DE102020120649A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks für einen Laserbearbeitungsprozess - Google Patents

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Sascha Grau
Alexis Donke
Thorsten Lorenz
Wei Quang Duong
Rüdiger Moser
Jens Reiser
Markus Kogel-Hollacher
Jens Weidensdörfer
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks für einen Laserbearbeitungsprozess, das Verfahren umfassend die Schritte: Einstrahlen eines Messstrahls auf zumindest ein Werkstück und eine das zumindest eine Werkstück umgebende Trägervorrichtung entlang zumindest eines ersten Messpfades und entlang zumindest eines zweiten Messpfades, wobei der erste Messpfad einen vorgegebenen Winkel mit dem zweiten Messpfad aufweist; Erfassen eines von der Trägervorrichtung und dem zumindest einen Werkstück reflektierten Anteils des eingestrahlten Messstrahls entlang des ersten Messpfades und entlang des zweiten Messpfades und Erzeugen eines entsprechenden Messsignals, wobei die Trägervorrichtung und das zumindest eine Werkstück eine voneinander verschiedene Reflektivität aufweisen; und Bestimmen einer Position des zumindest einen Werkstücks basierend auf dem Messsignal. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, welches das Verfahren zum Bestimmen der Position des Werkstücks umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks, das zum Durchführen der Verfahren eingerichtet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks, insbesondere einer Lage einer Hairpin Elektrode, für einen Materialbearbeitungsprozess, etwa einen Laserbearbeitungsprozess, beispielsweise einen Laserschweiß- oder Laserschneidprozess.
  • Hintergrund und Stand der Technik
  • In einem Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls wird der von einer Laserquelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert oder gebündelt, um das Werkstück lokal auf Schmelztemperatur zu erhitzen. Die Bearbeitung kann Verfahren zum Fügen von Werkstücken umfassen, beispielsweise ein Laserschweißen oder ein Laserlöten, oder auch ein Laserschneidverfahren. Das Laserbearbeitungssystem kann eine Laserbearbeitungsvorrichtung, beispielsweise einen Laserbearbeitungskopf umfassen.
  • Im Bereich der Elektromobilität spielt die Herstellung von Elektromotoren, insbesondere die Herstellung von Statoren für Elektromotoren, eine zentrale Rolle. Um die Serienfertigung von Elektromotoren, insbesondere Traktionsmotoren, flexibel zu gestalten und große Stückzahlen zu ermöglichen, sind hochpräzise und prozessstabile Systeme erforderlich.
  • Um den aufwändigen und schwer zu automatisierenden Wicklungsprozess zum Herstellen der Statorspule zu vereinfachen, werden Wicklungssegmente, sogenannte Hairpins oder Stabelektroden, aus rechteckigem Kupferdraht in die Statornut eingebracht. Die Hairpins werden anschließend miteinander verbunden, beispielsweise durch Verdrehen und Verschweißen. Das Verschweißen erfolgt beispielsweise mittels Laserschweißen.
  • Anforderungen an die Schweißverbindung zwischen den Hairpins sind eine möglichst geringe Anzahl an Poren und ein möglichst großer Anbindungsquerschnitt. Um die Qualität der Schweißverbindung zu gewährleisten, ist daher eine hochpräzise und robuste Positions- bzw. Lageerkennung der Hairpins (Bauteillageerkennung) und eine Größenbestimmung des Spalts zwischen den Hairpins vor dem Verschweißen von großer Bedeutung.
  • Nach dem aktuellen Stand der Technik erfolgt die Bauteillageerkennung, insbesondere von Hairpins, in der Regel mit Hilfe einer Kamera. In diesem Fall werden üblicherweise durch Bildanalyse x und y Koordinaten bestimmt und optional weitere Kenngrößen, z.B. ein Spalt zwischen Hairpins, daraus abgeleitet. Solche optischen Verfahren zur Bauteillageerkennung haben mitunter Probleme, die Lage der Hairpins präzise zu bestimmen, und sind fehleranfällig. Störgrößen, wie zum Beispiel wechselnde Lichtverhältnisse in der Fertigungshalle und metallische, reflektierende Oberflächen von Trägervorrichtungen, die die miteinander verdrehten Hairpins halten und fixieren, erschweren eine präzise, reproduzierbare und robuste Lageerkennung der Hairpins oder machen diese gänzlich unmöglich.
  • Eine Alternative zur Lageerkennung mittels kamerabasierter Systeme sind Systeme basierend auf optischer Kohärenztomographie („Optical coherence tomography“, „OCT“). Solche Systeme ermöglichen Verfahren zur Lageerkennung, die Abstände messen und damit die Lage der Hairpins sowohl in x-Richtung und y-Richtung als auch in z-Richtung, also im dreidimensionalen Raum, darstellen können. Ein Nachteil der OCT-Technologie ist allerdings der Preis solcher Systeme.
  • Die Anmeldung DE 10 2019 122 047 beschreibt ein Sensormodul zur Überwachung von Laserschweißprozessen, welches mehrere Detektoren oder Sensoren aufweist, die verschiedene Parameter der Prozessstrahlung detektieren und als Messsignal ausgeben.
  • Die Anmeldung DE 10 2020 104 462.3 beschreibt ein Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken. Das Verfahren wird während des Laserschweißprozesses durchgeführt und basiert auf dem Erfassen und Auswerten einer Plasmastrahlung oder einer Temperaturstrahlung zusätzlich zu einer von den Werkstücken reflektierten Laserstrahlung. Damit ist es möglich, zu erkennen, ob ein Spalt zwischen den verbundenen Werkstücken vorliegt, und ob eine Schweißverbindung, insbesondere ein elektrischer Kontakt, zwischen den Werkstücken besteht.
  • Die Anmeldung DE 10 2020 111 038.3 beschreibt ein Verfahren zum Analysieren einer durch einen Laserschweißprozess ausgebildeten Schweißnaht, insbesondere zur Erkennung von „falschen Freunden“ bzw. zur Unterscheidung von Gutschweißungen und Schlechtschweißungen. Dabei wird nach dem Durchführen des eigentlichen Laserschweißprozesses ein Laserstahl mit geringerer Laserleistung als beim Laserschweißprozess auf die Schweißnaht eingestrahlt und von der Schweißnaht reflektierte Laserstrahlung detektiert und ausgewertet. Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit der Schweißnaht von Gut- und Schlechtschweißungen können basierend auf der reflektierten Laserstrahlung Rückschlüsse auf das Vorliegen einer Schweißverbindung zwischen den Werkstücken gezogen werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Position mindestens eines Werkstücks, insbesondere mindestens eines Hairpins, einfach, schnell und präzise bestimmt werden kann. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine robuste und gegenüber Störeinflüssen unempfindliche Bestimmung einer Position eines Werkstücks ermöglicht. Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches leicht in bestehende Verfahren bzw. in bestehende Serienanlagen zur Lasermaterialbearbeitung integriert werden kann. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks für einen Laserbearbeitungsprozess anzugeben, im Anschluss an welches unmittelbar der Laserbearbeitungsprozess durchgeführt werden kann.
  • Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Position eines Werkstücks basierend auf reflektierter Strahlung, die beispielsweise mithilfe einer Photodiode erfasst werden kann, zu bestimmen. Dazu wird ein Messstrahl über das Werkstück bzw. die Werkstücke, beispielsweise zwei Hairpins, auch 1-Pins genannt, und eine das Werkstück bzw. die Werkstücke umgebende Trägervorrichtung geführt und ein reflektierter oder rückgestreuter Anteil des Messlichts bzw. des Messstrahls wird, z.B. mit einer Photodiode, aufgenommen und ein entsprechendes Messsignal erzeugt. Der reflektierte Anteil kann von dem Werkstück oder von der Trägervorrichtung reflektiert werden. Möglicherweise, z.B. in einem Spalt, wird auch kein Messlicht reflektiert. Das Werkstück und die Trägervorrichtung weisen vorzugsweise unterschiedliche Reflexionsverhalten auf, beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Materialien bzw. unterschiedlichen Oberflächenrauigkeiten. Beispielsweise wird ein Messstrahl von einem Werkstück aus Kupfer stark reflektiert, sodass das Messsignal einen relativ hohen Wert annimmt, während der von einer Trägervorrichtung aus Aluminium oder Stahl reflektierte Anteil des Messstrahls sehr gering ist und das Messsignal einen relativ kleinen Wert annimmt. Demnach kann bestimmt werden, ob der Messstrahl an einem entsprechenden Punkt entlang des Messpfads auf das Werkstück oder auf die Trägervorrichtung eingestrahlt wurde. Demnach kann basierend auf dem Messsignal das Vorhandensein und die Position des Werkstücks bestimmt werden. Mit anderen Worten kann bestimmt werden, ob das Werkstück überhaupt vorhanden ist bzw. ob es ordnungsgemäß, beispielsweise bezüglich eines Laserbearbeitungssystems oder der Trägervorrichtung oder in einem Bezugs- bzw. Koordinatensystem, positioniert ist, insbesondere ob es ordnungsgemäß in der Trägervorrichtung montiert oder eingespannt. Falls mehrere Werkstücke in bzw. auf der Trägervorrichtung vorliegen, kann auch die Größe eines zwischen den Werkstücken vorhandenen Spalts bzw. ein Abstand zwischen den Werkstücken bestimmt werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks für einen Laserbearbeitungsprozess abgegeben, das Verfahren umfassend die Schritte: Einstrahlen eines Messstrahls auf zumindest ein Werkstück und eine das zumindest eine Werkstück umgebende Trägervorrichtung entlang zumindest eines ersten Messpfades und entlang zumindest eines zweiten Messpfades, wobei der erste Messpfad einen vorgegebenen Winkel mit dem zweiten Messpfad aufweist; Erfassen eines von der Trägervorrichtung und dem zumindest einen Werkstück reflektierten Anteils des eingestrahlten Messstrahls entlang des ersten Messpfades und entlang des zweiten Messpfades und Erzeugen eines entsprechenden Messsignals, wobei die Trägervorrichtung und das zumindest eine Werkstück eine voneinander verschiedene Reflektivität aufweisen, und Bestimmen einer Position des zumindest einen Werkstücks basierend auf dem Messsignal.. Der reflektierte Anteil des eingestrahlten Messstrahls kann im Folgenden kurz als „reflektierte Strahlung“ oder „reflektierter Anteil“ bezeichnet werden.
  • Der Messstrahl kann jede beliebige Wellenlänge aufweisen, insbesondere eine Wellenlänge im infraroten Bereich oder im sichtbaren grünen oder blauen Bereich. Insbesondere kann der Messstrahl ein Laserstrahl sein, beispielsweise ein Laserstrahl, der aus derselben Laserquelle stammt wie ein Laserstrahl zur Bearbeitung des Werkstücks (auch Bearbeitungslaserstrahl genannt) oder aus einer Pilotlaserstrahlquelle z.B. mit einer Wellenlänge von ca. 630 nm oder ca. 530 nm. Alternativ kann der Messstrahl auch LED Licht umfassen bzw. von einer LED erzeugt werden. Vorzugsweise verläuft zumindest ein Teil eines Strahlengangs des Messstrahls koaxial zum Strahlengang eines Bearbeitungslaserstrahls in dem Laserbearbeitungsprozess.
  • Das Bestimmen der Position kann mindestens eines der folgenden umfassen: Bestimmen, ob das Werkstück bzw. alle Werkstücke vorliegen bzw. in der Trägervorrichtung montiert oder eingespannt ist, Bestimmen der Position und/oder der Orientierung des mindestens einen Werkstücks in einer oder in beiden der im Wesentlichen zur Messstrahlausbreitungsrichtung bzw. zur optischen Achse der Laserbearbeitungsvorrichtung (z.B. auf Höhe des Austritts des Messstrahls aus der Laserbearbeitungsvorrichtung) senkrechten Richtungen x und y, Vorliegen eines Spalts bzw. Abstands zwischen zwei Werkstücken, Größe bzw. Breite des Spalts, etc. Im Anschluss an das Bestimmen der Position kann der Laserbearbeitungsprozess, z.B. ein Laserschneiden, -schweißen oder -löten, an dem mindestens einen Werkstück erfolgen. Somit kann das Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks vor einem Laserbearbeitungsprozess durchgeführt werden, d.h. als ein Pre-Process-Verfahren. Die Information über die Position des zumindest einen Werkstücks kann beispielsweise an eine Scanner- bzw. Auslenkeinheit einer Laserbearbeitungsvorrichtung übermittelt werden, welche daraufhin eine Auslenkung bzw. Strahlbewegung eines Bearbeitungslaserstrahls bei der anschließenden Materialbearbeitung einstellt, anpasst oder regelt.
  • Das Messsignal kann einer Strahlungsintensität des reflektierten Anteils des eingestrahlten Messstrahls entsprechen. Mit anderen Worten kann das Messsignal auf einer Messung oder Detektion der Strahlungsintensität des reflektieren Anteils basieren. Somit können der eingestrahlte Messstrahl und der als Messsignal erfasste reflektierte Anteil des Messstrahls dieselbe Wellenlänge aufweisen. Das Messen oder Detektieren der Strahlungsintensität des reflektierten Anteils kann mittels einer Photodiode erfolgen. In diesem Fall kann das Messsignal als Photodiodensignal bezeichnet werden. Das Messsignal kann einem zeitlichen Verlauf einer Ausgangspannung der Photodiode entsprechen. Das Messsignal kann also ein zeitlich variables Spannungssignal und insbesondere ein analoges Spannungssignal sein. Das Messsignal kann gemäß Ausführungsformen zum Bestimmen der Position vorverarbeitet werden. Insbesondere kann das Messsignal geglättet und/oder gefiltert werden. Das Messsignal kann beispielsweise tiefpassgefiltert oder rauschgefiltert werden. Ferner kann das Messsignal in ein digitales Spannungssignal umgewandelt werden, welches Zeitpunkten zugeordnete Spannungswerte umfasst. Jeder Punkt entlang der Messpfade kann einem Zeitpunkt des Verlaufs des Messsignals zugeordnet sein. Demnach ist jedem Punkt entlang des jeweiligen Messpfads ein Wert des Messsignals zugeordnet. Somit ist für jeden Punkt des jeweiligen Messpfads bekannt, wie groß die erfasste Intensität des reflektierten Anteils des eingestrahlten Messstrahls ist.
  • Der Messstrahl kann auf eine Oberfläche der Trägervorrichtung und eine Oberfläche des zumindest einen Werkstücks eingestrahlt werden, die verschiedene Reflektivitäten aufweisen. Insbesondere können die Oberflächen der Trägervorrichtung und des Werkstücks unterschiedliche Reflektivitäten für die Wellenlänge des eingestrahlten Messstrahls aufweisen. Beispielsweise kann der Messstrahl auf eine Oberfläche der Trägervorrichtung eingestrahlt werden, die aus einem ersten Material besteht, und auf eine Oberfläche des zumindest einen Werkstücks, die aus einem zweiten Material besteht, welches von dem ersten Material verschieden ist. Das erste Material kann Aluminium, Stahl oder eine Legierung davon sein oder dieses umfassen. Das zweite Material kann Kupfer oder eine Kupferlegierung sein oder dieses umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Oberfläche der Trägervorrichtung und die Oberfläche des zumindest einen Werkstücks verschiedene Oberflächenrauigkeiten aufweisen. Beispielsweise kann die Oberfläche der Trägervorrichtung aus gebürstetem, sandgestrahltem und/oder mattem Metall, insbesondere Aluminium, bestehen und die Oberfläche des Werkstücks kann aus glattem, glänzendem oder poliertem Metall, insbesondere Kupfer, bestehen. Die Oberfläche des Werkstücks kann insbesondere eine geschnittene oder gefräste Metalloberfläche sein. Selbstverständlich kann auch die Oberfläche der Trägervorrichtung aus glattem, glänzendem oder poliertem Metall bestehen und die Oberfläche des Werkstücks kann aus gebürstetem, sandgestrahltem und/oder mattem Metall bestehen. Dementsprechend kann eine Intensität des von der Oberfläche der Trägervorrichtung reflektierten Anteils verschieden sein von einer Intensität des von der Oberfläche des Werkstücks reflektierten Anteils. Entsprechend kann das Messsignal verschiedene Werte oder Niveaus annehmen, abhängig davon, ob der Messstrahl an der entsprechenden Stelle entlang des Messpfads auf die Trägervorrichtung oder auf das Werkstück eingestrahlt wurde.
  • Die Trägervorrichtung kann das zumindest eine Werkstück zumindest teilweise oder vollständig umgeben. Beispielsweise kann die Trägervorrichtung das zumindest eine Werkstück zumindest teilweise in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse einer den Bearbeitungslaserstrahl oder den Messstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfes, umgeben. Eine Oberfläche der Trägervorrichtung, auf die der Messstrahl eingestrahlt wird, kann plan oder planparallel zu der Oberfläche des mindestens einen Werkstücks sein, auf die der Messstrahl eingestrahlt wird. Die Trägervorrichtung kann ein Bauteil und/oder eine Bauteilgruppe umfassen. Das zumindest eine Werkstück kann in dem Bauteil bzw. der Bauteilgruppe integriert oder daran montiert sein. Beispielsweise kann die Trägervorrichtung ein mit dem Werkstück zu verschweißendes Bauteil sein. In einem anderen Beispiel kann die Trägervorrichtung eine Batterie bzw. ein Batteriegehäuse sein und das Werkstück ein Ableiter der Batterie. Die Trägervorrichtung kann zusätzlich oder alternativ eine Spannvorrichtung zum Einspannen des zumindest einen Werkstücks, des Bauteils und/oder der Bauteilgruppe umfassen.
  • Ein Winkel, in dem der Messstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks und/oder auf die Oberfläche der Trägervorrichtung eingestrahlt wird, kann variabel sein. Beispielsweise weist eine stationäre Laserbearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken, die ebenfalls stationär angeordnet sein können, eine Auslenk- bzw. Scannereinheit auf, mit der der Messstrahl und/oder der Bearbeitungslaserstrahl in verschiedenen Winkeln auf die Vielzahl von Werkstücken gerichtet wird. Der Messstrahl kann im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Werkstücks und/oder zu der Oberfläche der Trägervorrichtung eingestrahlt werden. Der von der Trägervorrichtung und der von dem zumindest einen Werkstück reflektierte Anteil des Messstrahls kann im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Werkstücks und/oder zu der Oberfläche der Trägervorrichtung erfasst werden. Der Messstrahl kann auch schräg auf die Oberfläche des Werkstücks und/oder auf die Oberfläche der Trägervorrichtung eingestrahlt werden. Beispielsweise kann der Messstrahl in einem spitzen Winkel bzgl. der Oberflächennormalen auf die Oberfläche des Werkstücks und/oder der Trägervorrichtung eingestrahlt werden. Der spitze Winkel kann zwischen 1° und 70°, oder zwischen 1° und 45°, bevorzugt zwischen 5° und 10°, zur Oberflächennormalen liegen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass sich die Reflexion nicht auf eine rein geometrische Reflexion beschränkt, sondern in mehrere Raumrichtungen gerichtet ist.
  • Die Messpfade können in einer Ebene definiert sein, die im Wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des (unausgelenkten) Messstrahls bzw. im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse der den Messstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungsvorrichtung, liegt. Der Messpfad kann einem Bewegungspfad des Messstrahls entsprechen. Der Messstrahl kann entweder durch Bewegung eines den Messtrahl einstrahlenden Laserbearbeitungskopfs oder durch eine Auslenkeinheit bezüglich des Werkstücks entlang der Messpfade ausgelenkt werden. Der zumindest eine erste Messpfad und der zumindest eine zweite Messpfad können Teil eines kontinuierlichen und/oder stetigen Bewegungspfades des Messstrahls sein. Mit anderen Worten kann der Messstrahl zwischen den Messpfaden eingeschaltet bleiben bzw. muss zwischen den einzelnen Messpfaden nicht abgeschaltet werden. Der erste Messpfad und/oder der zweite Messpfad können jeweils einen ersten Bereich und einen dritten Bereich auf der Trägervorrichtung und einen zweiten Bereich auf dem zumindest einen Werkstück aufweisen, wobei der zweite Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem dritten Bereich angeordnet ist. Mit anderen Worten kann entlang eines einzelnen Messpfads der Messstrahl zunächst auf die Trägervorrichtung, dann auf das Werkstück und anschließend wieder auf die Trägervorrichtung eingestrahlt werden. Somit kann die Position und Ausdehnung des Werkstücks entlang dieses Messpfads einfach bestimmt werden.
  • Der zumindest eine erste Messpfad und/oder der zumindest eine zweite Messpfad können eine gerade Linie bzw. linear sein. Insbesondere kann der erste Messpfad und/oder der zweite Messpfad in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des (unausgelenkten) Messstrahls bzw. senkrecht zu einer optischen Achse des den Messstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungskopfs eine gerade Linie sein. Der vorgegebene Winkel kann im Wesentlichen ein Winkel größer als 0°, insbesondere ein Winkel von ca. 90° bzw. ein rechter Winkel, sein.
  • Das Verfahren kann vorzugsweise umfassen, dass der Messstrahl entlang mehrerer erster Messpfade, die parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet bzw. versetzt sind, und/oder entlang mehrerer zweiter Messpfade, die parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet bzw. versetzt sind, eingestrahlt wird. Mit anderen Worten kann der mindestens eine erste Messpfad mehrere erste, parallel zueinander versetzte Messpfade und/oder der mindestens eine zweite Messpfad mehrere zweite, parallel zueinander versetzte Messpfade umfassen. Dadurch kann das Werkstück effektiv abgescannt und eine Position des Werkstücks umfassend bestimmt werden.
  • Das Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks basierend auf dem Messsignal kann das Bestimmen, ob der Messstrahl an einem Punkt des ersten Messpfads und/oder des zweiten Messpfads von der Oberfläche des zumindest einen Werkstücks reflektiert wird, umfassen. Dabei kann bestimmt werden, dass der Messstrahl an dem Punkt von der Oberfläche des zumindest einen Werkstücks reflektiert wird, wenn das Messsignal an der entsprechenden Stelle bzw. zum entsprechenden Zeitpunkt gleich oder größer bzw. gleich oder kleiner als ein vorgegebener erster Wert ist. Der erste Wert kann basierend auf einem durchschnittlichen Wert des von der Trägervorrichtung reflektierten Anteils vorgegeben sein.
  • Das Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks basierend auf dem Messsignal kann das Bestimmen umfassen, ob das zumindest eine Werkstück vorhanden und/oder in einer vorgegebenen Position angeordnet ist und/oder in einer vorgegebenen Orientierung bzw. an einer vorgegebenen Position in die Trägervorrichtung montiert oder eingespannt ist. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass das Werkstück nicht vorhanden ist, wenn das Messsignal einen durchschnittlichen Wert des von der Trägervorrichtung reflektierten Anteils aufweist oder einen Wert, der geringer ist als ein durchschnittlicher Wert des von der Trägervorrichtung reflektierten Anteils. Alternativ oder zusätzlich kann bestimmt werden, dass das Werkstücks nicht oder zumindest nicht an einer vorgegebenen Position in der Trägervorrichtung montiert oder eingespannt ist, wenn das Messsignal den vorgegebenen ersten Wert nur über eine Strecke entlang des ersten Messpfades und/oder entlang des zweiten Messpfades überschreitet, die wesentlich kleiner als eine vorgegebene Ausdehnung des Werkstücks entlang des jeweiligen Messpfades ist. In diesem Fall kann ein Fehler ausgegeben werden, d.h. bevor die Lasermaterialbearbeitung beginnt.
  • Vorzugsweise kann beim Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks ein Fokusdurchmesser des Messstrahls oder ein Durchmesser des Messstrahls bzw. des Spots auf dem zumindest einen Werkstück und/oder auf der Trägervorrichtung berücksichtigt werden. Der auf das Werkstück bzw. auf die Trägervorrichtung eingestrahlte Messstrahl erzeugt auf der jeweiligen Oberfläche einen Fleck oder Spot mit einem gewissen Durchmesser. Wenn daher nur ein Teil des Spots auf das Werkstück bzw. auf die Trägervorrichtung fällt, kann nur dieser Teil reflektiert werden. Somit kann das Messsignal eine ansteigende und/oder eine absteigende Flanke aufweisen. Die ansteigende bzw. absteigende Flanke kann dem Durchmesser des Messstrahls bzw. des Spots auf dem zumindest einen Werkstück und/oder auf der Trägervorrichtung entsprechen. Um die Position des zumindest einen Werkstücks genauer zu bestimmen, kann eine ansteigende Flanke und/oder absteigende Flanke des Messsignals berücksichtigt werden. Als Abschätzung des Durchmessers des Messstrahls bzw. des Spots auf dem zumindest einen Werkstück und/oder auf der Trägervorrichtung kann ein vorgegebener Fokusdurchmesser des Messstrahls beim Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks berücksichtigt werden.
  • Der Messstrahl wird vorzugsweise im Wesentlichen vollständig von dem zumindest einen Werkstück reflektiert. Der Messstrahl wird vorzugsweise im Wesentlichen vollständig von der Trägervorrichtung absorbiert oder diffus gestreut. Dadurch kann anhand des Messsignals, welches dem reflektierten Anteil des Messstrahls entspricht, einfach und eindeutig unterschieden werden, ob der Messstrahl von dem Werkstück oder von der Trägervorrichtung reflektiert wurde. Wenn der Messstrahl ein Laserstrahl ist, kann eine Leistung und/oder eine Leistungsdichte des Messstrahls entsprechend niedrig, und/oder ein Durchmesser des Messstrahls entsprechend groß und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit des Messstrahls relativ zum Werkstück bzw. entlang des Messpfads entsprechend hoch gewählt werden, sodass der Messstrahl nicht in das Material des Werkstücks einkoppelt bzw. das Werkstück nicht modifiziert. Beispielsweise kann die Leistung des Messstrahls kleiner als eine Laserleistung des Bearbeitungslaserstrahls zum Bearbeiten des Werkstücks bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit größer als eine Vorschubgeschwindigkeit zum Bearbeiten des Werkstücks gewählt werden. Mit anderen Worten kann eine Leistungsdichte des Messstrahls auf einer Oberfläche des Werkstücks so gewählt werden, dass sie unterhalb eines Schwellwerts liegt, bei dem der Messstrahl in das bzw. die Werkstücke einkoppelt oder bei dem das Werkstück schmilzt.
  • Die Position des zumindest einen Werkstücks kann eine Position des zumindest einen Werkstücks in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung umfassen. Die Position des zumindest einen Werkstücks kann eine Ausdehnung des zumindest einen Werkstücks in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung umfassen. Die Position des zumindest einen Werkstücks kann eine Orientierung des zumindest einen Werkstücks in einer durch eine erste und eine zweite Richtung definierten Ebene umfassen. Falls das mindestens eine Werkstück zwei Werkstücke umfasst, kann das Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks umfassen, ein Vorliegen und/oder eine Position und/oder eine Ausdehnung des ersten Werkstücks in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung zu bestimmen, und/oder ein Vorliegen und/oder eine Position und/oder eine Ausdehnung des zweiten Werkstücks in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung zu bestimmen, und/oder einen Abstand zwischen dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück in der durch die erste und zweite Richtung definierten Ebene zu bestimmen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können senkrecht zueinander angeordnet sein und/oder können in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Messstrahls bzw. senkrecht zu einer optischen Achse des den Messstrahl einstrahlenden Bearbeitungskopfs angeordnet ist. Der Abstand kann als kürzester Abstand zwischen den Werkstücken definiert sein.
  • Das zumindest eine Werkstück kann ein stabförmiges Werkstück sein. Das zumindest eine stabförmige Werkstück kann zumindest eine flache Seite bzw. eine ebene Fläche aufweisen und/oder einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt oder einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt mit gerundeten Ecken haben. Beispielsweise kann ein Ende oder ein Querschnitt des Werkstücks eine Breite (oder Schmalseite) zwischen ca. 1 mm und ca. 2 mm und eine Länge (oder Längsseite) zwischen 4 mm und 5 mm aufweisen. Das zumindest eine Werkstück kann eine Elektrode, eine stabförmige Elektrode, eine Hairpin Elektrode oder ein Wicklungssegment einer Statorwicklung sein oder umfassen.
  • Vorzugsweise sind mindestens einer der folgenden Parameter bekannt bzw. vorgegeben: eine Form und/oder eine Ausdehnung (d.h. Länge und/oder Breite) einer Oberfläche des zumindest einen Werkstücks, auf die der Messstrahl eingestrahlt wird; eine Form und/oder eine Ausdehnung (d.h. Länge und/oder Breite) eines Durchgangslochs der Trägervorrichtung, in der das zumindest eine Werkstück montiert oder eingespannt ist; eine Reflektivität des zumindest einen Werkstücks und/oder der Trägervorrichtung; und eine Anzahl der Werkstücke.
  • Vorzugsweise können, z.B. für einen Laserschweißprozess, ein erstes Werkstück und ein zweites Werkstück in die Trägervorrichtung montiert oder eingespannt werden. Das Verfahren kann in diesem Fall das Bestimmen der Position des ersten Werkstücks und der Position des zweiten Werkstücks umfassen. Die Werkstücke können gleichartig sein und/oder gleiche Abmessungen aufweisen. Die Werkstücke können in bzw. auf der Trägervorrichtung parallel zueinander angeordnet sein. Enden bzw. Stirnflächen der Werkstücke, auf die der Bearbeitungslaserstrahl anschließend eingestrahlt wird, können im Wesentlichen plan oder planparallel zueinander angeordnet sein.
  • Das Verfahren kann ferner das Bestimmen eines Abstands bzw. einer Größe eines Spalts zwischen den zwei Werkstücken, insbesondere in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Messstrahls bzw. senkrecht zu einer optischen Achse des den Messstrahl einstrahlenden Laserbearbeitungskopfs, basierend auf der bestimmten Position des ersten Werkstücks und der bestimmten Position des zweiten Werkstücks umfassen. Eine Größe bzw. Breite des Spalts kann dem Abstand zwischen den zwei Werkstücken entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann beim Bestimmen der Positionen der Werkstücke auch eine Position und/oder eine Breite bzw. Größe des Spalts unmittelbar aus dem Messsignal bestimmt werden. Das Bestimmen des Abstands der Werkstücke kann beispielsweise das Bestimmen eines Bereichs des Messsignals umfassen, innerhalb dessen das Messsignal gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Wert ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Bearbeitungslaserstrahls angegeben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Position des Werkstücks mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens und Einstrahlen eines Bearbeitungslaserstrahls auf das Werkstück zum Bearbeiten des Werkstücks.
  • Das Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks kann beispielsweise ein Laserschweißen, insbesondere ein Verschweißen, von zwei Werkstücken, umfassen. Beispielsweise kann der Bearbeitungslaserstrahl so auf die Werkstücke eingestrahlt werden, dass darauf separate Schmelzbäder ausgebildet werden. Die separaten Schmelzbäder verbinden sich anschließend zu einem gemeinsamen Schmelzbad. Nach Erstarren bzw. Abkühlen des gemeinsamen Schmelzbads besteht ein leitfähiger Kontakt mit geringem Widerstand zwischen den beiden Werkstücken.
  • Der Laserstrahl zum Bearbeiten des Werkstücks kann aus derselben Laserquelle wie der Messstrahl zum Bestimmen der Position des Werkstücks stammen. Mit anderen Worten können der Laserstrahl zum Bearbeiten des Werkstücks und der Messstrahl zum Bestimmen der Position des Werkstücks dieselbe Wellenlänge aufweisen. Der Laserstrahl zum Bearbeiten des Werkstücks kann insbesondere eine höhere Laserleistung als der Laserstrahl zum Bestimmen der Position des Werkstücks aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Laserbearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Bearbeitungslaserstrahls angegeben, umfassend: eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Einstrahlen eines Messstrahls und/oder eines Bearbeitungslaserstrahls auf das Werkstück; ein Sensormodul mit einer Photodiode zum Erfassen von reflektierter Strahlung; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um die zuvor diskutierten Verfahren gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß dem zweiten Aspekt durchzuführen.
  • Das Sensormodul kann an die Laserbearbeitungsvorrichtung gekoppelt sein. Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann insbesondere ein Laserbearbeitungskopf sein. Hierbei kann ein Strahlverlauf der reflektierten Strahlung zum Sensormodul bzw. zur Photodiode vollständig außerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung liegen. Alternativ kann ein Strahlverlauf der reflektierten Strahlung zum Sensormodul bzw. zur Photodiode teilweise innerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. im Laserbearbeitungskopf liegen. In diesem Fall kann die Laserbearbeitungsvorrichtung einen Strahlteiler und einen optischen Ausgang zum Auskoppeln von Strahlung aus dem Strahlengang des Laserstrahls bzw. aus der Laserbearbeitungsvorrichtung umfassen. Das Sensormodul kann einen optischen Eingang zum Einkoppeln der aus der Laserbearbeitungsvorrichtung ausgekoppelten Strahlung umfassen. Die Strahlung kann den von einem Werkstück reflektierten Anteil des eingestrahlten Messstrahls umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Sensormodul oder zumindest eine Photodiode des Sensormoduls in einer Laserquelle für den Laserstrahl integriert sein.
  • Das Sensormodul weist eine Photodiode zum Erfassen bzw. Detektieren einer Strahlungsintensität des von dem Werkstück reflektierten Anteils des eingestrahlten Messstrahls auf. Die Photodiode kann eingerichtet sein, um eine Strahlungsintensität in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich zu detektieren. Die Photodiode kann eine spektrale Empfindlichkeit in einem Wellenlängenbereich aufweisen, der die Wellenlänge des eingestrahlten Messstrahls umfasst, um Rückreflexe des Lasers der Laserbearbeitungsvorrichtung zu detektieren. Die Photodiode kann eine maximale spektrale Empfindlichkeit bei der Wellenlänge des Messstrahls aufweisen. Die Photodiode kann eingerichtet sein, um basierend auf der Detektion ein Messsignal auszugeben. Das Messsignal kann insbesondere ein analoges Messsignal, vorzugsweise ein analoges, zeitlich veränderliches Spannungssignal sein. Demnach kann durch das beschriebene Sensormodul das Messsignal erfasst werden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um das analoge Messsignal von der Photodiode zu empfangen und in ein digitales Messsignal umzuwandeln.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Verfahren gemäß den zuvor beschriebenen Aspekten durchzuführen. Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, um einen Laserbearbeitungsprozess, insbesondere einen Laserschweiß- oder Laserschneidprozess zu steuern.
  • Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann ferner eine Auslenkeinheit, z.B. eine Scannereinheit oder mindestens einen Galvanospiegel, zum Auslenken des Bearbeitungslaserstrahls und/oder zum Auslenken des Messstrahls entlang der Messpfade umfassen. Die Auslenkeinheit ist vorzugsweise zu einer Auslenkung in einer Richtung senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung oder in einer Ebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen eingerichtet.
  • Der Messstrahl kann jede beliebige Wellenlänge aufweisen, insbesondere eine Wellenlänge im infraroten Bereich oder im sichtbaren grünen oder blauen Bereich. Das Laserbearbeitungssystem kann eine Laserquelle für den Laserstrahl zur Bearbeitung des Werkstücks (auch Bearbeitungslaserstrahl genannt) umfassen. Die Laserquelle kann eingerichtet sein, den Messstrahl zu erzeugen. In diesem Fall kann der Messstrahl ein Laserstrahl mit geringerer Leistung als der Laserstrahl zur Materialbearbeitung sein. Der Messstrahl kann ein Pilotlaserstrahl sein. In diesem Fall kann das Laserbearbeitungssystem eine Pilotlaserstrahlquelle, z.B. zum Erzeugen eines Pilotlaserstrahls mit einer Wellenlänge von ca. 630 nm, umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Laserbearbeitungssystem eine LED Quelle zur Erzeugung des Messstrahls umfassen. Der von der LED Quelle erzeugte Messstrahl bzw. das LED-Licht kann, z.B. mittels eines Strahlteilers, in einen Strahlengang des Bearbeitungslasers bzw. in die Laserbearbeitungsvorrichtung eingekoppelt werden. Vorzugsweise wird der Messstrahl in Messtrahlausbreitungsrichtung vor einer Auslenkeinheit in den Strahlengang der Laserbearbeitungsvorrichtung eingekoppelt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben.
    • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungssystems zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
    • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungssystems zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
    • 3 zeigt eine schematische Ansicht von Werkstücken für Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
    • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
    • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von Werkstücken in einer Trägervorrichtung;
    • 6 zeigt die in 5 gezeigten Werkstücke und die Trägervorrichtung in einer schematischen Draufsicht zum Veranschaulichen von Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
    • 7 zeigt beispielhaft den Verlauf eines durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfassten Messsignals;
    • 8 und 9 zeigen Ausschnitte aus dem in 7 gezeigten Verlauf.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. In der vorliegenden Offenbarung sind x-, y- und z-Richtungen parallel zu Achsen eines orthogonalen oder kartesischen Koordinatensystems. Die z-Achse entspricht hierbei einer Ausbreitungsrichtung des (unausgelenkten) Mess- bzw. Laserstrahls 14 bzw. einer optischen Achse der Laserbearbeitungsvorrichtung 12. Eine Ebene, die von der x-Richtung und der y-Richtung aufgespannt wird, kann als x-y-Ebene bezeichnet werden. In der vorliegenden detaillierten Beschreibung werden Ausführungsformen beschrieben, in denen der Messstrahl 14 ein Laserstrahl ist. Der Messstrahl 14 kann hierbei von einer Laserquelle zur Erzeugung des Bearbeitungslaserstrahls stammen, oder von einer Pilotlaserquelle zur Erzeugung eines Pilotlaserstrahls. Die Offenbarung ist aber nicht hierauf beschränkt. Ohne Weiteres kann der Messstrahl 14 von einer LED-Quelle stammen bzw. LED-Licht sein, das in einen Bearbeitungslaserstrahlengang der Laserbearbeitungsvorrichtung 12 eingekoppelt wird.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungssystems, das zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist.
  • Das Laserbearbeitungssystem 10 zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks umfasst eine Laserbearbeitungsvorrichtung 12. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 kann beispielsweise als Laserbearbeitungskopf, insbesondere als Laserschweiß- oder Laserschneidkopf, ausgebildet sein. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 ist eingerichtet, um den von einem Ende einer Lichtleitfaser 18 oder einer Laserquelle (nicht gezeigt) austretenden Messstrahl 14 mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik (nicht gezeigt) auf zu bearbeitende Werkstücke 16a, 16b einzustrahlen, um dadurch eine Laserbearbeitung, insbesondere ein Laserschweißen, durchzuführen. Insbesondere kann der Messstrahl 14 auf die Werkstücke 16a, 16b fokussiert oder gebündelt werden, um die Werkstücke 16a, 16b für die Laserbearbeitung lokal auf Schmelztemperatur zu erhitzen. Wie in 1 gezeigt ist ein Sensormodul 26 an die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 zur Erfassung eines reflektierten Anteils des Messstrahls gekoppelt. In diesem Beispiel verläuft ein Teil der Strahlengänge der Laserbearbeitungsvorrichtung 12 und des Sensormoduls 26 koaxial. Die Erfindung ist darauf aber nicht beschränkt.
  • Beim Einstrahlen des Messstrahls 14 auf die Werkstücke 16a, 16b wird ein Teil des eingestrahlten Messstrahls 14 von den Werkstücken 16a, 16b reflektiert. Die reflektierte Messstrahlung 20 tritt zum Teil wieder in die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 ein und wird dort beispielsweise von einem Strahlteiler 22 aus einem Strahlengang des Messstrahls 14 ausgekoppelt und tritt in das an der Laserbearbeitungsvorrichtung 12 befestigte Sensormodul 26.Die ausgekoppelte Strahlung 20 trifft in dem Sensormodul 26 auf einen Detektor (nicht gezeigt).
  • Gemäß anderer, nicht gezeigter Ausführungsformen tritt die reflektierte Messstrahlung 20 nicht wieder in die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 ein, bevor sie in das Sensormodul 26 eintritt bzw. eingekoppelt wird. Mit anderen Worten verläuft der Strahlengang für die reflektierte Messstrahlung 20 vollständig außerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung 12Hierfür wird der Messstrahl 14 vorzugsweise unter einem Winkel auf die Werkstücke 16a, 16b gerichtet.
  • Der Detektor ist eingerichtet, um Strahlungsintensität in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich zu detektieren. Insbesondere kann der Detektor eine spektrale Empfindlichkeit in einem Wellenlängenbereich aufweisen, der die Wellenlänge des Messstrahls 14 umfasst. Gemäß Ausführungsformen weist der Detektor eine maximale spektrale Empfindlichkeit bei der Wellenlänge des Messstrahls 14 auf. Der Detektor kann eine Photodiode oder ein Photodiodenarray sein oder umfassen. Der Detektor ist also eingerichtet, um eine Intensität der reflektierten Messstrahlung 20 zu detektieren und, um basierend auf der detektierten Intensität ein Messsignal auszugeben. Das Messsignal kann insbesondere ein analoges Messsignal, vorzugsweise ein analoges, zeitlich veränderliches Spannungssignal sein.
  • Das Laserbearbeitungssystem 10 weist ferner eine Steuereinheit 30 auf. Die Steuereinheit 30 ist eingerichtet, um das Messsignal zu empfangen. Die Steuereinheit 30 kann gemäß Ausführungsformen eingerichtet sein, um ein analoges Messsignal in ein digitales Messsignal umzuwandeln. Demnach kann durch das beschriebene Sensormodul 26 das Messsignal erfasst werden. Die Steuereinheit 30 und/oder das Sensormodul 26 können gemäß Ausführungsformen eingerichtet sein, um das Messsignal aufzuzeichnen.
  • Der Messstrahl 14 wird bezüglich der Werkstückoberfläche bewegt. Hierfür kann das Laserbearbeitungssystem 10, insbesondere die Laserbearbeitungsvorrichtung 12, eine Auslenkeinheit zum Auslenken des Messstrahls bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Messstrahls (beispielsweise eine Scanoptik) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 relativ zur Werkstückoberfläche bewegt werden. In diesem Fall kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 ein Laserbearbeitungskopf mit Festoptik sein. Um den Messstrahl 14 stets in einem vorgegebenen Winkel, z.B. im Wesentlichen senkrecht, zu Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b einzustrahlen und um die reflektierte Strahlung 20 stets in einem vorgegebenen Winkel, z.B. im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zu den Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b, zu erfassen, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 mithilfe einer Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einem Roboterarm, im dreidimensionalen Raum bewegt werden. Beispielsweise kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 entlang der ersten Richtung x, der zweiten Richtung y und/oder der dritten Richtung z bewegt werden. Die z-Richtung entspricht einer Ausbreitungsrichtung des Messstrahls 14 bzw. einer optischen Achse der Laserbearbeitungsvorrichtung 12 und kann senkrecht zu einer zu bearbeitenden Oberfläche der Werkstücke 16a, 16b angeordnet sein.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungssystems zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein Laserbearbeitungssystem 10 mit einer Laserbearbeitungsvorrichtung 12 zur Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 umfasst eine Auslenkeinheit (nicht gezeigt), z.B. eine Scannereinheit, auch als Scanoptik bezeichnet, oder einen Galvanospiegel, zum Auslenken des Messstrahls 14 und/oder eines Bearbeitungslaserstrahls in zumindest einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Messstrahls, um den Messstrahl auf drei Werkstückpaare P1, P2 und P3 zu richten. Mithilfe der Auslenkeinheit kann der Messstrahl 14 bzw. der Bearbeitungslaserstrahl auf die Werkstücke 16a, 16b der Werkstückpaare P1 bis P3 eingestrahlt werden, ohne die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 oder die Werkstückpaare P1, P2 und P3 relativ zu einander bewegen zu müssen. Dadurch kann der Messstrahl 14 bzw. der Bearbeitungslaserstrahl schnell auf mehrere nebeneinander angeordnete Werkstücke 16a, 16b bzw. Werkstückpaare P1 bis P3 eingestrahlt werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 12 kann beim Durchführen des Verfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stationär sein.
  • In diesem Fall wird der Messstrahl abhängig von der Entfernung zum Werkstück bzw. zum Werkstückpaar schräg auf die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b bzw. Werkstückpaare P1 bis P3 eingestrahlt. Beispielsweise kann der Messstrahl unter einem spitzen Winkel zur Oberflächennormalen auf die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b bzw. Werkstückpaare P1 bis P3 eingestrahlt werden, wobei der spitze Winkel beispielsweise zwischen 1° und 20 ° oder zwischen 5° und 10° liegt. Der Winkel kann abhängig von der Position der Werkstücke 16a, 16b bzw. der Werkstückpaare P1 bis P3 und der Laserbearbeitungsvorrichtung 12 sein.
  • Das Laserbearbeitungssystem 10 ist eingerichtet, um das nachstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks und/oder das Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls durchzuführen. Insbesondere kann die Steuereinheit 30 eingerichtet sein, um das Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks und/oder das Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks zu steuern. Das Laserbearbeitungssystem 10 ist gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingerichtet, um die Positionen der Werkstücke 16a, 16b zu bestimmen. Die Positionen der Werkstücke 16a, 16b können gemäß Ausführungsformen die Positionen der Werkstücke 16a, 16b in x-Richtung und/oder in y-Richtung umfassen. Ferner können die Positionen der Werkstücke 16a, 16b die Ausdehnung der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene, d.h. in x-Richtung und/oder in y-Richtung umfassen. Zudem können die Positionen der Werkstücke 16a, 16b die Orientierung der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene, insbesondere eine Drehung der Werkstücke 16a, 16b um die z-Richtung, umfassen. Ferner kann mit dem gezeigten Verfahren ein Abstand zwischen den Werkstücken 16a, 16b in der x-y-Ebene bestimmt werden. Der Abstand kann als kürzester Abstand zwischen den Werkstücken 16a, 16b bestimmt sein. Die Steuereinheit 30 ist gemäß Ausführungsformen eingerichtet, um basierend auf der bestimmten Position der Werkstücke 16a, 16b eine Einstrahlposition und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder -richtung des Messstrahls 14 oder des Bearbeitungslaserstrahls und/oder eine Laserleistung des Bearbeitungslaserstrahls für die Laserbearbeitung zu steuern.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht von Werkstücken für Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 5 zeigt eine schematische Ansicht der in 3 gezeigten Werkstücke in einer Trägervorrichtung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel von zwei Werkstücken erläutert, die als stabförmige Elektroden ausgebildet sind. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Die Werkstücke können auch in einer anderen Anzahl vorhanden sein oder eine andere Form aufweisen.
  • Die Werkstücke 16a, 16b sind in 3 als zwei stabförmige Elektroden ausgebildet. Die stabförmigen Elektroden weisen eine Quaderform auf und haben einen rechteckigen Querschnitt. Die Enden bzw. Stirnflächen 17a, 17b der Werkstücke 16a, 16b sind ebenfalls rechteckig und weisen gemäß Ausführungsformen eine Breite (oder Schmalseite) zwischen ca. 1 mm und ca. 2 mm und eine Länge (oder Längsseite) zwischen 4 mm und 5 mm auf. Die beiden Werkstücke 16a, 16b können gleichartig und parallel zueinander angeordnet sein, die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. In 3 sind die Enden 17a, 17b der Werkstücke 16a, 16b ebene Flächen und im Wesentlichen in einer x-y-Ebene angeordnet, die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die Werkstücke 16a, 16b als freiliegende Enden 17a, 17b von elektrischen Leitern 32a, 32b, z.B. als Hairpins oder als Wicklungssegmente einer Statorspule für einen Elektromotor, ausgebildet. An den Enden 17a, 17b der elektrischen Leiter 32a, 32b ist ein Lack oder Isolationsmaterial 33a, 33b entfernt worden, sodass das Ende 17a, 17b freiliegt. Beispielsweise kann der elektrische Leiter 32a, 32b auf einer Länge von 10 mm von Lack 33a, 33b befreit sein. Werden die Leiter 32a, 32b nebeneinander in der Trägervorrichtung angeordnet, kann aufgrund des Isolationsmaterials 33a, 33b ein Zwischenraum bzw. Spalt 36 zwischen den Werkstücken 16a, 16b vorhanden sein.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Mit dem gezeigten Verfahren können beispielsweise die Positionen der in 1 bis 3 gezeigten Werkstücke 16a, 16b bzw. Werkstückpaare P1 bis P3 bestimmt werden. Die Positionen der Werkstücke 16a, 16b können gemäß Ausführungsformen die Positionen der Werkstücke 16a, 16b in x-Richtung und/oder y-Richtung, d.h. in mindestens einer Richtung senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung, umfassen. Ferner können die Positionen der Werkstücke 16a, 16b eine Ausdehnung der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene, d.h. eine Breite in x-Richtung und/oder eine Länge in y-Richtung umfassen. Zudem können die Positionen der Werkstücke 16a, 16b die Orientierung der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene, insbesondere eine Drehung der Werkstücke 16a, 16b um die z-Richtung, d.h. um die Strahlausbreitungsrichtung, umfassen. Ferner kann mit dem gezeigten Verfahren das Vorhandensein des Spalts 36 und dessen Größe bestimmt werden. Die Größe des Spalts 36 kann als ein Abstand der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene angegeben werden. Falls der Spalt 36 nicht vorhanden ist, kann der Abstand als „null“ bestimmt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt, wie in 5 und 6 dargestellt, mit dem Einstrahlen des Messstrahls 14 (S1) auf die Werkstücke 16a, 16b und eine Trägervorrichtung 38. Der Messstrahl 14 kann entlang von ersten parallel zueinander versetzten Messpfaden 40a, 40b, 40c und anschließend entlang von zweiten parallel zueinander versetzten Messpfaden 42a, 42b eingestrahlt werden. Die Trägervorrichtung 38 umgibt die Werkstücke 16a, 16b zumindest teilweise. Die Enden 17a, 17b bzw. Stirnflächen der Werkstücke 16a, 16b können vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sein. Wie in 5 und 6 gezeigt kann die Trägervorrichtung 38 als Spannvorrichtung ausgebildet sein und ein Durchgangsloch 39 zum Durchführen der Werkstücke 16a, 16b aufweisen, die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Ein weiteres Beispiel findet man im Bereich der Batteriekontaktierung, insbesondere in der Batteriemodulherstellung. Dabei werden Batteriezellen miteinander verbunden. Die Zellverbinder liegen auf den Batteriezellen und werden auf die Pole der Batterien geschweißt. Die Position der Zellverbinder kann mit erfindungsgemäßen Verfahren erkannt werden.
  • Die Trägervorrichtung 38 weist eine andere Reflektivität als die Werkstücke 16a, 16b auf. Insbesondere weisen die Trägervorrichtung 38 und die Werkstücke 16a, 16b verschiedene Reflexionseigenschaften für Licht des Messstrahls 14 auf. Beispielsweise bestehen die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b aus anderem Material als die Oberfläche der Trägervorrichtung 38. Gemäß Ausführungsformen bestehen die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b aus Kupfer und die Oberfläche der Trägervorrichtung aus Aluminium oder Stahl. Zusätzlich oder alternativ können die Oberflächen der Trägervorrichtung 38 und die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b eine andere Rauigkeit aufweisen. Beispielsweise kann die Oberfläche der Trägervorrichtung 38 rauer sein als die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b. Insbesondere kann die Oberfläche der Trägervorrichtung 38 mattiert, gebürstet oder sandgestrahlt sein und die Oberflächen der Werkstücke 16a, 16b können geschnittene oder gefräste Oberflächen sein.
  • Die Trägervorrichtung 38 kann ein Bauteil und/oder eine Bauteilgruppe, in die das mindestens eine Werkstück 16a, 16b integriert ist oder an dem das mindestens eine Werkstück 16a, 16b angebracht ist, umfassen. Die Trägervorrichtung 38 kann beispielsweise ein Unterblech sein und das Werkstück 16a, 16b kann ein Oberblech sein, das mit dem Unterblech verschweißt werden soll. In einem anderen Beispiel im Bereich der Batteriekontaktierung ist die Trägervorrichtung eine Batterie bzw. ein Batteriegehäuse und das Werkstück 16a, 16b ein darauf angeordneter Ableiter. In den in 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen kann die Trägervorrichtung 38 eine Spannvorrichtung zum Einspannen des zumindest einen Werkstücks 16a, 16b, des weiteren Werkstücks, des Bauteils und/oder der Bauteilgruppe umfassen. Die Spannvorrichtung kann zum Einspannen zur späteren Laserbearbeitung der Werkstücke 16a, 16b dienen. Das Einspannen kann ein Fixieren oder Positionieren der Werkstücke 16a, 16b in der Spannvorrichtung umfassen, das vor dem Einstrahlen des Messstrahls zur Positionsbestimmung erfolgt. Durch Klemmkräfte kann ein Spalt 36 zwischen zwei Werkstücken 16a, 16b möglichst klein gehalten werden.
  • Das Einstrahlen des Messstrahls 14 entlang der Messpfade erfolgt dabei mit einer sehr geringen Laserleistung, beispielsweise mit 240 W oder weniger, und/oder mit einer hohen Geschwindigkeit, beispielsweise 20 m/min oder mehr. Die Laserleistung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit kann während des Einstrahlens des Messstrahls 14 entlang der Messpfade konstant gehalten werden. Demnach wird die Laserleistung bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit so gewählt, dass der Messstrahl 14 nicht in das Material der Werkstücke 16a, 16b einkoppelt. Mit anderen Worten kann eine Leistungsdichte des Messstrahls 14 auf einer Oberfläche der Werkstücke 16a, 16b so gewählt werden, dass sie unterhalb eines Schwellwerts liegt, bei dem der Messstrahl 14 in die Werkstücke 16a, 16b einkoppelt oder bei dem die Werkstücke 16a, 16b schmelzen.
  • Die Intensität eines von den Werkstücken 16a, 16b und von der Trägervorrichtung 38 reflektierten Anteils 20 des eingestrahlten Messstrahls 14 entlang des jeweiligen Messpfads 40a, 40b, 40c, 42a, 42b wird in Schritt S2 erfasst bzw. aufgenommen und ein entsprechendes Messsignal erzeugt. Gemäß Ausführungsformen ist das Messsignal ein zeitlich variables Spannungssignal einer Photodiode, wie in 7 dargestellt. Dieses Messsignal kann gemäß Ausführungsformen vorverarbeitet werden. Insbesondere kann das Messsignal in ein digitales Spannungssignal umgewandelt werden, welches Zeitpunkten zugeordnete Spannungswerte umfasst. Ferner kann das Messsignal geglättet und/oder gefiltert werden. Das Messsignal kann beispielsweise tiefpassgefiltert oder rauschgefiltert werden.
  • Im nächsten Schritt S3 erfolgt das Bestimmen einer Position der Werkstücke 16a, 16b basierend auf dem Messsignal. Dazu kann das Messsignal ausgewertet werden. Das Bestimmen der Positionen der Werkstücke 16a, 16b beruht auf der Erkenntnis, dass die Werkstücke 16a, 16b und die Trägervorrichtung 38 unterschiedliche Reflexionsverhalten aufweisen. Beispielsweise kann der Messstrahl 14 von den Werkstücken 16a, 16b stark reflektiert werden, sodass das Messsignal einen relativ höheren Wert annimmt, während der Messstrahl 14 von der Trägervorrichtung 38 stark absorbiert oder gestreut werden kann, sodass der reflektierte Anteil 20 des Messstrahls 14 sehr gering und das Messsignal einen relativ kleineren Wert annimmt. Wenn der Messstrahl 14 entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b in das Durchgangsloch 39 bzw. in den Spalt 36 trifft, kann auch keine Reflektion stattfinden, sodass kein reflektierter Anteil 20 erfasst wird und das Messsignal ebenfalls einen sehr kleinen Wert oder sogar den Wert „null“ annimmt. Durch das unterschiedliche Reflexionsverhalten, beispielsweise aufgrund Unterschiede in Material und Oberflächenrauigkeit, ist die Quantität des rückgestreuten Lichts stark unterschiedlich und es ergeben sich deutliche Signalunterschiede je nach Position des Messstrahls 14. Durch Auswerten des Messsignals kann demnach bestimmt werden, wo der Messstrahl 14 entlang der Messpfade auf die Trägervorrichtung 38, auf eines der Werkstücke 16a, 16b, oder in das Durchgangsloch 39 bzw. in den Spalt 36 eingestrahlt wurde.
  • Gemäß Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten der Werkstücke 16a, 16b mit einem Messstrahl das mit Bezug auf 4 beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Positionen der Werkstücke 16a, 16b und anschließend das Einstrahlen des Bearbeitungslaserstrahls auf die Werkstücke 16a, 16b zum Bearbeiten der Werkstücke 16a, 16b umfassen. Zum Bearbeiten der Werkstücke 16a, 16b kann der Bearbeitungslaserstrahl eine höhere Laserleistung als der Messstrahl 14zum Bestimmen der Positionen der Werkstücke 16a, 16b aufweisen. Der Messstrahl 14 und der Bearbeitungslaserstrahl können jedoch von derselben Laserquelle (nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Alternativ kann der Messstrahl 14 auch von einer Pilotlaserstrahlquelle oder von einer LED-Quelle bereitgestellt werden. Die Laserbearbeitung kann beispielsweise ein Laserschweißen, insbesondere ein Verschweißen der Werkstücke 16a, 16b, umfassen. Beispielsweise kann der Laserstrahl so auf die Stirnflächen 17a, 17b der Werkstücke 16a, 16b eingestrahlt werden, dass darauf separate Schmelzbäder ausgebildet werden. Die separaten Schmelzbäder verbinden sich anschließend zu einem gemeinsamen Schmelzbad. Nach Erstarren bzw. Abkühlen des gemeinsamen Schmelzbads besteht ein leitfähiger Kontakt mit geringem Widerstand zwischen den beiden Werkstücken 16a, 16b. Durch genaue Kenntnis der Position der Werkstücke 16a, 16b bzw. der Größe des Spalts 36 zwischen den Werkstücken 16a, 16b kann die Laserbearbeitung entsprechend gesteuert werden. Dadurch kann die Qualität der Schweißverbindung zwischen den Werkstücken 16a, 16b erhöht werden.
  • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von Werkstücken 16a, 16b in der Trägervorrichtung 38 mit einem einzelnen Messpfad 40b, und 6 zeigt eine schematische Draufsicht der Werkstücke 16a, 16b und der Trägervorrichtung 38 zum Veranschaulichen von Messpfaden 40a, 40b, 40c, 42a, 42c für Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Draufsicht der 6 ist parallel zur x-y-Ebene, in der in diesem Beispiel die Werkstückoberflächen angeordnet sind. Auch wenn der Messstrahl in 5 und 6 in z-Richtung gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Messstrahl 14 kann auch in einem spitzen Winkel auf die Werkstückoberflächen treffen, wie in 2 illustriert ist.
  • Der auf die Werkstücke 16a, 16b, bzw. auf die Trägervorrichtung 38 eingestrahlte Messstrahl 14 erzeugt auf der jeweiligen Oberfläche einen Fleck oder Spot. Die ersten Messpfade 40a, 40b, 40c und die zweiten Messpfade 42a, 42b, auch als „Überfahrten“ bezeichnet, können jeweils als Projektion dieses Spots auf die x-y-Ebene bzw. einer Ebene senkrecht zur optischen Achse der Laserbearbeitungsvorrichtung 12 bzw. der Ausbreitungsrichtung des Messstrahls 14 definiert sein.
  • Gemäß Ausführungsformen sind die Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b jeweils als gerade Linie ausgebildet, die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Insbesondere in einer Ebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung, d.h. in der x-y-Ebene, sind die Messpfade vorzugsweise geradlinig. Die ersten Messpfade 40a, 40b, 40c sind jeweils zueinander parallel oder antiparallel in x-Richtung angeordnet und die zweiten Messpfade 42a, 42b sind jeweils zueinander parallel oder antiparallel in y-Richtung angeordnet, die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Wie gezeigt sind die ersten Messpfade 40a, 40b, 40c und die zweiten Messpfade 42a, 42b in einem vorgegebenen Winkel zueinander angeordnet, wobei der vorgegebene Winkel 90° beträgt, die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt.
  • Die ersten Messpfade 40a, 40b, 40c und die zweiten Messpfade 42a, 42b können Teil eines kontinuierlichen und/oder stetigen Bewegungspfades des Messstrahls 14 bzw. des Spots sein, wie in 6 anhand der gestrichelten Linie zwischen dem ersten Messpfad 40c und dem zweiten Messpfad 42a veranschaulicht. Mit anderen Worten muss der Messstrahl 14 zwischen den einzelnen Messpfaden nicht abgeschaltet werden. Das Messsignal kann dementsprechend kontinuierlich aufgezeichnet werden. Dementsprechend kann das Messignal die erfasste Intensität der reflektierten Messstrahlung 20 für alle Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b umfassen. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Beispielsweise können auch für jeden der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b einzelne Messsignale erfasst werden. Alternativ können die Messpfade 40a, 40b, 40c beispielsweise jeweils in x-Richtung und die Messpfade 42a, 42b beispielsweise jeweils in y-Richtung verlaufen. In diesem Fall kann der Messstrahl 14 zwischen den einzelnen Messpfaden abgeschaltet werden.
  • Jeder Messpfad kann Bereiche auf der Trägervorrichtung 38, dem Durchgangsloch 39, dem Spalt 36 und zumindest einem der Werkstücke 16a, 16b aufweisen. Mit anderen Worten kann der Messstrahl 14 entlang der ersten Messpfade 40a, 40b, 40c und/oder der zweiten Messpfade 42a, 42b die Trägervorrichtung 38, das Durchgangsloch 39, den Spalt 36 und zumindest eines der Werkstücke 16a, 16b überfahren. Wie in 6 gezeigt weisen beispielsweise die ersten Messpfade 40a, 40b, 40c jeweils einen ersten Bereich auf der Trägervorrichtung 38, einen zweiten Bereich auf dem Werkstück 16a, einen dritten Bereich im Spalt 36, einen vierten Bereich auf dem Werkstück 16b und einen fünften Bereich auf der Trägervorrichtung 38 auf, wobei die ersten bis fünften Bereiche in dieser Reihenfolge entlang der ersten Messpfade 40a, 40b, 40c angeordnet sind. Ferner weisen die zweiten Messpfade 42a, 42b jeweils einen ersten Bereich auf der Trägervorrichtung 38, einen zweiten Bereich im Durchgangsloch 39, einen dritten Bereich auf dem Werkstück 16a bzw. 16b, einen vierten Bereich im Durchgangsloch 39 und einen fünften Bereich auf der Trägervorrichtung 38 auf, wobei die ersten bis fünften Bereiche in dieser Reihenfolge entlang der zweiten Messpfade 42a, 42b angeordnet sind. Mit anderen Worten kann entlang der Messpfade 42a, 42b der Messstrahl 14 zunächst auf die Trägervorrichtung 38, in das Durchgangsloch 39, dann auf das Werkstück 16a bzw. 16b und anschließend wieder in das Durchgangsloch 39 und auf die Trägervorrichtung 38 eingestrahlt werden.
  • Mithilfe der in 6 gezeigten ersten Messpfade 40a, 40b, 40c und zweiten Messpfade 42a, 42b kann die Lage und Ausdehnung der Werkstücke 16a, 16b und die Größe des Spalts 36 umfassend, eindeutig und einfach bestimmt bzw. quantifiziert werden. Für eine eindeutige Bestimmung der Lage und Ausdehnung der Werkstücke 16a, 16b und der Größe des Spalts 36 ist der Messpfad 40c nicht erforderlich. Der Messpfad 40c bzw. weitere Messpfade können zur Erhöhung der Genauigkeit verwendet werden.
  • 7 zeigt beispielhaft den Verlauf eines durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfassten Messsignals. 8 und 9 zeigen Ausschnitte aus dem in 7 gezeigten Verlauf. Der Verlauf des Messsignals kann auch als „Messkurve“ bezeichnet werden. Wie in 7 bis 9 gezeigt umfasst das erfasste Messsignal die erfasste Intensität der reflektierten Messstrahlung 20 für alle Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b.
  • Gemäß Ausführungsformen entspricht das Messsignal einem zeitlich variablen Spannungssignal einer Photodiode bzw. der zeitlich variablen Ausgangsspannung einer Photodiode.
  • Wie in 7 bis 9 gezeigt, entspricht jeweils ein Bereich des Messsignals einem der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b. Anders gesagt kann jeder Punkt entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c 42a, 42b einem Zeitpunkt des in 7 bis 9 gezeigten Verlaufs des Messsignals zugeordnet werden. Demnach ist jedem Punkt entlang des jeweiligen Messpfads 40a, 40b, 40c, 42a, 42b ein Wert des Messsignals zugeordnet. Somit ist für jeden Punkt des jeweiligen Messpfads 40a, 40b, 40c, 42a, 42b bekannt, wie groß die erfasste Intensität des reflektierten Anteils 20 des eingestrahlten Messstrahls 14 ist. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b zu jedem Zeitpunkt, zu dem das Messsignal erfasst wird, bekannt sind.
  • Wie in 7 bis 9 gezeigt wurden die Werkstücke 16a, 16b insgesamt fünfmal entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b überfahren und die reflektierte Messstrahlung 20 erfasst, um das gezeigte Messsignal zu erhalten. 7 zeigt das erfasste Roh-Messsignal und 8 und 9 zeigen Ausschnitte des erfassten Roh-Messsignals und des entsprechenden tiefpassgefilterten Messsignals, wobei in 8 das Messsignal entlang eines ersten Messpfads 40a dargestellt ist, und in 9 das Messsignal entlang eines zweiten Messpfads 42b. Alternativ zum Roh-Messsignal kann auch das Rauschen des Messsignals ausgewertet werden.
  • Wie zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, entspricht das erfasste Messsignal der erfassten Intensität der reflektierten Messstrahlung 20 entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b.
  • Durch Auswerten des Messsignals kann beispielsweise bestimmt werden, ob der Messstrahl 14 an einem entsprechenden Punkt entlang eines der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b auf eines der Werkstücke 16a, 16b, die Trägervorrichtung 38, das Durchgangsloch 39 bzw. den Spalt 36 gerichtet wurde. Die Positionen der Werkstücke 16a, 16b und die Größe des Spalts 36, die zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind, können also durch Auswerten der Stärke des Messsignals entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b bestimmt werden.
  • Das erfasste Messsignal kann beispielsweise dahingehend ausgewertet werden, ob bzw. wie stark der Messstrahl 14 entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b von den Werkstücken 16a bzw. 16b reflektiert wurde. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass der Messstrahl 14 entlang des entsprechenden Messpfads 40a, 40b, 40c, 42a, 42b von der Oberfläche eines der Werkstücke 16a bzw. 16b reflektiert wurde, wenn das Messsignal zum entsprechenden Zeitpunkt bzw. an der entsprechenden Stelle gleich oder größer als ein vorgegebener erster Wert ist. Demnach kann bestimmt werden, dass das Werkstück 16a, 16b an dem entsprechenden Punkt entlang des Messpfads 40a, 40b, 40c, 42a, 42b vorhanden war. Ebenso kann bestimmt werden, dass der Messstrahl 14 entlang des entsprechenden Messpfades 40a, 40b, 40c, 42a, 42b nicht von der Oberfläche eines der Werkstücke 16a bzw. 16b reflektiert wurde, wenn das Messsignal zum entsprechenden Zeitpunkt bzw. an der entsprechenden Stelle gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Wert ist. In diesem Fall lag kein Werkstück an dem entsprechenden Punkt entlang des Messpfads 40a, 40b, 40c 42a, 42b vor. In 7 bis 9 wurden die Bereiche des Messsignals, für die bestimmt wurde, dass die Werkstücke 16a, 16b dort vorhanden waren, hervorgehoben. Da die Position, Form und Orientierung der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42c bekannt ist, kann somit auf die Position und/oder Orientierung der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene geschlossen werden. Durch Auswerten des Messsignals entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c 42a, 42b können die Positionen der Werkstücke 16a, 16b demnach eindeutig und umfassend bestimmt werden.
  • Durch Auswerten des Messsignals entlang der Messpfade 40a, 40b, 40c, 42a, 42b kann ebenfalls der Abstand 43 zwischen den Werkstücken 16a, 16b, d.h. die Größe des Spalts 36, bestimmt werden. Da die ersten Messpfade 40a, 40b, 40c parallel zur x-Richtung angeordnet sind, kann der Abstand 43 zwischen den Werkstücken 16a, 16b in der x-Richtung beispielsweise basierend auf dem Abstand der in 8 grau hinterlegten Bereiche des Messsignals bestimmt werden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Abstand 43 zwischen den Werkstücken 16a, 16b bei Kenntnis der Position und/oder Orientierung der Werkstücke 16a, 16b in der x-y-Ebene auch rechnerisch bestimmt werden. Wie in 6 veranschaulicht, kann der Abstand 43 zwischen den Werkstücken 16a, 16b als kürzester Abstand zwischen den Werkstückoberflächen bzw. als kürzester Abstand zwischen den Werkstücken 16a, 16b in der x-y-Ebene definiert sein.
  • Durch das Auswerten des Messsignals kann auch bestimmt werden, ob das Werkstück 16a, und/oder das Werkstück 16b überhaupt vorhanden und/oder in einer vorgegebenen Position bzw. Orientierung in der Trägervorrichtung 38 montiert oder eingespannt ist. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass die Werkstücke 16a, 16b überhaupt nicht vorhanden sind, wenn das Messsignal den zuvor beschriebenen ersten Wert nicht überschreitet. Zusammenfassend kann bestimmt werden, dass die Werkstücke 16a, 16b nicht oder nicht in einer vorgegebenen Position oder Orientierung vorhanden sind, wenn das Messsignal unplausible oder unvorhergesehene Werte aufweist. In diesen Fällen kann gemäß Ausführungsformen ein Fehler ausgegeben werden.
  • Beim Auswerten des Messsignals kann zum präzisen Bestimmen der Positionen der Werkstücke 16a, 16b der Durchmesser des Messstrahls 14 auf den Werkstücken 16a, 16b und/oder auf der Trägervorrichtung 38, auch Spotdurchmesser genannt, berücksichtigt werden. Bei dem in 7 bis 9 gezeigten beispielhaften Verlauf des Messsignals gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrug der Spotdurchmesser 340 µm (200 µm Faserdurchmesser x 255/150). Beispielsweise wird in 8, die das Messignal für den Messpfad 40a zeigt, für die Auswertung der Messsignals und zur Bestimmung der Position der Werkstücke 16a, 16b berücksichtigt, dass zum Beginn eines Anstiegs des Messsignals (ansteigende Flanke) der Spot des Messstrahls 14 noch zu 0 % auf dem Werkstück 16a liegt und das Werkstück 16a nur tangiert, und dass zum Beginn eines Abfalls des Messsignals (absteigende Flanke) der Spot noch zu 100 % auf dem Werkstück 16b liegt und den Rand des Werkstücks 16b nur tangiert. Entsprechend wird das Messsignal vom Beginn der ansteigenden Flanke bis zum Beginn der abfallenden Flanke als Werkstückfläche gewertet. Des Weiteren gilt es zu beachten, dass ein tiefpassgefiltertes Messsignal und/oder ein mit einem Rauschfilter ausgewertetes Messsignal gegenüber dem Roh-Messsignal zeitlich verschoben ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Erkennung einer Position von Werkstücken zur späteren Laserbearbeitung derselben basierend auf reflektierter Messstrahlung bzw. basierend auf Messsignalen, insbesondere auf Photodiodensignalen. Dazu wird ein Messstrahl mit sehr geringer Leistung und/oder Geschwindigkeit über die Werkstücke, beispielsweise I-Pins oder Hairpins, und eine die Werkstücke umgebende Trägervorrichtung geführt und der zurückreflektierte oder rückgestreute Anteil des Messstrahls wird beispielsweise mit einer Photodiode aufgenommen und ausgewertet. Im Bereich der Hairpins wird die Messstrahlung stark reflektiert und das Rückreflexsignal schlägt stark aus. Im Bereich der Trägervorrichtung wird die Laserleistung absorbiert und das rückgestreute Licht ist sehr gering. Durch Auswerten des Messsignals bzw. des Photodiodensignals kann demnach bestimmt werden, ob die Werkstücke überhaupt vorhanden sind, wie die Position der Werkstücke ist und wie groß ein Spalt zwischen den Werkstücken ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Laserbearbeitungssystem
    12
    Laserbearbeitungsvorrichtung
    14
    Messstrahl
    16a, 16b
    Werkstücke
    17a,17b
    Enden
    18
    Lichtleitfaser
    20
    reflektierte Messstrahlung
    22
    Strahlteiler
    26
    Sensormodul
    30
    Steuereinheit
    32a, 32b
    Leiter
    33a, 33b
    Isolationsmaterial
    36
    Spalt
    38
    Trägervorrichtung
    39
    Durchgangsloch
    40a, 40b, 40c
    erste Messpfade
    42a, 42b
    zweite Messpfade
    43
    Abstand zwischen Werkstücken
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019122047 [0008]
    • DE 102020104462 [0009]
    • DE 102020111038 [0010]

Claims (18)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Werkstücks für einen Laserbearbeitungsprozess, das Verfahren umfassend die Schritte: - Einstrahlen (S1) eines Messstrahls (14) auf zumindest ein Werkstück (16a, 16b) und eine das zumindest eine Werkstück (16a, 16b) zumindest teilweise umgebende Trägervorrichtung (38) entlang zumindest eines ersten Messpfades (40a, 40b, 40c) und entlang zumindest eines zweiten Messpfades (42a, 42b), wobei der erste Messpfad (40a, 40b, 40c) einen vorgegebenen Winkel mit dem zweiten Messpfad (42a, 42b) aufweist; - Erfassen (2) eines von der Trägervorrichtung (38) und dem zumindest einen Werkstück (16a, 16b) reflektierten Anteils (20) des eingestrahlten Messstrahls (14) entlang des ersten Messpfades (40a, 40b, 40c) und entlang des zweiten Messpfades (42a, 42b) mittels zumindest einer Photodiode und Erzeugen eines entsprechenden Messsignals, wobei die Trägervorrichtung (38) und das zumindest eine Werkstück (16a, 16b) eine voneinander verschiedene Reflektivität aufweisen, und - Bestimmen (S3) einer Position des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) basierend auf dem Messsignal.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der eingestrahlte Messstrahl (14) ein Laserstrahl, ein Pilotlaserstrahl oder LED Licht ist.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche der Trägervorrichtung (38) und eine Oberfläche des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b), auf die der Messstrahl (14) eingestrahlt wird, aus verschiedenen Materialien bestehen und/oder verschiedene Oberflächenrauigkeiten aufweisen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oberfläche der Trägervorrichtung (38) aus Aluminium oder Stahl ist oder dieses umfasst und/oder wobei die Oberfläche des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) Kupfer ist oder dieses umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der eingestrahlte Messstrahl (14) eine Leistung von weniger als 300 Watt oder eine Leistung, die geringer als eine Laserleistung für den Laserbearbeitungsprozess ist, aufweist und/oder mit einer Geschwindigkeit von mindestens 0,3 m/s entlang der Messpfade (40a, 40b, 40c, 42a, 42b) bewegt wird, und/oder wobei ein Energieeintrag durch den eingestrahlten Messstrahl (14) so angepasst ist, dass der Messstrahl (14) das zumindest eine Werkstück (16a, 16b) nicht modifiziert und/oder aufschmilzt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Messpfad (40a, 40b, 40c) und/oder der zweite Messpfad (42a, 42b) einen ersten Bereich und einen dritten Bereich auf der Trägervorrichtung (38) sowie einen zweiten Bereich auf dem zumindest einen Werkstück (16a, 16b) aufweist, wobei der zweite Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem dritten Bereich angeordnet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Messpfad (40a, 40b, 40c) und der zweite Messpfad (42a, 42b) linear sind, und/oder wobei der vorgegebene Winkel 90° beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Messpfad (40a, 40b, 40c) mehrere parallele und zueinander versetzte erste Messpfade (40a, 40b, 40c) umfasst und/oder wobei der zweite Messpfad (42a, 42b) mehrere parallele und zueinander versetzte zweite Messpfade (42b, 42c) umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Position des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) eine Position des Werkstücks (16a, 16b) in einer ersten Richtung (x) und/oder in einer zweiten Richtung (y), und/oder eine Ausdehnung des Werkstücks (16a, 16b) in einer ersten Richtung (x) und/oder in einer zweiten Richtung (y), und/oder eine Orientierung des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) in einer durch die erste und zweite Richtung (x, y) definierten Ebene (x-y) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) bestimmt wird, dass der Messstrahl (14) an einem Punkt von der Oberfläche des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) reflektiert wird, wenn das Messsignal an der entsprechenden Stelle gleich oder größer als ein vorgegebener erster Wert ist.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) basierend auf dem Messsignal umfasst: - Bestimmen, ob das zumindest eine Werkstück (16a, 16b) in oder auf der Trägervorrichtung (38) vorliegt.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Position des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) unter Berücksichtigung eines Durchmessers des Messstrahls (14) auf dem zumindest einen Werkstück (16a, 16b) erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Werkstück (16a) und ein zweites Werkstück (16b) so angeordnet sind, dass die Oberflächen (17a, 17b) der Werkstücke (16a, 16b), auf die der Messstrahl (14) eingestrahlt wird, im Wesentlichen plan oder planparallel angeordnet sind, und wobei die Position des ersten Werkstücks (16a) und/oder die Position des zweiten Werkstücks (16b) und/oder eine Position des ersten und zweiten Werkstücks (16a, 16b) relativ zueinander und/oder ein Abstand (43) zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück (16a, 16b) und/oder eine Position und/oder Ausdehnung eines Spalts zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück (16a, 16b) bestimmt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Werkstück (16a, 16b) eine Elektrode, eine stabförmige Elektrode, ein 1-Pin, ein Hairpin oder ein Wicklungssegment einer Statorwicklung ist oder umfasst.
  15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägervorrichtung (38) ein Bauteil und/oder eine Batterie und/oder eine Spannvorrichtung zum Einspannen des zumindest einen Werkstücks (16a, 16b) umfasst.
  16. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, das Verfahren umfassend: - Bestimmen einer Position des Werkstücks (16a, 16b) mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, und - Einstrahlen eines Laserstrahls (14) auf das Werkstück (16a, 16b) zum Bearbeiten des Werkstücks (16a, 16b) basierend auf der bestimmten Position des Werkstücks (16a, 16b).
  17. Laserbearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, umfassend: - eine Laserbearbeitungsvorrichtung (12) zum Einstrahlen eines Messstrahls (14) auf das Werkstück (16a, 16b), - ein Sensormodul (26) mit mindestens einer Photodiode zum Erfassen von reflektierter Messstrahlung (20); und - eine Steuereinheit (30), die eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  18. Laserbearbeitungssystem gemäß Anspruch 17, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (12) eine Auslenkeinheit zum Auslenken des Messstrahls 14 entlang der Messpfade (40a, 40b, 40c, 42a, 42b) umfasst.
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WO (1) WO2022029073A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022100231A1 (de) 2022-01-05 2023-07-06 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Laserstrahlschweißen von mehreren Komponenten an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen eines Bauteils sowie Laserschweißvorrichtung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011212727A (ja) 2010-03-31 2011-10-27 Panasonic Electric Works Sunx Co Ltd レーザ加工装置
DE102010060958A1 (de) 2010-12-02 2012-06-06 Scanlab Ag Laserbearbeitungsvorrichtung sowie Positionsermittlungsvorrichtung und Strukturermittlungsvorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung
US20160303686A1 (en) 2015-04-16 2016-10-20 MAGNETI MARELLI S.p.A. Laser welding method to weld two adjacent metal elements of a stator winding with rigid bars for an electric machine
US20190220996A1 (en) 2018-01-16 2019-07-18 Honda Motor Co., Ltd. Conductive-wire position inspecting method and device
DE102019122047A1 (de) 2019-08-16 2021-02-18 Precitec Gmbh & Co. Kg Ausrichteinheit, Sensormodul umfassend dieselbe und Laserbearbeitungssystem umfassend das Sensormodul
DE102020104462A1 (de) 2020-02-20 2021-08-26 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011212727A (ja) 2010-03-31 2011-10-27 Panasonic Electric Works Sunx Co Ltd レーザ加工装置
DE102010060958A1 (de) 2010-12-02 2012-06-06 Scanlab Ag Laserbearbeitungsvorrichtung sowie Positionsermittlungsvorrichtung und Strukturermittlungsvorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung
US20160303686A1 (en) 2015-04-16 2016-10-20 MAGNETI MARELLI S.p.A. Laser welding method to weld two adjacent metal elements of a stator winding with rigid bars for an electric machine
US20190220996A1 (en) 2018-01-16 2019-07-18 Honda Motor Co., Ltd. Conductive-wire position inspecting method and device
DE102019122047A1 (de) 2019-08-16 2021-02-18 Precitec Gmbh & Co. Kg Ausrichteinheit, Sensormodul umfassend dieselbe und Laserbearbeitungssystem umfassend das Sensormodul
DE102020104462A1 (de) 2020-02-20 2021-08-26 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Analysieren einer Schweißverbindung beim Laserschweißen von Werkstücken

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022100231A1 (de) 2022-01-05 2023-07-06 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Laserstrahlschweißen von mehreren Komponenten an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen eines Bauteils sowie Laserschweißvorrichtung

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