargestellt. Hierbei werden unterschiedliche Vorgehensweisen zur Angleichung von optischen Weglängen 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.
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1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems 12. Das Bearbeitungssystem 12 ist zum Bearbeiten eines Werkstücks 14 mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls 16 eingerichtet. Das Bearbeitungssystem 12 umfasst hierfür eine Bearbeitungsstrahlquelle 62. Im dargestellten Fall umfasst die Bearbeitungsstrahlquelle 62 einen Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls als Bearbeitungsstrahl 16, der zum Laserschweißen eingesetzt werden kann. Ferner umfasst das Bearbeitungssystem 12 eine Bearbeitungsstrahloptik 30, mittels derer der Bearbeitungsstrahl 16 auf das Werkstück 14 gerichtet werden kann. Die Bearbeitungsstrahloptik 30 ist in einem Bearbeitungskopf 54 des Bearbeitungssystems 12 angeordnet, der lediglich schematisch angedeutet ist. Der Bearbeitungskopf 54 ist im dargestellten Fall auf einem Industrieroboter angeordnet, mittels dessen der Bearbeitungskopf 54 relativ zu dem Werkstück 14 bewegbar ist. Durch Bewegung des Bearbeitungskopfes 54 und geeignetes Einstellen der Bearbeitungsstrahloptik 30 kann somit ein Zielbereich des Werkstücks 14 bearbeitet werden.
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Das Bearbeitungssystem 12 umfasst eine Messvorrichtung 10, die einen optischen Kohärenztomographen 18 aufweist. Der optische Kohärenztomograph 18 umfasst eine Strahlerzeugungseinheit 20 mit einer Lichtquelle 22 zur Erzeugung eines Messstrahls 24 und eines Referenzstrahls 26. Die Lichtquelle 22 ist in einem ortsfesten Teil 60 des optischen Kohärenztomographen 18 angeordnet, der auch als OCT-Sensor bezeichnet werden kann. Der ortsfeste Teil 60 des optischen Kohärenztomographen 18 umfasst einen nicht dargestellten Zirkulator, der hinter der Lichtquelle 22 angeordnet ist, sowie geeignete optische Elemente und geeignete Sensorik zur Auswertung von erhaltenen Messsignalen, wie beispielsweise ein Spektrometer.
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Die Strahlerzeugungseinheit 20 umfasst des Weiteren einen Strahlteiler 58, der über eine optische Quellstrahlfaser 68 mit der Lichtquelle 22 verbunden ist, die einen von der Lichtquelle 22 erzeugten, nicht dargestellten Quellstrahl optisch zu dem Strahlteiler 58 führt. Der Strahlteiler 58 erzeugt sodann den Messstrahl 24 und den Referenzstrahl 26 aus dem Quellstrahl.
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Ferner umfasst der optische Kohärenztomograph 18 einen Messarm 28, in dem der Messstrahl 24 derart optisch führbar ist, dass dieser in den Bearbeitungsstrahl 16 einkoppelbar ist, sodass der Messstrahl 24 über die Bearbeitungsstrahloptik 30 auf das Werkstück 14 projizierbar ist. Im Messarm 28 ist eine bewegbare Ablenkeinrichtung 66 angeordnet, mittels derer der Messstrahl 24 derart ablenkbar ist, dass dieser innerhalb eines Nahbereichs eines Auftreffpunkts des Bearbeitungsstrahls 16 auf dem Werkstück 14 führbar ist, wodurch der Messstrahl 24 beispielsweise in ein bei der Bearbeitung entstehendes Keyhole oder unmittelbar auf den Auftreffpunkt des Bearbeitungsstrahls 16 auf dem Werkstück 14 gerichtet werden kann. Der Messstrahl 24 wird im Betrieb an dem Werkstück 14 reflektiert und gelangt somit über den Messarm 28 zurück zu dem ortsfesten Teil 60 des optischen Kohärenztomographen 18.
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Der optische Kohärenztomograph 18 umfasst außerdem einen Referenzarm 32, in dem der Referenzstrahl 26 optisch führbar ist und der zur Überwachung des Bearbeitungssystems 12 mittels des Messstrahls 24 den Messarm 28 zumindest in seiner optischen Weglänge nachbildet. Der Referenzarm 32 ist an seinem einen Ende mit einem reflektierenden Element 56 versehen, sodass im Betrieb der Referenzstrahl 26 in den ortsfesten Teil 60 des optischen Kohärenztomographen 18 zurück gelangt und dort mit dem Messstrahl 24 in bekannter Weise interferieren kann.
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Des Weiteren umfasst der optische Kohärenztomograph 18 eine Weglängeneinstellvorrichtung 34, die dazu eingerichtet ist, eine optische Weglänge des Messarms 28 und eine optische Weglänge des Referenzarms 32 einzustellen. Die Weglängeneinstellvorrichtung 34 ist neben der Darstellung in 1 auch schematisch in 2 dargestellt, auf welche im Folgenden ebenfalls Bezug genommen wird. Die Weglängeneinstellvorrichtung 34 umfasst zur Einstellung der Weglängen ein zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen 36, 38 verlagerbares Einstellelement 40. Wird das Einstellelement zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen 36, 38 verlagert, werden die Weglänge des Referenzarms 32 und die Weglänge des Messarms 28 derart geändert, dass die eine der Weglängen größer und die andere der Weglängen zugleich kleiner wird.
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Das Einstellelement 30 ist von einer Linearführung 42 der Weglängeneinstellvorrichtung 34 geführt. Die unterschiedlichen Einstellpositionen 36, 38 sind demzufolge entlang eines linearen Einstellwegs angeordnet. Das Einstellelement 40 ist stufenlos verlagerbar, sodass die Einstellpositionen 36, 38 kontinuierlich entlang des Einstellweg verteilt sind. Die Verlagerbarkeit des Einstellelements 40 ist in den 1 und 2 durch einen zweiseitigen Pfeil angedeutet.
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Die Weglängeneinstellvorrichtung 34 ist in dem Bearbeitungskopf 54 angeordnet. Auch der Strahlteiler 58 der Strahlerzeugungseinheit 20 ist in dem Bearbeitungskopf 54 angeordnet. Zu dem Bearbeitungskopf 54 führen daher ausgehend von dem ortsfesten Teil 60 des optischen Kohärenztomographen 18 die Quellstrahlfaser 68 sowie eine Bearbeitungsstrahlfaser 64, die von der Bearbeitungsstrahlquelle 62 ausgeht.
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Von dem optischen Strahlteiler 58 gehen eine Messarmfaser 44 und eine Referenzarmfaser 46 aus, die zu der Weglängeneinstellvorrichtung 34 führen. Die Messarmfaser 44 führt ferner von der Weglängeneinstellvorrichtung 34 zu einer Messstrahloptik bzw. zu der Ablenkeinrichtung 66. Die Referenzarmfaser führt ausgehend von der Weglängeneinstellvorrichtung 34 zu dem reflektierenden Element 56.
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Die Weglängeneinstellvorrichtung 34 umfasst einen Messarmfaserträger 48 und einen Referenzarmfaserträger 50. Die Faserträger 48, 50 und das Einstellelement 40 sind zylinderförmig ausgebildet, was es gestattet, die Fasern 44, 46 beschädigungsfrei um Mantelflächen der Faserträger 48, 50 und des Einstellelements 40 zu wickeln.
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Die Messarmfaser 44 ist derart um den Messarmfaserträger 48 und das Einstellelement 40 gewickelt, dass sie mehrfach zwischen diesen hin und her verläuft. Zudem ist die Referenzarmfaser 46 derart um den Referenzarmfaserträger 50 und das Einstellelement 40 gewickelt, dass sie mehrfach zwischen diesen hin und her verläuft. Die Messarmfaser 44 und die Referenzarmfaser 46 sind dabei jeweils mehrfach um das Einstellelement 40 sowie um den Messarmfaserträger 48 bzw. den Referenzarmfaserträger 50 gewickelt.
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Eine Anzahl von Wicklungen der Messarmfaser 44 und der Referenzarmfaser 46 unterscheidet sich je nach Geometrie des Bearbeitungssystems 12. Überbrückt die Messarmfaser 44 ausgehend von der Weglängeneinstellvorrichtung 34 eine größere Distanz, kann vorgesehen sein, dass die Referenzarmfaser 46 entsprechend eine größere Anzahl von Wicklungen aufweist. Dies kann insbesondere dann nützlich sein, wenn in alternativen Ausführungsformen der Erfindung die Weglängeneinstellvorrichtung 34 nicht in dem Bearbeitungskopf 54, sondern in dem ortsfesten Teil 60 des optischen Kohärenztomographen angeordnet ist.
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Im dargestellten Fall führt die Referenzarmfaser 46 zu dem Referenzarmfaser 50 hin und von diesem weg zu dem reflektierenden Element 56. Zudem führt im dargestellten Fall die Messarmfaser 44 zu dem Messarmfaserträger 48 hin und von diesem weg zu der Ablenkeinrichtung 66. Eine derartige Anbindung der Messarmfaser 44 und der Referenzarmfaser 46 hat den Vorteil, dass die Fasern 44, 46 an feststehende Komponenten der Weglängeneinstellvorrichtung 34 angebunden sein können, da lediglich das Einstellelement 40 bewegbar ausgebildet sein muss, wohingegen der Messarmfaserträger 48 und der Referenzarmfaserträger 50 feststehend ausgebildet sein können.
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In alternativen Ausführungsformen ist es hingegen erfindungsgemäß auch möglich, dass die Messarmfaser 44 und/oder die Referenzarmfaser 46 zu dem Einstellelement 40 hin und/oder von diesem Weg führt, eine Anbindung der entsprechenden Faser 44, 46 an die Weglängeneinstellvorrichtung 34 also an dem Einstellelement 40 erfolgt.
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Innerhalb der Weglängeneinstellvorrichtung 34 sind die Messarmfaser 44 und die Referenzarmfaser 46 in jeder Einstellposition des Einstellelements 40 auf Zug vorgespannt. Durch eine Verlagerung des Einstellelements 40 entlang des Einstellwegs wird somit die Dehnung der einen Faser erhöht, während zugleich die Dehnung der anderen Faser verringert wird, da sich Letztere aufgrund ihrer Vorspannung zusammenzieht. Hierdurch verändern sich die Länge der Messarmfaser 44 und die Länge der Referenzarmfaser 46 gegensinnig, wenn das Einstellelement 40 verlagert wird.
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Die Messarmfaser und die Referenzarmfaser 46 beaufschlagen das Einstellelement 40 mit Kräften, die sich wenigstens teilweise aufheben, da die Messarmfaser 44 und die Referenzarmfaser 46 einander entgegengerichtete Zugkräfte erzeugen, die zwischen dem Einstellelement 40 und dem Messarmfaserträger 48 bzw. dem Referenzarmfaserträger 50 wirken. Dies ist durch das im unteren Teil von 2 dargestellte Ersatzbild veranschaulicht, in welchem die Messarmfaser 44 und die Referenzarmfaser 46 jeweils durch eine entsprechende Zugfeder dargestellt sind. Da der Messarmfaserträger 48 und der Referenzarmfaserträger 50 feststehend sind, beispielsweise indem sie mit einem nicht dargestellten Gehäuse der Weglängeneinstellvorrichtung 34 verbunden sind, wirken die von der Messarmfaser 44 und der Referenzarmfaser 46 aufgebrachten Zugkräfte einander entgegen, sodass zur Verlagerung des Einstellelements 40 lediglich eine sich ergebende Differenzkraft überwunden werden muss. Ein nicht dargestellter Aktor der Weglängeneinstellvorrichtung 34, im dargestellten Fall ein Linearantrieb, mittels dessen das Einstellelement 40 zwischen den Einstellpositionen 36, 38 verlagerbar ist, kann entsprechend klein dimensioniert werden. Vorteilhaft wird ein selbsthemmender Aktor eingesetzt, der somit Haltekräfte auch in abgeschaltetem Zustand aufnehmen kann.
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Die Messarmfaser 44 und die Referenzarmfaser 46 sind auf dem Messarmfaserträger 48 bzw. auf dem Referenzarmfaserträger 50 aufgeklebt. Im dargestellten Fall sind die Fasern 44, 46 hingegen auf dem Einstellelement 40 nicht aufgeklebt, sondern können bei einer Verlagerung des Einstellelements 40 zwischen Einstellpositionen 36, 38 auf dem Einstellelement 40 gleiten. Eine Dehnung der Messarmfaser 44 und der Referenzarmfaser 46 kann somit über die gesamte Länge der entsprechenden Faser 44, 46 innerhalb der Weglängeneinstellvorrichtung 34 erfolgen und umfasst so insgesamt eine größere dehnbare Länge.
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Beispielsweise wenn die Fasern 44, 46 an dem Einstellelement 40 an die Weglängeneinstellvorrichtung 34 angebunden sind, können diese jedoch alternativ oder zusätzlich auf das Einstellelement 40 aufgeklebt sein.
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Durch gleichzeitiges Ändern der Weglängen des Messarms 28 und des Referenzarms 32, also durch Dehnen einer der Fasern 44, 46 und gleichzeitiges Verkürzen der anderen Faser 44, 46, kann somit eine Anpassung der Weglängen von Messarm 28 und Referenzarms 32 um das Doppelte erfolgen. Der tatsächliche Wert hängt unter anderem auch von der gewählten Vorspannung ab, die bereits eine gewisse Dehnung bedingen kann.
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Im dargestellten Fall ist eine größte Längserstreckung der Weglängeneinstellvorrichtung 34 um ein Vielfaches kleiner als die Weglänge des Messarms 28 und als die Weglänge des Referenzarms 32. Diese größte Längserstreckung der Weglängeneinstellvorrichtung 34 erstreckt sich in der dargestellten Ausführungsform parallel zu einer Längsrichtung der Linearführung 42. Zudem ruft eine Verlagerung des Einstellelements 40 über eine erste Länge eine Änderung der Weglänge des Messarms 28 und eine Änderung der Weglänge des Referenzarms 32 um eine zweite Länge hervor, die um ein Vielfaches kleiner ist als die erste Länge. Ein als Quotient aus der zweiten Länge und der ersten Länge definierter Verstellhebel der Weglängeneinstellvorrichtung 34 ist dabei über die Anzahl an Wicklungen der Messarmfaser 44 und der Referenzarmfaser 46 gegeben.
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Um einem Dispersionsunterschied zwischen Messarm 28 und Referenzarm 32 Rechnung zu tragen, umfasst der optische Kohärenztomograph 18 eine Dispersionsausgleichsvorrichtung 52, die dazu eingerichtet ist, einen Dispersionsunterschied zwischen dem Messarm 28 und dem Referenzarms 32 softwarebasiert auszugleichen. Die Dispersionsausgleichsvorrichtung 52 ist hierzu in der oben beschriebenen Weise dazu eingerichtet, den Dispersionsunterschied mittels Durchführung wenigstens zweier schneller Fourier-Transformationen auszugleichen.
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Insbesondere für Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Weglängeneinstellvorrichtung
34 in dem ortsfesten Teil
60 des optischen Kohärenztomographen
18 angeordnet ist, kann jedoch zusätzlich oder alternativ ein Dispersionsausgleich durch geeignete optische Elemente erfolgen. Hierbei kann auch eine Temperaturkompensation erfolgen, wie sie etwa in
DE 10 2015 015 112 beschrieben ist. Die erfindungsgemäße Dispersionsausgleichsvorrichtung
52 gestattet es jedoch, auf solche aufwändigen optischen Einrichtungen zu verzichten.
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Mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 kann ein Verfahren zum Überwachen einer Bearbeitung des Werkstücks 14 durch den Bearbeitungsstrahl 16 durchgeführt werden. Hierfür werden mittels der Lichtquelle 22 des optischen Kohärenztomographen der Messstrahl 24 und der Referenzstrahl 26 erzeugt. Der optische Messstrahl 24 wird in dem Messarm 28 derart geführt, dass der Messstrahl 24 in den Bearbeitungsstrahl 16 eingekoppelt und über die Bearbeitungsstrahloptik 30 auf das Werkstück 14 projiziert wird. Zudem wird der Referenzstrahl 26 in dem Referenzarm 32 optisch geführt. Die optische Weglänge des Messarms 28 und die optische Weglänge des Referenzarms 32 werden durch Verlagern des Einstellelements 40 zwischen unterschiedlichen Einstellpositionen 36, 38 derart eingestellt, dass die Weglänge des Referenzarms 32 und die Weglänge des Messarms 28 derart geändert werden, dass die eine der Weglängen größer und die andere der Weglängen zugleich kleiner wird.
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3 stellt eine alternative Weglängeneinstellvorrichtung 34' schematisch dar. Im Gegensatz zu der Weglängeneinstellvorrichtung 34 des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 umfasst die alternative Weglängeneinstellvorrichtung 34', mehrere Einstellelemente 40', die entlang eines Einstellwegs verlagerbar sind, der kreisbogenförmig ausgebildet ist. Im Folgenden werden vor allem die Unterschiede zu Ausführungsform der 1 und 2 beschrieben, sodass deren Beschreibung ansonsten auch auf die Ausführungsform der 3 übertragbar ist.
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Im dargestellten Fall umfasst die alternative Weglängeneinstellvorrichtung 34' drei Einstellelemente 40'. Dies ist jedoch rein exemplarisch zu verstehen, da auch Weglängeneinstellvorrichtungen erfindungsgemäß möglich sind, die zwei, vier, fünf, sechs oder noch mehr Einstellelemente umfassen.
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Die Einstellelemente 40' sind auf einem ersten Träger 70' angeordnet. Der erste Träger 70' ist scheibenförmig ausgebildet. Ebenso kann der erste Träger 70' aber auch sternförmig ausgebildet sein oder über eine Nabe sowie daran angebundene Tragarme verfügen, welche die Einstellelemente 40' tragen.
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Darüber hinaus umfasst die alternative Weglängeneinstellvorrichtung 34' drei Faserträger 48', die auf einem zweiten Träger 72' angeordnet sind. Der zweite Träger 72' ist ebenfalls scheibenförmig ausgebildet, wobei analog zum ersten Träger 70' andere Geometrien infrage kommen.
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Die beiden Träger 70', 72' sind einander derart zugewandt, dass stets ein Einstellelement 40' einem Faserträger 48' benachbart angeordnet ist. Exemplarisch dient einer der Faserträger 48' als Anbindungspunkt für eine Messarmfaser 44' und einer der Faserträger 48' als Anbindungspunkt für eine Referenzarmfaser 46'. Die entsprechende Anbindung kann jedoch auch an unterschiedlichen Faserträgern 48' und/oder an einem oder mehreren der Einstellelemente 40' erfolgen. Die Messarmfaser 44' und die Referenzarmfaser 46' sind derart um die Einstellelemente 40' und die Faserträger 48' gewickelt, dass jeweils ein Abschnitt der Messarmfaser 44' zwischen einem Einstellelement 40' und einem diesem benachbarten Faserträger 48' hin und her verläuft und ein Abschnitt der Referenzarmfaser 46' zwischen diesem Faserträger 48' und einem auf dessen anderer Seite benachbarten Einstellelement 40' hin und her verläuft. Die dargestellte Anordnung umfasst somit drei Wicklungen von Messarmfaser 44' und drei Wicklungen von Referenzarmfaser 46', die jeweils abwechselnd angeordnet sind. Insbesondere entspricht eine Anzahl von Wicklungsbereichen der Messarmfaser 44' einer Anzahl von Wicklungsbereichen der Referenzarmfaser 46'.
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Der zweite Träger 72' ist feststehend angeordnet. Entsprechend sind die Faserträger 48', die mit dem zweiten Träger 72' verbunden sind, ebenfalls feststehend angeordnet. Der erste Träger 70' ist um eine Drehachse 74' drehbar angeordnet. Entsprechend sind die Einstellelemente 40' ebenfalls um die Drehachse 74' drehbar. Die alternative Weglängeneinstellvorrichtung 34' umfasst einen nicht dargestellten Aktor, der an den ersten Träger 70' angebunden ist, um diesen um die Drehachse 74' zu drehen. Bei einem Drehen des ersten Trägers 70' werden die Einstellelemente 40' entlang ihrer Einstellwege verlagert, sodass jeweils eine von dem entsprechenden Einstellelement 40' ausgehende Wicklung verkürzt und die andere Wicklung verlängert wird. Da die Wicklungen abwechselnd von der Messarmfaser 44' und der Referenzarmfaser 46' gebildet sind, wird entsprechend die eine der Fasern 44', 46' durch ein Drehen des ersten Trägers 70' und eine damit einhergehende Verlagerung der Einstellelemente 40' gedehnt, während die andere der Fasern 44', 46' gleichzeitig verkürzt wird.
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Analog zu der Ausführungsform der 1 und 2 heben sich die von den vorgespannten Fasern 44', 46' auf die Einstellelemente 40' und die Faserträger 48' ausgeübten Kräfte teilweise auf. Zu einer Verlagerung der Einstellelemente 40' erforderliche Kräfte sind daher gering. Der verwendete, nicht dargestellte Aktor kann entsprechend klein dimensioniert werden. Vorzugsweise wird ein selbsthemmender Aktor eingesetzt, sodass Haltekräfte auch in abgeschaltetem Zustand aufgenommen werden können.
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Aufgrund der kranzförmigen Anordnung der Einstellelemente 40' und der Faserträger 48' kann der Aktor zudem mittig angeordnet sein, beispielsweise indem eine Antriebswelle des Aktors die Drehachse 74' definiert. Die bringt den Effekt mit sich, dessen Abwärme des Aktors die Messarmfaser 44' und die Referenzarmfaser 46' gleichsam erwärmt. Zudem erlaubt die Verwendung von mehreren Einstellelementen 40' und mehreren Faserträgern 48', insbesondere in Kombination mit der kranzförmigen Anordnung, eine sehr kompakte Bauweise der Weglängeneinstellvorrichtung 34'.
