DE102022119004A1

DE102022119004A1 - LMD method with optical position correction and device therefor

Info

Publication number: DE102022119004A1
Application number: DE102022119004.8A
Authority: DE
Inventors: Rainer Beccard; Oliver Steffens; Gregor Bultel
Original assignee: Lunovu GmbH
Current assignee: Lunovu GmbH
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2024-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken bei dem das Werkstück (1) an einer Bearbeitungsstelle (8) mit einer die Oberfläche (2) des Werkstücks (1) lokal aufheizenden Leistung beaufschlagt wird, wobei die Bearbeitungsstelle (8) als Folge einer Relativbewegung eines die Leistung abgebenden Bearbeitungskopfes (10) gegenüber dem Werkstück (1) auf der Oberfläche (2) in einer Vorschubrichtung (V) entlang einer von einer Steuereinrichtung (5) gesteuerten Bewegungsbahn (4) wandert, wobei mittels einer Sensoranordnung (5) in einem Beobachtungsbereich Istwerte der Geometrie des Werkstücks (1) gemessen werden, die von der Steuereinrichtung (5) zur Positionierung der Bearbeitungsstelle (8) verwendet werden. Um bei der Steuerung der Bewegungsbahn (4) der Bearbeitungsstelle (8) auf Änderungen der Geometrie des Werkstücks reagieren zu können, wird vorgeschlagen, dass der Beobachtungsbereich in der Vorschubrichtung (V) oder in einer Bearbeitungsrichtung (B), in der sich die Bearbeitungsstelle (8) nach mehrmaligem Hin- und Herbewegen auf der Oberfläche (2) bewegt, vor der Bearbeitungsstelle (8) liegt und in der Steuereinrichtung (7) Sollwerte der Geometrie des Werkstücks (1) gespeichert sind, wobei die Steuereinrichtung (7) durch In-Beziehung-Setzen der im Beobachtungsbereich gewonnenen Istwerte mit den dazu örtlich korrespondierenden Sollwerten Korrekturwerte ermittelt und diese Korrekturwerte zur Berechnung der Position der Bearbeitungsstelle (8) beim Erreichen des Beobachtungsbereichs verwendet.The invention relates to a device and a method for processing workpieces, in which the workpiece (1) at a processing point (8) is subjected to a power that locally heats the surface (2) of the workpiece (1), the processing point (8) being As a result of a relative movement of a machining head (10) that delivers the power relative to the workpiece (1), it moves on the surface (2) in a feed direction (V) along a movement path (4) controlled by a control device (5), by means of a sensor arrangement (5 ) Actual values of the geometry of the workpiece (1) are measured in an observation area, which are used by the control device (5) to position the processing point (8). In order to be able to react to changes in the geometry of the workpiece when controlling the movement path (4) of the processing point (8), it is proposed that the observation area be in the feed direction (V) or in a processing direction (B) in which the processing point ( 8) moves on the surface (2) after repeated back and forth movements, lies in front of the processing point (8) and setpoint values of the geometry of the workpiece (1) are stored in the control device (7), the control device (7) being controlled by input Relating the actual values obtained in the observation area with the locally corresponding target values determines correction values and uses these correction values to calculate the position of the processing point (8) when the observation area is reached.

Description

Gebiet der Technikfield of technology

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken bei dem das Werkstück an einer Bearbeitungsstelle mit einer die Oberfläche des Werkstücks lokal aufheizenden Leistung beaufschlagt wird, wobei die Bearbeitungsstelle als Folge einer Relativbewegung einer Quelle der Leistung gegenüber dem Werkstück auf der Oberfläche in einer Vorschubrichtung entlang einer von einer Steuereinrichtung gesteuerten Bewegungsbahn wandert, wobei mittels einer Sensoranordnung in einem Beobachtungsbereich Istwerte der Geometrie des Werkstücks gemessen werden, wobei die von der Steuereinrichtung zur Positionierung der Bearbeitungsstelle verwendet werden.The invention relates to a method for machining workpieces in which the workpiece at a machining point is subjected to a power that locally heats the surface of the workpiece, the machining point being as a result of a relative movement of a source of power relative to the workpiece on the surface in a feed direction along a Movement path controlled by a control device moves, actual values of the geometry of the workpiece being measured by means of a sensor arrangement in an observation area, which are used by the control device to position the processing point.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Werkstückträger zum Tragen des Werkstücks, einem Bearbeitungskopf zum Erzeugen einer das Werkstück an einer Bearbeitungsstelle der Oberfläche aufheizenden Leistung, einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegungsbahn der Bearbeitungsstelle und einer Sensoranordnung zur Messung von Istwerten der Geometrie des Werkstücks.The invention also relates to a device for carrying out the method with a workpiece carrier for carrying the workpiece, a processing head for generating a power that heats the workpiece at a processing point on the surface, a control device for controlling the movement path of the processing point and a sensor arrangement for measuring actual values of the Geometry of the workpiece.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 198 52 302 A1 beschreibt ein Laser-Schweiß-Verfahren, mit dem an einer sich entlang einer Bewegungsbahn über die Oberfläche des Werkstücks bewegenden Bearbeitungsstelle eine Schweißnaht erzeugt wird. Mittels einer optischen Sensoranordnung wird das Werkstück an der Schweißnaht beobachtet. Hierzu erzeugt ein Messlaser eine die Bearbeitungsstelle umgebende Lichtlinie, die von einem optischen Sensor der Sensoranordnung beobachtet werden kann. Damit wird die Nahtgeometrie vermessen. Die Vermessung kann zur Regelung variabler Prozessgrößen eingesetzt werden. Dazu gehört auch die Positionierung von Werkstücken.The DE 198 52 302 A1 describes a laser welding process with which a weld seam is created at a processing point that moves along a movement path over the surface of the workpiece. The workpiece is observed at the weld seam using an optical sensor arrangement. For this purpose, a measuring laser generates a line of light surrounding the processing point, which can be observed by an optical sensor of the sensor arrangement. This is used to measure the seam geometry. The measurement can be used to control variable process variables. This also includes the positioning of workpieces.

Die DE 10 2020 215 360 A1 beschreibt ein LMD-Verfahren, bei dem mit einem optischen Sensor das Schmelzbad einer auf der Oberfläche eines Werkstücks erzeugten Metallschmelze beobachtet wird.The DE 10 2020 215 360 A1 describes an LMD process in which the melt pool of a molten metal produced on the surface of a workpiece is observed using an optical sensor.

Aus der CN 112853348 A ist ein LMD-Verfahren bekannt, bei dem ein Abstandssensor verwendet wird.From the CN 112853348 A an LMD method is known in which a distance sensor is used.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen Werkstücke dadurch bearbeitet werden, dass das Werkstück an einer Bearbeitungsstelle durch eine lokale Beaufschlagung mit Leistung aufgeheizt wird. Ein derartiges Verfahren ist insbesondere die Laser-Metal-Deposition (LMD, welches auch unter den Bezeichnungen Direct Metal Deposition, Direct Energy Deposition oder Laser Cladding bezeichnet wird). Die Erfindung betrifft aber auch andere Verfahren, beispielsweise Schweißverfahren, bei denen punktuell eine Aufheizung der Oberfläche des Werkstücks stattfindet. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Verfahren, bei denen ein 3-D-Aufbau der Metalloberfläche stattfindet (LMD, Laser-Metal-Fusion, Laser-Cusing, Elektronenstrahlschmelzen oder Lasermetall-Sintern). Mit diesen Verfahren wird auf Substrate oder bereits bestehende dreidimensionale Strukturen von Werkstücken Material aufgetragen, sodass neue Strukturen entstehen oder die bereits bestehenden Strukturen vergrößert werden. Dies kann mit vergleichsweise hohen Aufbauraten erfolgen. Beim LMD-Verfahren wird ein Metallpulver mit einem Gasstrom zu einer Bearbeitungsstelle auf der Oberfläche des Werkstücks transportiert. Hierzu besitzt ein Bearbeitungskopf eine geeignete Düse, die einen Metall/ Gasstrom zu einer im Wesentlichen punktförmigen Bearbeitungsstelle transportiert. An diesem fokussierten Bearbeitungspunkt wird das Pulver mit lokal wirkender Wärmezufuhr, beispielsweise mittels eines Lasers, aufgeschmolzen. Wird die Düse relativ zum Werkstück bewegt, so wandert das Schmelzbad mit dem aufgeschmolzenen Metallpulver über die Oberfläche. Die Metallschmelze erstarrt außerhalb des Laserfokus. Auf diese Weise werden Spuren oder Schweißbahnen aus Metall auf der Oberfläche des Werkstücks aufgebracht. Durch geeignete Bewegungen des Werkstücks relativ zur Düse können nahezu beliebige dreidimensionale Strukturen aus einzelnen Spuren, die nebeneinanderliegen können, erzeugt werden. Die Bewegung der Bearbeitungsstelle, an der Pulver zugeführt und geschmolzen wird, wird üblicherweise numerisch durch ein CNC- oder Roboterprogramm gesteuert. Die Steuereinrichtung verwendet dabei Daten, die der Sollform des Werkstücks entsprechen oder mit dieser in einer Beziehung stehen. Bei der Bearbeitung wird die Bearbeitungsstelle in einer Vorschubrichtung verlagert und erzeugt dabei einen Materialstreifen. Beim großflächigen Materialauftrag werden mehrere derartige Streifen nebeneinander oder übereinander aufgebracht. Die Streifen können sich dabei berühren. Dies erfolgt durch eine Hin- und Herbewegung der Bearbeitungsstelle und eine schrittweise Verlagerung der Bearbeitungsstelle in einer Bearbeitungsrichtung, sodass die nacheinander jeweils in einer Vorschubrichtung aufgebrachten Zeilen zu einer in einer Bearbeitungsrichtung anwachsenden Fläche führen. Die Bearbeitungsrichtung kann beispielsweise senkrecht zur Vorschubrichtung verlaufen.With the method according to the invention, workpieces are to be processed by heating the workpiece at a processing point by local application of power. One such method is in particular laser metal deposition (LMD, which is also known as direct metal deposition, direct energy deposition or laser cladding). However, the invention also relates to other processes, for example welding processes, in which the surface of the workpiece is heated at certain points. The invention particularly relates to methods in which a 3D structure of the metal surface takes place (LMD, laser metal fusion, laser cusing, electron beam melting or laser metal sintering). With these processes, material is applied to substrates or existing three-dimensional structures of workpieces, so that new structures are created or the existing structures are enlarged. This can be done with comparatively high build rates. In the LMD process, a metal powder is transported with a gas stream to a processing point on the surface of the workpiece. For this purpose, a processing head has a suitable nozzle that transports a stream of metal/gas to a substantially point-shaped processing point. At this focused processing point, the powder is melted using locally applied heat, for example using a laser. If the nozzle is moved relative to the workpiece, the melt pool with the melted metal powder moves over the surface. The molten metal solidifies outside the laser focus. In this way, traces or welding tracks of metal are applied to the surface of the workpiece. By appropriate movements of the workpiece relative to the nozzle, almost any three-dimensional structures can be created from individual tracks that can lie next to each other. The movement of the processing point where powder is fed and melted is usually controlled numerically by a CNC or robot program. The control device uses data that correspond to the desired shape of the workpiece or are related to it. During machining, the machining point is shifted in a feed direction and thereby creates a strip of material. When applying material to large areas, several such strips are applied next to each other or on top of each other. The strips can touch each other. This is done by moving the processing point back and forth and gradually displacing the processing point in a processing direction, so that the lines applied one after the other in a feed direction lead to a surface that increases in a processing direction. The processing direction can, for example, run perpendicular to the feed direction.

Die Steuereinrichtung enthält geometrische Daten, die einen Sollzustand des Werkstücks wiedergeben, das zumindest eine Fläche aufweist, die flächig beschichtet werden kann. Hierzu können mehrere linienförmige Materialstreifen nebeneinander aufgebracht werden. Die Beschichtung kann in einer periodischen Bewegung, beispielsweise hin und her pendelnd oder in Mäandern erzeugt werden, wobei einzelne Schweißbahnen unmittelbar nebeneinander abgelegt werden. In vielen Fällen ist allerdings die genaue geometrische Form des Werkstücks zum Zeitpunkt der Bearbeitung nicht bekannt, weil sich die geometrische Form aufgrund einer beispielsweise thermischen Vorbehandlung durch Verzüge geändert hat oder weil sich die geometrische Form durch die Bearbeitung mittels LMD geändert hat. Probleme entstehen insbesondere dann, wenn die Werkstücke bei ihrer Herstellung nicht maßhaltig gefertigt werden. Wenn derartige Abweichungen von der Soll-Geometrie vor der LMD-Behandlung nicht korrigiert werden, kann die nachfolgende Behandlung zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Die Ist-Form des Werkstücks kann in allen drei Raumrichtungen von der Sollform abweichen. Die Steuerung der Bewegungsbahn der Bearbeitungsstelle erfolgt jedoch beim Stand der Technik auf der Basis der Sollform. Soll eine Schweißbahn genau entlang einer Kante eines Bauteils oder in einem festgelegten Abstand zu einer Kante des Bauteils oder eines anderen Strukturelementes des Bauteils aufgebracht werden, so führt dies zu Fehlern, wenn die genaue Lage der Kante bzw. des Strukturelementes nicht bekannt ist.The control device contains geometric data that represents a target state of the workpiece, which has at least one surface can be coated flat. For this purpose, several linear strips of material can be applied next to each other. The coating can be produced in a periodic movement, for example oscillating back and forth or in meanders, with individual welding tracks being placed directly next to one another. In many cases, however, the exact geometric shape of the workpiece is not known at the time of machining because the geometric shape has changed due to distortion, for example due to thermal pretreatment, or because the geometric shape has changed due to machining using LMD. Problems arise in particular when the workpieces are not manufactured to true dimensions during production. If such deviations from the target geometry are not corrected before LMD treatment, subsequent treatment may lead to erroneous results. The actual shape of the workpiece can deviate from the target shape in all three spatial directions. However, in the prior art, the control of the movement path of the processing point is based on the target shape. If a welding path is to be applied exactly along an edge of a component or at a specified distance from an edge of the component or another structural element of the component, this leads to errors if the exact position of the edge or the structural element is not known.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen den zuvor beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik entgegengewirkt werden kann. Mit der Erfindung soll insbesondere erreicht werden, dass der Materialauftrag genau in den gewünschten Bereichen stattfindet.The invention is based on the object of specifying measures with which the previously described disadvantages of the prior art can be counteracted. The invention is intended in particular to ensure that the material application takes place exactly in the desired areas.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung darstellen, sondern grundsätzlich auch eigenständige Lösungen der Aufgabe sind.The problem is solved by the invention specified in the claims, whereby the subclaims not only represent advantageous developments of the invention specified in the independent claims, but are also fundamentally independent solutions to the problem.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert einen Sensor, der geeignet ist, in zwei oder drei Dimensionen die tatsächliche Geometrie des Bauteils zu erfassen. Dieser Sensor kann beispielsweise ein optischer, mechanischer oder bildgebender Sensor sein, und er kann beispielsweise so angeordnet sein, dass er sich zusammen mit einem Bearbeitungskopf bewegt, mit dem das Material auf dem Werkstück aufgebracht wird. Es ist aber auch vorgesehen, dass sich der Sensor an einem gesonderten beweglichen Element befindet, das sich mit dem Bearbeitungskopf mitbewegt oder das in der Lage ist, einen Beobachtungsbereich über die Oberfläche des Werkstücks wandern zu lassen. Erfindungsgemäß wandert die Bearbeitungsstelle in einer Bewegungsrichtung entlang einer von der Steuereinrichtung gesteuerten Bewegungsbahn über die Werkstückoberfläche. Betrifft die Bearbeitung nur das Auftragen einer einzelnen Schweißbahn, so ist die Bewegungsbahn die Vorschubrichtung. Wird hingegen eine flächige Struktur aufgetragen, bei der sich die Bearbeitungsstelle zeilenweise in eine Bearbeitungsrichtung fortbewegt, so ist die Bewegungsrichtung die Richtung, in der die Anzahl der Zeilen anwächst. Sie kann aber hier auch die Vorschubrichtung sein. Der Beobachtungsbereich kann eine punktförmige oder eine linienförmige Fläche sein. Der Beobachtungsbereich kann aber auch eine größere Fläche sein. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Beobachtungsbereich ein oder mehrere Beobachtungsstellen aufweist. Die Steuereinrichtung kann in einer ähnlichen Weise auch die Sensoranordnung derart bewegen, dass sich der Beobachtungsbereich über die Werkstückoberfläche bewegt. Damit soll der Bearbeitungsbereich vorlaufend erfasst werden. Der Bearbeitungsbereich soll erfindungsgemäß in der Bewegungsrichtung vor der Bearbeitungsstelle liegen, sodass dort die Geometrie des Werkstücks erfasst werden kann. Es werden geometrische Istwerte gewonnen, die mit den in der Steuereinrichtung gespeicherten Sollwerten der Geometrie in eine Beziehung gesetzt werden, sodass für eine Bearbeitungsstelle, die erst zu einem späteren Zeitpunkt erreicht wird, Korrekturwerte ermittelt werden. Diese Korrekturwerte werden zur Berechnung der Position der Bearbeitungsstelle verwendet, wenn diese den aktuellen Beobachtungsbereich erreicht. Die Steuereinrichtung ist derart programmiert, dass sie permanent die geometrische Istform in einem Bereich, der räumlich vor der Bearbeitungsstelle liegt, ermittelt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass dem hierzu verwendeten optischen Sensor auch ein Strukturelement, beispielsweise eine Kante des Werkstücks, erfasst wird, die außerhalb der aktuellen Bewegungsbahn der Bearbeitungsstelle liegt. Wird beispielsweise eine Schweißbahn mit einem Abstand parallel zu einer Kante gelegt, so kann diese Kante vom Sensor erfasst werden, um daraus die Istform des Werkstücks zu berechnen. Dasselbe gilt, wenn sich die Bearbeitungsstelle auf eine Kante zu bewegt. Dann wird dieses entfernt von der Bearbeitungsstelle liegende Strukturelement vom Sensor miterfasst, um die Istform des Werkstücks zu bestimmen. Eine Kante oder dergleichen des Strukturelementes kann eine Beobachtungsstelle sein.The method according to the invention requires a sensor that is suitable for detecting the actual geometry of the component in two or three dimensions. This sensor can be, for example, an optical, mechanical or imaging sensor, and it can, for example, be arranged so that it moves together with a processing head with which the material is applied to the workpiece. However, it is also provided that the sensor is located on a separate movable element that moves with the processing head or that is able to allow an observation area to move over the surface of the workpiece. According to the invention, the processing point moves in a direction of movement along a movement path controlled by the control device over the workpiece surface. If the processing only concerns the application of a single weld path, the movement path is the feed direction. If, on the other hand, a flat structure is applied in which the processing point moves line by line in a processing direction, the direction of movement is the direction in which the number of lines increases. But it can also be the feed direction here. The observation area can be a point-shaped or a line-shaped area. The observation area can also be a larger area. It is in particular provided that the observation area has one or more observation points. In a similar manner, the control device can also move the sensor arrangement in such a way that the observation area moves over the workpiece surface. This is intended to record the processing area in advance. According to the invention, the processing area should be in front of the processing point in the direction of movement, so that the geometry of the workpiece can be recorded there. Geometric actual values are obtained, which are put into a relationship with the target geometry values stored in the control device, so that correction values are determined for a processing point that is only reached at a later point in time. These correction values are used to calculate the position of the processing point when it reaches the current observation area. The control device is programmed in such a way that it permanently determines the actual geometric shape in an area that is spatially in front of the processing point. In particular, it is provided that the optical sensor used for this purpose also detects a structural element, for example an edge of the workpiece, which lies outside the current movement path of the processing point. For example, if a welding path is placed at a distance parallel to an edge, this edge can be detected by the sensor in order to calculate the actual shape of the workpiece. The same applies if the processing point moves towards an edge. This structural element, which is located away from the processing point, is then detected by the sensor in order to determine the actual shape of the workpiece. An edge or the like of the structural element can be an observation point.

Anders als bei einer Vorrichtung, wie sie in der DE 19852302 A1 beschrieben wird, bei der mit einer optischen Sensoranordnung nur der Bereich der Schweißnaht beobachtet wird, soll die Beobachtungsstelle in der Bewegungsrichtung der Bearbeitungsbereich vor der Bearbeitungsstelle liegen. Dort werden Istwerte der Geometrie des Werkstücks ermittelt. Die dort ermittelten Istwerte werden mit Sollwerten in Beziehung gebracht, die in der Steuereinrichtung beispielsweise als CNC- oder Roboter-Steuerdaten abgespeichert sind. Dabei werden Abweichungen der Sollform von der Istform berechnet. Aus diesen Abweichungen können Korrekturwerte gewonnen werden, mit denen die Bewegungsbahn der Bearbeitungsstelle derart korrigiert wird, dass die Bearbeitungsstelle an oder in Nähe der vormaligen Beobachtungsstelle die richtige Position einnimmt. Es kann vorgesehen sein, dass sich der Bearbeitungsbereich über ein außerhalb der aktuellen Bewegungsbahn angeordnetes Strukturelement, beispielsweise einer Kante des Werkstücks erstreckt. Eine ermittelte Istposition kann mit einer Sollposition des Strukturelementes in Beziehung gesetzt werden, um den Korrekturwert zu ermitteln. Der Sensor kann ein taktiler Sensor sein, der bestimmte Geometriemerkmale des Werkstücks erfasst. Die Sensoranordnung kann einen Bildsensor aufweisen, der eine Sensorfläche aufweist, auf den ein Abbild des Werkstücks projiziert wird. Die Sensoranordnung kann aber auch einen Messlaser aufweisen, der einen aufgefächerten Laserstrahl erzeugen kann. Dieser aufgefächerte Laserstrahl kann auf der Oberfläche des Werkstücks eine Lichtlinie erzeugen. Die derart auf die Oberfläche des Werkstücks projizierte Lichtlinie kann von einem optischen Sensor aufgenommen werden. Hierzu kann ein bilderkennendes Verfahren verwendet werden. Der optische Sensor kann dann mit einer Linse eines abbildenden Systems zusammenwirken. Die Lichtlinie bildet dann einen linienförmigen Beobachtungsbereich. Schneidet die Linie Kanten oder dergleichen, so können diese Schnittpunkte Beobachtungsstellen sein. Es können mehrere Sensoren vorgesehen sein oder es kann ein einziger Sensor vorgesehen sein, mit dem der dreidimensionale, also räumliche, Verlauf der Lichtlinie ermittelt werden kann. Die Lichtlinie kann dabei die Bewegungsbahn kreuzen. Sie kann aber auch parallel zur Bewegungsbahn verlaufen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung, die einen Laser und zumindest einen optischen Sensor beinhalten kann, fest mit einer Quelle der Hochenergiestrahlung verbunden ist. Beispielsweise kann die Hochenergiestrahlung aus einem Bearbeitungskopf heraustreten, der mit einem Abstand über die Werkstückoberfläche wandert. Die Sensoranordnung kann fest mit diesem Bearbeitungskopf verbunden sein. In einer Variante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung an einem gesonderten Sensorträger angeordnet ist, der unabhängig vom Bearbeitungskopf verlagert werden kann. Der Sensorträger kann in mehreren Raumrichtungen verlagerbar sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Sensorträger lediglich um eine Raumachse verschwenkt werden kann, um dadurch eine Lichtlinie über die Oberfläche des Werkstücks wandern zu lassen. Das Verfahren wird besonders bevorzugt bei der Materialabscheidung auf metallischen Werkstücken verwendet, bei dem ein Metallpulver der Oberfläche zugeführt wird, welches an einer Bearbeitungsstelle mittels Laserbestrahlung geschmolzen wird, sodass sich eine Metallrippe ausbildet. Der Bearbeitungsbereich kann einerseits bei gleichbleibender Beabstandung zur Bearbeitungsstelle mit der Bearbeitungsstelle über die Werkstückoberfläche wandern. Unlike a device like the one in the DE 19852302 A1 is described, in which only the area of the weld seam is observed with an optical sensor arrangement, the observation point should be in the direction of movement of the machining area in front of the processing point. Actual values of the geometry of the workpiece are determined there. The actual values determined there are related to setpoint values that are stored in the control device, for example as CNC or robot control data. Deviations between the target form and the actual form are calculated. From these deviations, correction values can be obtained with which the movement path of the processing point is corrected in such a way that the processing point assumes the correct position at or near the previous observation point. It can be provided that the processing area extends over a structural element arranged outside the current movement path, for example an edge of the workpiece. A determined actual position can be related to a target position of the structural element in order to determine the correction value. The sensor can be a tactile sensor that detects certain geometric features of the workpiece. The sensor arrangement can have an image sensor that has a sensor surface onto which an image of the workpiece is projected. However, the sensor arrangement can also have a measuring laser that can generate a fanned laser beam. This fanned laser beam can create a line of light on the surface of the workpiece. The line of light projected onto the surface of the workpiece in this way can be recorded by an optical sensor. An image recognition method can be used for this. The optical sensor can then interact with a lens of an imaging system. The light line then forms a line-shaped observation area. If the line intersects edges or the like, these intersection points can be observation points. Several sensors can be provided or a single sensor can be provided with which the three-dimensional, i.e. spatial, course of the light line can be determined. The line of light can cross the movement path. But it can also run parallel to the movement path. In a further development of the invention it is provided that the sensor arrangement, which can contain a laser and at least one optical sensor, is firmly connected to a source of high-energy radiation. For example, the high-energy radiation can emerge from a processing head that travels at a distance over the workpiece surface. The sensor arrangement can be firmly connected to this processing head. In a variant of the invention, it can also be provided that the sensor arrangement is arranged on a separate sensor carrier, which can be moved independently of the processing head. The sensor carrier can be displaceable in several spatial directions. However, it can also be provided that the sensor carrier can only be pivoted about a spatial axis in order to allow a line of light to travel over the surface of the workpiece. The method is particularly preferably used in material deposition on metallic workpieces, in which a metal powder is fed to the surface, which is melted at a processing point using laser irradiation, so that a metal rib is formed. On the one hand, the processing area can move with the processing point over the workpiece surface while maintaining the same distance from the processing point.

Andererseits kann sich aber auch die Bearbeitungsstelle relativ zum Beobachtungsbereich verlagern. Der Abstand zwischen Bearbeitungsstelle und dem Beobachtungsbereich kann somit bei fortschreitender Bearbeitung des Werkstücks größer werden oder kleiner werden. In beiden Fällen findet eine Beobachtung eines von der Bearbeitungsstelle entfernten Strukturelementes statt.On the other hand, the processing point can also shift relative to the observation area. The distance between the processing point and the observation area can therefore increase or decrease as the workpiece is processed. In both cases, a structural element that is removed from the processing point is observed.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt insbesondere einen Werkstückträger, der das Werkstück trägt. Das Werkstück kann in geeigneter Weise am Werkstückträger fixiert werden. Die Vorrichtung besitzt darüber hinaus einen Bearbeitungskopf, der eine Austrittsöffnung insbesondere eine Düse, zum Erzeugen eines Metallpulver-Gas-Strahls zur Oberfläche des Werkstücks aufweisen kann. Der Bearbeitungskopf kann ferner eine Austrittsoptik aufweisen, durch die ein hoch energetischer Laserstrahl austreten kann, der an einer Bearbeitungsstelle auf der Werkstückoberfläche das mit der Düse dorthin transportierte Metallpulver aufschmelzen kann. Die Vorrichtung besitzt darüber hinaus eine Steuereinrichtung, mit der der Bearbeitungskopf relativ gegenüber dem Werkstückträger verlagerbar ist, sodass sich die Bearbeitungsstelle über die Werkstückoberfläche entlang vorbestimmter Bewegungsbahnen steuern lässt. Es ist ferner eine Sensoranordnung vorgesehen, mit der sich Istwerte der Geometrie des Werkstücks an zumindest einer Beobachtungsstelle ermitteln lassen. Die Sensoranordnung ist dabei so angeordnet und wird von der Steuereinrichtung so betrieben, dass der Beobachtungsbereich beziehungsweise eine Beobachtungsstelle in einer Bewegungsrichtung der Bearbeitungsstelle vor der Bearbeitungsstelle liegt, sodass die tatsächliche Geometrie des Werkstücks zu einem Zeitpunkt ermittelt werden kann, der kurz vor der Bearbeitung ist. Dieser kleine Zeitversatz wird von der Steuereinrichtung verwendet, um die Position der Bearbeitungsstelle durch Beeinflussung der Relativbewegung von Werkzeugträger und Bearbeitungskopf zu beeinflussen.A device for carrying out the method has in particular a workpiece carrier which carries the workpiece. The workpiece can be fixed to the workpiece carrier in a suitable manner. The device also has a processing head, which can have an outlet opening, in particular a nozzle, for generating a metal powder-gas jet to the surface of the workpiece. The processing head can also have exit optics through which a high-energy laser beam can emerge, which can melt the metal powder transported there with the nozzle at a processing point on the workpiece surface. The device also has a control device with which the processing head can be displaced relative to the workpiece carrier, so that the processing point can be controlled via the workpiece surface along predetermined movement paths. A sensor arrangement is also provided with which actual values of the geometry of the workpiece can be determined at at least one observation point. The sensor arrangement is arranged and is operated by the control device in such a way that the observation area or an observation point lies in front of the processing point in a direction of movement of the processing point, so that the actual geometry of the workpiece can be determined at a time that is shortly before processing. This small time offset is used by the control device to influence the position of the machining point by influencing the relative movement of the tool carrier and machining head.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Sensoranordnung 5 an einem Bearbeitungskopf befestigt ist,
2 in einer perspektivischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Sensoranordnung 5 an einem Sensorträger 18 befestigt ist, der unabhängig vom Bearbeitungskopf 10 verlagert werden kann und
3 schematisch in einer Ansicht die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 in a perspective view a first exemplary embodiment, in which a sensor arrangement 5 is attached to a processing head,
2 in a perspective view a second exemplary embodiment, in which the sensor arrangement 5 is attached to a sensor carrier 18, which can be displaced independently of the processing head 10 and
3 schematically in one view the device for carrying out the method according to the invention.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Die 1 zeigt ein auf einem dort nicht, aber in der 3, dargestellten Werkstückträger 11 befestigtes Werkstück 1, das eine Werkstückoberfläche 2 aufweist, auf der dicht nebeneinander liegende Schweißrippen 16 aufgebracht werden, mit denen die Oberfläche 2 aufgebaut wird. Das Werkstück 1 besitzt ein Strukturelement 6, das eine Kante 6' ausbildet. Das Werkstück 1 kann weitere Strukturelemente, beispielsweise eine Kante 1', aufweisen. Beim Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Schweißrippen 16 parallel zur Kante 6' beziehungsweise quer zur Kante 1'.The 1 shows a on a not there, but in the 3 , shown workpiece carrier 11 attached workpiece 1, which has a workpiece surface 2, on which welding ribs 16 lying close to one another are applied, with which the surface 2 is built up. The workpiece 1 has a structural element 6 which forms an edge 6 '. The workpiece 1 can have further structural elements, for example an edge 1 '. In the exemplary embodiment, the welding ribs 16 extend parallel to the edge 6 'or transversely to the edge 1'.

Ein Bearbeitungskopf 10 ist in einem räumlichen Abstand zum Werkstück 1 beziehungsweise des dort nicht dargestellten Werkzeugträgers 11 angeordnet. Der Bearbeitungskopf 10 kann sich in einer Vorschubrichtung V, die der Erstreckungsrichtung der Schweißrippen 16 entspricht, verlagern. Hierzu wird ein nicht dargestelltes Antriebsaggregat für den Bearbeitungskopf 10 von einer Steuereinrichtung 7 mit Steuersignalen versorgt.A machining head 10 is arranged at a spatial distance from the workpiece 1 or the tool carrier 11, not shown there. The processing head 10 can move in a feed direction V, which corresponds to the direction of extension of the welding ribs 16. For this purpose, a drive unit (not shown) for the processing head 10 is supplied with control signals by a control device 7.

Der Bearbeitungskopf 10 weist eine in der 3 dargestellte Düse 14 auf, aus der ein Partikelstrahl 13 austritt. Ein Metallpulver wird mit einem Transportgas durch die Düse 14 fokussiert zur Oberfläche 2 des Werkstücks transportiert, wo der Partikelstrahl 13 die Oberfläche 2 an einer Bearbeitungsstelle 8 trifft.The processing head 10 has one in the 3 nozzle 14 shown, from which a particle jet 13 emerges. A metal powder is transported with a transport gas through the nozzle 14 in a focused manner to the surface 2 of the workpiece, where the particle beam 13 hits the surface 2 at a processing point 8.

Der Bearbeitungskopf 10 weist darüber hinaus eine Austrittsoptik für einen Laser 3 auf, mit der ein hoch energetischer Laserstrahl auf die Bearbeitungsstelle 8 fokussiert werden kann, sodass mit der Leistung des Laserstrahls das Metallpulver an der Bearbeitungsstelle 8 aufgeschmolzen wird und sich beim Wandern der Bearbeitungsstelle 8 in der Vorschubrichtung V eine Schweißrippe 16 ausbildet. Die Bearbeitungsstelle 8 wandert zeilenweise hin und her, um dabei eine flächige Metallstruktur auf die Oberfläche 2 des Werkstücks 1 aufzubringen. Die Fläche wächst dabei in eine Bearbeitungsrichtung B, die quer zu der hin und her wechselnden Vorschubrichtung V verläuft.The processing head 10 also has exit optics for a laser 3, with which a high-energy laser beam can be focused on the processing point 8, so that the power of the laser beam is used to melt the metal powder at the processing point 8 and when the processing point 8 moves in the feed direction V forms a welding rib 16. The processing point 8 moves back and forth line by line in order to apply a flat metal structure to the surface 2 of the workpiece 1. The surface grows in a processing direction B, which runs transversely to the back and forth changing feed direction V.

Es ist eine Sensoranordnung 5 vorgesehen, die bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel fest mit dem Bearbeitungskopf 10 verbunden ist. Der Bearbeitungskopf 10 trägt die Sensoranordnung 5. Mit der Sensoranordnung 5 kann die Istform des Werkstücks 1 beziehungsweise eines Verlaufs der Oberfläche 2 des Werkstücks 1 in einem Abstand A vor der Bearbeitungsstelle 8 ermittelt werden. Hierzu wird ein Messlaser 19 verwendet, der die Oberfläche 2 beleuchtet. Beim Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl des Messlasers 19 aufgefächert, sodass sich eine Lichtlinie 17 ergibt, auf der sich der Beobachtungsbereich befindet. Der Beobachtungsbereich ist in diesem Falle eine Linie, die auch eine Beobachtungsstelle 9 enthält. Die Lichtlinie 17 kreuzt dabei die Kante 6'. Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kreuzt die Lichtlinie 17 die Bewegungsbahn 4 der Bearbeitungsstelle 8. Eine Beobachtungsstelle 9 des linienförmigen Beobachtungsbereichs liegt auf der Kante 6'. Dieser und alle weiteren Beobachtungsstellen 9 des Beobachtungsbereichs liegen um einen Abstand A vor der Bearbeitungsstelle 8. Der Beobachtungsbereich könnte aber auch an der parallel zur Kante 6' verlaufenden Kante 2' der Oberfläche 2 liegen.A sensor arrangement 5 is provided, which is in the 3 illustrated embodiment is firmly connected to the processing head 10. The processing head 10 carries the sensor arrangement 5. With the sensor arrangement 5, the actual shape of the workpiece 1 or a course of the surface 2 of the workpiece 1 can be determined at a distance A in front of the processing point 8. For this purpose, a measuring laser 19 is used, which illuminates the surface 2. In the exemplary embodiment, the laser beam of the measuring laser 19 is fanned out, resulting in a light line 17 on which the observation area is located. In this case, the observation area is a line that also contains an observation point 9. The light line 17 crosses the edge 6 '. At the one in the 1 In the exemplary embodiment shown, the light line 17 crosses the movement path 4 of the processing point 8. An observation point 9 of the linear observation area lies on the edge 6 '. This and all other observation points 9 of the observation area are a distance A in front of the processing point 8. The observation area could also be located on the edge 2' of the surface 2 that runs parallel to the edge 6 '.

Mit einem optischen Sensor 20 der Sensoranordnung 5 kann die Istposition der Beobachtungsstelle 9, also dem Schnittpunkt der Lichtlinie 17 mit der Kante 6' oder der Beobachtungsstelle 9', also dem Schnittpunkt der Lichtlinie 17 mit der Kante 2' ermittelt werden. Diese Positionen entsprechen Istwerten der Geometrie des Werkstücks 1. Mit der Steuereinrichtung 7 können diese Istwerte in eine Beziehung gesetzt werden mit Sollwerten, die beispielsweise als CNC-Daten in der Steuereinrichtung 7 gespeichert sind. Weichen die Istwerte von den Sollwerten ab, so können Korrekturwerte berechnet werden, mit denen die Bewegungsbahn 4 der Bearbeitungsstelle 8 korrigiert werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel wandern die Lichtlinie 17 und ein oder mehrere auf der Lichtlinie 17 liegende Beobachtungsstellen mit einem gleichbleibenden Abstand A zur Bearbeitungsstelle 8 über die Werkstückoberfläche.With an optical sensor 20 of the sensor arrangement 5, the actual position of the observation point 9, i.e. the intersection of the light line 17 with the edge 6 'or the observation point 9', i.e. the intersection of the light line 17 with the edge 2', can be determined. These positions correspond to actual values of the geometry of the workpiece 1. With the control device 7, these actual values can be put into a relationship with target values, which are stored, for example, as CNC data in the control device 7. If the actual values deviate from the target values, correction values can be calculated with which the movement path 4 of the processing point 8 can be corrected. In this exemplary embodiment, the light line 17 and one or more observation points lying on the light line 17 move over the workpiece surface at a constant distance A from the processing point 8.

Bei dem in der 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Sensoranordnung 5 verwendet, die nicht fest mit dem Bearbeitungskopf 10 verbunden ist, sondern die an einem gesonderten Sensorträger 18 angeordnet ist. Der Sensorträger 18 kann unabhängig vom Bearbeitungskopf 10 in den drei Raumrichtungen verlagert werden. Er kann auch in einer oder mehreren Raumrichtungen unbeweglich bleiben oder gemeinsam mit dem Bearbeitungskopf 10 bewegt werden. Auch der Bearbeitungskopf 10 kann in den drei Raumrichtungen verlagert werden. Es ist aber auch vorgesehen, dass der Sensorträger 18 geschwenkt werden kann, wobei auch hier eine x-beliebige Schwenkachse vorgesehen sein kann.At the one in the 2 In the second exemplary embodiment shown, a sensor arrangement 5 is used, which is not firmly connected to the processing head 10, but which is arranged on a separate sensor carrier 18. The sensor carrier 18 can be displaced in the three spatial directions independently of the processing head 10. He can also remain immovable in one or more spatial directions or can be moved together with the processing head 10. The processing head 10 can also be displaced in the three spatial directions. However, it is also provided that the sensor carrier 18 can be pivoted, whereby any pivot axis can also be provided here.

Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darüber hinaus dadurch, dass dort die Lichtlinie 17 die auch hier von einem aufgefächerten Laserstrahl 15 erzeugt wird, nicht quer zur Vorschubrichtung V, sondern parallel zur Vorschubrichtung V verläuft. Die Lichtlinie kreuzt dabei eine ein Strukturelement bildende Kante 1' der Oberfläche 2. Der Schnittpunkt der Lichtlinie 17 mit der Kante 1' bildet eine Beobachtungsstelle 9. Die Lichtlinie 17 besitzt einen Abstand A an der Bearbeitungsstelle 8. Die Lichtlinie 17 ist in der Bearbeitungsrichtung B von der Bearbeitungsstelle 8 beabstandet. Der Schnittpunkt der Lichtlinie 17 mit der Kante 1' liefert eine Istposition des Strukturelementes des Werkstücks 1. Diese Istposition kann mit einer Sollposition verglichen werden, um daraus einen Korrekturwert für die Bewegungsbahn 4 zu berechnen, wenn die Bearbeitungsstelle 8 die Beobachtungsstelle 9 erreicht. Ein gedachter Abstandsvektor von der Bearbeitungsstelle 8 zur Beobachtungsstelle 9 beziehungsweise 9' besitzt eine Richtungskomponente in der Bearbeitungsrichtung B. Bei beiden Ausführungsbeispielen werden mit Hilfe von Messungen, die an Beobachtungsstellen 9, 9', 1' vorgenommen werden, Istpositionen am zu bearbeitenden Werkstück 1 erreicht, die erst später bearbeitet werden. Die Istposition an einer späteren Bearbeitungsstelle 8 wird somit zeitlich vor der dortigen Bearbeitung ermittelt.That in the 2 The exemplary embodiment shown also differs from the first exemplary embodiment in that the light line 17, which is also generated here by a fanned-out laser beam 15, does not run transversely to the feed direction V, but parallel to the feed direction V. The light line crosses an edge 1 'of the surface 2 that forms a structural element. The intersection of the light line 17 with the edge 1' forms an observation point 9. The light line 17 has a distance A at the processing point 8. The light line 17 is in the processing direction B spaced from the processing point 8. The intersection of the light line 17 with the edge 1 'provides an actual position of the structural element of the workpiece 1. This actual position can be compared with a target position in order to calculate a correction value for the movement path 4 when the processing point 8 reaches the observation point 9. An imaginary distance vector from the machining point 8 to the observation point 9 or 9 'has a directional component in the machining direction B. In both exemplary embodiments, actual positions on the workpiece 1 to be machined are achieved with the help of measurements taken at observation points 9, 9', 1' , which will only be processed later. The actual position at a later processing point 8 is thus determined before the processing there.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich insbesondere eine Hartstoffbeschichtung, beispielsweise eine WC-Beschichtung auf einem Werkstück aufbringen. Die Beschichtung kann vollflächig oder nur an ausgewählten Teilflächen aufgebracht werden. Mit dem Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung können vorgefertigte Werkstücke, beispielsweise Förderschnecken, mit einer Hartstoffbeschichtung beschichtet werden. Die Beschichtung wird dabei auf die Flanken der Schneckengänge aufgetragen. Es ist aber auch möglich, mit dem Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung beim Gebrauch verschlissene Schichten zu reparieren beziehungsweise neu aufzutragen.With the method according to the invention and the device according to the invention, a hard material coating, for example a WC coating, can be applied to a workpiece. The coating can be applied to the entire surface or only to selected partial areas. Using the method or the device, prefabricated workpieces, for example screw conveyors, can be coated with a hard material coating. The coating is applied to the flanks of the screw flights. However, it is also possible to use the method or device to repair or reapply layers that have become worn during use.

Es kann somit vorgesehen sein, dass der Beobachtungsbereich, beispielsweise die Lichtlinie 17, die von einem Sensor beobachtet wird, mit der Bearbeitungsstelle 8 mitwandert, sodass der Beobachtungsbereich permanent der Bearbeitungsstelle 8 vorauseilt.It can therefore be provided that the observation area, for example the light line 17, which is observed by a sensor, moves with the processing point 8, so that the observation area is permanently ahead of the processing point 8.

Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:The above statements serve to explain the inventions covered by the application as a whole, which independently develop the prior art at least through the following combinations of features, whereby two, more or all of these combinations of features can also be combined, namely:

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Beobachtungsbereich in der Vorschubrichtung V oder in einer Bearbeitungsrichtung B, in der sich die Bearbeitungsstelle 8 nach mehrmaligem Hin- und Herbewegen auf der Oberfläche 2 bewegt, vor der Bearbeitungsstelle 8 liegt und in der Steuereinrichtung 7 Sollwerte der Geometrie des Werkstücks 1 gespeichert sind, wobei die Steuereinrichtung 7 durch In-Beziehung-Setzen der im Beobachtungsbereich gewonnenen Istwerte mit den dazu örtlich korrespondierenden Sollwerten Korrekturwerte ermittelt und diese Korrekturwerte zur Berechnung der Position der Bearbeitungsstelle 8 beim Erreichen des Beobachtungsbereichs verwendet.A method which is characterized in that the observation area in the feed direction V or in a processing direction B, in which the processing point 8 moves after repeated back and forth movement on the surface 2, is in front of the processing point 8 and in the control device 7 setpoints the geometry of the workpiece 1 are stored, the control device 7 determining correction values by relating the actual values obtained in the observation area with the locally corresponding setpoint values and using these correction values to calculate the position of the processing point 8 when the observation area is reached.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Beobachtungsbereich Beobachtungsstellen 9, 9' aufweist, die räumlich einem Strukturelement 6, 1' des Werkstücks 1 zugeordnet sind und ein Sollwert der Position des Strukturelementes 6, 1' mit einem mittels der Sensoranordnung 5 gemessenen Istwert der Position des Strukturelementes 6, 1' in eine Beziehung gesetzt wird, um einen Korrekturwert zu ermitteln.A method which is characterized in that the observation area has observation points 9, 9' which are spatially assigned to a structural element 6, 1' of the workpiece 1 and a setpoint of the position of the structural element 6, 1' with an actual value measured by the sensor arrangement 5 the position of the structural element 6, 1 'is put into a relationship in order to determine a correction value.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung 5 mittels eines aufgefächerten Laserstrahls 15 in der Vorschubrichtung V oder in der Bearbeitungsrichtung B vor der Bearbeitungsstelle 8 eine Lichtlinie 17 auf die Oberfläche 2 des Werkstücks 1 projiziert und einen optischen Sensor aufweist, mit dem die Lage der Lichtlinie 17 und deren räumlicher Verlauf ermittelt wird.A method which is characterized in that the sensor arrangement 5 projects a line of light 17 onto the surface 2 of the workpiece 1 in front of the processing point 8 in front of the processing point 8 by means of a fanned laser beam 15 in the feed direction V or in the processing direction B and has an optical sensor with which the Position of the light line 17 and its spatial course is determined.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung 5 oder ein Laser 19 oder optischer Sensor 20 der Sensoranordnung 5 fest mit dem Bearbeitungskopf 10 verbunden ist, oder dass die Sensoranordnung 5 oder ein Laser 19 oder optischer Sensor 20 der Sensoranordnung 5 an einem Sensorträger 18 angeordnet ist, der unabhängig des Bearbeitungskopfes 10 verlagert wird.A method that is characterized in that the sensor arrangement 5 or a laser 19 or optical sensor 20 of the sensor arrangement 5 is firmly connected to the processing head 10, or that the sensor arrangement 5 or a laser 19 or optical sensor 20 of the sensor arrangement 5 on a sensor carrier 18 is arranged, which is displaced independently of the processing head 10.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Leistung eine Hochenergiestrahlung und insbesondere eine Laserstrahlung ist, wobei gleichzeitig mit der Leistungszufuhr auf der Oberfläche 2 aufzuschmelzendes Material 13 zugeführt wird.A method characterized in that the power is high-energy radiation and in particular laser radiation, where equal Material 13 to be melted on the surface 2 is supplied in time with the power supply.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung 5 so angeordnet ist, dass der Beobachtungsbereich in einer Vorschubrichtung V vor der Bearbeitungsstelle 8 oder in eine Bearbeitungsrichtung B, in der sich die Bearbeitungsstelle 9 nach mehrmaligem Hin- und Herbewegen auf der Oberfläche 2 liegt, und die Steuereinrichtung 7 zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.A device which is characterized in that the sensor arrangement 5 is arranged such that the observation area lies in a feed direction V in front of the processing point 8 or in a processing direction B in which the processing point 9 lies on the surface 2 after repeated back and forth movements , and the control device 7 is programmed to carry out the method according to one of the preceding claims.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung 5 einen Laser aufweist, der einen aufgefächerten Laserstrahl liefert, der auf der Oberfläche 2 des Werkstücks 1 eine Lichtlinie 17 projiziert, die insbesondere die Bewegungsbahn V kreuzt, und einen optischen Sensor aufweist, mit dem die Lage der Lichtlinie 17 und deren räumlicher Verlauf auf der Oberfläche 2 ermittelbar ist.A device which is characterized in that the sensor arrangement 5 has a laser which delivers a fanned laser beam which projects a line of light 17 onto the surface 2 of the workpiece 1, which in particular crosses the movement path V, and has an optical sensor with which the position of the light line 17 and its spatial course on the surface 2 can be determined.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung 5 oder ein Laser 19 oder optischer Sensor 20 der Sensoranordnung 5 fest mit dem Bearbeitungskopf 10 verbunden ist, oder dass die Sensoranordnung 5 oder ein Laser 19 oder optischer Sensor 20 der Sensoranordnung 5 an einem Sensorträger 18 angeordnet ist, der unabhängig vom Bearbeitungskopf verlagerbar ist.A device which is characterized in that the sensor arrangement 5 or a laser 19 or optical sensor 20 of the sensor arrangement 5 is firmly connected to the processing head 10, or that the sensor arrangement 5 or a laser 19 or optical sensor 20 of the sensor arrangement 5 on a sensor carrier 18 is arranged, which can be moved independently of the processing head.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bearbeitungskopf 10 eine Hochenergiestrahlung und insbesondere eine Laserstrahlung erzeugt und eine Düse 14 aufweist, mit der auf der Oberfläche 2 aufzuschmelzendes Material 13 zur Bearbeitungsstelle 8 transportierbar ist.A device which is characterized in that the processing head 10 generates high-energy radiation and in particular laser radiation and has a nozzle 14 with which material 13 to be melted on the surface 2 can be transported to the processing point 8.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.All features disclosed are essential to the invention (individually, but also in combination with one another). The disclosure content of the associated/attached priority documents (copy of the prior application) is hereby fully included in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in the claims of the present application. The subclaims, even without the features of a referenced claim, characterize with their features independent inventive developments of the prior art, in particular in order to make divisional applications based on these claims. The invention specified in each claim may additionally have one or more of the features provided in the above description, in particular with reference numbers and/or specified in the list of reference numbers. The invention also relates to designs in which individual features mentioned in the above description are not implemented, in particular to the extent that they are clearly dispensable for the respective intended use or can be replaced by other technically equivalent means.

Liste der BezugszeichenList of reference symbols

11: Werkstückworkpiece
1'1': Kante, Beobachtungsstelle, StrukturelementEdge, observation point, structural element
22: Oberflächesurface
2'2': KanteEdge
33: LaserLaser
44: Bewegungsbahntrajectory
55: SensoranordnungSensor arrangement
66: StrukturelementStructural element
6'6': KanteEdge
77: SteuereinrichtungControl device
88th: BearbeitungsstelleProcessing point
99: BeobachtungsstelleObservatory
9'9': BeobachtungsstelleObservatory
1010: Bearbeitungskopfmachining head
1111: WerkstückträgerWorkpiece carrier
1212: Laserstrahllaser beam
1313: Partikelstrahlparticle beam
1414: Düsejet
1515: aufgefächerter Laserstrahlfanned out laser beam
1616: Schweißrippewelding rib
1717: LichtlinieLine of light
1818: SensorträgerSensor carrier
1919: MesslaserMeasuring laser
2020: optischer Sensoroptical sensor
2121: MessfeldMeasuring field
AA: AbstandDistance
Bb: BearbeitungsrichtungProcessing direction
Vv: BewegungsrichtungDirection of movement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19852302 A1 [0003, 0011]DE 19852302 A1 [0003, 0011]
DE 102020215360 A1 [0004]DE 102020215360 A1 [0004]
CN 112853348 A [0005]CN 112853348 A [0005]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (1), bei dem das Werkstück (1) an einer Bearbeitungsstelle (8) mit einer die Oberfläche (2) des Werkstücks (1) lokal aufheizenden Leistung beaufschlagt wird, wobei die Bearbeitungsstelle (8) als Folge einer Relativbewegung eines die Leistung abgebenden Bearbeitungskopfes (10) gegenüber dem Werkstück (1) auf der Oberfläche (2) in einer Vorschubrichtung (V) entlang einer von einer Steuereinrichtung (5) gesteuerten Bewegungsbahn (4) wandert, wobei mittels einer Sensoranordnung (5) in einem Beobachtungsbereich Istwerte der Geometrie des Werkstücks (1) gemessen werden, die von der Steuereinrichtung (5) zur Positionierung der Bearbeitungsstelle (8) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsbereich in der Vorschubrichtung (V) oder in einer Bearbeitungsrichtung (B), in der sich die Bearbeitungsstelle (8) nach mehrmaligem Hin- und Herbewegen auf der Oberfläche (2) bewegt, vor der Bearbeitungsstelle (8) liegt und in der Steuereinrichtung (7) Sollwerte der Geometrie des Werkstücks (1) gespeichert sind, wobei die Steuereinrichtung (7) durch In-Beziehung-Setzen der im Beobachtungsbereich gewonnenen Istwerte mit den dazu örtlich korrespondierenden Sollwerten Korrekturwerte ermittelt und diese Korrekturwerte zur Berechnung der Position der Bearbeitungsstelle (8) beim Erreichen des Beobachtungsbereichs verwendet.Method for machining workpieces (1), in which the workpiece (1) at a machining point (8) is subjected to a power which locally heats the surface (2) of the workpiece (1), the machining point (8) being the result of a relative movement a processing head (10) that delivers the power moves relative to the workpiece (1) on the surface (2) in a feed direction (V) along a movement path (4) controlled by a control device (5), using a sensor arrangement (5) in one Observation area actual values of the geometry of the workpiece (1) are measured, which are used by the control device (5) for positioning the processing point (8), characterized in that the observation area is in the feed direction (V) or in a processing direction (B), in the processing point (8) moves on the surface (2) after repeated back and forth movements, lies in front of the processing point (8) and setpoint values of the geometry of the workpiece (1) are stored in the control device (7), the control device ( 7) correction values are determined by relating the actual values obtained in the observation area with the locally corresponding target values and these correction values are used to calculate the position of the processing point (8) when the observation area is reached.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsbereich Beobachtungsstellen (9, 9') aufweist, die räumlich einem Strukturelement (6, 1') des Werkstücks (1) zugeordnet sind und ein Sollwert der Position des Strukturelementes (6, 1') mit einem mittels der Sensoranordnung (5) gemessenen Istwert der Position des Strukturelementes (6, 1') in eine Beziehung gesetzt wird, um einen Korrekturwert zu ermitteln.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the observation area has observation points (9, 9 ') which are spatially assigned to a structural element (6, 1') of the workpiece (1) and a setpoint of the position of the structural element (6, 1') with a means of Sensor arrangement (5) measured actual value of the position of the structural element (6, 1 ') is put into a relationship in order to determine a correction value.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (5) mittels eines aufgefächerten Laserstrahls (15) in der Vorschubrichtung (V) oder in der Bearbeitungsrichtung (B) vor der Bearbeitungsstelle (8) eine Lichtlinie (17) auf die Oberfläche (2) des Werkstücks (1) projiziert und einen optischen Sensor aufweist, mit dem die Lage der Lichtlinie (17) und deren räumlicher Verlauf ermittelt wird oder dass die Sensoranordnung (5) einen mechanischen, insbesondere taktilen Sensor aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement (5) projects a line of light (17) onto the surface in front of the processing point (8) by means of a fanned-out laser beam (15) in the feed direction (V) or in the processing direction (B). (2) of the workpiece (1) and has an optical sensor with which the position of the light line (17) and its spatial course is determined or that the sensor arrangement (5) has a mechanical, in particular tactile sensor.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (5) oder ein Laser (19), ein optischer Sensor (20) der Sensoranordnung (5) oder ein mechanischer Sensor der Sensoranordnung (5) fest mit dem Bearbeitungskopf (10) verbunden ist, oder dass die Sensoranordnung (5) oder ein Laser (19), ein optischer Sensor (20) der Sensoranordnung (5) oder ein mechanischer Sensor der Sensoranordnung (5) an einem Sensorträger (18) angeordnet ist, der unabhängig des Bearbeitungskopfes (10) verlagert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement (5) or a laser (19), an optical sensor (20) of the sensor arrangement (5) or a mechanical sensor of the sensor arrangement (5) are firmly connected to the processing head (10). is connected, or that the sensor arrangement (5) or a laser (19), an optical sensor (20) of the sensor arrangement (5) or a mechanical sensor of the sensor arrangement (5) is arranged on a sensor carrier (18), which is independent of the processing head (10) is relocated.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung eine Hochenergiestrahlung und insbesondere eine Laserstrahlung ist, wobei gleichzeitig mit der Leistungszufuhr auf der Oberfläche (2) aufzuschmelzendes Material (13) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power is high-energy radiation and in particular laser radiation, material (13) to be melted on the surface (2) being supplied simultaneously with the power supply.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Bearbeiten von Werkstücken (1), bei dem das Werkstück (1) an einer Bearbeitungsstellung (8) mit einer die Oberfläche (2) des Werkstücks (1) lokal aufheizenden Leistung beaufschlagt wird, mit einem Werkstückträger (11) zum Tragen des Werkstücks (1), mit einem Bearbeitungskopf (10) zur Abgabe der das Werkstück (1) an der Bearbeitungsstelle (8) lokal aufheizenden Leistung, mit einer Steuereinrichtung (7) zur Steuerung der Bewegung der Bearbeitungsstelle (8) in einer Vorschubrichtung (V) entlang einer Bewegungsbahn (4) auf der Oberfläche (2) des Werkstücks (1) durch eine Relatiwerlagerung des Bearbeitungskopfes (10) gegenüber dem Werkstückträger (11), und mit einer Sensoranordnung (5) zur Messung von Istwerten der Geometrie des Werkstücks (1) in einem Beobachtungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (5) so angeordnet ist, dass der Beobachtungsbereich in einer Vorschubrichtung (V) vor der Bearbeitungsstelle (8) oder in eine Bearbeitungsrichtung (B), in der sich die Bearbeitungsstelle (9) nach mehrmaligem Hin- und Herbewegen auf der Oberfläche (2) liegt, und die Steuereinrichtung (7) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.Device for carrying out the method for machining workpieces (1), in which the workpiece (1) is subjected to a power that locally heats the surface (2) of the workpiece (1) at a machining position (8), with a workpiece carrier (11) for carrying the workpiece (1), with a processing head (10) for delivering the power that locally heats the workpiece (1) at the processing point (8), with a control device (7) for controlling the movement of the processing point (8) in a feed direction (V) along a movement path (4) on the surface (2) of the workpiece (1) by a relative positioning of the processing head (10) relative to the workpiece carrier (11), and with a sensor arrangement (5) for measuring actual values of the geometry of the workpiece (1) in an observation area, characterized in that the sensor arrangement (5) is arranged such that the observation area is in a feed direction (V) in front of the processing point (8) or in a processing direction (B) in which the processing point (9 ) lies on the surface (2) after being moved back and forth several times, and the control device (7) is programmed to carry out the method according to one of the preceding claims.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (5) einen Laser aufweist, der einen aufgefächerten Laserstrahl liefert, der auf der Oberfläche (2) des Werkstücks (1) eine Lichtlinie (17) projiziert, die insbesondere die Bewegungsbahn (V) kreuzt, und einen optischen Sensor aufweist, mit dem die Lage der Lichtlinie (17) und deren räumlicher Verlauf auf der Oberfläche (2) ermittelbar ist, oder dass die Sensoranordnung (5) einen mechanischen Sensor, insbesondere einen taktilen Sensor aufweist.Device according to Claim 6 , characterized in that the sensor arrangement (5) has a laser which delivers a fanned laser beam which projects a line of light (17) onto the surface (2) of the workpiece (1), which in particular crosses the movement path (V), and a has an optical sensor with which the position of the light line (17) and its spatial course on the surface (2) can be determined, or that the sensor arrangement (5) has a mechanical sensor, in particular a tactile sensor.

Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (5) oder ein Laser (19) oder optischer Sensor (20) der Sensoranordnung (5) fest mit dem Bearbeitungskopf (10) verbunden ist, oder dass die Sensoranordnung (5) oder ein Laser (19) oder optischer Sensor (20) der Sensoranordnung (5) an einem Sensorträger (18) angeordnet ist, der unabhängig vom Bearbeitungskopf verlagerbar ist.Device according to Claim 6 or 7 , characterized in that the sensor arrangement (5) or a laser (19) or optical sensor (20) of the sensor arrangement (5) is firmly connected to the processing head (10), or that the sensor arrangement (5) or a laser (19) or optical sensor (20) of the sensor arrangement (5) is arranged on a sensor carrier (18), which can be moved independently of the processing head.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (10) eine Hochenergiestrahlung und insbesondere eine Laserstrahlung erzeugt und eine Düse (14) aufweist, mit der auf der Oberfläche (2) aufzuschmelzendes Material (13) zur Bearbeitungsstelle (8) transportierbar ist.Device according to one of the Claims 5 until 7 , characterized in that the processing head (10) generates high-energy radiation and in particular laser radiation and has a nozzle (14) with which material (13) to be melted on the surface (2) can be transported to the processing point (8).

Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.Device or method, characterized by one or more of the characterizing features of one of the preceding claims.