WO2016041768A1 - Device for remote laser machining having a sensor scanner apparatus - Google Patents

Device for remote laser machining having a sensor scanner apparatus Download PDF

Info

Publication number
WO2016041768A1
WO2016041768A1 PCT/EP2015/069898 EP2015069898W WO2016041768A1 WO 2016041768 A1 WO2016041768 A1 WO 2016041768A1 EP 2015069898 W EP2015069898 W EP 2015069898W WO 2016041768 A1 WO2016041768 A1 WO 2016041768A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
laser
unit
manipulator
workpiece
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/069898
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Vogl
Ulrich MUNZERT
Uwe Megerle
Original Assignee
Blackbird Robotersysteme Gmbh
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 Blackbird Robotersysteme Gmbh filed Critical Blackbird Robotersysteme Gmbh
Priority to CN201580045018.6A priority Critical patent/CN106573338B/en
Publication of WO2016041768A1 publication Critical patent/WO2016041768A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/044Seam tracking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B23K26/0861Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane in at least in three axial directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots

Definitions

  • the present invention relates to a device for remote laser processing of at least one workpiece by means of a processing laser beam having a laser guide unit and at least one optically decoupled from the laser unit sensor unit, which are jointly by a manipulator, in particular around and / or along multiple manipulator axes, movable and or to which the workpiece is relatively movable by means of a manipulator, in particular around and / or along a plurality of manipulator axes and / or by means of a movable workpiece holder, wherein the processing laser beam can be guided to a processing location on the workpiece by means of the laser guide unit and the sensor unit is an optical sensor for Detecting an analysis area on the workpiece and having means for moving the analysis area relative to the movement of the manipulator.
  • the control and monitoring of the laser beam machining process is difficult with long-firing laser devices, so-called remote laser systems, due to the large working distance of about 300 mm to 2000 mm to the workpiece.
  • a monitoring device for jet devices, in particular remotely laser, for the machining of workpieces is known, which can be used for different jet devices, even for those with longer focal lengths.
  • the jet device has a movable laser head.
  • the monitoring device comprises at least one sensor device which can be mounted on the jet head and has a controllable adjusting device for an image recorder and a projection device of the monitoring device, so that these can be swiveled.
  • the adjusting device has a servomotor and an adjusting mechanism acting on the adjustment, which in turn comprises an adjusting spindle and a hinged swivel bracket.
  • the adjusting device is dependent on the focal length change of the beam head fes controllable.
  • the disadvantage here is that the analysis range of the sensor device is so large that the data to be analyzed can only be detected in poor quality. Furthermore, the analysis area can only be moved one-dimensionally to the focal length control. Also, the adjusting means are not suitable to move the analysis area quickly to different areas of the workpiece.
  • Proposed is an apparatus for remote laser processing of at least one workpiece by means of a processing laser beam.
  • the term "remote laser processing” is understood to mean, in particular, the cutting, welding and / or marking of a workpiece by means of a laser beam, in which the laser head is spaced apart from the workpiece to be machined, in particular approximately 300 mm to 2000 mm
  • the apparatus comprises a sensor unit, which is used in particular to improve the accuracy of the cut or weld seam position, for process monitoring and / or for quality control
  • the manipulator here is preferably a multi-axis industrial robot,
  • the workpiece itself in particular by means of a movable manipulation, can be moved together by a manipulator provided for this purpose, in particular around and / or along several manipulator axes ors, in particular by means of a multi-axis gene workpiece holder (which is preferably controlled by a controller), designed to be movable relative to the laser guide unit and the sensor unit.
  • the laser guide unit and the sensor unit are preferably formed stationary.
  • the term "movable” is furthermore preferably to be understood as meaning a mobility that has at least one rotational degree of freedom, in particular about at least one rotational / tilting axis.
  • the processing laser beam can be conducted to a processing location on the workpiece by means of the laser guide unit.
  • the sensor unit has an optical sensor for detecting an analysis area on the workpiece.
  • the sensor unit is optically decoupled from the laser guide unit.
  • the sensor unit comprises means for moving the analysis area relative to the movement of the manipulator provided for this purpose.
  • These means are presently embodied as at least one optical, in particular at least partially reflective, guide element which is encompassed by the sensor unit.
  • the guide element is preferably an at least partially reflecting mirror.
  • the guide element is arranged in the beam path, namely in the sensor beam path of the sensor unit. The beam path extends from the analysis area starting to the optical sensor.
  • the guide element is thus arranged between the analysis area and the sensor and / or connected downstream of the sensor in the direction of the workpiece provided for this purpose.
  • the beam path can preferably be folded or bent by the at least one guide element and / or by at least one additional sensor deflection mirror, so that the construction volume of the sensor unit can be kept as small as possible.
  • the guide element in particular around at least one axis of rotation, designed to be movable and / or controllable. As a result, the position of the analysis area on the workpiece can be changed by a relative movement superposable to the manipulator movement.
  • the laser guide unit and the sensor unit accordingly form a mechanically and / or rigidly coupled unit which by the manipulator, in particular by the multi-axis industrial robot, is movable relative to the workpiece.
  • the analysis area or detection area of the sensor can additionally be moved relative to the manipulator.
  • This relative to the manipulator movement superimposed relative movement is effected by a corresponding movement of the coupled into the beam path of the sensor unit guide element.
  • This is preferably a movably mounted mirror, by means of which movement the position of the analysis area on the workpiece can be changed.
  • the analysis area can be moved back and forth a lot faster between at least two different areas of the workpiece.
  • the analysis range can be selected to be very small, as a result of which its resolution and, as a result, the evaluation accuracy can be increased.
  • the sensor unit can be used for a plurality of monitoring and improvement applications by means of the very fast moving guide element, in particular for accuracy improvement, for process monitoring and / or or for quality control.
  • the analysis area of the sensor unit can also be moved to a different area of the workpiece compared to the processor location.
  • the analysis area of the sensor can capture and / or mark a geometrical feature, for example a corner, edge and / or a screw, of the workpiece and / or a marker arranged thereon or in the surroundings follow the course.
  • a geometrical feature for example a corner, edge and / or a screw
  • the processing location of the processing laser beam along its target path can be performed.
  • the position of the analysis area can be changed within a maximum range of motion.
  • This movement range can be formed two-dimensionally and / or three-dimensionally.
  • the maximum range of motion of the analysis area is determined in particular by the maximum deflectability of the at least one guide element.
  • the movement region in which the analysis region can be moved is preferably designed such that the processing location always lies in the interior of it. As a result, the analysis area for different analysis and improvement tasks can be moved, for example, directly into the processing location or even spaced therefrom into the area of the desired path and / or weld seam.
  • the sensor unit and the laser guide unit are rigidly coupled together.
  • This coupling is preferably formed mechanically.
  • the sensor unit and the laser unit are mechanically coupled to each other such that they are movable as a unit from the manipulator. At the same time they are optically decoupled from each other, so that the analysis area is freely movable on the workpiece relative to the processing location.
  • the sensor unit and the laser guide unit preferably form a common manipulator unit, which is arranged in particular on a movable end of an industrial robot.
  • the sensor unit and the laser unit preferably have a common housing in which they are arranged.
  • the laser guide unit may also have a separate laser guide housing and / or the sensor unit may have a separate sensor housing.
  • the laser guide unit is rigid or movable via the laser guide housing with the manipulator, in particular with the movable free end of the industrial robot. prevented.
  • the sensor housing is arranged with the laser guide housing, in particular on its underside and / or on a side surface of the laser guide housing and / or detachably connected thereto. As a result, advantageously not the entire device must be replaced if only one of the two units is defective.
  • the laser guide unit can also be connected to a plurality of sensor units. Another advantage of such a modular structure is that the number of at least one Laserleitgepuruses, in particular Laserleitmoduls, and / or the at least one sensor housing, in particular sensor module, and / or their relative arrangement to each other individually and quickly adapted to the particular application.
  • the device has a plurality of sensor units, which are preferably arranged detachably on the laser guide unit, in particular on different side surfaces of the laser guide housing.
  • sensor units which are preferably arranged detachably on the laser guide unit, in particular on different side surfaces of the laser guide housing.
  • the optical guide element is designed as a movable mirror.
  • This is preferably rotatably mounted about at least one axis of rotation.
  • the movable mirror has two axes of rotation perpendicular to one another.
  • the mirror is mounted gimbal.
  • the sensor unit has at least a first mirror, which is rotatably mounted in particular about a first axis of rotation, and a second movable mirror which is rotatably mounted about a second axis of rotation, wherein the two axes of rotation preferably an angle and / or intersect.
  • these can also be skewed to each other.
  • one of the mirrors is in each case responsible for moving the analysis area in one dimension.
  • the sensor unit has at least one actuator for moving the guide element. If the sensor unit has a plurality of guide elements, it is advantageous for each of these guide elements to comprise its own actuator, so that its movement is decoupled from one another and, as a result, the respective guide elements can be actuated individually.
  • the actuator is a galvanometric, acousto-optical, piezoelectric and / or electromotive actuator. It goes without saying that the invention is not limited to the examples mentioned above, but also can not find here also mentioned actuator types application that meet the necessary speed requirements.
  • the sensor unit can be implemented in a structurally simple manner if the sensor is aligned directly with the guide element, in particular with its center. But to reduce the volume of construction, it is also advantageous if the sensor is indirectly, in particular with the interposition of a Sensorumlenkspiegels, on the guide element, in particular its center, aligned.
  • the sensor deflecting mirror is designed immovable here. In particular for realizing a three-dimensional movement range, it is advantageous if the sensor is indirectly aligned with the guide element via at least one lens, so that height focusing can take place by means of this.
  • the senor is a camera and / or a distance sensor, in particular a point distance sensor.
  • This is preferably a point distance sensor for a coaxial measuring method, in particular for optical coherence tomography, conoscopic holography, chromatic-confocal distance measurement and / or transit time measurement.
  • optical coherence tomography light of shorter coherence length is used by means of an interferometer for distance measurement.
  • the object to be examined i. the workpiece, scanned point by point.
  • Conoscopic holography also serves for non-contact measurement of shape and shape deviations. The principle is based on the interference of two light waves. Prerequisite for the interference is coherent light, which is generated by a sensor laser.
  • chromatic-confocal distance measurement the dispersion of white light, ie polychromatic light, in a focusing lens is used to determine the distance of a reflective surface to the sensor.
  • the chromatic aberration is exploited.
  • the processing laser beam by means of the laser guide unit relative to the movement of the manipulator ie by a relative movement superimposed on the manipulator movement
  • the laser guide unit is designed as a laser scanner device with at least one movable laser scanner mirror.
  • the laser scanner mirror has one or more axes of motion for additional relative deflection of the laser beam. The position of the processing location on the workpiece can thus both by the manipulator movement as also be influenced by the manipulator movement superimposed relative scanner mirror movement.
  • the sensor unit comprises at least one sensor scanner device or is designed as such. Furthermore, it is advantageous if the sensor scanner device comprises at least one sensor scanner mirror which forms the movable guide element.
  • the sensor scanner mirror is smaller than the laser scanner mirror. This can ensure that the sensor scanner device is more dynamic - i. a faster mirror mobility having - is formed. As a result, areas of the workpiece lying in the direction of movement before and behind the processor can be detected very quickly during the welding process. The sensor scanner device is thus more dynamic, as compared to the laser scanner device. trained faster. Furthermore, it is additionally or alternatively advantageous if the sensor scanner mirror has a coating which differs from that of the laser scanner mirror. It is also advantageous if the sensor scanner mirror and the laser scanner mirror additionally or alternatively have mutually different coatings, which are preferably adapted to the wavelength of the respective sensor and / or laser.
  • the sensor unit has an illumination source for at least partially illuminating the workpiece. It is advantageous if the illumination source can be set up in a stationary manner in the environment. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the illumination source can be moved along with the manipulator, wherein the illumination source is preferably fastened to the common housing, the laser guide housing and / or the sensor housing. In this regard, it is particularly advantageous if the attachment to the outside and / or is detachable.
  • the illumination source is coupled into the beam path of the laser scanner device or the sensor scanner device, so that it is mitbewegbar by means of the laser scanner mirror with the processor and / or by means of the guide element with the analysis area.
  • the illumination source is optically decoupled relative to the manipulator by means of a separate illumination scanner device from the laser scanner device and the sensor scanner device.
  • the device has a control unit, which in particular comprises a manipulator control and / or a scanner control.
  • the control unit in particular the manipulator control, is preferably designed such that by means of this, the, preferably offline predetermined and / or stored, movement of the manipulator is controllable.
  • the control unit in particular the at least one scanner control, is designed such that the relative movement of the at least one laser scanner mirror, the relative movement of the at least one guide element of the sensor unit and / or the relative movement of at least one illumination scanner mirror can be controlled. It is also advantageous if the manipulator control and the at least one scanner control communicate with one another in such a way that the movement sequence of the manipulator and of the at least one scanner mirror can be coordinated with one another.
  • control unit in particular the scanner control, is designed in such a way that the at least one guide element of the sensor unit can be controlled such that the analysis area precedes the processing location in the machining direction at least during a time window to improve accuracy and / or in the region of the target to be machined - Bennett is positionable. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the analysis range for accuracy improvement at least during a time window the processor in a, in particular constant and / or variable, distance is feasible.
  • control unit in particular the scanner control, is designed such that the at least one guide element of the sensor unit can be controlled such that the analysis area for process monitoring can be positioned in the processor location at least during a time window and / or can be carried along with it.
  • the at least one movable guide element of the sensor unit can be controlled by the control unit in such a way that the analysis area for quality checking, in particular a weld seam or cut edge, is downstream of the processing location in the machining direction and / or can be positioned in the area of the processed actual web, and / or the process location in a, in particular constant and / or variable, distance is traceable.
  • the at least one guide element of the sensor unit can be controlled by the control unit such that the analysis area is closed and / or curved , in particular circular or elliptical, analysis path, in particular cyclically, around the processor is feasible. In this way, a jerky movement of the guide element can be avoided, so that the analysis area can be moved very quickly from a first area lying, for example, in the welding direction in front of the processor location into a second area located behind the processing location.
  • the device has a plurality of sensor scanner devices, it is advantageous if the analysis region of at least one sensor scanner device is mounted on an open, in particular linear or curved analysis path, in particular between two end points of the analysis trajectory, oscillating and / or to improve the accuracy in the machining direction before or for quality control behind the processing location (8) is feasible.
  • control unit In the case of a cyclical movement of the analysis area on an analysis path, in particular around the processing location, it is advantageous if the control unit is designed in such a way that it does not evaluate the sensor data detected by the sensor completely but only in time in at least one analysis interval. Accordingly, it is advantageous if the control unit evaluates the sensor data for improving accuracy in a first analysis interval, namely in particular if the analysis area is located on the analysis path in the intersection with the desired path, and / or evaluates for quality verification in a second analysis interval, namely In particular, when the analysis area on the analysis path in the intersection with the actual path or in particular the
  • control unit is able to determine the position of the analysis area and / or the position and / or orientation of the analysis path relative to the processing location as a function of online and / or offline parameters.
  • control unit as a parameter determines the offline determined and / or stored geometry data of a reference workpiece, the stored, and in particular offline, stored and / or online recorded motion data of the manipulator, in particular offline set and / or stored and / or online ascertained, movement data of the at least one laser scanner mirror, the off-set and / or stored approximate position of the desired path, the on-line accuracy improved target position of the target path and / or the online determined actual position of the actual path uses.
  • control unit in particular the scanner control, is designed such that the at least one sensor unit can be calibrated by means of this.
  • the control unit is preferably able to adjust a sensor working space of the sensor unit to a laser working space of the laser unit.
  • the control unit is designed such that at least two sensor units can be calibrated to one another.
  • the sensor unit is preferably able to match the sensor working spaces of these at least two separate sensor units to one another.
  • the laser guide unit and the sensor unit each have an optical element arranged in the respective beam path and / or axially displaceable, in particular a lens, which can be moved by means of a common displacement device as a unit, in particular parallel to one another.
  • the displacement device preferably comprises an axially displaceable carrier carriage, which receives both optical elements rigidly to one another.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device for remote laser processing with a laser guide and sensor unit optically decoupled from one another
  • FIG. 2 is a schematic detail view of that shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the workpiece in the area of the processing location with an analysis area that can be moved around the processing location on an analysis path.
  • FIG. 1 shows a device for remote laser processing.
  • at least one workpiece 2 is processed with a machining laser beam 3, i. either marked, cut or welded.
  • a laser-guiding unit 4 of the device 1 is in this case moved away from the workpiece 2 by means of a manipulator 5.
  • the manipulator 5 is a multi-axis industrial robot, at the free end of the laser guide unit 4 is arranged.
  • the laser guide unit 4 according to FIG. 2 is designed as a laser scanner device 6 which comprises at least one laser scanner mirror 7 which is rotatably mounted and controllable about at least one axis of rotation.
  • the processing laser beam 3 can additionally be deflected relative to the manipulator movement.
  • the position of the processing location 8 on the workpiece 2 can thus be influenced by the movement of the manipulator 5 as well as by the movement of the at least one laser scanner mirror 7.
  • the laser scanner device 6 comprises a laser deflection mirror 9 and an optical element 10, in particular a lens, which are connected upstream of the laser scanner mirror 7 in the processing laser beam path.
  • the optical element 10 is displaceable in the axial direction. The displacement of the optical element 10 causes a shift of the focus position in the axial direction.
  • the laser scanner device 6 comprises an objective 26 for focusing the processing beam 3.
  • the schematic structure of the laser scanner device 6 shown in the present embodiment can also have a plurality of laser deflecting mirrors 9 as well as further optical elements. Also can the arrangement of these elements differ from each other of the illustrated embodiment.
  • the objective 26 is also arranged in front of the laser scanner mirror 7.
  • the laser scanner device 6 can also have a plurality of laser scanner mirrors 7, which are each mounted to be movable about at least one axis.
  • the axes of rotation of the two movable scanner mirrors 7 can be aligned differently with each other, in particular such that each of the scanner mirrors 7 is preferably responsible for a single dimension of movement of the analysis area 17. It is also conceivable that at least one of the laser scanner mirrors 7 is rotatably supported by not just one but several, in particular two, axes of rotation.
  • the processing laser beam 3 or its processing location 8 is guided along a desired path 1 1.
  • the device 1 for remote laser processing further comprises a control unit 13 by means of which the movement of the manipulator 5 and of the laser scanner mirror 7 for guiding the processing location 8 along the desired path 1 1 can be controlled.
  • the device 1 according to FIGS. 1 and 2 has a sensor unit 14. This is mechanically coupled to the laser guide 4. This means that both are moved together as a fixed unit together from the manipulator 5.
  • the sensor unit 14 and the laser guide unit 4 may be arranged in a common housing. Alternatively, however, each of these units 4, 14 may comprise a separate housing according to the present embodiment.
  • the laser guide unit 4 according to FIG. 2 has a laser guide housing 15 and the sensor unit 14 has a sensor housing 16.
  • the two housing parts 15, 16 are in the present case rigidly and / or detachably connected to one another.
  • the detachable connection between the Laserleitgeophuse 15 and the sensor housing 16 may be, for example, a screw and / or clip connection.
  • the sensor / laser head unit which comprises both the laser guide unit 4 and the sensor unit 14, is rigidly or movably connected to the manipulator 5 via at least one of the two housing parts 15, 16.
  • the Laserleit- / sensor unit 4, 14 is connected via the Laserleitgeophenide 1 6 with the manipulator 5.
  • the sensor unit 14 can be retrofitted in a modular manner, in particular on a side surface of the laser guide housing 15.
  • the sensor unit 4 Via the sensor unit 4, which is rigidly moved by the manipulator 5 with the laser guide unit 4, data can be acquired within an analysis area 17 that can be moved over the workpiece 2, by means of which the position accuracy of the processing location 8 relative to the desired path 11 can be improved. In addition to this improvement in accuracy, the processor 8 itself can also be monitored in order to ensure the best possible weld quality. Also, the analysis area 17 can be used to check the quality of the weld 12. In order to unit 14 or its analysis area 17 for at least two of the applications mentioned above, the sensor unit 14 is optically decoupled from the laser guide unit 4. As a result, during a movement of the laser scanner mirror 7, via which the processing location 8 is deflected relative to the manipulator 5, the analysis area 17 is not moved.
  • the analysis area 17 can thus be moved freely relative to the processor 8, with its control taking place via the control unit 13 and, of course, also being designed such that the analysis area for processor monitoring can also be positioned in the processor location 8 and moved along with it.
  • the sensor unit 14 according to FIG. 2 is designed as a sensor scanner device 18.
  • the sensor unit 14 comprises an optical sensor 19. This is arranged in the interior of the sensor housing 1 6 and can detect data of the workpiece 2 via the analysis area 17, by means of which an improvement in accuracy, process monitoring and / or quality control can take place.
  • the optical sensor 19 may be a camera or else, as in the present embodiment, a point distance sensor. By means of this can be selectively scanned the surface of the workpiece 2 for data acquisition.
  • the physical mode of action of the point-distance sensor can here be based on, for example, optical coherence tomography, conoscopic holography and / or chromatic-confocal distance measurement.
  • a triangulation-based distance measurement is also conceivable.
  • the sensor unit 14 also comprises at least one optical guide element 20 in addition to the optical sensor 19.
  • the analysis area 17 of the optical sensor 19 can be additionally moved or deflected by a relative movement superimposed on the manipulator movement.
  • the optical guide element 20, which in the present case is designed in particular as a mirror is arranged in the sensor beam path 21, namely preferably between the analysis area 17 and the sensor 19.
  • the sensor beam path 17 is thus folded due to the guide element 20, in particular mirror, arranged therein.
  • the guide element 20 is designed to be movable.
  • the mobility of the guide element 20 may be formed around one or else, as in the present embodiment, to a plurality of axes of rotation. Accordingly, for example, two mutually perpendicularly aligned axes of rotation may be present, so that the guide element 20 or the movable mirror is mounted gimbal.
  • the guide member 20 is rotatably mounted, by means of this either a one-dimensional (in this case, the guide member 20 rotatable about a single axis of rotation) or even a multi-dimensional relative movement (in this case, the guide member 20 would be several Rotary axes rotatable) of the analysis area 17 can be effected.
  • the sensor unit 14 has a guide element 20 which can be rotated about a single axis of rotation, the sensor unit 14 must comprise at least one second guide element 20 in order to realize a multi-dimensional relative deflectability of the analysis area 17, in an embodiment not shown here.
  • each of the two guide elements is preferably responsible for a different displacement direction, namely, for example, the first guide element for a relative displacement in the x direction and the second guide element for a relative displacement in the y direction.
  • the analysis area 17 is moved on the surface of the workpiece 2 within a two-dimensional range of motion by an additional relative movement superimposed on the manipulator 5.
  • a single movable guide element 20 or a single sensor scanner mirror can be used which is rotatably mounted about at least two axes of rotation.
  • the at least two movable guide elements 20 may be rotatably mounted about a single axis of rotation, wherein these two axes of rotation are preferably not parallel to each other, but angled and / or skewed.
  • a plurality of guide elements 20 which are movable about a plurality of axes of rotation or, in particular, sensor scanner mirrors are arranged one behind the other.
  • a combination of at least one uniaxial and at least one multiaxial guide element 20 or, in particular, sensor scanner mirrors is also conceivable.
  • the sensor scanner device 18 has at least one sensor deflecting mirror 22 for additional folding of the beam path 21 according to the present exemplary embodiment. This is in contrast to the guide member 20 immobile. It therefore serves exclusively for bending or folding the sensor beam path 21, so that the overall volume of the sensor scanner device 18 can be reduced. Furthermore, the sensor scanner device 18 comprises an axially movable optical element 27. The displacement of the optical element 27 causes a shift of the focus position in the axial direction. Furthermore, the sensor scanner device 18 has an objective 28. The arrangement of the optical element 27 and of the objective 28 corresponds to that of the laser scanner device 6.
  • the schematic structure of the sensor scanner device 6 shown in the present embodiment can also have a plurality of sensor deflecting mirrors 22 as well as further optical elements. Also, the arrangement of these elements may differ from each other of the illustrated embodiment. For example, it is conceivable that the objective 26 is also arranged in front of the guide element 20 or sensor scanner mirror. Furthermore, in an exemplary embodiment not shown here, the sensor scanner device 18 may not include an optical element 27 and / or an objective 28. In an embodiment not shown here, the two optical elements 10, 27 of the respective scanner device 6, 18 may be mechanically coupled to each other, so that they are movable as a unit in the axial direction. In this case, the two scanner devices 6, 18 would be decoupled in the x and y directions and mechanically coupled in the z direction.
  • the optical guide element 20 or the sensor scanner mirror of the sensor unit 14 can be moved about at least one actuator, not shown in the figures, about at least one axis of rotation.
  • actuators can be, for example, galvanometric, acousto-optical, piezoelectric and / or electromotive actuators.
  • the control unit 13 may optionally include a plurality of controls, by means of which in each case the manipulator 5, the at least one laser scanner mirror 7 and / or the at least one optical guide element 20 are controllable.
  • the control unit 13 preferably comprises a manipulator control not shown in the figures and / or at least one scanner control, by means of which the at least one laser scanner mirror 7 of the laser guide unit 4 and / or the at least one sensor scanner mirror 20 of the sensor unit 14 can be controlled.
  • the laser-guiding unit 4 and the sensor unit 14 may each also have a separate scanner control.
  • the controllers are electrically connected to one another so that a communication can take place between them, in particular for the desired positioning of the processor location 8 and of the analysis area 17 on the workpiece 2.
  • the sensor scanner mirror or the optical guide element 20 is smaller than the laser scanner mirror 7, ie has a smaller area.
  • the sensor Scanner device 18 compared to the laser scanner device 6 dynamic, so that the analysis area 17 compared to the processor 8 can be moved faster on the surface of the workpiece 2.
  • the analysis area 17 can be moved detached from the processor 8. As particularly in the detailed view of the processor environment shown in FIG. 3, it is thus possible, in particular for improving the accuracy and for checking the quality, to acquire data both in the machining direction before and behind the processor location 8. To favor rapid mobility of the analysis area 17 between two locations to be analyzed and to promote an associated rapid data acquisition, a jerky or isthakte movement of the optical guide member 20 is avoided. As a result, the analysis area 17 according to FIG. 3 is cyclically moved around the processing location 8 by the control unit 13 on a closed and / or curved analysis path 23.
  • the analysis area 17 can be faster with a continuous cyclical movement of the guide element 20 be moved between two to be analyzed locations of the workpiece 2.
  • the sensor unit 14 is used both for accuracy improvement and for quality control.
  • the analysis area 17 according to FIG. 3 is cyclically moved on the presently elliptical analysis path 23 about the processor location 8.
  • the sensor unit 14 or its control is designed such that the sensor 19 in the analysis area 17 recorded sensor data for accuracy improvement exclusively in a first analysis interval 24 are evaluated.
  • the first analysis interval 24 of the analysis path 23 is in this case arranged in the intersection region of the analysis path 23 with the desired path 1 1.
  • the sensor unit 14 for quality checking is designed in such a way that the sensor data which is selectively collected in the analysis area 17 are evaluated in a second analysis interval 25 of the analysis track 23. This second analysis interval 25 is located in the intersection between the analysis path 23 and the

Abstract

The invention relates to a device for the remote laser machining of at least one workpiece (2) by means of a machining laser beam (3), comprising a laser-guiding unit (4) and at least one sensor unit (14) optically decoupled from the laser-guiding unit (4), which laser-guiding unit and sensor unit can be jointly moved by a manipulator (5), in particular around and/or along a plurality of manipulator axes, and/or in relation to which laser-guiding unit and sensor unit the workpiece (2) can be moved by means of a manipulator, in particular around and/or along a plurality of manipulator axes, wherein the machining laser beam (3) can be guided to a process location (8) on the workpiece (2) by means of the laser-guiding unit (4) and the sensor unit (14) has an optical sensor (19) for sensing an analysis region (17) on the workpiece (2) and means for moving the analysis region (17) in relation to the motion of the manipulator (5) and/or of the workpiece (2). According to the invention, the sensor unit (14) has, as means for moving the analysis region, at least one optical, in particular at least partially reflective, guide element (20), which is arranged in the beam path (21) between the analysis region (17) and the sensor (19) and which can be moved in such a way that the position of the analysis region (17) on the workpiece (2) can be changed by means of a relative motion superposed on the manipulator motion and/or workpiece motion.

Description

Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitunq mit Sensor- Device for remote laser processing with sensor
Scannereinrichtunq Scannereinrichtunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Remote- Laserbearbeitung von zumindest einem Werkstück mittels eines Bearbeitungslaserstrahls, die eine Laserleiteinheit und zumindest eine von der Laserleiteinheit optisch entkoppelte Sensoreinheit aufweist, die gemeinsam von einem Manipulator, insbesondere um und/oder entlang mehrere Manipulatorachsen, bewegbar sind und/oder zu denen das Werkstück mittels eines Manipulators, insbesondere um und/oder entlang mehrere Manipulatorachsen und/oder mittels einer bewegbaren Werkstückhalterung relativ bewegbar ist, wobei der Bearbeitungslaserstrahl mittels der Laserleiteinheit zu einem Prozessort auf dem Werkstück leitbar ist und die Sensoreinheit einen optischen Sensor zum Erfassen eines Analysebereiches auf dem Werkstück und Mittel zum Bewegen des Analysebereiches relativ zur Bewegung des Manipulators aufweist. The present invention relates to a device for remote laser processing of at least one workpiece by means of a processing laser beam having a laser guide unit and at least one optically decoupled from the laser unit sensor unit, which are jointly by a manipulator, in particular around and / or along multiple manipulator axes, movable and or to which the workpiece is relatively movable by means of a manipulator, in particular around and / or along a plurality of manipulator axes and / or by means of a movable workpiece holder, wherein the processing laser beam can be guided to a processing location on the workpiece by means of the laser guide unit and the sensor unit is an optical sensor for Detecting an analysis area on the workpiece and having means for moving the analysis area relative to the movement of the manipulator.
Die Steuerung und Überwachung des Laserstrahlbearbeitungsprozesses gestaltet sich bei langbrennweitigen Lasereinrichtungen, so genannten Remotelasersysteme, aufgrund des großen Arbeitsabstandes von ca. 300 mm bis 2000 mm zum Werkstück als schwierig. Aus der DE 20 2006 005 91 U1 ist eine Überwachungseinrichtung für Strahleinrichtungen, insbesondere Remotelaser, zur Bearbeitung von Werkstücken bekannt, die sich für verschiedene Strahleinrichtungen, auch für solche mit längeren Brennweiten, einsetzen lässt. Die Strahleinrichtung weist einen beweglichen Laserkopf auf. Die Überwachungseinrichtung umfasst mindestens eine am Strahlkopf anbaubare Sensoreinrichtung, die eine steuerbare Stelleinrichtung für einen Bildaufnehmer und eine Projektionseinrichtung der Überwachungseinrichtung aufweist, so dass diese geschwenkt werden können. Die Stelleinrichtung weist einen Stellmotor und eine auf die Verstellung wirkende Stellmechanik auf, die wiederum eine Stellspindel und einen angelenkten Drehbügel umfasst. Die Stelleinrichtung ist in Abhängigkeit der Brennweitenänderung des Strahlkop- fes steuerbar. Nachteilig hierbei ist, dass der Analysebereich der Sensoreinrichtung so groß ist, dass die zu analysierenden Daten lediglich in einer schlechten Qualität erfasst werden können. Des Weiteren kann der Analysebereich lediglich eindimensional zur Brennweitenregelung bewegt werden. Auch sind die Stellmittel nicht dazu geeignet, den Analysebereich schnell an unterschiedliche Bereiche des Werkstücks zu verfahren. The control and monitoring of the laser beam machining process is difficult with long-firing laser devices, so-called remote laser systems, due to the large working distance of about 300 mm to 2000 mm to the workpiece. From DE 20 2006 005 91 U1 a monitoring device for jet devices, in particular remotely laser, for the machining of workpieces is known, which can be used for different jet devices, even for those with longer focal lengths. The jet device has a movable laser head. The monitoring device comprises at least one sensor device which can be mounted on the jet head and has a controllable adjusting device for an image recorder and a projection device of the monitoring device, so that these can be swiveled. The adjusting device has a servomotor and an adjusting mechanism acting on the adjustment, which in turn comprises an adjusting spindle and a hinged swivel bracket. The adjusting device is dependent on the focal length change of the beam head fes controllable. The disadvantage here is that the analysis range of the sensor device is so large that the data to be analyzed can only be detected in poor quality. Furthermore, the analysis area can only be moved one-dimensionally to the focal length control. Also, the adjusting means are not suitable to move the analysis area quickly to different areas of the workpiece.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit eine Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung bereitzustellen, die eine Sensoreinheit umfasst, mittels der online, d.h. während des Bearbeitungsprozesses, Analysedaten in hoher Qualität und/oder schnell, insbesondere in Echtzeit, an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks erfassbar sind. It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus for remote laser processing comprising a sensor unit by means of which online, i. During the machining process, analysis data in high quality and / or quickly, in particular in real time, can be detected at different locations of the workpiece.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Remote- Laserbearbeitung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 . The object is achieved by a device for remote laser processing with the features of independent claim 1.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung von zumindest einem Werkstück mittels eines Bearbeitungslaserstrahls. Unter der Begrifflichkeit„Remote-Laserbearbeitung" ist insbesondere das Schneiden, Schweißen und/oder Markieren eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls zu verstehen, bei dem der Laserkopf zum zu bearbeitenden Werkstück beabstandet ist. Dieser Abstand beträgt insbesondere ca. 300 mm bis 2000 mm. Die Vorrichtung umfasst eine Laserleiteinheit. Mittels dieser kann der Laserstrahl auf das Werkstück gelenkt werden. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Sensoreinheit. Diese wird insbesondere zur Genauigkeitsverbesserung der Schnitt- oder Schweißnahtlage, zur Prozessüberwachung und/oder zur Qualitätsüberprüfung eingesetzt. Die Laserleiteinheit und die Sensoreinheit sind gemeinsam von einem dafür vorgesehenen Manipulator, insbesondere um und/oder entlang mehrerer Manipulatorachsen, bewegbar. Der Manipulator ist hierbei vorzugsweise ein mehrachsiger Industrieroboter. Zusätzlich oder alternativ ist ferner das Werkstück selbst, insbesondere mittels eines bewegbaren Manipulators, insbesondere mittels einer mehrachsi- gen Werkstückhalterung (die vorzugsweise von einer Steuerung ansteuerbar ist), relativ zu der Laserleiteinheit und der Sensoreinheit bewegbar ausgebildet. In vorstehendem alternativem Fall sind die Laserleiteinheit und die Sensoreinheit vorzugsweise ortsfest ausgebildet. Unter der Begrifflichkeit„bewegbar" ist ferner vorzugsweise eine zumindest einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweisende Bewegbarkeit, insbesondere um zumindest eine Dreh-/Kippachse, zu verstehen. Proposed is an apparatus for remote laser processing of at least one workpiece by means of a processing laser beam. The term "remote laser processing" is understood to mean, in particular, the cutting, welding and / or marking of a workpiece by means of a laser beam, in which the laser head is spaced apart from the workpiece to be machined, in particular approximately 300 mm to 2000 mm The apparatus comprises a sensor unit, which is used in particular to improve the accuracy of the cut or weld seam position, for process monitoring and / or for quality control The manipulator here is preferably a multi-axis industrial robot, In addition or alternatively, the workpiece itself, in particular by means of a movable manipulation, can be moved together by a manipulator provided for this purpose, in particular around and / or along several manipulator axes ors, in particular by means of a multi-axis gene workpiece holder (which is preferably controlled by a controller), designed to be movable relative to the laser guide unit and the sensor unit. In the above alternative case, the laser guide unit and the sensor unit are preferably formed stationary. The term "movable" is furthermore preferably to be understood as meaning a mobility that has at least one rotational degree of freedom, in particular about at least one rotational / tilting axis.
Der Bearbeitungslaserstrahl ist mittels der Laserleiteinheit zu einem Prozessort auf dem Werkstück leitbar. Des Weiteren weist die Sensoreinheit einen optischen Sensor zum Erfassen eines Analysebereiches auf dem Werkstück auf. Die Sensoreinheit ist von der Laserleiteinheit optisch entkoppelt. Ferner umfasst die Sensoreinheit Mittel zum Bewegen des Analysebereiches relativ zur Bewegung des dafür vorgesehenen Manipulators. Diese Mittel sind vorliegend als zumindest ein optisches, insbesondere zumindest teilweise reflektierendes, Führungselement ausgebildet, das von der Sensoreinheit umfasst ist. Das Führungselement ist vorzugsweise ein zumindest teilweise reflektierender Spiegel. Das Führungselement ist im Strahlengang, nämlich im Sensorstrahlengang der Sensoreinheit, angeordnet. Der Strahlengang erstreckt sich vom Analysebereich ausgehend bis zum optischen Sensor. Das Führungselement ist somit zwischen dem Analysebereich und dem Sensor angeordnet und/oder dem Sensor in Richtung des dafür vorgesehenen Werkstücks nachgeschalten. Der Strahlengang kann vorzugsweise durch das zumindest eine Führungselement und/oder durch zumindest einen zusätzlichen Sensorumlenkspiegel gefaltet bzw. geknickt sein, so dass das Bauvolumen der Sensoreinheit möglichst klein gehalten werden kann. Des Weiteren ist das Führungselement, insbesondere um zumindest eine Drehachse, beweglich ausgebildet und/oder ansteuerbar. Hierdurch kann die Position des Analysebereiches auf dem Werkstück durch eine der Manipulatorbewegung überlagerbare Relativbewegung verändert werden. Die Laserleiteinheit und die Sensoreinheit, insbesondere mit ihrem Sensor, bilden demnach eine mechanisch und/oder starr miteinander gekoppelte Einheit, die durch den Manipulator, insbesondere durch den mehrachsigen Industrieroboter, relativ zum Werkstück verfahrbar ist. Der Analysebereich bzw. Erfassungsbereich des Sensors kann aufgrund der optischen Entkopplung von der Laserleiteinheit (d.h. sowohl die Laserleiteinheit als auch die Sensoreinheit weisen jeweils eine separate, voneinander getrennte bzw. entkoppelte Optik auf) zusätzlich relativ zum Manipulator bewegt werden. Diese der Manipulatorbewegung überlagerte Relativbewegung erfolgt durch eine entsprechende Bewegung des in den Strahlengang der Sensoreinheit eingekoppelten Führungselementes. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen beweglich gelagerten Spiegel, mittels dessen Bewegung die Position des Analysebereiches auf dem Werkstück veränderbar ist. The processing laser beam can be conducted to a processing location on the workpiece by means of the laser guide unit. Furthermore, the sensor unit has an optical sensor for detecting an analysis area on the workpiece. The sensor unit is optically decoupled from the laser guide unit. Furthermore, the sensor unit comprises means for moving the analysis area relative to the movement of the manipulator provided for this purpose. These means are presently embodied as at least one optical, in particular at least partially reflective, guide element which is encompassed by the sensor unit. The guide element is preferably an at least partially reflecting mirror. The guide element is arranged in the beam path, namely in the sensor beam path of the sensor unit. The beam path extends from the analysis area starting to the optical sensor. The guide element is thus arranged between the analysis area and the sensor and / or connected downstream of the sensor in the direction of the workpiece provided for this purpose. The beam path can preferably be folded or bent by the at least one guide element and / or by at least one additional sensor deflection mirror, so that the construction volume of the sensor unit can be kept as small as possible. Furthermore, the guide element, in particular around at least one axis of rotation, designed to be movable and / or controllable. As a result, the position of the analysis area on the workpiece can be changed by a relative movement superposable to the manipulator movement. The laser guide unit and the sensor unit, in particular with its sensor, accordingly form a mechanically and / or rigidly coupled unit which by the manipulator, in particular by the multi-axis industrial robot, is movable relative to the workpiece. Due to the optical decoupling of the laser guide unit (ie both the laser guide unit and the sensor unit each have a separate, separate or decoupled optic), the analysis area or detection area of the sensor can additionally be moved relative to the manipulator. This relative to the manipulator movement superimposed relative movement is effected by a corresponding movement of the coupled into the beam path of the sensor unit guide element. This is preferably a movably mounted mirror, by means of which movement the position of the analysis area on the workpiece can be changed.
Dadurch, dass zum Bewegen des Analysebereiches im Gegensatz zum Stand der Technik nicht der gesamte optische Sensor, sondern lediglich das im Strahlengang angeordnete Führungselement bewegt wird, kann der Analysebereich um ein Vielfaches schneller zwischen zumindest zwei unterschiedlichen Bereichen des Werkstücks hin und her verfahren werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise der Analysebereich sehr klein gewählt werden, wodurch dessen Auflösung und infolgedessen die Auswertegenauigkeit erhöht werden kann. Des Weiteren kann die Sensoreinheit trotz des reduzierten, hochauflösenden Analysebereiches - mit dem zu einem Zeitpunkt nur ein Teilausschnitt des gesamten abfahrbaren Erfassungsbereiches erfassbar ist - mittels des sehr schnell bewegbaren Führungselementes für mehrere Überwachungs- und Verbesserungsanwendungen verwendet werden, insbesondere zur Genauigkeitsverbesserung, zur Prozessüberwachung und/oder zur Qualitätsüberprüfung. Des Weiteren kann der Analysebereich der Sensoreinheit aufgrund der Entkopplung von der Lasereinheit auch an einen im Vergleich zum Prozessort anderen Bereich des Werkstücks bewegt werden. Dadurch kann der Analysebereich des Sensors ein vom Prozessort beab- standetes geometrisches Merkmal, beispielsweise eine Ecke, Kante und/oder eine Schraube, des Werkstücks und/oder einen darauf oder in der Umgebung angeordneten Marker erfassen und/oder diesem bzw. dessen Verlauf folgen. In Abhängigkeit dieser sensorisch erfassten Daten kann dann - im konkreten räumlichen Bezug - der Prozessort des Bearbeitungslaserstrahls entlang seiner Soll-Bahn geführt werden. The fact that, in contrast to the prior art, not the entire optical sensor but only the guide element arranged in the beam path is moved to move the analysis area, the analysis area can be moved back and forth a lot faster between at least two different areas of the workpiece. As a result, advantageously, the analysis range can be selected to be very small, as a result of which its resolution and, as a result, the evaluation accuracy can be increased. In addition, despite the reduced, high-resolution analysis area-with which only a partial section of the entire retractable detection area can be detected at one time-the sensor unit can be used for a plurality of monitoring and improvement applications by means of the very fast moving guide element, in particular for accuracy improvement, for process monitoring and / or or for quality control. Furthermore, due to the decoupling of the laser unit, the analysis area of the sensor unit can also be moved to a different area of the workpiece compared to the processor location. As a result, the analysis area of the sensor can capture and / or mark a geometrical feature, for example a corner, edge and / or a screw, of the workpiece and / or a marker arranged thereon or in the surroundings Follow the course. Depending on this sensory acquired data then - in a concrete spatial reference - the processing location of the processing laser beam along its target path can be performed.
Vorteilhaft ist es, wenn die Position des Analysebereiches innerhalb eines maximalen Bewegungsbereiches veränderbar ist. Dieser Bewegungsbereich kann zweidimensional und/oder dreidimensional ausgebildet sein. Des Weiteren ist der maximale Bewegungsbereich des Analysebereiches insbesondere durch die maximale Auslenkbarkeit des zumindest einen Führungselementes festgelegt. Vorzugsweise ist der Bewegungsbereich, in dem der Analysebereich verfahren werden kann, derart ausgebildet, dass der Prozessort stets im Inneren von diesem liegt. Hierdurch kann der Analysebereich für unterschiedliche Analyse- und Verbesserungsaufgaben beispielsweise direkt in den Prozessort oder aber auch von diesem beabstandet in den Bereich der Soll-Bahn und/oder Schweißnaht bewegt werden. It is advantageous if the position of the analysis area can be changed within a maximum range of motion. This movement range can be formed two-dimensionally and / or three-dimensionally. Furthermore, the maximum range of motion of the analysis area is determined in particular by the maximum deflectability of the at least one guide element. The movement region in which the analysis region can be moved is preferably designed such that the processing location always lies in the interior of it. As a result, the analysis area for different analysis and improvement tasks can be moved, for example, directly into the processing location or even spaced therefrom into the area of the desired path and / or weld seam.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Sensoreinheit und die Laserleiteinheit starr miteinander gekoppelt. Diese Kopplung ist vorzugsweise mechanisch ausgebildet. Infolgedessen sind die Sensoreinheit und die Lasereinheit derart mechanisch miteinander gekoppelt, dass diese als eine Einheit vom Manipulator bewegbar sind. Zugleich sind diese optisch voneinander entkoppelt, so dass der Analysebereich gegenüber dem Prozessort auf dem Werkstück frei bewegbar ist. Die Sensoreinheit und die Laserleiteinheit bilden vorzugsweise eine gemeinsame Manipulatoreinheit, die insbesondere an einem beweglichen Ende eines Industrieroboters angeordnet ist. In an advantageous development of the invention, the sensor unit and the laser guide unit are rigidly coupled together. This coupling is preferably formed mechanically. As a result, the sensor unit and the laser unit are mechanically coupled to each other such that they are movable as a unit from the manipulator. At the same time they are optically decoupled from each other, so that the analysis area is freely movable on the workpiece relative to the processing location. The sensor unit and the laser guide unit preferably form a common manipulator unit, which is arranged in particular on a movable end of an industrial robot.
Die Sensoreinheit und die Lasereinheit weisen vorzugsweise ein gemeinsames Gehäuse auf, in dem sie angeordnet sind. Alternativ kann die Laserleiteinheit aber auch ein separates Laserleitgehäuse und/oder die Sensoreinheit ein separates Sensorgehäuse aufweisen. Vorzugsweise ist die Laserleiteinheit über das Laserleitgehäuse starr oder beweglich mit dem Manipulator, insbesondere mit dem beweglichen freien Ende des Industrieroboters, ver- bunden. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Sensorgehäuse mit dem Laserleitgehäuse, insbesondere an dessen Unterseite und/oder an einer Seitenfläche des Laserleitgehäuses angeordnet und/oder mit diesem lösbar verbunden ist. Hierdurch muss vorteilhafterweise nicht die gesamte Vorrichtung ausgetauscht werden, wenn nur eine der beiden Einheiten defekt ist. Stattdessen muss lediglich die jeweils defekte Einheit, d.h. entweder die Laserleiteinheit oder die Sensoreinheit, ausgetauscht werden. Des Weiteren kann durch einen modularen Aufbau der Vorrichtung die Laserleiteinheit auch mit mehreren Sensoreinheiten verbunden sein. Ein weiterer Vorteil eines derart modularen Aufbaus besteht darin, dass die Anzahl des zumindest einen Laserleitgehäuses, insbesondere Laserleitmoduls, und/oder des zumindest einen Sensorgehäuses, insbesondere Sensormoduls, und/oder deren relative Anordnung zueinander individuell und schnell an die jeweilige Applikation angepasst werden kann. The sensor unit and the laser unit preferably have a common housing in which they are arranged. Alternatively, however, the laser guide unit may also have a separate laser guide housing and / or the sensor unit may have a separate sensor housing. Preferably, the laser guide unit is rigid or movable via the laser guide housing with the manipulator, in particular with the movable free end of the industrial robot. prevented. Furthermore, it is advantageous if the sensor housing is arranged with the laser guide housing, in particular on its underside and / or on a side surface of the laser guide housing and / or detachably connected thereto. As a result, advantageously not the entire device must be replaced if only one of the two units is defective. Instead, only the respective defective unit, ie either the laser guide unit or the sensor unit, must be replaced. Furthermore, by a modular construction of the device, the laser guide unit can also be connected to a plurality of sensor units. Another advantage of such a modular structure is that the number of at least one Laserleitgehäuses, in particular Laserleitmoduls, and / or the at least one sensor housing, in particular sensor module, and / or their relative arrangement to each other individually and quickly adapted to the particular application.
Demnach ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mehrere Sensoreinheiten aufweist, die vorzugsweise lösbar an der Laserleiteinheit, insbesondere an unterschiedlichen Seitenflächen des Laserleitgehäuses, angeordnet sind. Hierdurch können vorzugsweise über die beiden voneinander getrennten Analysebereiche der zumindest zwei Sensoreinheiten zeitgleich unterschiedliche Bereiche des zu bearbeitenden Werkstücks erfasst werden. Des Weiteren können besonders relevante Bereiche des Werkstücks redundant mit mehreren Analysebereichen unterschiedlicher Sensoreinheiten erfasst werden, um die Datengenauigkeit zu erhöhen. Accordingly, it is advantageous if the device has a plurality of sensor units, which are preferably arranged detachably on the laser guide unit, in particular on different side surfaces of the laser guide housing. As a result, different regions of the workpiece to be machined can be detected simultaneously by way of the two separate analysis regions of the at least two sensor units. Furthermore, particularly relevant areas of the workpiece can be detected redundantly with multiple analysis areas of different sensor units in order to increase the data accuracy.
Eine sehr schnelle Bewegung des Analysebereiches kann dadurch sichergestellt werden, wenn das optische Führungselement als beweglicher Spiegel ausgebildet ist. Dieser ist vorzugsweise um zumindest eine Drehachse drehbar gelagert. Um mit einem einzigen Spiegel einen zweidimensionalen Bewegungsbereich realisieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn der bewegliche Spiegel zwei zueinander lotrecht stehende Drehachsen aufweist. Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn der Spiegel kardanisch gelagert ist. Ebenso ist es aber auch denkbar, dass die Sensoreinheit zumindest einen ersten Spiegel aufweist, der insbesondere um eine erste Drehachse drehbar gelagert ist, und einen zweiten beweglichen Spiegel aufweist, der um eine zweite Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die beiden Drehachsen zueinander vorzugsweise einen Winkel aufweisen und/oder sich schneiden. Alternativ können diese aber auch windschief zueinander ausgerichtet sein. Vorzugsweise ist hierbei jeweils einer der Spiegel zum Bewegen des Analysebereiches in einer Dimension zuständig. A very fast movement of the analysis area can be ensured if the optical guide element is designed as a movable mirror. This is preferably rotatably mounted about at least one axis of rotation. In order to be able to realize a two-dimensional range of motion with a single mirror, it is advantageous if the movable mirror has two axes of rotation perpendicular to one another. In this regard, it is also advantageous if the mirror is mounted gimbal. However, it is also conceivable that the sensor unit has at least a first mirror, which is rotatably mounted in particular about a first axis of rotation, and a second movable mirror which is rotatably mounted about a second axis of rotation, wherein the two axes of rotation preferably an angle and / or intersect. Alternatively, these can also be skewed to each other. Preferably, one of the mirrors is in each case responsible for moving the analysis area in one dimension.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheit zumindest einen Aktuator zum Bewegen des Führungselementes aufweist. Wenn die Sensoreinheit mehrere Führungselemente aufweist, ist es vorteilhaft, wenn jedes dieser Führungselemente einen eigenen Aktuator umfasst, so dass deren Bewegung voneinander entkoppelt ist und infolgedessen die jeweiligen Führungselemente einzeln angesteuert werden können. It is also advantageous if the sensor unit has at least one actuator for moving the guide element. If the sensor unit has a plurality of guide elements, it is advantageous for each of these guide elements to comprise its own actuator, so that its movement is decoupled from one another and, as a result, the respective guide elements can be actuated individually.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn es sich bei dem Aktuator um einen galvanometrischen, akustooptischen, piezoelektrischen und/oder elektromotorischen Aktuator handelt. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Beispiele eingeschränkt ist, sondern ebenso auch hier nicht genannte Aktuatorarten Anwendung finden können, die die nötigen Schnelligkeitsvoraussetzungen erfüllen. It is also advantageous if the actuator is a galvanometric, acousto-optical, piezoelectric and / or electromotive actuator. It goes without saying that the invention is not limited to the examples mentioned above, but also can not find here also mentioned actuator types application that meet the necessary speed requirements.
Die Sensoreinheit kann konstruktiv einfach umgesetzt werden, wenn der Sensor unmittelbar auf das Führungselement, insbesondere auf dessen Zentrum, ausgerichtet ist. Zur Reduktion des Bauvolumens ist es aber auch ebenso vorteilhaft, wenn der Sensor mittelbar, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Sensorumlenkspiegels, auf das Führungselement, insbesondere dessen Zentrum, ausgerichtet ist. Der Sensorumlenkspiegel ist hierbei unbeweglich ausgebildet. Insbesondere zur Realisierung eines dreidimensionalen Bewegungsbereiches ist es vorteilhaft, wenn der Sensor mittelbar über zumindest eine Linse auf das Führungselement ausgerichtet ist, so dass mittels dieser eine Höhen- fokussierung erfolgen kann. The sensor unit can be implemented in a structurally simple manner if the sensor is aligned directly with the guide element, in particular with its center. But to reduce the volume of construction, it is also advantageous if the sensor is indirectly, in particular with the interposition of a Sensorumlenkspiegels, on the guide element, in particular its center, aligned. The sensor deflecting mirror is designed immovable here. In particular for realizing a three-dimensional movement range, it is advantageous if the sensor is indirectly aligned with the guide element via at least one lens, so that height focusing can take place by means of this.
Vorteilhaft ist es, wenn der Sensor eine Kamera und/oder ein Abstandssensor, insbesondere ein Punkt-Abstandssensor ist. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Punkt-Abstandssensor für ein koaxiales Messverfahren, insbesondere zur optischen Kohärenztomographie, konoskopischen Holographie, chromatisch-konfokalen Abstandsmessung und/oder Laufzeitmessung. Bei der optischen Kohärenztomographie wird Licht geringerer Kohärenzlänge mithilfe eines Interferometers zur Entfernungsmessung eingesetzt. Hierbei wird das Untersuchungsobjekt, d.h. das Werkstück, punktweise abgetastet. Die konoskopische Holographie dient ebenso zur berührungslosen Messung von Form- und Gestaltabweichungen. Das Prinzip basiert auf den Interferenzen zweier Lichtwellen. Voraussetzung für die Interferenzen ist kohärentes Licht, das über einen Sensorlaser erzeugt wird. Bei der chromatisch-konfokalen Abstandsmessung wird die Dispersion von weißem Licht, also polychromatischem Licht, in einer Fokussierlinse ausgenutzt, um den Abstand einer reflektierenden Oberfläche zum Sensor zu bestimmen. Hierbei wird die chromatische Aberration ausgenutzt. It is advantageous if the sensor is a camera and / or a distance sensor, in particular a point distance sensor. This is preferably a point distance sensor for a coaxial measuring method, in particular for optical coherence tomography, conoscopic holography, chromatic-confocal distance measurement and / or transit time measurement. In optical coherence tomography, light of shorter coherence length is used by means of an interferometer for distance measurement. Here, the object to be examined, i. the workpiece, scanned point by point. Conoscopic holography also serves for non-contact measurement of shape and shape deviations. The principle is based on the interference of two light waves. Prerequisite for the interference is coherent light, which is generated by a sensor laser. In chromatic-confocal distance measurement, the dispersion of white light, ie polychromatic light, in a focusing lens is used to determine the distance of a reflective surface to the sensor. Here, the chromatic aberration is exploited.
Um die Laserbearbeitung zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, wenn der Bearbeitungslaserstrahl mittels der Laserleiteinheit relativ zur Bewegung des Manipulators, d.h. durch eine der Manipulatorbewegung überlagerten Relativbewegung, derart bewegbar ist, dass der Prozessort auf dem Werkstück entlang einer Soll-Bahn führbar ist. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn die Laserleiteinheit als eine Laser-Scannereinrichtung mit zumindest einem beweglichen Laser-Scannerspiegel ausgebildet ist. Der Laser- Scannerspiegel weist eine oder mehrere Bewegungsachsen zum zusätzlichen relativen Ablenken des Laserstrahls auf. Die Position des Prozessorts auf dem Werkstück kann somit sowohl durch die Manipulatorbewegung als auch zusätzlich durch die der Manipulatorbewegung überlagerte relative Scannerspiegelbewegung beeinflusst werden. In order to accelerate the laser processing, it is advantageous if the processing laser beam by means of the laser guide unit relative to the movement of the manipulator, ie by a relative movement superimposed on the manipulator movement, is movable such that the processing location on the workpiece along a desired path is feasible. For this purpose, it is particularly advantageous if the laser guide unit is designed as a laser scanner device with at least one movable laser scanner mirror. The laser scanner mirror has one or more axes of motion for additional relative deflection of the laser beam. The position of the processing location on the workpiece can thus both by the manipulator movement as also be influenced by the manipulator movement superimposed relative scanner mirror movement.
Vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinheit zumindest eine Sensor- Scannereinrichtung umfasst oder als solche ausgebildet ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Sensor-Scannereinrichtung zumindest einen Sensor- Scannerspiegel umfasst, der das bewegliche Führungselement bildet. It is advantageous if the sensor unit comprises at least one sensor scanner device or is designed as such. Furthermore, it is advantageous if the sensor scanner device comprises at least one sensor scanner mirror which forms the movable guide element.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor- Scannerspiegel kleiner als der Laser-Scannerspiegel ausgebildet. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Sensor-Scannereinrichtung dynamischer - d.h. eine schnellere Spiegelbeweglichkeit aufweisend - ausgebildet ist. Hierdurch können während des Schweißprozesses sehr schnell sowohl in Bewegungsrichtung vor als auch hinter dem Prozessort liegende Bereiche des Werkstücks erfasst werden. Die Sensor-Scannereinrichtung ist demnach im Vergleich zur Laser-Scannereinrichtung dynamischer d.h. schneller ausgebildet. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ vorteilhaft, wenn der Sensor- Scannerspiegel eine Beschichtung aufweist, die sich von der des Laser- Scannerspiegels unterscheidet. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Sensor- Scannerspiegel und der Laser-Scannerspiegel zusätzlich oder alternativ zueinander unterschiedliche Beschichtungen aufweisen, die vorzugsweise an die Wellenlänge des jeweiligen Sensors und/oder Lasers angepasst sind. In an advantageous development of the invention, the sensor scanner mirror is smaller than the laser scanner mirror. This can ensure that the sensor scanner device is more dynamic - i. a faster mirror mobility having - is formed. As a result, areas of the workpiece lying in the direction of movement before and behind the processor can be detected very quickly during the welding process. The sensor scanner device is thus more dynamic, as compared to the laser scanner device. trained faster. Furthermore, it is additionally or alternatively advantageous if the sensor scanner mirror has a coating which differs from that of the laser scanner mirror. It is also advantageous if the sensor scanner mirror and the laser scanner mirror additionally or alternatively have mutually different coatings, which are preferably adapted to the wavelength of the respective sensor and / or laser.
Zur Verbesserung der Qualität der erfassten Daten ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheit eine Beleuchtungsquelle zum zumindest bereichsweise Beleuchten des Werkstücks aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn die Beleuchtungsquelle ortsfest in der Umgebung aufstellbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsquelle mit dem Manipulator mitbewegbar ist, wobei die Beleuchtungsquelle vorzugsweise an dem gemeinsamen Gehäuse, dem Laserleitgehäuse und/oder dem Sensorgehäuse, befestigt ist. Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Befestigung an der Außenseite und/oder lösbar ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es ferner vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsquelle in den Strahlengang der Laser-Scannereinrichtung oder der Sensor-Scannereinrichtung eingekoppelt ist, so dass diese mittels des Laser-Scannerspiegels mit dem Prozessort und/oder mittels des Führungselementes mit dem Analysebereich mitbewegbar ist. Außerdem ist es zusätzlich oder alternativ vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsquelle mittels einer separaten Beleuchtungs- Scannereinrichtung von der Laser-Scannereinrichtung und der Sensor- Scannereinrichtung optisch entkoppelt relativ zum Manipulator bewegbar ist. To improve the quality of the acquired data, it is advantageous if the sensor unit has an illumination source for at least partially illuminating the workpiece. It is advantageous if the illumination source can be set up in a stationary manner in the environment. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the illumination source can be moved along with the manipulator, wherein the illumination source is preferably fastened to the common housing, the laser guide housing and / or the sensor housing. In this regard, it is particularly advantageous if the attachment to the outside and / or is detachable. Alternatively or In addition, it is also advantageous if the illumination source is coupled into the beam path of the laser scanner device or the sensor scanner device, so that it is mitbewegbar by means of the laser scanner mirror with the processor and / or by means of the guide element with the analysis area. In addition, it is additionally or alternatively advantageous if the illumination source is optically decoupled relative to the manipulator by means of a separate illumination scanner device from the laser scanner device and the sensor scanner device.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, die insbesondere eine Manipulatorsteuerung und/oder eine Scannersteuerung umfasst. Die Steuereinheit, insbesondere die Manipulatorsteuerung, ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass mittels dieser die, vorzugsweise offline vorbestimmte und/oder abgespeicherte, Bewegung des Manipulators steuerbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist die Steuereinheit, insbesondere die zumindest eine Scannersteuerung, derart ausgebildet, dass die Relativbewegung des zumindest einen Laser-Scannerspiegels, die Relativbewegung des zumindest einen Führungselementes der Sensoreinheit und/oder die Relativbewegung zumindest eines Beleuchtungs- Scannerspiegels steuerbar ist. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Manipulatorsteuerung und die zumindest eine Scannersteuerung derart miteinander kommunizieren, dass der Bewegungsablauf des Manipulators und des zumindest einen Scannerspiegels zueinander koordinierbar ist. In an advantageous development of the invention, the device has a control unit, which in particular comprises a manipulator control and / or a scanner control. The control unit, in particular the manipulator control, is preferably designed such that by means of this, the, preferably offline predetermined and / or stored, movement of the manipulator is controllable. Additionally or alternatively, the control unit, in particular the at least one scanner control, is designed such that the relative movement of the at least one laser scanner mirror, the relative movement of the at least one guide element of the sensor unit and / or the relative movement of at least one illumination scanner mirror can be controlled. It is also advantageous if the manipulator control and the at least one scanner control communicate with one another in such a way that the movement sequence of the manipulator and of the at least one scanner mirror can be coordinated with one another.
Vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinheit, insbesondere die Scannersteuerung, derart ausgebildet ist, dass das zumindest eine Führungselement der Sensoreinheit derart ansteuerbar ist, dass der Analysebereich zumindest während eines Zeitfensters zur Genauigkeitsverbesserung dem Prozessort in Bearbeitungsrichtung vorgelagert und/oder im Bereich der zu bearbeitenden Soll-Bahn positionierbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist es ferner vorteilhaft, wenn der Analysebereich zur Genauigkeitsverbesserung zumindest während eines Zeitfensters dem Prozessort in einem, insbesondere konstanten und/oder variablen, Abstand vorausführbar ist. It is advantageous if the control unit, in particular the scanner control, is designed in such a way that the at least one guide element of the sensor unit can be controlled such that the analysis area precedes the processing location in the machining direction at least during a time window to improve accuracy and / or in the region of the target to be machined -Bahn is positionable. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the analysis range for accuracy improvement at least during a time window the processor in a, in particular constant and / or variable, distance is feasible.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit, insbesondere die Scannersteuerung, derart ausgebildet ist, dass das zumindest eine Führungselement der Sensoreinheit derart ansteuerbar ist, dass der Analysebereich zur Prozessüberwachung zumindest während eines Zeitfensters im Prozessort positionierbar ist und/oder mit diesem mitführbar ist. It is also advantageous if the control unit, in particular the scanner control, is designed such that the at least one guide element of the sensor unit can be controlled such that the analysis area for process monitoring can be positioned in the processor location at least during a time window and / or can be carried along with it.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine bewegliche Führungselement der Sensoreinheit mittels der Steuereinheit derart ansteuerbar ist, dass der Analysebereich zur Qualitätsüberprüfung, insbesondere einer Schweißnaht oder Schnittkante, dem Prozessort in Bearbeitungsrichtung nachgelagert und/oder im Bereich der bearbeiteten Ist-Bahn positionierbar ist und/oder dem Prozessort in einem, insbesondere konstanten und/oder variablen, Abstand nachführbar ist. Furthermore, it is advantageous if the at least one movable guide element of the sensor unit can be controlled by the control unit in such a way that the analysis area for quality checking, in particular a weld seam or cut edge, is downstream of the processing location in the machining direction and / or can be positioned in the area of the processed actual web, and / or the process location in a, in particular constant and / or variable, distance is traceable.
Um den Analysebereich möglichst schnell von zumindest einem ersten in einen davon beabstandeten zweiten auswerterelevanten Bereich des Werkstücks Verfahren zu können, ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Führungselement der Sensoreinheit mittels der Steuereinheit derart ansteuerbar ist, dass der Analysebereich auf einer geschlossenen und/oder gebogenen, insbesondere kreis- oder ellipsenförmigen, Analysebahn, insbesondere zyklisch, um den Prozessort führbar ist. Hierdurch kann eine ruckartige Bewegung des Führungselementes vermieden werden, so dass der Analysebereich sehr schnell von einem beispielsweise in Schweißrichtung vor dem Prozessort liegenden ersten Bereich in einen hinter dem Prozessort liegenden zweiten Bereich bewegbar ist. In order to be able to process the analysis area as quickly as possible from at least one first second evaluation-relevant area of the workpiece, it is advantageous if the at least one guide element of the sensor unit can be controlled by the control unit such that the analysis area is closed and / or curved , in particular circular or elliptical, analysis path, in particular cyclically, around the processor is feasible. In this way, a jerky movement of the guide element can be avoided, so that the analysis area can be moved very quickly from a first area lying, for example, in the welding direction in front of the processor location into a second area located behind the processing location.
Insbesondere wenn die Vorrichtung mehrere Sensor-Scannereinrichtungen aufweist, ist es vorteilhaft, wenn der Analysebereich zumindest einer Sensor- Scannereinrichtung auf einer offenen, insbesondere linearen oder geboge- nen, Analysebahn, insbesondere zwischen zwei Endpunkten der Analysebahn, pendelnd und/oder zur Genauigkeitsverbesserung in Bearbeitungsrichtung vor oder zur Qualitätsüberprüfung hinter dem Prozessort (8) führbar ist. In particular, if the device has a plurality of sensor scanner devices, it is advantageous if the analysis region of at least one sensor scanner device is mounted on an open, in particular linear or curved analysis path, in particular between two end points of the analysis trajectory, oscillating and / or to improve the accuracy in the machining direction before or for quality control behind the processing location (8) is feasible.
Bei einer zyklischen Bewegung des Analysebereiches auf einer Analysebahn, insbesondere um den Prozessort herum, ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie die vom Sensor erfassten Sensordaten nicht vollständig sondern zeitlich beschränkt nur in zumindest einem Analyseintervall auswertet. Demnach ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit die Sensordaten zur Genauigkeitsverbesserung in einem ersten Analyseintervall auswertet, nämlich insbesondere dann, wenn sich der Analysebereich auf der Analysebahn im Schnittbereich mit der Soll-Bahn befindet, und/oder zur Qualitätsüberprüfung in einem zweiten Analyseintervall auswertet, nämlich insbesondere dann, wenn sich der Analysebereich auf der Analysebahn im Schnittbereich mit der Ist-Bahn bzw. insbesondere der In the case of a cyclical movement of the analysis area on an analysis path, in particular around the processing location, it is advantageous if the control unit is designed in such a way that it does not evaluate the sensor data detected by the sensor completely but only in time in at least one analysis interval. Accordingly, it is advantageous if the control unit evaluates the sensor data for improving accuracy in a first analysis interval, namely in particular if the analysis area is located on the analysis path in the intersection with the desired path, and / or evaluates for quality verification in a second analysis interval, namely In particular, when the analysis area on the analysis path in the intersection with the actual path or in particular the
Schweißnaht befindet. Hierdurch können die für die Genauigkeitsverbesserung und/oder Qualitätsüberprüfung irrelevanten Bereiche der Analysebahn ausgeblendet werden, wodurch sich die auszuwertende Datenmenge reduziert und infolgedessen die Auswertegeschwindigkeit erhöht. Weld seam is located. As a result, the areas of the analysis path that are irrelevant for the improvement in accuracy and / or quality control can be masked out, as a result of which the amount of data to be evaluated is reduced and, as a result, the evaluation speed is increased.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vermag die Steuereinheit die Position des Analysebereiches und/oder die Position und/oder Orientierung der Analysebahn relativ zum Prozessort in Abhängigkeit von Online- und/oder Offlineparametern zu bestimmen. Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Steuereinheit als Parameter die offline ermittelten und/oder abgespeicherten Geometriedaten eines Referenzwerkstücks, die, insbesondere offline festgelegten, abgespeicherten und/oder online erfassten, Bewegungsdaten des Manipulators, die, insbesondere offline festgelegten und/oder abgespeicherten und/oder online ermittelten, Bewegungsdaten des zumindest einen Laser-Scannerspiegels, die offline festgelegte und/oder abgespeicherte Näherungsposition der Soll-Bahn, die online genauigkeits- verbesserte Soll-Position der Soll-Bahn und/oder die online ermittelten Ist- Position der Ist-Bahn heranzieht. In an advantageous development of the invention, the control unit is able to determine the position of the analysis area and / or the position and / or orientation of the analysis path relative to the processing location as a function of online and / or offline parameters. In this regard, it is particularly advantageous if the control unit as a parameter determines the offline determined and / or stored geometry data of a reference workpiece, the stored, and in particular offline, stored and / or online recorded motion data of the manipulator, in particular offline set and / or stored and / or online ascertained, movement data of the at least one laser scanner mirror, the off-set and / or stored approximate position of the desired path, the on-line accuracy improved target position of the target path and / or the online determined actual position of the actual path uses.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit, insbesondere die Scannersteuerung, derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die zumindest eine Sensoreinheit kalibrierbar ist. Hierfür vermag die Steuereinheit vorzugsweise einen Sensorarbeitsraum der Sensoreinheit mit einem Laserarbeitsraum der Lasereinheit abzugleichen. Zusätzlich oder alternativ ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass zumindest zwei Sensoreinheiten zueinander kalibrierbar sind. Hierfür ist die Sensoreinheit vorzugsweise in der Lage die Sensorarbeitsräume dieser zumindest zwei separaten Sensoreinheiten zueinander abzugleichen. It is also advantageous if the control unit, in particular the scanner control, is designed such that the at least one sensor unit can be calibrated by means of this. For this purpose, the control unit is preferably able to adjust a sensor working space of the sensor unit to a laser working space of the laser unit. Additionally or alternatively, the control unit is designed such that at least two sensor units can be calibrated to one another. For this purpose, the sensor unit is preferably able to match the sensor working spaces of these at least two separate sensor units to one another.
Vorteilhaft ist es, wenn die Laserleiteinheit und die Sensoreinheit jeweils ein im jeweiligen Strahlengang angeordnetes und/oder axialverschiebbares optisches Element, insbesondere eine Linse, aufweisen, die mittels einer gemeinsamen Verschiebungseinrichtung als Einheit, insbesondere zueinander parallel, verfahrbar sind. Hierfür umfasst die Verschiebungseinrichtung vorzugsweise einen axial verschiebbaren Trägerschlitten, der beide optischen Elemente starr zueinander aufnimmt. It is advantageous if the laser guide unit and the sensor unit each have an optical element arranged in the respective beam path and / or axially displaceable, in particular a lens, which can be moved by means of a common displacement device as a unit, in particular parallel to one another. For this purpose, the displacement device preferably comprises an axially displaceable carrier carriage, which receives both optical elements rigidly to one another.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt: Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. It shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Remote- Laserbearbeitung mit einer optisch voneinander entkoppelten Laserleit- sowie Sensoreinheit, FIG. 1 shows a schematic illustration of a device for remote laser processing with a laser guide and sensor unit optically decoupled from one another,
Figur 2 eine schematische Detailansicht des in Figur 1 dargestellten FIG. 2 is a schematic detail view of that shown in FIG
Ausführungsbeispiels im Bereich des Laserkopfes und Figur 3 eine Detailansicht des Werkstücks im Bereich des Prozessortes mit einem um den Prozessort auf einer Analysebahn bewegbaren Analysebereich. Embodiment in the area of the laser head and FIG. 3 shows a detailed view of the workpiece in the area of the processing location with an analysis area that can be moved around the processing location on an analysis path.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung. Hierbei wird zumindest ein Werkstück 2 mit einem Bearbeitungslaserstrahl 3 bearbeitet, d.h. entweder markiert, geschnitten oder geschweißt. Eine Laserleiteinheit 4 der Vorrichtung 1 wird hierbei mittels eines Manipulators 5 vom Werkstück 2 beabstandet über dieses hinwegbewegt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Manipulator 5 ein mehrachsiger Industrieroboter, an dessen freien Ende die Laserleiteinheit 4 angeordnet ist. FIG. 1 shows a device for remote laser processing. Here, at least one workpiece 2 is processed with a machining laser beam 3, i. either marked, cut or welded. A laser-guiding unit 4 of the device 1 is in this case moved away from the workpiece 2 by means of a manipulator 5. According to the present embodiment, the manipulator 5 is a multi-axis industrial robot, at the free end of the laser guide unit 4 is arranged.
Des Weiteren ist die Laserleiteinheit 4 gemäß Figur 2 als Laser- Scannereinrichtung 6 ausgebildet, die zumindest einen um zumindest eine Drehachse drehbar gelagerten und ansteuerbaren Laser-Scannerspiegel 7 umfasst. Mittels dieses Laser-Scannerspiegels 7 kann der Bearbeitungslaserstrahl 3 zusätzlich relativ zur Manipulatorbewegung abgelenkt werden. Die Position des Prozessortes 8 auf dem Werkstück 2 kann somit durch die Bewegung des Manipulators 5 als auch durch die Bewegung des zumindest einen Laser-Scannerspiegels 7 beeinflusst werden. Furthermore, the laser guide unit 4 according to FIG. 2 is designed as a laser scanner device 6 which comprises at least one laser scanner mirror 7 which is rotatably mounted and controllable about at least one axis of rotation. By means of this laser scanner mirror 7, the processing laser beam 3 can additionally be deflected relative to the manipulator movement. The position of the processing location 8 on the workpiece 2 can thus be influenced by the movement of the manipulator 5 as well as by the movement of the at least one laser scanner mirror 7.
Nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Laser- Scannereinrichtung 6 gemäß Figur 2 einen Laserumlenkspiegel 9 und ein optisches Element 10, insbesondere eine Linse, die dem Laser- Scannerspiegel 7 im Bearbeitungslaserstrahlengang vorgeschalten sind. Das optische Element 10 ist in Axialrichtung verschiebbar. Die Verschiebung des optischen Elementes 10 bewirkt eine Verschiebung der Fokusposition in axialer Richtung. Des Weiteren umfasst die Laser-Scannereinrichtung 6 ein Objektiv 26 zum Fokussieren des Bearbeitungsstrahls 3. Es versteht sich von selbst, dass der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellte schematische Aufbau der Laser-Scannereinrichtung 6 auch mehrere Laserumlenkspiegel 9 sowie weitere optische Elemente aufweisen kann. Auch kann die Anordnung dieser Elemente zueinander von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. So ist beispielsweise denkbar, dass das Objektiv 26 auch vor dem Laser-Scannerspiegel 7 angeordnet ist. Des Weiteren kann die Laser-Scannereinrichtung 6 auch mehrere Laser-Scannerspiegel 7 aufweisen, die jeweils um zumindest eine Achse beweglich gelagert sind. Die Drehachsen der beiden beweglichen Scannerspiegel 7 können zueinander unterschiedlich ausgerichtet sein, insbesondere derart, dass jeder der Scannerspiegel 7 vorzugsweise für eine einzige Bewegungsdimension des Analysebereiches 17 zuständig ist. Auch ist es denkbar, dass zumindest einer der Laser-Scannerspiegel 7 um nicht nur eine sondern um mehrere, insbesondere zwei, Drehachsen drehbar gelagert ist. According to the present exemplary embodiment, the laser scanner device 6 according to FIG. 2 comprises a laser deflection mirror 9 and an optical element 10, in particular a lens, which are connected upstream of the laser scanner mirror 7 in the processing laser beam path. The optical element 10 is displaceable in the axial direction. The displacement of the optical element 10 causes a shift of the focus position in the axial direction. Furthermore, the laser scanner device 6 comprises an objective 26 for focusing the processing beam 3. It goes without saying that the schematic structure of the laser scanner device 6 shown in the present embodiment can also have a plurality of laser deflecting mirrors 9 as well as further optical elements. Also can the arrangement of these elements differ from each other of the illustrated embodiment. For example, it is conceivable that the objective 26 is also arranged in front of the laser scanner mirror 7. Furthermore, the laser scanner device 6 can also have a plurality of laser scanner mirrors 7, which are each mounted to be movable about at least one axis. The axes of rotation of the two movable scanner mirrors 7 can be aligned differently with each other, in particular such that each of the scanner mirrors 7 is preferably responsible for a single dimension of movement of the analysis area 17. It is also conceivable that at least one of the laser scanner mirrors 7 is rotatably supported by not just one but several, in particular two, axes of rotation.
Gemäß dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Bearbeitungslaserstrahl 3 bzw. dessen Prozessort 8 an einer Soll-Bahn 1 1 entlanggeführt. Hierbei wird eine der Soll-Bahn 1 1 nachgelagerte According to the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3, the processing laser beam 3 or its processing location 8 is guided along a desired path 1 1. Here, one of the target path 1 1 downstream
Schweißnaht 12 ausgebildet. Alternativ hierzu kann die Schweißnaht 12 aber auch ebenso ein Schnittverlauf sein. Gemäß Figur 1 umfasst die Vorrichtung 1 zur Remote-Laserbearbeitung des Weiteren eine Steuereinheit 13 mittels der die Bewegung des Manipulators 5 und des Laser-Scannerspiegel 7 zum Führen des Prozessortes 8 entlang der Soll-Bahn 1 1 steuerbar ist. Weld 12 formed. Alternatively, however, the weld 12 may also be a cutting path as well. According to FIG. 1, the device 1 for remote laser processing further comprises a control unit 13 by means of which the movement of the manipulator 5 and of the laser scanner mirror 7 for guiding the processing location 8 along the desired path 1 1 can be controlled.
Zur Genauigkeitsverbesserung, Prozessüberwachung und/oder Qualitätsüberprüfung weist die Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 und 2 eine Sensoreinheit 14 auf. Diese ist mit der Laserleiteinheit 4 mechanisch gekoppelt. Dies bedeutet, dass beide als fest miteinander verbundene Einheit gemeinsam vom Manipulator 5 bewegt werden. Hierfür können die Sensoreinheit 14 und die Laserleiteinheit 4 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ dazu kann aber auch jede dieser Einheiten 4, 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein separates Gehäuse umfassen. Demnach weist die Laserleiteinheit 4 gemäß Figur 2 ein Laserleitgehäuse 15 und die Sensoreinheit 14 ein Sensorgehäuse 1 6 auf. Die beiden Gehäuseteile 15, 1 6 sind vorliegend starr und/oder lösbar miteinander verbunden. Hierdurch muss vorteilhafterweise bei Beschädigung einer der beiden Einheiten 4, 14 nicht die gesamte SensorVLaserkopfeinheit ausgetauscht werden. Stattdessen kann das jeweils beschädigte Modul entfernt und durch ein instandgesetztes oder neues Modul ersetzt werden. Ein weiterer Vorteil eines derart modularen Aufbaus besteht darin, dass die Anzahl des zumindest einen Laserleitgehäuses 15, insbesondere Laserleitmoduls, und/oder des zumindest einen Sensorgehäuses 1 6, insbesondere Sensormoduls, und/oder deren relative Anordnung zueinander individuell und schnell an die jeweilige Applikation angepasst werden kann. For improving the accuracy, process monitoring and / or quality control, the device 1 according to FIGS. 1 and 2 has a sensor unit 14. This is mechanically coupled to the laser guide 4. This means that both are moved together as a fixed unit together from the manipulator 5. For this purpose, the sensor unit 14 and the laser guide unit 4 may be arranged in a common housing. Alternatively, however, each of these units 4, 14 may comprise a separate housing according to the present embodiment. Accordingly, the laser guide unit 4 according to FIG. 2 has a laser guide housing 15 and the sensor unit 14 has a sensor housing 16. The two housing parts 15, 16 are in the present case rigidly and / or detachably connected to one another. hereby Advantageously, in case of damage to one of the two units 4, 14, not the entire sensor laser head unit has to be exchanged. Instead, the damaged module can be removed and replaced with a repaired or new module. Another advantage of such a modular structure is that the number of at least one Laserleitgehäuses 15, in particular Laserleitmoduls, and / or the at least one sensor housing 1 6, in particular sensor module, and / or their relative arrangement to each other individually and quickly adapted to the particular application can be.
Die lösbare Verbindung zwischen dem Laserleitgehäuse 15 und dem Sensorgehäuse 16 kann beispielsweise eine Schraube- und/oder Clips- Verbindung sein. Des Weiteren ist die Sensor-/Laserkopfeinheit, welche sowohl die Laserleiteinheit 4 als auch die Sensoreinheit 14 umfasst, über zumindest eines der beiden Gehäuseteile 15, 1 6 mit dem Manipulator 5 starr oder beweglich verbunden. Vorzugsweise ist die Laserleit-/Sensoreinheit 4, 14 jedoch über das Laserleitgehäuse 1 6 mit dem Manipulator 5 verbunden. Hierdurch kann die Sensoreinheit 14 modular nachrüstbar, insbesondere an einer Seitenfläche des Laserleitgehäuses 15, befestigt sein. Des Weiteren ist bei einem derartigen modularen Aufbau ferner vorstellbar, dass nicht nur eine einzige Sensoreinheit 14, sondern mehrere derartige Sensoreinheiten 14, insbesondere an unterschiedlichen Seitenflächen des Laserleitgehäuses 15 angeordnet sind. The detachable connection between the Laserleitgehäuse 15 and the sensor housing 16 may be, for example, a screw and / or clip connection. Furthermore, the sensor / laser head unit, which comprises both the laser guide unit 4 and the sensor unit 14, is rigidly or movably connected to the manipulator 5 via at least one of the two housing parts 15, 16. Preferably, however, the Laserleit- / sensor unit 4, 14 is connected via the Laserleitgehäuse 1 6 with the manipulator 5. As a result, the sensor unit 14 can be retrofitted in a modular manner, in particular on a side surface of the laser guide housing 15. Furthermore, in such a modular design, it is further conceivable that not only a single sensor unit 14, but a plurality of such sensor units 14, in particular on different side surfaces of the laser guide 15 are arranged.
Über die vom Manipulator 5 mit der Laserleiteinheit 4 starr mitbewegte Sensoreinheit 14 können innerhalb eines über das Werkstück 2 bewegbaren Analysebereiches 17 Daten erfasst werden, mittels denen die Positionsgenauigkeit des Prozessortes 8 relativ zur Soll-Bahn 1 1 verbessert werden kann. Neben dieser Genauigkeitsverbesserung kann ferner der Prozessort 8 selbst überwacht werden, um eine möglichst gute Schweißnahtqualität gewährleisten zu können. Auch kann der Analysebereich 17 dazu genutzt werden, um die Qualität der Schweißnaht 12 zu überprüfen. Um die Sensorein- heit 14 bzw. dessen Analysebereich 17 für zumindest zwei der vorstehend genannten Anwendungen nutzen zu können, ist die Sensoreinheit 14 von der Laserleiteinheit 4 optisch entkoppelt. Infolgedessen wird bei einer Bewegung des Laser-Scannerspiegels 7, über die der Prozessort 8 relativ zum Manipulator 5 abgelenkt wird, der Analysebereich 17 nicht mitbewegt. Der Analysebereich 17 kann somit relativ zum Prozessort 8 frei bewegt werden, wobei dessen Steuerung über die Steuereinheit 13 erfolgt und natürlich auch derart ausgebildet sein kann, dass der Analysebereich zur Prozessortüberwachung auch in den Prozessort 8 positionierbar und mit diesem mitbewegbar ist. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit 14 gemäß Figur 2 als Sensor- Scannereinrichtung 18 ausgebildet. Demnach umfasst die Sensoreinheit 14 einen optischen Sensor 19. Dieser ist im inneren des Sensorgehäuses 1 6 angeordnet und kann über den Analysebereich 17 Daten des Werkstücks 2 erfassen, mittels denen eine Genauigkeitsverbesserung, Prozessüberwachung und/oder Qualitätsüberprüfung erfolgen kann. Der optische Sensor 19 kann eine Kamera oder aber auch wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Punkt-Abstandssensor sein. Mittels diesem kann punktuell die Oberfläche des Werkstücks 2 zur Datenerfassung abgetastet werden. Das physikalische Wirkprinzip des Punkt-Abstandssensors kann hierbei beispielsweise auf optischer Kohärenztomographie, konoskopischer Holographie und/oder chromatisch-konfokaler Abstandsmessung basieren. Auch ist eine Triangulationsba- sierte Abstandsmessung vorstellbar. Via the sensor unit 4, which is rigidly moved by the manipulator 5 with the laser guide unit 4, data can be acquired within an analysis area 17 that can be moved over the workpiece 2, by means of which the position accuracy of the processing location 8 relative to the desired path 11 can be improved. In addition to this improvement in accuracy, the processor 8 itself can also be monitored in order to ensure the best possible weld quality. Also, the analysis area 17 can be used to check the quality of the weld 12. In order to unit 14 or its analysis area 17 for at least two of the applications mentioned above, the sensor unit 14 is optically decoupled from the laser guide unit 4. As a result, during a movement of the laser scanner mirror 7, via which the processing location 8 is deflected relative to the manipulator 5, the analysis area 17 is not moved. The analysis area 17 can thus be moved freely relative to the processor 8, with its control taking place via the control unit 13 and, of course, also being designed such that the analysis area for processor monitoring can also be positioned in the processor location 8 and moved along with it. Preferably, the sensor unit 14 according to FIG. 2 is designed as a sensor scanner device 18. Accordingly, the sensor unit 14 comprises an optical sensor 19. This is arranged in the interior of the sensor housing 1 6 and can detect data of the workpiece 2 via the analysis area 17, by means of which an improvement in accuracy, process monitoring and / or quality control can take place. The optical sensor 19 may be a camera or else, as in the present embodiment, a point distance sensor. By means of this can be selectively scanned the surface of the workpiece 2 for data acquisition. The physical mode of action of the point-distance sensor can here be based on, for example, optical coherence tomography, conoscopic holography and / or chromatic-confocal distance measurement. A triangulation-based distance measurement is also conceivable.
Wie in Figur 2 gezeigt umfasst die Sensoreinheit 14 neben dem optischen Sensor 19 ferner zumindest ein optisches Führungselement 20. Mittels diesem ist der Analysebereich 17 des optischen Sensors 19 durch eine der Manipulatorbewegung überlagerte Relativbewegung zusätzlich bewegbar bzw. ablenkbar. Hierfür ist das optische Führungselement 20, das vorliegend insbesondere als Spiegel ausgebildet ist, im Sensorstrahlengang 21 angeordnet, nämlich vorzugsweise zwischen dem Analysebereich 17 und dem Sensor 19. Der Sensorstrahlengang 17 ist somit aufgrund des darin angeordneten Führungselementes 20, insbesondere Spiegels, gefaltet. Des Weiteren ist das Führungselement 20 beweglich ausgebildet. Die Beweglichkeit des Führungselementes 20 kann um eine oder aber auch, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, um mehrere Drehachsen ausgebildet sein. Demnach können beispielsweise zwei zueinander lotrecht ausgerichtete Drehachsen vorliegen, so dass das Führungselement 20 bzw. der bewegliche Spiegel kardanisch gelagert ist. As shown in FIG. 2, the sensor unit 14 also comprises at least one optical guide element 20 in addition to the optical sensor 19. By means of this, the analysis area 17 of the optical sensor 19 can be additionally moved or deflected by a relative movement superimposed on the manipulator movement. For this purpose, the optical guide element 20, which in the present case is designed in particular as a mirror, is arranged in the sensor beam path 21, namely preferably between the analysis area 17 and the sensor 19. The sensor beam path 17 is thus folded due to the guide element 20, in particular mirror, arranged therein. Furthermore the guide element 20 is designed to be movable. The mobility of the guide element 20 may be formed around one or else, as in the present embodiment, to a plurality of axes of rotation. Accordingly, for example, two mutually perpendicularly aligned axes of rotation may be present, so that the guide element 20 or the movable mirror is mounted gimbal.
Je nachdem, um wie viel Drehachsen das Führungselement 20 drehbar gelagert ist, kann mittels diesem entweder eine eindimensionale (in diesem Fall wäre das Führungselement 20 um eine einzige Drehachse drehbar) oder aber auch eine mehrdimensionale Relativbewegung (in diesem Fall wäre das Führungselement 20 um mehrere Drehachsen drehbar) des Analysebereiches 17 bewirkt werden. Wenn die Sensoreinheit 14 ein um eine einzige Drehachse drehbares Führungselement 20 aufweist, muss die Sensoreinheit 14 zur Realisierung einer mehrdimensionalen Relativablenkbarkeit des Analysebereiches 17, in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, zumindest ein zweites Führungselement 20 umfassen. Hierbei ist vorzugsweise jedes der beiden Führungselemente für eine andere Verschiebungsrichtung zuständig, nämlich beispielsweise das erste Führungselement für eine Relativverschiebung in x-Richtung und das zweite Führungselement für eine Relativverschiebung in y-Richtung. Depending on how many axes of rotation the guide member 20 is rotatably mounted, by means of this either a one-dimensional (in this case, the guide member 20 rotatable about a single axis of rotation) or even a multi-dimensional relative movement (in this case, the guide member 20 would be several Rotary axes rotatable) of the analysis area 17 can be effected. If the sensor unit 14 has a guide element 20 which can be rotated about a single axis of rotation, the sensor unit 14 must comprise at least one second guide element 20 in order to realize a multi-dimensional relative deflectability of the analysis area 17, in an embodiment not shown here. In this case, each of the two guide elements is preferably responsible for a different displacement direction, namely, for example, the first guide element for a relative displacement in the x direction and the second guide element for a relative displacement in the y direction.
Gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbespiel wird der Analysebereich 17 bei Auslenkung des mehrachsig bewegbaren Führungselementes 20 durch eine dem Manipulator 5 überlagerte zusätzliche Relativbewegung auf der Oberfläche des Werkstücks 2 innerhalb eines zweidimensionalen Bewegungsbereiches bewegt. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann für eine zweidimensionale Bewegbarkeit des Analysebereiches 17 ein einziges bewegliches Führungselement 20 bzw. ein einziger Sensor-Scannerspiegel verwendet werden, der um zumindest zwei Drehachsen drehbar gelagert ist. Es ist aber auch vorstellbar mehrere Sensor-Scannerspiegel bzw. optische Führungselemente 20 zu koppeln, die entsprechend hintereinander im Sen- sorstrahlengang 21 angeordnet sind. Hierbei können die zumindest zwei beweglichen Führungselemente 20 um jeweils eine einzige Drehachse drehbar gelagert sein, wobei diese beiden Drehachsen zueinander vorzugsweise nicht parallel, sondern winklig und/oder windschief ausgerichtet sind. According to the exemplary embodiment shown in FIG. 2, when the multiaxially movable guide element 20 is deflected, the analysis area 17 is moved on the surface of the workpiece 2 within a two-dimensional range of motion by an additional relative movement superimposed on the manipulator 5. As already mentioned above, for a two-dimensional mobility of the analysis region 17, a single movable guide element 20 or a single sensor scanner mirror can be used which is rotatably mounted about at least two axes of rotation. However, it is also conceivable to couple a plurality of sensor scanner mirrors or optical guide elements 20, which are arranged one after the other in the sensor Sorstrahlengang 21 are arranged. In this case, the at least two movable guide elements 20 may be rotatably mounted about a single axis of rotation, wherein these two axes of rotation are preferably not parallel to each other, but angled and / or skewed.
Alternativ ist es aber auch ebenso denkbar, dass mehrere um mehrere Drehachsen bewegliche Führungselemente 20 bzw. insbesondere Sensor- Scannerspiegel hintereinander angeordnet sind. Auch ist eine Kombination von zumindest einem einachsigen und zumindest einem mehrachsigen Führungselement 20 bzw. insbesondere Sensor-Scannerspiegel denkbar. Alternatively, however, it is also conceivable that a plurality of guide elements 20 which are movable about a plurality of axes of rotation or, in particular, sensor scanner mirrors are arranged one behind the other. A combination of at least one uniaxial and at least one multiaxial guide element 20 or, in particular, sensor scanner mirrors is also conceivable.
Wie in Figur 2 ersichtlich, weist die Sensor-Scannereinrichtung 18 zur zusätzlichen Faltung des Strahlengangs 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest einen Sensorumlenkspiegel 22 auf. Dieser ist im Gegensatz zum Führungselement 20 unbeweglich ausgebildet. Er dient demnach ausschließlich zum Knicken bzw. Falten des Sensorstrahlengangs 21 , so dass das Bauvolumen der Sensor-Scannereinrichtung 18 reduziert werden kann. Des Weiteren umfasst die Sensor-Scannereinrichtung 18 ein axial bewegliches optisches Element 27. Die Verschiebung des optischen Elementes 27 bewirkt eine Verschiebung der Fokusposition in axialer Richtung. Ferner weist die Sensor-Scannereinrichtung 18 ein Objektiv 28 auf. Die Anordnung des optischen Elements 27 sowie des Objektivs 28 entspricht derjenigen der Laser-Scannereinrichtung 6. Es versteht sich von selbst, dass der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellte schematische Aufbau der Sensor-Scannereinrichtung 6 auch mehrere Sensorumlenkspiegel 22 sowie weitere optische Elemente aufweisen kann. Auch kann die Anordnung dieser Elemente zueinander von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. So ist beispielsweise denkbar, dass das Objektiv 26 auch vor dem Führungselement 20 bzw. Sensor-Scannerspiegel angeordnet ist. Des Weiteren kann die Sensor-Scannereinrichtung 18 in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch kein optisches Element 27 und/oder kein Objektiv 28 umfassen. In einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die beiden optischen Elemente 10, 27 der jeweiligen Scannereinrichtung 6, 18 miteinander mechanisch gekoppelt sein, so dass diese als Einheit in Axialrichtung verfahrbar sind. In diesem Fall wären die beiden Scannereinrichtungen 6, 18 in x- und y-Richtung entkoppelt und in z-richtung mechanisch gekoppelt. As can be seen in FIG. 2, the sensor scanner device 18 has at least one sensor deflecting mirror 22 for additional folding of the beam path 21 according to the present exemplary embodiment. This is in contrast to the guide member 20 immobile. It therefore serves exclusively for bending or folding the sensor beam path 21, so that the overall volume of the sensor scanner device 18 can be reduced. Furthermore, the sensor scanner device 18 comprises an axially movable optical element 27. The displacement of the optical element 27 causes a shift of the focus position in the axial direction. Furthermore, the sensor scanner device 18 has an objective 28. The arrangement of the optical element 27 and of the objective 28 corresponds to that of the laser scanner device 6. It goes without saying that the schematic structure of the sensor scanner device 6 shown in the present embodiment can also have a plurality of sensor deflecting mirrors 22 as well as further optical elements. Also, the arrangement of these elements may differ from each other of the illustrated embodiment. For example, it is conceivable that the objective 26 is also arranged in front of the guide element 20 or sensor scanner mirror. Furthermore, in an exemplary embodiment not shown here, the sensor scanner device 18 may not include an optical element 27 and / or an objective 28. In an embodiment not shown here, the two optical elements 10, 27 of the respective scanner device 6, 18 may be mechanically coupled to each other, so that they are movable as a unit in the axial direction. In this case, the two scanner devices 6, 18 would be decoupled in the x and y directions and mechanically coupled in the z direction.
Das optische Führungselement 20 bzw. der Sensor-Scannerspiegel der Sensoreinheit 14 kann über zumindest einen in den Figuren nicht dargestellten Aktuator um zumindest eine Drehachse bewegt werden. Gleiches trifft auf den Laser-Scannerspiegel 7 zu. Bei diesen Aktuatoren kann es sich beispielsweise um galvanometrische, akustooptische, piezoelektrische und/oder elektromotorische Aktuatoren handeln. The optical guide element 20 or the sensor scanner mirror of the sensor unit 14 can be moved about at least one actuator, not shown in the figures, about at least one axis of rotation. The same applies to the laser scanner mirror 7. These actuators can be, for example, galvanometric, acousto-optical, piezoelectric and / or electromotive actuators.
Diese Aktuatoren können über die Steuereinheit 13 angesteuert werden (vgl. Figur 1 ). Die Steuereinheit 13 kann optional mehrere Steuerungen umfassen, mittels denen jeweils der Manipulator 5, der zumindest eine Laser- Scannerspiegel 7 und/oder das zumindest eine optische Führungselement 20 ansteuerbar sind. Hierfür umfasst die Steuereinheit 13 vorzugsweise eine in den Figuren nicht näher dargestellte Manipulatorsteuerung und/oder zumindest eine Scannersteuerung, mittels der der zumindest eine Laser- Scannerspiegel 7 der Laserleiteinheit 4 und/oder der zumindest eine Sensor- Scannerspiegel 20 der Sensoreinheit 14 ansteuerbar ist. Alternativ kann die Laserleiteinheit 4 und die Sensoreinheit 14 auch jeweils eine separate Scannersteuerung aufweisen. Die Steuerungen sind miteinander elektrisch verbunden, so dass zwischen diesen eine Kommunikation erfolgen kann, insbesondere zur gewünschten Positionierung des Prozessortes 8 und des Analysebereiches 17 auf dem Werkstück 2. These actuators can be actuated via the control unit 13 (see FIG. The control unit 13 may optionally include a plurality of controls, by means of which in each case the manipulator 5, the at least one laser scanner mirror 7 and / or the at least one optical guide element 20 are controllable. For this purpose, the control unit 13 preferably comprises a manipulator control not shown in the figures and / or at least one scanner control, by means of which the at least one laser scanner mirror 7 of the laser guide unit 4 and / or the at least one sensor scanner mirror 20 of the sensor unit 14 can be controlled. Alternatively, the laser-guiding unit 4 and the sensor unit 14 may each also have a separate scanner control. The controllers are electrically connected to one another so that a communication can take place between them, in particular for the desired positioning of the processor location 8 and of the analysis area 17 on the workpiece 2.
Abweichend zu dem in Figur 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn der Sensor-Scannerspiegel bzw. das optische Führungselement 20 im Vergleich zum Laser-Scannerspiegel 7 kleiner, d.h. eine kleinere Fläche aufweisend, ausgebildet ist. Hierdurch ist die Sensor- Scannereinrichtung 18 im Vergleich zur Laser-Scannereinrichtung 6 dynamischer, so dass der Analysebereich 17 im Vergleich zum Prozessort 8 schneller auf der Oberfläche des Werkstücks 2 bewegt werden kann. In contrast to the exemplary embodiment shown schematically in FIG. 2, it is advantageous if the sensor scanner mirror or the optical guide element 20 is smaller than the laser scanner mirror 7, ie has a smaller area. As a result, the sensor Scanner device 18 compared to the laser scanner device 6 dynamic, so that the analysis area 17 compared to the processor 8 can be moved faster on the surface of the workpiece 2.
Aufgrund der optischen Entkopplung von Sensoreinheit 14 und Laserleiteinheit 4 kann, wie bereits vorstehend ausgeführt, der Analysebereich 17 losgelöst vom Prozessort 8 bewegt werden. Wie insbesondere in der in Figur 3 dargestellten Detailansicht der Prozessortumgebung ist es demnach insbesondere zur Genauigkeitsverbesserung und zur Qualitätsüberprüfung möglich, sowohl in Bearbeitungsrichtung vor als auch hinter dem Prozessort 8 Daten zu erfassen. Zur Begünstigung einer schnellen Bewegbarkeit des Analysebereiches 17 zwischen zwei zu analysierenden Orten und zur Begünstigung einer damit einhergehenden schnellen Datenerfassung wird eine ruckartige bzw. abgehakte Bewegung des optischen Führungselementes 20 vermieden. Infolgedessen wird der Analysebereich 17 gemäß Figur 3 von der Steuereinheit 13 auf einer geschlossenen und/oder gekrümmten Analysebahn 23 zyklisch um den Prozessort 8 bewegt. Hierdurch kann eine fließende Bewegung des optischen Führungselementes 20 bzw. des Sensor- Scannerspiegels sichergestellt werden. Im Vergleich zu einer geradlinigen und folglich ruckartigen Bewegung des Analysebereiches 17 - bei der die Bewegung des Führungselementes 20 stets auf null abgebremst und der Analysebereich 17 wieder in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt werden müsste - kann der Analysebereich 17 bei einer kontinuierlichen zyklischen Bewegung des Führungselementes 20 schneller zwischen zwei zu analysierenden Orten des Werkstücks 2 verfahren werden. Due to the optical decoupling of the sensor unit 14 and the laser guide unit 4, as already explained above, the analysis area 17 can be moved detached from the processor 8. As particularly in the detailed view of the processor environment shown in FIG. 3, it is thus possible, in particular for improving the accuracy and for checking the quality, to acquire data both in the machining direction before and behind the processor location 8. To favor rapid mobility of the analysis area 17 between two locations to be analyzed and to promote an associated rapid data acquisition, a jerky or abgehakte movement of the optical guide member 20 is avoided. As a result, the analysis area 17 according to FIG. 3 is cyclically moved around the processing location 8 by the control unit 13 on a closed and / or curved analysis path 23. As a result, a flowing movement of the optical guide element 20 or of the sensor scanner mirror can be ensured. Compared to a rectilinear and thus jerky movement of the analysis area 17 - in which the movement of the guide element 20 should always be braked to zero and the analysis area 17 should be accelerated again in the opposite direction - the analysis area 17 can be faster with a continuous cyclical movement of the guide element 20 be moved between two to be analyzed locations of the workpiece 2.
In dem in den Figuren abgebildeten Beispiel wird die Sensoreinheit 14 sowohl zur Genauigkeitsverbesserung als auch zur Qualitätsüberprüfung eingesetzt. Hierfür wird der Analysebereich 17 gemäß Figur 3 zyklisch auf der vorliegend elliptischen Analysebahn 23 um den Prozessort 8 bewegt. Zur Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit ist die Sensoreinheit 14 bzw. deren Steuerung derart ausgebildet, dass die vom Sensor 19 im Analysebereich 17 erfassten Sensordaten zur Genauigkeitsverbesserung ausschließlich in einem ersten Analyseintervall 24 ausgewertet werden. Das erste Analyseintervall 24 der Analysebahn 23 ist hierbei im Schnittbereich der Analysebahn 23 mit der Soll-Bahn 1 1 angeordnet. Des Weiteren ist die Sensoreinheit 14 zur Qualitätsüberprüfung derart ausgebildet, dass die im Analysebereich 17 punktuell erfassten Sensordaten in einem zweiten Analyseintervall 25 der Analysebahn 23 ausgewertet werden. Dieses zweite Analyseintervall 25 befindet sich im Schnittbereich zwischen der Analysebahn 23 und der In the example shown in the figures, the sensor unit 14 is used both for accuracy improvement and for quality control. For this purpose, the analysis area 17 according to FIG. 3 is cyclically moved on the presently elliptical analysis path 23 about the processor location 8. To increase the evaluation speed, the sensor unit 14 or its control is designed such that the sensor 19 in the analysis area 17 recorded sensor data for accuracy improvement exclusively in a first analysis interval 24 are evaluated. The first analysis interval 24 of the analysis path 23 is in this case arranged in the intersection region of the analysis path 23 with the desired path 1 1. Furthermore, the sensor unit 14 for quality checking is designed in such a way that the sensor data which is selectively collected in the analysis area 17 are evaluated in a second analysis interval 25 of the analysis track 23. This second analysis interval 25 is located in the intersection between the analysis path 23 and the
Schweißnaht 12. Hierdurch kann die zur Genauigkeitsverbesserung und Qualitätsüberprüfung erforderliche Datenmenge reduziert werden, da nur die relevanten Bereiche ausgewertet werden. Vorteilhafterweise kann somit die Auswertegeschwindigkeit erhöht werden. Weld 12. As a result, the amount of data required to improve accuracy and quality control can be reduced because only the relevant areas are evaluated. Advantageously, thus, the evaluation speed can be increased.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Variations within the scope of the claims are also possible as a combination of features, even if they are shown and described in different embodiments.
Bezuaszeichenliste Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung Werkstück Bezuaszeichenliste Device for remote laser processing workpiece
Bearbeitungslaser laser processing
Laserleiteinheit Laserleiteinheit
Manipulator manipulator
Laser-Scannereinrichtung Laser scanning device
Laser-Scannerspiegel Laser scanner mirror
Prozessort process location
Laserumlenkspiegel Laserumlenkspiegel
erstes optisches Element first optical element
Soll-Bahn Set path
Schweißnaht Weld
Steuereinheit control unit
Sensoreinheit sensor unit
Laserleitgehäuse Laserleitgehäuse
Sensorgehäuse sensor housing
Analysebereich analysis area
Sensor-Scannereinrichtung Sensor scanning device
optischer Sensor optical sensor
optisches Führungselement optical guide element
Sensorstrahlengang Sensor beam path
Sensorumlenkspiegel Sensorumlenkspiegel
Analysebahn analysis train
erstes Analyseintervall first analysis interval
zweites Analyseintervall second analysis interval
erstes Objektiv first lens
zweites optisches Element second optical element
zweites Objektiv second lens

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1 . Vorrichtung zur Remote-Laserbearbeitung von zumindest einem 1 . Device for remote laser processing of at least one
Werkstück (2) mittels eines Bearbeitungslaserstrahls (3)  Workpiece (2) by means of a machining laser beam (3)
mit einer Laserleiteinheit (4) und zumindest einer von der Laserleiteinheit (4) optisch entkoppelten Sensoreinheit (14), die gemeinsam von einem Manipulator (5), insbesondere um und/oder entlang mehrerer Manipulatorachsen, bewegbar sind und/oder zu denen das Werkstück (2) mittels eines Manipulators, insbesondere um und/oder entlang mehrerer Manipulatorachsen, relativ bewegbar ist,  with a laser guide unit (4) and at least one sensor unit (14) optically decoupled from the laser guide unit (4), which are movable together by a manipulator (5), in particular around and / or along a plurality of manipulator axes, and / or to which the workpiece ( 2) is relatively movable by means of a manipulator, in particular around and / or along a plurality of manipulator axes,
wobei der Bearbeitungslaserstrahl (3) mittels der Laserleiteinheit (4) zu einem Prozessort (8) auf dem Werkstück (2) leitbar ist  wherein the processing laser beam (3) by means of the laser guide unit (4) to a processing location (8) on the workpiece (2) is conductive
und die Sensoreinheit (14) einen optischen Sensor (19) zum Erfassen eines Analysebereiches (17) auf dem Werkstück (2) und  and the sensor unit (14) comprises an optical sensor (19) for detecting an analysis area (17) on the workpiece (2) and
Mittel zum Bewegen des Analysebereiches (17) relativ zur Bewegung des Manipulators (5) und/oder Werkstücks (2) aufweist,  Comprising means for moving the analysis area (17) relative to the movement of the manipulator (5) and / or workpiece (2),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Sensoreinheit (14) als Mittel zum Bewegen des Analysebereiches zumindest ein optisches, insbesondere zumindest teilweise reflektierendes, Führungselement (20) aufweist,  the sensor unit (14) has at least one optical, in particular at least partially reflective, guide element (20) as means for moving the analysis area,
das im Strahlengang (21 ) zwischen dem Analysebereich (17) und dem Sensor (19) angeordnet ist und  which is arranged in the beam path (21) between the analysis area (17) and the sensor (19) and
das derart beweglich ausgebildet ist, dass die Position des Analysebereiches (17) auf dem Werkstück (2) durch eine der Manipulator- und/oder Werkstückbewegung überlagerte Relativbewegung veränderbar ist.  is formed so movable that the position of the analysis area (17) on the workpiece (2) by a manipulator and / or workpiece movement superimposed relative movement is variable.
2. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Analysebereiches (17) innerhalb eines, insbesondere zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen, Bewegungsbereiches veränderbar ist, wobei der maximale Bewegungsbe- reich vorzugsweise durch die maximale Auslenkbarkeit des zumindest einen Führungselementes (20) bestimmt ist. 2. Device according to the preceding claim, characterized in that the position of the analysis area (17) within a, in particular two-dimensional and / or three-dimensional, movement range is variable, wherein the maximum Bewegungsbe- is preferably determined by the maximum deflectability of the at least one guide element (20).
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (14) und die Laserleiteinheit (4) mechanisch und/oder starr miteinander gekoppelt sind, wobei vorzugsweise die Sensoreinheit (14) und die Laserleiteinheit (4) als gemeinsame Manipulationseinheit, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse, ausgebildet sind oder 3. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sensor unit (14) and the laser guide unit (4) are mechanically and / or rigidly coupled together, preferably wherein the sensor unit (14) and the laser guide unit (4) as common Manipulation unit, in particular in a common housing, are formed or
die Laserleiteinheit (4) ein, insbesondere mit dem Manipulator (5) verbundenes, Laserleitgehäuse (15) und/oder die Sensoreinheit (14) ein Sensorgehäuse (1 6) aufweist, das mit dem Laserleitgehäuse (15), insbesondere an einer Unterseite und/oder einer Seitenfläche des Laserleitgehäuses (15) und/oder lösbar, verbunden ist.  the laser guide unit (4) has a laser guide housing (15), in particular connected to the manipulator (5), and / or the sensor unit (14) has a sensor housing (1 6) connected to the laser guide housing (15), in particular on a lower side and / or or a side surface of the Laserleitgehäuses (15) and / or releasably connected.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Führungselement (20) als beweglicher Spiegel ausgebildet ist und/oder um zumindest eine Drehachse drehbar ist, insbesondere kardanisch gelagerter ist und/oder 4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the optical guide element (20) is designed as a movable mirror and / or is rotatable about at least one axis of rotation, in particular gimbal-mounted and / or
dass die Sensoreinheit (14) zumindest einen, insbesondere galvanometrischen, akustooptischen, piezoelektrischen und/oder elektromotorischen, Aktuator zum Bewegen des Führungselementes (20) aufweist.  the sensor unit (14) has at least one, in particular galvanometric, acousto-optical, piezoelectric and / or electromotive, actuator for moving the guide element (20).
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (19) unmittelbar oder mittelbar, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Umlenkspiegels (22) und/oder einer Linse, auf das Führungselement (20), insbesondere dessen Zentrum, ausgerichtet ist. 5. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sensor (19) directly or indirectly, in particular with the interposition of a deflecting mirror (22) and / or a lens, on the guide element (20), in particular its center aligned is.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (19) eine Kamera und/oder ein Abstandssensor, insbesondere ein Punkt-Abstandssensor für ein koaxiales Messverfahren, vorzugsweise zur optischen Kohärenztomographie, konoskopischen Holographie, chromatisch-konfokalen Abstandsmessung und/oder Laufzeitmessung, ist. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sensor (19) comprises a camera and / or a distance sensor, in particular a point distance sensor for a coaxial measuring method, preferably for optical coherence tomography, conoscopic holography, chromatic-confocal distance measurement and / or transit time measurement, is.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungslaserstrahl (3) mittels der Laserleiteinheit (4) relativ zur Bewegung des Manipulators (5) derart bewegbar ist, dass der Prozessort (8) auf dem Werkstück (2) entlang einer Soll-Bahn (1 1 ) führbar ist, wobei die Laserleiteinheit (4) vorzugsweise als eine Laser-Scannereinrichtung (6) mit zumindest einem beweglichen Laser-Scannerspiegel (7) ausgebildet ist. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the processing laser beam (3) by means of the laser guide unit (4) relative to the movement of the manipulator (5) is movable such that the processing site (8) on the workpiece (2) along a Target path (1 1) is feasible, wherein the laser guide unit (4) is preferably designed as a laser scanner device (6) with at least one movable laser scanner mirror (7).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (14) eine Sensor- Scannereinrichtung (18), vorzugsweise mit zumindest einem das Führungselement (20) bildenden Sensor-Scannerspiegel, umfasst, dass der Sensor-Scannerspiegel kleiner als der Laser-Scannerspiegel (7) ausgebildet ist und/oder Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sensor unit (14) comprises a sensor scanner device (18), preferably with at least one sensor scanner mirror forming the guide element (20), that the sensor scanner mirror is smaller than that Laser scanner mirror (7) is formed and / or
dass der Sensor-Scannerspiegel eine Beschichtung aufweist, die sich von der des Laser-Scannerspiegels (7) unterscheidet. the sensor scanner mirror has a coating that differs from that of the laser scanner mirror (7).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (14) eine Beleuchtungsquelle zum zumindest bereichsweise Beleuchten des Werkstücks (2) aufweist, Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sensor unit (14) has an illumination source for at least partially illuminating the workpiece (2),
die mit dem Manipulator (5) mitbewegbar ist, wobei die Beleuchtungsquelle vorzugsweise an dem gemeinsamen Gehäuse, dem Laserleitgehäuses (15) und/oder dem Sensorgehäuses (16), insbesondere an einer Außenseite und/oder lösbar, befestigt ist, die in den Strahlengang (21 ) der Laser-Scannereinrichtung (6) oder der Sensor-Scannereinrichtung (18) eingekoppelt ist, so dass diese mittels des Laser-Scannerspiegels (7) mit dem Prozessort (8) und/oder mittels des Führungselementes (20) mit dem Analysebereich (17) mitbewegbar ist, which is movable along with the manipulator (5), wherein the illumination source is preferably attached to the common housing, the laser guide housing (15) and / or the sensor housing (16), in particular on an outer side and / or detachably, which is coupled into the beam path (21) of the laser scanner device (6) or the sensor scanner device (18), so that the same by means of the laser scanner mirror (7) with the processor (8) and / or by means of the guide element (20 ) is mitbewegbar with the analysis area (17),
und/oder  and or
die mittels einer separaten Beleuchtungs-Scannereinrichtung von der Laser-Scannereinrichtung (6) und der Sensor-Scannereinrichtung (18) optisch entkoppelt relativ zum Manipulator (5) bewegbar ist.  which by means of a separate illumination scanner device of the laser scanner device (6) and the sensor scanner device (18) optically decoupled relative to the manipulator (5) is movable.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung eine Steuereinheit (13), insbesondere mit einer Manipulatorsteuerung und/oder einer Scannersteuerung, aufweist, 10. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device has a control unit (13), in particular with a manipulator control and / or a scanner control,
mittels der die, vorzugsweise offline vorbestimmte und/oder abgespeicherte, Bewegung des Manipulators (5),  by means of the, preferably offline predetermined and / or stored, movement of the manipulator (5),
die Relativbewegung des zumindest einen Laser-Scannerspiegels (7), die Relativbewegung des zumindest einen Führungselementes (20) der Sensoreinheit (14) und/oder  the relative movement of the at least one laser scanner mirror (7), the relative movement of the at least one guide element (20) of the sensor unit (14) and / or
die Relativbewegung zumindest eines Beleuchtungs-Scannerspiegels steuerbar ist, wobei vorzugsweise die Manipulatorsteuerung und die zumindest eine Scannersteuerung derart miteinander kommunizieren, dass der Bewegungsablauf des Manipulators und des Scannerspiegels zueinander koordinierbar ist.  the relative movement of at least one illumination scanner mirror is controllable, wherein preferably the manipulator controller and the at least one scanner controller communicate with one another in such a way that the motion sequence of the manipulator and the scanner mirror can be coordinated with one another.
1 1 . Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13), insbesondere die Scannersteuerung, derart ausgebildet ist, dass das zumindest eine Führungselement (20) der Sensoreinheit (14) derart ansteuerbar ist, dass der Analysebereich (17) zur Genauigkeitsverbesserung dem Prozessort (8) in Bearbeitungsrichtung vorgelagert und/oder im Bereich der zu bearbeitenden Soll-Bahn (1 1 ) positionierbar ist und/oder dem Prozessort (8) in einem, insbesondere konstanten und/oder variablen, Abstand vorausführbar ist, 1 1. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control unit (13), in particular the scanner control, is designed such that the at least one guide element (20) of the sensor unit (14) can be controlled such that the analysis area (17) to improve the accuracy of the process location (8) upstream in the machine direction and / or positionable in the region of the target path to be processed (1 1) and / or the process location (8) in a, in particular constant and / or variable, distance is feasible,
dass der Analysebereich (17) zur Prozessüberwachung im Prozessort (8) positionierbar ist und/oder mit diesem mitführbar ist und/oder dass der Analysebereich (17) zur Qualitätsüberprüfung, insbesondere einer Schweißnaht (12) oder Schnittkante, dem Prozessort (8) in Bearbeitungsrichtung nachgelagert und/oder im Bereich der bearbeiteten Ist-Bahn positionierbar ist und/oder dem Prozessort (8) in einem, insbesondere konstanten und/oder variablen, Abstand nachführbar ist.  in that the analysis area (17) for process monitoring can be positioned in the processing location (8) and / or that the analysis area (17) for quality checking, in particular a weld seam (12) or cut edge, the processing site (8) in the machining direction downstream and / or positionable in the area of the processed actual path and / or the process location (8) in a, in particular constant and / or variable, distance is traceable.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Führungselement (20) der Sensoreinheit (14) mittels der Steuereinheit (13) derart ansteuerbar ist, 12. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one guide element (20) of the sensor unit (14) by means of the control unit (13) is controllable in such a manner,
dass der Analysebereich (17) auf einer geschlossenen und/oder gebogenen, insbesondere kreis- oder ellipsenförmigen, Analysebahn (23), insbesondere zyklisch, um den Prozessort (8) führbar ist oder dass der Analysebereich (17) auf einer offenen, insbesondere linearen oder gebogenen, Analysebahn, insbesondere zwischen zwei Endpunkten der Analysebahn, pendelnd und/oder in Bearbeitungsrichtung vor oder hinter dem Prozessort (8) führbar ist.  in that the analysis area (17) can be guided around the processor location (8) on a closed and / or curved, in particular circular or elliptical, analysis path (23), in particular cyclically, or that the analysis area (17) is open, in particular linear or curved analysis path, in particular between two end points of the analysis path, oscillating and / or in the machine direction in front of or behind the processing location (8) is feasible.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) derart ausgebildet ist, dass die vom Sensor (19) erfassten Sensordaten zur Genauigkeitsverbesserung in einem ersten Analyseintervall (24), insbesondere wenn sich der Analysebereich (17) auf der Analysebahn (23) im Schnittbereich mit der Soll-Bahn (1 1 ) befindet, und/oder 13. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control unit (13) is designed such that the sensor (19) detected sensor data to improve accuracy in a first analysis interval (24), in particular when the analysis area (17 ) is located on the analysis path (23) in the intersection region with the desired path (1 1), and / or
zur Qualitätsüberprüfung in einem zweiten Analyseintervall (25), insbesondere wenn sich der Analysebereich (17) auf der Analysebahn (23) im Schnittbereich mit der Ist-Bahn, insbesondere der Schweißnaht (12), befindet, auswertbar sind. for checking the quality in a second analysis interval (25), in particular when the analysis area (17) is on the analysis path (23) in the intersection region with the actual path, in particular the weld seam (12) is evaluable.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) die Position des Analysebereiches (17) und/oder die Position und/oder Orientierung der Analysebahn relativ zum Prozessort (8) in Abhängigkeit 14. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control unit (13) the position of the analysis area (17) and / or the position and / or orientation of the analysis path relative to the processor (8) in dependence
der offline ermittelten und/oder abgespeicherten Geometriedaten eines Referenzwerkstücks,  the offline determined and / or stored geometry data of a reference workpiece,
der, insbesondere offline festgelegten, abgespeicherten und/oder online erfassten Bewegungsdaten des Manipulators (5),  the movement data of the manipulator (5), in particular stored offline, stored and / or recorded online,
der, insbesondere offline festgelegten und/oder abgespeicherten und/oder online ermittelten, Bewegungsdaten des zumindest einen Laser-Scannerspiegels (7),  the, in particular offline determined and / or stored and / or determined online, movement data of the at least one laser scanner mirror (7),
der offline festgelegten und/oder abgespeicherten Nährungsposition der Soll-Bahn (1 1 ),  the offline position of the desired path (1 1), which is set and / or stored offline
der online genauigkeitsverbesserten Soll-Position der Soll-Bahn (1 1 ) und/oder  the online accuracy-enhanced target position of the desired path (1 1) and / or
der online ermittelten Ist-Position der Ist-Bahn zu bestimmen vermag.  The online determined actual position of the actual orbit can be determined.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13), insbesondere die Scannersteuerung, derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die Sensoreinheit (14) kalibrierbar ist, 15. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control unit (13), in particular the scanner control, is designed such that by means of this the sensor unit (14) can be calibrated,
wobei die Steuereinheit (13) vorzugsweise einen Sensorarbeitsraum zumindest einer Sensoreinheit (14) mit einem Laserarbeitsraum der Lasereinheit oder die Sensorarbeitsräume zumindest zweier separaten Sensoreinheiten zueinander abzugleichen vermag.  wherein the control unit (13) is capable of matching a sensor working space of at least one sensor unit (14) with a laser working space of the laser unit or the sensor work spaces of at least two separate sensor units.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserleiteinheit (4) und die Sensoreinheit (14) jeweils ein im jeweiligen Strahlengang angeordnetes und/oder axialverschiebbares optisches Element, insbesondere eine Linse, aufweisen, die mittels einer gemeinsamen Verschiebungseinrichtung als Einheit, insbesondere zueinander parallel, verfahrbar sind. 16. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser guide unit (4) and the sensor unit (14) each have a arranged in the respective beam path and / or axially displaceable optical element, in particular a lens having, by means of a common displacement device as a unit, in particular parallel to each other, are movable.
PCT/EP2015/069898 2014-09-15 2015-09-01 Device for remote laser machining having a sensor scanner apparatus WO2016041768A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580045018.6A CN106573338B (en) 2014-09-15 2015-09-01 Device for remote laser machining by means of a sensor-scanning device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014113283.1 2014-09-15
DE102014113283.1A DE102014113283B4 (en) 2014-09-15 2014-09-15 Device for remote laser processing with sensor scanner device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016041768A1 true WO2016041768A1 (en) 2016-03-24

Family

ID=54065343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/069898 WO2016041768A1 (en) 2014-09-15 2015-09-01 Device for remote laser machining having a sensor scanner apparatus

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN106573338B (en)
DE (1) DE102014113283B4 (en)
WO (1) WO2016041768A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112453703A (en) * 2020-11-25 2021-03-09 南京航空航天大学 Complex special-shaped structure remote laser welding method based on visual sensing
US20220063018A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-03 Dm3D Technology, Llc Vision-based rotary part offset correction for weld toolpathing

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106975874A (en) * 2017-06-02 2017-07-25 成都福莫斯智能系统集成服务有限公司 The cutting robot control system of laser aiming
DE102017114033B4 (en) 2017-06-23 2021-11-25 Precitec Gmbh & Co. Kg Device and method for distance measurement for a laser processing system, and laser processing system
DE102017115922C5 (en) * 2017-07-14 2023-03-23 Precitec Gmbh & Co. Kg Method and device for measuring and setting a distance between a machining head and a workpiece and associated method for regulation
DE102017010055A1 (en) 2017-10-27 2019-05-02 Lessmüller Lasertechnik GmbH Laser beam welding of geometric figures with OCT seam guide
DE102017126867A1 (en) 2017-11-15 2019-05-16 Precitec Gmbh & Co. Kg Laser processing system and method for laser processing
WO2020065997A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 株式会社牧野フライス製作所 Laser machining apparatus
DE102018217940A1 (en) * 2018-10-19 2020-04-23 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Method and processing machine for processing a workpiece
DE102018129425B4 (en) * 2018-11-22 2020-07-30 Precitec Gmbh & Co. Kg System for recognizing a machining error for a laser machining system for machining a workpiece, laser machining system for machining a workpiece by means of a laser beam comprising the same, and method for detecting a machining error in a laser machining system for machining a workpiece
DE102018129407B4 (en) 2018-11-22 2023-03-30 Precitec Gmbh & Co. Kg Method for cutting a workpiece using a laser beam and a laser processing system for carrying out the method
WO2020107336A1 (en) * 2018-11-29 2020-06-04 合刃科技(深圳)有限公司 Welding trajectory tracking method, method and system
DE102019201573B4 (en) * 2019-02-07 2020-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for interferometric distance measurement, in particular in laser material processing
DE102020106530A1 (en) 2020-03-10 2021-09-16 Baosteel Lasertechnik Gmbh Method for butt welding at least two metal sheets
DE102020203983A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 Trumpf Laser Gmbh Method for OCT weld seam monitoring as well as the associated laser processing machine and computer program product
DE102020112635A1 (en) 2020-05-11 2021-11-11 Jenoptik Optical Systems Gmbh Laser scanner system and method for processing a workpiece
DE102020210778A1 (en) 2020-08-26 2022-03-03 Trumpf Laser Gmbh Method for monitoring and/or controlling a laser welding process using an OCT-detected melting or welding bead geometry and associated processing machine and computer program product
DE102020211533B3 (en) * 2020-09-15 2022-02-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Measuring instrument for a laser tool, laser tool and workpiece processing device, and method for measuring a distance
DE102022100231A1 (en) 2022-01-05 2023-07-06 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Process for laser beam welding of several components at different processing points of a component and laser welding device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4907169A (en) * 1987-09-30 1990-03-06 International Technical Associates Adaptive tracking vision and guidance system
EP1097786A2 (en) * 1999-11-05 2001-05-09 Fanuc Ltd Operation line tracking device using sensor
DE102008029063A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-31 Audi Ag Method for applying an application structure such as welding seam or adhesive grub on a workpiece, by subjecting a processing head for subjecting the application structure along an application web and monitoring the application structure
US20140027415A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 General Electric Company Adaptive control hybrid welding system and methods of controlling

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4568816A (en) * 1983-04-19 1986-02-04 Unimation, Inc. Method and apparatus for manipulator welding apparatus with improved weld path definition
CN2245515Y (en) * 1995-03-11 1997-01-22 武汉楚天激光(集团)股份有限公司 Tilting mirror type laser marking machine
DE10111662A1 (en) * 2001-03-09 2002-09-26 Thyssenkrupp Stahl Ag Method and device for robot-controlled cutting and welding with laser radiation
US7112517B2 (en) * 2001-09-10 2006-09-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser treatment device, laser treatment method, and semiconductor device fabrication method
DE10361018C9 (en) * 2003-12-23 2021-03-04 QUISS Qualitäts-Inspektionssysteme und Service GmbH Method for recognizing a structure to be applied to a substrate with a plurality of cameras and a device therefor
DE202006005916U1 (en) 2006-04-10 2007-08-16 Kuka Schweissanlagen Gmbh Monitoring device for jet mechanisms e.g. remote lasers, has jet e.g. laser beam for treatment of workpiece and movable jet head e.g. laser head, where monitoring device has sensor unit attached to jet head, preferably at exit of jet optics
DE102007027377B4 (en) * 2006-06-28 2010-08-12 Scansonic Mi Gmbh Device and method for processing a workpiece by means of a laser beam
DE102009056325A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-09 Schunk Gmbh & Co. Kg welder
DE102013004371B3 (en) * 2013-03-12 2013-12-05 Rwth Aachen Processing surface with laser beam, by passing laser beam through optical system onto surface, and partially compensating lateral offset of radiation emitted or reflected from processing zone by chromatic aberration of optical system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4907169A (en) * 1987-09-30 1990-03-06 International Technical Associates Adaptive tracking vision and guidance system
EP1097786A2 (en) * 1999-11-05 2001-05-09 Fanuc Ltd Operation line tracking device using sensor
DE102008029063A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-31 Audi Ag Method for applying an application structure such as welding seam or adhesive grub on a workpiece, by subjecting a processing head for subjecting the application structure along an application web and monitoring the application structure
US20140027415A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 General Electric Company Adaptive control hybrid welding system and methods of controlling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220063018A1 (en) * 2020-08-27 2022-03-03 Dm3D Technology, Llc Vision-based rotary part offset correction for weld toolpathing
CN112453703A (en) * 2020-11-25 2021-03-09 南京航空航天大学 Complex special-shaped structure remote laser welding method based on visual sensing

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014113283A1 (en) 2016-03-17
DE102014113283B4 (en) 2016-11-03
CN106573338A (en) 2017-04-19
CN106573338B (en) 2020-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014113283B4 (en) Device for remote laser processing with sensor scanner device
DE102013008269B4 (en) Processing head for a laser processing apparatus and method for laser processing a workpiece
EP3310519B1 (en) Adjustment arrangement for an off-line adjustment with a scanning head with integrated beam position sensor and corresponding adjustment method using such adjustment arrangement
DE102015012565B3 (en) Device and method for increasing the accuracy of an OCT measuring system for laser material processing
DE102014007887B4 (en) A laser processing apparatus having a measuring device for detecting surface data and / or interfaces of a workpiece to be processed by a laser processing apparatus
DE112006001423B4 (en) Coordinate measuring machine and method for measuring an object with a coordinate measuring machine
DE102015007142A1 (en) Measuring device for a laser processing system and method for carrying out position measurements by means of a measuring beam on a workpiece
DE102017126867A1 (en) Laser processing system and method for laser processing
DE102016106648B4 (en) Calibration method for a sensor deflection system of a laser processing apparatus and calibration system for carrying out such a calibration method
EP1347266B1 (en) Device for measuring an object
WO2016128287A1 (en) Multi-head laser system having a sensor unit with a movable optical guiding element
DE202006005916U1 (en) Monitoring device for jet mechanisms e.g. remote lasers, has jet e.g. laser beam for treatment of workpiece and movable jet head e.g. laser head, where monitoring device has sensor unit attached to jet head, preferably at exit of jet optics
EP3146293B1 (en) Device and method for geometrically measuring an object
DE202016006669U1 (en) Optical sensor with variable measuring channels
WO2019174895A1 (en) Device for determining an orientation of an optical device of a coherence tomograph, coherence tomograph and laser processing system
EP2091699B1 (en) Method and device for fine-positioning a tool having a handling device
DE102019120398B3 (en) Laser processing system and method for a central alignment of a laser beam in a processing head of a laser processing system
DE102008029063B4 (en) Method and device for applying an application structure to a workpiece and for monitoring the application structure
EP2447664A1 (en) Device for recording measurement information from an internal surface of a hollow body, in particular a borehole of a single or dual shaft extruder cylinder
WO2019149872A1 (en) Device for laser material machining, having a sensor unit that comprises a relay optical unit
DE102013110524B4 (en) Joining device with seam guidance sensor
EP2847542B1 (en) Device with internal optical reference
EP2847541B1 (en) Coordinate measuring device with a white light sensor
DE112004002986B4 (en) Testing system for non-destructive material testing
DE102009003355B4 (en) Laser welding head for welding metal parts and method for beam welding of metal parts

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: 15760130

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: 15760130

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1