WO2019076701A1 - BEARBEITUNGSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR INSBESONDERE SCHWEIßENDEN BEARBEITUNG EINES WERKSTÜCKS - Google Patents

BEARBEITUNGSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR INSBESONDERE SCHWEIßENDEN BEARBEITUNG EINES WERKSTÜCKS Download PDF

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Jan-Patrick Hermani
Steffen Kessler
Friedhelm Dorsch
Holger Braun
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Definitions

  • the present invention relates to a machining apparatus for the particularly welding machining of a workpiece, comprising: a machining head for providing a machining beam, in particular a laser beam, for the particular welding machining of the workpiece, and an optical interferometer, in particular an optical coherence tomograph, comprising: a Radiation source for generating radiation with a source power, a
  • a beam splitting device for splitting the source power of the beam source onto a reference path in which a retroreflector is arranged and a measuring path in which the workpiece is arranged, and a detector for detecting a total power of (interfering) radiation from the workpiece in the measuring path and reflected and / or scattered by the retroreflector in the reference path to the detector.
  • the invention also relates to an associated method for particularly welding a workpiece, which can be carried out in particular by means of such a processing device.
  • EP 1 977 850 B1 has disclosed a machining device for machining workpieces with an opaque surface, which has a machining head for providing a machining beam, in particular an electron beam or a laser beam.
  • the processing head is associated with a trained as an optical coherence tomography scanner, which is responsible for a
  • Laser processing apparatus having an optical coherence tomograph, which is adapted to measure a distance between the machining head and the workpiece, wherein in the optical
  • Coherence tomography produced by a measuring light source measuring light that has been reflected from the workpiece, interfering with measuring light that has traveled in a reference arm an optical path length.
  • a measuring light source measuring light that has been reflected from the workpiece, interfering with measuring light that has traveled in a reference arm an optical path length.
  • the reference arm is a
  • Path length modulator arranged in synchronism with and in response to a change in the focal length of a focusing optics of the machining head tracks the optical path length in the reference arm.
  • WO 2014/138939 A1 discloses a device for monitoring
  • the device can be used to real time in space and time
  • Characteristics of the weld such as Depth, length, width, and geometry of the keyholes, and information to determine if the keyhole is unstable, closes, or collapses.
  • a portion of a reference arm may be adjusted to provide the desired amount of power of a reference signal at the time of the reference
  • US 2012/0138586 A1 has disclosed methods and devices for using optical interferometry in the context of material change processes, especially in the context of welding processes.
  • a regulator regulates at least one processing parameter of the material changing process in response to an output signal of an optical interferometer.
  • US 2016/0183801 A1 has disclosed a polarized interferometric optical system, in particular an optical coherence tomography system, which has an improved signal-to-noise ratio.
  • Polarization beam splitter is arranged, determines the distribution of the power of the optical beam in reference radiation and test radiation (power ratio), whereby the signal-to-noise ratio is affected, the u.a. also depends on the scattering properties of the sample.
  • EP 2 062 674 A1 describes a method for preparing and performing a laser welding process.
  • a seam position control the position of a joint in a first measuring range leading to the laser beam position (pre-process), in a second measuring range (in-process) the laser beam position and in a third measuring range trailing to the laser beam position (post-process) a weld is detected.
  • the detection can, for example, by means of a
  • the reflectivity or reflectance differs in the
  • the invention has for its object to provide a processing apparatus and an associated method, which increase the signal quality and the signal-to-noise ratio in the interferometric measurement on the workpiece.
  • Subject of the invention
  • a processing device of the type mentioned above comprising: an adjusting device for changing a power component of the radiation reflected by the retroreflector to the detector and / or scattered radiation in the total power of the incident on the detector
  • a control device for acting on the adjusting device for controlling a ratio between a power component of the workpiece to the detector reflected and / or scattered radiation and the power component of the retroreflector to the detector reflected and / or scattered radiation to a (predetermined) target ratio ,
  • the amount of light of the detected radiation to be adjusted in order to optimally exploit the contrast range of the sensor or detector used.
  • an interferometric method for example in the optical
  • Coherence tomography is a simple adaptation of the light or the
  • Radiation amount which hits the detector, but not effective, since the source power of the beam source is divided on the measurement path and on the reference path and the respective reflected radiation interferes and together - possibly via a spectrometer - is fed to the detector.
  • An increase in the amount of light or radiation on the detector by a longer exposure time or by an increase in the source power therefore always alters the amount of light or the power component of the radiation in the reference path.
  • the inventors have recognized that for the best possible signal quality, an adjustment or a change in the Power portion of the reflected radiation from the retroreflector to the detector is required to the total detected power. It is understood that in addition, the amount of light striking or detected by the detector can be adjusted.
  • the control device may be a closed loop, which may comprise not just one, but two or more controllers. For the regulation of the relationship between the power component of the measuring path and the
  • the (actual) ratio P M / PR between the power component P M of the radiation reflected from the workpiece to the detector and the power component PR of the radiation reflected by the retroreflector to the detector can be determined.
  • Reference arm can be changed in order to regulate the (actual) ratio P M / PR to a desired ratio PMS / PRS ZU.
  • the detected total power or the current proportional to it which is at the (possibly spectral, s.u.) optical sets
  • Coherence tomography measured at the detector is composed of three parts, a DC share, a cross-correlation share and an auto-correlation share.
  • the DC component is a constant component, which is determined, for example, by means of a dark adjustment before the start of the detection or measurement and which, during the measurement, is generated from that produced by the detector, typically for
  • Total power proportional measurement signal (for example, a measuring current) is filtered out.
  • the DC component reduces the contrast range of the detector and should therefore be as small as possible.
  • the cross-correlation share contains the actual
  • Depth information i. the relevant interferometric signal component.
  • the auto-correlation component contains interference components between different measurement planes (different depths), where radiation reflects off the workpiece.
  • the Auto Correlation component is artifacts that distort the actual measurement result.
  • the power component PR of the radiation reflected at the retroreflector to the detector should be increased otherwise the auto-correlation share becomes too large.
  • the power component PR should be reduced, otherwise the DC component of the
  • a beam source which generates coherent radiation, for example a beam source in the form of a beam source
  • a non-spatially resolving detector is used as the detector, which converts the impinging total power into a generally proportional measurement signal, for example into a measuring current.
  • the reflected radiation can be decomposed on a spectrometer, for example in the form of a grating, into spectral components, wherein the spectral components at several detector surfaces of the
  • Detector eg in a sensor or diode line
  • the wavelength of the Radiation source can be tuned, if it is tunable in wavelength beam source.
  • the beam splitter device can also serve to bring together the radiation reflected by the workpiece and by the retroreflector so that it collectively reaches the detector. But it may possibly another optical device, such as another
  • Beam splitter device used to merge the reflected radiation from the measuring path and from the reference path.
  • the adjusting device for changing the distribution of the source power of the radiation of the beam source is formed on the reference path and on the measuring path.
  • the beam splitting device e.g. in form of
  • Polarization beam splitter to be rotated about the beam axis of the radiation generated by the beam source.
  • a beam axis of the radiation generated by the beam source Alternatively or additionally, for example, a
  • Polarization filter which is arranged in the beam path from the beam source to the beam splitter, are suitably adjusted, for example by this also about the beam axis of the beam source to the beam splitter device
  • Beam splitter may be configured to perform the distribution of the source power in other ways, for example, when the beam splitter is formed as a fast switching beam splitter (for example in the form of a rotatable prism or an electrically driven device). It is understood that the distribution of the source power using the beam splitter is not necessarily by a fast switching beam splitter (for example in the form of a rotatable prism or an electrically driven device). It is understood that the distribution of the source power using the beam splitter is not necessarily by a fast switching beam splitter (for example in the form of a rotatable prism or an electrically driven device). It is understood that the distribution of the source power using the beam splitter is not necessarily by a fast switching beam splitter (for example in the form of a rotatable prism or an electrically driven device). It is understood that the distribution of the source power using the beam splitter is not necessarily by a fast switching beam splitter (for example in the form of a rotatable prism or an electrically driven device). It is understood
  • Source power also in other ways, e.g. can be done by a geometric beam splitting.
  • the adjusting device is designed to change the power component of the radiation in the reference path or the power component in the measuring path.
  • the adjusting device is formed in this case usually as an adjustable attenuator, ie a part of the in the reference path or in The power path coupled to the measurement path is lost.
  • the adjusting device can be permanently arranged in the reference path or in the measuring path or for the
  • Attenuation of the power component for example, be introduced by means of an actuator in the reference path or in the measuring path. It is understood that an adjusting device for the reference path and a further adjusting device for the
  • Measuring path can be provided which cause a different (i.e., not mutually proportional) change in the respective power component to regulate the ratio between the two power components to the desired ratio.
  • the adjusting device is designed to change a reflectivity of the retroreflector arranged in the reference path; in particular, the retroreflector can form the actuating device.
  • the retroreflector which may be formed in this case, for example, as an end mirror, for example, can serve as a polarizer when using polarized radiation or have a reflectivity dependent on the polarization state of the impinging radiation. It is understood that other reflective elements,
  • the reflectance can be optionally changed, for example by a rotation of the respective deflection mirror about its axis.
  • the adjusting device is designed to act on a focusing device for changing a focus position of the radiation in the reference path.
  • the focusing device can serve to collimate the radiation that diverges from an optical fiber.
  • the focusing device is typically arranged in a rest position or in a nominal position such that the focus position lies in the plane at the exit-side end of the optical fiber. Will the focal length of the
  • Focusing device changes or becomes the distance between the
  • Focusing device and the exit end of the optical fiber changed, This leads to a defocusing of the radiation reflected back at the retroreflector, ie it is no longer completely coupled into the optical fiber, so that the power component of the radiation reflected by the detector decreases.
  • the same effect occurs when a focusing device for focusing the
  • Focusing device and the retroreflector is / are changed.
  • the focusing device comprises a movable, in particular displaceable along a beam axis of the reference path lens.
  • a lens e.g. in the form of a collimating lens can already be present in the reference path to the decoupled from an optical fiber, divergent
  • the power component in the reference path can be changed in a particularly simple manner.
  • Reference paths can be shifted and where the displacement is a defocusing and thus a weakening of the power of the
  • the adjusting device has an optical
  • the optical filter device can be an optical filter device with adjustable transmission or attenuation, which is permanently arranged in the reference path.
  • the optical filter device may also comprise one or more optical filters, which are introduced into the measuring path with the aid of at least one actuator in order to reduce or change the power of the radiation in the reference path.
  • the processing device comprises a further adjusting device for changing the source power of the beam source, wherein the control device is designed to act on the further adjusting device for the regulation of the total power reflected and / or scattered to the detector under a total power threshold value.
  • the further adjusting device can be, for example, a controllable current source which provides the current supplied to the beam source. In this way, for example, when using a superluminescent diode as the beam source of the diode current and thus the source power can be adjusted.
  • the threshold of total power that should not be exceeded is typically the upper one
  • the source power should be reduced so as not to exceed the contrast range and to avoid saturation of the detector. With a low reflectivity of the workpiece, the source power should be increased to maximize the contrast range. As described above, the
  • Control device form a closed loop. In this way, an adjustment of the detector, if necessary, can be dispensed with in the event of a change in the process parameters, for example of the material, of the angle at which the radiation strikes the workpiece in the measuring path, etc.
  • the optical coherence tomograph is for spectrally resolved detection, i. for receiving (at least) one spectrum, the total power reflected back to the detector.
  • the optical coherence tomograph may comprise a spectrometer for the spectral decomposition of the radiation reflected back from the measuring path and from the reference path to a plurality of measuring channels, in each of which one usually does not
  • Location-resolving detector surface is arranged, which corresponds to a specific wavelength or a predetermined wavelength band.
  • the spectrometer can, for example, a diffraction grating, a prism etc. for the spectral decomposition.
  • the detector may be formed, for example, as a line detector on which a plurality of detector surfaces are formed, each of which strikes radiation at one wavelength or in a (narrow) wavelength band.
  • a line detector on which a plurality of detector surfaces are formed, each of which strikes radiation at one wavelength or in a (narrow) wavelength band.
  • a wavelength tunable beam source can be used to sequentially detect radiation at different wavelengths.
  • a spectrally resolved measurement can also be a time-resolved measurement, in which the length of the reference arm is varied during the measurement.
  • the processing device has a
  • Evaluation device for determining at least one characteristic of the spectrally resolved total power or a spectrally resolved measurement signal (spectrum) generated therefrom, wherein the control device is designed, the desired ratio and / or the (total over the entire spectrum measured) total power as a function of to adjust the at least one characteristic.
  • Reflections from deeper levels are possible (n> 1).
  • the named product or its square root is included in the cross-correlation proportion, which should be as large as possible.
  • other parameters of the spectrally resolved total power can be determined, which for the specification or for the adjustment of the desired ratio or the total power or to others
  • the processing device additionally comprises a deflection device for deflecting the radiation in the measurement path
  • the deflection device can be, for example, a scanner device which makes it possible to deflect the radiation in the measurement path to different positions on the workpiece or to align it with different positions on the workpiece.
  • a scanner device typically has one or possibly several scanner mirrors which are arranged rotatable or tiltable.
  • the deflection device can be designed or arranged such that it only transmits the radiation generated by the beam source in the Align the measuring path to different positions on the workpiece, but does not affect the processing beam. In this way, the position of the radiation from the measuring path on the workpiece, regardless of the position of the
  • Machining beam are set on the workpiece.
  • the deflecting device is designed, in particular for welding machining of the workpiece, the radiation in the measuring path to (at least) a first position leading to a position of the machining beam on the workpiece, to the position of the machining beam on the workpiece and to (at least ) to deflect a second position trailing to the position of the machining beam on the workpiece.
  • the position of the joint or of the component to be welded, at the position of the component can be determined during a welding process or during a welding operation at the leading first position
  • control device which regulates the ratio between the power components in the measurement path and in the reference path to a predetermined target ratio or (automatically) to the reflection conditions in the keyhole or on the
  • the desired ratio between the power components in the measuring path and in the reference path can be determined empirically in a preceding measurement and assume a constant value for all three positions. However, as described above, it is also possible to dynamically adjust the desired ratio between the power components.
  • Beam source and / or the exposure time of the detector can be adjusted, for example by the total power applied to the detector is controlled. In this way, the best possible signal quality can be achieved for all measurement tasks be achieved, which leads to a more accurate measurement result and the
  • Measurement result can be intervened more precisely and faster in the machining process, if necessary, in order to optimize the
  • a further aspect of the invention relates to a method of processing a workpiece, in particular on a processing apparatus as described above, comprising: generating radiation with a source power, splitting the source power of the radiation onto a reference path in which a retroreflector is arranged, and on a Measuring path in which the workpiece is arranged, detecting a total power of the radiation that is reflected and / or scattered from the workpiece in the measuring path and the retroreflector in the reference path and interfering with each other, and regulating a ratio between a proportion of power reflected from the workpiece and / or scattered detected radiation and a power component of the detected radiation reflected and / or scattered by the retroreflector to a desired ratio by varying the power component of the radiation reflected and / or scattered by the retroreflector to the detector
  • the change in the power component includes that of the
  • Retroreflector reflected and / or scattered radiation in the total power changing the distribution of the source power of the radiation on the reference path and on the measuring path.
  • a suitably designed beam splitter in particular a polarization beam splitter, or otherwise.
  • changing the proportion of power of the radiation reflected by the retroreflector to the total power comprises changing, in particular weakening, the power portion of the radiation in the
  • Performance share can be done in different ways.
  • a focus position of the radiation in the reference path is changed to attenuate the power component of the radiation in the reference path, preferably by acting on one on one
  • Focusing device in the reference path particularly preferably by moving, in particular by moving, at least one lens in the reference path.
  • a tunable optical filter may be arranged in the reference path or one or, if appropriate, a plurality of optical filter devices may be moved into the reference path and out of it.
  • the attenuation of the power component in the reference path can also take place in other ways, for example by changing the reflectivity of the retroreflector.
  • the method additionally comprises: changing the source power to control the total detected power under one
  • the total power threshold depends on the upper power limit of the detector and is typically selected so that the detector does not exceed the contrast range, i. does not saturate.
  • Spectrally resolved total power of the radiation detected additionally comprises: determining at least one characteristic of the spectrally resolved total power, and adjusting the desired ratio and / or the Overall performance as a function of the at least one determined parameter. As described above, in this way a dynamic
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 is a simplified representation of a beam path in the optical
  • FIG. 4a, b are schematic representations of the spectrally resolved detected
  • Fig. 1 shows an exemplary structure of a processing apparatus 1 for
  • the processing apparatus 1 has a processing head 3, to which a processing beam, in the example shown a laser beam 4, is fed from a laser source, which is not illustrated.
  • the laser beam 4 is focused on the workpiece 2 at a focusing lens 5 arranged in the machining head 3, where it forms a capillary or a keyhole 6, in which the material of the workpiece 2 is melted or partially evaporated.
  • the processing head 3 is by means not shown
  • Feed direction V moves over the surface 2a of the workpiece 2. It is understood that alternatively or additionally, the workpiece 2 can be moved relative to the machining head 2 by means of a suitable movement device.
  • the processing device 1 comprises an optical interferometer in the form of an optical coherence tomograph 7 which has a beam source 8 for generating (measuring) radiation 9.
  • an optical interferometer in the form of an optical coherence tomograph 7 which has a beam source 8 for generating (measuring) radiation 9.
  • a beam source 8 for generating (measuring) radiation 9.
  • the example shown is in the
  • Beam source 8 to a super-luminescent diode which generates in the example shown radiation 9 with a wavelength ⁇ or with wavelengths of more than 800 nm It is understood that the beam source 8 may also be formed for generating radiation 9 at other wavelengths ⁇ . The of the beam source. 8
  • outgoing radiation 9 initially propagates freely and is coupled to a coupling optics 10a in an optical fiber 1 1 and decoupled at an exit end via a coupling optics 10b from the optical fiber 1 1, before the radiation 9 in free beam propagation on a beam splitter device in the form of a polarization Beam splitter 12 hits.
  • the radiation 9, which is generated with a source power P Q from the beam source 8 is split onto a reference path 13 and onto a measuring path 14.
  • a further optical fiber 15 is arranged, at the exit-side end of the radiation 9 exits divergently and is collimated by a first lens 16a.
  • a second lens 16b serves to focus the collimated radiation 9 onto a retroreflector in the form of a planar end mirror 17.
  • Polarization beam splitter 12 is coupled into the measuring path 14, is guided via a deflector in the form of a scanner device 19, in the example shown two scanner mirrors not shown in detail to deflect the radiation 9 in the measuring path 14, before this coupled into the beam path of the laser beam 4 becomes.
  • the radiation 9 can be deflected or aligned in the measuring path 14 at different positions on the workpiece 2.
  • a position P at which the laser beam 4 impinges on the workpiece 2 a first position P1 in the flow to the position P, at which the laser beam 4 strikes the workpiece 2
  • the radiation 9 reflected and / or scattered by the workpiece 2 in the measurement path 14 and the radiation 9 reflected and / or scattered by the end mirror 17 in the reference path 13 is applied to the polarization beam splitter 12
  • the total power P D of the radiation 9 which strikes the detector 22 or each individual detector surface 22a-k is the sum of one
  • Power component PR of the radiation 9, which has passed through the reference path 13 and which is reflected back and / or scattered at the end mirror 17 to the detector 22 and a power component P M of the radiation 9, which has passed through the measuring path 14 and the workpiece 2 to Detector 22 is reflected back and / or scattered (PD PM + PR).
  • Detector surface 22a-k and p the proportionality constant between incident power Pü (k) and the measuring current proportional thereto l D (k) (p, for example, in ampere / watt) referred to.
  • R R denotes the reflectivity of the end mirror 17 and Rsi, Rs2, ⁇ , RSN denote the reflectivity of the workpiece 2 in different measurement planes, each corresponding to different depths in the workpiece 2.
  • the optical path length z R which the radiation 9 im
  • Reference path 13 travels, and the optical path length z s or z Sn , which covers the radiation 9 in the measuring path 14 to the respective measurement plane 1, n, N.
  • the first component (a) is a so-called DC component, that is to say a constant component which is determined, for example, by means of a dark adjustment before the start of the detection or measurement and which, during the detection, is determined from the total power PR detected by the detector 22 (k) + P M (k) or for this purpose
  • proportional measuring current I D (k) is filtered out.
  • the DC component (a) reduces the contrast range of the detector 22 and should therefore be as small as possible.
  • the second part (b) is a so-called cross-correlation part, which contains the actual depth information, i. the actually desired
  • the auto-correlation component (c) contains interference components between different measurement planes 1, N when reflected at different measurement planes 1, N on the workpiece 2.
  • the auto-correlation component (c) is an artifact that represents the actual measurement result to falsify, ie the auto-correlation share (c) should also be as low as possible.
  • FIG. 1 also shows an evaluation device 24, which receives the total power PR (k) + PM (k), which hits the detector 22, more precisely the spectrally resolved signal proportional to this proportional measurement signal l D (k) as a function of the wave number k and evaluates.
  • Information about the welding process can be determined on the basis of the spectrally resolved total power P R + P M , for example via the welding depth ⁇ , which in the spectrum 25 shown in FIG. 1 can be determined on the basis of a spectral distance between two peaks in the recorded spectrum 25 , as indicated in Fig. 1 by way of example.
  • the spectrally resolved total power P R + PM and thus the associated spectrum 25 are strongly dependent on the power component R s reflected on the workpiece 2 (or on the workpiece 2 in a respective measuring plane reflected power component Rsi, ..., RSN), which in Fig. 3a, b refers to the total source power P Q , which in turn is dependent on the position P, P1, P2, at which the radiation 9 in the measurement path 14th meets the workpiece 2.
  • Laser beam 4 hits the workpiece 2, which is reflected on the workpiece 2
  • the radiation 9 in the measuring path 14 is reflected from the first position P1 in the advance to the position P of the laser beam 4 and from the second position P2 in the trailing position to the position P of the laser beam 4.
  • the power component Rs reflected at the workpiece 2 or at the surface 2a of the workpiece 2 is at the source power P Q
  • the processing device 1 shown in FIG. 1 has a control device 26 for determining the relationship between the Power contribution PR of reflected in the measuring path 14 from the workpiece 2 to the detector 22 back radiation 9 to the power component PM of the in the reference path 13 of the
  • control device 26 may firstly the (actual) power component PR of the radiation 9 from the reference path 14, the detector to the 22nd is calculated, for example in the following way: where S R denotes the reference portion of the source power P Q of the radiation 9 which is coupled into the reference path 14 (see above) and RR the reflectivity of the
  • End mirror 17 denotes.
  • Source power P Q in the above equation is due to the fact that the beam splitter 12 is traversed twice.
  • Control device 26 act on an adjusting device 27, which makes it possible to change the power component PR in the reference path 13.
  • the adjusting device 27 is designed as a movement device, which is used for the movement, more precisely for the displacement of the first lens 16a in FIG
  • Reference path 13 along the beam axis 28 of the reference path 13 is used.
  • the focus position F1 of the first lens 16a is changed so that it is no longer in the plane of the exit-side end of the optical fiber 11, i. the distance between the exit-side end of the optical fiber 1 1 and the first lens 16a no longer coincides with the focal length f of the first lens 16a, whereby the radiation 9 in the
  • Reference path 13 is defocused, which has a weakening or Attenuation of the detector 22 back reflected radiation 9 result.
  • This attenuation A can be regarded as a (for example percentage) reduction of the reflectance RR in the reference path 13, ie the reduced reflectance RR * A is no longer exclusively determined by the reflectivity R R of the end mirror 17.
  • the adjusting device 27 can also be designed to deliver the second lens 16b in the reference path 13 in the direction of the beam axis 28 shift, whereby the above-described defocusing or attenuation with respect to the distance between the second lens 16b and the end mirror 17 occurs. It is understood that in the one shown in Fig. 1
  • the second lens 16b is not mandatory, i. it is not absolutely necessary to focus the collimated radiation 9 in the reference path 13 onto the end mirror 17.
  • the adjusting device 27 can also act directly on the end mirror 17 in order to change its reflectivity R R , without having to be acted upon for this purpose on the lenses 16 a, b, for example by the end mirror 17 is rotated about its axis. It is also possible for the adjusting device 27 to move an optical filter device 29, shown in FIG. 1, into the beam path of the reference path 13 and out of it, as is likewise indicated by a double arrow in FIG. 1, which likewise produces an attenuation A or one
  • Beam path of the reference path 13 can be arranged, wherein the filtering effect or the Attenuation A of the optical filter device by means of the control device 26 can be changed, i. it is a controllable optical
  • the adjusting device 27a for changing the power component P R which is reflected back from the reference path 13 to the detector 22, can also serve to divide the source power P R of the beam source 8 onto the reference path 13 and the measuring path 14, ie the ratio S R to SM, TO change.
  • the or an adjusting device 27a for example, in a suitable manner to the (polarization) beam splitter 12 act, for example by this around the
  • Beam axis of the radiation source 8 incident on this radiation 9 is rotated, as indicated in Fig. 1, whereby typically the ratio S R / SM and thus also the ratio of the power components P R / P M changed.
  • the control device 26 is used in addition to controlling the ratio of the power components P R / PM and for controlling the total power P R + PM, which is incident on the detector 22, namely to a value below a Total power threshold P RS + PMS, which is dictated by the sensitivity of the detector 22 and should not be exceeded in order to avoid that the detector 22 is in saturation or exceeds its contrast range.
  • the control device 26 acts on a further adjusting device 30, which in the example shown is a controllable current source for supplying a current signal to the beam source 8 in the form of the superluminescent diode.
  • the source power P Q of the beam source 8 can thus be changed, whereby the total power P R + P M impinging on the detector 22 can be controlled so that it always lies below the total power threshold value P RS + PMS.
  • FIGS. 4 a, b show, by way of example, the spectrally resolved, the detector 22
  • Measuring plane (n> 1) as a function of the wave number k.
  • Evaluation device 24 25 characteristic characteristics can be determined in the respective spectrum, which can be used by the control device 26 for the regulation. For example, in the case of the wave number at which the maximum of the current intensity or of the total power P R + P M is measured, the average value can be read from the reflectivity R R of the reference path 13 and the reflectivity R s of the workpiece 2, ie it can be considered Determine characteristic (R R + Rsi) / 2.
  • Proportionality factor R R R S i of the cross-correlation component (b), the target ratio PMS / PRS and / or the total power P R + P M can be adjusted to optimize the signal-to-noise ratio.
  • both the desired ratio PMS / PRS and the total power PR + PM can be regulated to a predetermined, constant value. In this case, an adjustment of the detector 22 for adaptation to different
  • 5a, b show two spectra 25, which were optimized with the aid of the control device 26 such that both the DC component (a) and the auto-correlation component (c) are comparatively small, so that essentially the Deep information containing cross-correlation component (b) remains.
  • Processing device 1 or a suitably modified processing device 1 are performed.
  • the machining may be a (laser) cutting process or a (laser) drilling process.
  • the method described above can also be applied to optical interferometers other than those used in an optical coherence tomograph, since there is also the problem that by changing the exposure time of the detector 22 or by changing the source power P Q without adapting the power output. Ratio PR / PM the signal quality or the signal-to-noise ratio can not be optimized.
  • the workpiece 2 does not necessarily have to be a metallic workpiece 2 (a metal sheet), but rather other objects can also be processed with the aid of the processing device 1, which are referred to as workpiece 2 for simplicity in the present application.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Bearbeitungsvorrichtung (1) zur insbesondere schweißenden Bearbeitung eines Werkstücks (2), umfassend: einen Bearbeitungskopf (3) zur Bereitstellung eines Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Laserstrahls (4), für die Bearbeitung des Werkstücks (2), ein optisches Interferometer, insbesondere einen optischen Kohärenztomographen (7), umfassend: eine Strahlquelle (8) zur Erzeugung von Strahlung (9) mit einer Quellenleistung (PQ), eine Strahlteilereinrichtung (12) zur Aufteilung der Quellenleistung (PQ) der Strahlquelle (8) auf einen Referenzpfad (13), in dem ein Retroreflektor (17) angeordnet ist, und auf einen Messpfad (14), in dem das Werkstück (2) angeordnet ist, sowie einen Detektor (22) zur Detektion einer Gesamtleistung (PR + PM) der Strahlung (9), die von dem Werkstück (2) in dem Messpfad (14) und von dem Retroreflektor (17) in dem Referenzpfad (13) zum Detektor (22) reflektiert und/oder gestreut wird, eine Stelleinrichtung (27, 27a) zur Veränderung eines Leistungsanteils (PR) der von dem Retroreflektor (17) zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) an der Gesamtleistung (PR + PM), sowie eine Regeleinrichtung (26) zur Ansteuerung der Stelleinrichtung (27, 27a) für die Regelung eines Verhältnisses (PM/ PR) zwischen einem Leistungsanteil (PM) der vom Werkstück (2) zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) und dem Leistungsanteil (PR) der vom Retroreflektor (17) zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) auf ein Soll-Verhältnis (PMS / PRS). Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren zum insbesondere schweißenden Bearbeiten eines Werkstücks (2).

Description

Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zur insbesondere schweißenden
Bearbeitung eines Werkstücks Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur insbesondere schweißenden Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend: einen Bearbeitungskopf zur Bereitstellung eines Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, für die insbesondere schweißende Bearbeitung des Werkstücks, sowie ein optisches Interferometer, insbesondere einen optischen Kohärenztomographen, umfassend: eine Strahlquelle zur Erzeugung von Strahlung mit einer Quellenleistung, eine
Strahlteilereinrichtung zur Aufteilung der Quellenleistung der Strahlquelle auf einen Referenzpfad, in dem ein Retroreflektor angeordnet ist, und auf einen Messpfad, in dem das Werkstück angeordnet ist, sowie einen Detektor zur Detektion einer Gesamtleistung der (interferierenden) Strahlung, die von dem Werkstück in dem Messpfad und von dem Retroreflektor in dem Referenzpfad zum Detektor reflektiert und/oder gestreut wird. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren zum insbesondere schweißenden Bearbeiten eines Werkstücks, das insbesondere mittels einer solchen Bearbeitungsvorrichtung durchgeführt werden kann. Aus der EP 1 977 850 B1 ist eine Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit lichtundurchlässiger Oberfläche bekannt geworden, die einen Bearbeitungskopf zur Bereitstellung eines Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Elektronen- oder Laserstrahls, aufweist. Dem Bearbeitungskopf ist eine als optischer Kohärenztomograph ausgebildete Abtasteinrichtung zugeordnet, die für eine
Oberflächenabtastung vorgesehen ist.
In der DE 10 2013 008 269 A1 ist ein Bearbeitungskopf für eine
Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben, der einen optischen Kohärenz- tomographen aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, einen Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück zu messen, wobei in dem optischen
Kohärenztomographen von einer Messlichtquelle erzeugtes Messlicht, das von dem Werkstück reflektiert wurde, mit Messlicht interferiert, das in einem Referenzarm eine optische Weglänge zurückgelegt hat. In dem Referenzarm ist ein
Weglängenmodulator angeordnet, der synchron zu und in Abhängigkeit von einer Veränderung der Brennweite einer Fokussieroptik des Bearbeitungskopfs die optische Weglänge in dem Referenzarm nachführt.
In der WO 2014/138939 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung und
Charakterisierung der Dynamik einer Phasenveränderungsregion (PCR) mittels interferometrischer Methoden beschrieben, wobei die PCR beim Laserschweißen, speziell beim Keyhole-Schweißen, erzeugt wird. Durch das Ausrichten eines
Messstrahls an mehrere Orte innerhalb und überlappend zu der PCR kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, um in Echtzeit räumliche und zeitliche
Charakteristika der Schweißung wie z.B. Tiefe, Länge, Breite und Geometrie des Keyholes sowie Informationen darüber zu ermitteln, ob das Keyhole instabil ist, sich schließt oder kollabiert. Ein Teil eines Referenzarms kann angepasst werden, um den gewünschten Betrag der Leistung eines Referenzsignals bei der
interferometrischen Messung zu konfigurieren.
Aus der US 2012/0138586 A1 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Verwendung von optischer Interferometrie im Kontext von Materialveränderungsprozessen, speziell im Kontext von Schweißprozessen, bekannt geworden. Ein Regler regelt mindestens einen Bearbeitungsparameter des Materialveränderungsprozesses in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines optischen Interferometers.
Aus der US 2016/0183801 A1 ist ein polarisiertes interferometrisches optisches System, insbesondere ein optisches Kohärenztomographie-System, bekannt geworden, das ein verbessertes Signal-zu-Rauschverhältnis aufweist. Die
Winkelausrichtung eines Polarisators, der in einem optischen Strahl vor einem
Polarisations-Strahlteiler angeordnet ist, bestimmt die Aufteilung der Leistung des optischen Strahls in Referenzstrahlung und Prüfstrahlung (Leistungsverhältnis), wodurch das Signal-zu-Rauschverhältnis beeinflusst wird, das u.a. auch von den Streueigenschaften der Probe abhängt.
In der EP 2 062 674 A1 ist ein Verfahren zu Vorbereiten und zum Durchführen eines Laserschweißprozesses beschrieben. Für eine Nahtlageregelung wird in einem ersten Messbereich vorlaufend zur Laserstrahlposition (Pre-Prozess) die Position einer Fügestelle, in einem zweiten Messbereich (In-Prozess) die Laserstrahlposition und in einem dritten Messbereich nachlaufend zur Laserstrahlposition (Post-Prozess) eine Schweißnaht erfasst. Die Erfassung kann beispielsweise mittels eines
Lichtschnitt-Verfahrens erfolgen.
Bei der Erfassung des Pre-, In-, und Post-Prozesses bei einem Schweißprozess treten am Werkstück typischerweise unterschiedliche Lichtverhältnisse auf, die zu einer schlechten Signalqualität (Signal-zu-Rauschverhältnis) von an
unterschiedlichen Positionen detektierten Messsignalen führen können.
Beispielsweise unterscheidet sich die Reflektivität bzw. der Reflexionsgrad im
Keyhole (in der Kapillare) typischerweise stark vom Reflexionsgrad an der Oberseite des Werkstücks.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsvorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, welche die Signalqualität bzw. das Signal-zu- Rauschverhältnis bei der interferometrischen Messung an dem Werkstück erhöhen. Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, umfassend: eine Stelleinrichtung zur Veränderung eines Leistungsanteils der vom Retroreflektor zum Detektor reflektierten und/oder gestreuten Strahlung an der Gesamtleistung der auf den Detektor treffenden
Strahlung, sowie eine Regeleinrichtung zur Einwirkung auf die Stelleinrichtung zur Regelung eines Verhältnisses zwischen einem Leistungsanteil der vom Werkstück zum Detektor reflektierten und/oder gestreuten Strahlung und dem Leistungsanteil der vom Retroreflektor zum Detektor reflektierten und/oder gestreuten Strahlung auf ein (vorgebbares) Soll-Verhältnis.
Bei der Vermessung eines Werkstücks, genauer gesagt bei der Vermessung der Oberfläche eines Werkstücks, welches z.B. schweißend bearbeitet wird, treten typischerweise unterschiedliche Lichtverhältnisse auf, je nachdem, ob das Werkstück vorlaufend zu einer Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück,
nachlaufend zu der Position des Bearbeitungsstrahls oder an der Position des Bearbeitungsstrahls selbst vermessen wird. Erfolgt die Vermessung bzw. die
Abtastung des Werkstücks z.B. mit Hilfe eines Lichtschnitt-Verfahrens, wie dies in der eingangs zitierten EP 2 062 674 A1 beschrieben ist, so kann durch eine
Veränderung der Belichtungszeit die Lichtmenge der detektierten Strahlung angepasst werden, um auf diese Weise den Kontrastbereich des verwendeten Sensors bzw. Detektors optimal auszunutzen. Bei einem interferometrischen Verfahren, beispielsweise bei der optischen
Kohärenztomographie, ist eine einfache Anpassung der Licht- bzw. der
Strahlungsmenge, welche auf den Detektor trifft, jedoch nicht zielführend, da die Quellenleistung der Strahlquelle auf den Messpfad und auf den Referenzpfad aufgeteilt wird und die jeweils reflektierte Strahlung interferiert und gemeinsam - ggf. über ein Spektrometer - auf den Detektor geführt wird. Eine Erhöhung der Licht- bzw. Strahlungsmenge auf dem Detektor durch eine längere Belichtungszeit oder durch eine Erhöhung der Quellenleistung ändert daher immer auch die Lichtmenge bzw. den Leistungsanteil der Strahlung im Referenzpfad. Die Erfinder haben erkannt, dass für eine bestmögliche Signalqualität eine Einstellung bzw. eine Veränderung des Leistungsanteils der vom Retroreflektor zum Detektor reflektierten Strahlung an der detektierten Gesamtleistung erforderlich ist. Es versteht sich, dass zusätzlich auch die auf den Detektor treffende bzw. von diesem detektierte Lichtmenge eingestellt werden kann.
Bei der Regeleinrichtung kann es sich um einen geschlossenen Regelkreis handeln, der ggf. nicht nur einen, sondern zwei oder mehr Regler umfasst. Für die Regelung des Verhältnisses zwischen dem Leistungsanteil des Messpfads und dem
Leistungsanteil des Referenzpfads kann zunächst der Leistungsanteil PR der Strahlung des Referenzpfads, die zum Detektor reflektiert wird, rechnerisch ermittelt werden. Aus der (bekannten) auf den Detektor treffenden Gesamtleistung PS, welche die Summe aus dem Leistungsanteil PR des Referenzpfads und des Leistungsanteils PM der zum Detektor reflektierten Strahlung des Messpfads darstellt (PS = PR + PM), kann der Leistungsanteil PM des Messpfads bestimmt werden:
Figure imgf000007_0001
Auf diese Weise kann das (Ist-)Verhältnis PM / PR zwischen dem Leistungsanteil PM der vom Werkstück zum Detektor reflektierten Strahlung und des Leistungsanteils PR der vom Retroreflektor zum Detektor reflektierten Strahlung bestimmt werden. Durch das Einwirken auf die Stelleinrichtung kann der Leistungsanteil PR in dem
Referenzarm verändert werden, um das (Ist-)Verhältnis PM / PR auf ein Soll- Verhältnis PMS / PRS ZU regeln. Das vorgebbare Soll-Verhältnis kann empirisch bestimmt werden und im einfachsten Fall einen konstanten Wert annehmen, der bevorzugt zwischen ca. 0,01 und ca. 100, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 10 und idealer Weise bei PMs / PRS = 1 ,0 liegt. Es ist darüber hinaus weder sinnvoll, wenn der Leistungsanteil PM in dem Messarm gegen Null geht, noch wenn der Leistungsanteil PR in dem Referenzarm gegen Unendlich geht. Es ist aber möglich, das Soll-Verhältnis während der Bearbeitung des Werkstücks anzupassen, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Grundsätzlich setzt sich die detektierte Gesamtleistung bzw. der zu dieser proportionale Strom, der bei der (ggf. spektralen, s.u.) optischen
Kohärenztomographie am Detektor gemessen wird, aus drei Anteilen zusammen, einem DC-Anteil, einem Cross-Correlation-Anteil und einem Auto-Correlation-Anteil. Beim DC-Anteil handelt es sich um einen konstanten Anteil, der z.B. mittels eines Dunkelabgleichs vor dem Beginn der Detektion bzw. Messung bestimmt wird und der während der Messung aus dem vom Detektor erzeugten, typischerweise zur
Gesamtleistung proportionalen Messsignal (z.B. einem Messstrom) herausgefiltert wird. Der DC-Anteil reduziert den Kontrastbereich des Detektors und sollte daher möglichst klein ausfallen. Der Cross-Correlation-Anteil enthält die eigentliche
Tiefeninformation, d.h. den relevanten interferometrischen Signalanteil. Die
Reflektion aus dem Messpfad und aus dem Referenzpfad geht als Quadratwurzel der Einzel-Reflexionsgrade in diesen Anteil ein. Der Auto-Correlation-Anteil enthält Interferenzanteile zwischen verschiedenen Messebenen (verschiedenen Tiefen), an denen vom Werkstück Strahlung reflektiert wird. Es handelt sich bei dem Auto- Correlation-Anteil um Artefakte, die das tatsächliche Messergebnis verfälschen. Für den Fall, dass der Reflexionsgrad des Werkstücks Rs (in einer Messebene) deutlich größer ist der Reflexionsgrad RR des Retroreflektors bzw. des Gesamt- Reflexionsgrads des Referenzpfads (Rs >> RR), sollte der Leistungsanteil PR der am Retroreflektor zum Detektor reflektierten Strahlung erhöht werden, da ansonsten der Auto-Correlation-Anteil zu groß wird. Für den Fall, dass der Reflexionsgrad Rs des Werkstücks deutlich kleiner ist als der Reflexionsgrad RR des Retroreflektors, sollte der Leistungsanteil PR reduziert werden, da ansonsten der DC-Anteil des
Messsignals zu groß wird.
Für die optische Kohärenztomographie wird eine Strahlquelle verwendet, die kohärente Strahlung erzeugt, beispielsweise eine Strahlquelle in Form einer
Superlumineszensdiode. Als Detektor wird in der Regel ein nicht ortsauflösender Detektor verwendet, welcher die auftreffende Gesamtleistung in ein in der Regel proportionales Messsignal, beispielsweise in einen Messstrom, umwandelt. Bei der spektral aufgelösten optischen Kohärenztomographie kann die reflektierte Strahlung an einem Spektrometer, beispielsweise in Form eines Gitters, in Spektralanteile zerlegt werden, wobei die Spektralanteile an mehreren Detektorflächen des
Detektors (z.B. in einer Sensor- bzw. Dioden-Zeile) in der Regel jeweils nicht ortsaufgelöst detektiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei der spektral aufgelösten optischen Kohärenztomographie die Wellenlänge der von der Strahlquelle erzeugten Strahlung durchgestimmt werden, wenn es sich um eine in der Wellenlänge durchstimmbare Strahlquelle handelt. Die Strahlteilereinrichtung kann auch dazu dienen, die vom Werkstück und vom Retroreflektor reflektierte Strahlung zusammenzuführen, so dass diese gemeinsam den Detektor erreicht. Es kann aber ggf. eine andere optische Einrichtung, beispielsweise eine weitere
Strahlteilereinrichtung, dazu verwendet werden, die reflektierte Strahlung aus dem Messpfad und aus dem Referenzpfad zusammenzuführen.
Für die Realisierung der Stelleinrichtung bestehen mehrere Möglichkeiten:
Bei einer Ausführungsform ist die Stelleinrichtung zur Veränderung der Aufteilung der Quellenleistung der Strahlung der Strahlquelle auf den Referenzpfad und auf den Messpfad ausgebildet. Zu diesem Zweck kann bei der Verwendung von polarisierter Strahlung beispielsweise die Strahlteilereinrichtung, z.B. in Form eines
Polarisationsstrahlteilers, um die Strahlachse der von der Strahlquelle erzeugten Strahlung gedreht werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise ein
Polarisationsfilter, der im Strahlweg von der Strahlquelle zur Strahlteilereinrichtung angeordnet ist, geeignet eingestellt werden, beispielsweise indem dieser ebenfalls um die Strahlachse der von der Strahlquelle zur Strahlteilereinrichtung
propagierenden Strahlung gedreht wird, um die Aufteilung der Quellenleistung auf den Referenzpfad und auf den Messpfad zu verändern. Auch kann die
Strahlteilereinrichtung ausgebildet sein, die Aufteilung der Quellenleistung auf andere Weise vorzunehmen, beispielsweise wenn die Strahlteilereinrichtung als schnell schaltender Strahlteiler (z.B. in Form eines drehbaren Prismas oder einer elektrisch angesteuerten Einrichtung) ausgebildet ist. Es versteht sich, dass die Aufteilung der Quellenleistung mit Hilfe der Strahlteilereinrichtung nicht zwingend durch eine
Polarisationsstrahlteilung erfolgen muss, sondern dass die Aufteilung der
Quellenleistung auch auf andere Weise, z.B. durch eine geometrische Strahlteilung, erfolgen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Stelleinrichtung zur Veränderung des Leistungsanteils der Strahlung in dem Referenzpfad oder des Leistungsanteils in dem Messpfad ausgebildet. Die Stelleinrichtung ist in diesem Fall in der Regel als einstellbarer Attenuator ausgebildet, d.h. ein Teil des in den Referenzpfad oder in den Messpfad eingekoppelten Leistungsanteils geht verloren. Im Gegensatz zu der weiter oben beschriebenen Ausführungsform ist es in diesem Fall nicht erforderlich, einen Polarisator vor der Strahlteilereinrichtung zu verwenden, welcher die Leistung in dem Messsystem insgesamt reduzieren würde. Zudem kann das optische
Interferometer bzw. der optische Kohärenztomograph gegebenenfalls mit
unpolarisierter Strahlung betrieben werden. Die Stelleinrichtung kann dauerhaft in dem Referenzpfad oder in dem Messpfad angeordnet sein oder für die
Abschwächung des Leistungsanteils beispielsweise mit Hilfe eines Aktuators in den Referenzpfad oder in den Messpfad eingebracht werden. Es versteht sich, dass eine Stelleinrichtung für den Referenzpfad und eine weitere Stelleinrichtung für den
Messpfad vorgesehen sein können, die eine unterschiedliche (d.h. nicht zueinander proportionale) Veränderung des jeweiligen Leistungsanteils bewirken, um das Verhältnis zwischen den beiden Leistungsanteilen auf das Soll-Verhältnis zu regeln. Bei einer Weiterbildung ist die Stelleinrichtung zur Veränderung einer Reflektivität des in dem Referenzpfad angeordneten Retroreflektors ausgebildet, insbesondere kann der Retroreflektor die Stelleinrichtung bilden. Der Retroreflektor, der in diesem Fall beispielsweise als Endspiegel ausgebildet sein kann, kann bei der Verwendung von polarisierter Strahlung beispielsweise selbst als Polarisator dienen bzw. eine vom Polarisationszustand der auftreffenden Strahlung abhängige Reflektivität aufweisen. Es versteht sich, dass auch andere reflektierende Elemente,
beispielsweise in Form von Umlenkspiegeln, im Referenzpfad angeordnet sein können, deren Reflexionsgrad ggf. verändert werden kann, beispielsweise durch eine Drehung des jeweiligen Umlenkspiegels um seine Achse.
Bei einer Weiterbildung ist die Stelleinrichtung ausgebildet, zur Veränderung einer Fokusposition der Strahlung in dem Referenzpfad auf eine Fokussiereinrichtung einzuwirken. Die Fokussiereinrichtung kann beispielsweise dazu dienen, um die Strahlung, die divergent aus einer optischen Faser austritt, zu kollinnieren. In diesem Fall ist typischerweise die Fokussiereinrichtung in einer Ruheposition bzw. in einer nominellen Position derart angeordnet, dass die Fokusposition in der Ebene am austrittsseitigen Ende der optischen Faser liegt. Wird die Brennweite der
Fokussiereinrichtung verändert oder wird der Abstand zwischen der
Fokussiereinrichtung und dem austrittsseitigen Ende der optischen Faser verändert, so führt dies zu einer Defokussierung der an dem Retroreflektor zurück reflektierten Strahlung, d.h. diese wird nicht mehr vollständig in die optische Faser eingekoppelt, sodass der Leistungsanteil der zum Detektor reflektierten Strahlung abnimmt. Der gleiche Effekt tritt auf, wenn eine Fokussiereinrichtung zur Fokussierung der
Strahlung in dem Referenzpfad auf den Retroreflektor vorhanden ist und die
Brennweite der Fokussiereinrichtung und/oder der Abstand zwischen der
Fokussiereinrichtung und dem Retroreflektor verändert wird/werden.
Bei einer Weiterbildung umfasst die Fokussiereinrichtung eine bewegbare, insbesondere entlang einer Strahlachse des Referenzpfads verschiebbare Linse. Eine solche Linse z.B. in Form einer Kollinnationslinse kann ohnehin im Referenzpfad vorhanden sein, um die aus einer optischen Faser ausgekoppelte, divergente
Strahlung zu kollimieren, bevor diese auf den Retroreflektor trifft. Durch die
Verschiebung einer solchen Linse entlang der Strahlachse kann der Leistungsanteil in dem Referenzpfad auf besonders einfache Weise verändert werden. Gleiches gilt für an anderen Orten im Referenzpfad angeordnete Linsen oder andere
fokussierende optische Elemente, die ebenfalls entlang der Strahlachse des
Referenzpfads verschoben werden können und bei denen die Verschiebung eine Defokussierung und somit eine Abschwächung der Leistung der aus dem
Referenzpfad zurück reflektierten Strahlung bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann ggf. auch eine (geringfügige) Verkippung der Linse bezüglich der Strahlachse erfolgen, die bewirkt, dass ein Anteil der Strahlungsleistung den Strahlweg des Referenzpfads verlässt. Bei einer weiteren Weiterbildung weist die Stelleinrichtung eine optische
Filtereinrichtung auf. Bei der optischen Filtereinrichtung kann es sich um eine optische Filtereinrichtung mit einstellbarer Transmission bzw. Attenuation handeln, die dauerhaft in dem Referenzpfad angeordnet ist. Die optische Filtereinrichtung kann aber auch einen oder mehrere optische Filter umfassen, die mit Hilfe von mindestens einem Aktuator in den Messpfad eingebracht werden, um die Leistung der Strahlung in dem Referenzpfad zu reduzieren bzw. zu verändern.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsvorrichtung eine weitere Stelleinrichtung zur Veränderung der Quellenleistung der Strahlquelle, wobei die Regeleinrichtung zur Einwirkung auf die weitere Stelleinrichtung für die Regelung der zum Detektor reflektierten und/oder gestreuten Gesamtleistung unter einen Gesamtleistungs-Schwellwert ausgebildet ist. Bei der weiteren Stelleinrichtung kann es sich beispielsweise um eine steuerbare Stromquelle handeln, welche den der Strahlquelle zugeführten Strom bereitstellt. Auf diese Weise kann beispielsweise bei der Verwendung einer Superlumineszensdiode als Strahlquelle der Diodenstrom und somit die Quellenleistung eingestellt werden. Der Schwellwert der Gesamtleistung, der nicht überschritten werden sollte, entspricht typischerweise der oberen
Leistungsgrenze des Detektors. Bei einer hohen Reflektivität des Werkstücks sollte die Quellenleistung reduziert werden, um den Kontrastumfang nicht zu überschreiten und eine Sättigung des Detektors zu vermeiden. Bei einer niedrigen Reflektivität des Werkstücks sollte die Quellenleistung erhöht werden, um den Kontrastumfang größtmöglich auszunutzen. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die
Regeleinrichtung einen geschlossenen Regelkreis bilden. Auf diese Weise kann ggf. bei einer Veränderung der Prozessparameter, beispielsweise des Werkstoffs, des Winkels, unter dem die Strahlung in dem Messpfad auf das Werkstück auftrifft, etc. auf eine Justage des Detektors verzichtet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der optische Kohärenztomograph zur spektral aufgelösten Detektion, d.h. zur Aufnahme (mindestens) eines Spektrums, der zum Detektor zurück reflektierten Gesamtleistung ausgebildet. Zu diesem Zweck kann der optische Kohärenztomograph ein Spektrometer zur spektralen Zerlegung der aus dem Messpfad und aus dem Referenzpfad zurück reflektierten Strahlung auf mehrere Messkanäle aufweisen, in denen jeweils eine in der Regel nicht
ortsauflösende Detektorfläche angeordnet ist, die einer bestimmten Wellenlänge bzw. einem vorgegebenen Wellenlängenband entspricht. Das Spektrometer kann für die spektrale Zerlegung beispielsweise ein Beugungsgitter, ein Prisma etc.
aufweisen. Der Detektor kann beispielsweise als Zeilendetektor ausgebildet sein, an dem mehrere Detektorflächen gebildet sind, auf die jeweils Strahlung bei einer Wellenlänge bzw. in einem (schmalen) Wellenlängenband trifft. Alternativ zur
Verwendung eines Spektrometers, welches die simultane Detektion von mehreren Wellenlängen ermöglicht, kann eine in der Wellenlänge durchstimmbare Strahlquelle verwendet werden, um Strahlung bei unterschiedlichen Wellenlängen zeitlich aufeinander folgend zu detektieren. An Stelle einer spektral aufgelösten Messung kann auch eine zeitaufgelöste Messung erfolgen, bei welcher während der Messung die Länge des Referenzarms variiert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Bearbeitungsvorrichtung eine
Auswerteeinrichtung zur Ermittlung mindestens einer Kenngröße der spektral aufgelösten Gesamtleistung bzw. eines aus diesem erzeugten spektral aufgelösten Messsignals (Spektrum) auf, wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, das Soll- Verhältnis und/oder die (über das gesamte gemessene Spektrum summierte) Gesamtleistung in Abhängigkeit von der mindestens einen Kenngröße anzupassen.
Bei der mindestens einen Kenngröße kann es sich beispielsweise um das Produkt aus der Reflektivität RR des Retroreflektors und der Reflektivität RSn des Werkstücks, genauer gesagt um die Quadratwurzel aus diesem Produkt yjRRRSn handeln, wobei der Index n für unterschiedliche Messebenen des Messobjekts bzw. des Werkstücks steht, die unterschiedlichen Längen des Messpfads entsprechen, wobei n = 1 den Messpfad mit der kleinsten Länge bezeichnet, n = 1 bezeichnet typischerweise das reflektierte Signal der Oberfläche des Werkstücks. Auch Auswertungen von
Reflexionen aus tieferen Ebenen sind möglich (n > 1 ). Das genannte Produkt bzw. dessen Quadratwurzel geht in den Cross-Correlation-Anteil ein, der möglichst groß sein sollte. Es versteht sich aber, dass auch andere Kenngrößen der spektral aufgelösten Gesamtleistung ermittelt werden können, die für die Vorgabe bzw. für die Anpassung des Soll-Verhältnisses bzw. der Gesamtleistung oder zu anderen
Zwecken verwendet werden können. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsvorrichtung zusätzlich eine Ablenkeinrichtung zur Ablenkung der Strahlung in dem Messpfad an
unterschiedliche Positionen an dem Werkstück. Bei der Ablenkeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Scannereinrichtung handeln, welche es ermöglicht, die Strahlung in dem Messpfad an unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück abzulenken bzw. auf unterschiedliche Positionen an dem Werkstück auszurichten. Eine solche Scannereinrichtung weist typischerweise einen oder ggf. mehrere Scannerspiegel auf, die drehbar bzw. verkippbar angeordnet sind. Die
Ablenkeinrichtung kann insbesondere derart ausgebildet bzw. derart angeordnet sein, dass diese lediglich die von der Strahlquelle erzeugte Strahlung in dem Messpfad an unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück ausrichtet, aber den Bearbeitungsstrahl nicht beeinflusst. Auf diese Weise kann die Position der Strahlung aus dem Messpfad auf dem Werkstück unabhängig von der Position des
Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück festgelegt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Ablenkeinrichtung ausgebildet, bei der insbesondere schweißenden Bearbeitung des Werkstücks die Strahlung in dem Messpfad an (mindestens) eine erste Position vorlaufend zu einer Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück, an die Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück sowie an (mindestens) eine zweite Position nachlaufend zur Position des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück abzulenken. Wie in der eingangs zitierten EP 2 062 674 A1 beschrieben ist, kann bei einem Schweißprozess bzw. bei einer schweißenden Bearbeitung an der vorlaufenden ersten Position die Lage der Fügestelle bzw. des zu schweißenden Bauteils, an der Position des
Bearbeitungsstrahls das Keyhole, beispielsweise die Einschweißtiefe, und an der nachlaufenden zweiten Position die Nahtgeometrie der beim Schweißen gebildeten Schweißnaht erfasst werden.
Um trotz der unterschiedlichen Lichtverhältnisse bzw. Reflexionsgrade im Keyhole und vorlaufend sowie nachlaufend zur Position des Bearbeitungsstrahls eine möglichst gute Signalqualität sicherzustellen, wird die weiter oben beschriebene Regeleinrichtung verwendet, welche das Verhältnis zwischen den Leistungsanteilen im Messpfad und im Referenzpfad auf ein vorgegebenes Soll-Verhältnis regelt bzw. (automatisch) an die Reflexionsverhältnisse im Keyhole bzw. auf der
Werkstückoberfläche anpasst. Das Soll-Verhältnis zwischen den Leistungsanteilen im Messpfad und im Referenzpfad kann bei einer vorausgehenden Messung empirisch bestimmt werden und für alle drei Positionen einen konstanten Wert annehmen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es aber auch möglich, das Soll- Verhältnis zwischen den Leistungsanteilen dynamisch anzupassen.
Wie weiter oben beschrieben wurde, kann zusätzlich die Quellenleistung der
Strahlquelle und/oder die Belichtungszeit des Detektors angepasst werden, beispielsweise indem die auf den Detektor auftreffende Gesamtleistung geregelt wird. Auf diese Weise kann für alle Messaufgaben eine bestmögliche Signalqualität erzielt werden, was zu einem genaueren Messergebnis führt und die
Prozessstabilität bei der Bearbeitung erhöht, da anhand des genaueren
Messergebnisses präziser und schneller in den Bearbeitungsprozess eingegriffen werden kann, falls dies notwendig sein sollte, um für die Optimierung des
Bearbeitungsergebnisses einen oder mehrere Bearbeitungsparameter zu verändern bzw. anzupassen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere an einer Bearbeitungsvorrichtung wie weiter oben beschrieben, umfassend: Erzeugen von Strahlung mit einer Quellenleistung, Aufteilen der Quellenleistung der Strahlung auf einen Referenzpfad, in dem ein Retroreflektor angeordnet ist, und auf einen Messpfad, in dem das Werkstück angeordnet ist, Detektieren einer Gesamtleistung der Strahlung, die von dem Werkstück in dem Messpfad und von dem Retroreflektor in dem Referenzpfad reflektiert und/oder gestreut wird und miteinander interferiert, sowie Regeln eines Verhältnisses zwischen einem Leistungsanteil der vom Werkstück reflektierten und/oder gestreuten detektierten Strahlung und einem Leistungsanteil der vom Retroreflektor reflektierten und/oder gestreuten detektierten Strahlung auf ein Soll- Verhältnis durch Verändern des Leistungsanteils der von dem Retroreflektor zum Detektor reflektierten und/oder gestreuten Strahlung an der Gesamtleistung, wobei die oben genannten Verfahrensschritte, d.h. das Erzeugen, Aufteilen, Detektieren und das Regeln, während des insbesondere schweißenden Bearbeitens des Werkstücks mit einem Bearbeitungsstrahl, insbesondere mit einem Laserstrahl durchgeführt werden. Bei dem Verfahren ergeben sich die weiter oben im
Zusammenhang mit der Bearbeitungsvorrichtung beschriebenen Vorteile.
Für das Verändern des Leistungsanteils der vom Retroreflektor reflektierten
Strahlung an der Gesamtleistung bestehen verschiedene Möglichkeiten: Bei einer Variante umfasst das Verändern des Leistungsanteils der vom
Retroreflektor reflektierten und/oder gestreuten Strahlung an der Gesamtleistung ein Verändern der Aufteilung der Quellenleistung der Strahlung auf den Referenzpfad und auf den Messpfad. Eine solche Veränderung kann beispielsweise durch einen geeignet ausgebildeten Strahlteiler, insbesondere einen Polarisations-Strahlteiler, oder auf andere Weise erfolgen.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verändern des Leistungsanteils der von dem Retroreflektor reflektierten Strahlung an der Gesamtleistung ein Verändern, insbesondere ein Abschwächen, des Leistungsanteils der Strahlung in dem
Referenzpfad und/oder ein Verändern, insbesondere ein Abschwächen, des
Leistungsanteils der Strahlung in dem Messpfad. Das Abschwächen des
Leistungsanteils kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei einer Weiterbildung wird zum Abschwächen des Leistungsanteils der Strahlung in dem Referenzpfad eine Fokusposition der Strahlung in dem Referenzpfad verändert, und zwar bevorzugt durch Einwirken auf eine auf eine
Fokussiereinrichtung in dem Referenzpfad, besonders bevorzugt durch Bewegen, insbesondere durch Verschieben, mindestens einer Linse in dem Referenzpfad. Alternativ oder zusätzlich kann ggf. ein durchstimmbarer optischer Filter in dem Referenzpfad angeordnet werden oder es können einer oder ggf. mehrere optische Filtereinrichtungen gesteuert in den Referenzpfad hinein und aus diesem heraus bewegt werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Attenuation des Leistungsanteils in dem Referenzpfad auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine Veränderung der Reflektivität des Retroreflektors, erfolgen.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Verändern der Quellenleistung zum Regeln der detektierten Gesamtleistung unter einen
Gesamtleistungs-Schwellwert. Der Gesamtleistungs-Schwellwert ist abhängig von der oberen Leistungsgrenze des Detektors und wird typischerweise derart gewählt, dass der Detektor den Kontrastumfang nicht überschreitet, d.h. nicht in die Sättigung gerät.
Bei einer weiteren Variante wird die zurück reflektierte und/oder gestreute
Gesamtleistung der Strahlung spektral aufgelöst detektiert und das Verfahren umfasst zusätzlich: Ermitteln mindestens einer Kenngröße der spektral aufgelösten Gesamtleistung, sowie Anpassen des Soll-Verhältnisses und/oder der Gesamtleistung in Abhängigkeit von der mindestens einen ermittelten Kenngröße. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann auf diese Weise eine dynamische
Anpassung der Signalqualität an unterschiedliche Lichtverhältnisse bei der Abtastung des Werkstücks erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie- ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Bearbeitungsvorrichtung zur schweißenden Bearbeitung eines Werkstücks mit einem optischen Kohärenztomographen zur Abtastung des Werkstücks während der Bearbeitung mit einem Laserstrahl, Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Strahlengangs in dem optischen
Kohärenztomographen von Fig. 1 mit einem Messpfad und mit einem Referenzpfad,
Fig. 3a, b Darstellungen der spektral aufgelösten detektierten Gesamtleistung der
Strahlung einer Strahlquelle des optischen Kohärenztomographen, die an der Position eines Bearbeitungsstrahls sowie an zwei Positionen im Vorlauf und im Nachlauf zur Position des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück trifft und von diesem reflektiert wird, Fig. 4a, b schematische Darstellungen der spektral aufgelösten detektierten
Gesamtleistung analog zu Fig. 3a, b bei der Ermittlung von Kenngrößen zur Regelung eines Leistungsverhältnisses zwischen einem Messpfad und einem Referenzpfad, sowie Fig. 5a, b schematische Darstellungen der spektral aufgelösten detektierten
Gesamtleistung bei einer erfolgreichen Regelung des
Leistungsverhältnisses. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.
funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Bearbeitungsvorrichtung 1 zur
Bearbeitung eines Werkstücks 2, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine schweißende Bearbeitung handelt. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 weist einen Bearbeitungskopf 3 auf, dem ein Bearbeitungsstrahl, im gezeigten Beispiel ein Laserstrahl 4, von einer nicht bildlich dargestellten Laserquelle zugeführt wird. Der Laserstrahl 4 wird an einer in dem Bearbeitungskopf 3 angeordneten Fokussierlinse 5 auf das Werkstück 2 fokussiert und bildet dort eine Kapillare bzw. ein Keyhole 6, in dem das Material des Werkstücks 2 aufgeschmolzen bzw. teilweise verdampft wird. Der Bearbeitungskopf 3 wird mittels einer nicht näher dargestellten
Bewegungseinrichtung während des Schweißprozesses entlang einer
Vorschubrichtung V über die Oberfläche 2a des Werkstücks 2 bewegt. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich auch das Werkstück 2 mittels einer geeigneten Bewegungseinrichtung relativ zum Bearbeitungskopf 2 bewegt werden kann.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ein optisches Interferometer in Form eines optischen Kohärenztomographen 7, der eine Strahlquelle 8 zur Erzeugung von (Mess-)Strahlung 9 aufweist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der
Strahlquelle 8 um eine Superlumineszenzdiode, die im gezeigten Beispiel Strahlung 9 mit einer Wellenlänge λ bzw. mit Wellenlängen von mehr als 800 nm erzeugt Es versteht sich, dass die Strahlquelle 8 auch zur Erzeugung von Strahlung 9 bei anderen Wellenlängen λ ausgebildet sein kann. Die von der Strahlquelle 8
ausgehende Strahlung 9 propagiert zunächst frei und wird an einer Einkoppeloptik 10a in eine optische Faser 1 1 eingekoppelt und an einem austrittsseitigen Ende über eine Auskoppeloptik 10b aus der optischen Faser 1 1 ausgekoppelt, bevor die Strahlung 9 in freier Strahlpropagation auf eine Strahlteilereinrichtung in Form eines Polarisations-Strahlteilers 12 trifft. An dem Strahlteiler 12 wird die Strahlung 9, die mit einer Quellenleistung PQ von der Strahlquelle 8 erzeugt wird, auf einen Referenzpfad 13 und auf einen Messpfad 14 aufgeteilt. In dem Referenzpfad 13 ist eine weitere optische Faser 15 angeordnet, an deren austrittsseitigem Ende die Strahlung 9 divergent austritt und von einer ersten Linse 16a kollimiert wird. Eine zweite Linse 16b dient zur Fokussierung der kollimierten Strahlung 9 auf einen Retroreflektor in Form eines planen Endspiegels 17. Die Strahlung 9, genauer gesagt der Strahlungsanteil, der von dem
Polarisationsstrahlteiler 12 in den Messpfad 14 eingekoppelt wird, wird über eine Ablenkeinrichtung in Form einer Scannereinrichtung 19 geführt, die im gezeigten Beispiel zwei nicht näher dargestellte Scannerspiegel aufweist, um die Strahlung 9 in dem Messpfad 14 abzulenken, bevor diese in den Strahlengang des Laserstrahls 4 eingekoppelt wird.
Mit Hilfe der Scannereinrichtung 19 kann die Strahlung 9 in dem Messpfad 14 an unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück 2 abgelenkt bzw. ausgerichtet werden. In Fig. 1 sind beispielhaft eine Position P, an welcher der Laserstrahl 4 auf das Werkstück 2 trifft, eine erste Position P1 im Vorlauf zu der Position P, an welcher der Laserstrahl 4 auf das Werkstück 2 trifft, sowie eine zweite Position P2 im
Nachlauf zu der Position P dargestellt, an welcher der Laserstrahl 4 auf das
Werkstück 2 trifft. Mit Hilfe der Scannereinrichtung 19 kann die Strahlung 9 in dem Messpfad 14 an alle drei Positionen P1 , P, P2 abgelenkt bzw. ausgerichtet werden.
Die von dem Werkstück 2 in dem Messpfad 14 reflektierte und/oder gestreute Strahlung 9 sowie die von dem Endspiegel 17 in dem Referenzpfad 13 reflektierte und/oder gestreute Strahlung 9 wird an dem Polarisationsstrahlteiler 12
zusammengeführt und durchläuft die optische Faser 1 1 in umgekehrter Richtung. An einem vor der Strahlquelle 8 angeordneten weiteren Strahlteiler 20, der als
teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist, wird die reflektierte Strahlung 9 umgelenkt und einem Spektrometer 21 zugeführt, welches in einen Detektor 22 in Form einer Detektorzeile sowie ein Beugungsgitter 23 aufweist, an dem die reflektierte und/oder gestreute Strahlung 9 in ihre spektralen Anteile zerlegt wird, die auf unterschiedliche Detektorflächen des als Detektorzeile ausgebildeten Detektors 22 treffen. Die Gesamtleistung PD der Strahlung 9, die auf den Detektor 22 bzw. auf jede einzelne Detektorfläche 22a-k (vgl. Fig. 2) trifft, ist die Summe aus einem
Leistungsanteil PR der Strahlung 9, die den Referenzpfad 13 durchlaufen hat und die an dem Endspiegel 17 zum Detektor 22 zurück reflektiert und/oder gestreut wird und einem Leistungsanteil PM der Strahlung 9, die den Messpfad 14 durchlaufen hat und die an dem Werkstück 2 zum Detektor 22 zurück reflektiert und/oder gestreut wird (PD = PM + PR).
Für den Fall, dass die Aufteilung der Quellenleistung PQ an dem
Polarisationsstrahlteiler 12 auf den Referenzpfad 13 mit einem Referenzanteil SR und auf den Messpfad 14 mit einem identischen Messanteil SM erfolgt, d.h. SR = SM = 0,5 (wobei SR + SM = 1 gilt), ergibt sich für die Gesamtleistung PD, die auf den Detektor 22, genauer gesagt auf jede einzelne Detektorfläche 22a-k trifft, folgendes: lD(k) = p PD(k) = p [ PR(k) + PM(k) ], wobei k = 2 π / λ die Wellenzahl (in [m"1]), λ die Wellenlänge der Strahlung 9 bzw. des jeweiligen Strahlungsanteils, lD(k) des Messstrom an der jeweiligen
Detektorfläche 22a-k und p die Proportionalitätskonstante zwischen auftreffender Leistung Pü(k) und dem hierzu proportionalen Messstrom lD(k) (p z.B. in Ampere / Watt) bezeichnet.
Der Messstrom lD(k) weist drei Anteile (a)-(c) auf, die nachfolgend angegeben sind: lD(k) =
^ [ Q (k) (RR + Rsi + Rs2 +■■■)] (a)
+ [PQ(/c)EiLiVßÄ(cos [ 2k(zR - zsn)])] (b)
+
Figure imgf000020_0001
(cos [ 2fc(Zsn — zSm)])] (c)
Für die Erklärung der Bedeutung der in den Anteilen (a)-(c) verwendeten Größen sei auf Fig. 2 verwiesen, die eine vereinfachte Darstellung des optischen
Kohärenztomographen 7 mit dem Referenzpfad 13 und dem Messpfad 14 zeigt. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, bezeichnet RR die Reflektivität des Endspiegels 17 und Rsi , Rs2, ■■■ , RSN bezeichnen die Reflektivität des Werkstücks 2 in unterschiedlichen Messebenen, die jeweils unterschiedlichen Tiefen in dem Werkstück 2 entsprechen. In Fig. 2 nicht gezeigt ist die optische Weglänge zR, welche die Strahlung 9 im
Referenzpfad 13 zurücklegt, sowie die optische Weglänge zs bzw. zSn, welche die Strahlung 9 im Messpfad 14 zu der jeweiligen Messebene 1 , n, N zurücklegt.
Beim ersten Anteil (a) handelt es sich um einen sogenannten DC-Anteil, d.h. um einen konstanten Anteil, der z.B. mittels eines Dunkelabgleichs vor dem Beginn der Detektion bzw. Messung bestimmt wird und der während der Detektion aus der vom Detektor 22 detektierten Gesamtleistung PR(k) + PM(k) bzw. dem hierzu
proportionalen Messstrom lD(k) herausgefiltert wird. Der DC-Anteil (a) reduziert den Kontrastbereich des Detektors 22 und sollte daher möglichst klein ausfallen.
Bei dem zweiten Anteil (b) handelt es sich um einen so genannten Cross-Correlation- Anteil, der die eigentliche Tiefen Information, d.h. das eigentlich gewünschte
Messsignal, als interferometrischen Signalanteil enthält. Der Auto-Correlation-Anteil (c) enthält bei der Reflexion an verschiedenen Messebenen 1 , N am Werkstück 2 Interferenzanteile zwischen unterschiedlichen Messebenen 1 , N. Es handelt sich bei dem Auto-Correlation-Anteil (c) um Artefakte, die das tatsächliche Messergebnis verfälschen, d.h. auch der Auto-Correlation-Anteil (c) sollte möglichst gering ausfallen.
Fig. 1 zeigt auch eine Auswerteeinrichtung 24, welche die Gesamtleistung PR(k) + PM(k), die auf den Detektor 22 trifft, genauer gesagt das zu diesem proportionale Messsignal lD(k) spektral aufgelöst in Abhängigkeit von der Wellenzahl k aufnimmt und auswertet. Anhand der spektral aufgelösten Gesamtleistung PR + PM können Informationen über den Schwei ßprozess ermittelt werden, beispielsweise über die Einschweißtiefe ΔΖ, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Spektrum 25 anhand eines spektralen Abstands zwischen zwei Peaks in dem aufgenommenen Spektrum 25 bestimmt werden kann, wie dies in Fig. 1 beispielhaft angedeutet ist.
Wie in Fig. 3a,b zu erkennen ist, hängt die spektral aufgelöste Gesamtleistung PR + PM und somit das zugehörige Spektrum 25 stark vom am Werkstück 2 reflektierten Leistungsanteil Rs (bzw. vom am Werkstück 2 in einer jeweiligen Messebene reflektierten Leistungsanteil Rsi ,... , RSN) ab, der sich in Fig. 3a, b auf die gesamte Quellenleistung PQ bezieht und der wiederum von der Position P, P1 , P2 abhängig ist, an dem die Strahlung 9 in dem Messpfad 14 auf das Werkstück 2 trifft. Bei dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel, bei welcher die Strahlung 9 an der Position P des
Laserstrahls 4 auf das Werkstück 2 trifft, ist der am Werkstück 2 reflektierte
Leistungsanteil Rs an der Quellenleistung PQ vergleichsweise klein und liegt z.B. bei Rs = 0,02, während der am Endspiegel 17 reflektierte Leistungsanteil RR an der Quellenleistung PQ bei ca. 0,5 liegt, d.h. es ist RR « 1 - Rs, was zu einem
vergleichsweise großen DC-Anteil (a) führt, wie in Fig. 3a anhand des
vergleichsweise hohen bzw. großen Spektrums 25 erkennbar ist.
Bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel wird die Strahlung 9 in dem Messpfad 14 von der ersten Position P1 im Vorlauf zur Position P des Laserstrahls 4 bzw. von der zweiten Position P2 im Nachlauf zur Position P des Laserstrahls 4 reflektiert. An diesen beiden Positionen P1 , P2 ist der am Werkstück 2 bzw. an der Oberfläche 2a des Werkstücks 2 reflektiere Leistungsanteil Rs an der Quellenleistung PQ
vergleichsweise groß, z.B. Rs = 0,98, während für den am Endspiegel 17 reflektierten Leistungsanteil RR gilt: RR = 0,02, so dass gilt: Rs ~ 1 - RR. In diesem Fall ist der Auto-Correlation-Anteil (c) des Spektrums 25 zu groß und dieses ist vergleichsweise unregelmäßig.
Um möglichst unabhängig von der ggf. stark unterschiedlichen Reflektivität Rs des Werkstücks 2 eine möglichst hohe Signalqualität bzw. ein gutes Signal-zu- Rauschverhältnis zu erhalten, weist die in Fig. 1 gezeigte Bearbeitungsvorrichtung 1 eine Regeleinrichtung 26 auf, um das Verhältnis zwischen dem Leistungsanteil PR der in dem Messpfad 14 vom Werkstück 2 zu dem Detektor 22 zurück reflektierten Strahlung 9 zu dem Leistungsanteil PM des in dem Referenzpfad 13 von dem
Endspiegel 17 zurück reflektierten Strahlung 9 auf ein Soll-Verhältnis PMs / PRS ZU regeln. Bei dem Soll-Verhältnis PMS / PRS kann es sich insbesondere um einen konstanten Wert handeln, der bevorzugt zwischen ca. 0,01 und ca. 100, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 10 und idealer Weise bei PMS / PRS = 1 liegt.
Für die Durchführung der Regelung kann die Regeleinrichtung 26 zunächst den (Ist- )Leistungsanteil PR der Strahlung 9 aus dem Referenzpfad 14, die zum Detektor 22 reflektiert wird, rechnerisch ermitteln, beispielsweise auf folgende Weise:
Figure imgf000023_0001
wobei SR den Referenzanteil der Quellenleistung PQ der Strahlung 9 bezeichnet, der in den Referenzpfad 14 eingekoppelt wird (s.o.) und RR die Reflektivität des
Endspiegels 17 bezeichnet. Die Quadrierung des Referenzanteils SR der
Quellenleistung PQ in obiger Gleichung ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Strahlteiler 12 zweifach durchlaufen wird. Anhand der Gesamtleistung PD, die auf den Detektor 22 trifft, kann in der Auswerteeinrichtung 24 der (Ist-)Leistungsanteil PM des Messpfads bestimmt werden zu PM = PD - PR-
Mit Hilfe des auf diese - oder ggf. auf andere Weise - bestimmten Ist-Verhältnisses PM / PR kann in der Regeleinrichtung 26 die Regelung auf das gewünschte Soll- Verhältnis PMS / PRS vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann die
Regeleinrichtung 26 auf eine Stelleinrichtung 27 einwirken, welche es ermöglicht, den Leistungsanteil PR in dem Referenzpfad 13 zu verändern. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Stelleinrichtung 27 als Bewegungseinrichtung ausgebildet, die zur Bewegung, genauer gesagt zur Verschiebung der ersten Linse 16a im
Referenzpfad 13 entlang der Strahlachse 28 des Referenzpfads 13 dient.
Durch die Verschiebung der ersten Linse 16a wird die Fokusposition F1 der ersten Linse 16a verändert, sodass diese nicht mehr in der Ebene des austrittsseitigen Endes der optischen Faser 1 1 liegt, d.h. der Abstand zwischen dem austrittsseitigen Ende der optischen Faser 1 1 und der ersten Linse 16a stimmt nicht mehr mit der Brennweite f der ersten Linse 16a überein, wodurch die Strahlung 9 in dem
Referenzpfad 13 defokussiert wird, was eine Abschwächung bzw. Attenuation der zum Detektor 22 zurück reflektierten Strahlung 9 zur Folge hat. Diese Abschwächung A kann als eine (z.B. prozentuale) Verringerung des Reflexionsgrads RR in dem Referenzpfad 13 angesehen werden, d.h. der verringerte Reflexionsgrad RR * A wird nicht mehr ausschließlich von der Reflektivität RR des Endspiegels 17 bestimmt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Stelleinrichtung 27 auch ausgebildet sein, die zweite Linse 16b in dem Referenzpfad 13 in Richtung der Strahlachse 28 zu verschieben, wodurch die weiter oben beschriebene Defokussierung bzw. Abschwächung in Bezug auf den Abstand zwischen der zweiten Linse 16b und dem Endspiegel 17 auftritt. Es versteht sich, dass bei der in Fig. 1 gezeigten
Bearbeitungsvorrichtung 1 die zweite Linse 16b nicht zwingend notwendig ist, d.h. es ist nicht zwingend erforderlich, die kollimierte Strahlung 9 in dem Referenzpfad 13 auf den Endspiegel 17 zu fokussieren.
Die Stelleinrichtung 27 kann auch direkt auf den Endspiegel 17 einwirken, um dessen Reflektivität RR zu verändern, ohne dass zu diesem Zweck auf die Linsen 16a,b eingewirkt werden muss, beispielsweise indem der Endspiegel 17 um seine Achse gedreht wird. Auch ist es möglich, dass die Stelleinrichtung 27 eine in Fig. 1 gezeigte optische Filtereinrichtung 29 in den Strahlengang des Referenzpfads 13 hinein- und wieder aus diesem heraus bewegt, wie in Fig. 1 ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, wodurch ebenfalls eine Attenuation A bzw. eine
Veränderung des Reflexionsgrads A * RR in dem Referenzpfad 13 auftritt. Alternativ oder zusätzlich kann die bzw. eine optische Filtereinrichtung 29 dauerhaft im
Strahlengang des Referenzpfads 13 angeordnet werden, wobei die Filterwirkung bzw. die Attenuation A der optischen Filtereinrichtung mit Hilfe der Regeleinrichtung 26 verändert werden kann, d.h. es handelt sich um eine steuerbare optische
Filtereinrichtung 29.
Die Stelleinrichtung 27a zur Veränderung des Leistungsanteils PR, der aus dem Referenzpfad 13 zum Detektor 22 zurück reflektiert wird, kann auch dazu dienen, die Aufteilung der Quellenleistung PR der Strahlquelle 8 auf den Referenzpfad 13 und auf den Messpfad 14, d.h. das Verhältnis SR zu SM, ZU verändern. Zu diesem Zweck kann die bzw. eine Stelleinrichtung 27a beispielsweise in geeigneter Weise auf den (Polarisations-)Strahlteiler 12 einwirken, beispielsweise indem dieser um die
Strahlachse der von der Strahlquelle 8 auf diesen auftreffenden Strahlung 9 gedreht wird, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, wodurch sich typischerweise das Verhältnis SR / SM und somit auch das Verhältnis der Leistungsanteile PR / PM verändert.
Im gezeigten Beispiel dient die Regeleinrichtung 26 zusätzlich zur Regelung des Verhältnisses der Leistungsanteile PR / PM auch zur Regelung der Gesamtleistung PR + PM, die auf den Detektor 22 auftrifft, und zwar auf einen Wert, der unterhalb eines Gesamtleistungs-Schwellwerts PRS + PMS liegt, der durch die Empfindlichkeit des Detektors 22 vorgegeben ist und der nicht überschritten werden sollte, um zu vermeiden, dass der Detektor 22 in die Sättigung gerät bzw. seinen Kontrastumfang überschreitet. Um dies zu erreichen, wirkt die Regeleinrichtung 26 auf eine weitere Stelleinrichtung 30 ein, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine steuerbare Stromquelle zur Zuführung eines Stromsignals zu der Strahlquelle 8 in Form der Superlumineszensdiode dient. Mit Hilfe der weiteren Stelleinrichtung 30 kann somit die Quellenleistung PQ der Strahlquelle 8 verändert werden, wodurch die auf den Detektor 22 treffende Gesamtleistung PR + PM so geregelt werden kann, dass diese stets unterhalb des Gesamtleistungs-Schwellwerts PRS + PMS liegt.
Fig. 4a,b zeigen beispielhaft die spektral aufgelöste, auf den Detektor 22
auftreffende Gesamtleistung PR + PM bzw. ein resultierendes Spektrum 25 für die erste Messebene (n = 1 ) bzw. für eine tiefer in dem Werkstück 2 befindliche
Messebene (n > 1 ) in Abhängigkeit von der Wellenzahl k. Mit Hilfe der
Auswerteeinrichtung 24 können in dem jeweiligen Spektrum 25 charakteristische Kenngrößen ermittelt werden, die von der Regeleinrichtung 26 für die Reglung verwendet werden können. Beispielsweise lässt sich bei der Wellenzahl, bei welcher das Maximum der Stromstärke bzw. der Gesamtleistung PR + PM gemessen wird, der Mittelwert aus der Reflektivität RR des Referenzpfads 13 und der Reflektivität Rs des Werkstücks 2 ablesen, d.h. es lässt sich als Kenngröße (RR + Rsi ) / 2 bestimmen.
Ebenso kann der Proportionalitätsfaktor ^RRRSi des Cross-Correlation-Anteils (b) anhand des Spektrums 25 ermittelt werden und auf diese Weise beispielsweise die Reflektivität RSi des Werkstücks 2 an der ersten Messebene (n = 1 ) bestimmt werden.
Anhand der mindestens einen Kenngröße, beispielsweise des
Proportionalitätsfaktors RRRSi des Cross-Correlation-Anteils (b), kann das Soll- Verhältnis PMS / PRS und/oder die Gesamtleistung PR + PM geeignet angepasst werden, um das Signal-zu-Rauschverhältnis zu optimieren. Es versteht sich aber, dass sowohl das Soll-Verhältnis PMS / PRS als auch die Gesamtleistung PR + PM auf einen vorbestimmten, konstanten Wert geregelt werden können. In diesem Fall kann auf eine Justage des Detektors 22 zur Anpassung an unterschiedliche
Werkstoffarten etc. verzichtet werden. Fig. 5a,b zeigen zwei Spektren 25, die mit Hilfe der Regeleinrichtung 26 so optimiert wurden, dass sowohl der DC-Anteil (a) als auch der Auto-Correlation-Anteil (c) vergleichsweise gering sind, so dass im Wesentlichen der die Tiefen Information enthaltende Cross-Correlation-Anteil (b) verbleibt. Die zu Grunde liegenden
Lichtverhältnisse bei der Aufnahme der beiden Spektren 25 sind stark
unterschiedlich und entsprechen den in Fig. 3a, b gezeigten Lichtverhältnissen bzw. Reflektivitäten Rs des Werkstücks 2. Wie der Vergleich von Fig. 5a und Fig. 5b ergibt, unterscheiden sich die beiden Spektren 25 trotz der stark unterschiedlichen Lichtverhältnisse am Werkstück 2 nur unwesentlich, d.h. die Signalqualität ist sowohl an den beiden Positionen P1 , P2 im Vorlauf und im Nachlauf zur Position P des Laserstrahls 4 als auch an der Position P des Laserstrahls 4 selbst hoch.
Obgleich weiter oben eine schweißende Bearbeitung des Werkstücks 2 beschrieben wurde, kann die Optimierung der Signalqualität auch vorteilhaft bei anderen
Bearbeitungsprozessen vorgenommen werden, die mittels der
Bearbeitungsvorrichtung 1 oder einer geeignet modifizierten Bearbeitungsvorrichtung 1 durchgeführt werden. Beispielsweise kann es sich bei der Bearbeitung um einen (Laser-)Schneidprozess oder um einen (Laser-)Bohrprozess handeln. Auch kann das weiter oben beschriebene Verfahren bei anderen optischen Interferometern als bei einem optischen Kohärenztomographen Anwendung finden, da dort ebenfalls das Problem auftritt, dass durch die Veränderung der Belichtungszeit des Detektors 22 bzw. durch die Veränderung der Quellenleistung PQ ohne eine Anpassung des Leistungs-Verhältnisses PR / PM die Signalqualität bzw. das Signal-zu- Rauschverhältnis nicht optimiert werden kann. Bei dem Werkstück 2 muss es sich nicht zwingend um ein metallisches Werkstück 2 (ein Blech) handeln, es können vielmehr auch andere Objekte mit Hilfe der Bearbeitungsvorrichtung 1 bearbeitet werden, die zur Vereinfachung in der vorliegenden Anmeldung als Werkstück 2 bezeichnet werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Bearbeitungsvorrichtung (1 ) zur insbesondere schweißenden Bearbeitung eines Werkstücks (2), umfassend:
einen Bearbeitungskopf (3) zur Bereitstellung eines Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Laserstrahls (4), für die Bearbeitung des Werkstücks (2), ein optisches Interferometer, insbesondere einen optischen
Kohärenztomographen (7), umfassend:
eine Strahlquelle (8) zur Erzeugung von Strahlung (9) mit einer Quellenleistung (PQ), eine Strahlteilereinrichtung (12) zur Aufteilung der Quellenleistung (PQ) der Strahlquelle (8) auf einen Referenzpfad (13), in dem ein Retroreflektor (17) angeordnet ist, und auf einen Messpfad (14), in dem das Werkstück (2) angeordnet ist, sowie
einen Detektor (22) zur Detektion einer Gesamtleistung (PR + PM) der Strahlung (9), die von dem Werkstück (2) in dem Messpfad (14) und von dem Retroreflektor (17) in dem Referenzpfad (13) zum Detektor (22) reflektiert und/oder gestreut wird,
gekennzeichnet durch
eine Stelleinrichtung (27, 27a) zur Veränderung eines Leistungsanteils (PR) der von dem Retroreflektor (17) zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) an der Gesamtleistung (PR + PM), sowie
eine Regeleinrichtung (26) zur Einwirkung auf die Stelleinrichtung (27, 27a) zur Regelung eines Verhältnisses (PM / PR) zwischen einem Leistungsanteil (PM) der vom Werkstück (2) zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) und dem Leistungsanteil (PR) der vom Retroreflektor (17) zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) auf ein Soll-Verhältnis (PMS / PRS)-
2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 , bei welcher die Stelleinrichtung (27a) zur Veränderung der Aufteilung der Quellenleistung (PQ) der Strahlung (9) der Strahlquelle (8) auf den Referenzpfad (13) und auf den Messpfad (14)
ausgebildet ist.
3. Bearbeitungsvornchtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Stelleinrichtung (27) zur Veränderung des Leistungsanteils (PR) der Strahlung (9) in dem
Referenzpfad (13) oder des Leistungsanteils (PM) in dem Messpfad (14) ausgebildet ist.
4. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Stelleinrichtung (27) zur Veränderung einer Reflektivität (RR) des in dem Referenzpfad (13)
angeordneten Retroreflektors (17) ausgebildet ist.
5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Stelleinrichtung (27) ausgebildet ist, zur Veränderung einer Fokusposition (F1 , F2) der Strahlung (9) in dem Referenzpfad (13) auf eine Fokussiereinrichtung (16a, 16b)
einzuwirken.
6. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Fokussiereinrichtung eine bewegbare, insbesondere entlang einer Strahlachse (28) des Referenzpfads (13) verschiebbare Linse (16a, 16b) umfasst.
7. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welcher die
Stelleinrichtung (27) eine optische Filtereinrichtung (29) aufweist.
8. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
eine weitere Stelleinrichtung (30) zur Veränderung der Quellenleistung (PQ) der Strahlquelle (8), wobei die Regeleinrichtung (26) zur Ansteuerung der weiteren Stelleinrichtung (30) für die Regelung der zum Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Gesamtleistung (PR + PM) unter einen Gesamtleistungs-Schwellwert (PRS + PMS) ausgebildet ist.
9. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der optische Kohärenztomograph (7) zur spektral aufgelösten Detektion der zum Detektor (22) zurück reflektierten Gesamtleistung (PR + PM) ausgebildet ist.
10. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, weiter umfassend:
eine Auswerteeinrichtung (24) zur Ermittlung mindestens einer Kenngröße (RR Rsi) der spektral aufgelösten Gesamtleistung (PR + PM), wobei die
Regeleinrichtung (26) ausgebildet ist, das Soll-Verhältnis (PMS / PRS) und/oder die Gesamtleistung (PR + PM) in Abhängigkeit von der mindestens einen Kenngröße (RR RSI) anzupassen.
1 1 . Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
eine Ablenkeinrichtung (14) zur Ablenkung der Strahlung (9) in dem Messpfad (14) an unterschiedliche Positionen (P, P1 , P2) an dem Werkstück (2).
12. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 1 , bei welcher die Ablenkeinrichtung (14) ausgebildet ist, bei der insbesondere schweißenden Bearbeitung des
Werkstücks (2) die Strahlung (9) in dem Messpfad (13) an eine erste Position (P1 ) vorlaufend zu einer Position (P) des Bearbeitungsstrahls (4) auf dem
Werkstück (2), an die Position (P) des Bearbeitungsstrahls (4) auf dem Werkstück (2) und an eine zweite Position (P2) nachlaufend zur Position (P) des
Bearbeitungsstrahls (4) auf dem Werkstück (2) abzulenken.
13. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (2), insbesondere mittels einer
Bearbeitungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
Erzeugen von Strahlung (9) mit einer Quellenleistung (PQ),
Aufteilen der Quellenleistung (PQ) der Strahlung (9) auf einen Referenzpfad (13), in dem ein Retroreflektor (17) angeordnet ist, und auf einen Messpfad (14), in dem das Werkstück (2) angeordnet ist,
Detektieren einer Gesamtleistung (PR + PM) der Strahlung (9), die von dem Werkstück (2) in dem Messpfad (14) und von dem Retroreflektor (17) in dem Referenzpfad (13) reflektiert und/oder gestreut wird und miteinander interferiert, sowie
Regeln eines Verhältnisses (PM / PR) zwischen einem Leistungsanteil (PM) der vom Werkstück (2) reflektierten und/oder gestreuten detektierten Strahlung (9) und einem Leistungsanteil (PR) der vom Retroreflektor (17) reflektierten und/oder gestreuten detektierten Strahlung (9) auf ein Soll-Verhältnis (PMs / PRS) durch Verändern des Leistungsanteils (PR) der von dem Retroreflektor (17) zum
Detektor (22) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) an der
Gesamtleistung (PR + PM), wobei die obigen Schritte während des insbesondere schweißenden Bearbeitens des Werkstücks (2) mit einem Bearbeitungsstrahl, insbesondere mit einem Laserstrahl (4), durchgeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem das Verändern des Leistungsanteils (PR) der vom Retroreflektor (17) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) an der Gesamtleistung (PR + PM) ein Verändern der Aufteilung der Quellenleistung (PQ) der Strahlung (9) auf den Referenzpfad (13) und auf den Messpfad (14) umfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem das Verändern des
Leistungsanteils (PR) der von dem Retroreflektor (17) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung (9) an der Gesamtleistung (PR + PM) ein Verändern, insbesondere ein Abschwächen, des Leistungsanteils (PR) der Strahlung (9) in dem Referenzpfad (13) und/oder ein Verändern, insbesondere ein Abschwächen, des Leistungsanteils (PM) in dem Messpfad (14) umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem zum Abschwächen des
Leistungsanteils (PR) der Strahlung (9) in dem Referenzpfad (13) eine
Fokusposition (F1 , F2) der Strahlung (9) in dem Referenzpfad (13) verändert wird, bevorzugt durch Einwirken auf eine auf eine Fokussiereinrichtung (16a, 16b) in dem Referenzpfad (13), besonders bevorzugt durch Bewegen, insbesondere durch Verschieben, mindestens einer Linse (16a, 16b) in dem Referenzpfad (13).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiter umfassend:
Verändern der Quellenleistung (PQ) zum Regeln der detektierten Gesamtleistung (PR + PM) unter einen Gesamtleistungs-Schwellwert (PRS + PMS)-
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei welchem die zurück
reflektierte und/oder gestreute Gesamtleistung (PR + PM) der Strahlung (9) spektral aufgelöst detektiert wird, weiter umfassend: Ermitteln mindestens einer Kenngröße (RR RSi ) der spektral aufgelösten Gesamtleistung (PR + PM), sowie
Anpassen des Soll-Verhältnisses (PMS / PRS) und/oder der Gesamtleistung (PR + PM) in Abhängigkeit von der mindestens einen ermittelten Kenngröße (RR RSI ).
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