DE102023112512B3

DE102023112512B3 - Messvorrichtung und Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück, Bearbeitungssystem zum Erzeugen einer Schweißnaht sowie Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102023112512B3
Application number: DE102023112512.5A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Lessmüller; Christian Truckenbrodt
Original assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lessmueller Lasertechnik GmbH
Priority date: 2023-05-11
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2024-06-20
Anticipated expiration: 2043-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück (12), die der Vorbereitung und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung (14) erzeugten Schweißnaht (16) dienen, die sich entlang eines Hauptbearbeitungspfads (18) erstreckt. Die Messvorrichtung (10) umfasst einen optischen Kohärenztomographen (20) mit einer Messstrahlquelle (22) zum Erzeugen eines Messstrahls (24); einen Messkopf (26), über den der Messstrahl (24) auskoppelbar ist und der entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) bewegbar ist, wobei der Messstrahl (24) wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen (28) relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsposition (30) richtbar ist; eine Befestigungseinheit (32), die dazu eingerichtet ist, zumindest den Messkopf (26) an der Schweißvorrichtung (14) derart anzubringen, dass der Messkopf (26) bei einer Bewegung der Schweißvorrichtung (14) entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) relativ zum Werkstück (12) mit der Schweißvorrichtung (14) mitbewegt wird; einen Beschleunigungssensor (34), der dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Messkopfes (26) zu bestimmen und ein Sensorsignal zu erzeugen, das Information bezüglich der Beschleunigung des Messkopfes (26) enthält; eine Steuereinheit (36), die dazu eingerichtet ist, den Messkopf (26) anzusteuern und Messungen an unterschiedlichen Messpositionen (28) durchzuführen; eine Kompensationseinheit (38), die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe des Sensorsignals Zusatzbewegungen des Messkopfes (26) zu kompensieren, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) überlagert sind; und eine Auswerteeinheit (40), die dazu eingerichtet ist, anhand der Messungen ein kompensiertes Höhenprofil (42) zu bestimmen.Die Erfindung betrifft ferner ein Bearbeitungssystem (48), ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück (12) und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück, die der Vorbereitung, Überwachung und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung erzeugten Schweißnaht dienen. Die Erfindung betrifft zudem ein Bearbeitungssystem und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks.
Schweißvorgänge können mittels unterschiedlicher Methoden überwacht werden. Hierzu gehören optische Methoden, wie beispielsweise Linientriangulation, eine Überwachung mittels einer Kamera oder optische Kohärenztomographie. Letztere bietet hierfür vielfältige Einsatzmöglichkeiten, da damit an unterschiedlichen Stellen genaue Höheninformationen eines zu bearbeitenden Werkstücks erhalten werden können. Weitere Methoden beinhalten beispielsweise eine Abstandsüberwachung, etwa mittels induktiver oder optischer Sensorik.
Überwachungsmessungen können unter anderem dazu verwendet werden, eine Nahtführung zu realisieren. Industriell eingesetzt Bearbeitungsvorrichtungen umfassen in vielen Fällen einen Roboter, an dem ein Bearbeitungskopf angebracht ist, der mittels des Roboters relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück bewegbar ist. Eine Herausforderung besteht darin, den Bearbeitungskopf möglichst präzise zu führen. Der Roboter ist also möglichst genau auf eine aktuelle Schweißposition zu richten.
Wie beispielsweise in DE 10 2015 007 142 A1 beschrieben ist, kann eine Messvorrichtung für optische Kohärenztomographie Messdaten entlang mehrerer Messlinien erfassen, beispielsweise quer zu einer Bearbeitungsrichtung und sowohl vor als auch hinter einer aktuellen Bearbeitungsposition. Hierdurch kann einerseits das zu bearbeitende Werkstück dort vermessen und charakterisiert werden, wo eine Bearbeitung erfolgen soll, und zum anderen kann hierdurch überprüft werden, ob eine Bearbeitung erfolgreich war und etwa mit der gewünschten Qualität abgeschlossen wurde. In diesem Dokument ist zudem beschrieben, dass eine Messvorrichtungen Sensordaten empfangen kann, die sich auf eine aktuelle Relativbewegung zwischen dem eingesetzten Laserbearbeitungssystem und dem bearbeiteten Werkstück bezieht. Hierdurch wird eine aktuelle Hauptbearbeitungsrichtung erkannt, sodass die verwendete Messlinie an die Hauptbearbeitungsrichtung angepasst werden kann.
Die Verwendung mehrerer OCT-Messlinien ist auch in DE 10 2016 014 564 A1 beschrieben. Dabei wird ein Messstrahl in einen Bearbeitungsstrahl eingekoppelt und auf ein Werkstück gerichtet. Der Messstrahl ist über einen Messscanner in zwei Raumrichtung relativ zum Bearbeitungsstrahl verlagerbar, wodurch Messlinien an unterschiedlichen Stellen abgefahren werden können, im Speziellen vor einer aktuellen Bearbeitungsposition, um das Werkstück zu vermessen, an einer aktuellen Bearbeitungsposition, um ein Schmelzbad zu vermessen, und hinter einer aktuellen Bearbeitungsposition, um eine gebildete Schweißnaht zu charakterisieren.
Ein weiterer Aspekt, der bei einer Schweißbearbeitung bedeutsam sein kann, ist das mögliche Vorhandensein eines Spalts zwischen Werkstücken, die verbunden werden sollen. DE 10 2018 009 524 A1 beschreibt hierfür ein OCT-basiertes Messverfahren, bei dem durch gezieltes Verlagern eines Messstrahls relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsposition sowie durch geeignete Kontrollmessungen ermittelt werden kann, ob zu verschweißende Werkstücke wie vorgesehen übereinander liegen oder ob dazwischen ein unerwünschter Spalt vorliegt.
Insbesondere beim Schutzgasschweißen, konkret beim sogenannten Metall-Inertgasschweißen (MIG-Schweißen) und beim sogenannten Metall-Aktivgasschweißen (MAG-Schweißen), hat sich gezeigt, dass die Verwendung von Messsystemen, die auf optischer Kohärenztomographie (OCT) beruhen, kamerabasierten Systemen überlegen sein kann. OCT-Messungen werden durch den sehr hellen Schweißprozess erheblich weniger gestört als kamerabasierte Triangulationssysteme. Mittels OCT ist zudem eine Nahtführung bzw. Nahtkontrolle entlang von Nähten mit beliebigem Verlauf möglich.
Für eine Nahtführung wird hierbei eine Messung vor der aktuellen Bearbeitungsposition durchgeführt, wodurch das zu bearbeitende Werkstück bzw. die zu bearbeitenden Werkstücke vermessen werden können. Beispielsweise kann hierdurch eine Fügekante ermittelt oder die korrekte Positionierung eines Bearbeitungspfads überwacht werden. Ferner wird für eine Nahtkontrolle eine Messung hinter der aktuellen Bearbeitungsposition durchgeführt. Dies gestattet es, eine gebildete Schweißnaht zu vermessen und zu kontrollieren. Es wird somit üblicherweise für die Nahtführung mit einem bestimmten Vorlauf des Messstrahls und für eine Nahtkontrolle mit einem bestimmten Nachlauf des Messstrahls gearbeitet.
Während derartiger Schweißvorgänge wird eine Schweißvorrichtung relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück bewegt. Hierdurch wird eine Schweißnaht entlang eines Hauptbearbeitungspfads erzeugt. Um eine höhere Prozessstabilität zu erzielen, wird dabei oftmals der sogenannte Tool Center Point (TCP), also der zur Positionierung der aktuellen Bearbeitungsposition verwendete Punkt, relativ zum Hauptbearbeitungspfad oszilliert. Der Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads ist also eine weitere Bewegung überlagert. Diese wirkt sich störend auf durchgeführte OCT-Messungen und daraus ermittelte Höhenprofile aus. Zudem können unregelmäßige Zusatzbewegungen auftreten, beispielsweise durch Vibrationen, die sich ebenfalls auf die OCT-Messungen auswirken.
Beispielsweise offenbart DE 10 2020 123 479 A1 ein Verfahren zur Zustandsüberwachung eines Laserbearbeitungskopfes. Durch Anwenden eines Modells auf Messdaten, die mittels einer an dem Laserbearbeitungskopf angeordneten Sensoreinheit erfasst wurden, werden Zustandsdaten von zumindest zwei Elementen des Laserbearbeitungskopfes geschätzt.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, OCT-Höhenprofile mit einem hohen Grad an Genauigkeit bestimmen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Bearbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8, ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird eine Messvorrichtung zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück bereitgestellt, die der Vorbereitung und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung erzeugten Schweißnaht dienen, die sich entlang eines Hauptbearbeitungspfads erstreckt. Die Messvorrichtung umfasst einen optischen Kohärenztomographen mit einer Messstrahlquelle zum Erzeugen eines Messstrahls. Ferner umfasst die Messvorrichtung einen Messkopf, über den der Messstrahl auskoppelbar ist und der entlang des Hauptbearbeitungspfads bewegbar ist, wobei der Messstrahl wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsposition richtbar ist. Außerdem umfasst die Messvorrichtung eine Befestigungseinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest den Messkopf an der Schweißvorrichtung derart anzubringen, dass der Messkopf bei einer Bewegung der Schweißvorrichtung entlang des Hauptbearbeitungspfads relativ zum Werkstück mit der Schweißvorrichtung mitbewegt wird. Des Weiteren umfasst die Messvorrichtung einen Beschleunigungssensor, der dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Messkopfes zu bestimmen und ein Sensorsignal zu erzeugen, das Information bezüglich der Beschleunigung des Messkopfes enthält. Außerdem umfasst die Messvorrichtung eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den Messkopf anzusteuern und Messungen an unterschiedlichen Messpositionen durchzuführen, eine Kompensationseinheit, die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe des Sensorsignals Zusatzbewegungen des Messkopfes zu kompensieren, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads überlagert sind, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand der Messungen ein kompensiertes Höhenprofil zu bestimmen.
Außerdem wird ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück bereitgestellt, die der Vorbereitung und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung erzeugten Schweißnaht dienen, die sich entlang eines Hauptbearbeitungspfads erstreckt. Das Verfahren kann mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Messstrahls mittels eines optischen Kohärenztomographen; ein Bewegen eines Messkopfes entlang des Hauptbearbeitungspfads; ein Auskoppeln des Messstrahls über den Messkopf und Richten des Messstrahls auf unterschiedliche Messpositionen; ein Durchführen von Messungen an den unterschiedlichen Messpositionen; ein Bestimmen einer Beschleunigung des Messkopfes; ein Kompensieren von Zusatzbewegungen des Messkopfes, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads überlagert sind; und ein Bestimmen eines kompensierten Höhenprofils anhand der Messungen.
Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen die Bestimmung eines Höhenprofils mit einem hohen Grad an Genauigkeit. Indem ein Beschleunigungssensor zur direkten Erfassung der Bewegungen des Messkopfes verwendet wird, können Bewegungen zuverlässig erfasst werden, die der Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads überlagert sind. Die Erfinder haben festgestellt, dass dann, wenn diese überlagerten Bewegungen lediglich aus den Messdaten ermittelt werden, eine Kompensation nicht schnell und zuverlässig genug möglich ist. Insbesondere sind gängige Roboterschnittstellen, wie beispielsweise Ethernet, zu träge, um Ausgleichsbewegungen zur Kompensation der überlagerten Bewegungen ausreichend schnell an die Messvorrichtung zu übertragen. Ferner haben die Erfinder festgestellt, dass eine Kompensation anhand der Sensordaten einfacher, zuverlässiger und/oder genauer sein kann als eine Kompensation von Messdaten, die lediglich auf der Grundlage der Messdaten selbst durchgeführt wird, also beispielsweise anhand einer Kantenerkennung in den Messdaten. Die Erfindung gestattet es hingegen, die genannten überlagerten Bewegungen auf der Grundlage deren direkter Erfassung zu kompensieren. Somit können die Bewegungen in Echtzeit zumindest erfasst oder sogar direkt kompensiert werden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann in einem Bearbeitungssystem zum Erzeugen einer Schweißnaht auf einem Werkstück verwendet werden. Ein solches Bearbeitungssystem umfasst neben der Messvorrichtung eine Schweißvorrichtung, an welcher der Messkopf mittels der Befestigungseinheit befestigt ist, und einen Roboter, der die Schweißvorrichtung und den daran befestigten Messkopf trägt und der dazu eingerichtet ist, die Schweißvorrichtung und den Messkopf relativ zu dem Werkstück zu bewegen.
Zudem kann auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks vorgesehen sein, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems. Dieses Verfahren umfasst ein relatives Bewegen einer Schweißvorrichtung und des Werkstücks zum Erzeugen einer Schweißnaht auf dem Werkstück entlang eines Hauptbearbeitungspfads. Zudem umfasst dieses Verfahren die Verfahrensschritte des oben beschriebenen Verfahrens zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück, um ein kompensiertes Höhenprofil zu bestimmen.
Das Werkstück kann ein metallisches Bauteil sein, beispielsweise ein Blechbauteil. Bei dem Werkstück kann es sich auch um mehrere einzelne Werkstücke handeln, die miteinander zu verschweißen sind.
Die Messungen, die der Vorbereitung der Schweißnaht dienen, können einer Nahtführung dienen. Beispielsweise kann es sich um eine Messung einer Fügekante, eines Werkstückstapels oder generell eines Werkstückbereichs handeln, in dem die Schweißnaht erzeugt werden soll.
Die Messungen, die der Beurteilung der Schweißnaht dienen, können einer Nahtkontrolle dienen. Insbesondere wird ein Höhenprofil der Schweißnaht an der betreffenden aktuellen Messposition erzeugt. Anhand eines solchen Höhenprofils kann ermittelbar sein, ob die Schweißnaht fehlerfrei ausgebildet wurde.
Die Messstrahlquelle kann eine breitbandige, kurzkohärente Lichtquelle umfassen. Der optische Kohärenztomograph kann von dem Messkopf beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise kann der optische Kohärenztomograph von der Schweißvorrichtung unabhängig und feststehend ausgebildet sein. In diesem Fall kann der optische Kohärenztomograph über eine optische Faser an den Messkopf angebunden sein. Der optische Kohärenztomograph kann über einen Messarm und einen Referenzarm verfügen, wobei im Messarm der Messstrahl optisch geführt ist und wobei im Referenzarm ein Referenzstrahl optisch geführt ist, die miteinander in Interferenz bringbar sind, um optische Kohärenzmessungen durchzuführen.
Die Schweißvorrichtung kann eine Schutzgas-Schweißvorrichtung sein, insbesondere eine MIG/MAG-Schweißvorrichtung. Die Schweißvorrichtung kann einen Schweißbrenner umfassen. Die Schweißvorrichtung und insbesondere der Schweißbrenner kann eine Drahtzufuhr umfassen, die dazu eingerichtet ist, einer aktuellen Bearbeitungsposition einen Schweißdraht zuzuführen.
Der Hauptbearbeitungspfad kann zumindest abschnittsweise parallel zu und/oder entlang der Schweißnaht verlaufen. Der Hauptbearbeitungspfad kann eine veränderliche Ausrichtung und/oder Orientierung aufweisen, beispielsweise dann, wenn die Schweißnaht einem kurvigen, gekrümmten, abgewinkelten oder anderweitig nichtlinearen Verlauf folgt. Die Zusatzbewegungen, die der Bewegung des Messkopfes entlang des Hauptbearbeitungspfads überlagert sind, treten insbesondere quer, beispielsweise senkrecht und/oder schräg, zum Hauptbearbeitungspfad auf. In anderen Worten weisen die Zusatzbewegungen zumindest eine Komponente senkrecht zu einer aktuellen Hauptbearbeitungsrichtung auf. Die Zusatzbewegungen können Bewegungsartefakte und/oder Störbewegungen und/oder ungeplante Bewegungen sein, die beispielsweise aufgrund von Vibrationen, Stellfehlern eines Roboters oder anderen ungewollten Krafteinwirkungen auf die Schweißvorrichtung und/oder den Messkopf entstehen.
Die Befestigungseinheit kann mit dem Messkopf und/oder mit der Schweißvorrichtung teilweise oder vollständig integral ausgebildet sein. Der Messkopf kann auch vollständig in die Schweißvorrichtung integriert sein. Die Befestigungseinheit kann dann eine interne Komponente der Schweißvorrichtung sein, beispielsweise eine Montagefläche und/oder eine Aufnahme für den Messkopf und/oder dessen Komponenten.
Der Beschleunigungssensor kann ein Linearbeschleunigungssensor, ein Drehratensensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor und/oder ein Gyrosensor sein. Der Beschleunigungssensor kann dazu eingerichtet sein, eine Messgröße zu erfassen. Das Sensorsignal kann auf der Messgröße beruhen. Das Sensorsignal kann Information über eine lineare Beschleunigung, Winkelbeschleunigung oder Drehbeschleunigung des Messkopfes enthalten. Der Beschleunigungssensor kann ein mikroelektromechanisches System (MEMS) sein, es kann sich also um einen MEMS-Beschleunigungssensor handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Beschleunigungssensor kann ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor sein. Der Beschleunigungssensor kann eine Gruppe von Einzelsensoren umfassen. Ebenso können mehrere, insbesondere unterschiedliche, Beschleunigungssensoren vorgesehen sein. Unter dem Begriff „Sensorsignal“ soll insbesondere ein zeitlicher Verlauf eines vom Beschleunigungssensor erzeugten Signals verstanden werden. Das Sensorsignal kann analog oder digital sein. Das Sensorsignal kann beispielsweise Information über zeitlich aufgelöste Messwerte enthalten.
Der Beschleunigungssensor ist insbesondere zu dem Messkopf ortsfest, sodass der Beschleunigungssensor mit dem Messkopf mitbewegbar ist. Der Beschleunigungssensor kann Teil des Messkopfes und/oder an diesem befestigt sein. Beispielsweise kann der Messkopf ein Messkopfgehäuse aufweisen, innerhalb dessen der Beschleunigungssensor angeordnet ist. Alternativ kann der Beschleunigungssensor auch Teil der Befestigungseinheit und/oder an dieser befestigt sein. Ferner kann der Beschleunigungssensor Teil der Schweißvorrichtung und/oder an dieser befestigt sein.
Die Steuereinheit und/oder die Kompensationseinheit und/oder die Auswerteeinheit können physisch getrennte Verarbeitungseinheiten sein. Alternativ oder zusätzlich können die Steuereinheit und/oder die Kompensationseinheit und/oder die Auswerteeinheit von zumindest einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit ausgebildet sein. Die Steuereinheit und/oder die Kompensationseinheit und/oder die Auswerteeinheit kann/können zumindest einen Prozessor, Controller, Field Programmable Gate Array, eine Steuerung oder dergleichen umfassen, ggf. kombiniert mit einem geeigneten flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speichermedium. Die Steuereinheit und/oder die Kompensationseinheit und/oder die Auswerteeinheit kann/können von einer Robotersteuerung getrennt ausgebildet und/oder teilweise oder vollständig in eine Robotersteuerung integriert sein.
Das Kompensieren der Zusatzbewegungen kann bei dem Durchführen der Messungen und/oder bei einem Auswerten der Messungen erfolgen. Das Kompensieren der Zusatzbewegungen kann durch gezielte Gegenbewegungen des Messkopfes erfolgen. Hierfür kann die Kompensationseinheit dazu eingerichtet sein, eine Robotersteuerung des Roboters anzusteuern, um diesen dazu zu veranlassen, den Messkopf entsprechend zu bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann das Kompensieren der Zusatzbewegungen durch gezieltes gegenläufiges Verlagern des Messstrahls erfolgen. Hierfür kann die Kompensationseinheit dazu eingerichtet sein, die Steuereinheit anzusteuern, um diese dazu zu veranlassen, den Messstrahl entsprechend zu verlagern.
In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationseinheit dazu eingerichtet sein, anhand der Messungen kompensierte Messdaten zu erzeugen. Diese können wiederum von der Auswerteeinheit dazu verwendbar sein, das kompensierte Höhenprofil zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann das Kompensieren auf Auswertungsebene erfolgen. Die Kompensationseinheit kann hierbei insbesondere in die Auswerteeinheit integriert und/oder von dieser ausgebildet sein.
Eine zuverlässige Bestimmung von Höhenprofilen qualitativ hochwertiger Schweißnähte kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Zusatzbewegungen des Messkopfes Oszillationsbewegungen sind, die von einer, insbesondere gezielten, oszillierenden Bewegung der Schweißvorrichtung relativ zum Hauptbearbeitungspfad herrühren. Die Oszillationsbewegungen können vom Roboter erzeugt sein. Beispielsweise kann die Robotersteuerung dazu eingerichtet sein, einer Bewegung der Schweißvorrichtung entlang des Hauptbearbeitungspfads die Oszillationsbewegung zu überlagern, sodass die Schweißvorrichtung vom Roboter oszillierend entlang des Hauptbearbeitungspfads bewegt wird. Bei den Oszillationsbewegungen kann es sich um sogenannte „Wobbelbewegungen“ handeln. Ein solches „Wobbeln“ ist für Anwendungen, bei denen ein Bearbeitungsstrahl für das Schweißen verwendet wird, beispielsweise in DE 10 2015 015330 A1 beschrieben. Ferner wir auf DE 10 2019 210618 A1 verwiesen. Die Oszillationsbewegungen können mit einer Frequenz zwischen 0,1 und 10 Hz, beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 0,5 und 5 Hz oder mit einer Frequenz zwischen 0,8 und 3 Hz, wie zum Beispiel etwa 1 Hz oder 2 Hz durchgeführt werden. Die Frequenz kann abhängig von den Anforderungen des jeweiligen Schweißprozesses auch deutlich kleiner oder größer gewählt sein. Die Oszillationsbewegungen können eine Amplitude von wenigen Millimetern aufweisen, beispielsweise eine Amplitude zwischen 1 und 10 mm, zwischen 2 und 8 mm oder zwischen 3 und 6 mm, zum Beispiel 4 mm oder 5 mm. Die Amplitude kann abhängig von der Dimension der Schweißnaht und/oder der Dimension des Werkstücks auch deutlich kleiner oder deutlich größer gewählt sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Beschleunigungssensor dazu eingerichtet, die Beschleunigung des Messkopfes in Echtzeit zu bestimmen, insbesondere mit einer Abtastrate von wenigstens 20 Hz, bevorzugt von wenigstens 50 Hz und besonders bevorzugt von wenigstens 100 Hz. In einigen Ausführungsformen kann die Abtastrate auch deutlich höher sein, beispielsweise wenigstens 0,5 kHz, wenigstens 1 kHz, wenigstens 2 kHz oder sogar wenigstens 5 kHz. Hierfür kann es sich anbieten, einen MEMS-Beschleunigungssensor zu verwenden. Die Abtastrate des Beschleunigungssensors ist vorzugsweise größer als eine Frequenz der Oszillationsbewegungen, insbesondere wenigstens um einen Faktor 2, wenigstens um einen Faktor 5 oder sogar wenigstens um einen Faktor 10.
Eine Kompensation kann insbesondere dann sehr zuverlässig und zielgerichtet erfolgen, wenn die Kompensationseinheit dazu eingerichtet ist, das Sensorsignal in Echtzeit zu verarbeiten. Dies kann bedeuten, dass sowohl eine Übertragung des Sensorsignals an die Kompensationseinheit als auch eine Verarbeitung des Sensorsignals mit einer höheren Rate erfolgen als die Abtastrate des Beschleunigungssensors. Der Beschleunigungssensor kann über eine Datenleitung mit der Kompensationseinheit verbunden sein, die eine Echtzeit-Sensordatenübertragung gestattet. Die Datenleitung kann kabelgebunden und/oder kabellos sein.
Ein hoher Grad an Genauigkeit der Kompensation kann insbesondere dann erzielt werden, wenn der Messkopf einen Messscanner umfasst, wobei die Kompensationseinheit dazu eingerichtet ist, Bewegungen des Messscanners zu beeinflussen, um die Zusatzbewegungen des Messkopfes zu kompensieren. Die Kompensationseinheit kann hierfür die Steuereinheit ansteuern, die wiederum den Messcanner steuert. Mittels des Messscanners kann der Messstrahl gezielt in zwei Raumrichtungen verlagerbar sein, insbesondere relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsposition. Der Messscanner kann zumindest zwei bewegliche Spiegel umfassen, die jeweils eine Verlagerbarkeit in einer Raumrichtung bewerkstelligen. Der Messscanner kann im Messkopf angebracht sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kompensationseinheit dazu eingerichtet ist, anhand des Sensorsignals ein hinterlegtes Kompensationsmuster für den Messkopf mit den Zusatzbewegungen zu synchronisieren. Das Kompensationsmuster kann ein vorgegebenes Oszillationsmuster sein. Insbesondere kann es sich dabei um ein Oszillationsmuster für den Messscanner handeln. Das Kompensationsmuster kann an die Steuereinheit übermittelbar sein, sodass es sich auf die Durchführung der Messungen auswirkt. Beispielsweise wird eine bestimmte Oszillationsbewegung des Messscanners durch das Kompensationsmuster festgelegt. Dieses kann etwa durch eine vorgegebene Frequenz und/oder Amplitude definiert sein. In einigen Ausführungsformen können unterschiedliche Kompensationsmuster vorab in einem Speicher der Kompensationseinheit hinterlegt sein. Alternativ oder zusätzlich können in einem Speicher der Kompensationseinheit Berechnungsvorschriften hinterlegt sein, anhand derer ein Kompensationsmuster berechenbar ist. Die Kompensationseinheit kann dazu eingerichtet sein, auf der Grundlage des Sensorsignals ein geeignetes Kompensationsmuster auszuwählen und/oder zu berechnen. Indem die Kompensationseinheit das Kompensationsmuster und das Sensorsignal synchronisiert, kann auf ein Vorgeben von Steuersignalen in Echtzeit verzichtet werden, die kompensierende Ausgleichsbewegungen definieren. Stattdessen muss lediglich die Synchronisation bewerkstelligt und aufrechterhalten werden. Dadurch kann die Kompensation sehr genau erfolgen, insbesondere für definierte Zusatzbewegungen, wie sie beim beschriebenen Oszillieren der Schweißvorrichtung auftreten.
Alternativ oder zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Kompensationseinheit dazu eingerichtet sein, Messdaten nach Maßgabe des Sensorsignals nachträglich zu kompensieren, die an den unterschiedlichen Messpositionen aufgenommen wurden. Hierbei kann auf eine Echtzeitkompensation verzichtet werden. Beispielsweise kann das Sensorsignal aufgezeichnet werden, sodass nachträglich ermittelbar ist, welchen Messdaten welcher Bewegungszustand des Messkopfes zuzuordnen ist. Hieraus kann dann eine Kompensation der Messdaten zurückgerechnet werden. Durch die direkte Erfassung der Zusatzbewegungen ist diese Kompensation genauer als eine Kompensation, die lediglich anhand der Messdaten erfolgt, beispielsweise anhand einer Kantenerkennung.
Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle in Bezug auf Vorrichtungen beschriebenen Merkmale und Eigenschaften, aber auch Verfahrensweisen, sinngemäß auf erfindungsgemäße Verfahren übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung. Das bedeutet, dass auch in Bezug auf Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt, beansprucht und ebenfalls zur Offenbarung gezählt werden können.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und im Rahmen der Ansprüche sinnvoll in Kombination verwenden.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Bearbeitungssystems mit einer Messvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Bewegung einer Schweißvorrichtung des Bearbeitungssystems entlang eines Hauptbearbeitungspfads;
3 eine schematische Darstellung von Höhenprofilen, die an unterschiedlichen Stellen entlang des Hauptbearbeitungspfads aufgezeichnet wurden;
4 eine schematische Darstellung kompensierter Höhenprofile;
5 eine schematische Darstellung, die eine Zusatzbewegung der Schweißvorrichtung relativ zu dem Hauptbearbeitungspfad veranschaulicht;
6 eine schematische Darstellung, welche die Auswahl eines geeigneten Kompensationsmusters veranschaulicht;
7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück; und
8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bearbeitungssystems 48 mit einer Messvorrichtung 10. Das Bearbeitungssystem 48 umfasst eine Schweißvorrichtung 14. Die Schweißvorrichtung 14 umfasst beispielsweise einen Schweißbrenner. Die Schweißvorrichtung 14 ist beispielhaft als eine MIG/MAG-Schweißvorrichtung ausgebildet. Dabei kann der Schweißbrenner ein MIG/MAG-Schweißbrenner sein. Die Schweißvorrichtung 14 ist dazu eingerichtet, eine Schweißbearbeitung eines Werkstücks 12 durchzuführen, bei der eine Schweißnaht 16 gebildet wird, indem die Schweißvorrichtung 14 das Werkstück 12 entlang eines Hauptbearbeitungspfads 18 bearbeitet. Das Werkstück 12 kann beliebig ausgebildet sein und beispielsweise zwei separate Bauteile umfassen, die miteinander entlang der Schweißnaht 16 verbunden werden sollen.
Das Bearbeitungssystem 48 umfasst vorliegende einen Roboter 50, wie zum Beispiel einen Industrieroboter, an dem die Schweißvorrichtung 14 angebracht ist. Mittels des Roboters 50 ist die Schweißvorrichtung 14 relativ zu dem Werkstück 12 entlang des Hauptbearbeitungspfads 18 bewegbar. Alternativ oder zusätzlich kann die Schweißvorrichtung 14 ortsfest sein und das Werkstück 12 kann bewegbar sein, um die Relativbewegung zu erzeugen.
Das Bearbeitungssystem 48 umfasst neben der Schweißvorrichtung 14 eine Messvorrichtung 10. Die Messvorrichtung 10 ist eine OCT-Messvorrichtung. Die Messvorrichtung 10 umfasst einen Messkopf 26, der mittels einer Befestigungseinheit 32 der Messvorrichtung 10 an der Schweißvorrichtung 14 befestigt ist. Die Befestigungseinheit 32 ist schematisch dargestellt und kann dazu eingerichtet sein, ein Außengehäuse des Messkopfes 26 an einem Außengehäuse der Schweißvorrichtung 14 anzubringen. Der Messkopf 26 kann aber auch teilweise oder vollständig in die Schweißvorrichtung 14 integriert sein und/oder es kann ein gemeinsames Gehäuse verwendet werden. Die Befestigungseinheit 32 kann dann dazu eingerichtet sein, Komponenten des Messkopfes 26 an oder in der Schweißvorrichtung 14 anzubringen. Aufgrund seiner Befestigung an der Schweißvorrichtung 14 wird der Messkopf 26 bei einer Bewegung der Schweißvorrichtung 14 mit dieser mitbewegt. Bewegungen der Schweißvorrichtung 14 entsprechen insbesondere Bewegungen des Messkopfes 26.
Die Messvorrichtung 10 umfasst zudem einen optischen Kohärenztomographen 20 mit einer Messstrahlquelle 22, die rein schematisch dargestellt sind und einen grundsätzlich bekannten Aufbau aufweisen. Beispielhaft wird diesbezüglich etwa auf DE 10 2016 014 564 A1 verwiesen.
Die Messvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, einen von der Messstrahlquelle 22 erzeugten Messstrahl 24 gezielt auf unterschiedliche Messpositionen 28 (vgl. 2) zu richten. Die Messvorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 36 auf, die den Messkopf 26 hierfür entsprechend ansteuert.
Die Messvorrichtung 10 umfasst im vorliegenden Fall einen Messscanner 44. Dieser weist etwa zwei ansteuerbare bewegliche Spiegel auf, mittels derer der Messstrahl 24 bezüglich zweier senkrechter Raumachsen verlagerbar ist. Der Messstrahl 24 kann auf diese Weise beispielsweise an unterschiedlichen Stellen der Schweißnaht 16 entlang von Messlinien 52, 54 verlagert werden. Messlinien 52, 54 erstrecken sich zum Beispiel jeweils quer und/oder schräg zum Hauptbearbeitungspfad 18. Jede Messlinie 52, 54 umfasst mehrere Messpositionen 28, von denen in 2 einige beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind. Hierdurch kann etwa vor und hinter der Schweißnaht 16 gemessen werden, wodurch Informationen über das Werkstück 12 in einem künftig zu bearbeitenden Bereich sowie Informationen über die erzeugte Schweißnaht 16 gewonnen werden können.
Die Erfindung ist hierbei nicht auf die Verwendung von Messlinien 52, 54 beschränkt. Unterschiedliche Messpositionen 28 können beliebig positioniert werden, beispielsweise entlang beliebiger geometrischer Figuren, entlang derer eine Abtastung des Werkstücks 12 erfolgen soll.
Um einen hohen Grad an Gleichmäßigkeit der Schweißnaht zu erzielen und die zu verbindenden Bauteile zuverlässig verbinden zu können bzw. das Werkstück 10 zuverlässig mit einer Schweißnaht versehen zu können, wird vorliegenden die Schweißvorrichtung 14 mit Zusatzbewegungen beaufschlagt. Hierbei handelt es sich um Oszillationen quer zum Hauptbearbeitungspfad 18, die zum Beispiel mit einer Frequenz von 1 Hz oder von wenigen Hz durchgeführt werden. Dies ist in 2 veranschaulicht. Zusätzlich zum Hauptbearbeitungspfad 18 ist ein tatsächlicher Bewegungspfad 56 als gestrichelte Linie dargestellt, dem die Bewegung der Schweißvorrichtung 14 folgt.
Werden bei der Bearbeitung wiederholt Messlinien 52, 54 abgetastet, ergeben sich aufgrund der Oszillationsbewegungen unterschiedliche Positionierungen der Messlinien 52, 54 relativ zum Bewegungspfad 56, obwohl die Messlinien 52, 54 relativ zum Hauptbearbeitungspfad 18 gleich ausgerichtet sind und diesen beispielsweise mittig schneiden. Dies ist an den Stellen (A), (B) und (C) in 2 exemplarisch veranschaulicht. Diese Stellen (A), (B), (C) betreffen unterschiedliche Zeitpunkte, der Messkopf 26 bewegt sich also beispielsweise in 2 von rechts nach links und misst jeweils eine Pre-Linie vor der aktuellen Bearbeitungsposition 30 (siehe 1) quer zum Hauptbearbeitungspfad 18. Die Messpositionen 28 der betreffenden Messlinien 52 sind, wie erwähnt, bezogen auf den Hauptbearbeitungspfad 18 jeweils in analoger Weise angeordnet. Bezüglich des tatsächlichen Bewegungspfads 56 sind hingegen die Messpositionen 28 unterschiedlich angeordnet. Die Zusatzbewegungen der Schweißvorrichtung 14 führen hier zu einer seitlichen Verschiebung, wodurch die betreffenden Messlinien 52 jeweils an unterschiedlichen Punkten vom tatsächlichen Bewegungspfad 56 geschnitten werden.
3 veranschaulich schematisch Höhenprofile, die sich an den Stellen (A), (B) und (C) aus Messdaten ergeben, die entlang der Messlinien 52 in 2 gemessen werden, beispielsweise jeweils bevor oder nachdem dort eine Schweißnaht gebildet wurde. Hierbei soll angenommen werden, dass das Werkstück 12 im Bereich der Schweißnaht 16 eine Kante aufweist, beispielsweise eine Stoßkante oder ein durch ein Aufeinanderlegen gebildete Stufe zweier zu verbindender Bauteile. Diese Kante ist in den Höhenprofilen zu erkennen. Eine Position der Kante ist jedoch je nach vermessener Stelle (A), (B), (C) verschoben, da die Messlinie 52, wie erwähnt, den tatsächlichen Bewegungspfad 56 an unterschiedlichen Punkten schneidet.
Würde die dargestellten Höhenprofile im zeitlichen Verlauf beobachtet, würde sich der Eindruck einer hin- und herwandernden Kante ergeben, was sich vorliegend nicht mit der tatsächlichen Geometrie des Werkstücks 12 deckt, das beispielhaft über eine geradlinige Kante verfügt. Dies ist auf die Zusatzbewegungen der Schweißvorrichtung 14 und des mit der Schweißvorrichtung 14 mitbewegten Messkopfes 26 zurückzuführen.
Zusätzlich kann dies auftreten, wenn der Messkopf 26 ungewollte Bewegungen durchführt, beispielsweise aufgrund von Vibrationen oder Ungenauigkeiten der Aktorik des Roboters 50. Auch dies führt zu einer Bewegung des Messkopfe 26 relativ zum Werkstück 12, die sich in einer Relativverschiebung unterschiedlicher erfasster Höhenprofile niederschlägt. Ferner kann in einigen Ausführungsformen auf die gezielten Oszillationsbewegungen verzichtet sein. Dennoch können dann die erwähnten ungewollten Bewegungen auftreten.
Erfindungsgemäß weist die Messvorrichtung 10 einen Beschleunigungssensor 34 auf, der dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Messkopfes 26 zu bestimmen. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um einen Piezo-Beschleunigungssensor oder einen MEMS-Beschleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor 34 erzeugt ein Sensorsignal, das Informationen bezüglich der Beschleunigung des Messkopfes 26 enthält. Der Beschleunigungssensor 34 ist in 1 schematisch dargestellt und beispielhaft am Messkopf 26 angebracht. Er kann auch in den Messkopf 26 integriert sein. In anderen Ausführungsformen kann der Beschleunigungssensor 34 auch Teil der Befestigungseinheit 32 und/oder der Schweißvorrichtung 14 sein. Maßgeblich ist, dass er Bewegungen des Messkopfes 26 erfassen kann.
Das Sensorsignal des Beschleunigungssensors 34 wird an eine Kompensationseinheit 38 übertragen, die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe des Sensorsignals Zusatzbewegungen des Messkopfes 26 zu kompensieren, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads 18 überlagert sind. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Die Messvorrichtung 10 weist ferner eine Auswerteeinheit 40 auf, die dazu eingerichtet ist, anhand der Messungen ein kompensiertes Höhenprofil 42 zu bestimmen. In 4 sind mehrere kompensierte Höhenprofile 42 beispielhaft dargestellt. Diese entsprechen wieder Messungen, die an den Stellen (A), (B) und (C) durchgeführt wurden. Aufgrund der Kompensation sind die kompensierten Höhenprofile 42 nicht seitlich versetzt, sondern sie spiegeln die tatsächliche Position der abgebildeten Kante wider. Die Zusatzbewegungen des Messkopfes 26 wurden hierbei berücksichtigt, sodass sie sich auf die kompensierten Höhenprofile 42 nicht auswirken.
Die Steuereinheit 36, die Kompensationseinheit 38 und die Auswerteeinheit 40 sind in 1 lediglich schematisch gezeigt. Diese können teilweise integral ausgebildet sein. Zudem können sie in unterschiedlichen Komponenten angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 36 Teil des Messkopfes 26 und/oder von einem oder mehreren Field Programmable Gate Arrays (FPGA) ausgebildet sein.
Vorliegend erfolgt die Kompensation dadurch, dass die Kompensationseinheit 38 Bewegungen des Messscanners 44 beeinflusst, um die Zusatzbewegungen des Messkopfes 26 zu kompensieren. 5 veranschaulicht das Sensorsignal bzw. die darin enthaltenen Messwerte, die von den Zusatzbewegungen des Messkopfes 26 abhängen, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads 28 überlagert sind. Die Abszisse ist eine Zeitachse, die Ordinate zeigt die gemessene Beschleunigung senkrecht zum Hauptbearbeitungspfad 18. Die Zusatzbewegungen werden vom Roboter 50 erzeugt, indem dieser Bewegungen durchführt, die zu dem in 5 veranschaulichten Beschleunigungsmuster führen.
Die Kompensationseinheit 38 ist dazu eingerichtet, ein Kompensationsmuster 46 dazu zu verwenden, die Kompensation durchzuführen. Dies ist beispielhaft anhand von 6 veranschaulicht. Das Kompensationsmuster 46 gibt eine Bewegung des Messscanners 44 über die Zeit an. Es können unterschiedliche Kompensationsmuster in der Kompensationseinheit 38 hinterlegt oder von dieser ermittelbar sein, beispielsweise durch geeignete Rechenvorschriften. Wie die Pfeile und die gepunkteten Linien in 6 zeigen, können beispielsweise eine Amplitude und eine Phase des Kompensationsmusters angepasst werden. Ferner kann eine Frequenz angepasst werden. Hierdurch passt die Kompensationseinheit 38 das Kompensationsmuster 46 an die Zusatzbewegungen an. Das Kompensationsmuster 46 wird dann mit dem Sensorsignal und somit mit den Zusatzbewegungen synchronisiert, sodass Ausgleichsbewegungen des Messscanners 44 mit den Zusatzbewegungen des Messkopfes 26 synchronisiert sind. Da die Kompensation auf einer Synchronisierung und einem angepassten Kompensationsmuster 46 beruht, erfolgt die Kompensation zuverlässiger und schneller, als wenn Stellsignale, welche Gegenbewegungen bewirken, laufend an den Messkopf 26 übertragen werden.
Es versteht sich, dass das Kompensationsmuster auch eine zweidimensionale Kompensationsbewegung des Messscanners 44 bewirken kann. Dies hängt unter anderem von der Orientierung des Messkopfes 26 relativ zum Hauptbearbeitungspfad 18 ab.
Wird die Kompensation auf diese Art durchgeführt, sind die Messdaten nicht wie in 3 dargestellt verschoben, weil der Messstrahl 24 synchron mit den Zusatzbewegungen verlagert wird. Ermittelt die Auswerteeinheit 40 aus solchen Messdaten Höhenprofile, handelt es sich dabei um kompensierte Höhenprofile 42, wie sind in 4 gezeigt sind.
Die Kompensationseinheit 38 ist im exemplarisch gezeigten Fall dazu eingerichtet, die Sensorsignal in Echtzeit zu empfangen und zu verarbeiten. Die Kompensationseinheit 38 überprüft laufend anhand des Sensorsignals, ob die Synchronisation eine hinreichende Kompensation bewirkt und passt erforderlichenfalls das Kompensationsmuster 46 an. Das Kompensationsmuster 46 kann von der Kompensationseinheit 38 an die Steuereinheit 36 übertragen und von dieser zur Ansteuerung des Messscanners 44 und somit zur kontrollierten Verlagerung des Messstrahls 24 synchron mit den Zusatzbewegungen des Messkopfes 26 verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Kompensation auch zusätzlich oder ausschließlich nachträglich erfolgen. Die Kompensationseinheit 38 kann dann dazu eingerichtet sein, anhand von Messdaten, aus denen sich beispielsweise Höhenprofile ergeben würden, wie sie in 3 gezeigt sind, und anhand des Sensorsignals kompensierte Messdaten zu berechnen. Hierfür können zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasste Messdaten mit einem oder mehreren zu dem betreffenden Zeitpunkt erfassten Messwerten des Beschleunigungssensors 34 abgeglichen werden. Daraus kann ermittelbar sein, um welchen Betrag die erhaltenen Messdaten relativ zum Hauptbearbeitungspfad 18 versetzt sind. Auf diese Weise ermittelte kompensierte Messdaten können dann von der Auswerteeinheit 40 verwendet werden, um wiederum kompensierte Höhenprofile 42 zu erhalten, die etwa denen in 4 entsprechen können.
Diese beiden Ansätze können auch kombiniert werden, wobei vorteilhafterweise die beschriebene Synchronisation erfolgt, um oszillierende Zusatzbewegung der Schweißvorrichtung 14 bzw. des Messkopfes 26 relativ zum Hauptbearbeitungspfad 18 zu kompensieren, und die nachträgliche datenbasierte Kompensation dazu verwendet wird, um erratische Zusatzbewegungen zu kompensieren, die unkontrolliert auftreten, etwa Aufgrund von Stellfehlern oder Vibrationen.
7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück 12. Der Ablauf der Verfahren ergibt sich auch aus den obigen Ausführungen. Beispielhaft wird das Verfahren mittels der oben beschriebenen Messvorrichtung 10 bzw. mittels des oben beschrieben Bearbeitungssystems 48 durchgeführt. Die Messungen dienen der Vorbereitung und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung 14 erzeugten Schweißnaht 16, die sich entlang eines Hauptbearbeitungspfads 18 erstreckt.
Das Verfahren umfasst einen Schritt S11 eines Erzeugens eines Messstrahls 24 mittels eines optischen Kohärenztomographen 20. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S12 eines Bewegens eines Messkopfes 26 entlang des Hauptbearbeitungspfads 18. Außerdem umfasst das Verfahren einen Schritt S13 eines Auskoppelns des Messstrahls 24 über den Messkopf 26 und Richten des Messstrahls 24 auf unterschiedliche Messpositionen 28. Des Weiteren umfasst das Verfahren einen Schritt S14 eines Durchführens von Messungen an den unterschiedlichen Messpositionen 28. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S15 eines Bestimmens einer Beschleunigung des Messkopfes 26. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt S16 eines Kompensierens von Zusatzbewegungen des Messkopfes 26, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads 18 überlagert sind und einen Schritt S17 eines Bestimmens eines kompensierten Höhenprofils 42 anhand der Messungen.
8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Werkstücks 12. Der Ablauf der Verfahren ergibt sich auch aus den obigen Ausführungen. Beispielhaft wird das Verfahren mittels des oben beschrieben Bearbeitungssystems 48 durchgeführt. Das Verfahren umfasst einen Schritt S21 eines relativen Bewegens einer Schweißvorrichtung 14 und des Werkstücks 12 zum Erzeugen einer Schweißnaht 16 auf dem Werkstück 12 entlang eines Hauptbearbeitungspfads 18. Das Verfahren umfasst zudem einen Schritt S22 eines Erzeugens eines Messstrahls 24 mittels eines optischen Kohärenztomographen 20. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S23 eines Bewegens eines Messkopfes 26 entlang des Hauptbearbeitungspfads 18. Außerdem umfasst das Verfahren einen Schritt S24 eines Auskoppelns des Messstrahls 24 über den Messkopf 26 und Richten des Messstrahls 24 auf unterschiedliche Messpositionen 28. Des Weiteren umfasst das Verfahren einen Schritt S25 eines Durchführens von Messungen an den unterschiedlichen Messpositionen 28. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S26 eines Bestimmens einer Beschleunigung des Messkopfes 26. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt S27 eines Kompensierens von Zusatzbewegungen des Messkopfes 26, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads 18 überlagert sind und einen Schritt S28 eines Bestimmens eines kompensierten Höhenprofils 42 anhand der Messungen.

Claims

Messvorrichtung (10) zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück (12), die der Vorbereitung einer zu erzeugenden Schweißnaht (16) und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung (14) erzeugten Schweißnaht (16) dienen, die sich entlang eines Hauptbearbeitungspfads (18) erstreckt, umfassend: einen optischen Kohärenztomographen (20) mit einer Messstrahlquelle (22) zum Erzeugen eines Messstrahls (24); einen Messkopf (26), über den der Messstrahl (24) auskoppelbar ist und der entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) bewegbar ist, wobei der Messstrahl (24) wahlweise auf unterschiedliche Messpositionen (28) relativ zu einer aktuellen Bearbeitungsposition (30) richtbar ist; eine Befestigungseinheit (32), die dazu eingerichtet ist, zumindest den Messkopf (26) an der Schweißvorrichtung (14) derart anzubringen, dass der Messkopf (26) bei einer Bewegung der Schweißvorrichtung (14) entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) relativ zum Werkstück (12) mit der Schweißvorrichtung (14) mitbewegt wird; einen Beschleunigungssensor (34), der dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Messkopfes (26) zu bestimmen und ein Sensorsignal zu erzeugen, das Information bezüglich der Beschleunigung des Messkopfes (26) enthält; eine Steuereinheit (36), die dazu eingerichtet ist, den Messkopf (26) anzusteuern und Messungen an unterschiedlichen Messpositionen (28) durchzuführen; eine Kompensationseinheit (38), die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe des Sensorsignals Zusatzbewegungen des Messkopfes (26) zu kompensieren, die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) überlagert sind; und eine Auswerteeinheit (40), die dazu eingerichtet ist, anhand der Messungen ein kompensiertes Höhenprofil (42) zu bestimmen.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Beschleunigungssensor (34) dazu eingerichtet ist, die Beschleunigung des Messkopfes (26) in Echtzeit zu bestimmen.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kompensationseinheit (38) dazu eingerichtet ist, das Sensorsignal in Echtzeit zu verarbeiten.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messkopf (26) einen Messscanner (44) umfasst, und wobei die Kompensationseinheit (38) dazu eingerichtet ist, Bewegungen des Messscanners (44) zu beeinflussen, um die Zusatzbewegungen des Messkopfes (26) zu kompensieren.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusatzbewegungen des Messkopfes (26) Oszillationsbewegungen sind, die von einer oszillierenden Bewegung der Schweißvorrichtung (14) relativ zum Hauptbearbeitungspfad (18) herrühren.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationseinheit (38) dazu eingerichtet ist, anhand des Sensorsignals ein hinterlegtes Kompensationsmuster (46) für den Messkopf (26) mit den Zusatzbewegungen zu synchronisieren.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationseinheit (38) dazu eingerichtet ist, Messdaten nach Maßgabe des Sensorsignals nachträglich zu kompensieren, die an den unterschiedlichen Messpositionen (28) aufgenommen wurden.
Bearbeitungssystem (48) zum Erzeugen einer Schweißnaht (16) auf einem Werkstück (12), umfassend: eine Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; eine Schweißvorrichtung (14), an welcher der Messkopf (26) mittels der Befestigungseinheit (32) befestigt ist; und einen Roboter (50), der die Schweißvorrichtung (14) und den daran befestigten Messkopf (26) trägt und der dazu eingerichtet ist, die Schweißvorrichtung (14) und den Messkopf (26) relativ zu dem Werkstück (12) zu bewegen.
Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Werkstück (12), die der Vorbereitung einer zu erzeugenden Schweißnaht (16) und/oder Beurteilung einer mittels einer Schweißvorrichtung (14) erzeugten Schweißnaht (16) dienen, die sich entlang eines Hauptbearbeitungspfads (18) erstreckt, umfassend: Erzeugen eines Messstrahls (24) mittels eines optischen Kohärenztomographen (20); Bewegen eines Messkopfes (26) entlang des Hauptbearbeitungspfads (18); Auskoppeln des Messstrahls (24) über den Messkopf (26) und Richten des Messstrahls (24) auf unterschiedliche Messpositionen (28); Durchführen von Messungen an den unterschiedlichen Messpositionen (28); Bestimmen einer Beschleunigung des Messkopfes (26); Kompensieren von Zusatzbewegungen des Messkopfes (26), die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) überlagert sind; und Bestimmen eines kompensierten Höhenprofils (42) anhand der Messungen.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (12), umfassend: relatives Bewegen einer Schweißvorrichtung (14) und des Werkstücks (12) zum Erzeugen einer Schweißnaht (16) auf dem Werkstück (12) entlang eines Hauptbearbeitungspfads (18); Erzeugen eines Messstrahls (24) mittels eines optischen Kohärenztomographen (20); Bewegen eines Messkopfes (26) entlang des Hauptbearbeitungspfads (18); Auskoppeln des Messstrahls (24) über den Messkopf (26) und Richten des Messstrahls (24) auf unterschiedliche Messpositionen (28); Durchführen von Messungen an den unterschiedlichen Messpositionen (28); Bestimmen einer Beschleunigung des Messkopfes (26); Kompensieren von Zusatzbewegungen des Messkopfes (26), die dessen Bewegung entlang des Hauptbearbeitungspfads (18) überlagert sind; und Bestimmen eines kompensierten Höhenprofils (42) anhand der Messungen.