EP2874778A1 - Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen abstandsmessung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen abstandsmessung

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EP2874778A1
EP2874778A1 EP13729603.4A EP13729603A EP2874778A1 EP 2874778 A1 EP2874778 A1 EP 2874778A1 EP 13729603 A EP13729603 A EP 13729603A EP 2874778 A1 EP2874778 A1 EP 2874778A1
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EP
European Patent Office
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measuring
processing laser
laser
distance measurement
point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13729603.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bostjan Podobnik
Frank Povse
Klemen BONTAR
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LPKF Laser and Elektronika doo
Original Assignee
LPKF Laser and Elektronika doo
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Publication date
Application filed by LPKF Laser and Elektronika doo filed Critical LPKF Laser and Elektronika doo
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B23K26/048—Automatically focusing the laser beam by controlling the distance between laser head and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Definitions

  • the invention relates to a method, in particular triangulation measuring method, for contactless distance measurement, in which the distance of an object from a laser source or a stationary reference point determined by means of a processing for laser processing of an object processing laser by detecting a reflected in a measuring point of the object beam by means of an optical sensor becomes. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • Such a measuring method according to the principle of triangulation is a method of optical distance measurement taking into account the trigonometric trigonometric functions, in which a laser beam is focused, for example, on an object whose distance to the measuring device is to be determined.
  • the distance of the object from the optical sensor changes, so does the angle at which the reflected beam is observed, and thus the position of its image on the sensor. From the position change, the distance of the object from the processing laser or a reference point is calculated by means of the trigonometric trigonometric functions.
  • the distance between the optical sensor and the object can be calculated.
  • the triangulation measurement method is used in a measuring range of 0.01 mm to about 1000 mm.
  • the optical sensor is a photosensitive element, by which the position of the light spot in the image plane can be determined.
  • a CCD cell a CMOS camera or an optical position sensor, for example
  • CONFIRMATION COPY PSD to be used.
  • simple optical components such as photodiodes or phototransistors.
  • the signal can also be generated by other radiations such as microwaves, UV radiation, IR radiation, X-rays, sound waves or radioactive radiation.
  • EP 2 418 040 A1 describes a method for controlling a joining device with a processing laser, the scanner optics being equipped with at least one external projector.
  • the projector serves to project measuring light in the form of measuring structures, at least one line, onto the workpiece to be machined.
  • DE 10 2006 004 919 A1 describes a laser beam welding head with a welding beam and means for optically detecting the position of a weld at a leading measuring position, wherein a correction signal generated based on a deviation of the weld from a desired position can be used directly to correct the position of the welding beam.
  • EP 2 062 674 A1 describes a method for preparing a laser welding process, with a sensor device detecting the position of a joint on a workpiece in a measuring region leading to a laser beam position.
  • a distance measuring device in particular for detecting the altitude of a machining tool relative to the surface of a workpiece is known.
  • DE 10 2006 030 061 A1 relates to a laser beam welding method, in which the processing laser beam is also used as a measuring laser beam at the same time Position detection of the joint to realize. A distance measurement, however, is not revealed.
  • a disadvantage for the accuracy of the measurement proves in practice a well-known under the name "Speckies” effect, in which the light is scattered the stronger the shorter the wavelength. Especially with glossy surfaces, the light is not reflected in the direction of the optical sensor, so dropouts can not be reliably excluded.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method and a device for non-contact distance measurement, which overcome the disadvantages mentioned above and inexpensive to manufacture and are universally applicable.
  • the first object is achieved by a method according to the features of claim 1.
  • the further embodiment of the invention can be found in the dependent claims.
  • a method is provided in which, during the distance measurement, the measuring point of the processing laser is moved relative to the object to be measured along a predetermined course on the object.
  • the processing laser beam is dynamically deflected onto a multiplicity of successive light spots on the surface of the object, an increase in accuracy compared to mere reflection could be achieved in a surprisingly simple manner of a spot of light or spot on the surface of the object. It has been found that the laser beam produced in this way during the measurement produces a significantly better detectable sharp contour, which in practice leads to significantly lower error influences.
  • the laser power is concentrated only for an extremely short period of time to a respective measuring point and thus effectively reduces the energy input of the processing laser acting on a respective surface point of the object.
  • the laser spot or laser focus is moved on the object along the predetermined course of the peripheral contour, so that an irreversible action of the laser on the object due to the short residence time can be excluded.
  • a processing laser that causes a permanent change in the object during its processing cycle without a change in its parameter setting during of the measuring cycle can be used without irreversible change in the properties of the surface point acted upon by the laser energy during the measuring cycle.
  • the effects of the unwanted speckle effect due to the dynamic course of the laser spot on the object during the distance measurement are far less pronounced than is the case with static measuring methods according to the prior art.
  • the dynamic deflection of the measuring point could for example be done by two intersecting lines.
  • a modification of the invention in which the processing laser is deflected along a closed circumferential contour, which is preferably free of points of discontinuity and therefore enables a stationary change of the measuring point on the surface is particularly promising.
  • the maximum energy input relative to a single measurement point can be substantially reduced.
  • the processing laser of the peripheral contour is tracked with a steady, especially constant speed.
  • a continuous action of the laser energy with respect to the affected surface points of the object is ensured. If it comes to a thermal energy input due to the laser energy, so unwanted material stresses can be avoided by a uniform distribution of the acted upon by the laser energy surface points.
  • the circumferential contour can run concentrically around a corresponding center, which corresponds for example to the centroid or a geometric center of the object.
  • an increase in the accuracy of the measuring method can be achieved in a simple manner in that the measuring point of the processing laser is performed several times along the predetermined course.
  • the accuracy of the measurement can be increased in a simple manner, without requiring an enlargement of the detection range of the optical sensor for this purpose.
  • the predetermined course of the measuring point could follow a continuous or broken line.
  • the contour corresponds to a geometric shape or a figure.
  • a further modification according to the invention proves to be particularly useful in which only a fulfillment or non-compliance is determined for individual, predetermined measuring points, so that the optical sensor is used only for monitoring these discrete measuring points and their compliance.
  • different values for the distance of the object from the reference point are not detected for a particular measuring point, but rather only the fulfillment of a value determined by the detection range of the sensor is controlled.
  • the optical sensor as well as the controller can be significantly simplified.
  • so-called pinholes which detect the exposure of a certain point by the light reflected from the measuring point have proven to be suitable.
  • a simple photodiode allows the detection of compliance with certain forms or limits.
  • the processing laser can be assigned a scanner optics, by which the laser beam is deflected.
  • Another, also particularly advantageous embodiment of the method is achieved in that the deflection is effected by a movement of a temporarily fixing the object, for example by means of a movable table in two axes.
  • the object is still achieved by a device for carrying out a triangulation measurement method, with a device for relative movement of the object to be measured fixing recording relative to a processing laser or a fixed reference point in a particular horizontal plane.
  • the invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below with reference to a schematic diagram.
  • This shows a device 1 for contactless distance measurement, in which a distance a of an object 2 from a reference point 3 in a measuring cycle is determined by a laser beam 4, which is used as a processing laser during a processing cycle, not shown, for the material processing of the object 2.
  • the determination of the distance a of the reference point 3 of the device 1 is carried out according to the principle of triangulation by detecting a reflected from the object 2 measuring point 5 by means of an optical sensor 6.
  • the measuring point 5 during the measuring cycle relative to the measuring object 2 along a predetermined course of a closed circumferential contour 7, which is shown here only by way of example by two measuring points 5 ', 5 "on a circle on which object 2 moves at a constant relative speed for an extremely short period of time focused on the respective measuring point 5 of the circumferential contour 7, so that the energy input acting on a respective surface point of the object 2 during the measuring cycle compared to the duty cycle is substantially reduced .An unwanted irreversible change of the object 2 is therefore excluded during the measurement cycle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur berührungslosen Abstandsmessung, bei dem ein Abstand (a) eines Objekts (2) von einem Bezugspunkt (3) in einem dargestellten Messzyklus durch einen Laserstrahl (4) bestimmt wird. Dabei wird der Messpunkt (5) während des Messzyklus relativ zu dem zu messenden Objekt (2) entlang eines vorbestimmten Verlaufs einer geschlossenen Umfangskontur (7) auf dem Objekt (2) mit konstanter Relativgeschwindigkeit bewegt. Aufgrund der so realisierten dynamischen Abstandsbestimmung wird die Laserenergie nur für einen äußerst kurzen Zeitraum auf den jeweiligen Messpunkt (5) der Umfangskontur (7) fokussiert, sodass der auf einen jeweiligen Oberflächenpunkt des Objekts (2) einwirkende Energieeintrag vergleichsweise gering ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere Triangulationsmessverfahren, zur berührungslosen Abstandsmessung, bei dem der Abstand eines Objekts von einer Laserquelle oder einem ortsfesten Bezugspunkt mittels eines zur Materialbearbeitung eines Objekts bestimmten Bearbeitungslasers durch Erfassung eines in einem Messpunkt von dem Objekt reflektierten Strahls mittels eines optischen Sensors bestimmt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein solches Messverfahren nach dem Prinzip der Triangulation ist eine Methode der optischen Abstandsmessung unter Berücksichtigung der trigonometrischen Winkelfunktionen, bei der ein Laserstrahl beispielsweise auf ein Objekt fokussiert wird, dessen Abstand zur Messvorrichtung bestimmt werden soll.
Ändert sich die Entfernung des Objekts von dem optischen Sensor, ändert sich auch der Winkel, unter dem der reflektierte Strahl beobachtet wird, und damit die Position seines Abbilds auf dem Sensor. Aus der Positionsänderung wird mit Hilfe der trigonometrischen Winkelfunktionen die Entfernung des Objekts von dem Bearbeitungslaser bzw. einem Bezugspunkt berechnet.
Aus der Position des reflektierten Lichts in der Bildebene kann die Distanz zwischen dem optischen Sensor und dem Objekt berechnet werden. Typischerweise wird das Triangulations-Messverfahren in einem Messbereich von 0,01 mm bis ca. 1000 mm eingesetzt.
Bei dem optischen Sensor handelt es sich um ein lichtempfindliches Element, durch das die Position des Lichtpunkts in der Bildebene bestimmt werden kann. Dafür kann beispielsweise eine CCD-Zelle, eine CMOS-Kamera oder ein optischer Positionssensor, beispielsweise
BESTÄTIGUNGSKOPIE PSD, verwendet werden. Zur Messung von direktem oder reflektiertem Licht können auch einfache optische Bauteile wie Fotodioden oder Fototransistoren verwendet werden.
Neben sichtbarem Licht kann das Signal auch durch andere Strahlungen wie Mikrowellen, UV-Strahlung, IR-Strahlung, Röntgenstrahlung, Schallwellen oder radioaktive Strahlung erzeugt werden.
Es ist auch bereits bekannt, ein Muster, etwa eine Linie oder ein Streifenmuster, auf das Objekt zu projizieren, sodass die Distanzinformationen zu allen Punkten des Musters mit einem einzigen Kamerabild berechnet werden können.
Beispielsweise beschreibt die EP 2 418 040 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Fügevorrichtung mit einem Bearbeitungslaser, wobei die Scanner-Optik mit mindestens einem externen Projektor ausgestattet ist. Der Projektor dient dazu, Messlicht in Form von Messstrukturen, zumindest eine Linie, auf das zu bearbeitende Werkstück zu projizieren.
Es ist auch bereits daran gedacht worden, als Lichtquelle einen zur Materialbearbeitung einsetzbaren Laser zu nutzen, sodass dieser neben seiner Bearbeitungsfunktion wahlweise zugleich oder alternativ zur Abstandsmessung genutzt werden kann.
Die DE 10 2006 004 919 A1 beschreibt einen Laserstrahlschweißkopf mit einem Schweißstrahl und Mitteln zur optischen Erfassung der Position einer Schweißnaht an einer vorlaufenden Messposition, wobei ein basierend auf einer Abweichung der Schweißnaht von einer Sollposition erzeugtes Korrektursignal unmittelbar zur Korrektur der Position des Schweißstrahls verwendbar ist.
Die EP 2 062 674 A1 beschreibt ein Verfahren zum Vorbereiten eines Laserschweißprozesses, wobei mit einer Sensoreinrichtung die Position einer Fügestelle an einem Werkstück in einem Messbereich vorlaufend zu einer Laserstrahlposition erfasst wird.
Aus der DE 10 2006 040 612 A1 ist eine Abstandsmessvorrichtung, insbesondere zur Erfassung der Höhenlage eines Bearbeitungswerkzeuges relativ zu der Oberfläche eines Werkstückes bekannt.
Ferner bezieht sich die DE 10 2006 030 061 A1 auf ein Laserstrahlschweißverfahren, bei dem der Bearbeitungslaserstrahl zugleich auch als Messlaserstrahl genutzt wird, um so eine Lageerkennung der Fügestelle zu realisieren. Eine Abstandsmessung wird hingegen nicht offenbart.
Als nachteilig für die Genauigkeit der Messung erweist sich in der Praxis ein auch unter der Bezeichnung "Speckies" bekannter Effekt, bei dem das Licht umso stärker gestreut wird, je kürzer die Wellenlänge ist. Insbesondere bei glänzenden Oberflächen wird das Licht nicht in Richtung des optischen Sensors reflektiert, sodass Aussetzer nicht zuverlässig ausgeschlossen werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile überwinden und kostengünstig herzustellen sowie universell einsetzbar sind.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem während der Abstandsmessung der Messpunkt des Bearbeitungslasers relativ zu dem zu messenden Objekt entlang eines vorbestimmten Verlaufs auf dem Objekt bewegt wird. Indem anstelle eines Lichtpunkts bzw. eines stark fokussierten Lichtflecks und der Erfassung des von dem Objekt reflektierten Strahls erfindungsgemäß auf der Oberfläche des Objekts der Bearbeitungslaserstrahl dynamisch auf eine Vielzahl aufeinander folgender Lichtpunkte abgelenkt wird, konnte in überraschend einfacher Weise eine Steigerung der Genauigkeit gegenüber der bloßen Reflexion eines Lichtpunkts oder Lichtflecks auf der Oberfläche des Objekts erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass durch die so während der Messung erzeugte Linie des Laserstrahls eine wesentlich besser erfassbare scharfe Kontur erzeugt wird, die in der Praxis zu wesentlich geringeren Fehlereinflüssen führt. Darüber hinaus wird die Laserleistung nur für einen äußerst kurzen Zeitraum auf einen jeweiligen Messpunkt konzentriert und somit der auf einen jeweiligen Oberflächenpunkt des Objekts wirkende Energieeintrag des Bearbeitungslasers wirksam reduziert. Insbesondere wird der Laserpunkt bzw. Laserfokus auf dem Objekt entlang des vorbestimmten Verlaufs der Umfangskontur bewegt, sodass eine irreversible Einwirkung des Lasers auf das Objekt aufgrund der kurzen Verweildauer ausgeschlossen werden kann. Mit anderen Worten kann also ein Bearbeitungslaser, welcher während seines Bearbeitungszyklus eine dauerhafte Veränderung des Objekts bewirkt, ohne eine Änderung seiner Parametereinstellung während des Messzyklus zur Messung verwendet werden, ohne dass während des Messzyklus eine irreversible Änderung der Eigenschaften des von der Laserenergie beaufschlagten Oberflächenpunkts eintreten kann. Weiterhin wirken sich die Einflüsse des unerwünschten Speckles-Effekts aufgrund des dynamischen Verlaufs des Laserpunkts auf dem Objekt während der Abstandsmessung weit geringer aus als dies bei statischen Messverfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Die dynamische Ablenkung des Messpunkts könnte beispielsweise durch zwei einander kreuzende Linien erfolgen. Besonders Erfolg versprechend erweist sich hingegen eine Abwandlung der Erfindung, bei welcher der Bearbeitungslaser entlang einer geschlossenen Umfangskontur abgelenkt wird, welche vorzugsweise frei von Unstetigkeitsstellen ist und daher eine stationäre Änderung des Messpunkts auf der Oberfläche ermöglicht. Indem einander schneidende Linien sowie der damit verbundene zusätzliche Energieeintrag in einen bestimmten Oberflächenpunkt vermieden werden, kann zudem der maximale Energieeintrag bezogen auf einen einzelnen Messpunkt wesentlich vermindert werden.
Dabei erweist es sich zudem als besonders praxisgerecht, wenn der Bearbeitungslaser der Umfangskontur mit stetiger, insbesondere konstanter Geschwindigkeit nachgeführt wird. Hierdurch wird eine kontinuierliche Einwirkung der Laserenergie bezogen auf die betroffenen Oberflächenpunkte des Objekts sichergestellt. Sofern es aufgrund der Laserenergie zu einem thermischen Energieeintrag kommt, können so unerwünschte Materialspannungen durch eine gleichmäßige Verteilung der von der Laserenergie beaufschlagten Oberflächenpunkte vermieden werden. Beispielsweise kann die Umfangskontur konzentrisch um einen entsprechenden Mittelpunkt verlaufen, welcher beispielsweise dem Flächenschwerpunkt oder einer geometrischen Mitte des Objekts entspricht.
Dabei kann eine Erhöhung der Genauigkeit des Messverfahrens in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass der Messpunkt des Bearbeitungslasers mehrfach entlang des vorbestimmten Verlaufs geführt wird. Indem also der Messpunkt mehrfach dem vorbestimmten Verlauf bzw. der Kontur auf dem Objekt nachgeführt wird, kann in einfacher Weise die Genauigkeit der Messung erhöht werden, ohne dass hierzu eine Vergrößerung des Erfassungsbereichs des optischen Sensors erforderlich ist.
Der vorbestimmte Verlauf des Messpunkts könnte einer durchgehenden oder unterbrochenen Linie folgen. Besonders zweckmäßig ist es darüber hinaus, wenn die Kontur einer geometrischen Form oder einer Figur entspricht. Indem die Messlinie einer mathematisch einfach bestimmbaren Form oder Figur folgt, können mögliche Abweichungen oder auftretende Fehler vergleichsweise einfach erkannt und die Messergebnisse einer logischen Prüfung bzw. Kontrolle unterzogen werden.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung, bei welcher die Kontur zur Erfassung einer relativen Orientierung des Objekts gegenüber dem Bezugspunkt einer nicht-rotationssymmetrischen, insbesondere polygonalen Form entspricht, kann neben der Abstandsmessung zugleich auch eine relative Winkelstellung des Objekts gegenüber dem Bezugspunkt bestimmt werden, um so neben der Position des Objekts auch dessen Orientierung zu ermitteln.
Vorzugsweise werden in Verbindung mit einfachen geometrischen Formen im Verlauf der Kontur lediglich einzelne Messpunkte erfasst, um auf diese Weise mit geringem Aufwand eine Qualitätskontrolle durchführen zu können.
Dabei erweist sich eine weitere erfindungsgemäße Abwandlung als besonders sinnvoll, bei welcher für einzelne, vorbestimmte Messpunkte nur eine Erfüllung oder Nicht-Erfüllung bestimmt wird, sodass der optische Sensor lediglich zur Überwachung dieser diskreten Messpunkte und deren Einhaltung dient. Somit werden für einen bestimmten Messpunkt nicht etwa unterschiedliche Werte für den Abstand des Objekts von dem Bezugspunkt erfasst, sondern vielmehr lediglich die Erfüllung eines durch den Erfassungsbereich des Sensors bestimmten Wert kontrolliert. Hierdurch kann der optische Sensor ebenso wie die Steuerung wesentlich vereinfacht werden. Als geeignet haben sich hierzu beispielsweise auch sogenannte Pinholes erwiesen, welche die Belichtung eines bestimmten Punkts durch das von dem Messpunkt reflektierte Licht erfassen/registrieren. Beispielsweise ermöglicht eine einfache Fotodiode die Erfassung der Einhaltung bestimmter Formen bzw. Grenzwerte.
Dem Bearbeitungslaser kann eine Scanneroptik zugeordnet sein, durch die der Laserstrahl abgelenkt wird. Eine andere, ebenfalls besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die Ablenkung durch eine Bewegung einer das Objekt vorübergehend fixierenden Aufnahme erfolgt, beispielsweise mittels eines in zwei Achsen beweglichen Tischs.
Weiterhin wird die Aufgabe noch durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Triangulationsmessverfahrens gelöst, mit einer Einrichtung zur relativen Bewegung einer das zu messende Objekt fixierenden Aufnahme gegenüber einem Bearbeitungslaser oder einem ortsfesten Bezugspunkt in einer insbesondere horizontalen Ebene. Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand einer Prinzipdarstellung beschrieben. Diese zeigt eine Vorrichtung 1 zur berührungslosen Abstandsmessung, bei dem ein Abstand a eines Objekts 2 von einem Bezugspunkt 3 in einem dargestellten Messzyklus durch einen Laserstrahl 4 bestimmt wird, welcher als Bearbeitungslaser während eines nicht gezeigten Bearbeitungszyklus zur Materialbearbeitung des Objektes 2 verwendet wird. Die Bestimmung des Abstands a des Bezugspunkts 3 der Vorrichtung 1 erfolgt dabei nach dem Prinzip der Triangulation durch Erfassung eines von dem Objekt 2 reflektierten Messpunkts 5 mittels eines optischen Sensors 6. Dabei wird der Messpunkt 5 während des Messzyklus relativ zu dem messenden Objekt 2 entlang eines vorbestimmten Verlaufs einer geschlossenen Umfangskontur 7, die hier lediglich beispielhaft durch zwei Messpunkte 5', 5" auf einem Kreis dargestellt ist, auf dem Objekt 2 mit konstanter Relativgeschwindigkeit bewegt. Aufgrund der so realisierten dynamischen Abstandsbestimmung wird die im Vergleich zu dem Arbeitszyklus unveränderte Laserleistung nur für einen äußerst kurzen Zeitraum auf den jeweiligen Messpunkt 5 der Umfangskontur 7 fokussiert, sodass der auf einen jeweiligen Oberflächenpunkt des Objekts 2 einwirkende Energieeintrag während des Messzyklus im Vergleich zu dem Arbeitszyklus wesentlich reduziert ist. Eine unerwünschte irreversible Veränderung des Objekts 2 ist demnach während des Messzyklus ausgeschlossen. In einem vereinfachten Modus wird dabei lediglich die Einhaltung einer bestimmten Umfangskontur 7 kontrolliert, indem die Zuordnung des reflektierten Strahls eines oder mehrerer ausgewählter Messpunkte 5, 5', 5" zu einem bestimmten Segment 8 des optischen Sensors 6 erfasst wird. Um die gewünschte Relativbewegung zu erzeugen, wird das Objekt 2 mittels einer das Objekt 2 vorübergehend fixierenden Aufnahme 9 relativ zu dem Bezugspunkt 3 in Richtung der X-Achse und der Y- Achse bewegt.

Claims

PATE NTANS PRÜC H E
1. Verfahren, insbesondere Triangulationsmessverfahren, zur berührungslosen Abstandsmessung, bei dem der Abstand (a) eines Objekts (2) von einer Laserquelle oder einem ortsfesten Bezugspunkt (3) mittels eines zur Materialbearbeitung eines Objekts (2) bestimmten Bearbeitungslasers durch Erfassung eines in einem Messpunkt (5) von dem Objekt (2) reflektierten Strahls mittels eines optischen Sensors (6) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abstandsmessung mehrere Messpunkte (5', 5") des Bearbeitungslasers erfasst werden, indem das zu messende Objekt (2) entlang eines vorbestimmten Verlaufs auf dem Objekt (2) relativ zu dem Bezugspunkt (3) oder dem Bearbeitungslaser bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungslaser entlang einer geschlossenen Umfangskontur (7) abgelenkt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungslaser dem vorbestimmten Verlauf mit stetiger, insbesondere konstanter Geschwindigkeit nachgeführt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messpunkt (5) des Bearbeitungslasers mehrfach entlang des vorbestimmten Verlaufs, insbesondere der vollständigen Umfangskontur (7) geführt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskontur (7) einer geometrischen Form oder einer Figur entspricht.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskontur (7) zur Erfassung einer relativen Orientierung des Objekts gegenüber dem Bezugspunkt (3) einer nicht-rotationssymmetrischen, insbesondere polygonalen Form entspricht.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des vorbestimmten Verlaufs auf dem Objekt (2) lediglich einzelne Messpunkte (5\ 5") erfasst werden.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Sensors (6) lediglich einzelne diskrete Messpunkte (5) überwacht werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkung durch eine Bewegung einer das Objekt (2) vorübergehend fixierenden Aufnahme (9) erfolgt.
10. Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Triangulationsmessverfahrens zur berührungslosen Abstandsmessung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur relativen Bewegung einer das zu messende Objekt (2) fixierenden Aufnahme (9) gegenüber einem Bearbeitungslaser oder einem ortsfesten Bezugspunkt (3) in einer insbesondere horizontalen Ebene.
EP13729603.4A 2012-07-20 2013-06-12 Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen abstandsmessung Withdrawn EP2874778A1 (de)

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