DE102020211533B3 - Messinstrument für ein Laserwerkzeug, Laserwerkzeug und Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zum Messen eines Abstands - Google Patents

Messinstrument für ein Laserwerkzeug, Laserwerkzeug und Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zum Messen eines Abstands Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messinstrument (1, 20) für ein Laserwerkzeug (2), zum Messen eines Abstands (30) zwischen dem Messinstrument (1, 20) und einem Objekt (7), mit einem Lasertriangulationssensor (21, 22), mittels dessen ein Messlaserstrahl (23) auf das Objekt (7, 25) ausstrahlbar ist, welcher unter einem Auftreffen auf das Objekt (7, 25) als ein Reflexionsmesslaserstrahl (28) mittels des Objekts (7, 25) reflektierbar und von dem Lasertriangulationssensor (21, 22) empfangbar ist, und mit einem Gehäuse (17), in welchem der Lasertriangulationssensor (21, 22) angeordnet ist. Das Gehäuse (17) weist erfindungsgemäß eine Außengestalt (18) auf, die mit einer Außengestalt (19) eines Optikschutzelements (5, 16) einer Bearbeitungslaseroptik (4) des Laserwerkzeugs (2) korrespondiert, wodurch das Gehäuse (17) und infolgedessen das Messinstrument (1, 20) in das Laserwerkzeug (2) einsetzbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Laserwerkzeug (2) mit einem solchen Messinstrument (1, 20), eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung (3), insbesondere Werkstückbearbeitungsroboter, sowie ein Verfahren zum Messen eines Abstands (24).

Description

  • Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Messinstrument für ein Laserwerkzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 6 ein Laserwerkzeug, das mit einem solchen Messinstrument ausrüstbar ist. Gemäß Patentanspruch 7 betrifft die Erfindung eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung, die das Laserwerkzeug aufweist. Ferner betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 8 ein Verfahren zum Messen eines Abstands zwischen einem Laserwerkzeug und einem Werkstück.
  • Laserstrahlbasierte Fertigungsverfahren bzw. Bearbeitungsverfahren von Werkstücken mittels einer Laserbearbeitungsanlage erfordern eine genaue und präzise Kenntnis des Strahlprofils eines Bearbeitungslaserstrahls oder -strahlbündels, dass am Bearbeitungspunkt - auch genannt TCP (Tool Center Point) - auf das Werkstück auftrifft. Dieses Strahlprofil des Bearbeitungslaserstrahls ist durch Strahlparameter, wie Fokusdurchmesser, Lage einer Strahltaille, Laserstrahlleistung, Strahlparameterprodukt (Strahlqualität) und Wellenlänge bestimmt. Eine volatile und stark den Prozess beeinflussende Größe ist die Lage der Strahltaille relativ zum Werkstück bzw. Bearbeitungspunkt. Derzeit kommen zum Vermessen des Strahlprofils Messgeräte bzw. -prinzipien zum Einsatz, mittels derer zwar hochgenau das Strahlprofil bei Inbetriebnahme der Laserbearbeitungsanlage messbar ist, welche aber einen Prozessablauf massiv stören, da diese herkömmlichen Messgeräte bzw. -prinzipien besonders aufwändig sind. Denn beispielsweise ist eine Rüstzeit zum Applizieren eines solchen Messgeräts an/in der Laserbearbeitungsanlage unerwünscht lang. Folglich ist eine besonders lange Stillstandzeit der Laserbearbeitungsanlage erforderlich, was zu einem unwirtschaftlichen Betrieb der Laserbearbeitungsanlage führt.
  • Somit ist eine kurzfristige Überprüfung der Strahlparameter während des Serienfertigungsbetriebs, zum Beispiel im Karosserieserienbau, insofern besonders aufwändig, als hierfür die Laserbearbeitungsanlage besonders lang gestoppt werden muss. Folglich ist es nur unter besonders hohem Aufwand möglich, während eines Fertigungsprozesses auf Prozessstörungen und negative äußere Einflüsse - wie Verschmutzungen an/in einer Bearbeitungslaseroptik, etwa eines Schutzglases, Dejustierung einer Aktorik, beispielsweise eines Roboters, der Laserbearbeitungsanlage etc. -zweckmäßig und schnell zu reagieren. Eine gegebenenfalls hieraus resultierende unerwünschte Verlagerung des Bearbeitungspunkts um nur wenige Millimeter, etwa aufgrund einer (auch nur leichten) Kollision eines Elements der Laserbearbeitungsanlage mit einem anderen Objekt und/oder aufgrund einer nicht mehr vollständig bestimmungsgemäß funktionierenden Aktorik, führt eventuell dazu, dass die gewünschte positionelle Lage der Strahltaille nicht mehr exakt auf das Werkstück ausgerichtet ist, was zur Folge hat, dass eine Maßhaltigkeit und Qualität von Fügeverbindungen bzw. Fügestellen der mittels der Laserbearbeitungsanlage bearbeiteten oder gefertigten Werkstücke innerhalb einer Charge leidet. Es besteht also der Bedarf, auf diese Prozessstörungen besonders schnell reagieren zu können, um eine Prozesssicherheit und die Maßhaltigkeit der Werkstücke besonders vorteilhaft auszubilden.
  • Die US 2019/015931 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Distanz zwischen einem Laserbearbeitungskopf und einem Werkstück, wobei ein Messlichtstrahl in einen Bearbeitungslichtpfads eines Bearbeitungslichtstrahls eingekoppelt und mittels einer fokussierenden Linse des Bearbeitungslichtpfads auf eine Oberfläche des Werkstücks fokussiert wird, wobei ein reflektierter Messlichtstrahl und ein Referenzmesslichtstrahl überlagert und einer Auswerteeinheit bereitgestellt werden, welche basierend auf Interferometrie die Distanz zwischen dem Laserbearbeitungskopf und dem Werkstück erfasst.
  • DE 10 2015 115 803 A1 offenbart ein Verfahren zum Führen eines Bearbeitungskopfes, entlang einer zu bearbeitenden Spur, bei dem eine Lichtlinie in Bearbeitungsrichtung in einem Abstand vor dem Bearbeitungspunkt quer zu der zu bearbeitenden Spur auf diese projiziert wird, bei dem aus fortlaufend während der Bearbeitung aufgenommenen Bildern der Lichtlinie die Lage der Spur vor dem Bearbeitungspunkt ermittelt wird und bei dem der Bearbeitungspunkt auf die Spur ausgerichtet wird, sobald der Bearbeitungspunkt den jeweiligen Punkt auf der Spur erreicht, für den die Lage der Spur ermittelt wurde.
  • DE 10 2015 200 263 A1 zeigt eine austauschbare Maschinenkomponente, die als Träger für Updateinformationen genutzt wird und dazu in einer elektronischen Speichereinheit der Maschinenkomponente neben den üblicherweise gespeicherten Daten (Hersteller, Bauteilnummer, Produktionscharge, Bauteileigenschaften) auch bauteilfremde Aktualisierungsdaten, wie z. B. geänderte Maschinendaten, Prozessparameter oder Sensorik-Grenzwerte, gespeichert werden. Auf diese Weise können Erfahrungswerte, die beim Einsatz der Materialbearbeitungsmaschine generiert werden, einfacher berücksichtigt werden.
  • Diese herkömmliche Vorrichtung bzw. dieses herkömmliche Verfahren ist jedoch zum einen besonders aufwändig, da, um die Messlichtstrahlen in den Bearbeitungslichtpfad einzukoppeln, die Messlichtstrahlen mehrfach umzulenken sind, wodurch diese Vorrichtung besonders aufwändig im Aufbau ist. Des Weiteren trägt das besonders aufwändige Messprinzip der Interferometrie zu dem besonders hohen Aufwand bei, der zu betreiben ist, um mittels dieser herkömmlichen Vorrichtung den Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf und dem Werkstück zu messen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messinstrument bereitzustellen, mittels dessen ein Abstand zwischen einem Werkstück und dem Messinstrument besonders effizient messbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Messinstrument mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Des Weiteren wir diese Aufgabe durch ein Laserwerkzeug mit den im Patentanspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst sowie durch eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung mit den im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmalen. Darüber hinaus wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messinstruments sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs anzusehen und umgekehrt. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung anzusehen und umgekehrt. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind als Merkmal, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, wobei Mittel der Vorrichtungen zur Durchführung von Schritten des Verfahrens einsetzbar oder eingesetzt sind. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden, sind als ebensolche anzusehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Messinstrument ist für ein Laserwerkzeug vorgesehen, wobei das Laserwerkzeug insbesondere dazu ausgebildet ist, einen Bearbeitungslaserstrahl an, auf und/oder in ein Werkstück zu projizieren, um das Werkstück mittels des Bearbeitungslaserstrahls zu bearbeiten. Unter ein solches Laserbearbeiten fällt beispielsweise ein Entfernen bzw. Trennen von Material, ein Verbinden, beispielsweise Schweißen, von Material, ein Veredeln einer Oberfläche des Werkstücks etc. Für das Laserbearbeiten ist es von besonderer Bedeutung, dass das Werkstück in Bezug zu dem Laserwerkzeug bzw. das Laserwerkzeug in Bezug zu dem Werkstück besonders exakt ausgerichtet ist, um eine besonders hohe Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des Werkstücks zu gewährleisten. Denn durch eine Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs ist im Betrieb desselben der Bearbeitungslaserstrahl mit einer Strahltaille ausgebildet, deren positionelle Lage einen Bearbeitungspunkt (TCP: tool center point) des Laserwerkzeugs charakterisiert. Weichen also ein tatsächlicher Abstand und ein Sollabstand zwischen dem Laserwerkzeug und dem Werkstück voneinander in unerwünschter Weise ab, ist die Strahltaille und infolgedessen der Bearbeitungspunkt in Bezug zu dem Werkstück in unerwünschter Weise verstellt. Hierunter leidet dann beim Laserbearbeiten des Werkstücks eine Qualität des Laserbearbeitens und/oder eine Qualität des bearbeiteten Werkstücks.
  • Zum Messen des Abstands - also des tatsächlichen Abstands - zwischen dem Messinstrument und einem Objekt, insbesondere dem Werkstück, weist das Messinstrument einen Lasertriangulationssensor auf, mittels dessen ein Messlaserstrahl aus dem Messinstrument auf das Objekt ausstrahlbar ist. Der Messlaserstrahl ist unter einem Auftreffen auf das Objekt bzw. Werkstück als ein Reflexionsmesslaserstrahl mittels des Objekts, insbesondere mittels einer Außenoberfläche des Objekts, reflektierbar, sodass der Reflexionsmesslaserstrahl in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor geworfen wird, wobei der Reflexionsmesslaserstrahl dann von dem Lasertriangulationssensor empfangbar ist. Dabei wird der Messlaserstrahl (zumindest teilweise) als der Reflexionsmesslaserstrahl unter Ausbildung eines Reflexionswinkels zwischen dem Messlaserstrahl und dem Reflexionsmesslaserstrahl an/auf der Oberfläche des Objekts bzw. Werkstücks zurück in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor geworfen, wobei der Reflexionswinkel mit dem Abstand des Objekts bzw. Werkstücks zwischen dem Messinstrument und dem Werkstück korrespondiert. Das bedeutet, dass der Reflexionsmesslaserstrahl an/in dem Lasertriangulationssensor unter einem von dem Reflexionswinkel abhängigen Einfallswinkel eintrifft, wobei mittels einer geeigneten Auswerteeinheit durch ein Verarbeiten eines Maßes des Einfallswinkels der Abstand zwischen dem Messinstrument und dem Objekt erfassbar bzw. bestimmbar ist.
  • Das Messinstrument weist des Weiteren ein Gehäuse auf, in welchem der Lasertriangulationssensor angeordnet ist. Hierbei ist das Gehäuse zumindest teilweise lichtdurchlässig, sodass es ermöglicht ist, dass der Messlaserstrahl, der mittels des Lasertriangulationssensors emittierbar ist, bestimmungsgemäß aus dem Gehäuse austreten kann und der Reflexionsmesslaserstrahl bestimmungsgemäß in das Gehäuse eintreten kann. Mit anderen Worten weist das Gehäuse transmittive Eigenschaften in Bezug auf eine eingesetzte Wellenlänge des Reflexionsmesslaserstrahls und des Messlaserstrahls auf.
  • Um nun das Messinstrument derart weiterzuentwickeln, dass der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Messinstrument besonders effizient messbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse eine Außengestalt aufweist, die mit einer Außengestalt eines Optikschutzelements einer Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs korrespondiert. Hierdurch ist das Gehäuse und infolgedessen der Lasertriangulationssensor - also das Messinstrument als Ganzes - in das Laserwerkzeug, beispielsweise in ein Gehäuse des Laserwerkzeugs, insbesondere in die Bearbeitungslaseroptik, einsetzbar. Die Bearbeitungslaseroptik weist insbesondere eine Vielzahl von Optikelementen auf, beispielsweise Linsen, Spiegel, Prismen etc. und/oder Kombinationen davon. Um diese das Licht brechende Optikelemente gegen Verschmutzung von außen zu sichern (zum Beispiel gegen durch den Bearbeitungslaserstrahl geschmolzenes, verdampftes, abgerissenes, aufgewirbeltes Material des Werkstücks) weist die Bearbeitungslaseroptik insbesondere das Optikschutzelement auf, welches beispielsweise als eine Schutzglasscheibe ausgebildet ist. Ein solches Optikschutzelement, das heißt beispielsweise die Schutzglasscheibe, ist insbesondere dazu ausgebildet, Licht möglichst ungestört hindurch zu lassen, insbesondere nicht oder nur besonders leicht zu brechen. Durch das Optikschutzelement bzw. durch die Schutzglasscheibe ist insbesondere das Gehäuse des Laserwerkzeugs, beispielsweise ein Gehäuse der Bearbeitungslaseroptik, zumindest teilweise gebildet, sodass sichergestellt ist, dass der aus den Optikelementen austretende Bearbeitungslaserstrahl im Betrieb des Laserwerkzeugs unter einem Durchstrahlen des Optikschutzelements aus dem Gehäuse und in Richtung hin zu dem Werkstück austritt.
  • Das Gehäuse des Messinstruments und das Optikschutzelement korrespondieren also derart miteinander, dass das Gehäuse des Messinstruments anstatt des Optikschutzelements in die Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs einsetzbar ist und umgekehrt.
  • Das Messinstrument ist insbesondere mobil in Bezug zu dem Laserwerkzeug ausgebildet, das heißt separat von dem Laserwerkzeug ausgebildet. Beispielsweise ist das Messinstrument, insbesondere dessen Gehäuse, als ein Einsetzelement ausgebildet, welches mit einem Aufnahmeelement des Laserwerkzeugs korrespondiert, wobei das Aufnahmeelement des Laserwerkzeugs sowohl mit dem Gehäuse des Messinstruments als auch mit dem Optikschutzelement korrespondiert, sodass entweder das Messinstrument oder das Optikschutzelement als jeweiliges Einsetzelement in das Aufnahmeelement des Laserwerkzeugs einsetzbar ist. Es ist vorteilhaft, dass Aufnahmeelemente für das Optikschutzelement („Schutzglasschubladen“) standardisiert sind, sodass eine positionelle Lage des Optikschutzelements in Bezug zu dem Bearbeitungspunkt des Laserwerkzeugs bekannt ist. Hierdurch ist bei in das Laserwerkzeug eingesetztem Messinstrument dessen positionelle Lage in Bezug zu dem Bearbeitungspunkt des Laserwerkzeugs bekannt. So ist es ermöglicht, basierend auf dem Abstand zwischen dem Bearbeitungspunkt und dem Optikschutzelement mittels des Messinstruments den Abstand zwischen dem Laserwerkzeug und dem Werkstück zu bestimmen.
  • Insgesamt ist es bei dem Messinstrument denkbar, dass als Abstandssensor - alternativ oder zusätzlich zu dem Lasertriangulationssensor - ein von einem Lasertriangulationssensor unterschiedlich ausgebildeter Abstandssensor, beispielsweise ein Ultraschallsensor etc., zum Einsatz kommt.
  • In weiterer Ausgestaltung des Messinstruments weist dieses in dessen Gehäuse ein Spiegelelement auf, mittels dessen der Messlaserstrahl in Richtung hin zu dem Objekt bzw. Werkstück umlenkbar ist und der Reflexionsmesslaserstrahl in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor umlenkbar ist. Insbesondere werden sowohl der Messlaserstrahl als auch der Reflexionsmesslaserstrahl um etwa 90 Grad mittels des Spiegelelements umgelenkt. Hierdurch ist eine besonders kompakte Form des Messinstruments gewährleistet, da beispielsweise eine liegende Konstruktion realisierbar ist, wobei eine Abstrahlrichtung, anhand derer der Messlaserstrahl den Lasertriangulationssensor verlässt, quer zu einer Optikmittenachse der Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs verläuft, wobei mittels des Spiegelelements der quer zu der Optikmittenachse verlaufende Messlaserstrahl umgelenkt wird, sodass letztendlich der Messlaserstrahl in Richtung hin zu dem Objekt bzw. Werkstück gerichtet ist. Durch das Spiegelelement, beispielsweise einen Umlenkspiegel, ist also ein Strahlengang bzw. ein Strahlenpfad des Messlaserstrahls in einen Strahlengang bzw. -pfad der Bearbeitungslaseroptik umleitbar wodurch des Weiteren in vorteilhafter Weise erreicht ist, dass direkt am Bearbeitungspunkt des Laserwerkzeugs der Abstand zwischen dem Laserwerkzeug bzw. dem Messinstrument und dem Objekt bzw. Werkstück erfassbar ist, was insbesondere für unebene Werkstücke von besonderer Bedeutung ist. Mit anderen Worten wird ein direkt zwischen der Bearbeitungslaseroptik und dem Objekt ausgebildeter Abstand im Betrieb des Messinstruments gemessen. Denn mittels des Spiegelelements ist der Messlaserstrahl, der mittels des Messlaserstrahl emittierbar ist, koaxial zum Strahlenpfad bzw. Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls und insbesondere zumindest teilweise durch die Bearbeitungslaseroptik auf den Bearbeitungspunkt projizierbar.
  • Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messinstruments zufolge weist das Messinstrument eine Ausgabeeinheit auf, mittels derer ein den Abstand zwischen dem Messinstrument und dem Objekt charakterisierender Abstandswert bereitstellbar ist. Beispielsweise weist die Ausgabeeinheit ein Display auf, mittels dessen der Abstandswert bereitstellbar ist, beispielsweise in Form von Text, insbesondere Ziffern, anzeigbar ist. So ist es beispielsweise einem (menschlichen) Bediener des Messinstruments und/oder des Laserwerkzeugs ermöglicht, den Abstandswert von der Ausgabeeinheit, insbesondere von dem Display, abzulesen, um hiernach basierend auf dem Abstandswert das Laserwerkzeug zu justieren oder nachzujustieren, um eine besonders hohe Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des Werkstücks zu gewährleisten.
  • In diesem Zusammenhang hat es sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ausgabeeinheit - alternativ oder zusätzlich zu dem Display - ein Datenkommunikationselement aufweist, mittels dessen der Abstandswert in Datenform einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitstellbar ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass im Betrieb des Messinstruments, insbesondere im Betrieb des Laserwerkzeugs, welches insbesondere Teil der Werkstückbearbeitungsvorrichtung ist, den Abstandswert mittels der Ausgabeeinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Steuereinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, bereitzustellen, wobei die Steuereinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung beispielsweise dazu ausgebildet ist, basierend auf dem bereitgestellten Abstandswert eine Aktorik der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, beispielsweise einen Roboterarm zu justieren bzw. nachzujustieren. Denn beispielsweise kann das Laserwerkzeug als ein distales Endglied eines Roboters ausgebildet sein, wobei dieser Roboter die Werkstückbearbeitungsvorrichtung bildet. Es ist jedoch genauso gut denkbar, dass an einem distalen Endglied des Roboters bzw. der Werkstückbearbeitungsvorrichtung das Laserwerkzeug angeordnet ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn mittels der Steuereinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowohl deren Aktorik als auch das Laserwerkzeug und insbesondere das Messinstrument steuerbar ist, wozu zum Beispiel das Messinstrument mit der Steuereinheit gekoppelt oder koppelbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann zumindest für das Justieren oder Nachjustieren auf den menschlichen Bediener verzichtet werden, da durch das Messinstrument, das in beschriebener Weise mit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung zusammenwirkt, ein automatischer Justierungs- bzw. Nachjustierungsvorgang ermöglicht ist. Der menschliche Bediener hat - beispielsweise um die Justierung bzw. Nachjustierung auszulösen - in vorteilhafter Weise lediglich das Messinstrument anstelle des Optikschutzelements in die Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs einzusetzen. Hierdurch wird eine menschliche Fehlerquelle aus dem Vorgang des Justierens bzw. Nachjustierens eliminiert, indem der Abstandswert mittels des Datenkommunikationselements direkt der Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt wird.
  • In einem weiteren (zweiten) Aspekt betrifft die Erfindung ein Laserwerkzeug zum Laserbearbeiten eines Objekts, insbesondere Werkstücks, mit einem gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Messinstrument. Aufgrund des Messinstruments, das zum Messen eines Abstands zwischen dem Messinstrument und dem Werkstück ausgebildet ist, ist das Laserwerkzeug dazu eingerichtet, einen Abstand zwischen dem Objekt bzw. Werkstück und dem Laserwerkzeug zu bestimmen, indem mittels des Messinstruments der Abstand zwischen dem Messinstrument und dem Objekt bzw. Werkstück gemessen wird und daraus der Abstand zwischen dem Objekt/Werkstück und dem Laserwerkzeug bestimmt, beispielsweise berechnet wird. Dabei weist das Laserwerkzeug eine Laserlichtquelle und eine Bearbeitungslaseroptik auf, wobei die Bearbeitungslaseroptik ein Aufnahmeelement umfasst, mittels dessen ein Optikschutzelement der Bearbeitungslaseroptik reversibel zerstörungsfrei lösbar aus der Bearbeitungslaseroptik entnehmbar und/oder in diese einsetzbar ist.
  • Um nun mittels des Laserwerkzeugs den Abstand zwischen dem Werkstück und dem Laserwerkzeug besonders effizient messen zu können, ist erfindungsgemäß bei diesem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse des Messinstruments eine Außengestalt aufweist, die mit einer Außengestalt des Optikschutzelements korrespondiert, wodurch das Gehäuse und infolgedessen das Messinstrument reversibel zerstörungsfrei lösbar in die Bearbeitungslaseroptik einsetzbar und/oder aus dieser entnehmbar ist. Das bedeutet, dass das Messinstrument bestimmungsgemäß in die Bearbeitungslaseroptik einsetzbar ist, wenn das Optikschutzelement aus der Bearbeitungslaseroptik bestimmungsgemäß herausgenommen ist. Mit wieder anderen Worten sind sowohl das Optikschutzelement als auch das Messinstrument jeweils korrespondierend mit der Bearbeitungslaseroptik ausgebildet, sodass in Bezug zu dieser Bearbeitungslaseroptik das Optikschutzelement und das Messinstrument gegeneinander austauschbar sind.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messinstruments beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Gemäß einem weiteren (dritten) Aspekt der Erfindung weist eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung, insbesondere ein Werkstückbearbeitungsroboter, ein gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildetes Laserwerkzeug auf. Das bedeutet, dass die Werkstückbearbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, mittels des Laserwerkzeugs, das insbesondere das Messinstrument umfasst, einen Abstand zwischen einem Werkstück und dem Laserwerkzeug bzw. Messinstrument besonders effizient zu messen, um eine besonders hohe Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des (bearbeiteten) Werkstücks zu gewährleisten.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messinstruments und/oder mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind diese entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung hier nicht noch einmal dargelegt.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren in noch einem weiteren (vierten) Aspekt ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstands zwischen einem Laserwerkzeug und einem beispielsweise als ein Werkstück ausgebildeten Objekt, wobei ein Optikschutzelement des Laserwerkzeugs reversibel zerstörungsfrei aus einer Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs entnommen und ein Messinstrument anstelle des Optikschutzelements in die Bearbeitungslaseroptik eingesetzt wird. Das bedeutet, dass das Laserwerkzeug und das Messinstrument gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet sind.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messinstruments des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs und/oder der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind diese entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal dargelegt.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
  • Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die Figur eine schematische Ansicht eines Laserwerkzeugs mit einer Bearbeitungslaseroptik, in welche ein Messinstrument oder ein Optikschutzelement einsetzbar ist.
  • Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In der Figur sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Im Folgenden werden ein Messinstrument 1, ein Laserwerkzeug 2, eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 sowie ein Messverfahren gemeinsam beschrieben.
  • Die Fig. zeigt in schematischer Ansicht das Laserwerkzeug 2 mit einer Bearbeitungslaseroptik 4, in welche das Messinstrument 1 oder ein Optikschutzelement 5 einsetzbar ist. Zunächst wird das Laserwerkzeug 2 beschrieben, wobei das Optikschutzelement 5 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingesetzt ist. Das Laserwerkzeug 2 ist dazu ausgebildet, einen Bearbeitungslaserstrahl 6 auf ein Werkstück 7 zu projizieren, wobei eine Strahltaille 8 des Bearbeitungslaserstrahls 6 einen Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2 charakterisiert. Beispielsweise fallen die Strahltaille 8 und der Bearbeitungspunkt 9 zusammen. Eine positionelle Lage der Strahltaille 8 und infolgedessen des Bearbeitungspunkts 9 wird maßgeblich durch die im Ganzen mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Bearbeitungslaseroptik bestimmt. Die Bearbeitungslaseroptik 4 weist hierzu wenigstens zwei Optikelemente 10 auf, beispielsweise Linsen, Spiegel etc. Mittels dieser Optikelemente 10 wird im Betrieb des Laserwerkzeugs 2 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingekoppeltes Laserlicht unter Ausnutzung optophysikalischer Gesetzmäßigkeiten zu dem Bearbeitungslaserstrahl 6 umgeformt, das heißt beispielsweise fokussiert, gebrochen, umgelenkt, reflektiert etc., sodass sich letztendlich die Lage der Strahltaille 8 und infolgedessen der Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2 ergibt. Dabei weist die Bearbeitungslaseroptik 4 eine Optikmittenachse 11 auf, welche beispielsweise eine Längsmittelachse der Bearbeitungslaseroptik 4 bildet. Die Optikmittenachse 11 bzw. die Längsmittelachse der Bearbeitungslaseroptik 4 charakterisiert beispielsweise einen Strahlenpfad oder Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls 6.
  • Das Laserlicht, das mittels der Bearbeitungslaseroptik 4 zu dem Bearbeitungslaserstrahl 6 umgeformt wird, wird an einer Eingangsseite 12 der Bearbeitungslaseroptik 4 mittels einer Bearbeitungslaserlichtquelle 13 in die Optikelemente 10 der Bearbeitungslaseroptik 4 eingekoppelt, sodass es als der Bearbeitungslaserstrahl 6 an einer Ausgangsseite 14 der Bearbeitungslaseroptik 4 austritt. Bei der Bearbeitungslaserlichtquelle 13 kann es sich beispielsweise um eine Laserdiode und/oder um eine sonstige Laserlichtquelle handeln, wobei insbesondere zu verstehen ist, dass die Bearbeitungslaserlichtquelle 13 entfernt von der Bearbeitungslaseroptik 4 angeordnet sein kann, sodass das Bearbeitungslaserlicht beispielsweise mittels eines Lichtleitelements, beispielsweise Lichtleitkabels, an der Eingangsseite 12 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingekoppelt werden kann.
  • Die Bearbeitungslaseroptik 4 und infolgedessen das Laserwerkzeug 2 weist weiter das Optikschutzelement 5 auf, durch welches die Optikelemente 10 davor geschützt sind, verschmutzt und/oder beschädigt zu werden, wenn während eines Laserbearbeitens des Werkstücks 7 geschmolzenes Material desselben aufspritzt oder aufgewirbelt wird. Hierzu ist das Optikschutzelement 5, welches beispielsweise als eine Schutzglasscheibe ausgebildet ist, in die Bearbeitungslaseroptik 4, insbesondere koaxial in Bezug zu der Optikmittenachse 11 eingesetzt. Hierzu weist das Laserwerkzeug 2, insbesondere die Bearbeitungslaseroptik 4, ein Aufnahmeelement 15 auf, das mit dem Optikschutzelement 5 korrespondiert, wobei das Optikschutzelement 5 ein (erstes) Einsetzelement 16 bildet, sodass das Optikschutzelement 5 bzw. das erste Einsetzelement 16 und das Aufnahmeelement 15 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Bearbeitungslaseroptik 4 zum Bilden einer Haltevorrichtung ausgebildet sind. Dabei weist diese Haltevorrichtung das Aufnahmeelement 15 und das darin eingesetzte erste Einsetzelement 16, das heißt das Optikschutzelement 5, auf. Beispielsweise ist vorgesehen, dass zwischen dem Einsetzelement 16 und infolgedessen dem Optikschutzelement 5 und dem Aufnahmeelement 15 ein Kraft- und/oder Formschluss gebildet ist, wodurch das Optikschutzelement 5 als das erste Einsetzelement 16 kraft- und/oder formschlüssig in dem Aufnahmeelement 15 der Bearbeitungslaseroptik 4 gehalten oder halterbar ist. Des Weiteren ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass der zwischen dem Einsetzelement 16 und dem Aufnahmeelement 15 wirkende oder schließbare Kraft- und/oder Formschluss zerstörungsfrei reversibel lösbar ist, sodass das Optikschutzelement 5 als das erste Einsetzelement 16 zerstörungsfrei reversibel aus dem Aufnahmeelement 15 und infolgedessen aus der Bearbeitungslaseroptik 4 herausnehmbar ist.
  • Wie weiter unten noch genauer dargelegt wird, weist das Messinstrument 1 ein Gehäuse 17 auf, dessen Außengestalt 18 derart ausgebildet ist, dass das Messinstrument 1 und das Optikschutzelement 5 eine gleiche Außengestalt 18, 19 aufweisen. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 17 des Messinstruments 1 derart ausgebildet, dass die Außengestalt 18 des Messinstruments 1 und die Außengestalt 19 des Optikschutzelements 5 miteinander zumindest insoweit korrespondieren, als das Messinstrument 1 anstatt des Optikschutzelements 5 in die Bearbeitungslaseroptik 4 einsetzbar ist. Das bedeutet beispielsweise, dass das Gehäuse 17 des Messinstruments 1 Mittel zum Schließen eines Kraft- und/oder Formschlusses zwischen dem Messinstrument 1 und dem Aufnahmeelement 15 der Bearbeitungslaseroptik 4 aufweist. In anderen Worten ist durch das Messinstrument 1 ein weiteres (beispielsweise zweites) Einsetzelement 20 für das Aufnahmeelement 15 gebildet. Folglich sind das Messinstrument 1 bzw. das zweite Einsetzelement 20 und das Aufnahmeelement 15 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Bearbeitungslaseroptik 4 zum Bilden der Haltevorrichtung ausgebildet. Dabei weist dann die Haltevorrichtung das Aufnahmeelement 15 und - alternativ zu dem Optikschutzelement 5 - das darin eingesetzte zweite Einsetzelement 20, das heißt das Messinstrument 1, auf.
  • Das Messinstrument 1 weist einen Abstandssensor 21, insbesondere Lasertriangulationssensor 22, auf, mittels dessen ein Messlaserstrahl 23 emittierbar oder ausstrahlbar ist, welcher zum Messen eines Abstands 24 auf das Werkstück 7, insbesondere auf eine Oberfläche 25 des Werkstücks 7, ausrichtbar ist. Hierzu weist der Lasertriangulationssensor 22 bzw. Abstandssensor 21 im vorliegenden Beispiel eine Messlaserlichtquelle 26 auf, die insbesondere unterschiedlich von der Bearbeitungslaserlichtquelle 13 ausgebildet ist. Des Weiteren weist das Messinstrument 1 ein Spiegelelement 27 auf, mittels dessen der Messlaserstrahl 23 im Betrieb des Messinstruments 1 auf das Werkstück 7 bzw. auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 gerichtet wird. Unter einem Auftreffen des Messlaserstrahls 23 auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 wird dieser als ein Reflexionsmesslaserstrahl 28 von der Oberfläche 25 des Werkstücks 7 reflektiert, wobei zwischen dem Messlaserstrahl 23 und dem Reflexionsmesslaserstrahl 28 ein Reflexionswinkel ausgebildet wird, durch welchen der Abstand 24 charakterisierbar ist. Im vorliegenden Beispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass mittels des Spiegelelements 27 sowohl der Messlaserstrahl 23 als auch der Reflexionsmesslaserstrahl 28 jeweils um circa 90 Grad umgelenkt werden, sodass eine besonders kompakte Konstruktion des Messinstruments 1 ermöglicht ist, beispielsweise, wenn der Lasertriangulationssensor 22 besonders hoch baut, um diesen dann liegend zu montieren.
  • Um während eines Serienfertigungsprozesses besonders schnell und effizient den Abstand 24 bestimmen zu können, über welchen das Laserwerkzeug 2, insbesondere die Ausgangsseite 14 des Laserwerkzeugs 2 und das Werkstück 7, insbesondere dessen Oberfläche 25, voneinander beabstandet sind, ist gemäß dem Verfahren zum Messen des Abstands 24 das Optikschutzelement 5 bzw. das erste Einsetzelement 16 auf dem Laserwerkzeug 2, insbesondere aus der Bearbeitungslaseroptik 4, zu entnehmen. Hiernach ist das Messinstrument 1 bzw. das (zweite) Einsetzelement 20 in das Laserwerkzeug 2, insbesondere in die Bearbeitungslaseroptik 4, einzusetzen, indem das Messinstrument 1 in das Aufnahmeelement 15 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Bearbeitungslaseroptik 4 eingesetzt wird. Mit anderen Worten wird zum Messen des Abstands 24 das Optikschutzelement 5 gegen das Messinstrument 1 ausgetauscht. Zuvor ist der Bearbeitungslaserstrahl 6 zu deaktivieren, beispielsweise indem die Bearbeitungslaserlichtquelle 13 deaktiviert wird.
  • Im Folgenden wird also das Laserwerkzeug 2 beschrieben, wobei das Messinstrument 1 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingesetzt ist. Es ist zu erkennen, dass mittels des Lasertriangulationssensors 22 und mittels des Spiegelelements 27 der Messlaserstrahl 23 auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 gestrahlt wird, sodass der Messlaserstrahl 23 mittels der Oberfläche 25 als der Reflexionsmesslaserstrahl 28 zu dem Lasertriangulationssensor 22 reflektiert wird. Hierbei wird der Reflexionsmesslaserstrahl 28 im vorliegenden Beispiel mittels des Spiegelelements 27 umgelenkt. Da eine geometrische Anordnung des Aufnahmeelements 15 in Bezug zu einem dem Werkstück 7 zugewandten Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 bekannt ist, ist dementsprechend eine geometrische Anordnung des in das Aufnahmeelement 15 eingesetzten Messinstruments 1 in Bezug zu dem Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 bekannt. Es ist bei dem Verfahren beispielsweise vorgesehen, dass mittels des Messinstruments 1 ein Abstand 30 erfasst bzw. gemessen wird, über welchen das Messinstrument 1 und die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 voneinander beabstandet sind. Indem nun die geometrische Anordnung des Messinstruments 1 in Bezug zu dem Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 bekannt ist, lässt sich mittels einfacher mathematischer Operationen - die insbesondere von einer Steuereinheit oder Recheneinheit (nicht dargestellt) des Messinstruments 1 durchführbar sind - der Abstand 24 bestimmen, über welchen das Laserwerkzeug 2 und das Werkstück 7 voneinander beabstandet sind. So lässt sich in besonders kurzer Messzeit, etwa innerhalb von wenigen Sekunden, der Abstand 24 exakt bestimmen, sodass auf diese Weise besonders einfach feststellbar ist, ob die Strahltaille 8 bzw. der Bearbeitungspunkt 9 in erwünschter Weise in Bezug zu dem Werkstück 7 angeordnet ist, um eine besonders hohe bzw. vorteilhafte Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des mittels des Laserbearbeitens bearbeiteten Werkstücks 7 zu gewährleisten.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Laserwerkzeug 2 oder die das Laserwerkzeug 2 aufweisende Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 mitsamt dem Messinstrument 1 bei einer Inbetriebnahme des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 kalibriert wird, wobei beispielsweise der gewünschte bzw. ideale Abstand zwischen dem Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 und der Oberfläche 25 des Werkstücks 7 manuell eingestellt wird. Das Messinstrument 1 ist in diesem Fall dann beispielsweise derart einstellbar, dass ein Abweichen des Laserwerkzeugs 2 und/oder des Werkstücks 7 von diesem idealen Abstand mittels des Messinstruments 1 erfasst wird, indem mittels des Messinstruments 1 ein größerer bzw. kleinerer Abstand als der ideale Abstand gemessen oder erfasst wird.
  • Das Messinstrument 1 weist im vorliegenden Beispiel des Weiteren eine Ausgabeeinheit 31 auf, mittels derer ein den Abstand 24 und/oder den Abstand 30 charakterisierender Abstandswert bereitstellbar ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Ausgabeeinheit 31 ein Display 32 aufweist, wodurch dem menschlichen Bediener des Laserwerkzeugs 2 bzw. des Messinstruments 1 der Abstandswert bereitstellbar ist, beispielsweise in Form von Text, insbesondere Ziffern, In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Messinstruments 1 weist die Ausgabeeinheit 31 alternativ oder zusätzlich zu dem Display 32 ein Datenkommunikationselement 33 auf, mittels dessen der Abstandswert in Datenform der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3, insbesondere der Steuereinrichtung derselben, bereitstellbar ist. Das bedeutet beispielsweise, dass beim Messen bzw. Erfassen des Abstands 24 der den Abstand 24 charakterisierende Abstandswert mittels des Messinstruments 1 über das Datenkommunikationselement 33 der Steuereinrichtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 bereitgestellt wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuereinrichtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 dazu ausgebildet ist, den Abstandswert als ein Eingangssteuersignal zu akzeptieren, was bedeutet, dass eine Aktorik 34 der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 mittels der Steuereinrichtung basierend auf dem Abstandswert steuerbar ist. Mit anderen Worten ist es bei der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 ermöglicht, dass der Abstand 24 automatisch bzw. autonom eingestellt wird, sobald das Messinstrument 1 bestimmungsgemäß in das Aufnahmeelement 15 der Bearbeitungslaseroptik 4 bzw. des Laserwerkzeugs 2 eingesetzt ist.
  • Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 weist das Laserwerkzeug 2 und infolgedessen - sofern das Messinstrument 1 in das Laserwerkzeug 2 eingesetzt ist, das Messinstrument 1 auf. Vorliegend ist die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 als ein Werkstückbearbeitungsroboter ausgebildet oder weist diesen zumindest auf. Das bedeutet, dass die Aktorik 34 der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 beispielsweise als eine Roboteraktorik ausgebildet sein kann, wobei das Laserwerkzeug 2 zum Beispiel ein distales Endglied des Werkstückbearbeitungsroboters bildet oder an diesem distalen Endglied angeordnet ist. Dementsprechend ist die Steuereinrichtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 als eine Roboter-Steuereinrichtung ausgebildet, welcher insbesondere mittels des Datenkommunikationselements 33 der Ausgabeeinheit 31 der Abstandswert in Datenform bereitstellbar ist, sodass dann - nachdem der Abstand 24 mittels des Messinstruments 1 erfasst worden ist - die Roboter-Steuereinrichtung dem Werkstückbearbeitungsroboter, das heißt die Aktorik 34, zum Justieren bzw. Nachjustieren entsprechend steuert. Liegt also eine Dejustierung des Abstands 24 vor, sodass der Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2, welcher einen Bearbeitungspunkt der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 bildet, in Bezug zu dem Werkstück 7 in unerwünschter Weise verstellt ist, kann beispielsweise durch die Roboter-Steuereinrichtung Einfluss auf eine Roboterprogrammierung genommen werden, anhand derer die Aktorik 34 bzw. Roboteraktorik steuerbar ist oder gesteuert wird, um den Abstand 24 (wieder) derart einzustellen, dass der Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 wunschgemäß in Bezug zu dem Werkstück 7 angeordnet ist oder wird.
  • Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels des Messinstruments 1, mittels des Laserwerkzeugs 2, mittels der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 und/oder mittels des Verfahrens zum Messen des Abstands 24 dieser besonders effizient messbar ist, insbesondere ohne einen Serienfertigungsprozess oder Serienbearbeitungsprozess in nachteiliger Weise besonders lang unterbrechen zu müssen. Denn in dem das Messinstrument 1 bestimmungsgemäß in das Aufnahmeelement 15 des Bearbeitungslaseroptik 4 einsetzbar ist, entfällt eine besonders lange und nachteilige Rüstzeit des Laserwerkzeugs 2, um dieses zum Messen des Abstands 24 umzurüsten. Stattdessen wird in einfacher Weise das Optikschutzelement 5 bzw. die Schutzglasscheibe besonders effizient aus dem Aufnahmeelement 15, das heißt aus der Bearbeitungslaseroptik 4, herausgenommen, wonach ebenso effizient bzw. einfach das Messinstrument 1 in das Aufnahmeelement 15, das heißt in die Bearbeitungslaseroptik 4 einsetzbar ist. So ergeben sich die äußert kurze Messzeit sowie eine besonders schnelle Inbetriebnahme, und zum Ausführen dieser Messung sind keine Spezialkenntnisse des Personals notwendig, die über das Bedienen des Laserwerkzeugs 2 und das Austauschen bzw. das Ersetzen des Optikschutzelements 5 hinausgehen.
  • Des Weiteren ist das Messinstrument 1 besonders kostengünstig, da es im Vergleich zu herkömmlichen Messsystemen (welche mehrere Zehntausend Euro kosten können) besonders günstig ist, insbesondere weniger als eintausend Euro kostet. Hierdurch ergibt sich ein ökonomisch besonders günstiges Messverfahren, was zu einer besonders hohen und insbesondere gleichbleibenden Qualität von Werkstücken 7 beiträgt.
  • Überdies ist der Abstand 24, über welchen das Laserwerkzeug 2 und die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 voneinander beabstandet sind, besonders exakt erfassbar, indem der Messlaserstrahl 23 entlang des Strahlpfads des Bearbeitungslaserstrahls 6, beispielsweise entlang der Optikmittenachse 11, auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 projiziert wird. Denn hierbei wird direkt an dem Bearbeitungspunkt 9 der Abstand 24 gemessen bzw. erfasst, was im Vergleich zu dem Erfassen des Abstands 24 abseits des Bearbeitungspunkts 9 zu bevorzugen ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Messinstrument
    2
    Laserwerkzeug
    3
    Werkstückbearbeitungsvorrichtung
    4
    Bearbeitungslaseroptik
    5
    Optikschutzelement
    6
    Bearbeitungslaserstrahl
    7
    Werkstück
    8
    Strahltaille
    9
    Bearbeitungspunkt
    10
    Optikelement
    11
    Optikmittenachse
    12
    Eingangsseite
    13
    Bearbeitungslaserlichtquelle
    14
    Ausgangsseite
    15
    Aufnahmeelement
    16
    Einsetzelement
    17
    Gehäuse
    18
    Außengestalt
    19
    Außengestalt
    20
    Einsetzelement
    21
    Abstandssensor
    22
    Lasertriangulationssensor
    23
    Messlaserstrahl
    24
    Abstand
    25
    Oberfläche
    26
    Messlaserlichtquelle
    27
    Spiegelelement
    28
    Reflexionsmesslaserstrahl
    29
    Ende
    30
    Abstand
    31
    Ausgabeeinheit
    32
    Display
    33
    Datenkommunikationselement
    34
    Aktorik

Claims (8)

  1. Messinstrument (1, 20) für ein Laserwerkzeug (2), zum Messen eines Abstands (30) zwischen dem Messinstrument (1, 20) und einem Objekt (7), mit einem Lasertriangulationssensor (21, 22), mittels dessen ein Messlaserstrahl (23) auf das Objekt (7, 25) ausstrahlbar ist, welcher unter einem Auftreffen auf das Objekt (7, 25) als ein Reflexionsmesslaserstrahl (28) mittels des Objekts (7, 25) reflektierbar und von dem Lasertriangulationssensor (21, 22) empfangbar ist, und mit einem Gehäuse (17), in welchem der Lasertriangulationssensor (21, 22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) eine Außengestalt (18) aufweist, die mit einer Außengestalt (19) eines Optikschutzelements (5, 16) einer Bearbeitungslaseroptik (4) des Laserwerkzeugs (2) korrespondiert, wodurch das Gehäuse (17) und infolgedessen das Messinstrument (1, 20) in das Laserwerkzeug (2) einsetzbar ist.
  2. Messinstrument (1, 20) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in dem Gehäuse (17) angeordnetes Spiegelelement (27), mittels dessen der Messlaserstrahl (23) in Richtung hin zu dem Objekt (7, 25) umlenkbar ist und der Reflexionsmesslaserstrahl (28) in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor (21, 22) umlenkbar ist.
  3. Messinstrument (1, 20) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinheit (31, 32, 33), mittels derer ein den Abstand (30) zwischen dem Messinstrument (1, 20) und dem Objekt (7, 25) charakterisierender Abstandswert bereitstellbar ist.
  4. Messinstrument (1, 20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (31) ein Display (32) aufweist, mittels dessen der Abstandswert bereitstellbar ist.
  5. Messinstrument (1, 20) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (31) ein Datenkommunikationselement (33) aufweist und der Abstandswert in Datenform einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung (3) bereitstellbar ist.
  6. Laserwerkzeug (2) zum Laserbearbeiten eines Objekts (7), mit einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Messinstrument (1, 20), sodass mittels des Laserwerkzeugs (2) ein Abstand (24) zwischen dem Laserwerkzeug (2) und dem Objekt (7) bestimmbar ist, mit einer Bearbeitungslaserlichtquelle (13) und mit einer Bearbeitungslaseroptik (4), welche ein Aufnahmeelement (15) aufweist, mittels dessen ein Optikschutzelement (5, 16) der Bearbeitungslaseroptik (4) reversibel zerstörungsfrei lösbar aus der Bearbeitungslaseroptik (4) entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) des Messinstruments (1) eine Außengestalt (18) aufweist, die mit einer Außengestalt (19) des Optikschutzelements (5, 16) korrespondiert, wodurch das Gehäuse (17) und infolgedessen das Messinstrument (1, 20) reversibel zerstörungsfrei lösbar in die Bearbeitungslaseroptik (4) einsetzbar ist.
  7. Werkstückbearbeitungsvorrichtung (3) mit einem nach Anspruch 6 ausgebildeten Laserwerkzeug (2).
  8. Verfahren zum Bestimmen eines Abstands (24) zwischen einem nach Anspruch 6 ausgebildeten Laserwerkzeug (2) und einem Objekt (7), wobei ein Optikschutzelement (5, 16) des Laserwerkzeugs (2) reversibel zerstörungsfrei aus einer Bearbeitungslaseroptik (4) des Laserwerkzeugs (2) entnommen und ein nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildetes Messinstrument (1, 20) anstelle des Optikschutzelements (5, 16) in die Bearbeitungslaseroptik (4) eingesetzt wird.
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