WO2022117207A1 - Method, device and machining system for monitoring a process for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam - Google Patents

Method, device and machining system for monitoring a process for machining a workpiece by means of a high-energy machining beam Download PDF

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WO2022117207A1
WO2022117207A1 PCT/EP2020/084629 EP2020084629W WO2022117207A1 WO 2022117207 A1 WO2022117207 A1 WO 2022117207A1 EP 2020084629 W EP2020084629 W EP 2020084629W WO 2022117207 A1 WO2022117207 A1 WO 2022117207A1
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machining
workpiece
measurement
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PCT/EP2020/084629
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Eckhard Lessmueller
Christian Truckenbrodt
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Lessmueller Lasertechnik Gmbh
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    • G01B9/0209Low-coherence interferometers
    • G01B9/02091Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence

Definitions

  • the invention relates to a method, a control unit, a device and a machining system for monitoring a machining process of a workpiece using a high-energy machining beam.
  • the invention also relates to an associated control unit and an associated computer program product.
  • Methods for machining workpieces using a high-energy machining beam, such as a laser beam are known from the prior art.
  • Laser welding and/or laser beam cutting represent common applications.
  • the processing beam is moved along a main processing path relative to the workpiece or relative to a plurality of workpieces to be connected, as a result of which a weld seam can be formed, for example.
  • WO 2020/069266 A1 discloses a method in which a local energy density of the machining beam is visualized on the workpiece.
  • OCT optical coherence tomography
  • OCT measurements allow the actual machining process to be observed and evaluated.
  • the measuring beam is shifted independently of the processing beam and is moved, for example, along one or more measuring lines.
  • a height profile can then be determined along the measuring line.
  • a corresponding measuring method is known from DE 10 2015 007 142 A1, in which the measuring beam is displaced transversely to the processing direction both in front of and behind a current processing point.
  • a processing system is known from DE 10 2019 210 618 A1 that enables OCT monitoring of wobble laser welding.
  • the system is set up to move a measuring beam to different measuring locations relative to a processing beam. This movement takes place in accordance with the wobble pattern, i. H. the relative position of the measuring beam is independent of the periodic movement of the wobble.
  • the diverse options for process monitoring using OCT mean that a user of a processing system is often confronted with just as diverse information. It can be challenging and time-consuming to link the different measurement results and to draw conclusions about possible incorrect settings, suitable process parameters and/or the quality of a machining result.
  • the object of the present invention is therefore to improve the manageability of an OCT-based monitoring system.
  • the invention provides a method for monitoring a machining process of a workpiece, in particular laser welding, using a high-energy machining beam, comprising the following steps: determining a machining figure that defines a plurality of machining positions with associated multidimensional machining position coordinates; generating a high-energy processing beam and projecting and/or focusing the processing beam onto the workpiece according to the processing figure; Generating a measurement beam by means of an optical coherence tomograph, it being possible for the measurement beam to be coupled into the processing beam; determining measurement positions on the workpiece at least at some of the machining positions and/or in the vicinity thereof; determining measurement values at the measurement positions by directing the measurement beam at the measurement positions; and generating at least one representation based on multi-dimensional information relating to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions.
  • the invention provides a device for monitoring a machining process of a workpiece, in particular laser welding, by means of a high-energy machining beam, the device being set up for: generating a high-energy machining beam and projecting and/or focusing the machining beam onto the workpiece according to a machining figure, defining a plurality of machining positions with associated multi-dimensional machining position coordinates; Generating a measurement beam by means of an optical coherence tomograph, it being possible for the measurement beam to be coupled into the processing beam; determining measurement positions on the workpiece at least at some of the machining positions and/or in the vicinity thereof; and generating at least one representation based on multi-dimensional information relating to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions.
  • the device according to the invention can be set up to monitor the machining process according to a method according to the invention.
  • the device can be set up to carry out the method in a semi-automated or automated manner.
  • the device can have the corresponding components, units and/or devices.
  • the device can be set up to implement the corresponding method features.
  • the method can have corresponding additional and/or correspondingly adapted method steps.
  • the device can include a processing unit with a processing beam source for generating the high-energy processing beam and with processing beam optics for projecting and/or focusing the processing beam onto a processing position on the workpiece. Furthermore, the device can include an optical coherence tomograph for generating the measuring beam.
  • the measurement values and/or the measurement positions can be improved. It is possible for a user to use the representation to understand whether process parameters are set correctly or whether they need to be adjusted. The quality of the processing can also be seen from this. For example, a weld seam quality can be checked precisely and/or with spatial resolution. Furthermore, a position of the measuring beam relative to the machining beam and/or relative to a weld seam and/or relative to the machined workpiece can be easily checked using a multidimensional representation. As a result, the usability is improved since the effects of the settings made can be assessed easily and clearly.
  • the workpiece can be a single workpiece or multiple workpieces. In the latter case, the workpieces can be arranged one above the other and/or next to one another, for example in order to weld them together.
  • the workpiece may include one or more metal parts and/or parts and/or components.
  • the processing figure can define a main processing path on which an additional movement is superimposed, in particular a wobble movement. In particular, the processing figure includes a total of processing positions onto which the processing beam is to be directed.
  • the processing figure can be based on a rectilinear main processing path. Alternatively or additionally, the machining figure can be based on a curved and/or polygonal and/or circular and/or elliptical main machining path.
  • a processing head can be provided, which can be carried by an industrial robot, for example.
  • the machining head can be movable relative to the workpiece.
  • the processing beam optics can be provided in the processing head.
  • the processing beam can be a processing laser beam.
  • the measuring beam can be a laser beam, which can be generated in particular independently of the processing beam.
  • the measurement beam and/or the processing beam can be coupled into the processing head and preferably into the processing beam optics.
  • the optical coherence tomograph can include a beam generation unit for generating the measurement beam and a reference beam.
  • the optical coherence tomograph can have a measuring arm that extends from the beam generation unit and in which the measuring beam can be guided optically so that it can be projected onto a measurement object such as the workpiece, and a reference arm that extends from the beam generation unit and in which the reference beam can be guided optically and which simulates the measuring arm at least in its optical path length and/or in its other optical properties. After passing through the measuring arm or the reference arm, the measuring beam and the reference beam can be superimposed to generate an interference signal.
  • the reference arm can be designed to be fixed or adjustable.
  • optical properties of the reference arm such as its optical path length and/or its total dispersion can be adjustable, for example in order to adapt them to a changed path length of the processing beam and/or to different optical components guiding the measuring beam.
  • several reference arms are provided which can be operated in parallel, alternatively and/or in series and which differ in terms of their optical properties. It can thus be made possible, for example when changing optical components of the beam guidance, to switch manually or automatically to another reference arm in order to bring about the optical correspondence of reference arm and measuring arm.
  • the optical coherence tomograph is not arranged on the industrial robot.
  • the optical coherence tomograph can be stationary.
  • the optical coherence tomograph can be connected to the processing head via light guides such as fibers.
  • the processing head can be movable relative to the coherence tomograph.
  • the optical coherence tomograph and in particular its sensor system is arranged on the industrial robot, for example inside and/or near the processing head.
  • the optical coherence tomograph can be moved with the processing head and/or with moving components of the industrial robot.
  • a measuring beam deflection device can be provided, by means of which the measuring beam can be deflected in such a way that it can be guided relative to a current machining position on the workpiece.
  • the measuring beam can be displaceable independently of the processing beam.
  • the measuring beam can be directed, for example, into a keyhole created during processing and/or directly onto a point of impact of the processing beam on the workpiece.
  • the measuring beam can be guided in the main processing direction in front of or behind the processing position and/or transversely, for example perpendicularly and/or obliquely and/or longitudinally to the main processing direction.
  • measurement lines can be traced along which, for example, a height profile can be determined.
  • the measuring beam deflection device can comprise at least one movable mirror which can be rotated and/or pivoted in particular in at least one spatial direction.
  • the measuring beam deflection device comprises two mirrors, each of which can be moved in one spatial direction, or one movable mirror for each degree of freedom of displacement.
  • a processing beam deflection device can be present, by means of which the processing beam can be displaced.
  • the processing beam deflection device can comprise at least one movable mirror which can be rotated and/or pivoted in particular in at least one spatial direction.
  • the processing beam deflection device comprises two mirrors, each of which can be moved in one spatial direction, or one movable mirror for each degree of freedom of displacement.
  • the measuring beam and the processing beam can preferably be displaced together by means of the processing beam deflection device. For example, by moving the processing beam deflection device, a wobbling movement can be generated that affects both the measuring beam and the processing beam follow.
  • the measuring beam can be shifted relative to the processing beam by suitable, preferably synchronous, movement of the measuring beam deflection device, while both beams are deflected by the processing beam deflection device.
  • the device can additionally comprise an image acquisition device.
  • the image capturing device can include a camera, for example a 2D camera or a 3D camera.
  • the image acquisition device is preferably set up to deliver images in real time.
  • the image capturing device can, for example, be arranged and set up in such a way that it captures images of the workpiece in an area onto which the processing beam and/or the measuring beam can be directed.
  • the image acquisition device can be arranged behind the measuring beam deflection device.
  • the movable mirror of the measuring beam deflection device can be partially transparent.
  • the device can include an illumination device which is arranged and set up to illuminate the workpiece in an area onto which the processing beam and/or the measuring beam can be directed.
  • Monitoring of the editing process may be limited to rendering the presentation.
  • the monitoring can also include, in particular, partially automated or automated control and/or regulation of at least one process parameter.
  • the monitoring can include the display of further settings, parameters, representations, textual and/or acoustic notifications and/or information and the like.
  • the monitoring can include querying at least one user input.
  • the multi-dimensional, location-dependent information can be based on multi-dimensional location coordinates and can include at least one additional property, for example at least one value and/or at least one marking and/or at least one piece of information regarding the presence or absence of a condition at at least one of a number of specific locations.
  • At least one display unit can be provided, by means of which the representation can be displayed.
  • the display unit can include a screen and/or data glasses or the like.
  • the display unit can be part of the device according to the invention.
  • the display unit can also be part of an external Computer and/or a mobile device such as a smartphone, tablet PC etc. be.
  • the at least one representation is preferably intended to be reproduced on a two-dimensional display screen.
  • the at least one representation can also be intended to be reproduced as a three-dimensional static and/or moving image, for example as a hologram, as a 3D screen image or the like.
  • the at least one representation can, for example, comprise two partial representations for some or all of the representations included, which are each assigned to one of the two eyes of the user, preferably a left partial representation and a right partial representation.
  • a 3D rendering can be achieved as a result.
  • the at least one representation may include multiple representations that may be displayed sequentially and/or simultaneously.
  • a way of presentation can be adjustable by the user.
  • the at least one representation may include a sequence of representations.
  • the at least one representation can comprise a plurality of representations displayed next to one another and/or one above the other.
  • a representation within the meaning of this disclosure can include static and/or moving unprocessed captured images, processed captured images, simulated images, calculated images and/or previously stored images, in particular in any combination.
  • a representation can include an image that is based on a graphic processing of measured values and that is superimposed on a captured image, for example of the workpiece.
  • captured images and images generated in some other way can be included in a common representation, for example next to one another or one above the other.
  • the machining figure causes an oscillating movement of the machining beam, optionally with a frequency of at least 50 Hz and advantageously of at least 100 Hz.
  • This oscillating movement is advantageously superimposed on a movement along a main machining path.
  • processing can be carried out in which so-called wobbling takes place, which advantageously leads to a high quality of the weld seam.
  • the oscillating movement can include sinusoidal, sawtooth-shaped, zigzag-shaped, circular segment-shaped, spiral-shaped and/or rectangular partial movements.
  • the type and/or the amplitude and/or the period of the partial movements and/or the oscillating movement can be specified directly or indirectly by the user. Suitable parameters can be automated, for example, depending on a A machining process to be carried out is selected by specifying the workpiece material, course of the weld seam, and/or a desired penetration depth during welding, etc. Alternatively or additionally, at least one of the parameters mentioned can be specified directly by the user.
  • a precise adjustment of processing parameters and an associated control over a processing result can be achieved in particular if at least one additional beam property is changed periodically during the oscillating movement, in particular a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength .
  • the method also includes determining penetration depth values for a respective penetration depth of the machining beam into the workpiece at at least some of the machining positions during the machining process using the optical coherence tomograph by directing the measuring beam to suitable measuring positions on the workpiece; and assigning the penetration depth values to the respective machining position coordinates.
  • the at least one representation includes a representation, also referred to below as a penetration depth representation, which is based on the associated penetration depth values and machining position coordinates.
  • the device is also set up to: determine penetration depth values for a respective penetration depth of the machining beam into the workpiece at at least some of the machining positions during the machining process using the optical coherence tomograph by directing the measuring beam to suitable measuring positions on the workpiece; and for associating the penetration depth values with the respective machining position coordinates.
  • the at least one representation includes a representation, also referred to below as a penetration depth representation, which is based on the associated penetration depth values and machining position coordinates.
  • Penetration depth values can be determined by directing the measuring beam into a keyhole. It can be provided to first determine an actual position of the keyhole for a certain predetermined processing position by creating a two-dimensional and/or a three-dimensional height profile in the area of the processing position. Provision can also be made to direct the measuring beam during processing to a position of the keyhole determined in this way.
  • the penetration depth values can be temporally and/or spatially averaged values.
  • the processing positions can be continuously distributed.
  • a penetration depth value can be assigned to a specific machining position, which results from a suitable averaging of several individual measured values, which are taken into account, for example, using a suitable weighting function.
  • the weighting function can take into account known parameters of the keyhole, such as its depth distribution parallel, transverse or oblique to the main processing direction. Alternatively or additionally, the weighting function can take into account certain processing parameters such as a feed rate, a processing beam power, a material and/or another property of the workpiece and the like.
  • the assignment of the penetration depth values to the respective processing position coordinates causes the penetration depth into the keyhole to be recorded for a specific predefined processing position of the processing beam when the processing beam was aimed at this predefined processing position.
  • the actual position of the keyhole for this given edit position may differ from the edit position itself.
  • the keyhole forms regularly in the main processing direction behind the current processing position.
  • the assignment to the respective machining position coordinates establishes the connection to the machining program run through.
  • the penetration depth values can change along the machining figure, for example periodically. Occurs about one Machining with a constant feed rate in the main machining direction may change a local speed along a machining path due to a wobble movement, which meanders and/or meanders and/or can follow a curved, jagged, angled or otherwise oscillating course in comparison to the main machining path along the main machining direction . At reversal points of the corresponding machining path, the speed at which the machining beam moves relative to the surface of the workpiece can therefore be lower than in areas in which the machining path intersects the main machining path. In general, the local speed of the processing beam can vary, which is why the processing beam acts on different areas of the workpiece for different lengths of time. This can result in a locally variable penetration depth.
  • the at least one display for example the penetration depth display
  • the penetration depth display includes a three-dimensional display in which the penetration depth values are plotted against the processing position coordinates.
  • This three-dimensional representation can be a perspective representation and/or a heat map representation, for example.
  • At least one further beam property for example a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength, as mentioned above.
  • a suitable choice of periodically changing additional beam properties can be aimed at achieving penetration depths that are as uniform as possible along the processing path.
  • specific parameters for such a setting can be specified and at least one jet property is controlled in order to use the penetration depth or its progression along the processing path as a controlled variable.
  • One or more of the periodically changing beam properties can serve as a manipulated variable.
  • the power of the processing beam can be changed periodically. This can serve to prevent too deep penetration into the workpiece in sections of the machining path in which the machining beam moves comparatively more slowly over the workpiece. In an analogous way further or other beam properties are changed periodically, depending on the desired result.
  • the at least one display in particular the penetration depth display, includes a moving display that is based on a moving viewing position.
  • the moving representation can be based, for example, on a virtual flight over the machining position coordinates, in which the associated welding depths can be visually recorded.
  • the moving representation can include a rotation of the three-dimensional representation, as a result of which, for example, positions can be alternately recognized more precisely in a plan view, whereas penetration depth values can be recognized more precisely in a side view.
  • the three-dimensional representation can be rotated in order to assume a specific viewing position. A user can then precisely match the three-dimensional profile of the indentation depths with the processing figure used in order to be able to estimate their influence on the indentation depth distribution.
  • the complex relationships behind the penetration depth distribution can be easily and comprehensively analyzed by the user, in particular if the moving display uses a 3D system and/or virtual reality system and/or augmented reality system such as 3D glasses, a 3D monitor, a head-mounted display or the like is reproduced.
  • augmented reality system it can be provided that the penetration depth display is superimposed on a real image of the workpiece.
  • the user can view the workpiece from different viewing positions and/or from different angles while wearing suitable 3D glasses or a head-mounted display, whereby the representation of the penetration depth is displayed and assessed virtually directly on the workpiece can.
  • An augmented reality system can also be implemented using a user's portable device, for example in the form of an app on a smartphone or tablet PC. If the device is held appropriately in space, an image of the workpiece can be generated via its integrated camera and the penetration depth display can be superimposed on this image.
  • the choice may be a user choice. This allows the display be provided with easily understandable indications of limit value violations, for example by highlighting areas in which the measured penetration depth exceeds or falls below a limit value.
  • the false color display can be used, for example, to generate a color gradient that illustrates increasing penetration depth values. The indentation depth distribution can thus be intuitively grasped by the user even without looking closely at a scale or axis labeling, which leads to improved usability when processing parameters are to be assessed or adjusted.
  • a particularly efficient finding of suitable parameters can be facilitated by a user specifying at least one limit value, the at least one display, in particular the penetration depth display, including a display based on a comparison of the assigned penetration depth values with the predefined limit value. This display based on the comparison can in turn depend on the mentioned selection of at least one display color and/or blinking and/or highlighting.
  • the limit value can be a minimum penetration depth value, a maximum penetration depth value, a frequency for the occurrence of specific minimum or maximum penetration depth values and/or a one-dimensional or two-dimensional spatial coordinate range to be observed.
  • a high level of operating convenience can be achieved as a result.
  • the user can work close to the data, but still grasp the data situation intuitively.
  • a user moves a line and/or a curve in the display in order to specify the limit value.
  • Such a line or curve can be used, for example, to draw a boundary between acceptable and unacceptable penetration depth values.
  • the possibilities that OCT measurements offer for process monitoring can be fully exploited in particular if the penetration depth values and/or the processing position coordinates are subjected to at least one data analysis, for example a statistical evaluation, after assignment, and the at least one representation, in particular the penetration depth representation , one Includes presentation based on data analysis.
  • the data analysis can include smoothing, for example in the form of a moving average with a suitable kernel function such as a rectangle, a triangle, a Gaussian curve or an asymmetric, for example skew, distribution function adapted to the shape of the keyhole.
  • the data analysis can include an exclusion of outliers.
  • Statistical evaluation may include averaging, determining specific quantiles, performing automated statistical tests, and the like.
  • a distribution of penetration depth values can be determined depending on a relative position of the assigned machining position, in particular depending on a position relative to the main machining path.
  • the statistical evaluation can include the determination of statistical parameters of such a distribution.
  • the representation can include a graphical representation of determined distributions and/or mean values, as well as a display of determined values.
  • the influence of certain machining parameters on a result and a quality of the machining can be checked quickly and reliably in particular if the at least one representation, in particular the penetration depth representation, includes at least a first representation that relates to a first set of associated penetration depth values, and at least a second representation relating to a second set of penetration depth values.
  • the penetration depth display can include the simultaneous display of a display based on stored measurement values from a previous measurement and a current display based on current measurement values.
  • the at least one representation in particular the penetration depth representation, can comprise a representation that is based on a comparison of at least two sets of assigned penetration depth values and machining position coordinates.
  • weld seams produced one after the other and the associated penetration depth values can be visually compared with one another.
  • measurement curves or three-dimensional representations of measured values which are based on the two sets, can be superimposed on one another and/or displayed in a common coordinate system.
  • a difference of penetration depth values are formed and the formed difference is displayed in order to carry out the comparison.
  • data related to current machining position coordinates and data related to current penetration depth values are synchronized in real time.
  • control can advantageously be carried out directly via a control unit of the optical coherence tomograph.
  • the penetration depth values can easily be assigned to the correct machining position coordinates.
  • the control unit of the optical coherence tomograph advantageously processes a predetermined position of the deflection device.
  • the control unit of the optical coherence tomograph can process a reported actual position of the deflection device.
  • the projection and/or focusing of the processing beam onto the processing positions and the directing of the measuring beam onto the measuring positions is based on a common time specification, and that the assignment of the penetration depth values to the respective processing position coordinates is carried out on the basis of the common time specification becomes.
  • the assignment is particularly simple, since a common time control can be used for the movement of the processing beam and for the measurement by means of the optical coherence tomograph or for the movement of the measuring beam.
  • data related to current machining position coordinates and data related to current penetration depth values are synchronized based on at least one trigger signal.
  • This embodiment allows the processing beam deflection device to be controlled independently of the optical coherence tomograph, which has advantages with regard to the design of the components used independently of one another and leads to a high degree of flexibility.
  • a particularly precise assignment of measured values to machining position coordinates can be achieved in particular if the method also includes determining a current machining position and a current penetration depth value, the assignment including determining the machining position coordinates belonging to the current machining position and assigning them to the current penetration depth value.
  • a control unit of the processing beam deflection device and a control unit of the optical coherence tomograph be provided which work independently of one another and which in particular can be physically separated from one another.
  • the control unit of the machining beam deflection device preferably has an interface that allows control signals to be clocked in the range of 10 ps or less, such as an RS485 interface, for example.
  • the control unit of the optical coherence tomograph can have an interface that can read in data synchronously with the penetration depth measurements. Furthermore, the control unit of the optical coherence tomograph can be integrated in such a way that it synchronously receives the control signals of the processing beam deflection device and/or position signals of the processing beam deflection device. A synchronization with respect to the set or determined position of the machining beam deflection device can thus take place. Furthermore, in the case of a periodic wobbling movement of the processing beam deflection device, it can be provided that the control unit of the optical coherence tomograph queries the period of the wobbling movement and/or receives it from the control unit of the processing beam deflection device.
  • control unit of the processing beam deflection device can send a trigger signal to the control unit of the optical coherence tomograph.
  • This trigger signal can be used together with the known period to assign the measured penetration depth values to the correct machining position coordinates by assigning OCT measured values and positions of the machining beam deflection device and thus of the machining beam on the workpiece to one another.
  • the measuring beam and the processing beam are deflected via a common deflection device.
  • the deflection device can generate a position feedback signal that is used to determine an actual machining position and/or an actual measurement position.
  • the deflection device can comprise the machining beam deflection device.
  • the position feedback signal can be used to synchronize the data related to current machining position coordinates and the data related to current penetration depth values.
  • the position feedback signal can be received, for example, by the control unit of the optical coherence tomograph and used as a basis for the control of the deflection device, in particular the processing beam deflection device, which proceeds therefrom.
  • the machining figure is related to a geometrical configuration of the workpiece.
  • the method includes the additional step of estimating the geometry of the workpiece at the measurement positions based on the associated measurement values.
  • the at least one representation includes a representation, also referred to below as a geometric representation, which is based on a two-dimensional representation of at least part of the machining figure and the associated estimated geometric condition of the workpiece.
  • the machining figure is related to a geometric configuration of the workpiece.
  • the device is also set up to estimate the geometric nature of the workpiece at the measurement positions on the basis of the associated measurement values.
  • the at least one representation includes a representation, also referred to below as a geometric representation, which is based on a two-dimensional representation of at least part of the machining figure and the associated estimated geometric condition of the workpiece.
  • the display of at least a part of the processing figure together with the associated estimated geometric nature of the workpiece makes it possible to assess the quality of the underlying estimation or recognition method. For example, it can be checked whether a recognition of certain workpiece properties such as edges, gaps, surface structures and the like works with sufficient accuracy. If necessary, parameters to be specified on which a corresponding estimation or recognition is based can be easily adapted by the user and the effect of such an adaptation can be understood intuitively, as a result of which simple operability is achieved.
  • the geometric condition can be at least one location-dependent structural property of the workpiece.
  • the processing figure can be adapted to the geometric condition.
  • the estimation of the geometric structure can include a semi-automated or automated data analysis, which is based on several measured values, in particular on an elevation profile.
  • the geometric condition can be estimated by evaluating several measuring lines that are recorded at different positions along the processing figure be, in particular transverse to a main machining direction at the different positions.
  • the geometric representation is based on a representation of the entire machining figure.
  • a particularly intuitive ability to check the suitability of a processing figure and/or the quality of set recognition parameters can be achieved in particular when the estimated geometric condition of the workpiece includes the presence and/or course of at least one edge of the workpiece.
  • the estimation can be based on edge detection using measured values that originate from at least one measuring line, for example from a measuring line perpendicular to the main processing direction.
  • the at least one representation in particular the geometry representation, includes a representation in which a current machining position is shown together with the machining figure and the estimated geometric condition of the workpiece.
  • the processing figure can be represented by a line.
  • the estimated geometry may be displayed superimposed on the machining figure. If the estimated geometry is a position of an edge, this can be represented, for example, in the form of a number of markings such as dots or crosses and/or in the form of a line.
  • the respective estimated position of an edge of the workpiece can be assessed relative to a processing figure.
  • the current processing position can be represented as a marking, for example as a point, as a cross, as a box or the like.
  • the processing figure and/or the estimated geometric structure and/or the current processing position can each be displayed in different colors, flashing or otherwise distinguishable from one another.
  • the method according to the invention further comprises the steps: assigning a number of different measurement positions to the working positions; and capturing an image of the workpiece in a region of a current machining position using at least one image capturing device.
  • the at least one representation includes a representation, also referred to below as a measurement position representation, which is based on the image of the workpiece and on which the current machining position and optical information can be seen that allow conclusions to be drawn about the respective measurement positions.
  • the device is also set up for: assigning a plurality of different measurement positions to the processing positions; and for capturing an image of the workpiece in an area of a current machining position by means of at least one image capturing device.
  • the at least one representation includes a representation, also referred to below as a measurement position representation, which is based on the image of the workpiece and from which the current machining position and optical information can be seen that allow conclusions to be drawn about the different measurement positions assigned to the current machining position.
  • the method and the device according to this aspect permit simple handling, since a user can easily understand at which point on the workpiece measurements are taking place, for example in front of a keyhole, directly at the keyhole or behind it in the main machining direction.
  • its structure, geometry and nature can be recognized on the basis of an actual image of the workpiece and can be intuitively related to selected and/or to be selected measurement positions.
  • it can be quickly checked whether the corresponding measurement positions are suitable for reliably monitoring the machining process.
  • the optical information can allow conclusions to be drawn about the actual measurement positions on the workpiece, for example through a geometric mapping, in particular through an elongation and/or compression and/or rotation.
  • the visual information can be used to identify whether the measurement positions are set in the desired order.
  • the optical information can include, for example, light reflections and/or superimposed markings that can be seen in the representation and that lie on a geometrically stretched and/or compressed and/or rotated measurement figure. Even if the optical information to be recognized, for example corresponding light reflections and/or markings, do not occur at the actual measurement positions, the user can nevertheless intuitively determine whether the current measurement position is consistent with the previously selected measurement position(s).
  • the optical information can be used to identify how the measurement positions are arranged relative to one another.
  • the measurement position display is based on the image of the workpiece, with the current machining position and the measurement positions assigned to the current machining position being able to be seen.
  • the measurement positions themselves can be directly represented by the visual information.
  • the measurement positions can include points to which the measurement beam is directed and/or should be directed and/or was directed.
  • the measurement positions can also be midpoints, starting points and/or endpoints of a number of measurement lines that are to be scanned using the measurement beam.
  • the measurement positions can include a position in the area of the current processing position and one or more positions in the main processing direction in front of and/or behind the current processing position.
  • the at least one representation in particular the measurement position representation, includes a reproduction of the captured image of the workpiece, the measurement positions being recognizable in the captured image as light reflections of the measuring beam on the workpiece.
  • the light reflections form the optical information discussed above.
  • the image capturing device can have a filter with which ambient light, process light and/or illumination light is attenuated. This can be used in particular to make the light reflections of the measuring beam visible.
  • the image capturing device can have a suitable light sensitivity at least in the wavelength range of the measuring beam.
  • the at least one representation is based on the acquisition of an image by the image acquisition device, in which a light reflection of the measuring beam can be seen, which is caused by reflection of the measuring beam on a surface different from the workpiece.
  • the Light reflections originate from a reflection of a portion of the measuring beam transmitted through the measuring beam deflection device. This allows actual measurement positions to be determined, although reflections of the measurement beam on the workpiece cannot be detected.
  • Handling can be improved in particular if marking coordinates are calculated as optical information, which describe the position on the captured image at which the measurement positions are located relative to the workpiece.
  • the measurement positions can be identified by markings as recognizable optical information that is located at the calculated marking coordinates. A user can thus assess whether the measuring beam is correctly positioned.
  • the marking coordinates can be calculated using control signals for the measuring beam deflection device and/or the deflection device and/or the processing beam deflection device.
  • the marking coordinates can theoretically be specific coordinates at which the measuring beam is to be expected to strike. Alternatively, the marking coordinates can be based on actual impact points of the measuring beam.
  • the marking coordinates can be determined on the basis of reflections of the measuring beam on the workpiece, for example if these cannot be seen with the naked eye but can be determined by evaluating image information from the image acquisition device.
  • the markings can be superimposed on an image generated by the image acquisition device, in particular a real-time image.
  • An assessment as to whether selected measurement positions are suitable can be carried out particularly reliably if the measurement beam is directed at at least one alignment measurement position and at least one image is captured by means of the image acquisition device in which a light reflection of the measurement beam belonging to the at least one alignment measurement position can be seen is caused by the reflection of the measuring beam on a surface that is different from the workpiece.
  • a geometric image can be determined that describes a relationship between coordinates of the light reflection on the recorded image and coordinates of the adjustment measurement position on the recorded image. In this example, too, the light reflections form the optical information recognizable in the representation.
  • the geometric mapping can be used to calculate the marker coordinates.
  • reflections of the measuring beam that do not originate from reflections on the workpiece can be detected by means of the image detection device.
  • a position of such a reflex on an image of the The image acquisition device can be clearly related to a setting of the measuring beam deflection device and/or the deflection device and/or the processing beam deflection device, and in particular to the position of the measuring beam on the workpiece.
  • the markings are then displayed at positions where the measurement beam is actually located. This can be the case even though the measuring beam cannot be detected in the image of the image capturing device at its actual impingement positions.
  • Occurring optical reflections can be avoided in a targeted manner and/or recognizable optical information can be used in a targeted manner within the scope of a calibration measurement before the actual process monitoring if at least one optical filter is used during processing to detect reflections of the measuring beam on a lens that is different from the workpiece To prevent surface by the image capture device.
  • the optical filter can be arranged between the measuring beam deflection device and the image acquisition device.
  • the optical filter is preferably at least essentially impermeable to light from the measuring beam, in particular to light in a corresponding wavelength range.
  • the optical filter can have an optical density OD of at least 2, at least 3, at least 4 or even at least 5 for the measuring beam.
  • the optical filter can be automatically moved into and out of a beam path and/or can be designed to be manually removable.
  • the at least one representation in particular the penetration depth representation and/or the geometry representation and/or the measurement position representation, can include an interactive representation.
  • a user interface can be provided, by means of which user inputs can be entered which relate to the interactive display.
  • the user interface can include a keyboard and/or a computer mouse and/or a trackball and/or a touchpad and/or a touch display.
  • the interactive display can depend, for example, on a so-called mouse-over. According to one embodiment, numerical values for specific data points are displayed if a mouse pointer is located over the specific data point for at least a predetermined period of time. According to a further embodiment, only penetration depth values that meet a specific condition specified by the user are displayed.
  • penetration depth values can be shown or hidden that Machining position coordinates are assigned that exceed or fall below a certain distance from the main machining path.
  • penetration depth values that exceed or fall below a specific depth value can be faded in or faded out.
  • the interactive representation is generated, for example, by taking into account a magnification specified by the user and/or a viewing angle specified by the user and/or a viewing position specified by the user.
  • the viewing position can be a position in three-dimensional space.
  • the interactive representation can include a perspective three-dimensional representation, the perspective of which depends in particular on the viewing position specified by the user. A high degree of user-friendliness can be achieved in this way, since the user can view data in different ways and can therefore intuitively understand their meaning.
  • the machining position coordinates can lie in a machining plane.
  • Relevant measurement results can be taken into account particularly efficiently if the at least one representation, in particular the penetration depth representation, also includes a representation that is based on a selection of machining position coordinates that are plotted on a single axis.
  • This representation can be a measurement curve, for example.
  • the individual axis can result from a projection, for example a projection along an axis of a coordinate system of the machining position coordinates or a projection in any direction.
  • the representation, based on a selection of machining position coordinates plotted on a single axis may correspond to a 2D slice.
  • the single axis can also be defined by a specified path, for example a user-specified path in the processing plane.
  • the specified path can be the machining path and/or the main machining path, which provides an intuitively comprehensible overview of the effects of set process parameters.
  • the specified path can also be freely selectable and/or specifiable by the user, as a result of which a user can specifically and individually analyze specific areas.
  • the at least one display in particular the penetration depth display, includes a display that relates to monitoring and/or real-time monitoring and/or regulation of an ongoing machining process.
  • the representation relating to monitoring and/or real-time monitoring and/or regulation may be based on a user specified limit. This can be the limit value mentioned above, which is specified in particular by drawing.
  • parameters of a monitoring and/or a regulation can be adapted quickly and reliably. The user can easily understand from the illustration how to select a suitable limit value and enter it directly.
  • the at least one representation in particular the penetration depth representation or the measurement position representation, can include a representation that is based on the deviation between the current measurement position and the current processing position. This makes it easy for the user to understand whether any parameters, for example PID values, need to be adjusted for position control or other process parameters in order to correctly position the measuring beam relative to the processing beam.
  • the measurement position can be actively regulated, for example on the basis of a real-time image from the image acquisition device, a feed speed along the main machining direction, a parameter describing the above-mentioned oscillating movement or the like.
  • the current measurement position and the current processing position can be displayed in the at least one display, for example as two markings.
  • the at least one display can also include an area in which a current distance between the current measurement position and the current processing position is displayed, for example as a numerical value and/or using a graphic illustration.
  • One aspect of the invention relates to a control unit for monitoring a machining process of a workpiece using a high-energy machining beam, the control unit being set up and programmed to carry out the method steps of a method according to the invention.
  • the control unit can have at least one processor. Furthermore, the control unit can have at least one storage medium in which instructions are stored which can be executed by the processor. The instructions may be such that their execution by the processor causes the method steps to be performed.
  • the device according to the invention can include the control unit according to the invention.
  • One aspect of the invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when executed by means of a data processing device, cause the method steps of a method according to the invention to be carried out.
  • the computer program product can include a volatile and/or a non-volatile storage medium on which the instructions are stored.
  • the computer program product can be part of the control unit according to the invention.
  • the data processing device can be part of the control unit, in particular the processor of the control unit.
  • One aspect of the invention relates to a machining system for carrying out and monitoring a machining process, in particular laser welding, of a workpiece using a high-energy machining beam, comprising: a machining unit with a machining beam source for generating the high-energy machining beam and with machining beam optics for projecting and/or focusing the machining beam a machining position on the workpiece; an optical coherence tomograph for generating a measuring beam, wherein the measuring beam can be coupled into the processing beam; and a control unit that is set up to carry out a method according to the invention.
  • the processing system can comprise a device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a machining system with a device for monitoring a machining process of a workpiece in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a schematic flow chart of a method for monitoring a machining process of a workpiece
  • FIG. 3 shows a schematic flowchart of a method according to a first development
  • FIG. 5 shows a further exemplary representation that can be generated in the method according to the first development
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a head-mounted display
  • Figure 8 is a schematic representation of part of an alternative processing system
  • FIG. 9 shows an exemplary representation that can be generated in a method according to a second development
  • Figure 11 is a schematic representation of part of another alternative processing system
  • FIG. 13 shows an exemplary representation that can be generated by means of the device and/or in the method according to the third development.
  • the device 12 includes a measuring unit 14.
  • the measuring unit 14 includes an optical coherence tomograph 16 with an OCT measuring device 18, which is connected via a beam splitter 20 to a measuring arm 22 and a reference arm 24.
  • the OCT measuring device 18 is designed with a measuring beam source 26 for generating a measuring beam 28 and a spectrometer 30 for detecting a superimposed measuring beam. Furthermore, the OCT measuring device 36 can include a circulator 32, which connects the beam splitter 20 to the measuring beam source 26 or the spectrometer 30 via a transport fiber or an optical fiber 34, depending on the direction of travel of the incident light.
  • the measuring arm 22 of the optical coherence tomograph 16 extends through a measuring optics 36 of the measuring unit 14 to the workpiece W. This will be discussed in more detail below.
  • the OCT measuring beam 46 is coupled into the measuring optics 36 via an interface 38 of the measuring optics 54 and passes through a displaceable collimation lens 40 which can be adjusted in the direction of the arrow 42 in the case shown.
  • the measuring unit 14 includes a measuring beam deflection device 44.
  • the measuring beam deflection device 44 includes two movable mirrors that can be pivoted in two different spatial directions. As a result, the measuring beam can be shifted in a targeted manner.
  • the processing system also includes a processing unit 46 with a processing beam source 48 for generating a processing beam 50.
  • the processing unit 46 like the measuring unit 14, can have an adjustable collimation lens 52 at its disposal.
  • the processing unit 46 includes a processing head 54 .
  • the processing beam 50 can be coupled into the processing head 54 via an interface 56 of the processing head 54 .
  • the processing head 54 can have a further interface via which the measuring unit 14 is connected in such a way that the measuring beam 28 can also be coupled into the processing head 54 .
  • the measuring optics 36 can also be provided directly in the processing head 54 .
  • the machining head 54 is arranged on an industrial robot (not shown), by means of which the machining head 54 can be moved relative to the workpiece W. In other embodiments, the workpiece W can alternatively or additionally be movable.
  • the device 12 includes a deflection device 56.
  • the deflection device 56 is part of the processing unit 46.
  • the deflection device 56 can include a processing beam scanner.
  • the deflection device 56 allows displacement in two spatial directions.
  • the deflection device 56 expediently comprises two mirrors which are arranged one behind the other along the optical processing beam and which can each be pivoted in one spatial direction. By moving both mirrors, a beam can be shifted in one plane.
  • the processing beam 50 can be displaced by means of the deflection device 56 so that a point of impact of the processing beam 50 on the workpiece W can be changed.
  • the processing unit 46 comprises a partially transparent mirror 25. This directs the processing beam 50 onto the deflection device 56.
  • the measuring beam 28 passes through the partially transparent mirror 25 and also strikes the deflecting device 56.
  • the measuring beam 28 can thus be coupled into the processing beam 50.
  • the measuring beam 28 and the processing beam 50 can thus be displaced together by means of the deflection device 56 . Since the measuring beam 28 can also be displaced by means of the measuring beam deflection device 44, the point of impingement of the measuring beam 28 on the workpiece W can be displaced relative to the point of impingement of the machining beam 50 and independently of the machining beam 50 on the workpiece. As a result, measurements are possible both at a current machining position and at measurement positions that are different therefrom.
  • the processing unit 46 also has focusing optics 32 .
  • the focusing optics 32 comprise an f-theta lens which is arranged behind the deflection device 56 .
  • a pre-focusing optic can be provided immediately in front of the deflection device 56 .
  • the processing beam 50 and the measuring beam 28 both pass through the focusing optics 32 .
  • the measuring arm 22 extends from the beam splitter 20 to the point of impingement of the measuring beam 28 on the workpiece W.
  • the reference arm 24 is adapted to the measuring arm 22 in terms of its optical properties, in particular with regard to its optical path and/or its dispersion. In this way, distance values can be determined by means of OCT in a known manner by superimposing the light running in the measuring arm 22 or in the reference arm 24 .
  • the processing system 10 includes a control unit 62 (see FIG. 6).
  • the control unit 62 can be a central control unit that controls both the measuring unit 14 and the processing unit 46 .
  • the processing unit 46 and the measuring unit 14 can have their own control units.
  • the control unit 62 or control units comprise at least one processor and a memory for temporary and/or permanent storage of raw data, pre-processed data, evaluated data, program code and the like.
  • the functions of the control unit 62 are discussed again below. It goes without saying that the mentioned functions of the processing system 10 and its components as well as the mentioned methods are carried out by the control unit.
  • a computer program product (not shown) is also provided, which includes instructions that can be executed by the control unit in order to carry out the control functions mentioned.
  • the computer program product can include an in particular non-volatile storage medium on which the instructions are stored.
  • the workpiece W is machined according to a machining figure 58, which defines a plurality of machining positions 64, 66, 68 with associated machining position coordinates.
  • the processing figure 58 defines a processing path along which the processing beam 50 is moved during processing.
  • the machining position coordinates are, for example, in a machining plane and are two-dimensional machining position coordinates; however, three-dimensional machining position coordinates can also be used, depending on the geometry of the workpiece W or the machining path to be traversed.
  • the machining path basically runs in a main machining direction 60. This can define a main machining path. In the example shown, the main machining direction 60 is constant and the main machining path is a straight line.
  • the processing figure 58 consequently defines a wavy processing path on which the different processing positions 64, 66, 68 lie.
  • a high weld seam quality can be achieved by guiding the processing beam 50 according to this processing figure 58 over a connection point of the workpiece W', W".
  • the oscillating movement of the processing beam 50 which follows the processing figure 58, can, for example, be frequency of at least 50 Hz.
  • the processing figure 58 can be specified by the control unit 62 as a figure without an oscillating movement, on which said oscillation is superimposed. Knowing the oscillation amplitude and frequency, the respective machining position coordinates can then be determined starting from the figure without oscillation movement.
  • the oscillating movement is sinusoidal in the example shown.
  • the oscillating movement of the processing beam 50 comprises, for example, sawtooth-shaped, zigzag-shaped, circle-segment-shaped, spiral-shaped and/or rectangular partial movements.
  • beam properties such as a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength can be changed periodically, in particular with the same frequency at which the oscillating movement takes place.
  • measuring positions 70, 72, 74 are defined at at least some of the processing positions and/or in their vicinity.
  • measurement positions are shown as an example, which are assigned to the respective processing positions 64, 66, 68.
  • the measuring beam 28 is also displaced during processing with the processing beam 50 and is directed into a keyhole which is formed at or in the main processing direction directly behind the current processing position 64, 66, 68. Such a procedure is chosen when a penetration depth is to be determined.
  • the device 12 can also be operated in such a way that height information can be obtained at locations other than at a region of the workpiece W that is currently being machined.
  • the measuring beam 28 can be displaced independently of the processing beam 50 for this purpose.
  • the measuring beam 28 can be directed to measuring positions that run, for example, along one or more measuring lines transversely and/or obliquely and/or parallel to the main processing direction 60 .
  • the measurement lines can be positioned in the main processing direction 60 in front of or behind the keyhole and/or a current processing position 64, 66, 68 and, in particular, can also run through the keyhole.
  • Measuring lines can also run through the keyhole, for example transversely and/or obliquely and/or parallel to the main machining direction 60. Measuring lines can be straight or curved in any way.
  • a brightness of the reference arm 24 can be changeable.
  • a reference arm with adjustable brightness is, for example, from DE 10 2017 218 494 Al known.
  • the brightness of the reference arm 24 can be adjusted to a reflectivity of an object to be measured such as the workpiece W, for example.
  • the power of the measuring beam source 26 can be adjusted.
  • the spectrometer 30 can include a sensor, in particular a line sensor, whose exposure time can be adjusted. This can also result in an adaptation to a reflexivity.
  • reference is also made to DE 10 2015 007 142 A1.
  • the division ratio between the reference arm 24 and the measuring arm 22 is adjusted and/or changed, for example by the beam splitter 20 being selected and/or changed accordingly.
  • a reference arm that can be adjusted by a motor can be advantageous, particularly in applications with a processing scanner, in order to be able to compensate for the beam lengthening caused by deflection of the processing scanner, which is described in DE 10 2013 008 269 A1, for example.
  • the reference arm is located inside a housing of the optical coherence tomograph 16 or outside of the processing head 54.
  • a measurement result can be changed due to temperature and/or mechanical influences.
  • the reference arm 24 is designed as an optical fiber, as in the usual cases, temperature fluctuations can be determined by measuring the temperature of the fiber with copper wires running in parallel and can be compensated for by moving the reference arm 24 .
  • the measuring arm and the reference arm run at least in sections in a common fiber.
  • DE 10 2019 002 942 A1 describes how, in this case, thermal and mechanical disturbances affect the reference arm and measuring arm in equal measure.
  • the reference arm is mounted on or near the processing head. If the processing head is mounted on a robot, it is advantageous if the optical structure is robust and light at the same time. Should a change removable reference arm are used, it can be advantageous in this case in particular to use a fiber stretcher, as described in DE 10 2019 001 858 B3, instead of a reference arm with a free beam area and adjustable mirrors.
  • Reference arm and measuring arm can differ in terms of their dispersion, for example due to different densities of the materials used. This can have a negative effect on the measurement result.
  • DE 10 2015 015 112 A1 describes how hardware-based dispersion compensation can be carried out. In general, dispersion compensation can also be carried out using software. Software algorithms can be executed, for example, by one or more graphics cards or by an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the measurements using the optical coherence tomograph can be subject to a certain drift. From time to time it can therefore make sense to re-reference the system.
  • a thin pane of glass or another suitable optical element can be used for this purpose, which is inserted perpendicularly into the measuring beam 28, for example between the measuring beam deflection device 44 and the partially transparent mirror 25.
  • the wobbling mentioned can be carried out in such a way that the measuring beam deflection device 44 and the deflection device 56, for example a measuring beam scanner and a processing beam scanner, are synchronized so that an oscillating movement of the deflection device 56 is compensated for by the measuring beam deflection device 44.
  • the measuring beam deflection device 44 and the deflection device 56 for example a measuring beam scanner and a processing beam scanner, are synchronized so that an oscillating movement of the deflection device 56 is compensated for by the measuring beam deflection device 44.
  • Such a procedure is described in DE 10 2015 015 330 A1, for example.
  • the OCT measurement is then unaffected by the oscillating movements.
  • measuring beam 28 and the processing beam 50 In real operation, it must be checked from time to time whether the measuring beam 28 and the processing beam 50 are still aligned coaxially. If necessary, it must be corrected by subjecting the measuring beam deflection device 44 to an offset. Different methods are known for the measurement. A hole can be shot into a metal sheet or foil with the processing beam 50 . This hole is then searched for by changing the position of the measurement beam 28 . Furthermore, a camera sensor can be attached to the processing head 54 or generally to a processing beam optics, or an optical position sensor can be provided. As described in DE 10 2015 012 565 B3, the points of impact of processing beam 50 and measuring beam 28 are observed and a distance between them is measured.
  • An offset between the two beams 28, 50 can also be done by means of a Photodiode with aperture can be determined, as is known from DE 10 2018 219 129 B3. First, it is determined at which position of the deflection device 56 the processing beam 50 delivers a maximum signal to the photodiode. The aperture is then scanned using the measuring beam 28 . The corresponding positions of the scanners can then be linked. Another possibility is described in DE 10 2016 106 648 A1. A checkerboard pattern is engraved in a metal sheet using the processing beam. This checkerboard pattern is then traversed again, but without a processing beam, and measured using the measuring beam. The measured pattern is laid over the specified pattern. There is then an offset between the processing beam and the measuring beam, which can be taken into account for a correction.
  • a repeatable start of the OCT measurement is of crucial importance, especially when measuring penetration depths.
  • a measurement can be started by different trigger signals, for example by a signal that represents switching on the processing beam, a signal from a photodiode or a signal that indicates a change in position of the processing beam.
  • Suitable envelope curves can be used to improve the quality of the measurement data generated by means of the optical coherence tomograph 16 in order to be able to classify the measured distance values, as is described in DE 10 2019 002 942 A1, for example.
  • the advantage of OCT in laser beam welding is the coaxial course of the measuring beam 28 and the processing beam 50.
  • Interfering contours e.g. The free deflection of the measuring beam 28 by a scanner enables a highly dynamic variation of the measuring position. This enables a measurement that is independent of the feed direction.
  • a typical offline measurement is, for example, the position measurement of a hairpin pair of an electric motor before subsequent welding with the processing beam 50.
  • measuring lines are often used that are actively transverse or oblique to processing direction are aligned. This has already been mentioned above and is described, for example, in DE 10 2015 007 142 A1.
  • the keyhole follows the processing beam 50 with a slight delay.
  • lines/spirals/meanders/etc. scanned over the suspected keyhole position. The measurement data of several lines can be averaged/added up for a better determination of the keyhole position.
  • an oscillating processing beam 50 it depends on the oscillation amplitude whether it makes sense to track the in-process measuring position of the oscillating movement or the resulting processing direction.
  • Small oscillating movements for example in the range of +/- 0.1 mm, tend to create a position-stable, wide keyhole, whereas larger oscillating movements change the keyhole size less, but can have an influence on the keyhole position.
  • the oscillation frequency also plays an important role. This can be limited by the speed of the deflection device 56 .
  • the online position tracking can, for example, either take place via a fast communication interface between deflection device 56 and measuring beam deflection device 44, or be stored in advance in the form of a file in measuring beam deflection device 44 or its control unit and played back with little synchronization to deflection device 56 (replay mode).
  • the depth values of the welding depth measurement are usually given in pm relative to the sheet metal surface.
  • the sheet metal surface can be measured offline and then made available as a saved value during welding.
  • the OCT scanner can occasionally direct the measuring beam not into the keyhole, but onto the sheet metal surface in order to record the reference. If the in-process measurement is more or less synchronous with an online pre- or post-process measurement, these height values can also be used as a reference for the in-process measurement.
  • Gaps between two workpieces lying one on top of the other can be detected if the measuring beam 28 does not hit the keyhole during the in-process measurement, but at least partially hits the upper sheet metal surface of the lower workpiece.
  • the movement of the processing beam 50 may be composed of the movement of all robot, gantry and processing scanner axes or scanner axes. This also applies to the measuring beam. In addition, there are the movements of those axes that define the independent mobility of the measuring beam. Special controls can be designed to synchronize all axes with each other (on-the-fly movement).
  • the above-mentioned axes for the processing beam 50 can usually be used as an actuator for position correction.
  • Offline pre/post measurements can require additional cycle time, since no processing usually takes place during the measurement. If the distance between two processing points is small, one processing point could be measured offline pre/post while the other processing point is being actively processed. Since the measurement beam 28 is also deflected by the deflection device 56, in some embodiments the measurement beam deflection device 44 must compensate for the movement of the deflection device 56 in addition to the measurement figure. For this purpose, the same synchronization of the two deflection devices or scanners can be used as for processing with an oscillating processing beam (see above).
  • Another way to shorten the cycle time can be to increase the sampling frequency of the OCT system.
  • the limitation usually lies in the speed of the sensors used (e.g. photodiode, line scan camera).
  • a number of OCT sensors can be connected in parallel and, in particular, can be synchronized by a common measuring beam deflection device.
  • Methods are described below that can be carried out with the device 12 or with modifications or developments of the same. It goes without saying that, depending on the configuration of the method, the device 12 or its at least one control unit 62 and its other components are suitably set up to carry out the respective method. Components that are not required for the particular method may be omitted in some embodiments.
  • the methods are described with method steps that are carried out in a specific order by way of example. Process steps that can be carried out independently of one another can also be carried out in a different order than that described.
  • FIG. 2 shows a schematic flowchart of a method for monitoring a machining process of a workpiece W.
  • the workpiece W is machined using the machining beam 50 .
  • the machining process is laser welding, for example.
  • a processing figure 58 is defined, as is shown by way of example in FIG. This defines several machining positions 64, 66, 68 with associated machining position coordinates.
  • the processing beam 50 is generated and projected and/or focused onto the workpiece according to the processing figure 58 .
  • the measuring beam 28 is generated by means of the optical coherence tomograph 16.
  • measurement positions 70, 72, 74 on the workpiece W are defined or set at and/or in the vicinity of specific machining positions 64, 66, 68.
  • the measurement positions 70, 72, 74 can generally lie on a measurement figure.
  • measured values are determined at the measurement positions 70, 72, 74 by directing the measurement beam 28 at the measurement positions 70, 72, 74.
  • the measured values are determined in a known manner from the available raw data. Suitable classification algorithms, filter algorithms and/or correction algorithms can be used for this.
  • a representation is generated that is based on multi-dimensional, location-dependent information that relates to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions 70, 72, 74.
  • multi-dimensional, location-dependent information can in particular be taken from the representation.
  • the representation includes, for example, a chart with values, each are assigned to at least a two-dimensional coordinate, for example an xyz diagram.
  • FIG. 3 shows a schematic flowchart according to a first development of the method.
  • the method according to the first development includes additional method steps.
  • a step S11 penetration depth values of the processing beam 50 into the workpiece W at the processing positions 64 , 66 , 68 are determined by means of the measuring beam 28 by directing it at corresponding measuring positions 70 , 72 , 74 .
  • the penetration depth values are assigned to the respective machining position coordinates.
  • control unit 62 is set up to control both the deflection device 56 and the optical coherence tomograph 16 .
  • the control unit 62 can also process encoder positions reported back by the hardware used. The assignment then takes place directly via the control unit 62. The movement of the measuring beam 28 and the processing beam 50 is therefore based on a common time specification.
  • the assignment can take place by using a suitable trigger signal and/or control commands for the deflection device 46 for synchronization.
  • separate control units can be used for the processing unit 46 and in particular the deflection device 56 on the one hand and the measuring unit 14 and in particular the optical coherence tomograph 16 on the other hand.
  • the deflection device 56 is then controlled independently of the OCT control.
  • the controller of the scanner 56 can transmit its position commands to the OCT controller via a high-speed interface.
  • the measuring unit 14 can have a component inserted in a control line to the deflection device 56, by means of which the currently requested position of the deflection device 56 is picked up.
  • the control unit of the measuring unit 14 knows the current period and only sends a trigger signal from at suitable points in time the controller of the deflection device 56 is sent to the controller of the measuring unit 14 .
  • the at least one representation is generated in such a way that the at least one representation includes a penetration depth representation that is based on the associated penetration depth values and machining position coordinates. Examples of representations are explained below.
  • FIG. 4 is an exemplary penetration depth representation 76 that can be generated in the method according to the first development.
  • part of the processing figure 58 is represented in a plan view.
  • An oscillating course of the processing figure 58 can be seen due to a wobbling movement of the processing beam 50.
  • the processing beam 58 moves locally at a changing speed, depending on how large a portion of the movement is parallel to the main processing direction 60.
  • the speed is lowest at external extreme value points, at which the tangential movement takes place completely parallel to the main machining direction 60, but is highest in the area of the turning point in the middle of the oscillating movement. Consequently, the penetration depth of the processing beam 50 along the processing figure 58 varies periodically.
  • the keyhole formed at the corresponding processing positions thus has different height profiles 78, 80, 82. These can be determined, for example, by moving the measuring beam 28 in a known manner transversely to the main processing direction 60 or also transversely to the current processing direction over the keyhole that forms during processing.
  • That Penetration depth profile 84 is thus based on an averaging over a plurality of penetration depth values at corresponding positions transverse to the main machining direction 60, which are run through multiple times due to the wobbling.
  • FIG. 5 shows another exemplary penetration depth display 86 that can be generated in the method according to the first development.
  • the measured penetration depth values are illustrated as a three-dimensional curve 87 in the penetration depth representation 86 .
  • the penetration depth values are plotted against the assigned machining position coordinates of the machining figure 58 . This makes it intuitively recognizable how the penetration depth changes along the processing figure 58 .
  • the penetration depth values and/or the machining position coordinates can be subjected to at least one data analysis.
  • the penetration depth display is then based on this data analysis.
  • This can be a statistical analysis, for example. Basically, it is possible to determine mean values and, if necessary, to sort out outliers that are implausible and, for example, result from reflections of the measuring beam on the flanks of the keyhole, on the workpiece surface or on other objects in the area or are due to other measurement artifacts.
  • the penetration depth display 86 can be interactive.
  • a user interface can be provided for this purpose, which includes, for example, a keyboard and/or a mouse or the like, by means of which the user can influence the display. For example, if you click or mouse over a specific processing position on the processing figure, a display field 88 is generated and displayed that contains information about the processing position, such as its processing position coordinates and the penetration depth value measured there.
  • the user can also create two-dimensional slices or projections, such as by spanning a two-dimensional surface 90 that intersects curve 87, as shown.
  • the corresponding penetration depth profile is then displayed, for example, in a display field 92 that is then additionally displayed.
  • the user can also specify a projection direction and/or select an area over which an average is to be taken.
  • Such an averaging can, for example, form the basis of a penetration depth profile 84, as shown in FIG. Averaging can take place along the main machining direction, perpendicularly to it, or at an angle to it.
  • the user can define an area, such as a cuboid area 94 .
  • a part of the curve 87 contained therein can then be shown enlarged and possibly modified according to further functions.
  • the corresponding enlarged representation is then displayed, for example, in a display field 96 that is then additionally displayed.
  • a false color representation can also be used. For example, a bar with a color gradient and associated penetration depths is displayed. The curve 87 is then colored according to this color gradient.
  • the graphical user interface 98 is presented on a display device 100 of the device 12 and/or the processing system 10, for example. This can be controlled by the control unit 62 . In particular, the representations described herein can be generated by the control unit 62 .
  • Graphical user interface 98 may include multiple areas.
  • the generated representation can thus comprise several representations such as one or more penetration depth representations 86 .
  • a representation 102 may also be included whose content is based on a user selection, such as magnification.
  • a selection area 104 by means of which the user can make various settings and select parameters and presettings.
  • a representation 106 is generated that includes at least a first representation 107 that relates to a first set of associated penetration depth values, and at least a second representation 109 that relates to a second set of penetration depth values.
  • the representation 106 can also be based on a comparison of the two sets of penetration depth values in another way. For example, a difference in penetration depth values between the two sets can be plotted against the machining position coordinates. For example, for two machining processes with an identical machining pattern, it can be determined how different machining parameters affect a local penetration depth.
  • a penetration depth plot can also be used to monitor a process.
  • the graphical user interface 98 has a monitoring area 108 . This allows the user to view an elevation profile at a specific location or an average elevation profile in a displayed display area 110 .
  • the user can draw a limit value 112 in the height profile, for example by vertically moving a straight line that shows the current limit value. In this way, the user can specify a threshold value for a maximum permitted penetration depth.
  • the limit value 112 can be a curved curve or surface whose curvature can be parameterized or freely definable. Different threshold values can thus be specified for different coordinates, for example lower threshold values in a central area and larger threshold values in an outer area of the wobbling movement.
  • a section of the processing figure 58 is also shown in the monitored area 108 . If the current penetration depth exceeds the specified limit value, a position at which the excess occurs is indicated by flashing and/or a colored highlight 114, for example. In addition, an alarm can be issued, for example in the form of a text message, a warning tone or a voice message.
  • a limit value can also be specified as a numerical value. Irrespective of how the limit value is specified, it can also be used to control and/or regulate at least one process parameter. For example, the power of the processing beam 50 can be reduced automatically and/or the processing beam 50 can be widened more if a penetration depth exceeds a permissible maximum value. As mentioned above, this can also take place periodically, so that, for example, there are large penetration depth values occur and/or are expected, performance will be reduced. A corresponding regulation can relate to an interval within which the power of the processing beam 50 is varied.
  • a result of an arbitrarily designed regulation can in turn be illustrated in the representation.
  • a location-dependent penetration depth can be illustrated for an ongoing machining process, which makes it possible to understand that the specified limit value is initially exceeded and later adhered to, or vice versa.
  • the keyhole does not always form exactly at the current processing position.
  • the keyhole can also be designed and/or occur in a laterally distorted manner.
  • the at least one representation generated can therefore also visualize a deviation between a current measurement position and a current processing position.
  • a slider 115 is displayed, which, depending on the deviation, moves back and forth parallel to the main processing direction 60 . This can be provided with a scale.
  • a two-dimensional indicator 117 is provided, from which a two-dimensional deviation can be read. This can be displayed in the form of a crosshair.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a head-mounted display 116.
  • the head-mounted display can be used to view presentations.
  • representations on standard flat or curved 2D or 3D monitors or on other display devices are also possible.
  • the presentation may include a moving presentation.
  • the user can use the head-mounted display to take a virtual flight or walk along or over the curve shown in FIG. 5 .
  • FIG. 8 shows a schematic representation of part of an alternative machining system 210.
  • the machining system 210 has a device 212 for monitoring a machining process of a workpiece W.
  • FIG. This is basically designed like the device 12, which is why reference is made to the above description.
  • the device 212 has a measuring unit 214 for generating a measuring beam 228 and a processing unit 246 for generating a processing beam 250.
  • a deflection device 256 and a measuring beam deflection device 244 are also present.
  • the measuring beam 228 is coupled into the processing beam 250 via a partially transparent mirror 225 .
  • the device 212 also includes an image acquisition device 227, which is embodied as a camera, for example.
  • the device 212 comprises a partially transparent mirror 239 through which light can fall into the image acquisition device 227 .
  • the image acquisition device 227 can be arranged behind a deflection mirror 241 .
  • the device 212 comprises an illumination device 229 which is arranged and set up to illuminate the workpiece W.
  • the lighting device 229 can comprise a light source which is arranged separately from the beam path of the processing beam 250 .
  • an illumination device 229′ can be arranged and designed in such a way that illumination light is guided partially coaxially to the processing beam 250 by being fed in at the deflection mirror 241, for example.
  • an exposure duration of the image capturing device 227 can be suitably increased and the measuring beam 228 can be directed at different measuring positions, while the processing beam 250 is deactivated.
  • the measuring beam 228 or its reflection is then on the target object, for example a calibration Workpiece, clearly visible to the image capture device 227.
  • Its pixel coordinates can then be determined, for example by looking for a focal point or a brightest pixel of the recorded reflection. This is compared with an associated measurement position. If the captured image area is scanned in this way, the coordinate pairs described above can be searched for and the image can be determined.
  • the image can include stretching, expansion, rotation or other distortions.
  • OCT coordinates can also be inferred from the image data of the image acquisition device 227 by using the imaging in the correspondingly reverse direction.
  • a calibration can also be carried out in order to coordinate the underlying coordinate systems of the measuring unit 214 and the processing unit 246 with one another. Based on this, processing position coordinates can then also be inferred from the image data.
  • the image data from the image acquisition device 227 can be used to determine the position of the keyhole.
  • the measurement beam 228 can then be directed precisely into the keyhole on the basis of the mapping described above, since the corresponding measurement position coordinates can be determined using the image data and the determined mapping.
  • part of the measuring beam 228 is deflected by a rear side of the partially transparent mirror 225 and reflected on a surface of a component 231 of the device 212, the processing system 210 or the environment. A certain proportion of the measurement beam 228 is deflected back into the image acquisition device 227 and imaged there.
  • These maps can be used to create a representation that has proven extremely useful for monitoring machining processes.
  • FIG. 9 is an example representation 233 that can be generated in a method according to a second development, which is described below with reference to FIG. 10 .
  • the representation 233 is based on an image that is captured by the image capture device 227 .
  • a currently generated keyhole 235 and a generated weld seam lying behind it in the processing direction can be seen thereon, for example.
  • the measurement beam 228 is directed to different measurement positions in front of, in and behind the keyhole 235 for different measurements. As mentioned above, the measurement beam 228 can also be guided along suitable measurement lines at these positions. Points of impingement of the measuring beam 228 on the workpiece W may in many cases not be perceptible, depending on the prevailing light conditions.
  • the image acquisition device 227 clearly acquires light reflections 243, 245, 247, 249, 251 as optical information, which originate from reflections on the component 231 mentioned.
  • the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 are illustrated in FIG. 9 as dots. These light reflections 243, 245, 247, 249, 251 appear in the image of the image acquisition device 227 at positions other than the impingement points of the measuring beam 228 on the workpiece W.
  • the connection between the impact points and the positions of the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 is clear and can be described as a geometric image.
  • the measurement positions are processed in a sequence according to which light reflection 243 can be seen first, then light reflection 245, then light reflection 247 etc., the user can easily see that light reflections 243, 245, 247, 249 , 251 are in line and at approximately equal distances. If this behavior of the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 coincides with the behavior expected for the intended measurement positions, the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 can therefore be observed for process monitoring. Although these do not appear at the measurement positions, usable information recognizable by the user is contained in the occurrence and in the positions of the light reflections 243, 245, 247, 249, 251.
  • the method can also provide for the actual measurement positions to be determined on the basis of the light reflections and for markings 253 , 255 , 257 , 259 , 261 to be superimposed on the captured image in order to generate the representation 233 .
  • Marks 253, 255, 257, 259, 261 are illustrated in Figure 9 as crosses.
  • the underlying geometric image is determined by directing the measurement beam 228 to a plurality of alignment measurement positions.
  • An image is then captured by means of the image capturing device 227 in which a light reflection can be recognized as optical information, which is caused by the reflection of the measuring beam 228 on the component 231 .
  • a Stretching, compression and / or distortion can be determined.
  • adjustment measurement positions are used that lie on a grid, for example on a rectangular, hexagonal or spiral grid.
  • the representation 233 can therefore also be referred to as a measurement position representation.
  • the resulting representation corresponds to the representation 233 shown in FIG. 261 are not available.
  • FIG. 10 shows a schematic flow chart of the underlying method according to the second development of the method.
  • the method has additional method steps.
  • a step S21 different measurement positions are assigned to the processing positions. For example, at least one measurement in the processing direction in front of the keyhole 235, at least one measurement in the keyhole 235, and at least one measurement in the processing direction behind the keyhole 235 are carried out for a specific processing position.
  • a step S22 an image of the workpiece W in an area of a current machining position is captured by the image capturing device 227.
  • the at least one representation includes a representation 233 that is based on the image of the workpiece W and from which the current machining position and the recorded optical information regarding the measurement positions that are assigned to the current machining position can be seen. In the case shown, the measurement positions themselves can be seen and, as explained, are identified by markings.
  • the lighting conditions and/or the components of the image capturing device 237 can allow points of impingement of the measuring beam 228 on the workpiece W to be observed directly.
  • the measuring positions can be recognized as light reflections of the measuring beam on the workpiece. The light reflections are then already at that position in the image at which the measuring beam 228 actually falls on the workpiece W.
  • the variants described allow the user to assess whether suitable measurement positions have been selected during the ongoing process and on the basis of a real image of the machined workpiece W.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of part of another alternative processing system 310 with an apparatus 312.
  • the processing system 312 is identical to that of FIG. Identical components therefore bear the same reference symbols. With regard to their description, reference is made to the statements above.
  • the device 312 comprises an optical filter 339.
  • the optical filter 339 can optionally be introduced into a light path which leads to the image acquisition device 227.
  • a motor can be provided for this purpose, which enables the optical filter 339 to be moved automatically.
  • the optical filter 339 is set up to prevent a detection of reflections of the measuring beam 228 on a surface 231 different from the workpiece W by the image detection device 227 . In this way it can be achieved that the light reflections can be seen in the representation 233 shown in FIG. 9 .
  • the optical filter 339 can be removed from the light path to make the adjustment described above. Once the geometric mapping is known, it can be reused. Only the added markings of the measurement positions can then be recognized in the representation 233 .
  • the optical filter 339 is a bandpass filter which is essentially impermeable in the wavelength range of the measuring beam 228
  • FIG. 12 shows a schematic flow chart of a method according to a third development of the method.
  • the method can be carried out, for example, using the device 12 from FIG. 1 , to which reference is made below.
  • the method includes at least one additional method step.
  • a geometric condition of the workpiece W at the measurement positions is estimated on the basis of the associated measurement values.
  • the machining figure 458 (see FIG. 13) is selected in such a way that it is related to the geometric nature of the workpiece W. For example, you want to weld along a path that describes a rectangle with rounded corners. This path corresponds to an existing edge.
  • the processing figure 458 can additionally describe a wobble movement.
  • the at least one representation comprises a representation that is based on a two-dimensional representation of at least a part of the processing figure 485 and the associated estimated geometric condition of the workpiece W.
  • FIG. 13 is an exemplary representation 433 that can be generated in the method according to the third development.
  • the machining figure 458 traces an edge present in the workpiece W .
  • the geometric nature of the workpiece W is the presence and course of this edge of the workpiece W.
  • the measuring beam 28, as already mentioned is scanned transversely or at an angle to the respective main processing direction and/or transversely or at an angle to the local processing direction over the workpiece W is led. This can be done during editing, for example in the pre-process before the keyhole.
  • measurements can be carried out according to a measurement figure which follows the course of the processing figure.
  • the measurement data obtained are evaluated automatically in order to obtain a height profile along the respective measurement line.
  • a position of the edge can be automatically estimated by suitable automated evaluation, for example the adaptation of straight lines or functions curved according to a known tool surface to the measurement data.
  • the estimated respective edge positions along the machining figure are shown in plot 433 as open circles.
  • area 453 there is a considerable deviation between the processing figure 458, which corresponds to the expected edge profile, and the estimated edge profile. This can be grasped intuitively due to the selected type of representation.
  • this embodiment provides for a current processing position 451 to be displayed in the display together with the processing figure 458 and the estimated geometric structure, in this case the estimated edge profile.
  • the representation 433 is thus based on measurement data recorded in advance, on the basis of which the course of the edge is estimated, and on live processing position data.
  • a measurement along the measurement figure or the processing figure 458 is carried out before processing.
  • edge detection can be used to automatically make minor adjustments to the machining figure to match machining positions to the actual geometry of the tool. Using this visualization of estimated edges, a user can easily check whether edge detection is working reliably and whether parameters of the estimation may need to be adjusted.

Abstract

The invention relates to a method for monitoring a process for machining a workpiece (W, W', W"), in particular laser welding, by means of a high-energy machining beam (50; 250), the method comprising the steps of: defining a machining figure (58; 258) which defines a plurality of machining positions (64, 66, 68) having associated multi-dimensional machining position coordinates; generating a high-energy machining beam (50; 250) and projecting and/or focusing the machining beam (50; 250) onto the workpiece (W, W', W") according to the machining figure (58; 458); generating a measuring beam (28; 228) by means of an optical coherence tomograph (16), wherein the measuring beam (28; 228) can be coupled into the machining beam (50; 250); defining measurement positions (70, 72, 74) on the workpiece (W, W', W") at at least some of the machining positions (64, 66, 68) and/or in the vicinity thereof; determining measurement values at the measurement positions (70, 72, 74) by directing the measuring beam (28; 228) onto the measurement positions (70, 72, 74); and generating at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) which is based on multi-dimensionally location-dependent information relating to the machining position coordinates, the measurement values and/or the measurement positions (70, 72, 74). The invention also relates to an associated device, a control unit and a computer program product.

Description

Verfahren, Vorrichtung und Bearbeitungssystem zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls Method, device and machining system for monitoring a machining process of a workpiece using a high-energy machining beam
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuereinheit, eine Vorrichtung und ein Bearbeitungssystem zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls. Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Steuereinheit und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt. The invention relates to a method, a control unit, a device and a machining system for monitoring a machining process of a workpiece using a high-energy machining beam. The invention also relates to an associated control unit and an associated computer program product.
Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls wie beispielsweise mittels eines Laserstrahls sind aus dem Stand der Technik bekannt. Gängige Anwendungen stellen etwa das Laserschweißen und/oder das Laserstrahlschneiden dar. Der Bearbeitungsstrahl wird entlang eines Hauptbearbeitungspfads relativ zu dem Werkstück bzw. relativ zu mehreren zu verbindenden Werkstücken bewegt, wodurch beispielsweise eine Schweißnaht gebildet werden kann. Methods for machining workpieces using a high-energy machining beam, such as a laser beam, are known from the prior art. Laser welding and/or laser beam cutting represent common applications. The processing beam is moved along a main processing path relative to the workpiece or relative to a plurality of workpieces to be connected, as a result of which a weld seam can be formed, for example.
Es ist üblich, die eingestellten Parameter des Bearbeitungsstrahls für einen Benutzer darzustellen, damit dieser vorgenommene Einstellungen am Bearbeitungssystem nachvollziehen kann. Beispielsweise offenbart WO 2020/069266 Al ein Verfahren, bei dem eine lokale Energiedichte des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück visualisiert wird. It is customary to display the set parameters of the processing beam for a user so that the user can understand the settings made on the processing system. For example, WO 2020/069266 A1 discloses a method in which a local energy density of the machining beam is visualized on the workpiece.
Die Parameter des Bearbeitungsstrahls gestatten jedoch keine zuverlässige Vorhersage über das tatsächliche Bearbeitungsergebnis. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, dass die Verwendung einer Messvorrichtung, die auf optischer Kohärenztomographie (OCT) beruht, vielfältige Möglichkeiten zur Überwachung von Bearbeitungsprozessen von Werkstücken mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls bietet. Die Überwachung kann dabei vorbereitende Messungen an dem Werkstück, Messungen in Echtzeit während der Bearbeitung und/oder Messungen am Werkstück nach der Bearbeitung umfassen. Dabei wird ein Messstrahl eines optischen Kohärenztomographen auf das Werkstück gerichtet, um Abstandsmesswerte zu erhalten. Hieraus kann auf eine Oberflächenstruktur des Werkstücks vor, in, hinter und/oder neben einem aktuellen Bearbeitungsbereich, eine aktuelle Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Werkstück, eine Beschaffenheit einer erkalteten Schweißnaht, eine Orientierung des Werkstücks, eine Kante eines oder mehrerer aufeinander oder nebeneinander angeordneter Werkstücke und dergleichen geschlossen werden. Derartige OCT-Messungen gestatten es, den tatsächlichen Bearbeitungsvorgang zu beobachten und zu evaluieren. However, the parameters of the processing beam do not allow a reliable prediction of the actual processing result. In this context, it has been shown that the use of a measuring device based on optical coherence tomography (OCT) offers a variety of options for monitoring machining processes of workpieces using a high-energy machining beam. The monitoring can include preparatory measurements on the workpiece, real-time measurements during processing and/or measurements on the workpiece after processing. A measuring beam from an optical coherence tomograph is directed onto the workpiece in order to obtain measured distance values. From this, a surface structure of the workpiece in front of, in, behind and/or next to a current processing area, a current penetration depth of the processing beam into the workpiece, a condition of a cooled weld seam, an orientation of the workpiece, an edge of one or more workpieces arranged one on top of the other or next to one another and the like to be closed. Such OCT measurements allow the actual machining process to be observed and evaluated.
In einigen Fällen wird der Messstrahl unabhängig von dem Bearbeitungsstrahl verlagert und beispielsweise entlang einer oder mehrerer Messlinien bewegt. Es kann dann ein Höhenprofil entlang der Messlinie bestimmt werden. Aus DE 10 2015 007 142 Al ist ein entsprechendes Messverfahren bekannt, bei dem der Messstrahl quer zur Bearbeitungsrichtung sowohl vor als auch hinter einer aktuellen Bearbeitungsstelle verlagert wird. In some cases, the measuring beam is shifted independently of the processing beam and is moved, for example, along one or more measuring lines. A height profile can then be determined along the measuring line. A corresponding measuring method is known from DE 10 2015 007 142 A1, in which the measuring beam is displaced transversely to the processing direction both in front of and behind a current processing point.
Es hat sich gezeigt, dass eine hohe Schweißnahtgüte erzielt werden kann, wenn die Bewegung des Bearbeitungsstrahls entlang des Hauptbearbeitungspfads mit geeigneten Oszillationsbewegungen überlagert wird. Im Fachjargon des Laserschweißens wird dies auch als "Wobbeln" bezeichnet. DE 10 2015 015 330 Al offenbart eine Vorrichtung, die einen OCT-Messstrahl zur Überwachung eines Bearbeitungsvorgangs verwendet, bei dem ein solches Wobbeln durchgeführt wird. Die Vorrichtung verfügt über eine bewegbare Ablenkvorrichtung, die eine oszillierende Bewegung durchführt und dadurch den Messstrahl und den Bearbeitungsstrahl gemeinsam der Wobbelbe- wegung entsprechend ablenkt. It has been shown that a high weld seam quality can be achieved if the movement of the machining beam along the main machining path is overlaid with suitable oscillating movements. In the technical jargon of laser welding, this is also referred to as "wobble". DE 10 2015 015 330 A1 discloses a device that uses an OCT measuring beam to monitor a machining process in which such wobbling is carried out. The device has a movable deflection device that performs an oscillating movement and thereby deflects the measuring beam and the processing beam together according to the wobbling movement.
Des Weiteren ist aus DE 10 2019 210 618 Al ein Bearbeitungssystem bekannt, das eine OCT-Überwachung eines Wobbel-Laserschweißens ermöglicht. Das System ist dazu eingerichtet, einen Messstrahl relativ zu einem Bearbeitungsstrahl an unterschiedliche Messorte zu bewegen. Diese Bewegung erfolgt dabei in Übereinstimmung mit dem Wobbelmuster, d. h. die Relativposition des Messstrahls ist unabhängig von der periodischen Bewegung des Wobbelns. Furthermore, a processing system is known from DE 10 2019 210 618 A1 that enables OCT monitoring of wobble laser welding. The system is set up to move a measuring beam to different measuring locations relative to a processing beam. This movement takes place in accordance with the wobble pattern, i. H. the relative position of the measuring beam is independent of the periodic movement of the wobble.
Weiteren Stand der Technik bezüglich eines Wobbel-Laserschweißens bilden DE 10 2014 008 265 B3 und DE 10 2016 204 577 Al. DE 10 2014 008 265 B3 and DE 10 2016 204 577 A1 form further prior art relating to wobble laser welding.
Die vielfältigen Möglichkeiten zur Prozessüberwachung mittels OCT führen dazu, dass sich ein Benutzer eines Bearbeitungssystems häufig mit ebenso vielfältigen Informationen konfrontiert sieht. Es kann dabei anspruchsvoll und zeitaufwändig sein, die unterschiedlichen Messergebnisse zu verknüpfen und daraus Schlüsse bezüglich möglicher fehlerhafter Einstellungen, geeigneter Prozessparameter und/oder der Qualität eines Bearbeitungsergebnisses zu ziehen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Handhabbarkeit eines OCT-basierten Überwachungssystems zu verbessern. The diverse options for process monitoring using OCT mean that a user of a processing system is often confronted with just as diverse information. It can be challenging and time-consuming to link the different measurement results and to draw conclusions about possible incorrect settings, suitable process parameters and/or the quality of a machining result. The object of the present invention is therefore to improve the manageability of an OCT-based monitoring system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verfahren und die Vorrichtungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen sowie durch die in den Ansprüchen definierte Steuereinheit, das in den Ansprüchen definierte Computerprogrammprodukt und das in den Ansprüchen definierte Bearbeitungssystem. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. This object is achieved according to the invention by the methods and the devices according to the independent claims and by the control unit defined in the claims, the computer program product defined in the claims and the processing system defined in the claims. Developments of the invention can be found in the dependent claims.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks, insbesondere eines Laserschweißens, mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls vor, das die folgenden Schritte umfasst: Festlegen einer Bearbeitungsfigur, die mehrere Bearbeitungspositionen mit zugehörigen mehrdimensionalen Bearbeitungspositionskoordinaten definiert; Erzeugen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück gemäß der Bearbeitungsfigur; Erzeugen eines Messstrahls mittels eines optischen Kohärenztomographen, wobei der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist; Festlegen von Messpositionen auf dem Werkstück an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen und/oder in deren Nähe; Bestimmen von Messwerten an den Messpositionen durch Richten des Messstrahls auf die Messpositionen; und Erzeugen zumindest einer Darstellung, die auf mehrdimensionaler Information beruht, die sich auf die Bearbeitungspositionskoordinaten, die Messwerte und/oder die Messpositionen bezieht. The invention provides a method for monitoring a machining process of a workpiece, in particular laser welding, using a high-energy machining beam, comprising the following steps: determining a machining figure that defines a plurality of machining positions with associated multidimensional machining position coordinates; generating a high-energy processing beam and projecting and/or focusing the processing beam onto the workpiece according to the processing figure; Generating a measurement beam by means of an optical coherence tomograph, it being possible for the measurement beam to be coupled into the processing beam; determining measurement positions on the workpiece at least at some of the machining positions and/or in the vicinity thereof; determining measurement values at the measurement positions by directing the measurement beam at the measurement positions; and generating at least one representation based on multi-dimensional information relating to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions.
Des Weiteren sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks, insbesondere eines Laserschweißens, mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls vor, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum: Erzeugen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück gemäß einer Bearbeitungsfigur, die mehrere Bearbeitungspositionen mit zugehörigen mehrdimensionalen Bearbeitungspositionskoordinaten definiert; Erzeugen eines Messstrahls mittels eines optischen Kohärenztomographen, wobei der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist; Bestimmen von Messpositionen auf dem Werkstück an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen und/oder in deren Nähe; und Erzeugen zumindest einer Darstellung, die auf mehrdimensionaler Information beruht, die sich auf die Bearbeitungspositionskoordinaten, die Messwerte und/oder die Messpositionen bezieht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Bearbeitungsprozess gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zu überwachen. Die Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, das Verfahren teilautomatisiert oder automatisiert durchzuführen. Wo im Folgenden auf Verfahrensmerkmale Bezug genommen wird, versteht sich, dass die Vorrichtung die entsprechenden Komponenten, Einheiten und/oder Einrichtungen aufweisen kann. Zudem versteht sich, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet sein kann, die entsprechenden Verfahrensmerkmale umzusetzen. Wo im Folgenden auf Merkmale der Vorrichtung Bezug genommen wird, versteht sich, dass das Verfahren entsprechende zusätzliche und/oder entsprechend angepasste Verfahrensschritte aufweisen kann. Furthermore, the invention provides a device for monitoring a machining process of a workpiece, in particular laser welding, by means of a high-energy machining beam, the device being set up for: generating a high-energy machining beam and projecting and/or focusing the machining beam onto the workpiece according to a machining figure, defining a plurality of machining positions with associated multi-dimensional machining position coordinates; Generating a measurement beam by means of an optical coherence tomograph, it being possible for the measurement beam to be coupled into the processing beam; determining measurement positions on the workpiece at least at some of the machining positions and/or in the vicinity thereof; and generating at least one representation based on multi-dimensional information relating to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions. The device according to the invention can be set up to monitor the machining process according to a method according to the invention. The device can be set up to carry out the method in a semi-automated or automated manner. Where reference is made below to method features, it is understood that the device can have the corresponding components, units and/or devices. In addition, it goes without saying that the device can be set up to implement the corresponding method features. Where reference is made below to features of the device, it is understood that the method can have corresponding additional and/or correspondingly adapted method steps.
Die Vorrichtung kann eine Bearbeitungseinheit mit einer Bearbeitungsstrahlquelle zum Erzeugen des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls und mit einer Bearbeitungsstrahloptik zum Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls auf eine Bearbeitungsposition auf dem Werkstück umfassen. Ferner kann die Vorrichtung einen optischen Kohärenztomographen zum Erzeugen des Messstrahls umfassen. The device can include a processing unit with a processing beam source for generating the high-energy processing beam and with processing beam optics for projecting and/or focusing the processing beam onto a processing position on the workpiece. Furthermore, the device can include an optical coherence tomograph for generating the measuring beam.
Indem eine Darstellung erzeugt wird, die mehrdimensionale Information enthält, die sich auf die Bearbeitungspositionskoordinaten, die Messwerte und/oder die Messpositionen bezieht, kann eine Handhabbarkeit verbessert werden. Es ist für einen Benutzer möglich, anhand der Darstellung nachzuvollziehen, ob Prozessparameter richtig eingestellt sind oder ggf. angepasst werden müssen. Ferner ist hieraus die Qualität der Bearbeitung ersichtlich. Beispielsweise kann eine Schweißnahtgüte genau und/oder ortsaufgelöst überprüft werden. Des Weiteren kann anhand einer mehrdimensionalen Darstellung eine Position des Messstrahls relativ zu dem Bearbeitungsstrahl und/oder relativ zu einer Schweißnaht und/oder relativ zum bearbeiteten Werkstück einfach überprüft werden. Im Ergebnis wird die Bedienbarkeit verbessert, da die Auswirkungen von vorgenommenen Einstellungen leicht und anschaulich eingeschätzt werden können. By generating a representation containing multi-dimensional information related to the machining position coordinates, the measurement values and/or the measurement positions, manageability can be improved. It is possible for a user to use the representation to understand whether process parameters are set correctly or whether they need to be adjusted. The quality of the processing can also be seen from this. For example, a weld seam quality can be checked precisely and/or with spatial resolution. Furthermore, a position of the measuring beam relative to the machining beam and/or relative to a weld seam and/or relative to the machined workpiece can be easily checked using a multidimensional representation. As a result, the usability is improved since the effects of the settings made can be assessed easily and clearly.
Bei dem Werkstück kann es sich um ein einzelnes Werkstück oder um mehrere Werkstücke handeln. In letzterem Fall können die Werkstücke übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise um diese miteinander zu verschweißen. Das Werkstück kann ein oder mehrere Bauteile und/oder Teile und/oder Komponenten aus Metall umfassen. Die Bearbeitungsfigur kann einen Hauptbearbeitungspfad definieren, dem eine zusätzliche Bewegung überlagert ist, insbesondere eine Wobblebewegung. Die Bearbeitungsfigur umfasst insbesondere eine Gesamtheit von Bearbeitungspositionen, auf die der Bearbeitungsstrahl gerichtet werden soll. Die Bearbeitungsfigur kann auf einem geradlinigen Hauptbearbeitungspfad beruhen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bearbeitungsfigur auf einem gekrümmten und/oder polygonalen und/oder kreisförmigen und/oder elliptischen Hauptbearbeitungspfad beruhen. The workpiece can be a single workpiece or multiple workpieces. In the latter case, the workpieces can be arranged one above the other and/or next to one another, for example in order to weld them together. The workpiece may include one or more metal parts and/or parts and/or components. The processing figure can define a main processing path on which an additional movement is superimposed, in particular a wobble movement. In particular, the processing figure includes a total of processing positions onto which the processing beam is to be directed. The processing figure can be based on a rectilinear main processing path. Alternatively or additionally, the machining figure can be based on a curved and/or polygonal and/or circular and/or elliptical main machining path.
Es kann ein Bearbeitungskopf vorgesehen sein, der zum Beispiel von einem Industrieroboter getragen sein kann. Der Bearbeitungskopf kann relativ zum Werkstück bewegbar sein. Die Bearbeitungsstrahloptik kann in dem Bearbeitungskopf vorgesehen sein. Der Bearbeitungsstrahl kann ein Bearbeitungslaserstrahl sein. Der Messstrahl kann ein Laserstrahl sein, der insbesondere unabhängig von dem Bearbeitungsstrahl erzeugbar ist. Der Messsstrahl und/oder der Bearbeitungsstrahl kann in den Bearbeitungskopf und vorzugsweise in die Bearbeitungsstrahloptik einkoppelbar sein. A processing head can be provided, which can be carried by an industrial robot, for example. The machining head can be movable relative to the workpiece. The processing beam optics can be provided in the processing head. The processing beam can be a processing laser beam. The measuring beam can be a laser beam, which can be generated in particular independently of the processing beam. The measurement beam and/or the processing beam can be coupled into the processing head and preferably into the processing beam optics.
Der optische Kohärenztomograph kann eine Strahlerzeugungseinheit zur Erzeugung des Messstrahls sowie eines Referenzstrahls umfassen. Der optische Kohärenztomograph kann einen sich ausgehend von der Strahlerzeugungseinheit erstreckenden Messarm, in dem der Messstrahl optisch führbar ist, sodass dieser auf ein Messobjekt wie das Werkstück projizierbar ist, und einen sich ausgehend von der Strahlerzeugungseinheit erstreckenden Referenzarm aufweisen, in dem der Referenzstrahl optisch führbar ist und der den Messarm zumindest in seiner optischen Weglänge und/oder in seinen sonstigen optischen Eigenschaften nachbildet. Der Messstrahl und der Referenzstrahl können nach Durchlaufen des Messarms bzw. des Referenzarms zur Erzeugung eines Interferenzsignals überlagerbar sein. The optical coherence tomograph can include a beam generation unit for generating the measurement beam and a reference beam. The optical coherence tomograph can have a measuring arm that extends from the beam generation unit and in which the measuring beam can be guided optically so that it can be projected onto a measurement object such as the workpiece, and a reference arm that extends from the beam generation unit and in which the reference beam can be guided optically and which simulates the measuring arm at least in its optical path length and/or in its other optical properties. After passing through the measuring arm or the reference arm, the measuring beam and the reference beam can be superimposed to generate an interference signal.
Der Referenzarm kann unveränderlich oder anpassbar ausgestaltet sein. Beispielsweise können optische Eigenschaften des Referenzarms wie dessen optische Weglänge und/oder dessen Gesamtdispersion einstellbar sein, etwa um diese an eine veränderte Weglänge des Bearbeitungsstrahls und/oder an unterschiedliche den Messstrahl führende optische Komponenten anzupassen. Zudem kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass mehrere parallel, alternativ und/oder in Serie betreibbare Referenzarme vorgesehen sind, die sich hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften unterscheiden. Somit kann ermöglicht werden, dass beispielsweise beim Wechsel optischer Komponenten der Strahlführung manuell oder automatisch auf einen anderen Referenzarm umgeschaltet wird, um die optische Entsprechung von Referenzarm und Messarm zu bewerkstelligen. Es kann vorgesehen sein, dass der optische Kohärenztomograph nicht auf dem Industrieroboter angeordnet ist. Der optische Kohärenztomograph kann ortsfest sein. Der optische Kohärenztomograph kann über Lichtleiter wie beispielsweise Fasern mit dem Bearbeitungskopf verbunden sein. Der Bearbeitungskopf kann relativ zu dem Kohärenztomographen bewegbar sein. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass der optische Kohärenztomograph und insbesondere dessen Sensorik auf dem Industrieroboter angeordnet ist, beispielsweise innerhalb und/oder nahe des Bearbeitungskopfes. Der optische Kohärenztomograph kann mit dem Bearbeitungskopf und/oder mit bewegten Komponenten des Industrieroboters mitbewegbar sein. The reference arm can be designed to be fixed or adjustable. For example, optical properties of the reference arm such as its optical path length and/or its total dispersion can be adjustable, for example in order to adapt them to a changed path length of the processing beam and/or to different optical components guiding the measuring beam. In addition, it can be provided according to the invention that several reference arms are provided which can be operated in parallel, alternatively and/or in series and which differ in terms of their optical properties. It can thus be made possible, for example when changing optical components of the beam guidance, to switch manually or automatically to another reference arm in order to bring about the optical correspondence of reference arm and measuring arm. It can be provided that the optical coherence tomograph is not arranged on the industrial robot. The optical coherence tomograph can be stationary. The optical coherence tomograph can be connected to the processing head via light guides such as fibers. The processing head can be movable relative to the coherence tomograph. Alternatively, it can be provided that the optical coherence tomograph and in particular its sensor system is arranged on the industrial robot, for example inside and/or near the processing head. The optical coherence tomograph can be moved with the processing head and/or with moving components of the industrial robot.
Es kann eine Messstrahlablenkvorrichtung vorgesehen sein, mittels derer der Messstrahl derart ablenkbar ist, dass er relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsposition auf dem Werkstück führbar ist. Der Messstrahl kann unabhängig von dem Bearbeitungsstrahl verlagerbar sein. Der Messstrahl kann hierdurch beispielsweise in ein bei der Bearbeitung entstehendes Keyhole und/oder unmittelbar auf einen Auftreffpunkt des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück richtbar sein. Zudem kann der Messstrahl in Hauptbearbeitungsrichtung vor oder hinter der Bearbeitungsposition und/oder quer, beispielsweise senkrecht und/oder schräg, und/oder längs, zur Hauptbearbeitungsrichtung geführt werden. Hierdurch können Messlinien abgefahren werden, entlang derer beispielsweise ein Höhenprofil ermittelbar ist. Die Messstrahlablenkvorrichtung kann wenigstens einen bewegbaren Spiegel umfassen, der insbesondere in zumindest eine Raumrichtung drehbar und/oder schwenkbar ist. Gemäß einer bewährten Ausführungsform umfasst die Messstrahlablenkvorrichtung zwei Spiegel, die in jeweils eine Raumrichtung bewegbar sind, bzw. jeweils einen bewegbaren Spiegel je Verlagerungsfreiheitsgrad. A measuring beam deflection device can be provided, by means of which the measuring beam can be deflected in such a way that it can be guided relative to a current machining position on the workpiece. The measuring beam can be displaceable independently of the processing beam. As a result, the measuring beam can be directed, for example, into a keyhole created during processing and/or directly onto a point of impact of the processing beam on the workpiece. In addition, the measuring beam can be guided in the main processing direction in front of or behind the processing position and/or transversely, for example perpendicularly and/or obliquely and/or longitudinally to the main processing direction. As a result, measurement lines can be traced along which, for example, a height profile can be determined. The measuring beam deflection device can comprise at least one movable mirror which can be rotated and/or pivoted in particular in at least one spatial direction. According to a proven embodiment, the measuring beam deflection device comprises two mirrors, each of which can be moved in one spatial direction, or one movable mirror for each degree of freedom of displacement.
Zudem kann eine Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung vorhanden sein, mittels derer der Bearbeitungsstrahl verlagerbar ist. Die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung kann wenigstens einen bewegbaren Spiegel umfassen, der insbesondere in zumindest eine Raumrichtung drehbar und/oder schwenkbar ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung zwei Spiegel, die in jeweils eine Raumrichtung bewegbar sind, bzw. jeweils einen bewegbaren Spiegel je Verlagerungsfreiheitsgrad. Vorzugsweise sind der Messstrahl und der Bearbeitungsstrahl gemeinsam mittels der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung verlagerbar. Beispielsweise ist mittels Bewegung der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung eine Wobbelbewegung erzeugbar, der sowohl der Messstrahl als auch der Bearbeitungs- strahl folgen. Durch geeignete, vorzugsweise synchrone, Bewegung der Messstrahlablenkvorrichtung kann der Messstrahl relativ zu dem Bearbeitungsstrahl verlagert werden, während beide Strahlen durch die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung abgelenkt werden. In addition, a processing beam deflection device can be present, by means of which the processing beam can be displaced. The processing beam deflection device can comprise at least one movable mirror which can be rotated and/or pivoted in particular in at least one spatial direction. According to one embodiment, the processing beam deflection device comprises two mirrors, each of which can be moved in one spatial direction, or one movable mirror for each degree of freedom of displacement. The measuring beam and the processing beam can preferably be displaced together by means of the processing beam deflection device. For example, by moving the processing beam deflection device, a wobbling movement can be generated that affects both the measuring beam and the processing beam follow. The measuring beam can be shifted relative to the processing beam by suitable, preferably synchronous, movement of the measuring beam deflection device, while both beams are deflected by the processing beam deflection device.
Die Vorrichtung kann zusätzlich eine Bilderfassungseinrichtung umfassen. Die Bilderfassungseinrichtung kann eine Kamera umfassen, beispielsweise eine 2D-Kamera o- der eine 3D-Kamera. Vorzugsweise ist die Bilderfassungseinrichtung dazu eingerichtet, Bilder in Echtzeit zu liefern. Die Bilderfassungseinrichtung kann zum Beispiel derart angeordnet und eingerichtet sein, dass sie Bilder des Werkstücks in einem Bereich erfasst, auf den der Bearbeitungsstrahl und/oder der Messstrahl richtbar sind. Die Bilderfassungseinrichtung kann ausgehend vom Werkstück hinter der Messstrahlablenkvorrichtung angeordnet sein. Insbesondere kann der bewegbare Spiegel der Messstrahlablenkvorrichtung teildurchlässig sein. The device can additionally comprise an image acquisition device. The image capturing device can include a camera, for example a 2D camera or a 3D camera. The image acquisition device is preferably set up to deliver images in real time. The image capturing device can, for example, be arranged and set up in such a way that it captures images of the workpiece in an area onto which the processing beam and/or the measuring beam can be directed. Starting from the workpiece, the image acquisition device can be arranged behind the measuring beam deflection device. In particular, the movable mirror of the measuring beam deflection device can be partially transparent.
Die Vorrichtung kann eine Beleuchtungseinrichtung umfassen, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, das Werkstück in einem Bereich zu beleuchten, auf den der Bearbeitungsstrahl und/oder der Messstrahl richtbar sind. The device can include an illumination device which is arranged and set up to illuminate the workpiece in an area onto which the processing beam and/or the measuring beam can be directed.
Das Überwachen des Bearbeitungsprozesses kann auf die Wiedergabe der Darstellung beschränkt sein. Das Überwachen kann auch ein insbesondere teilautomatisiertes oder automatisiertes Steuern und/oder Regeln zumindest eines Prozessparameters umfassen. Ferner kann das Überwachen die Wiedergabe weiterer Einstellungen, Parameter, Darstellungen, textueller und/oder akustischer Benachrichtigungen und/oder Informationen und dergleichen umfassen. Des Weiteren kann das Überwachen ein Abfragen zumindest einer Benutzereingabe umfassen. Monitoring of the editing process may be limited to rendering the presentation. The monitoring can also include, in particular, partially automated or automated control and/or regulation of at least one process parameter. Furthermore, the monitoring can include the display of further settings, parameters, representations, textual and/or acoustic notifications and/or information and the like. Furthermore, the monitoring can include querying at least one user input.
Die mehrdimensional ortsabhängige Information kann auf mehrdimensionalen Ortskoordinaten beruhen und zumindest eine darüber hinausgehende Eigenschaft umfassen, beispielsweise zumindest einen Wert und/oder zumindest eine Markierung und/oder zumindest eine Information bezüglich eines Vorliegens oder Fehlens einer Bedingung an zumindest einem von mehreren bestimmten Orten. The multi-dimensional, location-dependent information can be based on multi-dimensional location coordinates and can include at least one additional property, for example at least one value and/or at least one marking and/or at least one piece of information regarding the presence or absence of a condition at at least one of a number of specific locations.
Es kann zumindest eine Anzeigeeinheit vorgesehen sein, mittels derer die Darstellung angezeigt werden kann. Die Anzeigeeinheit kann einen Bildschirm und/oder eine Datenbrille oder dergleichen umfassen. Die Anzeigeeinheit kann Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein. Die Anzeigeeinheit kann auch Teil eines externen Computers und/oder eines Mobilgeräts wie beispielsweise eines Smartphones, Tab- let-PCs etc. sein. Vorzugsweise ist die zumindest eine Darstellung dazu vorgesehen, auf einem zweidimensionalen Anzeigeschirm wiedergegeben zu werden. Die zumindest eine Darstellung kann auch dazu vorgesehen sein, als dreidimensionales statisches und/oder bewegtes Bild wiedergegeben zu werden, beispielsweise als Hologramm, als 3D-Bildschirmbild oder dergleichen. Die zumindest eine Darstellung kann beispielsweise für einige oder alle umfassten Darstellung zwei Teildarstellungen umfassen, die jeweils einem der beiden Augen des Benutzers zugeordnet sind, vorzugsweise eine linke Teildarstellung und eine rechte Teildarstellung. Hierdurch kann eine 3D-Wiedergabe erzielbar sein. At least one display unit can be provided, by means of which the representation can be displayed. The display unit can include a screen and/or data glasses or the like. The display unit can be part of the device according to the invention. The display unit can also be part of an external Computer and/or a mobile device such as a smartphone, tablet PC etc. be. The at least one representation is preferably intended to be reproduced on a two-dimensional display screen. The at least one representation can also be intended to be reproduced as a three-dimensional static and/or moving image, for example as a hologram, as a 3D screen image or the like. The at least one representation can, for example, comprise two partial representations for some or all of the representations included, which are each assigned to one of the two eyes of the user, preferably a left partial representation and a right partial representation. A 3D rendering can be achieved as a result.
Die zumindest eine Darstellung kann mehrere Darstellungen umfassen, die nacheinander und/oder gleichzeitig angezeigt werden können. Eine Darstellungsweise kann von dem Benutzer einstellbar sein. Die zumindest eine Darstellung kann eine Abfolge von Darstellungen umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Darstellung mehrere nebeneinander und/oder übereinander angezeigte Darstellungen umfassen. Eine Darstellung im Sinne dieser Offenbarung kann statische und/oder bewegte unbearbeitete erfasste Bilder, bearbeitete erfasste Bilder, simulierte Bilder, berechnete Bilder und/oder vorab gespeicherte Bilder umfassen, insbesondere auch in beliebiger Kombination. Beispielsweise kann eine Darstellung ein Bild umfassen, das auf einer grafischen Aufbereitung von Messwerten beruht und das einem erfassten Abbild, etwa des Werkstücks, überlagert ist. Ferner können erfasste Bilder und anderweitig erzeugte Bilder in einer gemeinsamen Darstellung umfasst sein, beispielsweise nebeneinander oder übereinander. The at least one representation may include multiple representations that may be displayed sequentially and/or simultaneously. A way of presentation can be adjustable by the user. The at least one representation may include a sequence of representations. Alternatively or additionally, the at least one representation can comprise a plurality of representations displayed next to one another and/or one above the other. A representation within the meaning of this disclosure can include static and/or moving unprocessed captured images, processed captured images, simulated images, calculated images and/or previously stored images, in particular in any combination. For example, a representation can include an image that is based on a graphic processing of measured values and that is superimposed on a captured image, for example of the workpiece. Furthermore, captured images and images generated in some other way can be included in a common representation, for example next to one another or one above the other.
Gemäß einem beliebigen Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsfigur eine oszillierende Bewegung des Bearbeitungsstrahls bewirkt, optional mit einer Frequenz von wenigstens 50 Hz und vorteilhaft von wenigsten 100 Hz. Diese oszillierende Bewegung ist vorteilhaft einer Bewegung entlang eines Hauptbearbeitungspfads überlagert. Hierdurch kann eine Bearbeitung durchgeführt werden, bei der ein sogenanntes Wobbeln erfolgt, was vorteilhaft zu einer hohen Schweißnahtgüte führt. According to any aspect of the invention, it can be provided that the machining figure causes an oscillating movement of the machining beam, optionally with a frequency of at least 50 Hz and advantageously of at least 100 Hz. This oscillating movement is advantageously superimposed on a movement along a main machining path. As a result, processing can be carried out in which so-called wobbling takes place, which advantageously leads to a high quality of the weld seam.
Die oszillierende Bewegung kann sinusförmige, sägezahnförmige, zick-zack-förmige, kreissegmentförmige, spiralförmige und/oder rechteckige Teilbewegungen umfassen. Die Art und/oder die Amplitude und/oder die Periode der Teilbewegungen und/oder der oszillierenden Bewegung kann vom Benutzer direkt oder indirekt vorgebbar sein. Geeignete Parameter können beispielsweise automatisiert in Abhängigkeit von einer Auswahl eines durchzuführenden Bearbeitungsprozesses erfolgen, indem Werkstückmaterial, Schweißnahtverlauf, und/oder eine gewünschte Eindringtiefe beim Schweißen etc. vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der erwähnten Parameter direkt vom Benutzer vorgebbar sein. The oscillating movement can include sinusoidal, sawtooth-shaped, zigzag-shaped, circular segment-shaped, spiral-shaped and/or rectangular partial movements. The type and/or the amplitude and/or the period of the partial movements and/or the oscillating movement can be specified directly or indirectly by the user. Suitable parameters can be automated, for example, depending on a A machining process to be carried out is selected by specifying the workpiece material, course of the weld seam, and/or a desired penetration depth during welding, etc. Alternatively or additionally, at least one of the parameters mentioned can be specified directly by the user.
Eine präzise Anpassung von Bearbeitungsparametern und eine damit verbundene Kontrolle über ein Bearbeitungsergebnis können insbesondere dann erzielt werden, wenn während der oszillierenden Bewegung zumindest eine weitere Strahleigenschaft periodisch geändert wird, insbesondere ein Strahldurchmesser und/oder eine Strahlform und/oder eine Leistung und/oder eine Wellenlänge. A precise adjustment of processing parameters and an associated control over a processing result can be achieved in particular if at least one additional beam property is changed periodically during the oscillating movement, in particular a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength .
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen von Eindringtiefenwerten für eine jeweilige Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Werkstück an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen während des Bearbeitungsprozesses mittels des optischen Kohärenztomographen durch Richten des Messstrahls auf geeignete Messpositionen auf dem Werkstück; und ein Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten. Die zumindest eine Darstellung umfasst dabei eine Darstellung, im Folgenden auch als Eindringtiefendarstellung bezeichnet, die auf den zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. According to one aspect of the invention, the method also includes determining penetration depth values for a respective penetration depth of the machining beam into the workpiece at at least some of the machining positions during the machining process using the optical coherence tomograph by directing the measuring beam to suitable measuring positions on the workpiece; and assigning the penetration depth values to the respective machining position coordinates. The at least one representation includes a representation, also referred to below as a penetration depth representation, which is based on the associated penetration depth values and machining position coordinates.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung ferner eingerichtet zum: Bestimmen von Eindringtiefenwerten für eine jeweilige Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls in das Werkstück an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen während des Bearbeitungsprozesses mittels des optischen Kohärenztomographen durch Richten des Messstrahls auf geeignete Messpositionen auf dem Werkstück; und zum Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten. Die zumindest eine Darstellung umfasst dabei eine Darstellung, im Folgenden auch als Eindringtiefendarstellung bezeichnet, die auf den zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. According to one aspect of the invention, the device is also set up to: determine penetration depth values for a respective penetration depth of the machining beam into the workpiece at at least some of the machining positions during the machining process using the optical coherence tomograph by directing the measuring beam to suitable measuring positions on the workpiece; and for associating the penetration depth values with the respective machining position coordinates. The at least one representation includes a representation, also referred to below as a penetration depth representation, which is based on the associated penetration depth values and machining position coordinates.
Hierdurch kann eine gute Handhabbarkeit erzielt werden, da der Einfluss von gewählten Bearbeitungsparametern auf eine lokale Eindringtiefe leicht nachvollziehbar gemacht wird. Dies hat beispielsweise im Fall eines Wobbel-Schweißens große Bedeutung, da die entsprechenden Zusammenhänge vergleichsweise komplex und folgerichtig für einen Benutzer schwierig erkennbar sind. Insbesondere beim Schweißen von sogenannten Busbars auf Batterien ist die Eindringtiefe in die Batterie von großer Bedeutung. Indem eine Darstellung erzeugt wird, die auf den zugeordneten Eindringtiefenwerten und den Bearbeitungspositionskoordinaten beruht, kann der Benutzer zuverlässig erkennen, ob und in welcher Weise eine Ortsabhängigkeit der Eindringtiefe vorliegt. Good manageability can be achieved in this way, since the influence of selected processing parameters on a local penetration depth is made easily comprehensible. This is of great importance, for example, in the case of wobble welding, since the relevant relationships are comparatively complex and logically difficult for a user to recognize. The penetration depth into the battery is particularly important when welding so-called busbars on batteries Meaning. By creating a representation that is based on the associated penetration depth values and the machining position coordinates, the user can reliably identify whether and how the penetration depth is spatially dependent.
Eindringtiefenwerte können ermittelt werden, indem der Messstrahl in ein Keyhole hinein gerichtet wird. Es kann vorgesehen sein, zunächst eine tatsächliche Position des Keyholes für eine bestimmte vorgegebene Bearbeitungsposition durch Erstellen eines zweidimensionalen und/oder eines dreidimensionalen Höhenprofils im Bereich der Bearbeitungsposition zu bestimmen. Ferner kann vorgesehen sein, den Messstrahl während der Bearbeitung auf eine auf diese Weise bestimmte Position des Keyholes zu richten. Penetration depth values can be determined by directing the measuring beam into a keyhole. It can be provided to first determine an actual position of the keyhole for a certain predetermined processing position by creating a two-dimensional and/or a three-dimensional height profile in the area of the processing position. Provision can also be made to direct the measuring beam during processing to a position of the keyhole determined in this way.
Die Eindringtiefenwerte können zeitlich und/oder räumlich gemittelte Werte sein. Die Bearbeitungspositionen können kontinuierlich verteilt sein. Dabei kann einer bestimmten Bearbeitungsposition jeweils ein Eindringtiefenwert zugeordnet werden, der sich aus geeigneter Mittelung mehrerer Einzelmesswerte ergibt, die beispielsweise unter Verwendung einer geeigneten Gewichtungsfunktion berücksichtigt werden. Die Gewichtungsfunktion kann bekannte Parameter des Keyholes berücksichtigen, etwa dessen Tiefenverteilung parallel, quer oder schräg zur Hauptbearbeitungsrichtung. Die Gewichtungsfunktion kann alternativ oder zusätzlich bestimmte Bearbeitungsparameter wie eine Vorschubgeschwindigkeit, eine Bearbeitungsstrahlleistung, ein Material und/oder eine sonstige Beschaffenheit des Werkstücks und dergleichen berücksichtigen. The penetration depth values can be temporally and/or spatially averaged values. The processing positions can be continuously distributed. A penetration depth value can be assigned to a specific machining position, which results from a suitable averaging of several individual measured values, which are taken into account, for example, using a suitable weighting function. The weighting function can take into account known parameters of the keyhole, such as its depth distribution parallel, transverse or oblique to the main processing direction. Alternatively or additionally, the weighting function can take into account certain processing parameters such as a feed rate, a processing beam power, a material and/or another property of the workpiece and the like.
Das Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten bewerkstelligt, dass für eine bestimmte vorgegebene Bearbeitungsposition des Bearbeitungsstrahls festgehalten wird, wie die Eindringtiefe in das Keyhole war, als der Bearbeitungsstrahl auf diese vorgegebene Bearbeitungsposition gerichtet war. Wie erwähnt, kann sich die tatsächliche Position des Keyholes für diese vorgegebene Bearbeitungsposition jedoch von der Bearbeitungsposition selbst unterscheiden. Regelmäßig bildet sich das Keyhole in Hauptbearbeitungsrichtung hinter der aktuellen Bearbeitungsposition. Die Zuordnung zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten stellt jedoch den Zusammenhang zum durchlaufenen Bearbeitungsprogramm her. The assignment of the penetration depth values to the respective processing position coordinates causes the penetration depth into the keyhole to be recorded for a specific predefined processing position of the processing beam when the processing beam was aimed at this predefined processing position. However, as mentioned, the actual position of the keyhole for this given edit position may differ from the edit position itself. The keyhole forms regularly in the main processing direction behind the current processing position. However, the assignment to the respective machining position coordinates establishes the connection to the machining program run through.
Beispielsweise im Fall eines Wobbelschweißens kann sich die Eindringtiefenwerte entlang der Bearbeitungsfigur verändern, beispielsweise periodisch. Erfolgt etwa eine Bearbeitung mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit in Hauptbearbeitungsrichtung, ändert sich aufgrund einer Wobbelbewegung möglicherweise eine lokale Geschwindigkeit entlang eines Bearbeitungspfads, der im Vergleich zum Hauptbearbeitungspfad entlang der Hauptbearbeitungsrichtung mäandert und/oder sich schlängelt und/oder einem kurvigen, zackigen, winkligen oder anderweitig oszillierenden Verlauf folgen kann. An Umkehrpunkten des entsprechenden Bearbeitungspfads kann die Geschwindigkeit, mit der sich der Bearbeitungsstrahl relativ zur Oberfläche des Werkstücks bewegt, daher geringer sein als in Bereichen, in denen der Bearbeitungspfad den Hauptbearbeitungspfad schneidet. Generell kann die lokale Geschwindigkeit des Bearbeitungsstrahls variieren, weshalb der Bearbeitungsstrahl auf unterschiedliche Bereiche des Werkstücks unterschiedlich lange einwirkt. Hieraus kann eine lokal veränderliche Eindringtiefe resultieren. For example, in the case of wobble welding, the penetration depth values can change along the machining figure, for example periodically. Occurs about one Machining with a constant feed rate in the main machining direction may change a local speed along a machining path due to a wobble movement, which meanders and/or meanders and/or can follow a curved, jagged, angled or otherwise oscillating course in comparison to the main machining path along the main machining direction . At reversal points of the corresponding machining path, the speed at which the machining beam moves relative to the surface of the workpiece can therefore be lower than in areas in which the machining path intersects the main machining path. In general, the local speed of the processing beam can vary, which is why the processing beam acts on different areas of the workpiece for different lengths of time. This can result in a locally variable penetration depth.
Der Effekt eines solchen unterschiedlich langen Einwirkens des Bearbeitungsstrahls auf das Werkstück kann insbesondere dann für einen Benutzer intuitiv erfassbar veranschaulicht werden, wenn die zumindest eine Darstellung, beispielsweise die Eindringtiefendarstellung, eine dreidimensionale Darstellung umfasst, bei der die Eindringtiefenwerte über die Bearbeitungspositionskoordinaten aufgetragen sind. Diese dreidimensionale Darstellung kann beispielsweise eine perspektivische Darstellung und/oder eine Heatmap-Darstellung sein. The effect of such a different length of time the processing beam acts on the workpiece can be illustrated intuitively for a user in particular if the at least one display, for example the penetration depth display, includes a three-dimensional display in which the penetration depth values are plotted against the processing position coordinates. This three-dimensional representation can be a perspective representation and/or a heat map representation, for example.
Insbesondere in diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, zumindest eine weitere Strahleigenschaft periodisch zu ändern, wie oben erwähnt beispielsweise einen Strahldurchmesser und/oder eine Strahlform und/oder eine Leistung und/oder eine Wellenlänge. Durch geeignete Wahl sich periodisch ändernder weiterer Strahleigenschaften kann darauf abgezielt werden, möglichst gleichmäßige Eindringtiefen entlang des Bearbeitungspfads zu erzielen. Je nach Anwendung kann es auch wünschenswert sein, die Eindringtiefe entlang des Bearbeitungspfads gezielt variieren zu lassen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bestimmte Parameter für eine derartige Einstellung vorgebbar sind und zumindest eine Strahleigenschaft geregelt wird, um die Eindringtiefe bzw. deren Verlauf entlang des Bearbeitungspfads als Regelgröße zu verwenden. Eine oder mehrere der periodisch veränderlichen Strahleigenschaften können dabei als Stellgröße dienen. Gibt ein Benutzer beispielsweise vor, dass die Eindringtiefe bei einem Wobbelschweißen möglichst konstant gehalten werden soll, kann eine periodische Änderung der Leistung des Bearbeitungsstrahls erfolgen. Dies kann dazu dienen, ein zu tiefes Eindringen in das Werkstück in Abschnitten des Bearbeitungspfads zu verhindern, in denen der Bearbeitungsstrahl sich vergleichsweise langsamer über das Werkstück bewegt. In analoger Weise können weitere oder andere Strahleigenschaften periodisch geändert werden, je nach angestrebtem Ergebnis. In this context in particular, it can be advantageous to periodically change at least one further beam property, for example a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength, as mentioned above. A suitable choice of periodically changing additional beam properties can be aimed at achieving penetration depths that are as uniform as possible along the processing path. Depending on the application, it may also be desirable to specifically vary the penetration depth along the processing path. According to the invention, it can be provided that specific parameters for such a setting can be specified and at least one jet property is controlled in order to use the penetration depth or its progression along the processing path as a controlled variable. One or more of the periodically changing beam properties can serve as a manipulated variable. If a user specifies, for example, that the penetration depth should be kept as constant as possible during wobble welding, the power of the processing beam can be changed periodically. This can serve to prevent too deep penetration into the workpiece in sections of the machining path in which the machining beam moves comparatively more slowly over the workpiece. In an analogous way further or other beam properties are changed periodically, depending on the desired result.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine bewegte Darstellung umfasst, die auf einer bewegten Betrachtungsposition beruht. Die bewegte Darstellung kann beispielsweise auf einem virtuellen Flug über die Bearbeitungspositionskoordinaten hinweg beruhen, bei dem die zugeordneten Einschweißtiefen visuell erfassbar sind. Alternativ oder zusätzlich kann die bewegte Darstellung ein Rotieren der dreidimensionalen Darstellung umfassen, wodurch beispielsweise abwechselnd in einer Draufsicht Positionen genauer erkannt werden können, wohingegen in einer Seitenansicht Eindringtiefenwerte genauer erkannt werden können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die dreidimensionale Darstellung gedreht werden kann, um eine bestimmte Betrachtungsposition einzunehmen. Ein Benutzer kann das dreidimensionale Profil der Eindringtiefen dann genau mit der verwendeten Bearbeitungsfigur abgleichen, um deren Einfluss auf die Eindringtiefenverteilung abschätzen zu können. Furthermore, it can be provided that the at least one display, in particular the penetration depth display, includes a moving display that is based on a moving viewing position. The moving representation can be based, for example, on a virtual flight over the machining position coordinates, in which the associated welding depths can be visually recorded. Alternatively or additionally, the moving representation can include a rotation of the three-dimensional representation, as a result of which, for example, positions can be alternately recognized more precisely in a plan view, whereas penetration depth values can be recognized more precisely in a side view. It can be provided, for example, that the three-dimensional representation can be rotated in order to assume a specific viewing position. A user can then precisely match the three-dimensional profile of the indentation depths with the processing figure used in order to be able to estimate their influence on the indentation depth distribution.
Die komplexen Zusammenhänge, die hinter der Eindringtiefenverteilung stehen, können insbesondere dann von dem Benutzer leicht und umfassend analysiert werden, wenn die bewegte Darstellung über ein 3D-System und/oder Virtual-Reality-System und/oder Augmented-Reality-System wie beispielsweise über eine 3D-Brille, einen 3D-Monitor, ein Head-Mounted Display oder dergleichen wiedergegeben wird. Im Fall eines Augmented-Reality-Systems kann vorgesehen sein, dass einem realen Bild des Werkstücks die Eindringtiefendarstellung überlagert wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Benutzer das Werkstück von unterschiedlichen Betrachtungspositionen aus und/oder aus unterschiedlichen Winkel betrachten kann, während er eine geeignete 3D-Brille oder ein Head-Mounted Display trägt, wodurch die Eindringtiefendarstellung virtuell unmittelbar auf dem Werkstück dargestellt und begutachtet werden kann. Ein Augmented-Reality-System kann auch über ein tragbares Endgerät des Benutzers realisiert sein, beispielsweise in Form einer App auf einem Smartphone oder einem Tablet-PC. Wird das Gerät geeignet im Raum gehalten, kann über dessen integrierte Kamera ein Bild des Werkstücks erzeugt und diesem Bild die Eindringtiefendarstellung überlagert werden. The complex relationships behind the penetration depth distribution can be easily and comprehensively analyzed by the user, in particular if the moving display uses a 3D system and/or virtual reality system and/or augmented reality system such as 3D glasses, a 3D monitor, a head-mounted display or the like is reproduced. In the case of an augmented reality system, it can be provided that the penetration depth display is superimposed on a real image of the workpiece. For example, it can be provided that the user can view the workpiece from different viewing positions and/or from different angles while wearing suitable 3D glasses or a head-mounted display, whereby the representation of the penetration depth is displayed and assessed virtually directly on the workpiece can. An augmented reality system can also be implemented using a user's portable device, for example in the form of an app on a smartphone or tablet PC. If the device is held appropriately in space, an image of the workpiece can be generated via its integrated camera and the penetration depth display can be superimposed on this image.
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Auswahl zumindest einer Darstellungsfarbe und/oder eines Blinkens und/oder einer Hervorhebung in Abhängigkeit von den Eindringtiefenwerten getroffen wird, wobei die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfasst, die auf der Auswahl beruht. Die Auswahl kann eine Benutzerauswahl sein. Hierdurch kann die Darstellung mit leicht verständlichen Hinweisen auf Grenzwertüberschreitungen versehen werden, beispielsweise indem Bereiche hervorgehoben werden, in denen die gemessene Eindringtiefe einen Grenzwert überschreiten oder unterschreiten. Die Falschfarbendarstellung kann beispielsweise dazu verwendet werden, einen Farbverlauf zu erzeugen, der zunehmende Eindringtiefenwerte veranschaulicht. Auch ohne genaue Betrachtung einer Skala oder von Achsenbeschriftungen kann somit die Eindringtiefenverteilung für den Benutzer intuitiv erfassbar sein, was zu einer verbesserten Bedienbarkeit führt, wenn Bearbeitungsparameter beurteilt oder angepasst werden sollen. Provision can also be made for at least one display color and/or flashing and/or highlighting to be selected depending on the penetration depth values, with the at least one display, in particular the penetration depth display, including a display that is based on the selection. The choice may be a user choice. This allows the display be provided with easily understandable indications of limit value violations, for example by highlighting areas in which the measured penetration depth exceeds or falls below a limit value. The false color display can be used, for example, to generate a color gradient that illustrates increasing penetration depth values. The indentation depth distribution can thus be intuitively grasped by the user even without looking closely at a scale or axis labeling, which leads to improved usability when processing parameters are to be assessed or adjusted.
Ein besonders effizientes Auffinden geeigneter Parameter kann dadurch erleichtert werden, dass ein Benutzer zumindest einen Grenzwert vorgibt, wobei die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfasst, die auf einem Vergleich der zugeordneten Eindringtiefenwerte mit dem vorgegebenen Grenzwert beruht. Diese auf dem Vergleich beruhende Darstellung kann wiederum von der erwähnten Auswahl zumindest einer Darstellungsfarbe und/oder eines Blinkens und/oder einer Hervorhebung abhängen. Der Grenzwert kann ein minimaler Eindringtiefenwert, ein maximaler Eindringtiefenwert, eine Häufigkeit für ein Auftreten bestimmter minimaler oder maximaler Eindringtiefenwerte und/oder ein einzuhaltender eindimensionaler oder zweidimensionaler Ortskoordinatenbereich sein. A particularly efficient finding of suitable parameters can be facilitated by a user specifying at least one limit value, the at least one display, in particular the penetration depth display, including a display based on a comparison of the assigned penetration depth values with the predefined limit value. This display based on the comparison can in turn depend on the mentioned selection of at least one display color and/or blinking and/or highlighting. The limit value can be a minimum penetration depth value, a maximum penetration depth value, a frequency for the occurrence of specific minimum or maximum penetration depth values and/or a one-dimensional or two-dimensional spatial coordinate range to be observed.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfasst, in der ein Benutzer ein Einzeichnen zumindest eines Grenzwerts vornehmen kann, wobei der zumindest eine Grenzwert anhand eines solchen Einzeichnens durch den Benutzer ermittelt wird. Provision can also be made for the at least one display, in particular the penetration depth display, to include a display in which a user can draw in at least one limit value, the at least one limit value being determined on the basis of such a drawing by the user.
Hierdurch kann ein hoher Bedienkomfort erzielt werden. Der Benutzer kann nah an den Daten arbeiten, aber dennoch die Datenlage intuitiv erfassen. Es kann beispielsweise erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein Benutzer eine Linie und/oder eine Kurve in der Darstellung bewegt, um den Grenzwert vorzugeben. Eine solche Linie oder Kurve kann etwa dazu dienen, eine Grenze zwischen akzeptablen und nicht akzeptablen Eindringtiefenwerten zu ziehen. A high level of operating convenience can be achieved as a result. The user can work close to the data, but still grasp the data situation intuitively. For example, it can be provided according to the invention that a user moves a line and/or a curve in the display in order to specify the limit value. Such a line or curve can be used, for example, to draw a boundary between acceptable and unacceptable penetration depth values.
Die Möglichkeiten, die OCT-Messungen zur Prozessüberwachung bieten, können insbesondere dann umfassend ausgeschöpft werden, wenn die Eindringtiefenwerte und/oder die Bearbeitungspositionskoordinaten nach dem Zuordnen zumindest einer Datenanalyse, beispielsweise einer statistischen Auswertung, unterzogen werden, und die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfasst, die auf der Datenanalyse beruht. Die Datenanalyse kann eine Glättung umfassen, beispielsweise in Form eines gleitenden Durchschnitts mit einer geeigneten Kernel-Funktion wie etwa einem Rechteck, einem Dreieck, einer Gaußkurve oder einer an die Form des Keyholes angepasste asymmetrische, beispielsweise schiefe Verteilungsfunktion. Die Datenanalyse kann alternativ oder zusätzlich einen Ausschluss von Ausreißern umfassen. Einerseits können in bekannter Weise für jede Position jeweils nur tiefste Eindringtiefenwerte berücksichtigt werden, um Reflexionen an Seitenwänden des Keyholes außer Betracht zu lassen. Ferner können unplausible Werte ausgeschlossen werden, die beispielsweise auf Messartefakte zurückgehen. Die statistische Auswertung kann eine Mittelwertbildung, die Bestimmung bestimmter Quantilen, die Durchführung automatisierter statistischer Tests und der gleichen umfassen. Beispielsweise kann eine Verteilung von Eindringtiefenwerten in Abhängigkeit von einer Relativposition der zugeordneten Bearbeitungsposition ermittelt werden, insbesondere in Abhängigkeit von einer Position relativ zu dem Hauptbearbeitungspfad. Die statistische Auswertung kann alternativ oder zusätzlich die Bestimmung statistischer Kenngrößen einer solchen Verteilung umfassen. Die Darstellung kann eine grafische Darstellung ermittelter Verteilungen und/oder Mittelwerte umfassen, ebenso wie eine Wiedergabe ermittelter Werte. The possibilities that OCT measurements offer for process monitoring can be fully exploited in particular if the penetration depth values and/or the processing position coordinates are subjected to at least one data analysis, for example a statistical evaluation, after assignment, and the at least one representation, in particular the penetration depth representation , one Includes presentation based on data analysis. The data analysis can include smoothing, for example in the form of a moving average with a suitable kernel function such as a rectangle, a triangle, a Gaussian curve or an asymmetric, for example skew, distribution function adapted to the shape of the keyhole. Alternatively or additionally, the data analysis can include an exclusion of outliers. On the one hand, only the deepest penetration depth values can be taken into account for each position, in a known manner, in order to ignore reflections on the side walls of the keyhole. Furthermore, implausible values can be excluded, which can be traced back to measurement artifacts, for example. Statistical evaluation may include averaging, determining specific quantiles, performing automated statistical tests, and the like. For example, a distribution of penetration depth values can be determined depending on a relative position of the assigned machining position, in particular depending on a position relative to the main machining path. Alternatively or additionally, the statistical evaluation can include the determination of statistical parameters of such a distribution. The representation can include a graphical representation of determined distributions and/or mean values, as well as a display of determined values.
Der Einfluss bestimmter Bearbeitungsparameter auf ein Ergebnis und eine Qualität der Bearbeitung kann insbesondere dann schnell und zuverlässig überprüft werden, wenn die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, wenigstens eine erste Darstellung umfasst, die sich auf einen ersten Satz von zugeordneten Eindringtiefenwerten bezieht, und wenigstens eine zweite Darstellung, die sich auf einen zweiten Satz von Eindringtiefenwerten bezieht. Beispielsweise kann die Eindringtiefendarstellung die gleichzeitige Anzeige einer Darstellung, die auf gespeicherten Messwerten einer vorherigen Messung beruht, und einer aktuellen Darstellung, die auf aktuellen Messwerten beruht, umfassen. The influence of certain machining parameters on a result and a quality of the machining can be checked quickly and reliably in particular if the at least one representation, in particular the penetration depth representation, includes at least a first representation that relates to a first set of associated penetration depth values, and at least a second representation relating to a second set of penetration depth values. For example, the penetration depth display can include the simultaneous display of a display based on stored measurement values from a previous measurement and a current display based on current measurement values.
Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfassen, die auf einem Vergleich wenigstens zweier Sätze von zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. Hierdurch können beispielsweise nacheinander erzeugte Schweißnähte sowie die zugehörigen Eindringtiefenwerte visuell miteinander verglichen werden. Zum Beispiel können Messkurven bzw. dreidimensionale Messwertdarstellungen, die auf den beiden Sätzen beruhen, einander überlagert und/oder in einem gemeinsamen Koordinatensystem dargestellt werden. Ferner kann eine Differenz von Eindringtiefenwerten gebildet und die gebildete Differenz dargestellt werden, um den Vergleich durchzuführen. Alternatively or additionally, the at least one representation, in particular the penetration depth representation, can comprise a representation that is based on a comparison of at least two sets of assigned penetration depth values and machining position coordinates. In this way, for example, weld seams produced one after the other and the associated penetration depth values can be visually compared with one another. For example, measurement curves or three-dimensional representations of measured values, which are based on the two sets, can be superimposed on one another and/or displayed in a common coordinate system. Furthermore, can a difference of penetration depth values are formed and the formed difference is displayed in order to carry out the comparison.
Gemäß einer Ausführungsform werden Daten, die sich auf aktuelle Bearbeitungspositionskoordinaten beziehen, und Daten, die sich auf aktuelle Eindringtiefenwerte beziehen, in Echtzeit synchronisiert. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Steuerung direkt über eine Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen durchgeführt werden. Ferner können die Eindringtiefenwerte einfach den korrekten Bearbeitungspositionskoordinaten zugeordnet werden. Die Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen verarbeitet dabei vorteilhaft eine vorgegebene Position der Ablenkvorrichtung. Ferner kann in einer Weiterbildung die Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen eine rückgemeldete tatsächliche Position der Ablenkvorrichtung verarbeiten. According to one embodiment, data related to current machining position coordinates and data related to current penetration depth values are synchronized in real time. As a result, control can advantageously be carried out directly via a control unit of the optical coherence tomograph. Furthermore, the penetration depth values can easily be assigned to the correct machining position coordinates. The control unit of the optical coherence tomograph advantageously processes a predetermined position of the deflection device. Furthermore, in a development, the control unit of the optical coherence tomograph can process a reported actual position of the deflection device.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass dem Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls auf die Bearbeitungspositionen und dem Richten des Messstrahls auf die Messpositionen eine gemeinsame Zeitvorgabe zugrunde gelegt wird, und dass das Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten auf der Grundlage der gemeinsamen Zeitvorgabe durchgeführt wird. Die Zuordnung ist hierdurch besonders einfach, da für die Bewegung des Bearbeitungsstrahls und für die Messung mittels des optischen Kohärenztomographen bzw. für die Bewegung des Messstrahls eine gemeinsame Zeitsteuerung verwendet werden kann. Furthermore, it can be provided that the projection and/or focusing of the processing beam onto the processing positions and the directing of the measuring beam onto the measuring positions is based on a common time specification, and that the assignment of the penetration depth values to the respective processing position coordinates is carried out on the basis of the common time specification becomes. As a result, the assignment is particularly simple, since a common time control can be used for the movement of the processing beam and for the measurement by means of the optical coherence tomograph or for the movement of the measuring beam.
Gemäß einer Ausführungsform werden Daten, die sich auf aktuelle Bearbeitungspositionskoordinaten beziehen, und Daten, die sich auf aktuelle Eindringtiefenwerte beziehen, auf der Grundlage zumindest eines Triggersignals synchronisiert. Diese Ausführungsform gestattet es, die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung unabhängig vom optischen Kohärenztomographen anzusteuern, was Vorteile hinsichtlich der Ausgestaltung der verwendeten Komponenten unabhängig voneinander mit sich bringt und zu einem hohen Grad an Flexibilität führt. According to one embodiment, data related to current machining position coordinates and data related to current penetration depth values are synchronized based on at least one trigger signal. This embodiment allows the processing beam deflection device to be controlled independently of the optical coherence tomograph, which has advantages with regard to the design of the components used independently of one another and leads to a high degree of flexibility.
Eine besonders genaue Zuordnung von Messwerten zu Bearbeitungspositionskoordinaten kann insbesondere dann erzielt werden, wenn das Verfahren ferner ein Ermitteln einer aktuellen Bearbeitungsposition und eines aktuellen Eindringtiefenwerts umfasst, wobei das Zuordnen ein Ermitteln der zu der aktuellen Bearbeitungsposition gehörenden Bearbeitungspositionskoordinaten sowie deren Zuordnen zu dem aktuellen Eindringtiefenwert umfasst. Es können eine Steuereinheit der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung und eine Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen vorgesehen sein, die voneinander unabhängig arbeiten und die insbesondere physisch voneinander getrennt ausgebildet sein können. Die Steuereinheit der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung verfügt vorzugsweise über eine Schnittstelle, die eine Taktung von Steuersignalen im Bereich von 10 ps oder weniger gestattet, wie beispielsweise eine RS485-Schnittstelle. Die Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen kann über eine Schnittstelle verfügen, die Daten synchron zu den Eindringtiefenmessungen einlesen kann. Ferner kann die Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen derart eingebunden sein, dass diese die Steuersignale der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung und/oder Positionssignale der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung synchron empfängt. Somit kann eine Synchronisation bezüglich der eingestellten oder ermittelten Position der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung erfolgen. Ferner kann im Fall einer periodischen Wobbelbewegung der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung vorgesehen sein, dass die Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen die Periode der Wobbelbewegung abfragt und/oder von der Steuereinheit der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung übermittelt bekommt. Insbesondere kann die Steuereinheit der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung ein Triggersignal an die Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen senden. Dieses Triggersignal kann zusammen mit der bekannten Periode genutzt werden, um die gemessenen Eindringtiefenwerte den richtigen Bearbeitungspositionskoordinaten zuzuordnen, indem OCT-Messwerte und Positionen der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung und somit des Bearbeitungsstrahls auf dem Werkstück einander zuordenbar sind. A particularly precise assignment of measured values to machining position coordinates can be achieved in particular if the method also includes determining a current machining position and a current penetration depth value, the assignment including determining the machining position coordinates belonging to the current machining position and assigning them to the current penetration depth value. A control unit of the processing beam deflection device and a control unit of the optical coherence tomograph be provided which work independently of one another and which in particular can be physically separated from one another. The control unit of the machining beam deflection device preferably has an interface that allows control signals to be clocked in the range of 10 ps or less, such as an RS485 interface, for example. The control unit of the optical coherence tomograph can have an interface that can read in data synchronously with the penetration depth measurements. Furthermore, the control unit of the optical coherence tomograph can be integrated in such a way that it synchronously receives the control signals of the processing beam deflection device and/or position signals of the processing beam deflection device. A synchronization with respect to the set or determined position of the machining beam deflection device can thus take place. Furthermore, in the case of a periodic wobbling movement of the processing beam deflection device, it can be provided that the control unit of the optical coherence tomograph queries the period of the wobbling movement and/or receives it from the control unit of the processing beam deflection device. In particular, the control unit of the processing beam deflection device can send a trigger signal to the control unit of the optical coherence tomograph. This trigger signal can be used together with the known period to assign the measured penetration depth values to the correct machining position coordinates by assigning OCT measured values and positions of the machining beam deflection device and thus of the machining beam on the workpiece to one another.
Des Weiteren werden gemäß einer Ausführungsform der Messstrahl und der Bearbeitungsstrahl über eine gemeinsame Ablenkvorrichtung abgelenkt. Die Ablenkvorrichtung kann ein Positionsrückmeldesignal erzeugen, das zur Ermittlung einer tatsächlichen Bearbeitungsposition und/oder einer tatsächlichen Messposition verwendet wird. Die Ablenkvorrichtung kann die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung umfassen. Das Positionsrückmeldesignal kann dazu verwendet werden, die Daten, die sich auf aktuelle Bearbeitungspositionskoordinaten beziehen, und die Daten, die sich auf aktuelle Eindringtiefenwerte beziehen, zu synchronisieren. Dabei kann das Positionsrückmeldesignal beispielsweise von der Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen empfangen und der davon ausgehenden Steuerung der Ablenkvorrichtung, insbesondere der Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung, zugrunde gelegt werden. Alternativ kann das Positionsrückmeldesignal der oben beschriebenen Triggerung dienen, beispielsweise wenn die Steuerung der Ablenkvorrichtung separat von der Steuereinheit des optischen Kohärenztomographen erfolgt. Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die Bearbeitungsfigur mit einer geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks zusammen. Das Verfahren umfasst den zusätzlichen Schritt eines Schätzens der geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks an den Messpositionen auf der Grundlage der zugehörigen Messwerte. Die zumindest eine Darstellung umfasst dabei eine Darstellung, im Folgenden auch als Geometriedarstellung bezeichnet, die auf einer zweidimensionalen Darstellung zumindest eines Teils der Bearbeitungsfigur und der zugehörigen geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks beruht. Furthermore, according to one embodiment, the measuring beam and the processing beam are deflected via a common deflection device. The deflection device can generate a position feedback signal that is used to determine an actual machining position and/or an actual measurement position. The deflection device can comprise the machining beam deflection device. The position feedback signal can be used to synchronize the data related to current machining position coordinates and the data related to current penetration depth values. In this case, the position feedback signal can be received, for example, by the control unit of the optical coherence tomograph and used as a basis for the control of the deflection device, in particular the processing beam deflection device, which proceeds therefrom. Alternatively, the position feedback signal can be used for the triggering described above, for example if the deflection device is controlled separately from the control unit of the optical coherence tomograph. According to one aspect of the method according to the invention, the machining figure is related to a geometrical configuration of the workpiece. The method includes the additional step of estimating the geometry of the workpiece at the measurement positions based on the associated measurement values. The at least one representation includes a representation, also referred to below as a geometric representation, which is based on a two-dimensional representation of at least part of the machining figure and the associated estimated geometric condition of the workpiece.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung hängt die Bearbeitungsfigur mit einer geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks zusammen. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet zum Schätzen der geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks an den Messpositionen auf der Grundlage der zugehörigen Messwerte. Die zumindest eine Darstellung umfasst dabei eine Darstellung, im Folgenden auch als Geometriedarstellung bezeichnet, die auf einer zweidimensionalen Darstellung zumindest eines Teils der Bearbeitungsfigur und der zugehörigen geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks beruht. According to one aspect of the device according to the invention, the machining figure is related to a geometric configuration of the workpiece. The device is also set up to estimate the geometric nature of the workpiece at the measurement positions on the basis of the associated measurement values. The at least one representation includes a representation, also referred to below as a geometric representation, which is based on a two-dimensional representation of at least part of the machining figure and the associated estimated geometric condition of the workpiece.
Hierdurch kann eine einfache Handhabbarkeit erzielt werden, da sich der Benutzer leicht einen Überblick über das Werkstück und sowie die Eignung einer gewählten Bearbeitungsfigur verschaffen kann. Außerdem ermöglicht es die Darstellung zumindest eines Teils der Bearbeitungsfigur zusammen mit der zugehörigen geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks, eine Qualität des zugrundeliegenden Schätz- bzw. Erkennungsverfahrens beurteilen zu können. Beispielsweise kann überprüft werden, ob eine Erkennung von bestimmten Werkstückeigenschaften wie Kanten, Spalten, Oberflächenstrukturen und dergleichen hinreichend genau arbeitet. Gegebenenfalls können einer entsprechenden Schätzung oder Erkennung zugrundeliegende vorzugebende Parameter einfach vom Benutzer angepasst und die Wirkung einer solchen Anpassung intuitiv verstanden werden, wodurch eine einfache Bedienbarkeit erzielt wird. This makes it easy to handle, since the user can easily get an overview of the workpiece and the suitability of a selected processing figure. In addition, the display of at least a part of the processing figure together with the associated estimated geometric nature of the workpiece makes it possible to assess the quality of the underlying estimation or recognition method. For example, it can be checked whether a recognition of certain workpiece properties such as edges, gaps, surface structures and the like works with sufficient accuracy. If necessary, parameters to be specified on which a corresponding estimation or recognition is based can be easily adapted by the user and the effect of such an adaptation can be understood intuitively, as a result of which simple operability is achieved.
Die geometrische Beschaffenheit kann zumindest eine ortsabhängige strukturelle Eigenschaft des Werkstücks sein. Die Bearbeitungsfigur kann an die geometrische Beschaffenheit angepasst sein. Das Schätzen der geometrischen Beschaffenheit kann eine teilautomatisierte oder automatisierte Datenanalyse umfassen, die sich auf mehrere Messwerte stützt, insbesondere auf ein Höhenprofil. Beispielsweise kann die geometrische Beschaffenheit geschätzt werden, indem mehrere Messlinien ausgewertet werden, die an unterschiedlichen Positionen entlang der Bearbeitungsfigur erfasst werden, insbesondere jeweils quer zu einer Hauptbearbeitungsrichtung an den unterschiedlichen Positionen. The geometric condition can be at least one location-dependent structural property of the workpiece. The processing figure can be adapted to the geometric condition. The estimation of the geometric structure can include a semi-automated or automated data analysis, which is based on several measured values, in particular on an elevation profile. For example, the geometric condition can be estimated by evaluating several measuring lines that are recorded at different positions along the processing figure be, in particular transverse to a main machining direction at the different positions.
In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Geometriedarstellung auf einer Darstellung der gesamten Bearbeitungsfigur beruht. In some specific embodiments it can be provided that the geometric representation is based on a representation of the entire machining figure.
Eine besonders intuitive Überprüfbarkeit einer Eignung einer Bearbeitungsfigur und/oder der Qualität eingestellter Erkennungsparameter kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die geschätzte geometrische Beschaffenheit des Werkstücks ein Vorhandensein und/oder einen Verlauf zumindest einer Kante des Werkstücks umfasst. Das Schätzen kann auf einer Kantenerkennung anhand von Messwerten beruhen, die von zumindest einer Messlinie stammen, beispielsweise von einer Messlinie quer zur Hauptbearbeitungsrichtung. A particularly intuitive ability to check the suitability of a processing figure and/or the quality of set recognition parameters can be achieved in particular when the estimated geometric condition of the workpiece includes the presence and/or course of at least one edge of the workpiece. The estimation can be based on edge detection using measured values that originate from at least one measuring line, for example from a measuring line perpendicular to the main processing direction.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Geometriedarstellung, eine Darstellung, in der eine aktuelle Bearbeitungsposition zusammen mit der Bearbeitungsfigur und der geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks dargestellt ist. Hierdurch wird die Handhabbarkeit weiter verbessert, da der Benutzer unmittelbar erkennen kann, wie sich die geschätzte geometrische Beschaffenheit sowie deren Verhältnis zur Bearbeitungsfigur bezüglich einer aktuellen Bearbeitungsposition auswirken können. Beispielsweise kann die Bearbeitungsfigur durch eine Linie repräsentiert sein. Die geschätzte geometrische Beschaffenheit kann der Bearbeitungsfigur überlagert dargestellt sein. Ist die geschätzte geometrische Beschaffenheit eine Position einer Kante, kann diese beispielsweise in Gestalt mehrerer Markierungen wie etwa Punkten oder Kreuzen und/oder in Gestalt einer Linie dargestellt sein. Die jeweilige geschätzte Position einer Kante des Werkstücks kann dabei relativ zu einer Bearbeitungsfigur beurteilt werden. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Qualität einer Kantenerkennung abzuschätzen, was beispielsweise verwendet werden kann, um ein Debugging bezüglich gewählter Parameter durchzuführen. Ferner kann die aktuelle Bearbeitungsposition als Markierung dargestellt sein, beispielsweise als Punkt, als Kreuz, als Kästchen oder dergleichen. Die Bearbeitungsfigur und/oder die geschätzte geometrische Beschaffenheit und/oder die aktuelle Bearbeitungsposition können jeweils in unterschiedlichen Farben, blinkend oder anderweitig voneinander unterscheidbar dargestellt sein. According to one development, the at least one representation, in particular the geometry representation, includes a representation in which a current machining position is shown together with the machining figure and the estimated geometric condition of the workpiece. This further improves the manageability, since the user can immediately see how the estimated geometric structure and its relationship to the processing figure can affect a current processing position. For example, the processing figure can be represented by a line. The estimated geometry may be displayed superimposed on the machining figure. If the estimated geometry is a position of an edge, this can be represented, for example, in the form of a number of markings such as dots or crosses and/or in the form of a line. The respective estimated position of an edge of the workpiece can be assessed relative to a processing figure. In this way, it is advantageously possible to estimate the quality of edge detection, which can be used, for example, to carry out debugging with regard to selected parameters. Furthermore, the current processing position can be represented as a marking, for example as a point, as a cross, as a box or the like. The processing figure and/or the estimated geometric structure and/or the current processing position can each be displayed in different colors, flashing or otherwise distinguishable from one another.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner die Schritte: Zuordnen jeweils mehrerer unterschiedlicher Messpositionen zu den Be- arbeitungspositionen; und Erfassen eines Bilds des Werkstücks in einem Bereich einer aktuellen Bearbeitungsposition mittels zumindest einer Bilderfassungseinrichtung. Die zumindest eine Darstellung umfasst dabei eine Darstellung, im Folgenden auch als Messpositionsdarstellung bezeichnet, die auf dem Bild des Werkstücks beruht und auf der die aktuelle Bearbeitungsposition sowie optische Informationen zu erkennen sind, die auf die jeweiligen Messpositionen rückschließen lassen. According to one aspect of the invention, the method according to the invention further comprises the steps: assigning a number of different measurement positions to the working positions; and capturing an image of the workpiece in a region of a current machining position using at least one image capturing device. The at least one representation includes a representation, also referred to below as a measurement position representation, which is based on the image of the workpiece and on which the current machining position and optical information can be seen that allow conclusions to be drawn about the respective measurement positions.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung ferner eingerichtet zum: Zuordnen jeweils mehrerer unterschiedlicher Messpositionen zu den Bearbeitungspositionen; und zum Erfassen eines Bilds des Werkstücks in einem Bereich einer aktuellen Bearbeitungsposition mittels zumindest einer Bilderfassungseinrichtung. Die zumindest eine Darstellung umfasst dabei eine Darstellung, im Folgenden auch als Messpositionsdarstellung bezeichnet, die auf dem Bild des Werkstücks beruht und auf der die aktuelle Bearbeitungsposition sowie optische Informationen zu erkennen sind, die auf jeweilige der aktuellen Bearbeitungsposition zugeordnete unterschiedliche Messpositionen rückschließen lassen. According to one aspect of the invention, the device is also set up for: assigning a plurality of different measurement positions to the processing positions; and for capturing an image of the workpiece in an area of a current machining position by means of at least one image capturing device. The at least one representation includes a representation, also referred to below as a measurement position representation, which is based on the image of the workpiece and from which the current machining position and optical information can be seen that allow conclusions to be drawn about the different measurement positions assigned to the current machining position.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß diesem Aspekt gestatten eine einfache Handhabung, da ein Benutzer leicht nachvollziehen kann, an welcher Stelle auf dem Werkstück Messungen stattfinden, zum Beispiel vor einem Keyhole, unmittelbar an dem Keyhole oder in Hauptbearbeitungsrichtung dahinter. Anhand der Darstellung lassen sich auf der Grundlage eines tatsächlichen Bilds des Werkstücks dessen Struktur, Geometrie und Beschaffenheit erkennen und in intuitiver Weise mit gewählten und/oder zu wählenden Messpositionen in Beziehung setzen. Hierdurch kann für Überwachungen, bei denen Messungen nicht nur an einer aktuellen Bearbeitungsposition, sondern beispielsweise in Hauptbearbeitungsrichtung davor oder dahinter und/oder quer zur Hauptbearbeitungsrichtung durchgeführt werden, schnell überprüft werden, ob die entsprechenden Messpositionen geeignet sind, um den Bearbeitungsprozess zuverlässig zu überwachen. The method and the device according to this aspect permit simple handling, since a user can easily understand at which point on the workpiece measurements are taking place, for example in front of a keyhole, directly at the keyhole or behind it in the main machining direction. Based on the representation, its structure, geometry and nature can be recognized on the basis of an actual image of the workpiece and can be intuitively related to selected and/or to be selected measurement positions. As a result, for monitoring in which measurements are not only carried out at a current machining position, but also, for example, in the main machining direction in front of or behind it and/or transversely to the main machining direction, it can be quickly checked whether the corresponding measurement positions are suitable for reliably monitoring the machining process.
Die optischen Informationen können Rückschlüsse auf tatsächliche Messpositionen auf dem Werkstück zu lassen, beispielsweise durch eine geometrische Abbildung, insbesondere durch eine Streckung und/oder Stauchung und/oder Drehung. Beispielsweise kann anhand der optischen Informationen erkennbar sein, ob die Messpositionen in der gewünschten Reihenfolge eingestellt werden. Die optischen Informationen können zum Beispiel Lichtreflexe und/oder eingeblendete Markierungen umfassen, die in der Darstellung zu erkennen sind und die auf einer geometrisch gestreckten und/oder gestauchten und/oder gedrehten Messfigur liegen. Auch wenn die zu erkennenden optischen Informationen, beispielsweise entsprechende Lichtreflexe und/oder Markierungen, nicht an den tatsächlichen Messpositionen auftreten, kann der Benutzer dennoch intuitiv erfassen, ob die aktuelle Messposition im Einklang mit der oder den zuvor ausgewählten Messposition(en) steht. Zudem kann in einigen Ausführungsformen anhand der optischen Informationen zu erkennen sein, wie die Messpositionen relativ zueinander angeordnet sind. The optical information can allow conclusions to be drawn about the actual measurement positions on the workpiece, for example through a geometric mapping, in particular through an elongation and/or compression and/or rotation. For example, the visual information can be used to identify whether the measurement positions are set in the desired order. The optical information can include, for example, light reflections and/or superimposed markings that can be seen in the representation and that lie on a geometrically stretched and/or compressed and/or rotated measurement figure. Even if the optical information to be recognized, for example corresponding light reflections and/or markings, do not occur at the actual measurement positions, the user can nevertheless intuitively determine whether the current measurement position is consistent with the previously selected measurement position(s). In addition, in some embodiments, the optical information can be used to identify how the measurement positions are arranged relative to one another.
Gemäß einer Weiterbildung beruht die Messpositionsdarstellung auf dem Bild des Werkstücks, wobei die aktuelle Bearbeitungsposition sowie die der aktuellen Bearbeitungsposition zugeordneten Messpositionen zu erkennen sind. In diesem Fall können die Messpositionen selbst durch die optischen Informationen unmittelbar dargestellt sein. According to one development, the measurement position display is based on the image of the workpiece, with the current machining position and the measurement positions assigned to the current machining position being able to be seen. In this case, the measurement positions themselves can be directly represented by the visual information.
Die Messpositionen können Punkte umfassen, an die der Messstrahl gerichtet ist und/oder gerichtet werden soll und/oder gerichtet wurde. Die Messpositionen können auch Mittelpunkte, Startpunkte und/oder Endpunkte mehrerer Messlinien sein, die mittels des Messstrahls abzutasten sind. Beispielsweise können die Messpositionen eine Position im Bereich der aktuellen Bearbeitungsposition sowie eine oder mehrere Positionen in Hauptbearbeitungsrichtung vor und/oder hinter der aktuellen Bearbeitungsposition umfassen. The measurement positions can include points to which the measurement beam is directed and/or should be directed and/or was directed. The measurement positions can also be midpoints, starting points and/or endpoints of a number of measurement lines that are to be scanned using the measurement beam. For example, the measurement positions can include a position in the area of the current processing position and one or more positions in the main processing direction in front of and/or behind the current processing position.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Messpositionsdarstellung, eine Wiedergabe des erfassten Bilds des Werkstücks, wobei in dem erfassten Bild die Messpositionen als Lichtreflexe des Messstrahls auf dem Werkstück erkennbar sind. Die Lichtreflexe bilden in diesem Beispielsfall die vorstehend angesprochenen optischen Informationen. Anhand dieser erkennbaren Lichtreflexe kann für einen Benutzer in einfacher Weise nachvollziehbar sein, an welchen Stellen des Werkstücks Messungen vorgenommen werden. Die Bilderfassungseinrichtung kann über einen Filter verfügen, mit dem Umgebungslicht, Prozesslicht und/oder Beleuchtungslicht abgeschwächt wird. Dies kann insbesondere dazu dienen, die Lichtreflexe des Messstrahls sichtbar zu machen. Hierfür kann die Bilderfassungseinrichtung über eine geeignete Lichtempfindlichkeit zumindest im Wellenlängenbereich des Messstrahls verfügen. According to one development, the at least one representation, in particular the measurement position representation, includes a reproduction of the captured image of the workpiece, the measurement positions being recognizable in the captured image as light reflections of the measuring beam on the workpiece. In this example, the light reflections form the optical information discussed above. On the basis of these recognizable light reflections, it can be easily understood by a user at which points on the workpiece measurements are being taken. The image capturing device can have a filter with which ambient light, process light and/or illumination light is attenuated. This can be used in particular to make the light reflections of the measuring beam visible. For this purpose, the image capturing device can have a suitable light sensitivity at least in the wavelength range of the measuring beam.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Darstellung auf einer Erfassung eines Bilds mittels der Bilderfassungseinrichtung beruht, in dem ein Lichtreflex des Messstrahls zu erkennen ist, der durch Reflexion des Messstrahls an einer vom Werkstück verschiedenen Oberfläche verursacht wird. Beispielsweise können die Lichtreflexe von einer Reflexion eines durch die Messstrahlablenkvorrichtung trans- mittierten Anteils des Messstrahls stammen. Hierdurch können tatsächliche Messpositionen bestimmt werden, obwohl Reflexionen des Messstrahls am Werkstück nicht erfassbar sind. Furthermore, it can be provided that the at least one representation is based on the acquisition of an image by the image acquisition device, in which a light reflection of the measuring beam can be seen, which is caused by reflection of the measuring beam on a surface different from the workpiece. For example, the Light reflections originate from a reflection of a portion of the measuring beam transmitted through the measuring beam deflection device. This allows actual measurement positions to be determined, although reflections of the measurement beam on the workpiece cannot be detected.
Eine Handhabbarkeit kann insbesondere dann verbessert werden, wenn als optische Informationen Markierungskoordinaten berechnet werden, die beschreiben, an welcher Position auf dem erfassten Bild sich die Messpositionen relativ zu dem Werkstück befinden. In der zumindest einen Darstellung, insbesondere in der Messpositionsdarstellung, können die Messpositionen durch Markierungen als erkennbare optische Informationen gekennzeichnet sein, die sich an den berechneten Markierungskoordinaten befinden. Ein Benutzer kann somit beurteilen, ob der Messstrahl richtig positioniert ist. Die Markierungskoordinaten können anhand von Steuersignalen für die Messstrahlablenkvorrichtung und/oder die Ablenkvorrichtung und/oder die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung berechnet werden. Die Markierungskoordinaten können theoretisch bestimmte Koordinaten sein, an denen ein Auftreffen des Messstrahls zu erwarten ist. Alternativ können die Markierungskoordinaten auf tatsächlichen Auftreffpunkten des Messstrahls beruhen. Beispielsweise können die Markierungskoordinaten auf der Grundlage von Reflexen des Messstrahls auf dem Werkstück bestimmt werden, etwa wenn diese mit bloßem Auge nicht zu erkennen aber durch Auswertung von Bildinformation der Bilderfassungseinrichtung ermittelbar sind. Die Markierungen können einem von der Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bild, insbesondere einem Echtzeitbild, überlagert werden. Handling can be improved in particular if marking coordinates are calculated as optical information, which describe the position on the captured image at which the measurement positions are located relative to the workpiece. In the at least one representation, in particular in the measurement position representation, the measurement positions can be identified by markings as recognizable optical information that is located at the calculated marking coordinates. A user can thus assess whether the measuring beam is correctly positioned. The marking coordinates can be calculated using control signals for the measuring beam deflection device and/or the deflection device and/or the processing beam deflection device. The marking coordinates can theoretically be specific coordinates at which the measuring beam is to be expected to strike. Alternatively, the marking coordinates can be based on actual impact points of the measuring beam. For example, the marking coordinates can be determined on the basis of reflections of the measuring beam on the workpiece, for example if these cannot be seen with the naked eye but can be determined by evaluating image information from the image acquisition device. The markings can be superimposed on an image generated by the image acquisition device, in particular a real-time image.
Eine Beurteilung, ob ausgewählte Messpositionen geeignet sind, kann insbesondere dann besonders zuverlässig erfolgen, wenn der Messstrahl auf zumindest eine Justiermessposition gerichtet wird, und mittels der Bilderfassungseinrichtung zumindest ein Bild erfasst wird, in dem ein zu der zumindest einen Justiermessposition gehörender Lichtreflex des Messstrahls zu erkennen ist, der durch Reflexion des Messstrahls an einer vom Werkstück verschiedenen Oberfläche verursacht wird. Dabei kann eine geometrische Abbildung ermittelt werden, die einen Zusammenhang zwischen Koordinaten des Lichtreflexes auf dem erfassten Bild und Koordinaten der Justiermessposition auf dem erfassten Bild beschreibt. Auch in diesem Beispielsfall bilden die Lichtreflexe die in der Darstellung erkennbaren optischen Informationen. Ferner kann die geometrische Abbildung dazu verwendet werden, die Markierungskoordinaten zu berechnen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels der Bilderfassungseinrichtung Reflexe des Messstrahls erfasst werden, die nicht von Reflexionen am Werkstück herrühren. Eine Position eines solchen Reflexes auf einem Bild der Bilderfassungseinrichtung kann eindeutig mit einer Einstellung der Messstrahlablenkvorrichtung und/oder der Ablenkvorrichtung und/oder die Bearbeitungsstrahlablenkvorrichtung Zusammenhängen, und insbesondere mit der Position des Messstrahls auf dem Werkstück. Die Markierungen werden dann an Positionen angezeigt, an denen sich der Messstrahl tatsächlich befindet. Dies kann der Fall sein, obwohl der Messstrahl an dessen tatsächlichen Auftreffpositionen nicht im Bild der Bilderfassungseinrichtung erfassbar ist. An assessment as to whether selected measurement positions are suitable can be carried out particularly reliably if the measurement beam is directed at at least one alignment measurement position and at least one image is captured by means of the image acquisition device in which a light reflection of the measurement beam belonging to the at least one alignment measurement position can be seen is caused by the reflection of the measuring beam on a surface that is different from the workpiece. A geometric image can be determined that describes a relationship between coordinates of the light reflection on the recorded image and coordinates of the adjustment measurement position on the recorded image. In this example, too, the light reflections form the optical information recognizable in the representation. Furthermore, the geometric mapping can be used to calculate the marker coordinates. For example, it can be provided that reflections of the measuring beam that do not originate from reflections on the workpiece can be detected by means of the image detection device. A position of such a reflex on an image of the The image acquisition device can be clearly related to a setting of the measuring beam deflection device and/or the deflection device and/or the processing beam deflection device, and in particular to the position of the measuring beam on the workpiece. The markings are then displayed at positions where the measurement beam is actually located. This can be the case even though the measuring beam cannot be detected in the image of the image capturing device at its actual impingement positions.
Auftretende optische Reflexe können gezielt vermieden und/oder es können im Rahmen einer Kalibriermessung vor der eigentlichen Prozessüberwachung erkennbare optische Informationen gezielt nutzbar gemacht werden, wenn während der Bearbeitung zumindest ein optischer Filter dazu verwendet wird, eine Erfassung von Reflexionen des Messstrahls an einer vom Werkstück verschiedenen Oberfläche durch die Bilderfassungseinrichtung zu verhindern. Beispielsweise kann der optische Filter zwischen der Messstrahlablenkvorrichtung und der Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein. Der optische Filter ist vorzugsweise für Licht des Messstrahls, insbesondere für Licht in einem entsprechenden Wellenlängenbereich, zumindest im Wesentlichen undurchlässig. Der optische Filter kann für den Messstrahl beispielsweise eine optische Dichte OD von wenigstens 2, wenigstens 3, wenigstens 4 oder sogar wenigstens 5 aufweisen. Der optische Filter kann automatisiert in einen Strahlengang hinein und aus diesem heraus bewegbar und/oder manuell entfernbar ausgebildet sein. Occurring optical reflections can be avoided in a targeted manner and/or recognizable optical information can be used in a targeted manner within the scope of a calibration measurement before the actual process monitoring if at least one optical filter is used during processing to detect reflections of the measuring beam on a lens that is different from the workpiece To prevent surface by the image capture device. For example, the optical filter can be arranged between the measuring beam deflection device and the image acquisition device. The optical filter is preferably at least essentially impermeable to light from the measuring beam, in particular to light in a corresponding wavelength range. For example, the optical filter can have an optical density OD of at least 2, at least 3, at least 4 or even at least 5 for the measuring beam. The optical filter can be automatically moved into and out of a beam path and/or can be designed to be manually removable.
Im Folgenden werden Weiterbildungen der Erfindung beschrieben. Diese können im Zusammenhang mit jedem der erwähnten Aspekte verwendet werden. Further developments of the invention are described below. These can be used in connection with any of the aspects mentioned.
Die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung und/oder die Geometriedarstellung und/oder die Messpositionsdarstellung, kann eine interaktive Darstellung umfassen. Es kann eine Benutzerschnittstelle vorgesehen sein, mittels derer Benutzereingaben eingebbar sind, die sich auf die interaktive Darstellung beziehen. Die Benutzerschnittstelle kann eine Tastatur und/oder eine Computermaus und/oder einen Trackball und/oder ein Touchpad und/oder ein Touchdisplay umfassen. Die interaktive Darstellung kann beispielsweise von einem sogenannten Mouse- Over abhängen. Gemäß einer Ausführungsform werden Zahlenwerte zu bestimmten Datenpunkt eingeblendet, wenn sich ein Mauszeiger für wenigstens einen vorgegebenen Zeitraum über dem bestimmten Datenpunkt befindet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden lediglich Eindringtiefenwerte dargestellt, die eine bestimmte Bedingung erfüllen, die vom Benutzer vorgegeben wird. Zum Beispiel können solche Eindringtiefenwerte eingeblendet oder ausgeblendet werden, die Bearbeitungspositionskoordinaten zugeordnet sind, die einen bestimmten Abstand von dem Hauptbearbeitungspfad überschreiten oder unterschreiten. Alternativ oder zusätzlich können Eindringtiefenwerte eingeblendet oder ausgeblendet werden, die einen bestimmten Tiefenwert überschreiten oder unterschreiten. The at least one representation, in particular the penetration depth representation and/or the geometry representation and/or the measurement position representation, can include an interactive representation. A user interface can be provided, by means of which user inputs can be entered which relate to the interactive display. The user interface can include a keyboard and/or a computer mouse and/or a trackball and/or a touchpad and/or a touch display. The interactive display can depend, for example, on a so-called mouse-over. According to one embodiment, numerical values for specific data points are displayed if a mouse pointer is located over the specific data point for at least a predetermined period of time. According to a further embodiment, only penetration depth values that meet a specific condition specified by the user are displayed. For example, such penetration depth values can be shown or hidden that Machining position coordinates are assigned that exceed or fall below a certain distance from the main machining path. Alternatively or additionally, penetration depth values that exceed or fall below a specific depth value can be faded in or faded out.
Die interaktive Darstellung wird beispielsweise erzeugt, indem eine vom Benutzer vorgegebene Vergrößerung und/oder ein vom Benutzer vorgegebener Betrachtungswinkel und/oder eine vom Benutzer vorgegebene Betrachtungsposition berücksichtigt wird. Die Betrachtungsposition kann eine Position im dreidimensionalen Raum sein. Die interaktive Darstellung kann eine perspektivische dreidimensionale Darstellung umfassen, deren Perspektive insbesondere von der vom Benutzer vorgegebenen Betrachtungsposition abhängt. Hierdurch kann ein hoher Grad an Bedienerfreundlichkeit erzielt werden, da der Benutzer Daten auf unterschiedliche Weise betrachten und sich deren Bedeutungsinhalt daher intuitiv erschließen kann. The interactive representation is generated, for example, by taking into account a magnification specified by the user and/or a viewing angle specified by the user and/or a viewing position specified by the user. The viewing position can be a position in three-dimensional space. The interactive representation can include a perspective three-dimensional representation, the perspective of which depends in particular on the viewing position specified by the user. A high degree of user-friendliness can be achieved in this way, since the user can view data in different ways and can therefore intuitively understand their meaning.
Generell können erfindungsgemäß die Bearbeitungspositionskoordinaten in einer Bearbeitungsebene liegen. Relevante Messergebnisse können besonders effizient berücksichtigt werden, wenn zudem die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfasst, die auf einer Auswahl von Bearbeitungspositionskoordinaten beruht, die auf eine einzelne Achse aufgetragen werden. Diese Darstellung kann beispielsweise eine Messkurve sein. Die einzelne Achse kann sich aus einer Projektion ergeben, beispielsweise einer Projektion entlang einer Achse eines Koordinatensystems der Bearbeitungspositionskoordinaten oder einer Projektion in beliebige Richtung. Die Darstellung, die auf einer Auswahl von Bearbeitungspositionskoordinaten beruht, die auf eine einzelne Achse aufgetragen sind, kann einem 2D-Schnitt entsprechen. Die einzelne Achse kann auch durch einen vorgegebenen Pfad definiert sein, beispielsweise einen vom Benutzer vorgegebenen Pfad in der Bearbeitungsebene. Der vorgegebene Pfad kann der Bearbeitungspfad und/oder der Hauptbearbeitungspfad sein, wodurch ein intuitiv erfassbarer Überblick über die Auswirkungen eingestellter Prozessparameter bereitgestellt wird. Der vorgegebene Pfad kann auch frei wählbar und/oder vom Benutzer vorgebbar sein, wodurch ein Benutzer bestimmte Bereiche gezielt und individuell analysieren kann. In general, according to the invention, the machining position coordinates can lie in a machining plane. Relevant measurement results can be taken into account particularly efficiently if the at least one representation, in particular the penetration depth representation, also includes a representation that is based on a selection of machining position coordinates that are plotted on a single axis. This representation can be a measurement curve, for example. The individual axis can result from a projection, for example a projection along an axis of a coordinate system of the machining position coordinates or a projection in any direction. The representation, based on a selection of machining position coordinates plotted on a single axis, may correspond to a 2D slice. The single axis can also be defined by a specified path, for example a user-specified path in the processing plane. The specified path can be the machining path and/or the main machining path, which provides an intuitively comprehensible overview of the effects of set process parameters. The specified path can also be freely selectable and/or specifiable by the user, as a result of which a user can specifically and individually analyze specific areas.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung, eine Darstellung umfasst, die sich auf eine Überwachung und/oder eine Echtzeitüberwachung und/oder eine Regelung eines laufenden Bearbeitungsprozesses bezieht. Die Darstellung, die sich auf eine Überwachung und/oder eine Echtzeitüberwachung und/oder eine Regelung bezieht, kann auf einem vom Benutzer vorgegebenen Grenzwert beruhen. Hierbei kann es sich um den oben erwähnten Grenzwert handeln, der insbesondere durch Einzeichnen vorgegeben wird. Hierdurch können Parameter einer Überwachung und/oder einer Regelung schnell und zuverlässig angepasst werden. Der Benutzer kann anhand der Darstellung leicht nachvollziehen, wie ein geeigneter Grenzwert zu wählen ist, und diesen direkt eingeben. According to one development, it can be provided that the at least one display, in particular the penetration depth display, includes a display that relates to monitoring and/or real-time monitoring and/or regulation of an ongoing machining process. The representation relating to monitoring and/or real-time monitoring and/or regulation, may be based on a user specified limit. This can be the limit value mentioned above, which is specified in particular by drawing. As a result, parameters of a monitoring and/or a regulation can be adapted quickly and reliably. The user can easily understand from the illustration how to select a suitable limit value and enter it directly.
Für den Fall, dass eine aktuelle Messposition von einer aktuellen Bearbeitungsposition abweicht, kann die zumindest eine Darstellung, insbesondere die Eindringtiefendarstellung oder die Messpositionsdarstellung, eine Darstellung umfassen, die auf der Abweichung zwischen der aktuellen Messposition und der aktuellen Bearbeitungsposition beruht. Für den Benutzer kann hierdurch leicht nachvollziehbar sein, ob etwaige Parameter, beispielsweise PID-Werte, für eine Positionsregelung oder andere Prozessparameter angepasst werden müssen, um den Messstrahl relativ zum Bearbeitungsstrahl richtig zu positionieren. Die Messposition kann aktiv geregelt sein, beispielsweise auf der Grundlage eines Echtzeitbilds der Bilderfassungseinrichtung, einer Vorschubgeschwindigkeit entlang der Hauptbearbeitungsrichtung, einem Parameter, der die oben erwähnte oszillierende Bewegung beschreibt oder dergleichen. In der zumindest einen Darstellung können die aktuelle Messposition und die aktuelle Bearbeitungsposition dargestellt sein, beispielsweise als zwei Markierungen. Die zumindest eine Darstellung kann auch einen Bereich umfassen, in dem ein aktueller Abstand zwischen der aktuellen Messposition und der aktuellen Bearbeitungsposition dargestellt ist, etwa als Zahlenwert und/oder anhand einer grafischen Veranschaulichung. In the event that a current measurement position deviates from a current processing position, the at least one representation, in particular the penetration depth representation or the measurement position representation, can include a representation that is based on the deviation between the current measurement position and the current processing position. This makes it easy for the user to understand whether any parameters, for example PID values, need to be adjusted for position control or other process parameters in order to correctly position the measuring beam relative to the processing beam. The measurement position can be actively regulated, for example on the basis of a real-time image from the image acquisition device, a feed speed along the main machining direction, a parameter describing the above-mentioned oscillating movement or the like. The current measurement position and the current processing position can be displayed in the at least one display, for example as two markings. The at least one display can also include an area in which a current distance between the current measurement position and the current processing position is displayed, for example as a numerical value and/or using a graphic illustration.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinheit zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet und programmiert ist, die Durchführung der Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu bewirken. One aspect of the invention relates to a control unit for monitoring a machining process of a workpiece using a high-energy machining beam, the control unit being set up and programmed to carry out the method steps of a method according to the invention.
Die Steuereinheit kann zumindest einen Prozessor aufweisen. Ferner kann die Steuereinheit zumindest ein Speichermedium aufweisen, in dem Anweisungen gespeichert sind, die von dem Prozessor ausführbar sind. Die Anweisungen können derart beschaffen sein, dass deren Ausführung durch den Prozessor die Durchführung der Verfahrensschritte bewirkt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die erfindungsgemäße Steuereinheit umfassen. The control unit can have at least one processor. Furthermore, the control unit can have at least one storage medium in which instructions are stored which can be executed by the processor. The instructions may be such that their execution by the processor causes the method steps to be performed. The device according to the invention can include the control unit according to the invention.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Anweisungen, die dann, wenn sie mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, die Durchführung der Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens bewirken. One aspect of the invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when executed by means of a data processing device, cause the method steps of a method according to the invention to be carried out.
Das Computerprogrammprodukt kann ein flüchtiges und/oder ein nichtflüchtiges Speichermedium umfassen, auf dem die Anweisungen gespeichert sind. Das Computerprogrammprodukt kann Teil der erfindungsgemäßen Steuereinheit sein. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann Teil der Steuereinheit sein, insbesondere der Prozessor der Steuereinheit. The computer program product can include a volatile and/or a non-volatile storage medium on which the instructions are stored. The computer program product can be part of the control unit according to the invention. The data processing device can be part of the control unit, in particular the processor of the control unit.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, insbesondere eines Laserschweißens, eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, umfassend: eine Bearbeitungseinheit mit einer Bearbeitungsstrahlquelle zum Erzeugen des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls und mit einer Bearbeitungsstrahloptik zum Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls auf eine Bearbeitungsposition auf dem Werkstück; einen optischen Kohärenztomographen zum Erzeugen eines Messstrahls, wobei der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist; und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. One aspect of the invention relates to a machining system for carrying out and monitoring a machining process, in particular laser welding, of a workpiece using a high-energy machining beam, comprising: a machining unit with a machining beam source for generating the high-energy machining beam and with machining beam optics for projecting and/or focusing the machining beam a machining position on the workpiece; an optical coherence tomograph for generating a measuring beam, wherein the measuring beam can be coupled into the processing beam; and a control unit that is set up to carry out a method according to the invention.
Das Bearbeitungssystem kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassen. The processing system can comprise a device according to the invention.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die im Zusammenhang mit Weiterbildungen und Aspekten der Erfindung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale können vom Fachmann beliebig kombiniert werden, ohne dabei vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen, wie ihn die unabhängigen Ansprüche festlegen. The subject of the invention is not limited to the embodiments described above. The embodiments and features described in connection with developments and aspects of the invention can be combined as desired by a person skilled in the art without deviating from the subject matter of the invention as defined by the independent claims.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying schematic drawings. Show it:
Fig. 1 ein Bearbeitungssystem mit einer Vorrichtung zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks in einer schematischen Darstellung; Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks; 1 shows a machining system with a device for monitoring a machining process of a workpiece in a schematic representation; FIG. 2 shows a schematic flow chart of a method for monitoring a machining process of a workpiece; FIG.
Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Weiterbildung; 3 shows a schematic flowchart of a method according to a first development;
Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung, die in dem Verfahren gemäß der ersten Weiterbildung erzeugbar ist; 4 shows an exemplary representation that can be generated in the method according to the first development;
Fig. 5 eine weitere beispielhafte Darstellung, die in dem Verfahren gemäß der ersten Weiterbildung erzeugbar ist; 5 shows a further exemplary representation that can be generated in the method according to the first development;
Fig. 6 eine beispielhafte grafische Benutzerschnittstelle; 6 shows an example graphical user interface;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Head-Mounted Display; 7 shows a schematic representation of a head-mounted display;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Teils eines alternativen Bearbeitungssystems; Figure 8 is a schematic representation of part of an alternative processing system;
Fig. 9 eine beispielhafte Darstellung, die in einem Verfahren gemäß einer zweiten Weiterbildung erzeugbar ist; 9 shows an exemplary representation that can be generated in a method according to a second development;
Fig. 10 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß der zweiten Weiterbildung; 10 shows a schematic flowchart of the method according to the second development;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Teils eines weiteren alternativen Bearbeitungssystems; Figure 11 is a schematic representation of part of another alternative processing system;
Fig. 12 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer dritten Weiterbildung; 12 shows a schematic flow chart of a method according to a third development;
Fig. 13 eine beispielhafte Darstellung, die mittels der Vorrichtung und/oder in dem Verfahren gemäß der dritten Weiterbildung erzeugbar ist. 13 shows an exemplary representation that can be generated by means of the device and/or in the method according to the third development.
Fig. 1 zeigt ein Bearbeitungssystem 10 mit einer Vorrichtung 12 zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks W in einer schematischen Darstellung. Das Werkstück umfasst im dargestellten Fall beispielhaft zwei Werkstücke W', W", die übereinander angeordnet und miteinander zu verschweißen sind. Die Vorrichtung 12 umfasst eine Messeinheit 14. Die Messeinheit 14 umfasst einen optischen Kohärenztomographen 16 mit einem OCT-Messgerät 18, das über einen Strahlteiler 20 mit einem Messarm 22 und einem Referenzarm 24 verbunden ist. 1 shows a machining system 10 with a device 12 for monitoring a machining process of a workpiece W in a schematic representation. In the case shown, the workpiece comprises, for example, two workpieces W′, W″, which are arranged one above the other and are to be welded to one another. The device 12 includes a measuring unit 14. The measuring unit 14 includes an optical coherence tomograph 16 with an OCT measuring device 18, which is connected via a beam splitter 20 to a measuring arm 22 and a reference arm 24.
Das OCT-Messgerät 18 ist mit einer Messstrahlquelle 26 zum Erzeugen eines Messstrahls 28 sowie einem Spektrometer 30 zum Detektieren einer überlagerten Messstrahlung ausgebildet. Des Weiteren kann das OCT-Messgerät 36 einen Zirkulator 32 umfassen, der den Strahlteiler 20 über eine Transportfaser bzw. einen Lichtleiter 34 mit der Messstrahlquelle 26 oder dem Spektrometer 30 verbindet, je nach Laufrichtung des eintreffenden Lichts. The OCT measuring device 18 is designed with a measuring beam source 26 for generating a measuring beam 28 and a spectrometer 30 for detecting a superimposed measuring beam. Furthermore, the OCT measuring device 36 can include a circulator 32, which connects the beam splitter 20 to the measuring beam source 26 or the spectrometer 30 via a transport fiber or an optical fiber 34, depending on the direction of travel of the incident light.
Der Messarm 22 des optischen Kohärenztomographen 16 erstreckt sich durch eine Messoptik 36 der Messeinheit 14 hindurch bis zu dem Werkstück W. Hierauf wird im Folgenden noch genauer eingegangen. Über eine Schnittstelle 38 der Messoptik 54 wird der OCT-Messstrahl 46 in die Messoptik 36 eingekoppelt und durchtritt eine verlagerbare Kollimationslinse 40, die im gezeigten Fall in Richtung des Pfeils 42 verstellbar ist. The measuring arm 22 of the optical coherence tomograph 16 extends through a measuring optics 36 of the measuring unit 14 to the workpiece W. This will be discussed in more detail below. The OCT measuring beam 46 is coupled into the measuring optics 36 via an interface 38 of the measuring optics 54 and passes through a displaceable collimation lens 40 which can be adjusted in the direction of the arrow 42 in the case shown.
Die Messeinheit 14 umfasst eine Messstrahlablenkvorrichtung 44. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Messstrahlablenkvorrichtung 44 zwei bewegbare Spiegel, die in zwei unterschiedliche Raumrichtungen schwenkbar sind. Hierdurch kann der Messstrahl gezielt verlagert werden. The measuring unit 14 includes a measuring beam deflection device 44. In the exemplary embodiment shown, the measuring beam deflection device 44 includes two movable mirrors that can be pivoted in two different spatial directions. As a result, the measuring beam can be shifted in a targeted manner.
Das Bearbeitungssystem umfasst ferner eine Bearbeitungseinheit 46 mit einer Bearbeitungsstrahlquelle 48 zur Erzeugung eines Bearbeitungsstrahls 50. Die Bearbeitungseinheit 46 kann ähnlich wie die Messeinheit 14 über eine verstellbare Kollimationslinse 52 verfügen. The processing system also includes a processing unit 46 with a processing beam source 48 for generating a processing beam 50. The processing unit 46, like the measuring unit 14, can have an adjustable collimation lens 52 at its disposal.
Die Bearbeitungseinheit 46 umfasst im dargestellten Beispiel einen Bearbeitungskopf 54. Über eine Schnittstelle 56 des Bearbeitungskopfes 54 ist der Bearbeitungsstrahl 50 in den Bearbeitungskopf 54 einkoppelbar. Der Bearbeitungskopf 54 kann über eine weitere Schnittstelle verfügen, über die die Messeinheit 14 derart angebunden ist, dass der Messstrahl 28 ebenfalls in den Bearbeitungskopf 54 einkoppelbar ist. Die Messoptik 36 kann alternativ hierzu auch unmittelbar im Bearbeitungskopf 54 vorgesehen sein. Der Bearbeitungskopf 54 ist im dargestellten Fall auf einem nicht dargestellten Industrieroboter angeordnet, mittels dessen der Bearbeitungskopf 54 relativ zum Werkstück W bewegbar ist. In anderen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich das Werkstück W bewegbar sein. In the example shown, the processing unit 46 includes a processing head 54 . The processing beam 50 can be coupled into the processing head 54 via an interface 56 of the processing head 54 . The processing head 54 can have a further interface via which the measuring unit 14 is connected in such a way that the measuring beam 28 can also be coupled into the processing head 54 . As an alternative to this, the measuring optics 36 can also be provided directly in the processing head 54 . In the case shown, the machining head 54 is arranged on an industrial robot (not shown), by means of which the machining head 54 can be moved relative to the workpiece W. In other embodiments, the workpiece W can alternatively or additionally be movable.
Die Vorrichtung 12 umfasst eine Ablenkvorrichtung 56. Im dargestellten Fall ist die Ablenkvorrichtung 56 Teil der Bearbeitungseinheit 46. Die Ablenkvorrichtung 56 kann einen Bearbeitungsstrahlscanner umfassen. Die Ablenkvorrichtung 56 gestattet ein Verlagern in zwei Raumrichtungen. Zweckmäßigerweise umfasst die Ablenkvorrichtung 56 zwei entlang des optischen Bearbeitungsstrahls hintereinander angeordnete Spiegel, die in jeweils eine Raumrichtung schwenkbar sind. Durch Bewegung beider Spiegel kann somit eine Verlagerung eines Strahls in einer Ebene erfolgen. Mittels der Ablenkvorrichtung 56 ist der Bearbeitungsstrahl 50 verlagerbar, sodass sich ein Auftreffpunkt des Bearbeitungsstrahls 50 auf dem Werkstück W verändern lässt. The device 12 includes a deflection device 56. In the illustrated case, the deflection device 56 is part of the processing unit 46. The deflection device 56 can include a processing beam scanner. The deflection device 56 allows displacement in two spatial directions. The deflection device 56 expediently comprises two mirrors which are arranged one behind the other along the optical processing beam and which can each be pivoted in one spatial direction. By moving both mirrors, a beam can be shifted in one plane. The processing beam 50 can be displaced by means of the deflection device 56 so that a point of impact of the processing beam 50 on the workpiece W can be changed.
Die Bearbeitungseinheit 46 umfasst einen teildurchlässigen Spiegel 25. Dieser lenkt den Bearbeitungsstrahl 50 auf die Ablenkvorrichtung 56. Zudem tritt der Messstrahl 28 durch den teildurchlässigen Spiegel 25 hindurch und trifft ebenfalls auf die Ablenkvorrichtung 56. Der Messstrahl 28 ist damit in den Bearbeitungsstrahl 50 einkoppelbar. Der Messstrahl 28 und der Bearbeitungsstrahl 50 sind somit gemeinsam mittels der Ablenkvorrichtung 56 verlagerbar. Da der Messstrahl 28 außerdem mittels der Messstrahlablenkvorrichtung 44 verlagerbar ist, kann der Auftreffpunkt des Messstrahls 28 auf dem Werkstück W relativ zu dem Auftreffpunkt des Bearbeitungsstrahls 50 und unabhängig vom Bearbeitungsstrahl 50 auf dem Werkstück verlagert werden. Hierdurch sind Messungen sowohl an einer aktuellen Bearbeitungsposition als auch an hiervon verschiedenen Messpositionen möglich. The processing unit 46 comprises a partially transparent mirror 25. This directs the processing beam 50 onto the deflection device 56. In addition, the measuring beam 28 passes through the partially transparent mirror 25 and also strikes the deflecting device 56. The measuring beam 28 can thus be coupled into the processing beam 50. The measuring beam 28 and the processing beam 50 can thus be displaced together by means of the deflection device 56 . Since the measuring beam 28 can also be displaced by means of the measuring beam deflection device 44, the point of impingement of the measuring beam 28 on the workpiece W can be displaced relative to the point of impingement of the machining beam 50 and independently of the machining beam 50 on the workpiece. As a result, measurements are possible both at a current machining position and at measurement positions that are different therefrom.
Die Bearbeitungseinheit 46 weist außerdem eine Fokussieroptik 32 auf. Im dargestellten Fall umfasst die Fokussieroptik 32 eine F-Theta-Linse, die hinter der Ablenkvorrichtung 56 angeordnet ist. Alternativ kann eine Vorfokusoptik unmittelbar vor der Ablenkvorrichtung 56 vorgesehen sein. Der Bearbeitungsstrahl 50 und der Messstrahl 28 treten beide durch die Fokussieroptik 32 hindurch. The processing unit 46 also has focusing optics 32 . In the case shown, the focusing optics 32 comprise an f-theta lens which is arranged behind the deflection device 56 . Alternatively, a pre-focusing optic can be provided immediately in front of the deflection device 56 . The processing beam 50 and the measuring beam 28 both pass through the focusing optics 32 .
Hieraus ist erkennbar, dass sich der Messarm 22 von dem Strahlteiler 20 ausgehend bis zum Auftreffpunkt des Messstrahls 28 auf dem Werkstück W erstreckt. Der Referenzarm 24 ist in seinen optischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner optischen Wegstrecke und/oder seiner Dispersion, an den Messarm 22 angepasst. Hierdurch können in bekannter Weise durch Überlagerung des Lichts, das im Messarm 22 bzw. im Referenzarm 24 läuft, Abstandswerte mittels OCT ermittelt werden. From this it can be seen that the measuring arm 22 extends from the beam splitter 20 to the point of impingement of the measuring beam 28 on the workpiece W. The reference arm 24 is adapted to the measuring arm 22 in terms of its optical properties, in particular with regard to its optical path and/or its dispersion. In this way, distance values can be determined by means of OCT in a known manner by superimposing the light running in the measuring arm 22 or in the reference arm 24 .
Das Bearbeitungssystem 10 weist eine Steuereinheit 62 auf (siehe Fig. 6). Die Steuereinheit 62 kann eine zentrale Steuereinheit sein, die sowohl die Messeinheit 14 als auch die Bearbeitungseinheit 46 steuert. Alternativ oder zusätzlich können die Bearbeitungseinheit 46 und die Messeinheit 14 über eigene Steuereinheiten verfügen. Die Steuereinheit 62 bzw. Steuereinheiten umfassen zumindest einen Prozessor sowie einen Speicher zum zwischenzeitlichen und/oder dauerhaften Speichern von Rohdaten, vorverarbeiteten Daten, ausgewerteten Daten, Programmcode und dergleichen. Auf die Funktionen der Steuereinheit 62 wird im Folgenden nochmals eingegangen. Es versteht sich, dass die erwähnten Funktionen des Bearbeitungssystems 10 und seiner Komponenten sowie die erwähnten Verfahren von der Steuereinheit durchgeführt werden. Ferner ist ein nicht dargestelltes Computerprogrammprodukt vorgesehen, das Anweisungen umfasst, die von der Steuereinheit ausführbar sind, um die erwähnten Steuerfunktionen durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann ein insbesondere nicht flüchtiges Speichermedium umfassen, auf dem die Anweisungen gespeichert sind. The processing system 10 includes a control unit 62 (see FIG. 6). The control unit 62 can be a central control unit that controls both the measuring unit 14 and the processing unit 46 . Alternatively or additionally, the processing unit 46 and the measuring unit 14 can have their own control units. The control unit 62 or control units comprise at least one processor and a memory for temporary and/or permanent storage of raw data, pre-processed data, evaluated data, program code and the like. The functions of the control unit 62 are discussed again below. It goes without saying that the mentioned functions of the processing system 10 and its components as well as the mentioned methods are carried out by the control unit. A computer program product (not shown) is also provided, which includes instructions that can be executed by the control unit in order to carry out the control functions mentioned. The computer program product can include an in particular non-volatile storage medium on which the instructions are stored.
Eine Bearbeitung des Werkstücks W erfolgt gemäß einer Bearbeitungsfigur 58, die mehrere Bearbeitungspositionen 64, 66, 68 mit zugehörigen Bearbeitungspositionskoordinaten definiert. Im gezeigten Fall definiert die Bearbeitungsfigur 58 einen Bearbeitungspfad, entlang dessen der Bearbeitungsstrahl 50 bei der Bearbeitung bewegt wird. Die Bearbeitungspositionskoordinaten liegen beispielhaft in einer Bearbeitungsebene und sind zweidimensionale Bearbeitungspositionskoordinaten; es können aber auch dreidimensionale Bearbeitungspositionskoordinaten verwendet werden, je nach Geometrie des Werkstücks W bzw. des abzufahrenden Bearbeitungspfads. Der Bearbeitungspfad verläuft grundsätzlich in eine Hauptbearbeitungsrichtung 60. Diese kann einen Hauptbearbeitungspfad definieren. Im gezeigten Beispiel ist die Hauptbearbeitungsrichtung 60 konstant und der Hauptbearbeitungspfad eine Gerade. Dieser geraden Bewegung ist eine Oszillation überlagert, sodass ein sogenanntes Wobbeln durchgeführt wird. Die Bearbeitungsfigur 58 definiert folglich einen wellenförmigen Bearbeitungspfad, auf dem die unterschiedlichen Bearbeitungspositionen 64, 66, 68 liegen. Wie oben erwähnt wurde, kann eine hohe Schweißnahtgüte erzielt werden, indem der Bearbeitungsstrahl 50 dieser Bearbeitungsfigur 58 gemäß über eine Verbindungsstelle der Werkstücks W', W" geführt wird. Die oszillierende Bewegung des Bearbeitungsstrahls 50, die der Bearbeitungsfigur 58 folgt, kann beispielsweise mit einer Frequenz von wenigstens 50 Hz erfolgen. Die Bearbeitungsfigur 58 kann von der Steuereinheit 62 als Figur ohne Oszillationsbewegung vorgegeben sein, der die besagte Oszillation überlagert wird. Die jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten können dann in Kenntnis der Oszillationsamplitude und -frequenz ausgehend von der Figur ohne Oszillationsbewegung ermittelt werden. The workpiece W is machined according to a machining figure 58, which defines a plurality of machining positions 64, 66, 68 with associated machining position coordinates. In the case shown, the processing figure 58 defines a processing path along which the processing beam 50 is moved during processing. The machining position coordinates are, for example, in a machining plane and are two-dimensional machining position coordinates; however, three-dimensional machining position coordinates can also be used, depending on the geometry of the workpiece W or the machining path to be traversed. The machining path basically runs in a main machining direction 60. This can define a main machining path. In the example shown, the main machining direction 60 is constant and the main machining path is a straight line. Oscillation is superimposed on this straight movement, so that what is known as wobbling is carried out. The processing figure 58 consequently defines a wavy processing path on which the different processing positions 64, 66, 68 lie. As mentioned above, a high weld seam quality can be achieved by guiding the processing beam 50 according to this processing figure 58 over a connection point of the workpiece W', W". The oscillating movement of the processing beam 50, which follows the processing figure 58, can, for example, be frequency of at least 50 Hz. The processing figure 58 can be specified by the control unit 62 as a figure without an oscillating movement, on which said oscillation is superimposed. Knowing the oscillation amplitude and frequency, the respective machining position coordinates can then be determined starting from the figure without oscillation movement.
Die oszillierende Bewegung ist im beispielhaft dargestellten Fall sinusförmig. Wie oben erwähnt wurde, kommen auch andere Bewegungen infrage, sodass die oszillierende Bewegung des Bearbeitungsstrahls 50 beispielsweise sägezahnförmige, zickzack-förmige, kreissegmentförmige, spiralförmige und/oder rechteckige Teilbewegungen umfasst. The oscillating movement is sinusoidal in the example shown. As mentioned above, other movements are also possible, so that the oscillating movement of the processing beam 50 comprises, for example, sawtooth-shaped, zigzag-shaped, circle-segment-shaped, spiral-shaped and/or rectangular partial movements.
Zudem können Strahleigenschaften wie etwa ein Strahldurchmesser und/oder eine Strahlform und/oder eine Leistung und/oder eine Wellenlänge periodisch geändert werden, insbesondere mit derselben Frequenz, mit der oszillierende Bewegung erfolgt. In addition, beam properties such as a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength can be changed periodically, in particular with the same frequency at which the oscillating movement takes place.
Ferner werden Messposition 70, 72, 74 an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen und/oder in deren Nähe festgelegt. In Fig. 1 sind beispielhaft Messpositionen dargestellt, die den jeweiligen Bearbeitungspositionen 64, 66, 68 zugeordnet sind. Der Messstrahl 28 wird bei der Bearbeitung mit dem Bearbeitungsstrahl 50 mit verlagert und in ein Keyhole gelenkt, das an oder in Hauptbearbeitungsrichtung unmittelbar hinter der aktuellen Bearbeitungsposition 64, 66, 68 gebildet wird. Ein solches Vorgehen wird gewählt, wenn eine Eindringtiefe bestimmt werden soll. Die Vorrichtung 12 kann alternativ oder zusätzlich auch derart betrieben werden, dass Höheninformationen an anderen Orten als an einem aktuell bearbeiteten Bereich des Werkstücks W gewonnen werden können. Wie oben erläutert wurde, kann hierfür der Messstrahl 28 unabhängig vom Bearbeitungsstrahl 50 verlagert werden. Hierdurch kann der Messstrahl 28 auf Messpositionen gerichtet werden, die beispielsweise entlang einer oder mehrerer Messlinien quer und/oder schräg und/oder parallel zur Hauptbearbeitungsrichtung 60 verlaufen. Die Messlinien können dabei in Hauptbearbeitungsrichtung 60 vor oder hinter dem Keyhole und/oder einer aktuellen Bearbeitungsposition 64, 66, 68 positioniert sein und insbesondere auch durchs Keyhole verlaufen. Messlinien können auch durch das Keyhole verlaufen, beispielsweise quer und/oder schräg und/oder parallel zur Hauptbearbeitungsrichtung 60. Messlinien können geradlinig oder beliebig gekrümmt sein. Furthermore, measuring positions 70, 72, 74 are defined at at least some of the processing positions and/or in their vicinity. In Fig. 1, measurement positions are shown as an example, which are assigned to the respective processing positions 64, 66, 68. The measuring beam 28 is also displaced during processing with the processing beam 50 and is directed into a keyhole which is formed at or in the main processing direction directly behind the current processing position 64, 66, 68. Such a procedure is chosen when a penetration depth is to be determined. Alternatively or additionally, the device 12 can also be operated in such a way that height information can be obtained at locations other than at a region of the workpiece W that is currently being machined. As explained above, the measuring beam 28 can be displaced independently of the processing beam 50 for this purpose. As a result, the measuring beam 28 can be directed to measuring positions that run, for example, along one or more measuring lines transversely and/or obliquely and/or parallel to the main processing direction 60 . The measurement lines can be positioned in the main processing direction 60 in front of or behind the keyhole and/or a current processing position 64, 66, 68 and, in particular, can also run through the keyhole. Measuring lines can also run through the keyhole, for example transversely and/or obliquely and/or parallel to the main machining direction 60. Measuring lines can be straight or curved in any way.
In einigen Ausführungsformen kann eine Helligkeit des Referenzarms 24 veränderbar sein. Ein Referenzarm mit verstellbarer Helligkeit ist beispielsweise aus DE 10 2017 218 494 Al bekannt. Die Helligkeit des Referenzarms 24 kann zum Beispiel an eine Reflexivität eines zu messenden Objekts wie des Werkstücks W angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leistung der Messstrahlquelle 26 angepasst werden. Das Spektrometer 30 kann einen Sensor, insbesondere einen Zeilensensor, umfassen, dessen Belichtungszeit anpassbar ist. Auch hierdurch kann eine Anpassung an eine Reflexivität erfolgen. Diesbezüglich wird auch auf DE 10 2015 007 142 Al verwiesen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Teilungsverhältnis zwischen Referenzarm 24 und Messarm 22 angepasst und/oder verändert wird, beispielsweise indem der Strahlteiler 20 entsprechend gewählt und/oder veränderbar ist. In some embodiments, a brightness of the reference arm 24 can be changeable. A reference arm with adjustable brightness is, for example, from DE 10 2017 218 494 Al known. The brightness of the reference arm 24 can be adjusted to a reflectivity of an object to be measured such as the workpiece W, for example. Alternatively or additionally, the power of the measuring beam source 26 can be adjusted. The spectrometer 30 can include a sensor, in particular a line sensor, whose exposure time can be adjusted. This can also result in an adaptation to a reflexivity. In this regard, reference is also made to DE 10 2015 007 142 A1. Furthermore, it can be provided that the division ratio between the reference arm 24 and the measuring arm 22 is adjusted and/or changed, for example by the beam splitter 20 being selected and/or changed accordingly.
Besonders bei Applikationen mit Bearbeitungsscanner kann ein motorisch verstellbarer Referenzarm von Vorteil sein, um die Strahllängung durch Auslenkung des Bearbeitungsscanners ausgleichen zu können, was beispielsweise in DE 10 2013 008 269 Al beschrieben ist. Alternativ können, wie etwa in DE 10 2018 118 501 Al ausgeführt ist, mehrere parallel zueinander bzw. alternativ verwendbare Referenzarme unterschiedlicher Länge verwendet werden. A reference arm that can be adjusted by a motor can be advantageous, particularly in applications with a processing scanner, in order to be able to compensate for the beam lengthening caused by deflection of the processing scanner, which is described in DE 10 2013 008 269 A1, for example. Alternatively, as is explained in DE 10 2018 118 501 A1, several parallel or alternatively usable reference arms of different lengths can be used.
In einigen Ausführungsformen befindet sich der Referenzarm innerhalb eines Gehäuses des optischen Kohärenztomographen 16 bzw. außerhalb des Bearbeitungskopfes 54. Aufgrund von Temperatur- und/oder mechanischen Einflüssen kann ein Messergebnis verändert werden. Ist der Referenzarm 24, wie in den üblichen Fällen, als optische Faser ausgebildet, können durch Messung einer Temperatur der Faser mit parallel verlaufenden Kupferadern Temperaturschwanken bestimmt und durch Verschiebung des Referenzarms 24 kompensiert werden. Ein derartiges Vorgehen ist beispielsweise aus DE 10 2017 001 353 Al bekannt. In anderen Ausführungsformen verlaufen Messarm und Referenzarm zumindest abschnittsweise in einer gemeinsamen Faser. In DE 10 2019 002 942 Al ist beschrieben, wie sich in diesem Fall thermische und mechanische Störungen auf Referenzarm und Messarm gleichermaßen auswirken. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass wie in DE 10 2014 216 829 Al beschrieben eine Messarmfaser und eine Referenzarmfaser möglichst eng parallel verlaufend verlegt werden. In some embodiments, the reference arm is located inside a housing of the optical coherence tomograph 16 or outside of the processing head 54. A measurement result can be changed due to temperature and/or mechanical influences. If the reference arm 24 is designed as an optical fiber, as in the usual cases, temperature fluctuations can be determined by measuring the temperature of the fiber with copper wires running in parallel and can be compensated for by moving the reference arm 24 . Such a procedure is known, for example, from DE 10 2017 001 353 A1. In other embodiments, the measuring arm and the reference arm run at least in sections in a common fiber. DE 10 2019 002 942 A1 describes how, in this case, thermal and mechanical disturbances affect the reference arm and measuring arm in equal measure. Alternatively, it can also be provided that, as described in DE 10 2014 216 829 A1, a measuring arm fiber and a reference arm fiber are laid as closely parallel as possible.
In einigen Ausführungsformen wird der Referenzarm auf oder in der Nähe des Bearbeitungskopfes montiert. Ist der Bearbeitungskopf auf einem Roboter montiert, ist es vorteilhaft, wenn der optische Aufbau robust und zugleich leicht ist. Soll ein verän- derbarer Referenzarm eingesetzt werden, kann es insbesondere in diesem Fall günstig sein, anstelle eines Referenzarms mit Freistrahlbereich und verstellbaren Spiegeln einen Faserstrecker zu verwenden, wie er in DE 10 2019 001 858 B3 beschrieben ist. In some embodiments, the reference arm is mounted on or near the processing head. If the processing head is mounted on a robot, it is advantageous if the optical structure is robust and light at the same time. Should a change removable reference arm are used, it can be advantageous in this case in particular to use a fiber stretcher, as described in DE 10 2019 001 858 B3, instead of a reference arm with a free beam area and adjustable mirrors.
Referenzarm und Messarm können sich hinsichtlich ihrer Dispersion unterschieden, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Dichten der verwendeten Materialien. Dies kann sich negativ auf das Messergebnis auswirken. In DE 10 2015 015 112 Al ist beschrieben, wie ein hardwarebasierter Dispersionsausgleich durchgeführt werden kann. Generell kann ein Dispersionsausgleich auch softwarebasiert erfolgen. Softwarealgorithmen können dabei beispielsweise von einer oder mehreren Grafikkarten oder von einem FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgeführt werden. Reference arm and measuring arm can differ in terms of their dispersion, for example due to different densities of the materials used. This can have a negative effect on the measurement result. DE 10 2015 015 112 A1 describes how hardware-based dispersion compensation can be carried out. In general, dispersion compensation can also be carried out using software. Software algorithms can be executed, for example, by one or more graphics cards or by an FPGA (Field Programmable Gate Array).
Die Messungen mittels des optischen Kohärenztomographen können einem gewissen Drift unterliegen. Von Zeit zu Zeit kann es daher sinnvoll sein, das System neu zu re- ferenzieren. Wie in DE 10 2018 000 887 Al beschrieben, kann hierfür eine dünne Glasscheibe oder ein anderes geeignetes optisches Element verwendet werden, das senkrecht in den Messstrahl 28 eingefügt wird, beispielsweise zwischen der Messstrahlablenkvorrichtung 44 und dem teildurchlässigen Spiegel 25. The measurements using the optical coherence tomograph can be subject to a certain drift. From time to time it can therefore make sense to re-reference the system. As described in DE 10 2018 000 887 A1, a thin pane of glass or another suitable optical element can be used for this purpose, which is inserted perpendicularly into the measuring beam 28, for example between the measuring beam deflection device 44 and the partially transparent mirror 25.
Das erwähnte Wobbeln kann derart durchgeführt werden, dass die Messstrahlablenkvorrichtung 44 und die Ablenkvorrichtung 56, also beispielsweise ein Messtrahlscan- ner und ein Bearbeitungsstrahlscanner, synchronisiert sind, sodass eine Oszillationsbewegung der Ablenkvorrichtung 56 von der Messstrahlablenkvorrichtung 44 kompensiert wird. Ein derartiges Vorgehen ist beispielsweise in DE 10 2015 015 330 Al beschrieben. Die OCT-Messung ist dann durch die Oszillationsbewegungen unbeeinflusst. The wobbling mentioned can be carried out in such a way that the measuring beam deflection device 44 and the deflection device 56, for example a measuring beam scanner and a processing beam scanner, are synchronized so that an oscillating movement of the deflection device 56 is compensated for by the measuring beam deflection device 44. Such a procedure is described in DE 10 2015 015 330 A1, for example. The OCT measurement is then unaffected by the oscillating movements.
Im realen Betrieb muss von Zeit zu Zeit überprüft werden, ob der Messstrahl 28 und der Bearbeitungsstrahl 50 noch koaxial ausgerichtet sind. Ggf. muss korrigiert werden, indem die Messstrahlablenkvorrichtung 44 mit einem Offset beaufschlagt wird. Für die Vermessung sind unterschiedliche Methoden bekannt. Es kann mit dem Bearbeitungsstrahl 50 ein Loch in ein Blech oder eine Folie geschossen werden. Dieses Loch wird dann durch Verändern der Position des Messstrahls 28 gesucht. Ferner kann am Bearbeitungskopf 54 bzw. generell an einer Bearbeitungsstrahloptik ein Kamerasensor angebracht oder ein optischer Positionssensor vorgesehen sein. Wie in DE 10 2015 012 565 B3 beschrieben, werden die Auftreffpunkte von Bearbeitungsstrahl 50 und Messstrahl 28 beobachtet und ein Abstand zwischen diesen wird vermessen. Ein Versatz zwischen den beiden Strahlen 28, 50 kann auch mittels einer Photodiode mit Blende bestimmt werden, wie dies aus DE 10 2018 219 129 B3 bekannt ist. Zunächst wird ermittelt, bei welcher Position der Ablenkvorrichtung 56 der Bearbeitungsstrahl 50 ein maximales Signal der Photodiode liefert. Danach wird die Blende mittels des Messstrahls 28 abgetastet. Anschließend können die entsprechenden Positionen der Scanner verknüpft werden. Eine weitere Möglichkeit ist in DE 10 2016 106 648 Al beschrieben. In ein Blech wird mittels des Bearbeitungsstrahls ein Schachbrettmuster graviert. Dieses Schachbrettmuster wird anschließend erneut abgefahren, allerdings ohne Bearbeitungsstrahl, und dabei mittels des Messstrahls vermessen. Das vermessene Muster wird über das vorgegebene Muster gelegt. Es ergibt sich dann ein Versatz zwischen Bearbeitungsstrahl und Messstrahl, der für eine Korrektur berücksichtigt werden kann. In real operation, it must be checked from time to time whether the measuring beam 28 and the processing beam 50 are still aligned coaxially. If necessary, it must be corrected by subjecting the measuring beam deflection device 44 to an offset. Different methods are known for the measurement. A hole can be shot into a metal sheet or foil with the processing beam 50 . This hole is then searched for by changing the position of the measurement beam 28 . Furthermore, a camera sensor can be attached to the processing head 54 or generally to a processing beam optics, or an optical position sensor can be provided. As described in DE 10 2015 012 565 B3, the points of impact of processing beam 50 and measuring beam 28 are observed and a distance between them is measured. An offset between the two beams 28, 50 can also be done by means of a Photodiode with aperture can be determined, as is known from DE 10 2018 219 129 B3. First, it is determined at which position of the deflection device 56 the processing beam 50 delivers a maximum signal to the photodiode. The aperture is then scanned using the measuring beam 28 . The corresponding positions of the scanners can then be linked. Another possibility is described in DE 10 2016 106 648 A1. A checkerboard pattern is engraved in a metal sheet using the processing beam. This checkerboard pattern is then traversed again, but without a processing beam, and measured using the measuring beam. The measured pattern is laid over the specified pattern. There is then an offset between the processing beam and the measuring beam, which can be taken into account for a correction.
Insbesondere bei der Messung von Eindringtiefen ist ein wiederholgenauer Start der OCT-Messung von entscheidender Bedeutung. Wie in DE 10 2019 002 942 Al beschrieben, kann eine Messung durch unterschiedliche Triggersignale gestartet werden, beispielsweise durch ein Signal, das ein Einschalten des Bearbeitungsstrahls repräsentiert, ein Signal einer Photodiode oder ein Signal, das eine Positionsveränderung des Bearbeitungsstrahls anzeigt. A repeatable start of the OCT measurement is of crucial importance, especially when measuring penetration depths. As described in DE 10 2019 002 942 A1, a measurement can be started by different trigger signals, for example by a signal that represents switching on the processing beam, a signal from a photodiode or a signal that indicates a change in position of the processing beam.
Zur Verbesserung der Qualität der mittels des optischen Kohärenztomographen 16 erzeugten Messdaten können geeignete Hüllkurven verwendet werden, um die gemessenen Abstandswerte klassifizieren zu können, wie dies beispielsweise in DE 10 2019 002 942 Al beschrieben ist. Suitable envelope curves can be used to improve the quality of the measurement data generated by means of the optical coherence tomograph 16 in order to be able to classify the measured distance values, as is described in DE 10 2019 002 942 A1, for example.
Generell ist der Vorteil von OCT beim Laserstrahlschweißen der koaxiale Verlauf von Messstrahl 28 und Bearbeitungsstrahl 50. Störkonturen durch z.B. Lichtschnittprojektoren werden vermieden. Die freie Ablenkung des Messstrahls 28 durch einen Scanner ermöglicht eine hochdynamische Variation der Messposition. Dies ermöglicht eine vorschubrichtungsunabhängige Messung. In general, the advantage of OCT in laser beam welding is the coaxial course of the measuring beam 28 and the processing beam 50. Interfering contours, e.g. The free deflection of the measuring beam 28 by a scanner enables a highly dynamic variation of the measuring position. This enables a measurement that is independent of the feed direction.
Es kann zwischen zumindest fünf gängigen Arten von OCT-Messungen bei der Laserbearbeitung und insbesondere beim Laserstrahlschweißen unterschieden werden: 1) Pre-Offline-Messung von Merkmalen zur Ausrichtung der anschließenden Schweißfigur; 2) Pre-Online-Messung zur Erkennung (und ggfs. Positionsregelung) einer Schweißnahtfuge während der laufenden Bearbeitung; 3) Online-In-Keyhole-Tiefen- messung zur Bestimmung der Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls 50 in das Werkstück W; 4) Online-Postprozess-Messung zur Erfassung der unmittelbar erkalteten Schweißnahttopographie während des Schweißens; und 5) Offline-Erfassung des fertiggestellten Schweißergebnisses. Eine typische Offline-Messung ist beispielsweise die Positionsvermessung eines Hairpin-Paares eines Elektromotors vor anschließender Verschweißung mit dem Bearbeitungsstrahl 50. Für Pre-Online-Messungen und On- line-Postprozess-Messungen werden oftmals Messlinien verwendet, die aktiv quer o- der schräg zu Bearbeitungsrichtung ausgerichtet werden. Dies wurde oben bereits erwähnt und ist etwa in DE 10 2015 007 142 Al beschrieben. Bei der Online-In- Keyhole-Tiefenmessung folgt das Keyhole leicht verzögert dem Bearbeitungsstrahl 50. Bei nicht geradlinigen Schweißfiguren ist es somit notwendig, die In-Prozess- Messposition ebenfalls nach der Schweißrichtung auszurichten. Zur Bestimmung der Keyholeposition werden zur Einrichtung Linien/Spiralen/Mäander/etc. über die vermutete Keyholeposition gescannt. Die Messdaten mehrerer Linien können zur besseren Bestimmung der Keyholeposition gemittelt/aufsummiert werden. Diesbezüglich wird insbesondere auf DE 10 2017 117 413 Al, DE 10 2015 007 142 Al (siehe dort vor allem die Figuren 3 bis 5) und US 2018/0178320 Al (siehe dort vor allem die Figuren 11 und 12) verwiesen. A distinction can be made between at least five common types of OCT measurements in laser processing and in particular in laser beam welding: 1) Pre-offline measurement of features to align the subsequent weld figure; 2) Pre-online measurement for detection (and position control, if necessary) of a weld seam gap during ongoing processing; 3) online in-keyhole depth measurement to determine the penetration depth of the processing beam 50 in the workpiece W; 4) Online post-process measurement to record the immediately cooled weld topography during welding; and 5) off-line acquisition of the completed welding result. A typical offline measurement is, for example, the position measurement of a hairpin pair of an electric motor before subsequent welding with the processing beam 50. For pre-online measurements and online post-process measurements, measuring lines are often used that are actively transverse or oblique to processing direction are aligned. This has already been mentioned above and is described, for example, in DE 10 2015 007 142 A1. With the online in-keyhole depth measurement, the keyhole follows the processing beam 50 with a slight delay. In the case of non-linear welding figures, it is therefore necessary to also align the in-process measuring position with the welding direction. To determine the keyhole position, lines/spirals/meanders/etc. scanned over the suspected keyhole position. The measurement data of several lines can be averaged/added up for a better determination of the keyhole position. In this regard, reference is made in particular to DE 10 2017 117 413 A1, DE 10 2015 007 142 A1 (see there especially Figures 3 to 5) and US 2018/0178320 A1 (see there especially Figures 11 and 12).
Bei oszillierendem Bearbeitungsstrahl 50 ist es von der Oszillationsamplitude abhängig, ob es sinnvoll ist, die In-Prozess-Messposition der Oszillationsbewegung oder der resultierenden Bearbeitungsrichtung nachzuführen. Kleine Oszillationsbewegungen, beispielsweise im Bereich von +/- 0,1 mm, erzeugen eher ein positionsstabiles, breites Keyhole, wohingegen größere Oszillationsbewegungen die Keyhole-Größe weniger verändern, sehr wohl aber Einfluss auf die Keyhole-Position haben können. Selbstverständlich spielt auch die Oszillationsfrequenz eine wesentliche Rolle. Diese kann durch die Geschwindigkeit der Ablenkvorrichtung 56 limitiert sein. In the case of an oscillating processing beam 50, it depends on the oscillation amplitude whether it makes sense to track the in-process measuring position of the oscillating movement or the resulting processing direction. Small oscillating movements, for example in the range of +/- 0.1 mm, tend to create a position-stable, wide keyhole, whereas larger oscillating movements change the keyhole size less, but can have an influence on the keyhole position. Of course, the oscillation frequency also plays an important role. This can be limited by the speed of the deflection device 56 .
Die Online-Positionsnachführung kann beispielsweise entweder über eine schnelle Kommunikationsschnittstelle zwischen Ablenkvorrichtung 56 und Messstrahlablenkvorrichtung 44 erfolgen, oder vorab in Form einer Datei in der Messstrahlablenkvorrichtung 44 bzw. deren Steuereinheit abgelegt werden und wenig synchronisiert zur Ablenkvorrichtung 56 abgespielt werden (Replay-Modus). The online position tracking can, for example, either take place via a fast communication interface between deflection device 56 and measuring beam deflection device 44, or be stored in advance in the form of a file in measuring beam deflection device 44 or its control unit and played back with little synchronization to deflection device 56 (replay mode).
Die Tiefenwerte der Einschweißtiefenmessung werden üblicherweise in pm relativ zur Blechoberfläche angegeben. Die Messung der Blechoberflache kann offline erfolgen und dann als abgespeicherter Wert während der Schweißung zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann der OCT-Scanner auch gelegentlich den Messstrahl nicht in das Keyhole, sondern auf die Blechoberfläche lenken, um die Referenz aufzunehmen. Erfolgt die In-Prozessmessung quasi synchron zu einer Online-Pre- oder Post-Prozess-Messung, können auch diese Höhenwerte als Referenz für die In-Prozess-Mes- sung verwendet werden. The depth values of the welding depth measurement are usually given in pm relative to the sheet metal surface. The sheet metal surface can be measured offline and then made available as a saved value during welding. Alternatively, the OCT scanner can occasionally direct the measuring beam not into the keyhole, but onto the sheet metal surface in order to record the reference. If the in-process measurement is more or less synchronous with an online pre- or post-process measurement, these height values can also be used as a reference for the in-process measurement.
Spalte zwischen zwei übereinanderliegenden Werkstücken können erkannt werden, wenn der Messstrahl 28 bei der In-Prozess-Messung nicht in das Keyhole, sondern zumindest zu einem Teil auf die obere Blechoberfläche des unteren Werkstücks trifft. Gaps between two workpieces lying one on top of the other can be detected if the measuring beam 28 does not hit the keyhole during the in-process measurement, but at least partially hits the upper sheet metal surface of the lower workpiece.
Ist die Führungsmaschine, die den Bearbeitungskopf 54 trägt, ein Roboter bzw. eine Portalanlage, kann sich die Bewegung des Bearbeitungsstahls 50 aus der Bewegung aller Roboter-, Portal- und Bearbeitungsscannerachsen bzw. Ablenkvorrichtungsachsen zusammensetzen. Dies gilt ebenfalls für den Messstrahl. Zusätzlich kommt die Bewegungen derjenigen Achsen hinzu, die die unabhängige Bewegbarkeit des Messstrahls definieren. Spezielle Steuerungen können dafür ausgelegt sein, alle Achsen miteinander zu synchronisieren (on-the-fly Bewegung). If the master machine carrying the processing head 54 is a robot or gantry, the movement of the processing beam 50 may be composed of the movement of all robot, gantry and processing scanner axes or scanner axes. This also applies to the measuring beam. In addition, there are the movements of those axes that define the independent mobility of the measuring beam. Special controls can be designed to synchronize all axes with each other (on-the-fly movement).
Im Falle einer Offline-/Online-Pre-Positionsmessung können die obengenannten Achsen für den Bearbeitungsstrahl 50 üblicherweise als Aktor zur Positionskorrektur verwendet werden. In the case of an offline/online pre-position measurement, the above-mentioned axes for the processing beam 50 can usually be used as an actuator for position correction.
Offline-Pre/Post-Messungen können zusätzliche Taktzeit benötigen, da während der Messung üblicherweise keine Bearbeitung stattfindet. Ist der Abstand zwischen zwei Bearbeitungsstellen klein, so könnte parallel eine Bearbeitungsstelle Offline Pre/Post vermessen werden während die andere Bearbeitungsstelle aktiv bearbeitet wird. Da der Messstrahl 28 auch durch die Ablenkvorrichtung 56 abgelenkt wird, muss in einigen Ausführungsformen die Messstrahlablenkvorrichtung 44 zusätzlich zur Messfigur die Bewegung der Ablenkvorrichtung 56 kompensieren. Hierzu kann die gleiche Synchronisation der beiden Ablenkvorrichtungen bzw. Scanner wie bei der Bearbeitung mit oszillierendem Bearbeitungsstrahl verwendet werden (s.o.). Offline pre/post measurements can require additional cycle time, since no processing usually takes place during the measurement. If the distance between two processing points is small, one processing point could be measured offline pre/post while the other processing point is being actively processed. Since the measurement beam 28 is also deflected by the deflection device 56, in some embodiments the measurement beam deflection device 44 must compensate for the movement of the deflection device 56 in addition to the measurement figure. For this purpose, the same synchronization of the two deflection devices or scanners can be used as for processing with an oscillating processing beam (see above).
Ein weiterer Weg, die Taktzeit zu verkürzen, kann es sein, die Abtastfrequenz des OCT-Systems zu erhöhen. Die Limitierung liegt hier üblicherweise in der Geschwindigkeit der eingesetzten Sensoren (z.B. Photodiode, Zeilenkamera). Um dennoch höhere Abtastfrequenzen erreichen zu können, können mehrere OCT-Sensoren parallel geschaltet werden und insbesondere von einer gemeinsamen Messstrahlablenkvorrichtung synchronisiert werden. Im Folgenden werden Verfahren beschrieben, die mit der Vorrichtung 12 bzw. mit Abwandlungen oder Weiterbildungen derselben durchgeführt werden können. Es versteht sich, dass je nach Ausgestaltung des Verfahrens die Vorrichtung 12 bzw. deren zumindest eine Steuereinheit 62 und deren sonstige Komponenten geeignet eingerichtet sind, um das jeweilige Verfahren durchzuführen. Komponenten, die für das jeweilige Verfahren nicht erforderlich sind, können in manchen Ausführungsformen fortgelassen sein. Die Verfahren werden mit Verfahrensschritten beschrieben, die beispielhaft in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. Voneinander unabhängig durchführbare Verfahrensschritte können auch in anderer als der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Another way to shorten the cycle time can be to increase the sampling frequency of the OCT system. The limitation usually lies in the speed of the sensors used (e.g. photodiode, line scan camera). In order to nevertheless be able to achieve higher scanning frequencies, a number of OCT sensors can be connected in parallel and, in particular, can be synchronized by a common measuring beam deflection device. Methods are described below that can be carried out with the device 12 or with modifications or developments of the same. It goes without saying that, depending on the configuration of the method, the device 12 or its at least one control unit 62 and its other components are suitably set up to carry out the respective method. Components that are not required for the particular method may be omitted in some embodiments. The methods are described with method steps that are carried out in a specific order by way of example. Process steps that can be carried out independently of one another can also be carried out in a different order than that described.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks W. In dem Bearbeitungsprozess wird das Werkstück W mittels des Bearbeitungsstrahls 50 bearbeitet. Der Bearbeitungsprozess ist beispielsweise ein Laserschweißen. FIG. 2 shows a schematic flowchart of a method for monitoring a machining process of a workpiece W. In the machining process, the workpiece W is machined using the machining beam 50 . The machining process is laser welding, for example.
In einem Schritt S1 wird eine Bearbeitungsfigur 58 festgelegt, wie sie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist. Diese definiert mehrere Bearbeitungspositionen 64, 66, 68 mit zugehörigen Bearbeitungspositionskoordinaten. In einem Schritt S2 wird der Bearbeitungsstrahl 50 erzeugt und gemäß der Bearbeitungsfigur 58 auf das Werkstück projiziert und/oder fokussiert. In einem Schritt S3 wird der Messstrahl 28 mittels des optischen Kohärenztomographen 16 erzeugt. In einem Schritt S4 werden Messpositionen 70, 72, 74 auf dem Werkstück W an und/oder in der Nähe von bestimmten Bearbeitungspositionen 64, 66, 68 festgelegt bzw. eingestellt. Die Messpositionen 70, 72, 74 können im Allgemeinen auf einer Messfigur liegen. In a step S1, a processing figure 58 is defined, as is shown by way of example in FIG. This defines several machining positions 64, 66, 68 with associated machining position coordinates. In a step S2, the processing beam 50 is generated and projected and/or focused onto the workpiece according to the processing figure 58 . In a step S3, the measuring beam 28 is generated by means of the optical coherence tomograph 16. In a step S4, measurement positions 70, 72, 74 on the workpiece W are defined or set at and/or in the vicinity of specific machining positions 64, 66, 68. The measurement positions 70, 72, 74 can generally lie on a measurement figure.
In einem Schritt S5 werden Messwerte an den Messpositionen 70, 72, 74 bestimmt, indem der Messstrahl 28 auf die Messpositionen 70, 72, 74 gerichtet wird. Die Messwerte werden in bekannter Weise aus den verfügbaren Rohdaten bestimmt. Hierfür können geeignete Klassifizierungsalgorithmen, Filteralgorithmen und/oder Korrekturalgorithmen eingesetzt werden. In a step S5, measured values are determined at the measurement positions 70, 72, 74 by directing the measurement beam 28 at the measurement positions 70, 72, 74. The measured values are determined in a known manner from the available raw data. Suitable classification algorithms, filter algorithms and/or correction algorithms can be used for this.
In einem Schritt S6 wird zumindest eine Darstellung erzeugt, die auf mehrdimensional ortsabhängiger Information beruht, die sich auf die Bearbeitungspositionskoordinaten, die Messwerte und/oder die Messpositionen 70, 72, 74 bezieht. Verschiedene erzeugbare Darstellungen werden im Folgenden beschrieben. Die mehrdimensional ortsabhängige Information kann dabei insbesondere der Darstellung entnehmbar sein. Die Darstellung umfasst beispielsweise ein Diagramm mit Werten, die jeweils einer zumindest zweidimensionalen Koordinate zugeordnet sind, beispielsweise ein x- y-z-Diagramm. In a step S6, at least one representation is generated that is based on multi-dimensional, location-dependent information that relates to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions 70, 72, 74. Various representations that can be generated are described below. The multi-dimensional, location-dependent information can in particular be taken from the representation. The representation includes, for example, a chart with values, each are assigned to at least a two-dimensional coordinate, for example an xyz diagram.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer ersten Weiterbildung des Verfahrens. Das Verfahren gemäß der ersten Weiterbildung umfasst zusätzliche Verfahrensschritte. In einem Schritt Sil werden Eindringtiefenwerte des Bearbeitungsstrahls 50 in das Werkstück W an den Bearbeitungspositionen 64, 66, 68 mittels des Messstrahls 28 bestimmt, indem dieser auf entsprechende Messpositionen 70, 72, 74 gerichtet wird. 3 shows a schematic flowchart according to a first development of the method. The method according to the first development includes additional method steps. In a step S11 , penetration depth values of the processing beam 50 into the workpiece W at the processing positions 64 , 66 , 68 are determined by means of the measuring beam 28 by directing it at corresponding measuring positions 70 , 72 , 74 .
In einem Schritt S12 werden die Eindringtiefenwerte den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten zugeordnet. In a step S12, the penetration depth values are assigned to the respective machining position coordinates.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass Daten, die sich auf aktuelle Bearbeitungspositionskoordinaten beziehen, und Daten, die sich auf aktuelle Eindringtiefenwerte beziehen, in Echtzeit synchronisiert werden. Bei dieser Variante ist die Steuereinheit 62 dazu eingerichtet, sowohl die Ablenkvorrichtung 56 als auch den optischen Kohärenztomographen 16 anzusteuern. Die Steuereinheit 62 kann dabei auch von der eingesetzten Hardware rückgemeldete Encoderpositionen verarbeiten. Die Zuordnung erfolgt dann direkt über die Steuereinheit 62. Der Bewegung von Messstrahl 28 und Bearbeitungsstrahl 50 liegt somit eine gemeinsame Zeitvorgabe zugrunde. Provision can be made here for data relating to current machining position coordinates and data relating to current penetration depth values to be synchronized in real time. In this variant, the control unit 62 is set up to control both the deflection device 56 and the optical coherence tomograph 16 . The control unit 62 can also process encoder positions reported back by the hardware used. The assignment then takes place directly via the control unit 62. The movement of the measuring beam 28 and the processing beam 50 is therefore based on a common time specification.
In anderen Varianten kann die Zuordnung erfolgen, indem ein geeignetes Triggersignal und/oder Steuerbefehle für die Ablenkvorrichtung 46 zur Synchronisation verwendet werden wird. In diesem Fall können separate Steuereinheiten für die Bearbeitungseinheit 46 und insbesondere die Ablenkvorrichtung 56 einerseits und die Messeinheit 14 und insbesondere den optischen Kohärenztomographen 16 andererseits verwendet werden. Die Steuerung der Ablenkvorrichtung 56 erfolgt dann unabhängig von der OCT-Steuerung. Wie oben beschrieben wurde, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie in diesem Fall eine Synchronisation erzielt werden kann. Die Steuerung der Ablenkvorrichtung 56 kann deren Positionsbefehle über eine schnelle Schnittstelle an die OCT-Steuerung übermitteln. Alternativ kann die Messeinheit 14 eine in eine Steuerungsleitung zur Ablenkvorrichtung 56 eingefügte Komponente verfügen, mittels derer die aktuell angeforderte Position der Ablenkvorrichtung 56 abgegriffen wird. Ferner kann für den Fall einer periodischen Bewegung der Ablenkvorrichtung 56 vorgesehen sein, dass die Steuereinheit der Messeinheit 14 die aktuelle Periode kennt und lediglich zu geeigneten Zeitpunkten ein Triggersignal von der Steuerung der Ablenkvorrichtung 56 an die Steuerung der Messeinheit 14 gesendet wird. In other variants, the assignment can take place by using a suitable trigger signal and/or control commands for the deflection device 46 for synchronization. In this case, separate control units can be used for the processing unit 46 and in particular the deflection device 56 on the one hand and the measuring unit 14 and in particular the optical coherence tomograph 16 on the other hand. The deflection device 56 is then controlled independently of the OCT control. As described above, there are several ways in which synchronization can be achieved in this case. The controller of the scanner 56 can transmit its position commands to the OCT controller via a high-speed interface. Alternatively, the measuring unit 14 can have a component inserted in a control line to the deflection device 56, by means of which the currently requested position of the deflection device 56 is picked up. Furthermore, in the case of a periodic movement of the deflection device 56, it can be provided that the control unit of the measuring unit 14 knows the current period and only sends a trigger signal from at suitable points in time the controller of the deflection device 56 is sent to the controller of the measuring unit 14 .
In einem Schritt S13 wird die zumindest eine Darstellung erzeugt, und zwar in solcher Weise, dass die zumindest eine Darstellung eine Eindringtiefendarstellung umfasst, die auf den zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. Beispiele für Darstellungen werden im Folgenden erläutert. In a step S13, the at least one representation is generated in such a way that the at least one representation includes a penetration depth representation that is based on the associated penetration depth values and machining position coordinates. Examples of representations are explained below.
Fig. 4 ist eine beispielhafte Eindringtiefendarstellung 76, die in dem Verfahren gemäß der ersten Weiterbildung erzeugbar ist. In der Eindringtiefendarstellung 76 ist ein Teil der Bearbeitungsfigur 58 in einer Draufsicht dargestellt. Zu erkennen ist ein oszillierender Verlauf der Bearbeitungsfigur 58 aufgrund einer Wobbelbewegung des Bearbeitungsstrahls 50. FIG. 4 is an exemplary penetration depth representation 76 that can be generated in the method according to the first development. In the penetration depth representation 76, part of the processing figure 58 is represented in a plan view. An oscillating course of the processing figure 58 can be seen due to a wobbling movement of the processing beam 50.
Bewegt sich der Bearbeitungsstrahl 50 entlang einer solchen Bearbeitungsfigur 58 mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in Hauptbearbeitungsrichtung 60, bewegt sich der Bearbeitungsstrahl 58 lokal mit wechselnder Geschwindigkeit, abhängig davon, wie groß ein Anteil der Bewegung parallel zur Hauptbearbeitungsrichtung 60 ist. An außenliegenden Extremwertpunkten, an denen die tangentiale Bewegung vollständig parallel zur Hauptbearbeitungsrichtung 60 erfolgt, ist die Geschwindigkeit am kleinsten, im Bereich des Wendepunkts in der Mitte der Oszillationsbewegung hingegen am größten. Folglich variiert die Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls 50 entlang der Bearbeitungsfigur 58 periodisch. Das sich an den entsprechenden Bearbeitungspositionen ausbildende Keyhole weist somit unterschiedliche Höhenprofile 78, 80, 82 auf. Diese können beispielsweise ermittelt werden, indem der Messstrahl 28 in bekannter Weise quer zur Hauptbearbeitungsrichtung 60 oder auch quer zur aktuellen Bearbeitungsrichtung über das Keyhole bewegt wird, das sich bei der Bearbeitung ausbildet. If the processing beam 50 moves along such a processing figure 58 at a constant feed rate in the main processing direction 60, the processing beam 58 moves locally at a changing speed, depending on how large a portion of the movement is parallel to the main processing direction 60. The speed is lowest at external extreme value points, at which the tangential movement takes place completely parallel to the main machining direction 60, but is highest in the area of the turning point in the middle of the oscillating movement. Consequently, the penetration depth of the processing beam 50 along the processing figure 58 varies periodically. The keyhole formed at the corresponding processing positions thus has different height profiles 78, 80, 82. These can be determined, for example, by moving the measuring beam 28 in a known manner transversely to the main processing direction 60 or also transversely to the current processing direction over the keyhole that forms during processing.
In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, den Messstrahl 28 dauerhaft in das Keyhole zu richten. Es wird dann jeweils ein einzelner Eindringtiefenwert für jede Bearbeitungsposition gemessen. In einer Projektion parallel zur Hauptbearbeitungsrichtung ergibt sich hieraus ein Eindringtiefenprofil 84, das in Übereinstimmung mit der veränderlichen lokalen Bearbeitungsstrahlgeschwindigkeit zwei Bereiche maximaler Tiefe an den Rändern und einen Bereich minimaler Tiefe in der Mitte aufweist. Das Eindringtiefenprofil 84 beruht somit auf einer Mittelung über mehrere Eindringtiefenwerte an entsprechenden Positionen quer zur Hauptbearbeitungsrichtung 60, die aufgrund des Wobbelns mehrfach durchlaufen werden. In many cases it will be expedient to direct the measuring beam 28 permanently into the keyhole. A single penetration depth value is then measured for each machining position. In a projection parallel to the main processing direction, this results in a penetration depth profile 84 which, in accordance with the variable local processing beam speed, has two areas of maximum depth at the edges and an area of minimum depth in the middle. That Penetration depth profile 84 is thus based on an averaging over a plurality of penetration depth values at corresponding positions transverse to the main machining direction 60, which are run through multiple times due to the wobbling.
Fig. 5 zeigt eine weitere beispielhafte Eindringtiefendarstellung 86, die in dem Verfahren gemäß der ersten Weiterbildung erzeugbar ist. In der Eindringtiefendarstellung 86 sind die gemessenen Eindringtiefenwerte als dreidimensionale Kurve 87 veranschaulicht. Die Eindringtiefenwerte sind über die zugeordneten Bearbeitungspositionskoordinaten der Bearbeitungsfigur 58 aufgetragen. Hierdurch ist intuitiv erkennbar, wie sich die Eindringtiefe entlang der Bearbeitungsfigur 58 verändert. FIG. 5 shows another exemplary penetration depth display 86 that can be generated in the method according to the first development. The measured penetration depth values are illustrated as a three-dimensional curve 87 in the penetration depth representation 86 . The penetration depth values are plotted against the assigned machining position coordinates of the machining figure 58 . This makes it intuitively recognizable how the penetration depth changes along the processing figure 58 .
Die Eindringtiefenwerte und/oder die Bearbeitungspositionskoordinaten können nach dem Zuordnen zumindest einer Datenanalyse unterzogen werden. Die Eindringtiefendarstellung beruht dann auf dieser Datenanalyse. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine statistische Analyse handeln. Grundlegend kommt hierfür infrage, Mittelwerte zu bestimmen und ggf. Ausreißer auszusortieren, die unplausibel sind und beispielsweise von Reflexionen des Messstrahls an Flanken des Keyholes, an der Werkstückoberfläche oder an sonstigen Objekten in der Umgebung herrühren oder auf anderer Messartefakte zurückgehen. After the assignment, the penetration depth values and/or the machining position coordinates can be subjected to at least one data analysis. The penetration depth display is then based on this data analysis. This can be a statistical analysis, for example. Basically, it is possible to determine mean values and, if necessary, to sort out outliers that are implausible and, for example, result from reflections of the measuring beam on the flanks of the keyhole, on the workpiece surface or on other objects in the area or are due to other measurement artifacts.
Die Eindringtiefendarstellung 86 kann interaktiv sein. Hierfür kann eine Benutzerschnittstelle vorgesehen sein, die beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Maus oder dergleichen umfasst, mittels derer der Benutzer Einfluss auf die Darstellung nehmen kann. Beispielsweise wird im Fall eines Anklickens oder eines Mouse-Over über eine bestimmte Bearbeitungsposition auf der Bearbeitungsfigur ein Anzeigefeld 88 generiert und dargestellt, das Informationen zu der Bearbeitungsposition enthält, wie beispielsweise deren Bearbeitungspositionskoordinaten und den dort gemessen Eindringtiefenwert. The penetration depth display 86 can be interactive. A user interface can be provided for this purpose, which includes, for example, a keyboard and/or a mouse or the like, by means of which the user can influence the display. For example, if you click or mouse over a specific processing position on the processing figure, a display field 88 is generated and displayed that contains information about the processing position, such as its processing position coordinates and the penetration depth value measured there.
Ferner kann der Benutzer zweidimensionale Schnitte oder Projektionen erzeugen, etwa wie dargestellt durch Aufspannen einer zweidimensionalen Fläche 90, die die Kurve 87 schneidet. Beispielsweise in einem daraufhin zusätzlich eingeblendeten Anzeigefeld 92 wird dann das korrespondierende Eindringtiefenprofil dargestellt. The user can also create two-dimensional slices or projections, such as by spanning a two-dimensional surface 90 that intersects curve 87, as shown. The corresponding penetration depth profile is then displayed, for example, in a display field 92 that is then additionally displayed.
Dabei kann der Benutzer in einigen Ausführungsformen auch eine Projektionsrichtung vorgeben und/oder einen Bereich auswählen, über den gemittelt werden soll. Eine solche Mittelwertbildung kann beispielsweise einem Eindringtiefenprofil 84 zugrundliegen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Eine Mittelung kann etwa entlang der Hauptbearbeitungsrichtung, senkrecht dazu, oder schräg dazu erfolgen. In some embodiments, the user can also specify a projection direction and/or select an area over which an average is to be taken. Such an averaging can, for example, form the basis of a penetration depth profile 84, as shown in FIG. Averaging can take place along the main machining direction, perpendicularly to it, or at an angle to it.
Zudem kann vorgesehen sein, dass der Benutzer einen Bereich, wie etwa einen quaderförmigen Bereich 94, definieren kann. Ein darin enthaltener Teil der Kurve 87 kann dann vergrößert dargestellt und ggf. gemäß weiteren Funktionen modifiziert werden. Beispielsweise in einem daraufhin zusätzlich eingeblendeten Anzeigefeld 96 wird dann die korrespondierende vergrößerte Darstellung angezeigt. In addition, it can be provided that the user can define an area, such as a cuboid area 94 . A part of the curve 87 contained therein can then be shown enlarged and possibly modified according to further functions. The corresponding enlarged representation is then displayed, for example, in a display field 96 that is then additionally displayed.
Alternativ oder zusätzlich zu der perspektivischen Darstellung der Kurve 87 kann auch eine Falschfarbendarstellung verwendet werden. Dabei wird beispielsweise ein Balken mit einem Farbverlauf und zugeordneten Eindringtiefen dargestellt. Die Kurve 87 wird dann diesem Farbverlauf entsprechend eingefärbt. As an alternative or in addition to the perspective representation of the curve 87, a false color representation can also be used. For example, a bar with a color gradient and associated penetration depths is displayed. The curve 87 is then colored according to this color gradient.
Fig. 6 zeigt eine beispielhafte grafische Benutzerschnittstelle 98. Die grafische Benutzerschnittstelle 98 wird beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung 100 der Vorrichtung 12 und/oder des Bearbeitungssystems 10 dargestellt. Diese kann von der Steuereinheit 62 ansteuerbar sein. Die hierin beschriebenen Darstellungen können insbesondere von der Steuereinheit 62 erzeugt werden. 6 shows an example graphical user interface 98. The graphical user interface 98 is presented on a display device 100 of the device 12 and/or the processing system 10, for example. This can be controlled by the control unit 62 . In particular, the representations described herein can be generated by the control unit 62 .
Die grafische Benutzerschnittstelle 98 kann mehrere Bereiche umfassen. Die erzeugte Darstellung kann somit mehrere Darstellungen wie beispielsweise eine oder mehrere Eindringtiefendarstellungen 86 umfassen. Ferner kann eine Darstellung 102 umfasst sein, deren Inhalt auf einer Benutzerauswahl beruht, wie beispielsweise eine Vergrößerung. Graphical user interface 98 may include multiple areas. The generated representation can thus comprise several representations such as one or more penetration depth representations 86 . A representation 102 may also be included whose content is based on a user selection, such as magnification.
Im dargestellten Fall ist außerdem ein Auswahlbereich 104 vorhanden, mittels dessen der Benutzer verschiedene Einstellung vornehmen und Parameter und Voreinstellungen auswählen kann. In the case shown, there is also a selection area 104, by means of which the user can make various settings and select parameters and presettings.
Zudem kann vorgesehen sein, dass eine Darstellung 106 erzeugt wird, die zumindest eine erste Darstellung 107 umfasst, die sich auf einen ersten Satz von zugeordneten Eindringtiefenwerten bezieht, und wenigstens eine zweite Darstellung 109, die sich auf einen zweiten Satz von Eindringtiefenwerten bezieht. Der Benutzer kann hierdurch beispielsweise zu unterschiedlichen Zeiten und/oder mit unterschiedlichen Parametern durchgeführte Bearbeitungen vergleichen. Die Darstellung 106 kann auch in anderer Weise auf einem Vergleich der beiden Sätze von Eindringtiefenwerten beruhen. Beispielsweise kann eine Differenz zwischen Eindringtiefenwerten zwischen den beiden Sätzen über die Bearbeitungspositionskoordinaten aufgetragen werden. Für zwei Bearbeitungsvorgänge mit identischer Bearbeitungsfigur kann somit beispielsweise ermittelt werden, wie sich unterschiedliche Bearbeitungsparameter auf eine lokale Eindringtiefe auswirken. In addition, it can be provided that a representation 106 is generated that includes at least a first representation 107 that relates to a first set of associated penetration depth values, and at least a second representation 109 that relates to a second set of penetration depth values. In this way, the user can, for example, compare processing carried out at different times and/or with different parameters. The representation 106 can also be based on a comparison of the two sets of penetration depth values in another way. For example, a difference in penetration depth values between the two sets can be plotted against the machining position coordinates. For example, for two machining processes with an identical machining pattern, it can be determined how different machining parameters affect a local penetration depth.
Eine Eindringtiefendarstellung kann außerdem dazu verwendet werden, einen Prozess zu überwachen. Die grafische Benutzerschnittstelle 98 weist im dargestellten Fall einen Überwachungsbereich 108 auf. Dieser erlaubt es dem Benutzer, ein Höhenprofil an einer bestimmten Stelle oder ein gemitteltes Höhenprofil in einem eingeblendeten Darstellungsbereich 110 zu betrachten. In das Höhenprofil kann der Benutzer einen Grenzwert 112 einzeichnen, beispielsweise durch vertikales Verschieben einer geraden Linie, die den aktuellen Grenzwert anzeigt. Der Benutzer kann hierdurch einen Schwellenwert für eine maximal erlaubte Eindringtiefe vorgeben. A penetration depth plot can also be used to monitor a process. In the case shown, the graphical user interface 98 has a monitoring area 108 . This allows the user to view an elevation profile at a specific location or an average elevation profile in a displayed display area 110 . The user can draw a limit value 112 in the height profile, for example by vertically moving a straight line that shows the current limit value. In this way, the user can specify a threshold value for a maximum permitted penetration depth.
In anderen Ausführungsformen kann der Grenzwert 112 eine gekrümmte Kurve oder Fläche sein, deren Krümmung parametrisiert oder frei vorgebbar sein kann. Es können somit für unterschiedliche Koordinaten unterschiedliche Schwellenwerte vorgegeben werden, beispielsweise geringere Schwellenwerte in einem mittleren Bereich und größere Schwellenkwerte in einem außenliegenden Bereich der Wobbelbewegung. In other embodiments, the limit value 112 can be a curved curve or surface whose curvature can be parameterized or freely definable. Different threshold values can thus be specified for different coordinates, for example lower threshold values in a central area and larger threshold values in an outer area of the wobbling movement.
In dem Überwachungsbereich 108 ist ferner ein Ausschnitt der Bearbeitungsfigur 58 dargestellt. Überschreitet die aktuelle Eindringtiefe den vorgegebenen Grenzwert, wird eine Position, an der die Überschreitung auftritt, durch ein Blinken und/oder eine beispielsweise farbige Hervorhebung 114 angezeigt. Zusätzlich kann ein Alarm ausgegeben werden, beispielsweise in Form einer Textnachricht, eines Warntons o- der einer Sprachnachricht. A section of the processing figure 58 is also shown in the monitored area 108 . If the current penetration depth exceeds the specified limit value, a position at which the excess occurs is indicated by flashing and/or a colored highlight 114, for example. In addition, an alarm can be issued, for example in the form of a text message, a warning tone or a voice message.
Ein Grenzwert kann alternativ oder zusätzlich auch als Zahlenwert vorgebbar sein. Unabhängig von der Art der Vorgabe des Grenzwerts kann dieser auch dazu verwendet werden, zumindest einen Prozessparameter zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise kann die Leistung des Bearbeitungsstrahls 50 automatisch verringert und/oder der Bearbeitungsstrahl 50 stärker aufgeweitet werden, falls eine Eindringtiefe einen zulässigen Maximalwert übersteigt. Dies kann, wie oben erwähnt wurde, auch periodisch erfolgen, sodass beispielsweise dort, wo große Eindringtiefenwerte auftreten und/oder zu erwarten sind, die Leistung verringert wird. Eine entsprechende Regelung kann sich auf ein Intervall beziehen, innerhalb dessen die Leistung des Bearbeitungsstrahls 50 variiert wird. Alternatively or additionally, a limit value can also be specified as a numerical value. Irrespective of how the limit value is specified, it can also be used to control and/or regulate at least one process parameter. For example, the power of the processing beam 50 can be reduced automatically and/or the processing beam 50 can be widened more if a penetration depth exceeds a permissible maximum value. As mentioned above, this can also take place periodically, so that, for example, there are large penetration depth values occur and/or are expected, performance will be reduced. A corresponding regulation can relate to an interval within which the power of the processing beam 50 is varied.
In der Darstellung kann wiederum ein Ergebnis einer beliebig ausgestalteten Regelung veranschaulicht sein. Beispielsweise kann für einen laufenden Bearbeitungsprozess eine ortsabhängige Eindringtiefe veranschaulicht werden, wodurch nachvollziehbar ist, dass der vorgegebene Grenzwert zunächst überschritten und später eingehalten wird oder umgekehrt. A result of an arbitrarily designed regulation can in turn be illustrated in the representation. For example, a location-dependent penetration depth can be illustrated for an ongoing machining process, which makes it possible to understand that the specified limit value is initially exceeded and later adhered to, or vice versa.
Wie erwähnt, bildet sich das Keyhole nicht immer genau an der aktuellen Bearbeitungsposition aus. Je nach oszillierender Bewegung kann das Keyhole auch seitlich verzerrt ausgebildet sein und/oder auftreten. Die erzeugte zumindest eine Darstellung kann daher auch eine Abweichung zwischen einer aktuellen Messposition und einer aktuellen Bearbeitungsposition visualisieren. Im gezeigten Fall wird ein Schieber 115 eingeblendet, der je nach Abweichung parallel zur Hauptbearbeitungsrichtung 60 vor und zurück wandert. Dieser kann mit einer Skala versehen sein. Zudem ist ein zweidimensionaler Anzeiger 117 vorgesehen, an dem sich eine zweidimensionale Abweichung ablesen lässt. Dieser kann nach Art eines Fadenkreuzes dargestellt werden. As mentioned, the keyhole does not always form exactly at the current processing position. Depending on the oscillating movement, the keyhole can also be designed and/or occur in a laterally distorted manner. The at least one representation generated can therefore also visualize a deviation between a current measurement position and a current processing position. In the case shown, a slider 115 is displayed, which, depending on the deviation, moves back and forth parallel to the main processing direction 60 . This can be provided with a scale. In addition, a two-dimensional indicator 117 is provided, from which a two-dimensional deviation can be read. This can be displayed in the form of a crosshair.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-Mounted Display 116. In einigen Ausführungsformen kann das Head-Mounted Display dazu verwendet werden, Darstellung zu betrachten. Es kommen aber alternativ auch Darstellung auf üblichen flachen oder gekrümmten 2D- oder 3D-Monitoren oder auf anderen Anzeigegeräten infrage. 7 shows a schematic representation of a head-mounted display 116. In some embodiments, the head-mounted display can be used to view presentations. As an alternative, however, representations on standard flat or curved 2D or 3D monitors or on other display devices are also possible.
Die Darstellung kann eine bewegte Darstellung umfassen. Beispielsweise kann der Benutzer das Head-Mounted Display dazu verwenden, einen virtuellen Flug oder einen virtuellen Spaziergang entlang der in Fig. 5 dargestellte Kurve bzw. über diese hinweg zu unternehmen. The presentation may include a moving presentation. For example, the user can use the head-mounted display to take a virtual flight or walk along or over the curve shown in FIG. 5 .
Werden teiltransparente Anzeigen oder kleinformatige Anzeigen verwendet, können die Eindringtiefen in einigen Ausführungsformen zudem in Augmented Reality dargestellt werden. Eine Position und Orientierung der Anzeige werden dabei erkannt, und eine Visualisierung der Eindringtiefenwerte kann über das tatsächliche Werkstück gelegt werden. Ein Zusammenhang mit realen Eigenschaften des Werkstücks kann dadurch intuitiv erfassbar sein. Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines alternativen Bearbeitungssystems 210. Das Bearbeitungssystem 210 weist eine Vorrichtung 212 zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks W auf. Diese ist grundsätzlich wie die Vorrichtung 12 ausgebildet, weshalb auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Die Vorrichtung 212 verfügt über eine Messeinheit 214 zur Erzeugung eines Messstrahls 228 und eine Bearbeitungseinheit 246 zur Erzeugung eines Bearbeitungsstrahls 250. Ferner sind eine Ablenkvorrichtung 256 und eine Messstrahlablenkvorrichtung 244 vorhanden. Der Messstrahl 228 wird über einen teildurchlässigen Spiegel 225 in den Bearbeitungsstrahl 250 eingekoppelt. If partially transparent displays or small-format displays are used, the penetration depths can also be displayed in augmented reality in some embodiments. A position and orientation of the display is thereby recognized and a visualization of the indentation depth values can be overlaid on the actual workpiece. A connection with real properties of the workpiece can thus be grasped intuitively. FIG. 8 shows a schematic representation of part of an alternative machining system 210. The machining system 210 has a device 212 for monitoring a machining process of a workpiece W. FIG. This is basically designed like the device 12, which is why reference is made to the above description. The device 212 has a measuring unit 214 for generating a measuring beam 228 and a processing unit 246 for generating a processing beam 250. A deflection device 256 and a measuring beam deflection device 244 are also present. The measuring beam 228 is coupled into the processing beam 250 via a partially transparent mirror 225 .
Die Vorrichtung 212 umfasst zudem eine Bilderfassungseinrichtung 227, die beispielsweise als Kamera ausgebildet ist. Die Vorrichtung 212 umfasst einen teildurchlässigen Spiegel 239, durch den hindurch Licht in die Bilderfassungseinrichtung 227 fallen kann. Die Bilderfassungseinrichtung 227 kann hinter einem Umlenkspiegel 241 angeordnet sein. Ferner umfasst die Vorrichtung 212 in einer zweckmäßigen Ausführungsform eine Beleuchtungsvorrichtung 229, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, das Werkstück W zu beleuchten. The device 212 also includes an image acquisition device 227, which is embodied as a camera, for example. The device 212 comprises a partially transparent mirror 239 through which light can fall into the image acquisition device 227 . The image acquisition device 227 can be arranged behind a deflection mirror 241 . Furthermore, in an expedient embodiment, the device 212 comprises an illumination device 229 which is arranged and set up to illuminate the workpiece W.
Die Beleuchtungsvorrichtung 229 kann wie dargestellt eine Lichtquelle umfassen, die separat vom Strahlengang des Bearbeitungsstrahls 250 angeordnet ist. Alternativ o- der zusätzlich kann eine Beleuchtungsvorrichtung 229' derart angeordnet und ausgebildet sein, dass Beleuchtungslicht partiell koaxial zum Bearbeitungsstrahl 250 geführt wird, indem dieses beispielsweise am Umlenkspiegel 241 eingespeist wird. As illustrated, the lighting device 229 can comprise a light source which is arranged separately from the beam path of the processing beam 250 . Alternatively or additionally, an illumination device 229′ can be arranged and designed in such a way that illumination light is guided partially coaxially to the processing beam 250 by being fed in at the deflection mirror 241, for example.
Um Darstellungen, die auf einem oder mehreren erfassten Bilder der Bilderfassungseinrichtung 227 beruhen, zur Prozessüberwachung zu nutzen, kann es nützlich sein, eine Kalibration durchzuführen, anhand derer Bildpunkte eines erfassten Bilds Messpositionskoordinaten zuordenbar sind. Ziel ist es dabei insbesondere, eine vorzugsweise bijektive Abbildung bzw. Funktion In order to use representations based on one or more captured images of the image capturing device 227 for process monitoring, it can be useful to carry out a calibration, on the basis of which pixels of a captured image can be assigned measurement position coordinates. The goal here is in particular a preferably bijective mapping or function
Bildpunkt <-> Messkoordinate bzw. Pixel <-> measurement coordinate or
(Xßildpunkt, yBildpunkt) = f(XMessposition, yMessposition) zu ermitteln. Hierfür kann eine Belichtungsdauer der Bilderfassungseinrichtung 227 geeignet erhöht und der Messstrahl 228 auf unterschiedliche Messpositionen gerichtet werden, während der Bearbeitungsstrahl 250 deaktiviert ist. Der Messstrahl 228 bzw. dessen Reflexion ist dann auf dem Zielobjekt, beispielsweise einem Kalibrier- Werkstück, deutlich für die Bilderfassungseinrichtung 227 zu erkennen. Sodann können dessen Bildpunktkoordinaten ermittelt werden, beispielsweise indem ein Schwerpunkt oder ein hellster Bildpunkt der erfassten Reflexion gesucht wird. Dieser wird mit einer dazu gehörigen Messposition abgeglichen. Wird in dieser Weise der erfasste Bildbereich abgerastert, können die oben beschriebenen Koordinatenpaare gesucht und die Abbildung ermittelt werden. Die Abbildung kann abhängig von den optischen Eigenschaften und etwaigen Abbildungsfehlern der Bilderfassungseinrichtung 227 Streckungen, Dehnungen, Drehungen oder anderweitige Verzerrungen umfassen. (X image point, y image point) = f(X measurement position, y measurement position). For this purpose, an exposure duration of the image capturing device 227 can be suitably increased and the measuring beam 228 can be directed at different measuring positions, while the processing beam 250 is deactivated. The measuring beam 228 or its reflection is then on the target object, for example a calibration Workpiece, clearly visible to the image capture device 227. Its pixel coordinates can then be determined, for example by looking for a focal point or a brightest pixel of the recorded reflection. This is compared with an associated measurement position. If the captured image area is scanned in this way, the coordinate pairs described above can be searched for and the image can be determined. Depending on the optical properties and any imaging errors of the image capturing device 227, the image can include stretching, expansion, rotation or other distortions.
Ist eine solcher Kalibration durchgeführt, kann aus den Bilddaten der Bilderfassungseinrichtung 227 auch auf OCT-Koordinaten geschlossen werden, indem die Abbildung in die entsprechend umgekehrte Richtung angewandt wird. If such a calibration has been carried out, OCT coordinates can also be inferred from the image data of the image acquisition device 227 by using the imaging in the correspondingly reverse direction.
Wie oben beschrieben wurde, kann zusätzlich eine Kalibration durchgeführt werden, um die zugrundeliegenden Koordinatensysteme der Messeinheit 214 und der Bearbeitungseinheit 246 aufeinander abzustimmen. Basierend hierauf kann dann aus den Bilddaten auch auf Bearbeitungspositionskoordinaten geschlossen werden. As described above, a calibration can also be carried out in order to coordinate the underlying coordinate systems of the measuring unit 214 and the processing unit 246 with one another. Based on this, processing position coordinates can then also be inferred from the image data.
Die Bilddaten der Bilderfassungseinrichtung 227 können dazu verwendet werden, die Position des Keyholes zu ermitteln. Aufgrund der oben beschriebenen Abbildung kann dann der Messstrahl 228 präzise in das Keyhole gerichtet werden, da die entsprechenden Messpositionskoordinaten anhand der Bilddaten und der ermittelten Abbildung bestimmbar sind. The image data from the image acquisition device 227 can be used to determine the position of the keyhole. The measurement beam 228 can then be directed precisely into the keyhole on the basis of the mapping described above, since the corresponding measurement position coordinates can be determined using the image data and the determined mapping.
Wie in Fig. 8 zu erkennen ist, wird ein Teil des Messstrahls 228 von einer Rückseite des teildurchlässigen Spiegels 225 abgelenkt und an einer Oberfläche einer Komponente 231 der Vorrichtung 212, des Bearbeitungssystems 210 oder der Umgebung reflektiert. Ein gewisser Anteil des Messstrahls 228 wird in die Bilderfassungseinrichtung 227 zurück gelenkt und dort abgebildet. Diese Abbildungen können genutzt werden, um eine Darstellung zu erzeugen, die sich für die Überwachung von Bearbeitungsprozessen als äußerst nützlich erwiesen hat. As can be seen in FIG. 8, part of the measuring beam 228 is deflected by a rear side of the partially transparent mirror 225 and reflected on a surface of a component 231 of the device 212, the processing system 210 or the environment. A certain proportion of the measurement beam 228 is deflected back into the image acquisition device 227 and imaged there. These maps can be used to create a representation that has proven extremely useful for monitoring machining processes.
Fig. 9 ist eine beispielhafte Darstellung 233, die in einem Verfahren gemäß einer zweiten Weiterbildung erzeugbar ist, das unten mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben wird. Die Darstellung 233 beruht auf einem Bild, das von der Bilderfassungseinrichtung 227 erfasst wird. Darauf ist beispielsweise ein aktuell erzeugtes Keyhole 235 sowie eine in Bearbeitungsrichtung dahinter liegende erzeugte Schweißnaht zu sehen. Der Messstrahl 228 wird für unterschiedliche Messungen auf unterschiedliche Messpositionen vor, in und hinter dem Keyhole 235 gerichtet. An diesen Positionen kann der Messtrahl 228 zudem, wie oben erwähnt wurde, entlang geeigneter Messlinien geführt werden. Auftreffpunkte des Messstrahls 228 auf dem Werkstück W können je nach den vorliegenden Lichtverhältnissen in vielen Fällen nicht wahrnehmbar sein. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Bilderfassungseinrichtung 227 als optische Informationen Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 deutlich erfasst, die von Reflexionen an der erwähnten Komponente 231 herrühren. Die Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 sind in Fig. 9 als Punkte veranschaulicht. Diese Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 tauchen im Bild der Bilderfassungseinrichtung 227 an anderen Positionen als den Auftreffpunkten des Messstrahls 228 auf dem Werkstück W auf. Der Zusammenhang zwischen den Auftreffpunkten und den Positionen der Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 ist aber eindeutig und als geometrische Abbildung beschreibbar. Anhand der als optische Informationen erfassten Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 kann daher auf die jeweiligen Messpositionen rückgeschlossen werden. Werden beispielsweise die Messpositionen in einer Reihenfolge abgearbeitet, der zufolge zunächst der Lichtreflex 243 zu erkennen ist, dann der Lichtreflex 245, dann der Lichtreflex 247 usw., erkennt der Benutzer unschwer, dass die als optische Informationen erfassten Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 auf einer Linie und in annähernd gleichen Abständen liegen. Sofern sich dieses Verhalten der Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 mit dem für die vorgesehenen Messpositionen erwarteten Verhalten deckt, können daher die Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 zur Prozessüberwachung beobachtbar sein. Obgleich diese nicht an den Messpositionen auftreten, ist verwertbare und vom Benutzer erkennbare Information im Auftreten und in den Positionen der Lichtreflexe 243, 245, 247, 249, 251 enthalten. FIG. 9 is an example representation 233 that can be generated in a method according to a second development, which is described below with reference to FIG. 10 . The representation 233 is based on an image that is captured by the image capture device 227 . A currently generated keyhole 235 and a generated weld seam lying behind it in the processing direction can be seen thereon, for example. The measurement beam 228 is directed to different measurement positions in front of, in and behind the keyhole 235 for different measurements. As mentioned above, the measurement beam 228 can also be guided along suitable measurement lines at these positions. Points of impingement of the measuring beam 228 on the workpiece W may in many cases not be perceptible, depending on the prevailing light conditions. However, it has been shown that the image acquisition device 227 clearly acquires light reflections 243, 245, 247, 249, 251 as optical information, which originate from reflections on the component 231 mentioned. The light reflections 243, 245, 247, 249, 251 are illustrated in FIG. 9 as dots. These light reflections 243, 245, 247, 249, 251 appear in the image of the image acquisition device 227 at positions other than the impingement points of the measuring beam 228 on the workpiece W. However, the connection between the impact points and the positions of the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 is clear and can be described as a geometric image. Based on the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 recorded as optical information, it is therefore possible to draw conclusions about the respective measurement positions. If, for example, the measurement positions are processed in a sequence according to which light reflection 243 can be seen first, then light reflection 245, then light reflection 247 etc., the user can easily see that light reflections 243, 245, 247, 249 , 251 are in line and at approximately equal distances. If this behavior of the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 coincides with the behavior expected for the intended measurement positions, the light reflections 243, 245, 247, 249, 251 can therefore be observed for process monitoring. Although these do not appear at the measurement positions, usable information recognizable by the user is contained in the occurrence and in the positions of the light reflections 243, 245, 247, 249, 251.
Das Verfahren kann zudem vorsehen, die tatsächlichen Messpositionen auf der Grundlage der Lichtreflexe zu bestimmen und Markierungen 253, 255, 257, 259, 261 in das erfasste Bild einzublenden, um die Darstellung 233 zu erzeugen. Die Markierungen 253, 255, 257, 259, 261 sind in Fig. 9 als Kreuze veranschaulicht. The method can also provide for the actual measurement positions to be determined on the basis of the light reflections and for markings 253 , 255 , 257 , 259 , 261 to be superimposed on the captured image in order to generate the representation 233 . Marks 253, 255, 257, 259, 261 are illustrated in Figure 9 as crosses.
Die zugrundeliegende geometrische Abbildung wird im vorliegenden Fall ermittelt, indem der Messstrahl 228 auf mehrere Justiermesspositionen gerichtet wird. Mittels der Bilderfassungseinrichtung 227 wird dann ein Bild erfasst, in dem ein Lichtreflex als optische Information zu erkennen ist, der durch Reflexion des Messstrahls 228 an der Komponente 231 verursacht ist. Indem mehrere Justiermesspositionen angefahren und jeweils die Position des zugehörigen Lichtreflexes im Bild der Bilderfassungseinrichtung 227 ermittelt wird, kann eine von der geometrischen Abbildung bewirkte Streckung, Stauchung und/oder Verzerrung ermittelt werden. Zweckmäßiger Weise werden Justiermesspositionen verwendet, die auf einem Raster liegen, beispielsweise auf einem rechteckigen, hexagonalen oder spiralförmigen Raster. In the present case, the underlying geometric image is determined by directing the measurement beam 228 to a plurality of alignment measurement positions. An image is then captured by means of the image capturing device 227 in which a light reflection can be recognized as optical information, which is caused by the reflection of the measuring beam 228 on the component 231 . By approaching several adjustment measurement positions and determining the position of the associated light reflection in the image of the image acquisition device 227, a Stretching, compression and / or distortion can be determined. Expediently, adjustment measurement positions are used that lie on a grid, for example on a rectangular, hexagonal or spiral grid.
Werden bestimmte Messpositionen eingestellt bzw. angefahren, werden die zugehörigen Markierungen in der Darstellung 233 eingeblendet. Die Darstellung 233 kann daher auch als Messpositionsdarstellung bezeichnet werden. If specific measurement positions are set or approached, the associated markings are shown in the display 233 . The representation 233 can therefore also be referred to as a measurement position representation.
Sofern auf die Bestimmung der tatsächlichen Messpositionen und die Einblendung der Markierungen 253, 255, 257, 259, 261 verzichtet wird, entspricht die resultierende Darstellung der in Fig. 9 gezeigten Darstellung 233, in der jedoch die Markierungen 253, 255, 257, 259, 261 nicht vorhanden sind. If the actual measurement positions are not determined and the markings 253, 255, 257, 259, 261 are not displayed, the resulting representation corresponds to the representation 233 shown in FIG. 261 are not available.
Fig. 10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des zugrundeliegenden Verfahrens gemäß der zweiten Weiterbildung des Verfahrens. Das Verfahren weist zusätzliche Verfahrensschritte auf. In einem Schritt S21 werden unterschiedliche Messpositionen zu den Bearbeitungspositionen zugeordnet. Beispielsweise wird für eine bestimmte Bearbeitungsposition zumindest eine Messung in Bearbeitungsrichtung vor dem Keyhole 235, zumindest eine Messung im Keyhole 235, und zumindest eine Messung in Bearbeitungsrichtung hinter dem Keyhole 235 durchgeführt. In einem Schritt S22 wird ein Bild des Werkstücks W in einem Bereich einer aktuellen Bearbeitungsposition mittels der Bilderfassungseinrichtung 227 erfasst. FIG. 10 shows a schematic flow chart of the underlying method according to the second development of the method. The method has additional method steps. In a step S21, different measurement positions are assigned to the processing positions. For example, at least one measurement in the processing direction in front of the keyhole 235, at least one measurement in the keyhole 235, and at least one measurement in the processing direction behind the keyhole 235 are carried out for a specific processing position. In a step S22, an image of the workpiece W in an area of a current machining position is captured by the image capturing device 227.
Die zumindest eine Darstellung umfasst eine Darstellung 233, die auf dem Bild des Werkstücks W beruht und auf der die aktuelle Bearbeitungsposition sowie die erfassten optischen Informationen bezüglich der Messpositionen zu erkennen sind, die der aktuellen Bearbeitungsposition zugeordnet sind. Im dargestellten Fall sind die Messpositionen selbst zu erkennen und wie ausgeführt durch Markierungen gekennzeichnet. The at least one representation includes a representation 233 that is based on the image of the workpiece W and from which the current machining position and the recorded optical information regarding the measurement positions that are assigned to the current machining position can be seen. In the case shown, the measurement positions themselves can be seen and, as explained, are identified by markings.
In anderen Ausführungsformen können die Lichtverhältnisse und/oder die Komponenten der Bilderfassungseinrichtung 237 es zulassen, Auftreffpunkte des Messstrahls 228 auf dem Werkstück W direkt zu beobachten. In diesem Fall sind die Messpositionen als Lichtreflexe des Messstrahls auf dem Werkstück erkennbar. Die Lichtreflexe befinden sich dann bereits an derjenigen Position im Bild, an der der Messstrahl 228 tatsächlich auf das Werkstück W fällt. Die beschriebenen Varianten gestatten es dem Benutzer, im laufenden Prozess und auf der Grundlage eines Realbilds des bearbeiteten Werkstücks W zu beurteilen, ob geeignete Messpositionen ausgewählt wurden. In other embodiments, the lighting conditions and/or the components of the image capturing device 237 can allow points of impingement of the measuring beam 228 on the workpiece W to be observed directly. In this case, the measuring positions can be recognized as light reflections of the measuring beam on the workpiece. The light reflections are then already at that position in the image at which the measuring beam 228 actually falls on the workpiece W. The variants described allow the user to assess whether suitable measurement positions have been selected during the ongoing process and on the basis of a real image of the machined workpiece W.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines weiteren alternativen Bearbeitungssystems 310 mit einer Vorrichtung 312. Das Bearbeitungssystem 312 ist mit dem der Fig. 8 identisch. Gleiche Komponenten tragen daher dieselben Bezugszeichen. Bezüglich deren Beschreibung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. FIG. 11 shows a schematic representation of part of another alternative processing system 310 with an apparatus 312. The processing system 312 is identical to that of FIG. Identical components therefore bear the same reference symbols. With regard to their description, reference is made to the statements above.
Die Vorrichtung 312 umfasst einen optischen Filter 339. Der optische Filter 339 ist wahlweise in einen Lichtweg einbringbar, der zur Bilderfassungseinrichtung 227 führt. Hierfür kann ein Motor vorgesehen sein, der ein automatisiertes Bewegen des optischen Filters 339 ermöglicht. Der optische Filter 339 ist dazu eingerichtet, eine Erfassung von Reflexionen des Messstrahls 228 an einer vom Werkstück W verschiedenen Oberfläche 231 durch die Bilderfassungseinrichtung 227 zu verhindern. Hierdurch kann bewerkstelligt werden, dass in der in Fig. 9 gezeigten Darstellung 233 die Lichtreflexe zu sehen sind. Der optische Filter 339 kann beispielsweise aus dem Lichtweg entfernt werden, um die oben beschriebene Justierung vorzunehmen. Sobald die geometrische Abbildung bekannt ist, kann er wieder eingesetzt werden. In der Darstellung 233 sind dann lediglich die hinzugefügten Markierungen der Messpositionen erkennbar. The device 312 comprises an optical filter 339. The optical filter 339 can optionally be introduced into a light path which leads to the image acquisition device 227. A motor can be provided for this purpose, which enables the optical filter 339 to be moved automatically. The optical filter 339 is set up to prevent a detection of reflections of the measuring beam 228 on a surface 231 different from the workpiece W by the image detection device 227 . In this way it can be achieved that the light reflections can be seen in the representation 233 shown in FIG. 9 . For example, the optical filter 339 can be removed from the light path to make the adjustment described above. Once the geometric mapping is known, it can be reused. Only the added markings of the measurement positions can then be recognized in the representation 233 .
Der optische Filter 339 ist im dargestellten Fall ein Bandpassfilter, der im Wellenlängenbereich des Messstrahls 228 im Wesentlichen undurchlässig In the case shown, the optical filter 339 is a bandpass filter which is essentially impermeable in the wavelength range of the measuring beam 228
Fig. 12 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer dritten Weiterbildung des Verfahrens. Das Verfahren kann beispielsweise mittels der Vorrichtung 12 aus Fig. 1 durchgeführt werden, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. Das Verfahren umfasst zumindest einen zusätzlichen Verfahrensschritt. In einem Schritt S31 wird eine geometrische Beschaffenheit des Werkstücks W an den Messpositionen auf der Grundlage der zugehörigen Messwerte geschätzt. Die Bearbeitungsfigur 458 (siehe Fig. 13) ist in diesem Fall derart gewählt, dass sie mit der geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks W zusammenhängt. Beispielsweise soll entlang einer Bahn geschweißt werden, die ein Rechteck mit abgerundeten Ecken beschreibt. Diese Bahn entspricht einer vorhandenen Kante. Es versteht sich, dass die Bearbeitungsfigur 458 zusätzlich eine Wobbelbewegung beschreiben kann. Die zumindest eine Darstellung umfasst gemäß dieser Weiterbildung des Verfahrens eine Darstellung, die auf einer zweidimensionalen Darstellung zumindest eines Teils der Bearbeitungsfigur 485 und der zugehörigen geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks W beruht. FIG. 12 shows a schematic flow chart of a method according to a third development of the method. The method can be carried out, for example, using the device 12 from FIG. 1 , to which reference is made below. The method includes at least one additional method step. In a step S31, a geometric condition of the workpiece W at the measurement positions is estimated on the basis of the associated measurement values. In this case, the machining figure 458 (see FIG. 13) is selected in such a way that it is related to the geometric nature of the workpiece W. For example, you want to weld along a path that describes a rectangle with rounded corners. This path corresponds to an existing edge. It goes without saying that the processing figure 458 can additionally describe a wobble movement. According to this development of the method, the at least one representation comprises a representation that is based on a two-dimensional representation of at least a part of the processing figure 485 and the associated estimated geometric condition of the workpiece W.
Fig. 13 ist eine beispielhafte Darstellung 433, die in dem Verfahren gemäß der dritten Weiterbildung erzeugbar ist. Die Bearbeitungsfigur 458 folgt dem Verlauf einer Kante, die im Werkstück W vorhanden ist. Die geometrische Beschaffenheit des Werkstücks W ist das Vorhandensein und der Verlauf dieser Kante des Werkstücks W. Um diese zu ermitteln, wird der Messstrahl 28, wie bereits erwähnt, quer oder schräg zur jeweiligen Hauptbearbeitungsrichtung und/oder quer oder schräg zur lokalen Bearbeitungsrichtung über das Werkstück W geführt wird. Dies kann während der Bearbeitung erfolgen, beispielsweise im Pre-Prozess vor dem Keyhole. Messungen können hierfür gemäß einer Messfigur erfolgen, die dem Verlauf der Bearbeitungsfigur folgt. Die erhaltenen Messdaten werden automatisiert ausgewertet, um ein Höhenprofil entlang der jeweiligen Messlinie zu erhalten. Durch geeignete automatisierte Auswertung, beispielsweise die Anpassung von Geraden oder gemäß einer bekannten Werkzeugoberfläche gekrümmten Funktionen an die Messdaten, kann automatisiert eine Position der Kante geschätzt werden. FIG. 13 is an exemplary representation 433 that can be generated in the method according to the third development. The machining figure 458 traces an edge present in the workpiece W . The geometric nature of the workpiece W is the presence and course of this edge of the workpiece W. In order to determine this, the measuring beam 28, as already mentioned, is scanned transversely or at an angle to the respective main processing direction and/or transversely or at an angle to the local processing direction over the workpiece W is led. This can be done during editing, for example in the pre-process before the keyhole. For this purpose, measurements can be carried out according to a measurement figure which follows the course of the processing figure. The measurement data obtained are evaluated automatically in order to obtain a height profile along the respective measurement line. A position of the edge can be automatically estimated by suitable automated evaluation, for example the adaptation of straight lines or functions curved according to a known tool surface to the measurement data.
Die geschätzten jeweiligen Kantenpositionen entlang der Bearbeitungsfigur sind in der Darstellung 433 als offene Kreise dargestellt. Im dargestellten Beispiel ist zu erkennen, dass im Bereich 453 eine beachtliche Abweichung zwischen der Bearbeitungsfigur 458, die dem erwarteten Kantenverlauf entspricht, und dem geschätzten Kantenverlauf vorliegt. Diese ist aufgrund der gewählten Darstellungsart intuitiv erfassbar. The estimated respective edge positions along the machining figure are shown in plot 433 as open circles. In the example shown, it can be seen that in area 453 there is a considerable deviation between the processing figure 458, which corresponds to the expected edge profile, and the estimated edge profile. This can be grasped intuitively due to the selected type of representation.
Ferner ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, eine aktuelle Bearbeitungsposition 451 zusammen mit der Bearbeitungsfigur 458 und der geschätzten geometrischen Beschaffenheit, hier also dem geschätzten Kantenverlauf, in der Darstellung darzustellen. Die Darstellung 433 beruht somit auf im Vorhinein aufgenommenen Messdaten, anhand derer der Kantenverlauf geschätzt wird, sowie auf Live- Bearbeitungspositionsdaten. Furthermore, this embodiment provides for a current processing position 451 to be displayed in the display together with the processing figure 458 and the estimated geometric structure, in this case the estimated edge profile. The representation 433 is thus based on measurement data recorded in advance, on the basis of which the course of the edge is estimated, and on live processing position data.
In anderen Varianten erfolgt vor der Bearbeitung eine Messung entlang der Messfigur bzw. der Bearbeitungsfigur 458. In beiden Fällen kann die Kantenerkennung dazu verwendet werden, automatisiert geringfügige Anpassungen an der Bearbeitungsfigur vorzunehmen, um Bearbeitungspositionen an die tatsächliche Geometrie des Werkzeugs anzupassen. Ein Benutzer kann anhand dieser Visulisierung geschätzter Kanten leicht überprüfen, ob eine Kantenerkennung zuverlässig arbeitet und ob ggf. Parameter der Schätzung angepasst werden müssen. In other variants, a measurement along the measurement figure or the processing figure 458 is carried out before processing. In both cases, edge detection can be used to automatically make minor adjustments to the machining figure to match machining positions to the actual geometry of the tool. Using this visualization of estimated edges, a user can easily check whether edge detection is working reliably and whether parameters of the estimation may need to be adjusted.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks (W, W', W"), insbesondere eines Laserschweißens, mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: 1. Method for monitoring a machining process of a workpiece (W, W', W"), in particular laser welding, by means of a high-energy machining beam (50; 250), the method comprising the steps:
Festlegen einer Bearbeitungsfigur (58; 258), die mehrere Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) mit zugehörigen mehrdimensionalen Bearbeitungspositionskoordinaten definiert; determining a processing figure (58; 258) which defines a plurality of processing positions (64, 66, 68) with associated multi-dimensional processing position coordinates;
Erzeugen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250) sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (50; 250) auf das Werkstück (W, W', W") gemäß der Bearbeitungsfigur (58; 458); Generating a high-energy processing beam (50; 250) and projecting and/or focusing the processing beam (50; 250) onto the workpiece (W, W', W") according to the processing figure (58; 458);
Erzeugen eines Messstrahls (28; 228) mittels eines optischen Kohärenztomographen (16), wobei der Messstrahl (28; 228) in den Bearbeitungsstrahl (50; 250) einkoppelbar ist; Generating a measuring beam (28; 228) by means of an optical coherence tomograph (16), wherein the measuring beam (28; 228) can be coupled into the processing beam (50; 250);
Festlegen von Messpositionen (70, 72, 74) auf dem Werkstück (W, W', W") an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) und/oder in deren Nähe; determining measurement positions (70, 72, 74) on the workpiece (W, W', W'') at at least some of the machining positions (64, 66, 68) and/or in their vicinity;
Bestimmen von Messwerten an den Messpositionen (70, 72, 74) durch Richten des Messstrahls (28; 228) auf die Messpositionen (70, 72, 74); und determining measurement values at the measurement positions (70, 72, 74) by directing the measurement beam (28; 228) at the measurement positions (70, 72, 74); and
Erzeugen zumindest einer Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433), die auf mehrdimensional ortsabhängiger Information beruht, die sich auf die Bearbeitungspositionskoordinaten, die Messwerte und/oder die Messpositionen (70, 72, 74) bezieht; gekennzeichnet durch Generating at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) which is based on multi-dimensional, location-dependent information which relates to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions (70, 72, 74); marked by
Bestimmen von Eindringtiefenwerten für eine jeweilige Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls (50; 250) in das Werkstück (W, W', W") an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) während des Bearbeitungsprozesses mittels des optischen Kohärenztomographen (16) durch Richten des Messstrahls (28; 228) auf geeignete Messpositionen (70, 72, 74) auf dem Werkstück (W, W', W"); undDetermining penetration depth values for a respective penetration depth of the processing beam (50; 250) into the workpiece (W, W', W") at at least some of the processing positions (64, 66, 68) during the processing process using the optical coherence tomograph (16) by directing of the measurement beam (28; 228) to suitable measurement positions (70, 72, 74) on the workpiece (W, W', W"); and
Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten; wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110) umfasst, die auf den zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. Assigning the penetration depth values to the respective machining position coordinates; wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (76, 86, 102, 106, 110) based on the associated penetration depth values and machining position coordinates.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eindringtiefenwerte sich entlang der Bearbeitungsfigur (58; 458) verändern, beispielsweise periodisch. 2. The method according to claim 1, wherein the penetration depth values change along the processing figure (58; 458), for example periodically.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine dreidimensionale Darstellung (86) umfasst, bei der die Eindringtiefenwerte über die Bearbeitungspositionskoordinaten aufgetragen sind. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a three-dimensional representation (86) in which the penetration depth values are plotted against the machining position coordinates.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine bewegte Darstellung umfasst, die auf einer bewegten Betrachtungsposition beruht. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a moving representation which is based on a moving viewing position.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die bewegte Darstellung auf einem virtuellen Flug über die Bearbeitungspositionskoordinaten hinweg beruht, bei dem die zugeordneten Einschweißtiefen visuell erfassbar sind. 5. The method according to claim 4, wherein the moving representation is based on a virtual flight over the machining position coordinates, in which the associated welding depths can be visually detected.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die bewegte Darstellung über ein 3D-System und/oder Virtual-Reality- System und/oder Augmented-Reality-System wie beispielsweise über eine 3D-Brille, einen 3D-Monitor, ein Head-Mounted Display (116) oder dergleichen wiedergegeben wird. 6. The method according to claim 4 or 5, wherein the moving representation via a 3D system and / or virtual reality system and / or augmented reality system such as 3D glasses, a 3D monitor, a head Mounted Display (116) or the like is played back.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Auswahl zumindest einer Darstellungsfarbe und/oder eines Blinkens und/oder einer Hervorhebung in Abhängigkeit von den Ei nd ringtiefen werten getroffen wird, und wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung umfasst, die auf der Auswahl beruht. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one display color and/or blinking and/or highlighting is selected as a function of the egg and ring depth values, and wherein the at least one display (76, 86, 102, 106 , 110; 233; 433) includes a representation based on selection.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Benutzer zumindest einen Grenzwert (112) vorgibt, und wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (108) umfasst, die auf einem Vergleich der zugeordneten Eindringtiefenwerte mit dem vorgegebenen Grenzwert (112) beruht. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein a user specifies at least one limit value (112), and wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (108) that based on a comparison of the associated penetration depth values with the specified limit value (112).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung umfasst (108), in der ein Benutzer ein Einzeichnen zumindest eines Grenzwerts (112) vornehmen kann, und wobei der zumindest eine Grenzwert (112) anhand eines solchen Einzeichnens durch den Benutzer ermittelt wird. 9. The method according to claim 8, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (108) in which a user can enter at least one limit value (112), and wherein the at least one limit value (112) is determined on the basis of such a drawing by the user.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eindringtiefenwerte und/oder die Bearbeitungspositionskoordinaten nach dem Zuordnen zumindest einer Datenanalyse, beispielsweise einer statistischen Auswertung, unterzogen werden, und wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (76, 86) umfasst, die auf der Datenanalyse beruht. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the penetration depth values and/or the machining position coordinates are subjected to at least one data analysis, for example a statistical evaluation, after the assignment, and wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233 ; 433) comprises a representation (76, 86) based on the data analysis.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) wenigstens eine erste Darstellung (107) umfasst, die sich auf einen ersten Satz von zugeordneten Eindringtiefenwerten bezieht, und wenigstens eine zweite Darstellung (109), die sich auf einen zweiten Satz von Eindringtiefenwerten bezieht. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises at least a first representation (107) relating to a first set of associated penetration depth values, and at least a second representation (109) relating to a second set of penetration depth values.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (106) umfasst, die auf einem Vergleich wenigstens zweier Sätze von zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (106) which is based on a comparison of at least two sets of associated indentation depth values and machining position coordinates.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Daten, die sich auf aktuelle Bearbeitungspositionskoordinaten beziehen, und Daten, die sich auf aktuelle Eindringtiefenwerte beziehen, in Echtzeit synchronisiert werden. 13. The method according to claim 1, wherein data relating to current machining position coordinates and data relating to current penetration depth values are synchronized in real time.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Daten, die sich auf aktuelle Bearbeitungspositionskoordinaten beziehen, und Daten, die sich auf aktuelle Eindringtiefenwerte beziehen, auf der Grundlage zumindest eines Triggersignals synchronisiert werden. 14. The method according to claim 1, wherein data relating to current machining position coordinates and data relating to current penetration depth values are synchronized on the basis of at least one trigger signal.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (50;15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the projection and / or focusing of the processing beam (50;
250) auf die Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) und dem Richten des Messstrahls (28; 228) auf die Messpositionen (70, 72, 74) eine gemeinsame Zeitvorgabe zugrunde gelegt wird, und wobei das Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten auf der Grundlage der gemeinsamen Zeitvorgabe durchgeführt wird. 250) the processing positions (64, 66, 68) and the aiming of the measuring beam (28; 228) at the measuring positions (70, 72, 74) are based on a common time specification, and wherein the assignment of the penetration depth values to the respective machining position coordinates is carried out on the basis of the common timing.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Ermitteln einer aktuellen Bearbeitungsposition und eines aktuellen Eindringtiefenwerts, wobei das Zuordnen ein Ermitteln der zu der aktuellen Bearbeitungsposition gehörenden Bearbeitungspositionskoordinaten sowie deren Zuordnen zu dem aktuellen Eindringtiefenwert umfasst. 16. The method according to any one of the preceding claims, further comprising determining a current machining position and a current penetration depth value, wherein the assignment comprises determining the machining position coordinates belonging to the current machining position and assigning them to the current penetration depth value.
17. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitungsfigur (458) mit einer geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks zusammenhängt; ferner umfassend den Schritt: 17. The method according to the preamble of claim 1 and in particular according to any one of the preceding claims, wherein the machining figure (458) is associated with a geometric condition of the workpiece; further comprising the step:
Schätzen der geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") an den Messpositionen (70, 72, 74) auf der Grundlage der zugehörigen Messwerte; wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (433) umfasst, die auf einer zweidimensionalen Darstellung zumindest eines Teils der Bearbeitungsfigur und der zugehörigen geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") beruht. Estimating the geometric nature of the workpiece (W, W', W") at the measuring positions (70, 72, 74) on the basis of the associated measured values; the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (433) which is based on a two-dimensional representation of at least part of the processing figure and the associated estimated geometric condition of the workpiece (W, W', W").
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die geschätzt geometrische Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") ein Vorhandensein und/oder einen Verlauf zumindest einer Kante des Werkstücks (W, W', W") umfasst. 18. The method according to claim 17, wherein the estimated geometric nature of the workpiece (W, W′, W″) includes the presence and/or a course of at least one edge of the workpiece (W, W′, W″).
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (433) umfasst, in der eine aktuelle Bearbeitungsposition zusammen mit der Bearbeitungsfigur (458) und der geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") dargestellt ist. 19. The method according to claim 17 or 18, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (433) in which a current processing position together with the processing figure (458) and the estimated geometric condition of the workpiece (W, W', W").
20. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte: Zuordnen jeweils mehrerer unterschiedlicher Messpositionen zu den Bearbeitungspositionen (64, 66, 68); und 20. The method according to the preamble of claim 1 and in particular according to one of the preceding claims, further comprising the steps: Assigning a number of different measurement positions to the processing positions (64, 66, 68); and
Erfassen eines Bilds des Werkstücks (W, W', W") in einem Bereich einer aktuellen Bearbeitungsposition mittels zumindest einer Bilderfassungseinrichtung (227); wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (233) umfasst, die auf dem Bild des Werkstücks (W, W, W") beruht und auf der die aktuelle Bearbeitungsposition optische Informationen zu erkennen sind, die auf die jeweiligen Messpositionen rückschließen lassen. Capturing an image of the workpiece (W, W', W") in an area of a current machining position using at least one image capturing device (227); the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) being a representation (233), which is based on the image of the workpiece (W, W, W") and on which the current processing position can be seen visual information that allows conclusions to be drawn about the respective measurement positions.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Wiedergabe des erfassten Bilds des Werkstücks (W, W', W") umfasst, und wobei in dem erfassten Bild die Messpositionen als Lichtreflexe des Messstrahls (28; 228) auf dem Werkstück (W, W', W") erkennbar sind. 21. The method of claim 20, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a rendering of the captured image of the workpiece (W, W', W"), and wherein in the captured Image the measurement positions are recognizable as light reflections of the measurement beam (28; 228) on the workpiece (W, W', W").
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) auf einer Erfassung eines Bilds mittels der Bilderfassungseinrichtung (227) beruht, in dem ein Lichtreflex des Messstrahls (28; 228) zu erkennen ist, der durch Reflexion des Messstrahls (28; 228) an einer vom Werkstück (W, W', W") verschiedenen Oberfläche verursacht wird. 22. The method according to claim 20 or 21, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) is based on capturing an image by means of the image capturing device (227), in which a light reflection of the measuring beam (28 ; 228) which is caused by the reflection of the measuring beam (28; 228) on a surface different from the workpiece (W, W', W").
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei Markierungskoordinaten berechnet werden, die beschreiben, an welcher Position auf dem erfassten Bild sich die Messpositionen relativ zu dem Werkstück (W, W', W") befinden; und wobei in der zumindest einen Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) die Messpositionen durch Markierungen gekennzeichnet sind, die sich an den berechneten Markierungskoordinaten befinden. 23. The method according to any one of claims 20 to 22, wherein marking coordinates are calculated that describe the position on the captured image at which the measurement positions are relative to the workpiece (W, W ', W "); and wherein in the at least one Representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) the measurement positions are marked by markings that are located at the calculated marking coordinates.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Messstrahl (28; 228) auf zumindest eine Justiermessposition gerichtet wird; wobei mittels der Bilderfassungseinrichtung (227) zumindest ein Bild erfasst wird, in dem ein zu der zumindest einen Justiermessposition gehörender Lichtreflex des Messstrahls (28; 228) zu erkennen ist, der durch Reflexion des Messstrahl (28; 228) an einer vom Werkstück (W, W', W") verschiedenen Oberfläche verursacht wird; wobei eine geometrische Abbildung ermittelt wird, die einen Zusammenhang zwischen Koordinaten des Lichtreflexes auf dem erfassten Bild und Koordinaten der Justiermessposition auf dem erfassten Bild beschreibt; und wobei die geometrische Abbildung dazu verwendet wird, die Markierungskoordinaten zu berechnen. 24. The method according to claim 23, wherein the measurement beam (28; 228) is directed to at least one alignment measurement position; wherein at least one image is captured by means of the image capturing device (227), in which a light reflection of the measuring beam (28; 228) belonging to the at least one adjustment measuring position can be seen, which is caused by reflection of the measuring beam (28; 228) on a workpiece (W , W', W") different surface is caused; wherein a geometric image is determined which describes a relationship between coordinates of the light reflection on the captured image and coordinates of the alignment measurement position on the captured image; and wherein the geometric mapping is used to calculate the marker coordinates.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei während der Bearbeitung zumindest ein optischer Filter (339) dazu verwendet wird, eine Erfassung von Reflexionen des Messstrahls (28; 228) an einer vom Werkstück (W, W, W") verschiedenen Oberfläche durch die Bilderfassungseinrichtung (227) zu verhindern. 25. The method according to any one of claims 20 to 24, wherein during the processing at least one optical filter (339) is used to detect reflections of the measuring beam (28; 228) at a workpiece (W, W, W") different To prevent surface by the image acquisition device (227).
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitungsfigur (58; 458) eine oszillierende Bewegung des Bearbeitungsstrahls (50; 250) bewirkt, optional mit einer Frequenz von wenigstens 50 Hz. 26. The method according to any one of the preceding claims, wherein the processing figure (58; 458) causes an oscillating movement of the processing beam (50; 250), optionally with a frequency of at least 50 Hz.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die oszillierende Bewegung sinusförmige, sägezahnförmige, zick-zack-förmige, kreissegmentförmige, spiralförmige und/oder rechteckige Teilbewegungen umfasst. 27. The method according to claim 26, wherein the oscillating movement comprises sinusoidal, sawtooth-shaped, zigzag-shaped, circular segment-shaped, spiral-shaped and/or rectangular partial movements.
28. Verfahren nach Anspruch I, wobei während der oszillierenden Bewegung zumindest eine weitere Strahleigenschaft periodisch geändert wird, insbesondere ein Strahldurchmesser und/oder eine Strahlform und/oder eine Leistung und/oder eine Wellenlänge. 28. The method according to claim 1, wherein at least one further beam property is changed periodically during the oscillating movement, in particular a beam diameter and/or a beam shape and/or a power and/or a wavelength.
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine interaktive Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) umfasst. 29. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises an interactive representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433).
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die interaktive Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) erzeugt wird, indem eine vom Benutzer vorgegebene Vergrößerung und/oder ein vom Benutzer vorgegebener Betrachtungswinkel und/oder eine vom Benutzer vorgegebene Betrachtungsposition berücksichtigt wird. The method of claim 29, wherein the interactive representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) is created by using at least one of a user-specified magnification, a user-specified viewing angle, and a user-specified viewing angle viewing position is taken into account.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitungspositionskoordinaten in einer Bearbeitungsebene liegen, und wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (76, 86, 108) umfasst, die auf einer Auswahl von Bearbeitungspositionskoordinaten beruht, die auf eine einzelne Achse aufgetragen werden. 31. The method according to any one of the preceding claims, wherein the machining position coordinates are in a machining plane, and wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (76, 86, 108) based on a selection of machining position coordinates plotted on a single axis.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (108; 433) umfasst, die sich auf eine Überwachung und/oder eine Echtzeitüberwachung und/oder eine Regelung eines laufenden Bearbeitungsprozesses bezieht, und wobei die Darstellung (108; 433), die sich auf eine Überwachung und/oder eine Echtzeitüberwachung und/oder eine Regelung bezieht, auf einem vom Benutzer vorgegebenen Grenzwert (112) beruht. 32. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (108; 433) relating to monitoring and/or real-time monitoring and/or or relates to regulation of an ongoing machining process, and wherein the representation (108; 433), which relates to monitoring and/or real-time monitoring and/or regulation, is based on a limit value (112) specified by the user.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine aktuelle Messposition von einer aktuellen Bearbeitungsposition abweicht, und wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (108) umfasst, die auf der Abweichung zwischen der aktuellen Messposition und der aktuellen Bearbeitungsposition beruht. 33. The method according to any one of the preceding claims, wherein a current measurement position deviates from a current processing position, and wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (108) that is on the deviation between the current measurement position and the current processing position.
34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die aktuelle Messposition geregelt wird, und wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (108) umfasst, die ein Ergebnis des Regelns veranschaulicht. 34. The method of claim 33, wherein the current measurement position is regulated, and wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (108) that illustrates a result of the regulation.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messstrahl (28; 228) und der Bearbeitungsstrahl (50; 250) über eine gemeinsame Ablenkvorrichtung (56; 256) abgelenkt werden, und wobei die Ablenkvorrichtung (56; 256) ein Positionsrückmeldesignal erzeugt, das zur Ermittlung einer tatsächlichen Bearbeitungsposition und/oder einer tatsächlichen Messposition verwendet wird. 35. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measuring beam (28; 228) and the processing beam (50; 250) are deflected via a common deflection device (56; 256), and wherein the deflection device (56; 256) generates a position feedback signal, which is used to determine an actual machining position and/or an actual measuring position.
36. Steuereinheit (62) zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks (W, W', W") mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250), wobei die Steuereinheit (62) dazu eingerichtet und programmiert ist, die Durchführung der Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu bewirken. 36. Control unit (62) for monitoring a machining process of a workpiece (W, W', W") using a high-energy machining beam (50; 250), the control unit (62) being set up and programmed to carry out the method steps of a method to effect any of the preceding claims.
37. Computerprogrammprodukt, umfassend Anweisungen, die dann, wenn sie mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, die Durchführung der Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 35 zu bewirken. 37. A computer program product comprising instructions which, when executed by means of a data processing device, cause the method steps of a method according to any one of claims 1 to 35 to be carried out.
38. Vorrichtung (12; 212; 312) zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses eines Werkstücks (W, W', W"), insbesondere eines Laserschweißens, mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, wobei die Vorrichtung (12; 212; 312) eingerichtet ist zum: 38. Device (12; 212; 312) for monitoring a machining process of a workpiece (W, W', W"), in particular laser welding, by means of a high-energy machining beam (50; 250), in particular according to a method according to one of claims 1 to 35, wherein the device (12; 212; 312) is set up for:
Erzeugen eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250) sowie Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (50; 250) auf das Werkstück (W, W', W") gemäß einer Bearbeitungsfigur (58; 258), die mehrere Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) mit zugehörigen mehrdimensionalen Bearbeitungspositionskoordinaten definiert; Generating a high-energy processing beam (50; 250) and projecting and/or focusing the processing beam (50; 250) onto the workpiece (W, W', W") according to a processing figure (58; 258) which has a plurality of processing positions (64, 66 , 68) with associated multi-dimensional machining position coordinates;
Erzeugen eines Messstrahls (28; 228) mittels eines optischen Kohärenztomographen (16), wobei der Messstrahl (28; 282) in den Bearbeitungsstrahl (50; 250) einkoppelbar ist; Generating a measuring beam (28; 228) by means of an optical coherence tomograph (16), wherein the measuring beam (28; 282) can be coupled into the processing beam (50; 250);
Bestimmen von Messpositionen (70, 72, 74) auf dem Werkstück (W, W', W") an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) und/oder in deren Nähe; und determining measurement positions (70, 72, 74) on the workpiece (W, W', W") at at least some of the machining positions (64, 66, 68) and/or in their vicinity; and
Erzeugen zumindest einer Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433), die auf mehrdimensional ortsabhängiger Information beruht, die sich auf die Bearbeitungspositionskoordinaten, die Messwerte und/oder die Messpositionen (70, 72, 74) bezieht; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12, 212, 312) eingerichtet ist zum: Generating at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) which is based on multi-dimensional, location-dependent information which relates to the machining position coordinates, the measured values and/or the measured positions (70, 72, 74); characterized in that the device (12, 212, 312) is arranged for:
Bestimmen von Eindringtiefenwerten für eine jeweilige Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls (50; 250) in das Werkstück (W, W', W") an zumindest einigen der Bearbeitungspositionen (64, 66, 68) während des Bearbeitungsprozesses mittels des optischen Kohärenztomographen (16) durch Richten des Messstrahls (28; 228) auf geeignete Messpositionen (70, 73, 74) auf dem Werkstück (W, W', W"); undDetermining penetration depth values for a respective penetration depth of the processing beam (50; 250) into the workpiece (W, W', W") at at least some of the processing positions (64, 66, 68) during the processing process using the optical coherence tomograph (16) by directing of the measuring beam (28; 228) to suitable measuring positions (70, 73, 74) on the workpiece (W, W', W"); and
Zuordnen der Eindringtiefenwerte zu den jeweiligen Bearbeitungspositionskoordinaten; wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110) umfasst, die auf den zugeordneten Eindringtiefenwerten und Bearbeitungspositionskoordinaten beruht. Assigning the penetration depth values to the respective machining position coordinates; wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (76, 86, 102, 106, 110) based on the associated penetration depth values and machining position coordinates.
39. Vorrichtung (12; 212; 312) nach dem Oberbegriff von Anspruch 38 und insbesondere nach Anspruch 38, wobei die Bearbeitungsfigur (458) mit einer geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") zusammenhängt; und wobei die Vorrichtung (12; 212; 312) ferner eingerichtet ist zum: Schätzen der geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") an den Messpositionen (70, 72, 74) auf der Grundlage der zugehörigen Messwerte; wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (433) umfasst, die auf einer zweidimensionalen Darstellung zumindest eines Teils der Bearbeitungsfigur (458) und der zugehörigen geschätzten geometrischen Beschaffenheit des Werkstücks (W, W', W") beruht. 39. Device (12; 212; 312) according to the preamble of claim 38 and in particular according to claim 38, wherein the machining figure (458) is associated with a geometric condition of the workpiece (W, W', W"); and wherein the device ( 12; 212; 312) is further configured to: estimate the geometry of the workpiece (W, W', W") at the measurement positions (70, 72, 74) based on the associated measurement values; wherein the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) comprises a representation (433) which is based on a two-dimensional representation of at least a part of the processing figure (458) and the associated estimated geometric condition of the workpiece (W , W', W").
40. Vorrichtung (12, 212, 312) nach dem Oberbegriff von Anspruch 38 und insbesondere nach Anspruch 38 oder 39, wobei die Vorrichtung (12, 212, 312) ferner eingerichtet ist zum: 40. Device (12, 212, 312) according to the preamble of claim 38 and in particular according to claim 38 or 39, wherein the device (12, 212, 312) is further arranged for:
Zuordnen jeweils mehrerer unterschiedlicher Messpositionen zu den Bearbeitungspositionen; Assigning a number of different measurement positions to the processing positions;
Erfassen eines Bilds des Werkstücks (W, W', W") in einem Bereich einer aktuellen Bearbeitungsposition mittels zumindest einer Bilderfassungseinrichtung (227); wobei die zumindest eine Darstellung (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) eine Darstellung (233) umfasst, die auf dem Bild des Werkstücks (W, W', W") beruht und auf der die aktuelle Bearbeitungsposition sowie optische Informationen zu erkennen sind, die auf der aktuellen Bearbeitungsposition zugeordnete unterschiedliche Messpositionen rückschließen lassen. Capturing an image of the workpiece (W, W', W") in an area of a current machining position using at least one image capturing device (227); the at least one representation (76, 86, 102, 106, 110; 233; 433) being a representation (233), which is based on the image of the workpiece (W, W', W") and on which the current machining position and optical information can be recognized which allow conclusions to be drawn about the different measurement positions assigned to the current machining position.
41. Bearbeitungssystem (10, 210, 310) zum Durchführen und Überwachen eines Bearbeitungsprozesses, insbesondere eines Laserschweißens, eines Werkstücks (W, W', W") mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250), umfassend: eine Bearbeitungseinheit (46; 246) mit einer Bearbeitungsstrahlquelle (48) zum Erzeugen des hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (50; 250) und mit einer Bearbeitungsstrahloptik (32) zum Projizieren und/oder Fokussieren des Bearbeitungsstrahls (50; 250) auf eine Bearbeitungsposition (64, 66, 68) auf dem Werkstück (W, W', W"); einen optischen Kohärenztomographen (16) zum Erzeugen eines Messstrahls (28; 228), wobei der Messstrahl (28; 228) in den Bearbeitungsstrahl (50; 250) einkoppelbar ist; und eine Steuereinheit (62), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35 durchzuführen. 41. Machining system (10, 210, 310) for performing and monitoring a machining process, in particular laser welding, of a workpiece (W, W', W") using a high-energy machining beam (50; 250), comprising: a machining unit (46; 246 ) with a processing beam source (48) for generating the high-energy processing beam (50; 250) and with processing beam optics (32) for projecting and/or focusing the processing beam (50; 250) onto a processing position (64, 66, 68) on the workpiece (W, W', W"); an optical coherence tomograph (16) for generating a measuring beam (28; 228), wherein the measuring beam (28; 228) can be coupled into the processing beam (50; 250); and a control unit (62) which is set up to carry out a method according to any one of claims 1 to 35.
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