WO2022058270A1 - Messinstrument für ein laserwerkzeug, laserwerkzeug und werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie verfahren zum messen eines abstands - Google Patents

Messinstrument für ein laserwerkzeug, laserwerkzeug und werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie verfahren zum messen eines abstands Download PDF

Info

Publication number
WO2022058270A1
WO2022058270A1 PCT/EP2021/075063 EP2021075063W WO2022058270A1 WO 2022058270 A1 WO2022058270 A1 WO 2022058270A1 EP 2021075063 W EP2021075063 W EP 2021075063W WO 2022058270 A1 WO2022058270 A1 WO 2022058270A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
measuring instrument
optics
processing
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/075063
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Franz
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority to CN202180062988.2A priority Critical patent/CN116113515A/zh
Publication of WO2022058270A1 publication Critical patent/WO2022058270A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles

Definitions

  • the invention relates to a measuring instrument for a laser tool. Furthermore, the invention according to patent claim 6 relates to a laser tool that can be equipped with such a measuring instrument. According to patent claim 7, the invention relates to a workpiece processing device which has the laser tool. Furthermore, the invention according to patent claim 8 relates to a method for measuring a distance between a laser tool and a workpiece.
  • Laser beam-based manufacturing methods or machining methods of workpieces using a laser machining system require accurate and precise knowledge of the beam profile of a machining laser beam or beam bundle that hits the workpiece at the machining point - also known as TCP (Tool Center Point).
  • This beam profile of the processing laser beam is determined by beam parameters such as focus diameter, position of a beam waist, laser beam power, beam parameter product (beam quality) and wavelength.
  • a variable variable that strongly influences the process is the position of the beam waist relative to the workpiece or processing point.
  • Measuring devices or principles are currently used to measure the beam profile, by means of which the beam profile can be measured with high precision when the laser processing system is started up, but which massively disrupt a process flow, since these conventional measuring devices or principles are particularly complex. Because, for example, a set-up time for applying such a measuring device to/in the laser processing system is undesirably long. Consequently, a particularly long downtime of the laser processing system is required, which leads to uneconomical operation of the laser processing system.
  • a possibly resulting undesired displacement of the processing point by only a few millimeters, for example due to a (even slight) collision of an element the laser processing system with another object and/or due to actuators that no longer function as intended, may result in the desired position of the beam waist no longer being precisely aligned with the workpiece, with the result that the dimensional accuracy and quality of joints are compromised or joints of the processed or manufactured by means of the laser processing system workpieces within a batch suffers.
  • US 2019/015931 A1 discloses a device and a method for measuring a distance between a laser processing head and a workpiece, a measuring light beam being coupled into a processing light path of a processing light beam and being focused onto a surface of the workpiece by means of a focusing lens of the processing light path, with a reflected Measuring light beam and a reference measuring light beam are superimposed and provided to an evaluation unit, which detects the distance between the laser processing head and the workpiece based on interferometry.
  • this conventional device or this conventional method is, on the one hand, particularly complex, since in order to couple the measuring light beams into the processing light path, the measuring light beams have to be deflected several times, as a result of which this device is particularly complex in terms of structure. Furthermore, the particularly complex measuring principle of interferometry contributes to the particularly high effort that is required to measure the distance between the laser processing head and the workpiece using this conventional device.
  • the object of the present invention is to provide a measuring instrument by means of which a distance between a workpiece and the measuring instrument can be measured particularly efficiently.
  • a measuring instrument is provided for a laser tool, the laser tool being designed in particular to project a processing laser beam onto, onto and/or into a workpiece in order to process the workpiece using the processing laser beam.
  • laser processing includes, for example, removing or separating material, connecting, for example welding, material, refining a surface of the workpiece, etc.
  • the processing laser beam is formed with a beam waist during operation of the same, the position of which characterizes a processing point (TCP: tool center point) of the laser tool. If an actual distance and a target distance between the laser tool and the workpiece deviate from one another in an undesired manner, the beam waist and, as a result, the processing point is shifted in an undesired manner in relation to the workpiece. The quality of the laser machining and/or the quality of the machined workpiece then suffers as a result during the laser machining of the workpiece.
  • TCP tool center point
  • the measuring instrument To measure the distance—that is, the actual distance—between the measuring instrument and an object, in particular the workpiece, the measuring instrument has a laser triangulation sensor, by means of which a measuring laser beam can be emitted from the measuring instrument onto the object.
  • the measuring laser beam can be reflected when it hits the object or workpiece as a reflection measuring laser beam by means of the object, in particular by means of an outer surface of the object, so that the reflection measuring laser beam is thrown in the direction of the laser triangulation sensor, with the reflection measuring laser beam laser beam can then be received by the laser triangulation sensor.
  • the measuring laser beam is (at least partially) thrown back in the direction of the laser triangulation sensor as the reflection measuring laser beam, forming a reflection angle between the measuring laser beam and the reflection measuring laser beam on/on the surface of the object or workpiece, with the reflection angle depending on the distance of the object or Corresponds to the workpiece between the measuring instrument and the workpiece.
  • the reflectance measuring laser beam arrives at/in the laser triangulation sensor at an angle of incidence that depends on the angle of reflection, with the distance between the measuring instrument and the object being detectable or determinable by means of a suitable evaluation unit by processing a measure of the angle of incidence.
  • the measuring instrument also has a housing in which the laser triangulation sensor is arranged.
  • the housing is at least partially translucent, so that it is possible for the measuring laser beam, which can be emitted by the laser triangulation sensor, to exit the housing as intended and for the reflection measuring laser beam to enter the housing as intended.
  • the housing has transmissive properties in relation to a used wavelength of the reflection measuring laser beam and the measuring laser beam.
  • the invention provides that the housing has an external shape that corresponds to an external shape of an optics protection element of a processing laser optics of the laser tool.
  • the processing laser optics has, in particular, a large number of optics elements, for example lenses, mirrors, prisms etc. and/or combinations thereof. In order to protect these optical elements that break the light against contamination from the outside (e.g.
  • the processing laser optics have, in particular, the optics protection element, which is designed, for example, as a protective glass pane.
  • the optics protection element is designed, for example, as a protective glass pane.
  • Such an optical protection element, that is, for example, the protective glass pane is designed in particular to let light through as undisturbed as possible, in particular not to break it or only to break it particularly easily.
  • the housing of the laser tool for example a housing of the processing laser optics, is at least partially formed by the optics protection element or by the protective glass pane, so that it is ensured that the Optical elements emerging processing laser beam exits during operation of the laser tool under a irradiation of the optics protection element from the housing and towards the workpiece.
  • the housing of the measuring instrument and the optics protection element correspond to one another in such a way that the housing of the measuring instrument can be inserted into the processing laser optics of the laser tool instead of the optics protection element, and vice versa.
  • the measuring instrument is designed in particular to be mobile in relation to the laser tool, that is to say designed separately from the laser tool.
  • the measuring instrument in particular its housing, is designed as an insert element which corresponds to a receiving element of the laser tool, with the receiving element of the laser tool corresponding both to the housing of the measuring instrument and to the optics protection element, so that either the measuring instrument or the optics protection element is the respective insertion element can be used in the receiving element of the laser tool.
  • receiving elements for the optics protection element (“protective glass drawers”) are standardized, so that the position of the optics protection element in relation to the processing point of the laser tool is known.
  • the measuring instrument when the measuring instrument is inserted into the laser tool, its position in relation to the processing point of the laser tool is known. It is thus possible to use the measuring instrument to determine the distance between the laser tool and the workpiece based on the distance between the processing point and the optical protection element.
  • a distance sensor designed differently from a laser triangulation sensor for example an ultrasonic sensor, etc., is used as the distance sensor—as an alternative or in addition to the laser triangulation sensor.
  • the measuring instrument has a mirror element in its housing, by means of which the measuring laser beam can be deflected in the direction of the object or workpiece and the reflection measuring laser beam can be deflected in the direction of the laser triangulation sensor.
  • both the measurement laser beam and the reflection measurement laser beam are deflected by approximately 90 degrees by means of the mirror element.
  • the mirror element for example a deflection mirror, can be used to redirect a beam path or a beam path of the measuring laser beam into a beam path or path of the processing laser optics, which also advantageously means that the distance between the laser tool or the measuring instrument and the object or workpiece can be detected, which is particularly important for uneven workpieces. In other words, a distance formed directly between the processing laser optics and the object is measured during operation of the measuring instrument. Because the measuring laser beam, which can be emitted by means of the measuring laser beam, can be projected coaxially to the beam path or beam path of the processing laser beam and in particular at least partially through the processing laser optics onto the processing point by means of the mirror element.
  • the measuring instrument has an output unit, by means of which a distance value characterizing the distance between the measuring instrument and the object can be provided.
  • the output unit has a display, by means of which the distance value can be provided, for example in the form of text, in particular numbers, can be displayed.
  • a (human) operator of the measuring instrument and/or the laser tool to read the distance value from the output unit, in particular from the display, in order to then adjust or readjust the laser tool based on the distance value in order to ensure a particularly high quality of the To ensure laser processing and consequently the workpiece.
  • the output unit--as an alternative or in addition to the display-- has a data communication element, by means of which the distance value can be made available in data form to a workpiece processing device.
  • the distance value is made available by means of the output unit of the workpiece processing device, in particular a control unit of the workpiece processing device, with the control unit of the workpiece processing device being configured for this, for example to adjust or readjust an actuator of the workpiece processing device, for example a robot arm, based on the distance value provided.
  • the laser tool as a be formed distal end member of a robot, this robot forms the workpiece processing device.
  • the laser tool is arranged on a distal end member of the robot or the workpiece processing device.
  • both the actuators and the laser tool and in particular the measuring instrument can be controlled by means of the control unit of the workpiece processing device, for which purpose, for example, the measuring instrument is coupled or can be coupled to the control unit.
  • the human operator can be dispensed with, at least for the adjustment or readjustment, since the measuring instrument, which interacts with the workpiece processing device in the manner described, enables an automatic adjustment or readjustment process.
  • the human operator advantageously only has to insert the measuring instrument into the processing laser optics of the laser tool instead of the optics protection element. This eliminates a source of human error from the process of adjustment or readjustment, in that the distance value is made available directly to the workpiece processing device by means of the data communication element.
  • the invention in a further (second) aspect, relates to a laser tool for laser processing an object, in particular a workpiece, with a measuring instrument designed according to the above description. Due to the measuring instrument, which is designed to measure a distance between the measuring instrument and the workpiece, the laser tool is set up to determine a distance between the object or workpiece and the laser tool by using the measuring instrument to measure the distance between the measuring instrument and the object or workpiece is measured and from this the distance between the object/workpiece and the laser tool is determined, for example calculated.
  • the laser tool has a laser light source and processing laser optics, the processing laser optics comprising a receiving element, by means of which an optics protection element of the processing laser optics can be removed non-destructively from the processing laser optics and/or can be inserted into them.
  • this aspect of the invention provides for the housing of the measuring instrument to have an external shape that corresponds to an external shape of the optics protection element, whereby the housing and consequently the measuring instrument can be used in the processing laser optics and/or can be removed from the processing laser optics in a reversible, non-destructive manner. It means that the measuring instrument can be used as intended in the processing laser optics when the optics protection element has been removed from the processing laser optics as intended. In other words, both the optics protection element and the measuring instrument are designed to correspond to the processing laser optics, so that the optics protection element and the measuring instrument can be exchanged for one another in relation to these processing laser optics.
  • the invention also includes developments of the laser tool according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the measuring instrument according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the laser tool according to the invention are not described again here.
  • a workpiece processing device in particular a workpiece processing robot, has a laser tool designed in accordance with the above description.
  • the workpiece processing device is designed to use the laser tool, which in particular includes the measuring instrument, to measure a distance between a workpiece and the laser tool or measuring instrument particularly efficiently in order to ensure a particularly high quality of the laser processing and consequently of the (processed) workpiece to guarantee.
  • the invention also includes developments of the workpiece processing device according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the measuring instrument according to the invention and/or with the developments of the laser tool according to the invention. For this reason, these corresponding developments of the workpiece processing device according to the invention are not presented again here.
  • the invention also relates to a method for determining a distance between a laser tool and an object designed, for example, as a workpiece, with an optics protection element of the laser tool being removed reversibly non-destructively from a processing laser optics of the laser tool and a measuring instrument instead of the optics protection element used in the processing laser optics.
  • the laser tool and the measuring instrument are designed according to the above description.
  • the invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the measuring instrument according to the invention, the laser tool according to the invention and/or the workpiece processing device according to the invention. For this reason, these corresponding developments of the method according to the invention are not presented again here.
  • the invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the invention is described below.
  • the figure shows a schematic view of a laser tool with processing laser optics, in which a measuring instrument or an optics protection element can be inserted.
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than that shown.
  • the embodiment described can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • a measuring instrument 1, a laser tool 2, a workpiece processing device 3 and a measuring method are described together below.
  • the figure shows a schematic view of the laser tool 2 with a processing laser optics 4 into which the measuring instrument 1 or an optics protection element 5 can be inserted.
  • the laser tool 2 is described, with the optics protection element 5 being inserted into the processing laser optics 4 .
  • the laser tool 2 is designed to project a processing laser beam 6 onto a workpiece 7 , a beam waist 8 of the processing laser beam 6 characterizing a processing point 9 of the laser tool 2 .
  • the beam waist 8 and the processing point 9 coincide.
  • a position of the beam waist 8 and consequently of the processing point 9 is decisively determined by the processing laser optics designated as a whole with the reference number 4 .
  • the processing laser optics 4 have at least two optical elements 10 on, for example, lenses, mirrors, etc. Using these optical elements 10, during operation of the laser tool 2, the laser light coupled into the processing laser optics 4 is converted using optophysical laws into the processing laser beam 6, i.e., for example, focused, refracted, deflected, reflected, etc., so that ultimately the position of the beam waist 8 and consequently the processing point 9 of the laser tool 2 results.
  • the processing laser optics 4 has a central optics axis 11 which forms a longitudinal central axis of the processing laser optics 4 , for example.
  • the optics center axis 11 or the longitudinal center axis of the processing laser optics 4 characterizes, for example, a beam path or beam path of the processing laser beam 6.
  • the laser light which is converted into the processing laser beam 6 by means of the processing laser optics 4, is coupled into the optical elements 10 of the processing laser optics 4 on an input side 12 of the processing laser optics 4 by means of a processing laser light source 13, so that it emerges as the processing laser beam 6 on an output side 14 of the processing laser optics 4 .
  • the processing laser light source 13 can be, for example, a laser diode and/or another laser light source, it being understood in particular that the processing laser light source 13 can be arranged at a distance from the processing laser optics 4, so that the processing laser light can be transmitted, for example, by means of a light guide element, for example a light guide cable. can be coupled into the processing laser optics 4 on the input side 12 .
  • the processing laser optics 4 and consequently the laser tool 2 also have the optics protection element 5, which protects the optics elements 10 from becoming soiled and/or damaged if, during laser processing of the workpiece 7, molten material of the same is sprayed or whirled up.
  • the optics protection element 5 which is in the form of a protective glass pane, for example, is inserted into the processing laser optics 4 , in particular coaxially in relation to the central axis 11 of the optics.
  • the laser tool 2 in particular the processing laser optics 4, has a receiving element 15, which corresponds to the optics protection element 5, with the optics protection element 5 forming a (first) insertion element 16, so that the optics protection element 5 or the first insertion element 16 and the receiving element 15 of the Laser tool 2 and the processing laser optics 4 are designed to form a holding device.
  • this holding device has the receiving element 15 and the first insertion element 16 inserted therein, that is to say the optics protection element 5 .
  • a frictional and/or positive connection is formed between the insertion element 16 and consequently the optics protection element 5 and the receiving element 15, whereby the optics protection element 5 as the first insertion element 16 is non-positive and/or positively held in the receiving element 15 of the processing laser optics 4 or can be held.
  • the positive and/or positive connection that acts or can be closed between the insertion element 16 and the receiving element 15 can be releasably reversibly non-destructively, so that the optics protection element 5, as the first insertion element 16, can be reversibly removed from the receiving element 15 and, consequently, non-destructively of the processing laser optics 4 can be removed.
  • the measuring instrument 1 has a housing 17 whose external shape 18 is designed in such a way that the measuring instrument 1 and the optics protection element 5 have the same external shape 18 , 19 .
  • the housing 17 of the measuring instrument 1 is designed in such a way that the outer shape 18 of the measuring instrument 1 and the outer shape 19 of the optics protection element 5 correspond to one another at least to the extent that the measuring instrument 1 can be inserted into the processing laser optics 4 instead of the optics protection element 5.
  • the housing 17 of the measuring instrument 1 has means for closing a non-positive and/or positive connection between the measuring instrument 1 and the receiving element 15 of the processing laser optics 4 .
  • a further (for example second) insertion element 20 for the receiving element 15 is formed by the measuring instrument 1 . Consequently, the measuring instrument 1 or the second insertion element 20 and the receiving element 15 of the laser tool 2 or the processing laser optics 4 are designed to form the holding device.
  • the holding device then has the receiving element 15 and—as an alternative to the optics protection element 5—the second insertion element 20 inserted therein, ie the measuring instrument 1 .
  • Measuring instrument 1 has a distance sensor 21, in particular laser triangulation sensor 22, by means of which a measuring laser beam 23 can be emitted or radiated, which can be aligned to measure a distance 24 on workpiece 7, in particular on a surface 25 of workpiece 7.
  • the laser triangulation sensor indicates this
  • the 22 or distance sensor 21 in the present example has a measuring laser light source 26 which is designed in particular differently from the processing laser light source 13 . Furthermore, the measuring instrument 1 has a mirror element 27 by means of which the measuring laser beam 23 is directed onto the workpiece 7 or onto the surface 25 of the workpiece 7 when the measuring instrument 1 is in operation. Under an impact of the measuring laser beam
  • both the measuring laser beam 23 and the reflection measuring laser beam 28 are each deflected by approximately 90 degrees by means of the mirror element 27, so that a particularly compact construction of the measuring instrument 1 is possible, for example if the laser triangulation sensor 22 is particularly high, in order to then mount it horizontally.
  • the distance 24 is measured particularly quickly and efficiently during a series production process, over which the laser tool 2, in particular the output side 14 of the laser tool 2 and the workpiece 7, in particular its surface 25, are spaced apart, according to the method for measuring the distance 24 to remove the optics protection element 5 or the first insertion element 16 on the laser tool 2, in particular from the processing laser optics 4. Then the measuring instrument 1 or the (second) insertion element 20 is to be inserted into the laser tool 2, in particular into the processing laser optics 4, by inserting the measuring instrument 1 into the receiving element 15 of the laser tool 2 or the processing laser optics 4. In other words, the optics protection element 5 is exchanged for the measuring instrument 1 in order to measure the distance 24 .
  • the processing laser beam 6 must be deactivated beforehand, for example by deactivating the processing laser light source 13 .
  • the laser tool 2 is thus described below, with the measuring instrument 1 being inserted into the processing laser optics 4 .
  • the measuring laser beam 23 is radiated onto the surface 25 of the workpiece 7 by means of the laser triangulation sensor 22 and by means of the mirror element 27, so that the measuring laser beam 23 is reflected by the surface 25 as the reflection measuring laser beam 28 to the laser triangulation sensor 22.
  • the reflection measuring laser beam 28 is deflected by means of the mirror element 27 in the present example. Since a geometric arrangement of the receiving element 15 in relation to an end 29 of the laser tool 2 facing the workpiece 7 is known, a geometric arrangement of the measuring instrument 1 inserted into the receiving element 15 in relation to the end 29 of the laser tool 2 is correspondingly known.
  • the method provides, for example, that the measuring instrument 1 is used to detect or measure a distance 30 over which the measuring instrument 1 and the surface 25 of the workpiece 7 are spaced apart.
  • the distance 24 can be determined by means of simple mathematical operations - which can be carried out in particular by a control unit or computing unit (not shown) of the measuring instrument 1 which the laser tool 2 and the workpiece 7 are spaced apart.
  • the distance 24 can be measured exactly in a particularly short measuring time, for example within a few seconds determine, so that it is particularly easy to determine in this way whether the beam waist 8 or the processing point 9 is arranged in the desired manner in relation to the workpiece 7 in order to ensure a particularly high or advantageous quality of the laser processing and consequently of the workpiece processed by means of the laser processing 7 to ensure.
  • the laser tool 2 or the workpiece processing device 3 having the laser tool 2 together with the measuring instrument 1 is calibrated when the laser tool 2 or the workpiece processing device 3 is put into operation, with the desired or ideal distance between the end 29 of the Laser tool 2 and the surface 25 of the workpiece 7 is set manually.
  • the measuring instrument 1 can then be adjusted, for example, in such a way that a deviation of the laser tool 2 and/or the workpiece 7 from this ideal distance is detected by means of the measuring instrument 1 by using the measuring instrument 1 to measure a larger or smaller distance than the ideal distance is measured or recorded.
  • the measuring instrument 1 also has an output unit 31 by means of which a distance value characterizing the distance 24 and/or the distance 30 can be provided.
  • the output unit 31 has a display 32, whereby the human operator of the laser tool 2 or the measuring instrument 1 can be provided with the distance value, for example in the form of text, in particular digits.
  • the output unit 31 has a data communication element 33 as an alternative or in addition to the display 32, by means of which the distance value can be made available in data form to the workpiece processing device 3, in particular the control device of the same.
  • the distance value characterizing the distance 24 is provided by the measuring instrument 1 via the data communication element 33 to the control device of the workpiece processing device 3 .
  • the control device of the workpiece processing device 3 is designed to accept the distance value as an input control signal, which means that an actuator 34 of the workpiece processing device 3 can be controlled by the control device based on the distance value.
  • the workpiece processing device 3 for the distance 24 to be set automatically or autonomously as soon as the measuring instrument 1 is inserted as intended into the receiving element 15 of the processing laser optics 4 or the laser tool 2 .
  • the workpiece processing device 3 has the laser tool 2 and consequently—if the measuring instrument 1 is inserted into the laser tool 2, the measuring instrument 1.
  • the workpiece processing device 3 is designed as a workpiece processing robot or at least has one.
  • the actuator 34 of the workpiece processing device 3 can be embodied, for example, as a robot actuator, with the laser tool 2 forming, for example, a distal end element of the workpiece processing robot or being arranged on this distal end element.
  • control device of the workpiece processing device 3 is designed as a robot control device, to which the distance value can be made available in data form, in particular by means of the data communication element 33 of the output unit 31, so that then - after the distance 24 has been recorded by means of the measuring instrument 1 - the robot control device Workpiece processing robot, that is, the actuator 34, controls accordingly for adjustment or readjustment.
  • the robot control device can influence robot programming, for example , by means of which the actuator 34 or robot actuator can be controlled or is controlled in order to adjust the distance 24 (again) in such a way that the processing point 9 of the laser tool 2 or the workpiece processing device 3 is or will be arranged as desired in relation to the workpiece 7.
  • the invention shows how the measuring instrument 1, the laser tool 2, the workpiece processing device 3 and/or the method for measuring the distance 24 can be used to measure this particularly efficiently, in particular without having to interrupt a series production process or series machining process for a particularly long time, which is disadvantageous have to. Because the measuring instrument 1 can be inserted into the receiving element 15 of the processing laser optics 4 as intended, a particularly long and disadvantageous set-up time for the laser tool 2 in order to convert it to measure the distance 24 is eliminated. Instead, the optics protection element 5 or the protective glass pane is removed particularly efficiently from the receiving element 15, i.e. from the processing laser optics 4, in a simple manner, after which the measuring instrument 1 can be inserted into the receiving element 15, i.e.
  • the measuring instrument 1 is particularly inexpensive, since it is particularly inexpensive compared to conventional measuring systems (which can cost several tens of thousands of euros), in particular it costs less than one thousand euros. This results in an economically particularly favorable measuring method, which contributes to a particularly high and in particular constant quality of workpieces 7 .
  • the distance 24 at which the laser tool 2 and the surface 25 of the workpiece 7 are spaced apart from one another can be determined particularly precisely by directing the measuring laser beam 23 along the beam path of the processing laser beam 6, for example along the central optics axis 11, onto the surface 25 of the workpiece 7 is projected.
  • the distance 24 is measured or recorded directly at the processing point 9 , which is preferable to recording the distance 24 away from the processing point 9 .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messinstrument (1, 20) für ein Laserwerkzeug (2), zum Messen eines Abstands (30) zwischen dem Messinstrument (1, 20) und einem Objekt (7), mit einem Lasertriangulationssensor (21, 22), mittels dessen ein Messlaserstrahl (23) auf das Objekt (7, 25) ausstrahlbar ist, welcher unter einem Auftreffen auf das Objekt (7, 25) als ein Reflexionsmesslaserstrahl (28) mittels des Objekts (7, 25) reflektierbar und von dem Lasertriangulationssensor (21, 22) empfangbar ist, und mit einem Gehäuse (17), in welchem der Lasertriangulationssensor (21, 22) angeordnet ist. Das Gehäuse (17) weist erfindungsgemäß eine Außengestalt (18) auf, die mit einer Außengestalt (19) eines Optikschutzelements (5, 16) einer Bearbeitungslaseroptik (4) des Laserwerkzeugs (2) korrespondiert, wodurch das Gehäuse (17) und infolgedessen das Messinstrument (1, 20) in das Laserwerkzeug (2) einsetzbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Laserwerkzeug (2) mit einem solchen Messinstrument (1, 20), eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung (3), insbesondere Werkstückbearbeitungsroboter, sowie ein Verfahren zum Messen eines Abstands (24).

Description

Beschreibung
Messinstrument für ein Laserwerkzeug, Laserwerkzeug und Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zum Messen eines Abstands
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Messinstrument für ein Laserwerkzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 6 ein Laserwerkzeug, das mit einem solchen Messinstrument ausrüstbar ist. Gemäß Patentanspruch 7 betrifft die Erfindung eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung, die das Laserwerkzeug aufweist. Ferner betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 8 ein Verfahren zum Messen eines Abstands zwischen einem Laserwerkzeug und einem Werkstück.
Laserstrahlbasierte Fertigungsverfahren bzw. Bearbeitungsverfahren von Werkstücken mittels einer Laserbearbeitungsanlage erfordern eine genaue und präzise Kenntnis des Strahlprofils eines Bearbeitungslaserstrahls oder -strahlbündels, dass am Bearbeitungspunkt - auch genannt TCP (Tool Center Point) - auf das Werkstück auftrifft. Dieses Strahlprofil des Bearbeitungslaserstrahls ist durch Strahlparameter, wie Fokusdurchmesser, Lage einer Strahltaille, Laserstrahlleistung, Strahlparameterprodukt (Strahlqualität) und Wellenlänge bestimmt. Eine volatile und stark den Prozess beeinflussende Größe ist die Lage der Strahltaille relativ zum Werkstück bzw. Bearbeitungspunkt. Derzeit kommen zum Vermessen des Strahlprofils Messgeräte bzw. -prinzipien zum Einsatz, mittels derer zwar hochgenau das Strahlprofil bei Inbetriebnahme der Laserbearbeitungsanlage messbar ist, welche aber einen Prozessablauf massiv stören, da diese herkömmlichen Messgeräte bzw. -prinzipien besonders aufwändig sind. Denn beispielsweise ist eine Rüstzeit zum Applizieren eines solchen Messgeräts an/in der Laserbearbeitungsanlage unerwünscht lang. Folglich ist eine besonders lange Stillstandzeit der Laserbearbeitungsanlage erforderlich, was zu einem unwirtschaftlichen Betrieb der Laserbearbeitungsanlage führt.
Somit ist eine kurzfristige Überprüfung der Strahlparameter während des Serienfertigungsbetriebs, zum Beispiel im Karosserieserienbau, insofern besonders aufwändig, als hierfür die Laserbearbeitungsanlage besonders lang gestoppt werden muss. Folglich ist es nur unter besonders hohem Aufwand möglich, während eines Fertigungsprozesses auf Prozessstörungen und negative äußere Einflüsse - wie Verschmutzungen an/in einer Bearbeitungslaseroptik, etwa eines Schutzglases, Dejustierung einer Aktorik, beispielsweise eines Roboters, der Laserbearbeitungsanlage etc. -zweckmäßig und schnell zu reagieren. Eine gegebenenfalls hieraus resultierende unerwünschte Verlagerung des Bearbeitungspunkts um nur wenige Millimeter, etwa aufgrund einer (auch nur leichten) Kollision eines Elements der Laserbearbeitungsanlage mit einem anderen Objekt und/oder aufgrund einer nicht mehr vollständig bestimmungsgemäß funktionierenden Aktorik, führt eventuell dazu, dass die gewünschte positionelle Lage der Strahltaille nicht mehr exakt auf das Werkstück ausgerichtet ist, was zur Folge hat, dass eine Maßhaltigkeit und Qualität von Fügeverbindungen bzw. Fügestellen der mittels der Laserbearbeitungsanlage bearbeiteten oder gefertigten Werkstücke innerhalb einer Charge leidet. Es besteht also der Bedarf, auf diese Prozessstörungen besonders schnell reagieren zu können, um eine Prozesssicherheit und die Maßhaltigkeit der Werkstücke besonders vorteilhaft auszubilden.
Die US 2019/015931 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Distanz zwischen einem Laserbearbeitungskopf und einem Werkstück, wobei ein Messlichtstrahl in einen Bearbeitungslichtpfads eines Bearbeitungslichtstrahls eingekoppelt und mittels einer fokussierenden Linse des Bearbeitungslichtpfads auf eine Oberfläche des Werkstücks fokussiert wird, wobei ein reflektierter Messlichtstrahl und ein Referenzmesslichtstrahl überlagert und einer Auswerteeinheit bereitgestellt werden, welche basierend auf Interferometrie die Distanz zwischen dem Laserbearbeitungskopf und dem Werkstück erfasst.
Diese herkömmliche Vorrichtung bzw. dieses herkömmliche Verfahren ist jedoch zum einen besonders aufwändig, da, um die Messlichtstrahlen in den Bearbeitungslichtpfad einzukoppeln, die Messlichtstrahlen mehrfach umzulenken sind, wodurch diese Vorrichtung besonders aufwändig im Aufbau ist. Des Weiteren trägt das besonders aufwändige Messprinzip der Interferometrie zu dem besonders hohen Aufwand bei, der zu betreiben ist, um mittels dieser herkömmlichen Vorrichtung den Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf und dem Werkstück zu messen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messinstrument bereitzustellen, mittels dessen ein Abstand zwischen einem Werkstück und dem Messinstrument besonders effizient messbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Messinstrument mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Des Weiteren wir diese Aufgabe durch ein Laserwerkzeug mit den im Patentanspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst sowie durch eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung mit den im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmalen. Darüber hinaus wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messinstruments sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs anzusehen und umgekehrt. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung anzusehen und umgekehrt. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind als Merkmal, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, wobei Mittel der Vorrichtungen zur Durchführung von Schritten des Verfahrens einsetzbar oder eingesetzt sind. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden, sind als ebensolche anzusehen.
Ein erfindungsgemäßes Messinstrument ist für ein Laserwerkzeug vorgesehen, wobei das Laserwerkzeug insbesondere dazu ausgebildet ist, einen Bearbeitungslaserstrahl an, auf und/oder in ein Werkstück zu projizieren, um das Werkstück mittels des Bearbeitungslaserstrahls zu bearbeiten. Unter ein solches Laserbearbeiten fällt beispielsweise ein Entfernen bzw. Trennen von Material, ein Verbinden, beispielsweise Schweißen, von Material, ein Veredeln einer Oberfläche des Werkstücks etc. Für das Laserbearbeiten ist es von besonderer Bedeutung, dass das Werkstück in Bezug zu dem Laserwerkzeug bzw. das Laserwerkzeug in Bezug zu dem Werkstück besonders exakt ausgerichtet ist, um eine besonders hohe Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des Werkstücks zu gewährleisten. Denn durch eine Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs ist im Betrieb desselben der Bearbeitungslaserstrahl mit einer Strahltaille ausgebildet, deren positionelle Lage einen Bearbeitungspunkt (TCP: tool center point) des Laserwerkzeugs charakterisiert. Weichen also ein tatsächlicher Abstand und ein Sollabstand zwischen dem Laserwerkzeug und dem Werkstück voneinander in unerwünschter Weise ab, ist die Strahltaille und infolgedessen der Bearbeitungspunkt in Bezug zu dem Werkstück in unerwünschter Weise verstellt. Hierunter leidet dann beim Laserbearbeiten des Werkstücks eine Qualität des Laserbearbeitens und/oder eine Qualität des bearbeiteten Werkstücks.
Zum Messen des Abstands - also des tatsächlichen Abstands - zwischen dem Messinstrument und einem Objekt, insbesondere dem Werkstück, weist das Messinstrument einen Lasertriangulationssensor auf, mittels dessen ein Messlaserstrahl aus dem Messinstrument auf das Objekt ausstrahlbar ist. Der Messlaserstrahl ist unter einem Auftreffen auf das Objekt bzw. Werkstück als ein Reflexionsmesslaserstrahl mittels des Objekts, insbesondere mittels einer Außenoberfläche des Objekts, reflektierbar, sodass der Reflexionsmesslaserstrahl in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor geworfen wird, wobei der Reflexionsmessla- serstrahl dann von dem Lasertriangulationssensor empfangbar ist. Dabei wird der Messlaserstrahl (zumindest teilweise) als der Reflexionsmesslaserstrahl unter Ausbildung eines Reflexionswinkels zwischen dem Messlaserstrahl und dem Reflexionsmesslaserstrahl an/auf der Oberfläche des Objekts bzw. Werkstücks zurück in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor geworfen, wobei der Reflexionswinkel mit dem Abstand des Objekts bzw. Werkstücks zwischen dem Messinstrument und dem Werkstück korrespondiert. Das bedeutet, dass der Reflexionsmesslaserstrahl an/in dem Lasertriangulationssensor unter einem von dem Reflexionswinkel abhängigen Einfallswinkel eintrifft, wobei mittels einer geeigneten Auswerteeinheit durch ein Verarbeiten eines Maßes des Einfallswinkels der Abstand zwischen dem Messinstrument und dem Objekt erfassbar bzw. bestimmbar ist.
Das Messinstrument weist des Weiteren ein Gehäuse auf, in welchem der Lasertriangulationssensor angeordnet ist. Hierbei ist das Gehäuse zumindest teilweise lichtdurchlässig, sodass es ermöglicht ist, dass der Messlaserstrahl, der mittels des Lasertriangulationssensors emittierbar ist, bestimmungsgemäß aus dem Gehäuse austreten kann und der Reflexionsmesslaserstrahl bestimmungsgemäß in das Gehäuse eintreten kann. Mit anderen Worten weist das Gehäuse transmittive Eigenschaften in Bezug auf eine eingesetzte Wellenlänge des Reflexionsmesslaserstrahls und des Messlaserstrahls auf.
Um nun das Messinstrument derart weiterzuentwickeln, dass der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Messinstrument besonders effizient messbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse eine Außengestalt aufweist, die mit einer Außengestalt eines Optikschutzelements einer Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs korrespondiert. Hierdurch ist das Gehäuse und infolgedessen der Lasertriangulationssensor - also das Messinstrument als Ganzes - in das Laserwerkzeug, beispielsweise in ein Gehäuse des Laserwerkzeugs, insbesondere in die Bearbeitungslaseroptik, einsetzbar. Die Bearbeitungslaseroptik weist insbesondere eine Vielzahl von Optikelementen auf, beispielsweise Linsen, Spiegel, Prismen etc. und/oder Kombinationen davon. Um diese das Licht brechende Optikelemente gegen Verschmutzung von außen zu sichern (zum Beispiel gegen durch den Bearbeitungslaserstrahl geschmolzenes, verdampftes, abgerissenes, aufgewirbeltes Material des Werkstücks) weist die Bearbeitungslaseroptik insbesondere das Optikschutzelement auf, welches beispielsweise als eine Schutzglasscheibe ausgebildet ist. Ein solches Optikschutzelement, das heißt beispielsweise die Schutzglasscheibe, ist insbesondere dazu ausgebildet, Licht möglichst ungestört hindurch zu lassen, insbesondere nicht oder nur besonders leicht zu brechen. Durch das Optikschutzelement bzw. durch die Schutzglasscheibe ist insbesondere das Gehäuse des Laserwerkzeugs, beispielsweise ein Gehäuse der Bearbeitungslaseroptik, zumindest teilweise gebildet, sodass sichergestellt ist, dass der aus den Optikelementen austretende Bearbeitungslaserstrahl im Betrieb des Laserwerkzeugs unter einem Durchstrahlen des Optikschutzelements aus dem Gehäuse und in Richtung hin zu dem Werkstück austritt.
Das Gehäuse des Messinstruments und das Optikschutzelement korrespondieren also derart miteinander, dass das Gehäuse des Messinstruments anstatt des Optikschutzelements in die Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs einsetzbar ist und umgekehrt.
Das Messinstrument ist insbesondere mobil in Bezug zu dem Laserwerkzeug ausgebildet, das heißt separat von dem Laserwerkzeug ausgebildet. Beispielsweise ist das Messinstrument, insbesondere dessen Gehäuse, als ein Einsetzelement ausgebildet, welches mit einem Aufnahmeelement des Laserwerkzeugs korrespondiert, wobei das Aufnahmeelement des Laserwerkzeugs sowohl mit dem Gehäuse des Messinstruments als auch mit dem Optikschutzelement korrespondiert, sodass entweder das Messinstrument oder das Optikschutzelement als jeweiliges Einsetzelement in das Aufnahmeelement des Laserwerkzeugs einsetzbar ist. Es ist vorteilhaft, dass Aufnahmeelemente für das Optikschutzelement („Schutzglasschubladen“) standardisiert sind, sodass eine positionelle Lage des Optikschutzelements in Bezug zu dem Bearbeitungspunkt des Laserwerkzeugs bekannt ist. Hierdurch ist bei in das Laserwerkzeug eingesetztem Messinstrument dessen positionelle Lage in Bezug zu dem Bearbeitungspunkt des Laserwerkzeugs bekannt. So ist es ermöglicht, basierend auf dem Abstand zwischen dem Bearbeitungspunkt und dem Optikschutzelement mittels des Messinstruments den Abstand zwischen dem Laserwerkzeug und dem Werkstück zu bestimmen.
Insgesamt ist es bei dem Messinstrument denkbar, dass als Abstandssensor - alternativ oder zusätzlich zu dem Lasertriangulationssensor - ein von einem Lasertriangulationssensor unterschiedlich ausgebildeter Abstandssensor, beispielsweise ein Ultraschallsensor etc., zum Einsatz kommt.
In weiterer Ausgestaltung des Messinstruments weist dieses in dessen Gehäuse ein Spiegelelement auf, mittels dessen der Messlaserstrahl in Richtung hin zu dem Objekt bzw. Werkstück umlenkbar ist und der Reflexionsmesslaserstrahl in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor umlenkbar ist. Insbesondere werden sowohl der Messlaserstrahl als auch der Reflexionsmesslaserstrahl um etwa 90 Grad mittels des Spiegelelements umgelenkt. Hierdurch ist eine besonders kompakte Form des Messinstruments gewährleistet, da beispielsweise eine liegende Konstruktion realisierbar ist, wobei eine Abstrahlrichtung, anhand derer der Messlaserstrahl den Lasertriangulationssensor verlässt, quer zu einer Optikmittenachse der Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs verläuft, wobei mittels des Spiegelelements der quer zu der Optikmittenachse verlaufende Messlaserstrahl umgelenkt wird, sodass letztendlich der Messlaserstrahl in Richtung hin zu dem Objekt bzw. Werkstück gerichtet ist. Durch das Spiegelelement, beispielsweise einen Umlenkspiegel, ist also ein Strahlengang bzw. ein Strahlenpfad des Messlaserstrahls in einen Strahlengang bzw. -pfad der Bearbeitungslaseroptik umleitbar wodurch des Weiteren in vorteilhafter Weise erreicht ist, dass direkt am Bearbeitungspunkt des Laserwerkzeugs der Abstand zwischen dem Laserwerkzeug bzw. dem Messinstrument und dem Objekt bzw. Werkstück erfassbar ist, was insbesondere für unebene Werkstücke von besonderer Bedeutung ist. Mit anderen Worten wird ein direkt zwischen der Bearbeitungslaseroptik und dem Objekt ausgebildeter Abstand im Betrieb des Messinstruments gemessen. Denn mittels des Spiegelelements ist der Messlaserstrahl, der mittels des Messlaserstrahl emittierbar ist, koaxial zum Strahlenpfad bzw. Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls und insbesondere zumindest teilweise durch die Bearbeitungslaseroptik auf den Bearbeitungspunkt projizierbar.
Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messinstruments zufolge weist das Messinstrument eine Ausgabeeinheit auf, mittels derer ein den Abstand zwischen dem Messinstrument und dem Objekt charakterisierender Abstandswert bereitstellbar ist. Beispielsweise weist die Ausgabeeinheit ein Display auf, mittels dessen der Abstandswert bereitstellbar ist, beispielsweise in Form von Text, insbesondere Ziffern, anzeigbar ist. So ist es beispielsweise einem (menschlichen) Bediener des Messinstruments und/oder des Laserwerkzeugs ermöglicht, den Abstandswert von der Ausgabeeinheit, insbesondere von dem Display, abzulesen, um hiernach basierend auf dem Abstandswert das Laserwerkzeug zu justieren oder nachzujustieren, um eine besonders hohe Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des Werkstücks zu gewährleisten.
In diesem Zusammenhang hat es sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ausgabeeinheit - alternativ oder zusätzlich zu dem Display - ein Datenkommunikationselement aufweist, mittels dessen der Abstandswert in Datenform einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitstellbar ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass im Betrieb des Messinstruments, insbesondere im Betrieb des Laserwerkzeugs, welches insbesondere Teil der Werkstückbearbeitungsvorrichtung ist, den Abstandswert mittels der Ausgabeeinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Steuereinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, bereitzustellen, wobei die Steuereinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung beispielsweise dazu ausgebildet ist, basierend auf dem bereitgestellten Abstandswert eine Aktorik der Werkstückbearbeitungsvorrichtung, beispielsweise einen Roboterarm zu justieren bzw. nachzujustieren. Denn beispielsweise kann das Laserwerkzeug als ein distales Endglied eines Roboters ausgebildet sein, wobei dieser Roboter die Werkstückbearbeitungsvorrichtung bildet. Es ist jedoch genauso gut denkbar, dass an einem distalen Endglied des Roboters bzw. der Werkstückbearbeitungsvorrichtung das Laserwerkzeug angeordnet ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn mittels der Steuereinheit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowohl deren Aktorik als auch das Laserwerkzeug und insbesondere das Messinstrument steuerbar ist, wozu zum Beispiel das Messinstrument mit der Steuereinheit gekoppelt oder koppelbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann zumindest für das Justieren oder Nachjustieren auf den menschlichen Bediener verzichtet werden, da durch das Messinstrument, das in beschriebener Weise mit der Werkstückbearbeitungsvorrichtung zusammenwirkt, ein automatischer Justierungs- bzw. Nachjustierungsvorgang ermöglicht ist. Der menschliche Bediener hat - beispielsweise um die Justierung bzw. Nachjustierung auszulösen - in vorteilhafter Weise lediglich das Messinstrument anstelle des Optikschutzelements in die Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs einzusetzen. Hierdurch wird eine menschliche Fehlerquelle aus dem Vorgang des Justierens bzw. Nachjustierens eliminiert, indem der Abstandswert mittels des Datenkommunikationselements direkt der Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt wird.
In einem weiteren (zweiten) Aspekt betrifft die Erfindung ein Laserwerkzeug zum Laserbearbeiten eines Objekts, insbesondere Werkstücks, mit einem gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Messinstrument. Aufgrund des Messinstruments, das zum Messen eines Abstands zwischen dem Messinstrument und dem Werkstück ausgebildet ist, ist das Laserwerkzeug dazu eingerichtet, einen Abstand zwischen dem Objekt bzw. Werkstück und dem Laserwerkzeug zu bestimmen, indem mittels des Messinstruments der Abstand zwischen dem Messinstrument und dem Objekt bzw. Werkstück gemessen wird und daraus der Abstand zwischen dem Objekt/Werkstück und dem Laserwerkzeug bestimmt, beispielsweise berechnet wird. Dabei weist das Laserwerkzeug eine Laserlichtquelle und eine Bearbeitungslaseroptik auf, wobei die Bearbeitungslaseroptik ein Aufnahmeelement umfasst, mittels dessen ein Optikschutzelement der Bearbeitungslaseroptik reversibel zerstörungsfrei lösbar aus der Bearbeitungslaseroptik entnehmbar und/oder in diese einsetzbar ist.
Um nun mittels des Laserwerkzeugs den Abstand zwischen dem Werkstück und dem Laserwerkzeug besonders effizient messen zu können, ist erfindungsgemäß bei diesem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse des Messinstruments eine Außengestalt aufweist, die mit einer Außengestalt des Optikschutzelements korrespondiert, wodurch das Gehäuse und infolgedessen das Messinstrument reversibel zerstörungsfrei lösbar in die Bearbeitungslaseroptik einsetzbar und/oder aus dieser entnehmbar ist. Das bedeutet, dass das Messinstrument bestimmungsgemäß in die Bearbeitungslaseroptik einsetzbar ist, wenn das Optikschutzelement aus der Bearbeitungslaseroptik bestimmungsgemäß herausgenommen ist. Mit wieder anderen Worten sind sowohl das Optikschutzelement als auch das Messinstrument jeweils korrespondierend mit der Bearbeitungslaseroptik ausgebildet, sodass in Bezug zu dieser Bearbeitungslaseroptik das Optikschutzelement und das Messinstrument gegeneinander austauschbar sind.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messinstruments beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Gemäß einem weiteren (dritten) Aspekt der Erfindung weist eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung, insbesondere ein Werkstückbearbeitungsroboter, ein gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildetes Laserwerkzeug auf. Das bedeutet, dass die Werkstückbearbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, mittels des Laserwerkzeugs, das insbesondere das Messinstrument umfasst, einen Abstand zwischen einem Werkstück und dem Laserwerkzeug bzw. Messinstrument besonders effizient zu messen, um eine besonders hohe Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des (bearbeiteten) Werkstücks zu gewährleisten.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messinstruments und/oder mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind diese entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung hier nicht noch einmal dargelegt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren in noch einem weiteren (vierten) Aspekt ein Verfahren zum Bestimmen eines Abstands zwischen einem Laserwerkzeug und einem beispielsweise als ein Werkstück ausgebildeten Objekt, wobei ein Optikschutzelement des Laserwerkzeugs reversibel zerstörungsfrei aus einer Bearbeitungslaseroptik des Laserwerkzeugs entnommen und ein Messinstrument anstelle des Optikschutzelements in die Bearbeitungslaseroptik eingesetzt wird. Das bedeutet, dass das Laserwerkzeug und das Messinstrument gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet sind. Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messinstruments des erfindungsgemäßen Laserwerkzeugs und/oder der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind diese entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal dargelegt.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die Figur eine schematische Ansicht eines Laserwerkzeugs mit einer Bearbeitungslaseroptik, in welche ein Messinstrument oder ein Optikschutzelement einsetzbar ist.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In der Figur sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden ein Messinstrument 1 , ein Laserwerkzeug 2, eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 sowie ein Messverfahren gemeinsam beschrieben.
Die Fig. zeigt in schematischer Ansicht das Laserwerkzeug 2 mit einer Bearbeitungslaseroptik 4, in welche das Messinstrument 1 oder ein Optikschutzelement 5 einsetzbar ist. Zunächst wird das Laserwerkzeug 2 beschrieben, wobei das Optikschutzelement 5 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingesetzt ist. Das Laserwerkzeug 2 ist dazu ausgebildet, einen Bearbeitungslaserstrahl 6 auf ein Werkstück 7 zu projizieren, wobei eine Strahltaille 8 des Bearbeitungslaserstrahls 6 einen Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2 charakterisiert. Beispielsweise fallen die Strahltaille 8 und der Bearbeitungspunkt 9 zusammen. Eine positionelle Lage der Strahltaille 8 und infolgedessen des Bearbeitungspunkts 9 wird maßgeblich durch die im Ganzen mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Bearbeitungslaseroptik bestimmt. Die Bearbeitungslaseroptik 4 weist hierzu wenigstens zwei Optikelemente 10 auf, beispielsweise Linsen, Spiegel etc. Mittels dieser Optikelemente 10 wird im Betrieb des Laserwerkzeugs 2 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingekoppeltes Laserlicht unter Ausnutzung optophysikalischer Gesetzmäßigkeiten zu dem Bearbeitungslaserstrahl 6 umgeformt, das heißt beispielsweise fokussiert, gebrochen, umgelenkt, reflektiert etc., sodass sich letztendlich die Lage der Strahltaille 8 und infolgedessen der Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2 ergibt. Dabei weist die Bearbeitungslaseroptik 4 eine Optikmittenachse 11 auf, welche beispielsweise eine Längsmittelachse der Bearbeitungslaseroptik 4 bildet. Die Optikmittenachse 11 bzw. die Längsmittelachse der Bearbeitungslaseroptik 4 charakterisiert beispielsweise einen Strahlenpfad oder Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls 6.
Das Laserlicht, das mittels der Bearbeitungslaseroptik 4 zu dem Bearbeitungslaserstrahl 6 umgeformt wird, wird an einer Eingangsseite 12 der Bearbeitungslaseroptik 4 mittels einer Bearbeitungslaserlichtquelle 13 in die Optikelemente 10 der Bearbeitungslaseroptik 4 eingekoppelt, sodass es als der Bearbeitungslaserstrahl 6 an einer Ausgangsseite 14 der Bearbeitungslaseroptik 4 austritt. Bei der Bearbeitungslaserlichtquelle 13 kann es sich beispielsweise um eine Laserdiode und/oder um eine sonstige Laserlichtquelle handeln, wobei insbesondere zu verstehen ist, dass die Bearbeitungslaserlichtquelle 13 entfernt von der Bearbeitungslaseroptik 4 angeordnet sein kann, sodass das Bearbeitungslaserlicht beispielsweise mittels eines Lichtleitelements, beispielsweise Lichtleitkabels, an der Eingangsseite 12 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingekoppelt werden kann.
Die Bearbeitungslaseroptik 4 und infolgedessen das Laserwerkzeug 2 weist weiter das Optikschutzelement 5 auf, durch welches die Optikelemente 10 davor geschützt sind, verschmutzt und/oder beschädigt zu werden, wenn während eines Laserbearbeitens des Werkstücks 7 geschmolzenes Material desselben aufspritzt oder aufgewirbelt wird. Hierzu ist das Optikschutzelement 5, welches beispielsweise als eine Schutzglasscheibe ausgebildet ist, in die Bearbeitungslaseroptik 4, insbesondere koaxial in Bezug zu der Optikmittenachse 11 eingesetzt. Hierzu weist das Laserwerkzeug 2, insbesondere die Bearbeitungslaseroptik 4, ein Aufnahmeelement 15 auf, das mit dem Optikschutzelement 5 korrespondiert, wobei das Optikschutzelement 5 ein (erstes) Einsetzelement 16 bildet, sodass das Optikschutzelement 5 bzw. das erste Einsetzelement 16 und das Aufnahmeelement 15 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Bearbeitungslaseroptik 4 zum Bilden einer Haltevorrichtung ausgebildet sind. Dabei weist diese Haltevorrichtung das Aufnahmeelement 15 und das darin eingesetzte erste Einsetzelement 16, das heißt das Optikschutzelement 5, auf. Beispielsweise ist vorgesehen, dass zwischen dem Einsetzelement 16 und infolgedessen dem Optikschutzelement 5 und dem Aufnahmeelement 15 ein Kraft- und/oder Formschluss gebildet ist, wodurch das Optikschutzelement 5 als das erste Einsetzelement 16 kraft- und/oder formschlüssig in dem Aufnahmeelement 15 der Bearbeitungslaseroptik 4 gehalten oder halterbar ist. Des Weiteren ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass der zwischen dem Einsetzelement 16 und dem Aufnahmeelement 15 wirkende oder schließbare Kraft- und/oder Formschluss zerstörungsfrei reversibel lösbar ist, sodass das Optikschutzelement 5 als das erste Einsetzelement 16 zerstörungsfrei reversibel aus dem Aufnahmeelement 15 und infolgedessen aus der Bearbeitungslaseroptik 4 herausnehmbar ist.
Wie weiter unten noch genauer dargelegt wird, weist das Messinstrument 1 ein Gehäuse 17 auf, dessen Außengestalt 18 derart ausgebildet ist, dass das Messinstrument 1 und das Optikschutzelement 5 eine gleiche Außengestalt 18, 19 aufweisen. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 17 des Messinstruments 1 derart ausgebildet, dass die Außengestalt 18 des Messinstruments 1 und die Außengestalt 19 des Optikschutzelements 5 miteinander zumindest insoweit korrespondieren, als das Messinstrument 1 anstatt des Optikschutzelements 5 in die Bearbeitungslaseroptik 4 einsetzbar ist. Das bedeutet beispielsweise, dass das Gehäuse 17 des Messinstruments 1 Mittel zum Schließen eines Kraft- und/oder Formschlusses zwischen dem Messinstrument 1 und dem Aufnahmeelement 15 der Bearbeitungslaseroptik 4 aufweist. In anderen Worten ist durch das Messinstrument 1 ein weiteres (beispielsweise zweites) Einsetzelement 20 für das Aufnahmeelement 15 gebildet. Folglich sind das Messinstrument 1 bzw. das zweite Einsetzelement 20 und das Aufnahmeelement 15 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Bearbeitungslaseroptik 4 zum Bilden der Haltevorrichtung ausgebildet. Dabei weist dann die Haltevorrichtung das Aufnahmeelement 15 und - alternativ zu dem Optikschutzelement 5 - das darin eingesetzte zweite Einsetzelement 20, das heißt das Messinstrument 1 , auf.
Das Messinstrument 1 weist einen Abstandssensor 21 , insbesondere Lasertriangulationssensor 22, auf, mittels dessen ein Messlaserstrahl 23 emittierbar oder ausstrahlbar ist, welcher zum Messen eines Abstands 24 auf das Werkstück 7, insbesondere auf eine Oberfläche 25 des Werkstücks 7, ausrichtbar ist. Hierzu weist der Lasertriangulationssensor
22 bzw. Abstandssensor 21 im vorliegenden Beispiel eine Messlaserlichtquelle 26 auf, die insbesondere unterschiedlich von der Bearbeitungslaserlichtquelle 13 ausgebildet ist. Des Weiteren weist das Messinstrument 1 ein Spiegelelement 27 auf, mittels dessen der Messlaserstrahl 23 im Betrieb des Messinstruments 1 auf das Werkstück 7 bzw. auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 gerichtet wird. Unter einem Auftreffen des Messlaserstrahls
23 auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 wird dieser als ein Reflexionsmesslaserstrahl 28 von der Oberfläche 25 des Werkstücks 7 reflektiert, wobei zwischen dem Messlaserstrahl 23 und dem Reflexionsmesslaserstrahl 28 ein Reflexionswinkel ausgebildet wird, durch welchen der Abstand 24 charakterisierbar ist. Im vorliegenden Beispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass mittels des Spiegelelements 27 sowohl der Messlaserstrahl 23 als auch der Reflexionsmesslaserstrahl 28 jeweils um circa 90 Grad umgelenkt werden, sodass eine besonders kompakte Konstruktion des Messinstruments 1 ermöglicht ist, beispielsweise, wenn der Lasertriangulationssensor 22 besonders hoch baut, um diesen dann liegend zu montieren.
Um während eines Serienfertigungsprozesses besonders schnell und effizient den Abstand 24 bestimmen zu können, über weichen das Laserwerkzeug 2, insbesondere die Ausgangsseite 14 des Laserwerkzeugs 2 und das Werkstück 7, insbesondere dessen Oberfläche 25, voneinander beabstandet sind, ist gemäß dem Verfahren zum Messen des Abstands 24 das Optikschutzelement 5 bzw. das erste Einsetzelement 16 auf dem Laserwerkzeug 2, insbesondere aus der Bearbeitungslaseroptik 4, zu entnehmen. Hiernach ist das Messinstrument 1 bzw. das (zweite) Einsetzelement 20 in das Laserwerkzeug 2, insbesondere in die Bearbeitungslaseroptik 4, einzusetzen, indem das Messinstrument 1 in das Aufnahmeelement 15 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Bearbeitungslaseroptik 4 eingesetzt wird. Mit anderen Worten wird zum Messen des Abstands 24 das Optikschutzelement 5 gegen das Messinstrument 1 ausgetauscht. Zuvor ist der Bearbeitungslaserstrahl 6 zu deaktivieren, beispielsweise indem die Bearbeitungslaserlichtquelle 13 deaktiviert wird.
Im Folgenden wird also das Laserwerkzeug 2 beschrieben, wobei das Messinstrument 1 in die Bearbeitungslaseroptik 4 eingesetzt ist. Es ist zu erkennen, dass mittels des Lasertriangulationssensors 22 und mittels des Spiegelelements 27 der Messlaserstrahl 23 auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 gestrahlt wird, sodass der Messlaserstrahl 23 mittels der Oberfläche 25 als der Reflexionsmesslaserstrahl 28 zu dem Lasertriangulationssensor 22 reflektiert wird. Hierbei wird der Reflexionsmesslaserstrahl 28 im vorliegenden Beispiel mittels des Spiegelelements 27 umgelenkt. Da eine geometrische Anordnung des Aufnahmeelements 15 in Bezug zu einem dem Werkstück 7 zugewandten Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 bekannt ist, ist dementsprechend eine geometrische Anordnung des in das Aufnahmeelement 15 eingesetzten Messinstruments 1 in Bezug zu dem Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 bekannt. Es ist bei dem Verfahren beispielsweise vorgesehen, dass mittels des Messinstruments 1 ein Abstand 30 erfasst bzw. gemessen wird, über welchen das Messinstrument 1 und die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 voneinander beabstandet sind. Indem nun die geometrische Anordnung des Messinstruments 1 in Bezug zu dem Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 bekannt ist, lässt sich mittels einfacher mathematischer Operationen - die insbesondere von einer Steuereinheit oder Recheneinheit (nicht dargestellt) des Messinstruments 1 durchführbar sind - der Abstand 24 bestimmen, über welchen das Laserwerkzeug 2 und das Werkstück 7 voneinander beabstandet sind. So lässt sich in besonders kurzer Messzeit, etwa innerhalb von wenigen Sekunden, der Abstand 24 exakt bestimmen, sodass auf diese Weise besonders einfach feststellbar ist, ob die Strahltaille 8 bzw. der Bearbeitungspunkt 9 in erwünschter Weise in Bezug zu dem Werkstück 7 angeordnet ist, um eine besonders hohe bzw. vorteilhafte Qualität des Laserbearbeitens und infolgedessen des mittels des Laserbearbeitens bearbeiteten Werkstücks 7 zu gewährleisten.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Laserwerkzeug 2 oder die das Laserwerkzeug 2 aufweisende Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 mitsamt dem Messinstrument 1 bei einer Inbetriebnahme des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 kalibriert wird, wobei beispielsweise der gewünschte bzw. ideale Abstand zwischen dem Ende 29 des Laserwerkzeugs 2 und der Oberfläche 25 des Werkstücks 7 manuell eingestellt wird. Das Messinstrument 1 ist in diesem Fall dann beispielsweise derart einstellbar, dass ein Abweichen des Laserwerkzeugs 2 und/oder des Werkstücks 7 von diesem idealen Abstand mittels des Messinstruments 1 erfasst wird, indem mittels des Messinstruments 1 ein größerer bzw. kleinerer Abstand als der ideale Abstand gemessen oder erfasst wird.
Das Messinstrument 1 weist im vorliegenden Beispiel des Weiteren eine Ausgabeeinheit 31 auf, mittels derer ein den Abstand 24 und/oder den Abstand 30 charakterisierender Abstandswert bereitstellbar ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Ausgabeeinheit 31 ein Display 32 aufweist, wodurch dem menschlichen Bediener des Laserwerkzeugs 2 bzw. des Messinstruments 1 der Abstandswert bereitstellbar ist, beispielsweise in Form von Text, insbesondere Ziffern. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Messinstruments 1 weist die Ausgabeeinheit 31 alternativ oder zusätzlich zu dem Display 32 ein Datenkommunikationselement 33 auf, mittels dessen der Abstandswert in Datenform der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3, insbesondere der Steuereinrichtung derselben, bereitstellbar ist. Das bedeutet beispielsweise, dass beim Messen bzw. Erfassen des Abstands 24 der den Abstand 24 charakterisierende Abstandswert mittels des Messinstruments 1 über das Datenkommunikationselement 33 der Steuereinrichtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 bereitgestellt wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuereinrichtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 dazu ausgebildet ist, den Abstandswert als ein Eingangssteuersignal zu akzeptieren, was bedeutet, dass eine Aktorik 34 der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 mittels der Steuereinrichtung basierend auf dem Abstandswert steuerbar ist. Mit anderen Worten ist es bei der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 ermöglicht, dass der Abstand 24 automatisch bzw. autonom eingestellt wird, sobald das Messinstrument 1 bestimmungsgemäß in das Aufnahmeelement 15 der Bearbeitungslaseroptik 4 bzw. des Laserwerkzeugs 2 eingesetzt ist. Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 weist das Laserwerkzeug 2 und infolgedessen - sofern das Messinstrument 1 in das Laserwerkzeug 2 eingesetzt ist, das Messinstrument 1 auf. Vorliegend ist die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 als ein Werkstückbearbeitungsroboter ausgebildet oder weist diesen zumindest auf. Das bedeutet, dass die Aktorik 34 der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 beispielsweise als eine Roboteraktorik ausgebildet sein kann, wobei das Laserwerkzeug 2 zum Beispiel ein distales Endglied des Werkstückbearbeitungsroboters bildet oder an diesem distalen Endglied angeordnet ist. Dementsprechend ist die Steuereinrichtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 als eine Roboter- Steuereinrichtung ausgebildet, welcher insbesondere mittels des Datenkommunikationselements 33 der Ausgabeeinheit 31 der Abstandswert in Datenform bereitstellbar ist, sodass dann - nachdem der Abstand 24 mittels des Messinstruments 1 erfasst worden ist - die Roboter-Steuereinrichtung dem Werkstückbearbeitungsroboter, das heißt die Aktorik 34, zum Justieren bzw. Nachjustieren entsprechend steuert. Liegt also eine Dejustierung des Abstands 24 vor, sodass der Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2, welcher einen Bearbeitungspunkt der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 bildet, in Bezug zu dem Werkstück 7 in unerwünschter Weise verstellt ist, kann beispielsweise durch die Roboter- Steuereinrichtung Einfluss auf eine Roboterprogrammierung genommen werden, anhand derer die Aktorik 34 bzw. Roboteraktorik steuerbar ist oder gesteuert wird, um den Abstand 24 (wieder) derart einzustellen, dass der Bearbeitungspunkt 9 des Laserwerkzeugs 2 bzw. der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 wunschgemäß in Bezug zu dem Werkstück 7 angeordnet ist oder wird.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels des Messinstruments 1 , mittels des Laserwerkzeugs 2, mittels der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 3 und/oder mittels des Verfahrens zum Messen des Abstands 24 dieser besonders effizient messbar ist, insbesondere ohne einen Serienfertigungsprozess oder Serienbearbeitungsprozess in nachteiliger Weise besonders lang unterbrechen zu müssen. Denn in dem das Messinstrument 1 bestimmungsgemäß in das Aufnahmeelement 15 des Bearbeitungslaseroptik 4 einsetzbar ist, entfällt eine besonders lange und nachteilige Rüstzeit des Laserwerkzeugs 2, um dieses zum Messen des Abstands 24 umzurüsten. Stattdessen wird in einfacher Weise das Optikschutzelement 5 bzw. die Schutzglasscheibe besonders effizient aus dem Aufnahmeelement 15, das heißt aus der Bearbeitungslaseroptik 4, herausgenommen, wonach ebenso effizient bzw. einfach das Messinstrument 1 in das Aufnahmeelement 15, das heißt in die Bearbeitungslaseroptik 4 einsetzbar ist. So ergeben sich die äußert kurze Messzeit sowie eine besonders schnelle Inbetriebnahme, und zum Ausführen dieser Messung sind keine Spezialkenntnisse des Personals notwendig, die über das Bedienen des Laserwerkzeugs 2 und das Austauschen bzw. das Ersetzen des Optikschutzelements 5 hinausgehen.
Des Weiteren ist das Messinstrument 1 besonders kostengünstig, da es im Vergleich zu herkömmlichen Messsystemen (welche mehrere Zehntausend Euro kosten können) besonders günstig ist, insbesondere weniger als eintausend Euro kostet. Hierdurch ergibt sich ein ökonomisch besonders günstiges Messverfahren, was zu einer besonders hohen und insbesondere gleichbleibenden Qualität von Werkstücken 7 beiträgt.
Überdies ist der Abstand 24, über welchen das Laserwerkzeug 2 und die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 voneinander beabstandet sind, besonders exakt erfassbar, indem der Messlaserstrahl 23 entlang des Strahlpfads des Bearbeitungslaserstrahls 6, beispielsweise entlang der Optikmittenachse 11 , auf die Oberfläche 25 des Werkstücks 7 projiziert wird. Denn hierbei wird direkt an dem Bearbeitungspunkt 9 der Abstand 24 gemessen bzw. erfasst, was im Vergleich zu dem Erfassen des Abstands 24 abseits des Bearbeitungspunkts 9 zu bevorzugen ist.
Bezugszeichenliste
Messinstrument
Laserwerkzeug
Werkstückbearbeitungsvorrichtung
Bearbeitungslaseroptik
Optikschutzelement
Bearbeitungslaserstrahl
Werkstück
Strahltaille
Bearbeitungspunkt
Optikelement
Optikmittenachse
Eingangsseite
Bearbeitungslaserlichtquelle
Ausgangsseite
Aufnahmeelement
Einsetzelement
Gehäuse
Außengestalt
Außengestalt
Einsetzelement
Abstandssensor
Lasertriangulationssensor
Messlaserstrahl
Abstand
Oberfläche
Messlaserlichtquelle
Spiegelelement
Reflexionsmesslaserstrahl
Ende
Abstand
Ausgabeeinheit
Display
Datenkommunikationselement 34 Aktorik

Claims

Patentansprüche Messinstrument (1 , 20) für ein Laserwerkzeug (2), zum Messen eines Abstands (30) zwischen dem Messinstrument (1 , 20) und einem Objekt (7), mit einem Lasertriangulationssensor (21 , 22), mittels dessen ein Messlaserstrahl (23) auf das Objekt (7, 25) ausstrahlbar ist, welcher unter einem Auftreffen auf das Objekt (7, 25) als ein Reflexionsmesslaserstrahl (28) mittels des Objekts (7, 25) reflektierbar und von dem Lasertriangulationssensor (21 , 22) empfangbar ist, und mit einem Gehäuse (17), in welchem der Lasertriangulationssensor (21 , 22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) eine Außengestalt (18) aufweist, die mit einer Außengestalt (19) eines Optikschutzelements (5, 16) einer Bearbeitungslaseroptik (4) des Laserwerkzeugs (2) korrespondiert, wodurch das Gehäuse (17) und infolgedessen das Messinstrument (1 , 20) in das Laserwerkzeug (2) einsetzbar ist. Messinstrument (1 , 20) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch ein in dem Gehäuse (17) angeordnetes Spiegelelement (27), mittels dessen der Messlaserstrahl (23) in Richtung hin zu dem Objekt (7, 25) umlenkbar ist und der Reflexionsmesslaserstrahl (28) in Richtung hin zu dem Lasertriangulationssensor (21 , 22) umlenkbar ist. Messinstrument (1 , 20) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinheit (31 , 32, 33), mittels derer ein den Abstand (30) zwischen dem Messinstrument (1 , 20) und dem Objekt (7, 25) charakterisierender Abstandswert bereitstellbar ist. Messinstrument (1 , 20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (31) ein Display (32) aufweist, mittels dessen der Abstandswert bereitstellbar ist. Messinstrument (1 , 20) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (31) ein Datenkommunikationselement (33) aufweist und der Abstandswert in Datenform einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung (3) bereitstellbar ist. Laserwerkzeug (2) zum Laserbearbeiten eines Objekts (7), mit einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Messinstrument (1 , 20), sodass mittels des Laserwerkzeugs (2) ein Abstand (24) zwischen dem Laserwerkzeug (2) und dem Objekt (7) bestimmbar ist, mit einer Bearbeitungslaserlichtquelle (13) und mit einer Bearbeitungslaseroptik (4), welche ein Aufnahmeelement (15) aufweist, mittels dessen ein Optikschutzelement (5, 16) der Bearbeitungslaseroptik (4) reversibel zerstörungsfrei lösbar aus der Bearbeitungslaseroptik (4) entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) des Messinstruments (1) eine Außengestalt (18) aufweist, die mit einer Außengestalt (19) des Optikschutzelements (5, 16) korrespondiert, wodurch das Gehäuse (17) und infolgedessen das Messinstrument (1 , 20) reversibel zerstörungsfrei lösbar in die Bearbeitungslaseroptik (4) einsetzbar ist. Werkstückbearbeitungsvorrichtung (3) mit einem nach Anspruch 6 ausgebildeten Laserwerkzeug (2). Verfahren zum Bestimmen eines Abstands (24) zwischen einem nach Anspruch 6 ausgebildeten Laserwerkzeug (2) und einem Objekt (7), wobei ein Optikschutzelement (5, 16) des Laserwerkzeugs (2) reversibel zerstörungsfrei aus einer Bearbeitungslaseroptik (4) des Laserwerkzeugs (2) entnommen und ein nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildetes Messinstrument (1 , 20) anstelle des Optikschutzelements (5, 16) in die Bearbeitungslaseroptik (4) eingesetzt wird.
PCT/EP2021/075063 2020-09-15 2021-09-13 Messinstrument für ein laserwerkzeug, laserwerkzeug und werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie verfahren zum messen eines abstands WO2022058270A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180062988.2A CN116113515A (zh) 2020-09-15 2021-09-13 用于激光工具的测量仪器、激光工具和工件加工设备以及用于测量距离的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020211533.8A DE102020211533B3 (de) 2020-09-15 2020-09-15 Messinstrument für ein Laserwerkzeug, Laserwerkzeug und Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zum Messen eines Abstands
DE102020211533.8 2020-09-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022058270A1 true WO2022058270A1 (de) 2022-03-24

Family

ID=77914299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/075063 WO2022058270A1 (de) 2020-09-15 2021-09-13 Messinstrument für ein laserwerkzeug, laserwerkzeug und werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie verfahren zum messen eines abstands

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN116113515A (de)
DE (1) DE102020211533B3 (de)
WO (1) WO2022058270A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121697A1 (de) * 2011-12-16 2013-06-20 Precitec Kg Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
DE102014113283A1 (de) * 2014-09-15 2016-03-17 Blackbird Robotersysteme Gmbh Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung mit Sensor-Scannereinrichtung
DE102015107556B3 (de) * 2015-05-13 2016-09-01 Precitec Gmbh & Co. Kg Kassettenmodul zur Halterung eines optischen Elements in einer Laserbearbeitungsanlage
DE102016122830A1 (de) * 2016-11-25 2018-05-30 NoKra Optische Prüftechnik und Automation GmbH Verfahren und Anordnung zur Abstandsmessung
US20190015931A1 (en) 2017-07-14 2019-01-17 Precitec Gmbh & Co. Kg Method and device for measuring and controlling a distance between a machining head and a workpiece

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015200263A1 (de) 2015-01-12 2016-07-14 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Aktualisieren von Daten einer Materialbearbeitungsmaschine sowie zugehörige Materialbearbeitungsmaschine und austauschbare Maschinenkomponente
DE102015115803A1 (de) 2015-09-18 2017-03-23 Precitec Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Führen eines Bearbeitungskopfes entlang einer zu bearbeitenden Spur

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121697A1 (de) * 2011-12-16 2013-06-20 Precitec Kg Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
DE102014113283A1 (de) * 2014-09-15 2016-03-17 Blackbird Robotersysteme Gmbh Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung mit Sensor-Scannereinrichtung
DE102015107556B3 (de) * 2015-05-13 2016-09-01 Precitec Gmbh & Co. Kg Kassettenmodul zur Halterung eines optischen Elements in einer Laserbearbeitungsanlage
DE102016122830A1 (de) * 2016-11-25 2018-05-30 NoKra Optische Prüftechnik und Automation GmbH Verfahren und Anordnung zur Abstandsmessung
US20190015931A1 (en) 2017-07-14 2019-01-17 Precitec Gmbh & Co. Kg Method and device for measuring and controlling a distance between a machining head and a workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020211533B3 (de) 2022-02-03
CN116113515A (zh) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3140609B1 (de) Vorrichtung zur messung der tiefe einer schweissnaht in echtzeit
DE102013015656B4 (de) Verfahren zum Messen der Eindringtiefe eines Laserstrahls in ein Werkstück, Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks sowie Laserbearbeitungsvorrichtung
EP3901570B1 (de) Verfahren zur optischen messung der einschweisstiefe
EP1773534B1 (de) Lasereinrichtung und betriebsverfahren
DE10297255B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen und Einstellen eines Laserschweißprozesses
DE102017115922C5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Einstellung eines Abstands zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück sowie dazugehöriges Verfahren zur Regelung
EP2516101B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erfassung und justierung des fokus eines laserstrahls bei der laserbearbeitung von werkstücken
EP3313607B1 (de) Laserbearbeitungskopf und laserbearbeitungsmaschine damit
DE102019122047B4 (de) Ausrichteinheit, Sensormodul umfassend dieselbe und Laserbearbeitungssystem umfassend das Sensormodul
DE102013226961B4 (de) Prüfvorrichtung und Verfahren zur rechnergestützten Überwachung eines an einer Bearbeitungsoptik angebrachten Werkzeugteils einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung sowie Vorrichtung zur rechnergestützten Materialbearbeitung
CH616357A5 (en) Method of accurately machining a workpiece arranged in the working zone of a machining laser and apparatus for carrying out the method
DE102017010055A1 (de) Laserstrahlschweißen von geometrischen Figuren mit OCT-Nahtführung
DE202017101590U9 (de) Vorrichtung zur Führung eines Laserstrahls auf ein Werkstück
WO2007006444A1 (de) Laserscanner ii
CH679081A5 (de)
DE102016008184B4 (de) Messvorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines Bearbeitungsprozesses zur Materialbearbeitung eines Werkstücks unter synchroner Ansteuerung eines Bearbeitungsscanners und eines Referenzarmscanners sowie System zum Bearbeiten und Überwachen eines Werkstücks mit einer Messvorrichtung
EP2361717B1 (de) Laserstrahlschweißeinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Laserstrahlschweißeinrichtung
DE102020211533B3 (de) Messinstrument für ein Laserwerkzeug, Laserwerkzeug und Werkstückbearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zum Messen eines Abstands
WO2008025811A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von werkstücken unter verwendung eines laserstrahls
DE102011117454A1 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung
DE102017009559B4 (de) Messvorrichtung zum Überwachen, System zum Bearbeiten und Überwachen sowie Verfahren zum Überwachen
DE202010005013U1 (de) Vorrichtung zur Qualitätssicherung und Prozesskontrolle bei der Laserbearbeitung von Werkstücken
EP4180761A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur vermessung von werkzeugen
DE102006059269B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur optischen Abstandsmessung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21777661

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21777661

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1