EP4396526A1 - Messvorrichtung, bearbeitungssystem und verfahren zum einstellen einer messvorrichtung - Google Patents

Messvorrichtung, bearbeitungssystem und verfahren zum einstellen einer messvorrichtung

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Publication number
EP4396526A1
EP4396526A1 EP22769970.9A EP22769970A EP4396526A1 EP 4396526 A1 EP4396526 A1 EP 4396526A1 EP 22769970 A EP22769970 A EP 22769970A EP 4396526 A1 EP4396526 A1 EP 4396526A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
arm
optical
section
module
Prior art date
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Pending
Application number
EP22769970.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eckhard Lessmüller
Christian Truckenbrodt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lessmueller Lasertechnik GmbH
Original Assignee
Lessmueller Lasertechnik 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 Lessmueller Lasertechnik GmbH filed Critical Lessmueller Lasertechnik GmbH
Publication of EP4396526A1 publication Critical patent/EP4396526A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02029—Combination with non-interferometric systems, i.e. for measuring the object
    • G01B9/02031—With non-optical systems, e.g. tactile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for a processing system for processing a workpiece using a high-energy processing beam, an interchangeable module for such a measuring device, a system with at least two different interchangeable modules, a processing system for processing a workpiece using a high-energy processing beam, and a method for adjusting a measuring device.
  • Measuring devices are known from the prior art, by means of which optical coherence tomography measurements can be carried out during the processing of a workpiece.
  • a common abbreviation for optical coherence tomography is OCT, in which a measuring beam from the measuring device is coupled into a processing beam such as a high-energy laser. The measuring beam thus runs in a measuring arm.
  • a reference beam is used, which is obtained by dividing a source beam into a measuring beam and a reference beam. The reference beam runs in a reference arm, which essentially replicates the optical properties of the measuring arm, especially with regard to its optical path length.
  • the optical path length of the measuring arm can vary. If changes are made to the optical path of the processing beam and thus the measuring beam, the reference arm must be adjusted accordingly. In principle, optical components of the reference arm can be adjusted or changed for this, but this requires work to be carried out directly on the measurement setup. A readjustment or recalibration of the optical components is then regularly required.
  • DE 10 2013 008 269 A1 discloses a device in which several optical fibers of different lengths are installed, which define channels of different lengths, between which it is possible to switch automatically.
  • a reference arm is known from DE 10 2015 015 112 A1, which has a compensating section that simulates the optical path of the measuring beam. This is formed by a fiber that is installed in the measuring device.
  • a similar piece of fiber as part of a reference arm that is built into a measuring device is also known from DE 10 2017 218 494 A1.
  • reference arms with an automatically adjustable length there are reference arms with an automatically adjustable length in the prior art.
  • a corresponding device is known, for example, from DE 10 2019 001858 B3.
  • the reference arm can be adapted to changes in the length of the measuring arm.
  • changes in length that go beyond this also require modifications to be made to the device.
  • a measuring device If a measuring device is put into operation in a specific processing system, for example a customer's production line, manual adjustments to the optical system are required for all known measuring devices, which must be carried out individually.
  • Optical components used for this purpose are often custom-made, and they have to be matched to each other differently depending on the individual case. This can be costly, requires a high level of skill to build, and leaves room for human error that can arise from improper selection of appropriate components.
  • the object of the present invention is to adapt a measuring arm and a reference arm to one another in a reliable and cost-effective manner.
  • a measuring device can be a measuring device, preferably an OCT measuring device, for a processing system for processing a workpiece by means of a high-energy processing beam, in particular by means of a processing laser.
  • the measuring device includes a Beam generation unit that is set up to generate a measurement beam and a reference beam that can be made to interfere in order to carry out optical interference measurements such as optical coherence tomography, ie can be interfered with and/or are made to interfere. In other words, this can include the measuring beam and the reference beam interfering with one another in a controlled manner.
  • the measuring device comprises a measuring arm which is optically connected to the beam generation unit and in which the measuring beam is guided optically, so that it can be and/or is projected onto a measuring object such as the workpiece.
  • the measuring device includes a reference arm which is optically connected to the beam generation unit and in which the reference beam is guided optically.
  • the measuring device comprises a measuring interface, for example a camera interface, via which the measuring beam can be and/or is coupled into the processing beam.
  • the measuring device is characterized in particular by the fact that it comprises a base module and an exchangeable module which can be connected or is connected to it.
  • the base module comprises an initial section of the reference arm, which is connected to the beam generation unit and comprises optical components for guiding the reference beam; and an end portion of the reference arm comprising optical components for guiding the reference beam including a reflector at which the reference beam is reflected and returned to the beam generating unit once it has passed through the reference arm.
  • the interchangeable module also includes a beam guidance section, which includes optical components for guiding the reference beam and which is set up to form a middle section of the reference arm by optically connecting the start section of the reference arm to the end section of the reference arm when the interchangeable module is connected to the base module .
  • a beam guidance section which includes optical components for guiding the reference beam and which is set up to form a middle section of the reference arm by optically connecting the start section of the reference arm to the end section of the reference arm when the interchangeable module is connected to the base module .
  • the measuring device is characterized in particular by the fact that the base module includes a first section of the measuring arm, which is connected to the beam generation unit and includes optical components for guiding the measuring beam, and a second section of the measuring arm, which includes optical components for guiding the Measuring beam includes.
  • the interchangeable module includes a beam guidance section, which includes optical components for guiding the measurement beam and the is set up to form a middle section of the measuring arm by optically connecting the first section of the measuring arm to the second section of the measuring arm when the interchangeable module is connected to the base module.
  • the invention also relates to an exchangeable module for a measuring device according to the invention.
  • this measuring device comprises a beam generation unit which is set up to generate a measuring beam and a reference beam which can be brought to interference in order to carry out optical coherence tomography, a measuring arm which is optically connected to the beam generating unit and in which the measuring beam is optically guided so that it is directed onto a
  • the object to be measured such as the workpiece, can be projected, and comprises a reference arm that is optically connected to the beam generation unit and in which the reference beam is optically guided, the reference arm having a starting section and an end section that can be optically connected to one another by an interchangeable module, in particular according to the invention, which defines a middle section of the reference arm.
  • the measuring arm has a first section and a second section, which can be optically connected to one another by an interchangeable module, in particular
  • the method includes setting (manufacturing/setting up/adjusting) an optical property of the reference arm.
  • the method also includes selecting an interchangeable module from a group of interchangeable modules that define central sections with different optical properties.
  • the method also includes adapting an optical property of the measuring arm to the set optical property of the reference arm by connecting the selected interchangeable module to the first section and the second section of the measuring arm.
  • the features according to the invention make it possible to reliably adapt a reference arm to a measurement arm.
  • the reference arm and measuring arm can be reliably and easily adjusted to one another.
  • Large optical path differences can also be compensated for by selecting an interchangeable module with a correspondingly long or short beam guidance section.
  • a high degree of cost efficiency can be achieved. Due to the fact that the reference arm and/or the measuring arm is/are formed by means of a module, individual adjustments are required to a small extent at best. Identical parts can also be used. If measuring devices are set up for different customers, different interchangeable modules can be used to enable customer-specific adaptation. This adjustment can be made easily, quickly and with little error-proneness because work inside the measuring device can be avoided.
  • a reference arm length and/or a measuring arm length can instead be changed from the outside without having to manually adjust the optical components inside.
  • a specific measuring device can also be used quickly and easily for different machining situations. For example, if a processing system with significantly different working distances is used, it is possible to switch easily and quickly between interchangeable modules that define center sections of different lengths for the reference arm and/or for the measuring arm.
  • the base module preferably also includes an initial section of the measuring arm, which is connected to the beam generation unit at one end and to the measurement interface at its other end, and optical components includes for guiding the measuring beam. If an interchangeable module is integrated into the measuring arm, the first section, the central section and the second section of the measuring arm can together form the named starting section of the measuring arm.
  • the beam generation unit can be set up to generate short-coherent light, for example white light.
  • the beam generation unit can include a beam source and a beam splitter, with the measuring arm and reference arm preferably starting from the beam splitter.
  • the base module and/or the interchangeable module can be designed as a closed, independent assembly. It goes without saying that a single exchangeable module or multiple exchangeable modules can be present. Any changing of the interchangeable module can in this respect also relate to an assembly of the measuring device during manufacture.
  • a specific base module can be combined with a specific interchangeable module for a specific customer, with the customer not having to change the interchangeable module.
  • the term "exchangeable module” then refers exclusively to the perspective of the manufacturer.
  • a change can also be provided which is carried out by the customer and/or by the customer, for example in order to enable adaptations to changing light paths depending on the processing and/or measurement situation by using a different changeable module in each case.
  • the invention also relates to a system comprising a measuring device according to the invention and at least two different interchangeable modules according to the invention, which have beam guidance sections with different optical path lengths and/or different dispersions.
  • Optical path lengths of different interchangeable modules can differ by at least 5%, at least 10%, at least 25%, at least 50%, at least 100% or even by a multiple, in particular in comparison to the next longer or next shorter optical path length, for example by a factor of 2, a factor of 3, a factor of 5 or a factor of 10.
  • this allows the measuring device to be adapted to changes in the length of the measuring arm by choosing an exchange module that defines a middle section of suitable length.
  • dispersion changes in the measuring arm due to changed settings or Arrangement of components of the measuring arm can be compensated for by choosing an exchangeable module with suitable dispersion.
  • the invention also relates to a processing system for processing a workpiece by means of a high-energy processing beam, in particular by means of a processing laser, which includes a measuring device according to the invention and a processing device that includes a processing beam source and processing beam optics, by means of which the processing beam can be projected and/or focused onto the workpiece and/or projected and/or focused.
  • the measuring beam can be coupled and/or coupled into the processing beam optics in such a way that it can be projected and/or focused onto the workpiece and/or is projected and/or focused.
  • the processing beam source preferably includes a processing laser.
  • the processing device can include an industrial robot and/or it can be partially or completely arranged on an industrial robot.
  • the processing device can include a processing head in which, for example, the processing beam optics can be arranged.
  • the processing head can be carried by an industrial robot.
  • the workpiece can be advanced relative to the processing beam optics, which can be generated by moving the workpiece and/or by moving the processing beam optics or the processing head.
  • the measurement interface can be a partially transparent mirror, for example.
  • the measurement interface can be an optical port via which the measurement beam can be coupled out of the measurement device. This can, for example, be connectable and/or connected to an input port of the processing device, which is formed, for example, on the processing head.
  • the measuring arm comprises, in addition to the initial section, a further section which adjoins the initial section and extends to the workpiece. The measuring arm can, for example, extend from the beam generating unit to the workpiece. The measuring beam can be reflected on the workpiece and thus pass through the measuring arm twice.
  • the reference arm preferably simulates the optical properties of the measuring arm at least essentially, at least with regard to its optical path length and/or with regard to its dispersion.
  • the measuring device can include a control unit.
  • the control unit can generally be set up functions of to control the measuring device. For this purpose, it can have at least one computer-readable medium that stores suitable program code, as well as a processing unit such as a processor for executing instructions of the program code.
  • the control unit can be set up to carry out a software-based dispersion compensation between the measuring arm and the reference arm. In this way, it can be compensated for the fact that the measuring arm and reference arm may include free beam sections of different lengths, fiber sections of different lengths, different optical fibers and/or different other optical components.
  • a simple, stable and reliable attachment to the base module can be achieved in particular when the interchangeable module includes a housing that can be attached to the base module and / or attached, and / or when the base module includes a housing on which the interchangeable module is optionally attachable and / or attached.
  • the housing of the interchangeable module is designed separately from the housing of the base module.
  • the two modules can each be completely enclosed and separable from one another.
  • the optical fiber of the interchangeable module is preferably fixed directly or indirectly to the housing of the interchangeable module, for example wound around a winding body in a controlled manner, which can prevent the optical fiber from moving or deforming.
  • a fine adjustment of the optical path length of the reference arm can be carried out quickly and precisely as required, in particular if the initial section and/or the end section of the reference arm includes a path length adjustment unit, by means of which an optical path length of the initial section and/or the end section of the reference arm can be changed, in particular in an automated manner.
  • the reference arm and/or the measuring arm can include a path length adjustment unit.
  • the path length adjustment unit can include the reflector of the end section, which can be movable, in particular automatically, for this purpose.
  • the method includes a step S4, in which a fine adjustment of an optical path length of the reference arm 26 takes place.
  • the optical path length of the starting section 38 or the end section 42 of the reference arm 26 is set by means of the path length setting unit 74 . If interchangeable modules 32, 32', 32" are provided, the optical path lengths of which differ in stages by no more than the maximum change in path length that the path length setting unit 74 can deliver, any optical path lengths can be achieved without gaps through the combination of interchangeable modules 32, 32', 32" and path length setting unit 74 to be set.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an alternative processing system 12a with a measuring device 10a with a base module 30a and an exchangeable module 32a.
  • the alternative processing system 12a is basically designed analogously to the processing system 12 described above.
  • the reference numbers in FIG. 4 are provided with an “a” after them. With regard to the description of the corresponding components, reference is always made to the above description.
  • the alternative processing system 12a differs from the processing system
  • the reference arm 26a includes a reference arm fiber 35a. This can have a length that corresponds to the greatest possible length of the measuring arm 24a. If the measuring beam 20a is guided over a large distance to the workpiece 14a, an interchangeable module 32a with a short beam guiding section 48a can be used. If the distance to the workpiece 14a is smaller, an interchangeable module 32a with a longer beam guidance section 48a can be used. The length of the measuring arm 24a can thus be adapted to the length of the reference arm 26a.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10; 10a) für ein Bearbeitungssystem (12; 12a) zum Bearbeiten eines Werkstücks (14; 14a) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (16; 16a), wobei die Messvorrichtung (10; 10a) umfasst: eine Strahlerzeugungseinheit (18; 18a), die dazu eingerichtet ist, einen Messstrahl (20; 20a) und einen Referenzstrahl (22; 22a) zu erzeugen, die zur Durchführung optischer Interferenzmessungen wie optischer Kohärenztomographie zur Interferenz bringbar sind; einen an die Strahlerzeugungseinheit (18; 18a) optisch angebundenen Messarm (24; 24a), in dem der Messstrahl (20; 20a) optisch geführt ist, sodass dieser auf das Werkstück (14; 14a) projizierbar ist; einen an die Strahlerzeugungseinheit (18; 18a) optisch angebundenen Referenzarm (26; 26a), in dem der Referenzstrahl (22; 22a) optisch geführt ist; sowie eine Messschnittstelle (28; 28a), über die der Messstrahl (20; 20a) in den Bearbeitungsstrahl (16; 16a) einkoppelbar ist; wobei die Messvorrichtung (10; 10a) ein Basismodul (30; 30a) und ein daran anschließbares oder angeschlossenes Wechselmodul (32; 32a) umfasst. Das Wechselmodul (32; 32a) umfasst einen Strahlführungsabschnitt (48a), der optische Komponenten (50a) zur Führung des Messstrahls (20a) und/oder des Referenzstrahls (22a) umfasst und der dazu eingerichtet ist, einen Mittelabschnitt (52; 52a) des Messarms (24; 24a) und/oder des Referenzarms (26; 26a) auszubilden. Die Erfindung betrifft ferner ein System mit einer Messvorrichtung (10; 10a) und mehreren Wechselmodulen (32, 32', 32''), ein Bearbeitungssystem (12; 12a) und ein Verfahren zum Einstellen einer Messvorrichtung (10; 10a).

Description

Messvorrichtung, Bearbeitungssystem und Verfahren zum Einstellen einer Messvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, ein Wechselmodul für eine solche Messvorrichtung, ein System mit wenigsten zwei unterschiedlichen Wechselmodulen, ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls und ein Verfahren zum Einstellen einer Messvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Messvorrichtungen bekannt, mittels derer optische Kohärenztomographie-Messungen bei der Bearbeitung eines Werkstücks durchführbar sind. Eine gängige Abkürzung für optische Kohärenztomographie ist OCT. Dabei wird ein Messstrahl der Messvorrichtung in einen Bearbeitungsstrahl wie beispielsweise einen hochenergetischen Laser eingekoppelt. Der Messstrahl läuft somit in einem Messarm. Zudem wird ein Referenzstrahl verwendet, der erhalten wird, indem ein Quellstrahl in Messstrahl und Referenzstrahl geteilt wird. Der Referenzstrahl läuft in einem Referenzarm, der den Messarm in seinen optischen Eigenschaften im Wesentlichen nachbildet, vor allem hinsichtlich dessen optischer Weglänge.
Je nach Anordnung der optischen Komponenten des Bearbeitungssystems relativ zum Werkstück kann die optische Weglänge des Messarms variieren. Werden Änderungen am optischen Pfad des Bearbeitungsstrahls und somit des Messstrahls vorgenommen, muss entsprechend der Referenzarm angepasst werden. Grundsätzlich können dafür optische Komponenten des Referenzarms verstellt oder verändert werden, wofür jedoch direkt am Messaufbau gearbeitet werden muss. Regelmäßig ist dann eine Neujustierung bzw. eine Neukalibrierung der optischen Komponenten erforderlich.
Aus dem Stand der Technik sind zudem Messvorrichtungen bekannt, bei denen die Länge des Referenzarms verstellbar ist. DE 10 2013 008 269 A1 offenbart beispielsweise eine Vorrichtung, in der mehrere unterschiedlich lange optische Fasern verbaut sind, die unterschiedlich lange Kanäle definieren, zwischen denen automatisch gewechselt werden kann. Ferner ist aus DE 10 2015 015 1 12 A1 ein Referenzarm bekannt, der einen Ausgleichsabschnitt aufweist, der den optischen Weg des Messstrahls nachbildet. Dieser ist von einer Faser gebildet, die in der Messvorrichtung verbaut ist.
Ein ähnliches Faserstück als Teil eines Referenzarms, das in eine Messvorrichtung eingebaut ist, ist auch aus DE 10 2017 218 494 A1 bekannt.
Zudem gibt es im Stand der Technik Referenzarme mit automatisiert verstellbarer Länge. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 10 2019 001858 B3 bekannt. Im Rahmen der maximalen Kapazität einer solchen Verstellung kann dabei der Referenzarm an Längenänderungen des Messarms angepasst werden. Darüber hinausgehende Längenänderungen erfordern jedoch ebenfalls Umbaumaßnahmen an der Vorrichtung.
Wird eine Messvorrichtung in einem bestimmten Bearbeitungssystem, beispielsweise einer Fertigungsstraße eines Kunden, in Betrieb genommen, sind für sämtliche bekannte Messvorrichtungen händische Anpassungen am optischen System erforderlich, die individuell erfolgen müssen. Hierfür verwendete optische Komponenten sind oftmals speziell angefertigt, und sie müssen je nach Einzelfall anders aufeinander abgestimmt werden. Dies kann kosten intensiv sein, erfordert hohe Fachkenntnis beim Aufbauen, und bietet Raum für menschliche Fehler, die bei einer falschen Auswahl geeigneter Komponenten auftreten können.
Ausgehend vom Stand der Technik besteht ein Bedarf für eine Möglichkeit, einen Referenzarm einer gattungsgemäßen Messvorrichtung zuverlässig und kostengünstig an einen Messarm anzupassen. In anderen Worten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Messarm und einen Referenzarm zuverlässig und kostengünstig aneinander anzupassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messvorrichtung, ein Wechselmodul, ein System, ein Bearbeitungssystem und ein Verfahren gemäß den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung kann eine Messvorrichtung, vorzugsweise eine OCT-Messvorrichtung, für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, insbesondere mittels eines Bearbeitungslasers, sein. Die Messvorrichtung umfasst eine Strahlerzeugungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Messstrahl und einen Referenzstrahl zu erzeugen, die zur Durchführung optischer Interferenzmessungen wie beispielsweise optischer Kohärenztomographie zur Interferenz bringbar, also miteinander interferierbar sind und/oder zur Interferenz gebracht werden. Anders ausgedrückt kann dies umfassen, dass der Messstrahl und der Referenzstrahl kontrolliert miteinander interferieren. Ferner umfasst die Messvorrichtung einen an die Strahlerzeugungseinheit optisch angebundenen Messarm, in dem der Messstrahl optisch geführt ist, sodass dieser auf ein Messobjekt wie beispielsweise das Werkstück projizierbar ist und/oder projiziert wird. Außerdem umfasst die Messvorrichtung einen an die Strahlerzeugungseinheit optisch angebundenen Referenzarm, in dem der Referenzstrahl optisch geführt ist. Des Weiteren umfasst die Messvorrichtung eine Messschnittstelle, zum Beispiel eine Kameraschnittstelle, über die der Messstrahl in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar ist und/oder eingekoppelt wird.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie ein Basismodul und ein daran anschließbares oder angeschlossenes Wechselmodul umfasst. Das Basismodul umfasst einen Anfangsabschnitt des Referenzarms, der an die Strahlerzeugungseinheit angebunden ist und optische Komponenten zur Führung des Referenzstrahls umfasst; sowie einen Endabschnitt des Referenzarms, der optische Komponenten zur Führung des Referenzstrahls einschließlich eines Reflektors umfasst, an dem der Referenzstrahl reflektiert und zur Strahlerzeugungseinheit zurück geführt wird, wenn er den Referenzarm einmal durchlaufen hat.
Ferner umfasst das Wechselmodul einen Strahlführungsabschnitt, der optische Komponenten zur Führung des Referenzstrahls umfasst und der dazu eingerichtet ist, einen Mittel abschnitt des Referenzarms auszubilden, indem er den Anfangsabschnitt des Referenzarms optisch an den Endabschnitt des Referenzarms anbindet, wenn das Wechselmodul an das Basismodul angeschlossen ist.
Alternativ oder zusätzlich zeichnet sich die erfindungsgemäße Messvorrichtung insbesondere dadurch aus, dass das Basismodul einen ersten Abschnitt des Messarms, der an die Strahlerzeugungseinheit angebunden ist und optische Komponenten zur Führung des Messstrahls umfasst, sowie einen zweiten Abschnitt des Messarms umfasst, der optische Komponenten zur Führung des Messstrahls umfasst. Ferner umfasst das Wechselmodul einen Strahlführungsabschnitt, der optische Komponenten zur Führung des Messstrahls umfasst und der dazu eingerichtet ist, einen Mittel abschnitt des Messarms auszubilden, indem er den ersten Abschnitt des Messarms optisch an den zweiten Abschnitt des Messarms anbindet, wenn das Wechselmodul an das Basismodul angeschlossen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung an einigen Stellen unter Bezugnahme auf ein Wechselmodul beschrieben, das den Referenzarm teilweise ausbildet. Es versteht sich, dass die Ausführungen analog für Messvorrichtungen gelten, bei denen ein Wechselmodul zusätzlich oder alternativ einen Teil des Messarms ausbildet.
Die Erfindung betrifft zudem ein Wechselmodul für eine erfindungsgemäße Messvorrichtung.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Einstellen einer Messvorrichtung, vorzugsweise für ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, insbesondere einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, vorgeschlagen. Diese Messvorrichtung umfasst jedenfalls eine Strahlerzeugungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Messstrahl und einen Referenzstrahl zu erzeugen, die zur Durchführung optischer Kohärenztomographie zur Interferenz bringbar sind, einen an die Strahlerzeugungseinheit optisch angebundenen Messarm, in dem der Messstrahl optisch geführt ist, sodass dieser auf ein Messobjekt wie beispielsweise das Werkstück projizierbar ist, und einen an die Strahlerzeugungseinheit optisch angebundenen Referenzarm umfasst, in dem der Referenzstrahl optisch geführt ist, wobei der Referenzarm einen Anfangsabschnitt und einen Endabschnitt aufweist, die durch ein, insbesondere erfindungsgemäßes, Wechselmodul, optisch aneinander anbindbar sind, das einen Mittel abschnitt des Referenzarms definiert. Alternativ oder zusätzlich weist der Messarm einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, die durch ein Wechselmodul, insbesondere ein erfindungsgemäßes Wechselmodul, optisch aneinander anbindbar sind, das einen Mittel abschnitt des Messarms definiert.
Das Verfahren umfasst ein Einstellen (Herstellen/Einrichten/Anpassen) einer optischen Eigenschaft, insbesondere einer optischen Weglänge, des Messarms. Ferner umfasst das Verfahren ein Auswählen eines Wechselmoduls aus einer Gruppe von Wechselmodulen, die Mittel abschnitte mit unterschiedlichen, insbesondere unveränderlichen, optischen Eigenschaften definieren, wie vorzugsweise mit unterschiedlicher optischer Weglänge und/oder mit unterschiedlicher Dispersion. Die definierte Weglänge und/oder Dispersion können dabei jeweils unveränderlich sein. Außerdem umfasst das Verfahren ein Anpassen einer optischen Eigenschaft, insbesondere einer optischen Weglänge, des Referenzarms an die eingestellte optische Eigenschaft des Messarms durch Anbinden des ausgewählten Wechselmoduls an den Anfangsabschnitt und den Endabschnitt des Referenzarms.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren ein Einstellen (Herstellen/Einrichten/Anpassen) einer optischen Eigenschaft des Referenzarms. Ferner umfasst das Verfahren ein Auswählen eines Wechselmoduls aus einer Gruppe von Wechselmodulen, die Mittel abschnitte mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften definieren. Außerdem umfasst das Verfahren ein Anpassen einer optischen Eigenschaft des Messarms an die eingestellte optische Eigenschaft des Referenzarms durch Anbinden des ausgewählten Wechselmoduls an den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt des Messarms.
Die erfindungsgemäßen Merkmale gestatten es, einen Referenzarm zuverlässig an einen Messarm anzupassen. In anderen Worten können Referenzarm und Messarm zuverlässig und einfach aneinander angepasst werden. Auch große optische Wegunterschiede können ausgeglichen werden, indem ein Wechselmodul mit entsprechend langem oder kurzem Strahlführungsabschnitt gewählt wird. Zudem kann ein hoher Grad an Kosteneffizienz erzielt werden. Dadurch, dass der Referenzarm und/oder der Messarm mittels eines Moduls ausgebildet wird, sind individuelle Anpassungen allenfalls in geringem Maße erforderlich. Zudem können Gleichteile verwendet werden. Werden Messvorrichtungen bei unterschiedlichen Kunden aufgebaut, kann auf unterschiedliche Wechselmodule zurückgegriffen werden, um eine kundenspezifische Anpassung zu ermöglichen. Diese Anpassung ist einfach, schnell und wenig fehleranfällig möglich, weil Arbeiten im Inneren der Messvorrichtung vermieden werden können. Aufgrund des modularen Aufbaus kann stattdessen von außen eine Referenzarmlänge und/oder eine Messarmlänge verändert werden, ohne dass optische Komponenten im Inneren händisch verstellt werden müssen. Eine bestimmte Messvorrichtung kann außerdem schnell und einfach für unterschiedliche Bearbeitungssituationen eingesetzt werden. Wird beispielsweise ein Bearbeitungssystem mit deutlich unterschiedlichen Arbeitsabständen benutzt, kann einfach und schnell zwischen Wechselmodulen gewechselt werden, die unterschiedlich lange Mittelabschnitte für den Referenzarm und/oder für den Messarm definieren.
Das Basismodul umfasst vorzugsweise zudem einen Anfangsabschnitt des Messarms, der an seinem einen Ende an die Strahlerzeugungseinheit und an seinem anderen Ende an die Messschnittstelle angebunden ist und optische Komponenten zur Führung des Messstrahls umfasst. Ist ein Wechselmodul in den Messarm eingebunden, können der erste Abschnitt, der Mittelabschnitt und der zweite Abschnitt des Messarms gemeinsam den genannten Anfangsabschnitt des Messarms ausbilden.
Die Strahlerzeugungseinheit kann dazu eingerichtet sein, kurzkohärentes Licht zu erzeugen, beispielsweise Weißlicht. Die Strahlerzeugungseinheit kann eine Strahlquelle und einen Strahlteiler umfassen, wobei Messarm und Referenzarm vorzugsweise vom Strahlteiler ausgehen.
Das Basismodul und/oder das Wechselmodul können als abgeschlossene, eigenständige Baugruppe ausgebildet sein. Es versteht sich, dass ein einzelnes Wechselmodul oder mehrere Wechselmodule vorhanden sein können. Ein etwaiges Wechseln des Wechselmoduls kann sich insofern auch auf einen Zusammenbau der Messvorrichtung bei der Herstellung beziehen. Beispielsweise kann bei einem bestimmten Kunden ein bestimmtes Basismodul mit einem bestimmten Wechselmodul kombiniert sein, wobei aus Sicht des Kunden kein Wechseln des Wechselmoduls vorgesehen sein muss. Der Begriff „Wechselmodul“ bezieht sich dann ausschließlich auf die Perspektive des Herstellers. Alternativ kann auch ein Wechsel vorgesehen sein, der beim Kunden und/oder vom Kunden vorgenommen wird, beispielsweise, um Anpassungen an wechselnde Lichtwege je nach Bearbeitungs- und/oder Messsituation dadurch zu ermöglichen, dass jeweils ein anderes Wechselmodul verwendet wird.
Die Erfindung betrifft generell ausgedrückt ferner ein System, umfassend eine erfindungsgemäße Messvorrichtung und wenigstens zwei unterschiedliche erfindungsgemäße Wechselmodule, die Strahlführungsabschnitte mit unterschiedlicher optischer Weglänge und/oder unterschiedlicher Dispersion aufweisen. Optische Weglängen unterschiedlicher Wechselmodule können sich, insbesondere im Vergleich zu einer jeweils nächst-längeren oder nächst-kürzeren optischen Weglänge, um wenigsten 5 %, wenigsten 10 %, wenigstens 25 %, wenigstens 50 %, wenigstens 100 % oder auch um ein Vielfaches unterscheiden, beispielsweise um einen Faktor 2, einen Faktor 3, einen Faktor 5 oder einen Faktor 10. Beispielsweise kann hierdurch die Messvorrichtung an Änderungen in der Länge des Messarms angepasst werden, indem ein Wechselmodul gewählt wird, das einen Mittelabschnitt geeigneter Länge definiert. Alternativ oder zusätzlich können Dispersionsänderungen im Messarm aufgrund veränderter Einstellungen oder Anordnung von Komponenten des Messarms ausgeglichen werden, indem ein Wechselmodul mit geeigneter Dispersion gewählt wird.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls, insbesondere mittels eines Bearbeitungslasers, das eine erfindungsgemäße Messvorrichtung und eine Bearbeitungsvorrichtung umfasst, die eine Bearbeitungsstrahlquelle und eine Bearbeitungsstrahloptik umfasst, mittels derer der Bearbeitungsstrahl auf das Werkstück projizierbar und/oder fokussierbar ist und/oder projiziert und/oder fokussiert wird. Der Messstrahl ist derart in die Bearbeitungsstrahloptik einkoppelbar und/oder eingekoppelt, dass er über die Bearbeitungsstrahloptik auf das Werkstück projizierbar und/oder fokussierbar ist und/oder projiziert und/oder fokussiert wird. Die Bearbeitungsstrahlquelle umfasst vorzugsweise einen Bearbeitungslaser.
Die Bearbeitungsvorrichtung kann einen Industrieroboter umfassen und/oder sie kann teilweise oder vollständig an einem Industrieroboter angeordnet sein. Die Bearbeitungsvorrichtung kann einen Bearbeitungskopf umfassen, in dem etwa die Bearbeitungsstrahloptik angeordnet sein kann. Der Bearbeitungskopf kann von einem Industrieroboter getragen sein. Bei der Bearbeitung kann ein Vorschub des Werkstücks relativ zur Bearbeitungsstrahloptik vorgesehen sein, die durch Bewegen des Werkstücks und/oder durch Bewegen der Bearbeitungsstrahloptik bzw. des Bearbeitungskopfes erzeugt sein kann.
Die Messschnittstelle kann beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel sein. In einigen Ausführungsformen kann die Messschnittstelle ein optischer Port sein, über den der Messstrahl aus der Messvorrichtung ausgekoppelt werden kann. Dieser kann beispielsweise mit einem Eingangsport der Bearbeitungsvorrichtung verbindbar und/oder verbunden sein, der zum Beispiel am Bearbeitungskopf ausgebildet ist. Der Messarm umfasst in einigen Ausführungsformen neben dem Anfangsabschnitt einen weiteren Abschnitt, der an den Anfangsabschnitt anschließt und sich bis zum Werkstück erstreckt. Der Messarm kann sich zum Beispiel ausgehend von der Strahlerzeugungseinheit bis zum Werkstück erstrecken. Der Messstrahl kann am Werkstück reflektiert werden und somit den Messarm zweimal durchlaufen.
Der Referenzarm bildet vorzugsweise die optischen Eigenschaften des Messarms zumindest im Wesentlichen nach, zumindest bezüglich seiner optischen Weglänge und/oder bezüglich dessen Dispersion. Die Messvorrichtung kann eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit kann generell dazu eingerichtet sein, Funktionen der Messvorrichtung zu steuern. Sie kann hierfür über zumindest ein computerlesbares Medium verfügen, das geeigneten Programmcode speichert, sowie über eine Verarbeitungseinheit wie einen Prozessor zur Ausführung von Anweisungen des Programmcodes. Die Steuereinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, einen softwarebasierten Dispersionsausgleich zwischen Messarm und Referenzarm durchzuführen. Hierdurch kann ausgeglichen werden, dass Messarm und Referenzarm ggf. unterschiedlich lange Freistrahlabschnitte, unterschiedlich lange Faserabschnitte, unterschiedliche optische Fasern und/oder unterschiedliche andere optische Komponenten umfassen.
Die optischen Komponenten des Messarms umfassen insbesondere zumindest eine optische Faser, in der der Messstrahl geführt ist. Die optischen Komponenten des Referenzarms umfassen insbesondere zumindest eine optische Faser, in der der Referenzstrahl geführt ist. Die Längen der optischen Fasern von Messarm und Referenzarm können zumindest im Wesentlichen aufeinander abgestimmt, insbesondere zumindest im Wesentlichen identisch, sein. Wie erwähnt kann ein etwaiger Dispersionsunterschied, der etwa durch unterschiedliche Faserlängen und/oder Freistrahllängen zustande kommt, auch softwarebasiert ausgeglichen werden. Der Referenzarm kann hierdurch nahezu vollständig in einer Faser verlaufen, wodurch dieser unkompliziert auch unmittelbar an bzw. auf einem Industrieroboter angeordnet werden kann, sich zum Beispiel sogar mit dem Bearbeitungskopf mitbewegt, oder auch unkompliziert vom Roboter weggeführt werden kann, durch einfaches Verlegen der Faser.
Die Messvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Messscanner. Der Messscanner kann einen schwenkbaren Spiegel oder eine Kombination mehrerer schwenkbarer Spiegel umfassen. Der Messscanner kann ein Galvanoscanner sein. Beispielsweise kann der Messscanner dazu eingerichtet sein, den Messstrahl gezielt abzulenken, um diesen auf unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück zu lenken. Mittels des Messscanners kann der Messstrahl relativ zum Bearbeitungsstrahl verlagerbar sein, insbesondere parallel und/oder quer zu einer Bearbeitungsrichtung.
Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Bearbeitungsscanner. Der Bearbeitungsscanner kann einen schwenkbaren Spiegel oder eine Kombination mehrerer schwenkbarer Spiegel umfassen. Der Bearbeitungsscanner kann ein Galvanoscanner sein. Beispielsweise kann der Bearbeitungsscanner dazu eingerichtet sein, den Bearbeitungsstrahl gezielt abzulenken, um diesen auf unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück zu lenken. Der Messstrahl kann derart in den Bearbeitungsstrahl einkoppelbar sein, dass er ebenfalls über den Bearbeitungsscanner ablenkbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine optische Weglänge des Strahlführungsabschnitts des Wechselmoduls unveränderlich. Werden mehrere Wechselmodule wahlweise verwendet, können diese jeweils eine vorbestimmte feste optische Weglänge definieren. Das Wechselmodul kann ohne bewegliche und/oder verstellbare optische Komponenten ausgebildet sein. Durch die damit verbundene bauliche Einfachheit kann das Wechselmodul robust und zugleich kostengünstig sein.
Ein zuverlässiger und einfacher Aufbau sowie eine einfache Anpassbarkeit einer vorgegebenen optischen Weglänge eines Wechselmoduls können insbesondere dann erzielt werden, wenn der Strahlführungsabschnitt des Wechselmoduls eine optische Faser umfasst, die den Mittelabschnitt zumindest abschnittsweise und vorzugsweise überwiegend oder sogar abgesehen von optischen Anschlüssen und/oder optischen Schnittstellen vollständig definiert. Das Wechselmodul kann folglich in einfacher Weise eine optische Faser einer vorgegebenen Länge und/oder mit einer bestimmten Dispersion umfassen, die definiert, welcher Mittelabschnitt mittels des Wechselmoduls bereitgestellt werden kann. Im Fall des Systems mit mehreren unterschiedlichen Wechselmodulen können diese jeweils unterschiedlich lange und/oder hinsichtlich ihrer dispersiven Eigenschaften unterschiedlich beschaffene optische Fasern umfassen und/oder abgesehen von den genannten Unterschieden baugleich sein.
Eine einfache, stabile und zuverlässige Anbringung am Basismodul kann insbesondere dann erzielt werden, wenn das Wechselmodul ein Gehäuse umfasst, das an dem Basismodul wahlweise befestigbar und/oder befestigt ist, und/oder dann, wenn das Basismodul ein Gehäuse umfasst, an dem das Wechselmodul wahlweise befestigbar und/oder befestigt ist. Insbesondere ist das Gehäuse des Wechselmoduls separat zum Gehäuse des Basismoduls ausgebildet. Die beiden Module können jeweils vollständig eingehaust voneinander trennbar sein. Die optische Faser des Wechselmoduls ist vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar am Gehäuse des Wechselmoduls fixiert, zum Beispiel kontrolliert um einen Wickelkörper gewickelt, wodurch vermieden werden kann, dass sich die optische Faser bewegt oder verformt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Anfangsabschnitt an einem von der Strahlerzeugungseinheit entfernten Ende eine erste optische Schnittstelle umfasst, der Endabschnitt an einem vom Reflektor entfernten Ende eine zweite optische Schnittstelle umfasst, und der Strahlführungsabschnitt an seinen beiden Enden eine dritte optische Schnittstelle bzw. eine vierte optische Schnittstelle umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Abschnitt des Messarms an einem von der Strahlerzeugungseinheit entfernten Ende eine erste optische Schnittstelle umfassen, und der zweite Abschnitt des Messarms kann eine zweite optische Schnittstelle umfassen. Ferner kann der Strahlführungsabschnitt des Wechselmoduls an seinen beiden Enden eine dritte optische Schnittstelle bzw. eine vierte optische Schnittstelle umfassen. In einem angeschlossenen Zustand des Wechselmoduls an das Basismodul kann die erste optische Schnittstelle mit der dritten optischen Schnittstelle und/oder die zweite optische Schnittstelle, insbesondere zugleich, mit der vierten optischen Schnittstelle verbunden sein. Hierdurch kann ein Anbringen des Wechselmoduls schnell und fehlersicher erfolgen. Zumindest eine oder alle der optischen Schnittstellen kann/können als Steckverbindung, Schraubverbindung und/oder als werkzeuglos herstellbare optische Verbindung ausgebildet sein. Die erste optische Schnittstelle und die zweite optische Schnittstelle können durch eine Wandung des Gehäuses des Basismoduls hindurchtreten und/oder in diese integriert sein, etwa als Steckbuchse oder als Stecker. Alternativ oder zusätzlich können die dritte optische Schnittstelle und die vierte optische Schnittstelle durch eine Wandung des Gehäuses des Basismoduls hindurchtreten und/oder in diese integriert sein, etwa als Steckbuchse oder als Stecker.
Alternativ oder zusätzlich kann eine mechanische Schnittstelle am Basismodul und/oder am Wechselmodul vorgesehen sein, die deren Verbindung dient. Die mechanische Schnittstelle kann beispielsweise von einem gelösten in einen teilweise oder vollständig fixierten Zustand überführbar sein. Der teilweise fixierte Zustand kann derart ausgestaltet sein, dass das Wechselmodul zum Basismodul ortsfest gehalten ist, sodass in diesem Zustand beispielsweise die optischen Schnittstellen verbunden und/oder die vollständige Fixierung herstellbar sein kann. Die optischen Schnittstellen können auch derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass deren Verbindung automatisch hergestellt wird, wenn die mechanische Verbindung der Module hergestellt wird.
Ein hoher Grad an mechanischer Robustheit kann insbesondere dann erzielt werden, wenn der Anfangsabschnitt und der Endabschnitt des Referenzarms bzw. der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Messarms jeweils eine optische Faser umfassen, die an die erste optische Schnittstelle bzw. an die zweite optische Schnittstelle angebunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann die optische Faser des Wechselmoduls an die dritte und die vierte optische Schnittstelle angebunden sein. Insbesondere ist der Strahlführungsabschnitt durch die optische Faser des Wechselmoduls sowie durch die daran angebundenen optischen Schnittstellen gebildet bzw. besteht hieraus. Werden die optischen Schnittstellen verbunden, wird hierdurch ein Referenzarmabschnitt gebildet, der sich im Wesentlichen wie eine einzelne optische Faser verhält.
Eine Feineinstellung der optischen Weglänge des Referenzarms, etwa zusätzlich zu einer Grobeinstellung durch Wahl eines geeigneten Wechselmoduls, kann insbesondere dann bedarfsweise rasch und genau vorgenommen werden, wenn der Anfangsabschnitt und/oder der Endabschnitt des Referenzarms eine Weglängeneinstelleinheit umfasst, mittels derer eine optische Weglänge des Anfangsabschnitts und/oder des Endabschnitts des Referenzarms, insbesondere automatisiert, veränderbar ist. Allgemein ausgedrückt kann der Referenzarm und/oder der Messarm eine Weglängeneinstelleinheit umfassen. Beispielsweise kann die Weglängeneinstelleinheit den Reflektor des Endabschnitts umfassen, der hierfür, insbesondere automatisiert, bewegbar sein kann. Der Referenzstrahl wird zum Beispiel an einem Eingang der Weglängeneinstelleinheit, der etwa von einem Faserende einer optischen Faser des Endabschnitts gebildet ist, ausgekoppelt und läuft dann als Freistrahl zum Reflektor. Durch Bewegen des Reflektors ändert sich die optische Weglänge des entsprechenden Freistrahlabschnitts und somit auch die optische Weglänge des Referenzarms. Alternativ oder zusätzlich kann die Weglängeneinstelleinheit auch einen Faserstrecker umfassen, der eine insbesondere vorgespannte optische Faser gezielt längt oder verkürzt. Es kann sich wiederum ein softwarebasierter Dispersionsausgleich anbieten, um bei der Weglängenänderung auftretende Dispersionsänderungen auszugleichen. Eine optische Weglänge des Anfangsabschnitts und/oder des Endabschnitts des Referenzarms können abgesehen von Weglängenveränderungen durch Verstellung der Weglängeneinstelleinheit unveränderlich sein. Es versteht sich, dass dies analog für den Messarm realisiert sein kann.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Schritt eines Feinanpassens der optischen Weglänge des Referenzarms an die optische Weglänge des Messarms durch Einstellen der optischen Weglänge des Anfangsabschnitts und/oder des Endabschnitts des Referenzarms mittels der Weglängeneinstelleinheit vorgesehen sein. Allgemein ausgedrückt kann das Feinanpassen durch ein Einstellen der optischen Weglänge des Messarms und/oder durch ein Einstellen der optischen Weglänge des Referenzarms erfolgen, insbesondere mittels der Weglängeneinstelleinheit. Das Feinanpassen kann automatisiert erfolgen. Beispielsweise können die durch unterschiedliche Wechselmodule definierten Mittelabschnitte und/oder unterschiedliche Messarmlängen für unterschiedliche Konfigurationen in der Steuereinheit hinterlegt sein. Wird eine bestimmte Konfiguration des Messarms gewählt, wie beispielsweise eine bestimmte Art der Bearbeitung, ein bestimmter Roboter, ein bestimmter Bearbeitungskopf etc., kann zunächst eine Anpassung durch Wahl eines geeigneten Wechselmoduls erfolgen, das an das Basismodul angeschlossen wird. Sodann kann eine Feinanpassung erfolgen, die die optische Weglänge des durch das angeschlossene Wechselmodul definierten Mittelstücks sowie die Messarmlänge der bestimmten Konfiguration des Messarms berücksichtigt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bei einem Wechseln des Wechselmoduls eine optische Justage des Messarms sowie des Anfangsabschnitts und des Endabschnitts des Referenzarms erhalten bleibt. Anders ausgedrückt ist die Anordnung der optischen Komponenten des Basismoduls bzw. des Anfangsabschnitts und des Endabschnitts des Referenzarms zumindest im Wesentlichen unbeeinflusst von der Gegenwart, dem Fehlen und/oder der Auswahl des Wechselmoduls. Hierdurch kann beispielsweise der Kunde selbst ein Wechselmodul durch ein anderes Austauschen, ohne dass aufwändige Einstellarbeiten am Referenzarm erforderlich werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und im Rahmen der Ansprüche sinnvoll in Kombination verwenden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bearbeitungssystems mit einer Messvorrichtung mit einem Basismodul und einem Wechselmodul;
Fig. 2 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Wechselmodule;
Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der
Messvorrichtung; und Fig. 4 eine schematische Darstellung eines alternativen Bearbeitungssystems mit einer Messvorrichtung mit einem Basismodul und einem Wechselmodul.
In Fig. 1 ist ein Bearbeitungssystem 12 mit einer Messvorrichtung 10 und einer Bearbeitungsvorrichtung 76 dargestellt. Die Bearbeitungsvorrichtung 76 umfasst eine Bearbeitungsstrahlquelle 78, die als Bearbeitungslaser ausgebildet ist. Diese erzeugt einen Bearbeitungsstrahl 16, der zur Bearbeitung eines Werkstücks 14 auf dieses gerichtet werden kann. Dabei kann es sich etwa um einen Bearbeitungslaserstrahl handeln.
Die Bearbeitungsvorrichtung 76 umfasst einen Bearbeitungsscanner 82, mittels dessen der Bearbeitungsstrahl 16 verlagerbar ist. Der Bearbeitungsscanner 82 umfasst zum Beispiel eine Spiegelanordnung, mittels derer der Bearbeitungsstrahl 16 automatisiert in zwei Raumrichtungen verlagerbar ist, etwa parallel und quer zu einer Bearbeitungsrichtung 84. Der Bearbeitungsstrahl 16 wird über eine schematisch dargestellte Bearbeitungsstrahloptik 80 der Bearbeitungsvorrichtung 76 auf das Werkstück fokussiert.
Im vorliegenden Fall weist die Bearbeitungsvorrichtung 76 einen Bearbeitungskopf 86 auf, der beispielsweise an einem nicht dargestellten Industrieroboter angebracht sein kann.
Das Bearbeitungssystem 12 umfasst ferner eine Messvorrichtung 10. Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Strahlerzeugungseinheit 18, die beispielsweise über eine Messstrahlquelle 88 und einen daran gekoppelten Strahlteiler 90 verfügt. Ausgehend vom Strahlteiler 90 erstrecken sich ein Messarm 24 und ein Referenzarm 26. Im Messarm 24 ist ein Messstrahl 20 optisch geführt. Im Referenzarm 26 ist ein Referenzstrahl 22 optisch geführt.
Der Messarm 24 und der Referenzarm 26 sind an eine Messeinheit 92 angeschlossen, innerhalb derer der Messstrahl 20 und der Referenzstrahl 22 zur Interferenz gebracht werden. Im dargestellten Fall umfasst die Messeinheit 92 ein Spektrometer, mittels dessen optische Kohärenzmessungen anhand der Interferenz von Messstrahl 20 und Referenzstrahl 22 durchführbar sind. Diese Messungen erlauben die Durchführung optischer Kohärenztomographie, beispielsweise zur Ermittlung eines Höhen- bzw. Tiefenprofils eines zu bearbeitenden und/oder bereits und/oder aktuell bearbeiteten Abschnitts des Werkstücks 14. Auch kann etwa eine Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls 16 in das Werkstück 14, insbesondere in eine sich ausbildende Dampfkapillare, bestimmt werden.
Der Messarm 24 verläuft von der Strahlerzeugungseinheit 18 zum Werkstück 14. Der Referenzarm verläuft von der Strahlerzeugungseinheit 18 zu seinem Ende, an dem ein Reflektor 46 angeordnet ist. Im dargestellten Fall ist der Reflektor 46 ein Spiegel, der Teil einer Weglängeneinstelleinheit 74 ist, mittels derer eine optische Weglänge des Referenzarms 26 einstellbar ist. Hierdurch kann die optische Weglänge des Referenzarms 26 an die optische Weglänge des Messarms 24 angepasst werden.
Der Messstrahl 24 ist über eine Messschnittstelle 28 in den Bearbeitungsstrahl 16 einkoppelbar. Im dargestellten Fall ist die Messschnittstelle 28 ein optischer Port, über den der Messstrahl 20 zu einem teildurchlässigen Spiegel 94 geführt ist. In anderen Ausführungsformen können die Messvorrichtung 10 und die Bearbeitungsvorrichtung 76 integriert ausgebildet sein. In einem solchen Fall bildet beispielsweise der teildurchlässige Spiegel 94 oder ein anderes optisches Element zur Einkopplung die Messschnittstelle 28.
Die Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren einen Messscanner 98. Der Messscanner 98 umfasst zum Beispiel eine Spiegelanordnung, mittels derer der Messstrahl 20 automatisiert in zwei Raumrichtungen verlagerbar ist, etwa parallel und quer zur Bearbeitungsrichtung 84. Im vorliegenden Bearbeitungssystem 12 ist der Messstrahl 20 relativ zum Bearbeitungsstrahl 16 auslenkbar, sodass Bearbeitungspunkt und Messpunkt unabhängig voneinander eingestellt werden können. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird mittels des Messscanners 98 lediglich der Messstrahl 20 abgelenkt, wohingegen mittels des Bearbeitungsscanners 82 Bearbeitungsstrahl 16 und Messstrahl 20 gemeinsam abgelenkt werden. Hierdurch ist die erwähnte unabhängige Verlagerung von Bearbeitungsstrahl 16 und Messstrahl 20 möglich.
Die Messvorrichtung 10 ist modular aufgebaut. Sie umfasst ein Basismodul 30 und ein Wechselmodul 32. Im Basismodul 30 ist ein Anfangsabschnitt 34 des Messarms 24 vorgesehen, der optische Komponenten 36 zur Führung des Messstrahls 20 umfasst. An den Anfangsabschnitt 34 des Messarms 24 schließt sich ein Abschnitt an, in dem der Messstrahl 20 zum Werkstück 14 geführt wird. Außerdem sind im Basismodul 30 ein Anfangsabschnitt 38 und ein Endabschnitt 42 des Referenzarms 26 vorhanden, jeweils mit entsprechenden optische Komponenten 40, 44 zur Führung des Referenzstrahls 22. Der Endabschnitt 42 des Referenzarms 26 umfasst im dargestellten Beispiel die Weglängeneinstelleinheit 74, die aber alternativ oder zusätzlich auch im Anfangsabschnitt 38 des Referenzarms 26 vorgesehen sein kann. Das Basismodul 30 verfügt über ein eigenes Gehäuse 58 und kann eine abgeschlossene Baugruppe bilden.
An das Basismodul 30 ist ein Wechselmodul 32 angeschlossen. Das Wechselmodul 32 umfasst einen Strahlführungsabschnitt 48 mit optischen Komponenten 50 zur Führung des Referenzstrahls 22, die im angeschlossenen Zustand des Wechselmoduls 32 einen Mittelabschnitt 52 des Referenzarms 26 ausbilden können. Der Referenzarm 26 ist somit von seinem Anfangsabschnitt 38, seinem Mittelabschnitt 52 und seinem Endabschnitt 42 gebildet, wobei der Mittel abschnitt 52 in einem anderen Modul verläuft. Das Wechselmodul 32 verfügt über ein eigenes Gehäuse 56 und kann als abgeschlossene Baugruppe ausgebildet sein.
Der Strahlführungsabschnitt 48 des Wechselmoduls 32 verfügt über eine unveränderliche optische Weglänge. Im dargestellten Fall umfasst das Wechselmodul 32 eine optische Faser 54 vorgegebener Länge.
Die optische Faser 54 ist an optische Schnittstellen 64, 66 des Wechselmoduls 32 angebunden, über die das Wechselmodul 32 an das Basismodul 30 anschließbar ist.
Das Basismodul 30 weist hierfür ebenfalls optische Schnittstellen 60, 62 auf, die zu denen des Wechselmoduls 32 korrespondierend ausgebildet sind. Beispielsweise kann es sich jeweils um eine Kombination von Stecker und Steckbuchse handeln. An die optischen Schnittstellen 60, 62 des Basismoduls 30 ist jeweils eine optische Faser 70, 72 angebunden, die dem Anfangsabschnitt 38 bzw. dem Endabschnitt 42 des Referenzarms 26 zugeordnet sind.
Die optischen Schnittstellen 60, 62, 64, 66 sind in die Gehäuse 56, 58 des Basismoduls 30 bzw. des Wechselmoduls 32 integriert. Im dargestellten Fall weist beispielsweise das Gehäuse 58 des Basismoduls 30 eine Wandung 68 auf, in die die optischen Schnittstellen 60, 62 eingebaut sind bzw. durch die diese nach außen hindurchtreten. Selbiges gilt im vorliegenden Beispiel für die optischen Schnittstellen 64, 66 des Wechselmoduls 32.
Die optischen Schnittstellen 60, 62, 64, 66 ermöglichen es, den
Strahlführungsabschnitt 48 des Wechselmoduls 32 einfach, schnell und ohne nennenswerten Umbauaufwand in den Referenzarm 26 zu integriere, sodass dessen Mittelabschnitt 52 vom Wechselmodul 32 ausgebildet wird. Durch Wahl einer bestimmten Länge des Strahlführungsabschnitts 48 bzw. der an die optischen Schnittstellen 64, 66 des Wechselmoduls 32 angeschlossenen optischen Faser 54 kann somit die Länge des Referenzarms 26 einfach eingestellt werden.
Die optischen Schnittstellen 60, 62 bzw. die Wandung 68 des Basismoduls 30 sind von außen her zugänglich, d. h. das Basismodul 30 muss nicht geöffnet werden und es ist kein Zugriff auf den Anfangsabschnitt 38 oder den Endabschnitt 42 des Referenzarms 26 erforderlich, um das Wechselmodul 32 auszuwechseln und/oder anzuschließen.
Das Wechselmodul 32 und das Basismodul 30 können ferner über mechanische Elemente verfügen, die eine mechanische Schnittstelle 96 ausbilden. Beispielhaft sind hierfür in Fig. 1 Bolzen am Wechselmodul 32 und korrespondierende Aufnahmen im Basismodul 30 vorgesehen. Die mechanische Schnittstelle 96 kann aber erfindungsgemäß durch beliebige andere Mittel hergestellt sein. Hierfür kommt eine einfache Kombination von Schrauben und Innengewinden ebenso infrage wie eine Kombination von Gewindebolzen und Muttern, Rastverschlüsse, magnetische Verriegelungen, exzentrische Schließnockenanordnungen nach Art eines Schnellspanners, eine Kombination geeigneter Schienen, Elemente zum Einhängen des Wechselmoduls 32 etc. Mittels der mechanischen Schnittstelle 96 können die Gehäuse 56, 58 der Module 30, 32 lösbar aneinander fixiert werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ersichtlich, dass anstelle des Wechselmoduls 32 andere Wechselmodule 32‘, 32“ verwendet werden können, die jeweils Strahlführungsabschnitt 48, 48‘, 48“ umfassen, die Mittel abschnitte 52, 52‘, 52“ mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften definieren. Im dargestellten Fall definieren die drei Wechselmodule 32, 32‘, 32“ beispielhaft drei unterschiedliche optische Weglängen. Alternativ oder zusätzlich können Wechselmodule verwendet werden, die sich bzgl. ihrer Dispersion unterscheiden. Je nachdem, welches Wechselmodul 32, 32‘, 32“ an das Basismodul 30 angeschlossen wird, ergibt sich somit eine unterschiedliche Referenzarmlänge. Hierdurch kann das Bearbeitungssystem 12 zum Beispiel für deutlich unterschiedliche Abstände zwischen Bearbeitungsstrahloptik 80 bzw. Bearbeitungskopf 86 und Werkstück 14 angepasst werden. Auch kann eine Dispersionsanpassung realisiert werden, indem Wechselmodule 32, 32‘, 32“ mit unterschiedlicher Dispersion bei gleicher oder ähnlicher optischer Weglänge verwendet werden, etwa wenn der Bearbeitungsstrahl 20 je nach Bearbeitungsszenario durch unterschiedliche Medien läuft und sich dadurch die optischen Eigenschaften des Messarms ändern.
Beim Wechsel des Wechselmoduls 32 bleibt erkennbar die optische Konfiguration im Basismodul 30 unverändert. Es müssen keine aufwändigen manuellen Einstellungen, Umbauten oder Anpassungen vorgenommen werden, sondern es kann einfach der Mittelabschnitt 52 des Referenzarms 26 ausgetauscht werden. Die unterschiedlichen Wechselmodule 32, 32‘, 32“ sind dabei Gleichteile, d. h. eine etwaige kundenspezifische Anpassung umfasst die Auswahl eines geeigneten Wechselmoduls 32, 32‘, 32“, aber es ist zum Beispiel nicht zwingend erforderlich, optische Fasern zum Aufbau des Referenzarms für einen bestimmten Kunden individuell abzulängen oder kundenspezifische Dispersionsanpassungen vorzunehmen.
Wiederum mit Bezug auf Fig. 1 weist die Messvorrichtung 10 eine Steuereinheit 100 auf, die zur Ansteuerung ihrer Komponenten eingerichtet ist. Die Steuereinheit 100 ist als gemeinsame Steuereinheit des Bearbeitungssystems 12 dargestellt. Es versteht sich, dass beispielsweise das Basismodul 30 und die Bearbeitungsvorrichtung 76 zusätzlich oder alternativ individuelle Steuereinheiten aufweisen können.
Die Steuereinheit 100 ist dazu eingerichtet, von der Messeinheit 92 ermittelte Messdaten/Rohdaten auszuwerten und/oder diese über eine Datenschnittstelle weiterzugeben. Die Steuereinheit 100 ist im vorliegenden Fall zudem dazu eingerichtet, einen softwarebasierten Dispersionsausgleich zwischen Messarm 24 und Referenzarm 26 durchzuführen, mittels dessen die Qualität der erhaltenen Daten und somit die Genauigkeit beispielsweise eines erhaltenen Höhenprofils, einer gemessenen Eindringtiefe des Bearbeitungsstrahls 16 in das Material des Werkstücks 14 etc. gesteigert werden kann. Die Steuereinheit 100 kann auch dazu eingerichtet sein, die Weglängeneinstelleinheit 74 anzusteuern, um die optische Weglänge des Referenzarms 26 automatisiert anzupassen. Dies kann über einen geeigneten Stellmotor erfolgen, mittels dessen der Reflektor 46 bewegbar ist. Wie erwähnt sind aber auch andere Varianten einer Weglängenverstellung erfindungsgemäß denkbar.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der Messvorrichtung 10. In einem Schritt S1 wird eine optische Eigenschaft, wie zum Beispiel die optische Weglänge, des Messarms eingestellt. Dies kann das Herstellen einer bestimmten Bearbeitungskonfiguration, das Einstellen einer bestimmten Relativposition von Werkstück 14 und Bearbeitungskopf 86, ein Austauschen bestimmter optischer Komponenten der Bearbeitungsvorrichtung 76, ein Ändern der verwendeten Bearbeitungsstrahlquelle 78 und dergleichen umfassen.
In einem Schritt S2 wird ein bestimmtes Wechselmodul aus einer Gruppe von Wechselmodulen ausgewählt, beispielhaft eines der drei Wechselmodule 32, 32‘, 32“ aus Fig. 2.
In einem Schritt S3 erfolgt ein Anpassen der optischen Weglänge des Referenzarms 26 durch Anbinden des ausgewählten Wechselmoduls an den Anfangsabschnitt 38 und den Endabschnitt 42 des Referenzarms 26. Hierdurch werden die optischen Eigenschaften des Mittelabschnitts 52 des Referenzarms 26 festgelegt. Zum Beispiel wird die optische Weglänge des Mittelabschnitts 52 und damit die optische Weglänge des Referenzarms 26 dadurch festgelegt, dass ein Wechselmodul 32 mit einer bestimmten festen optischen Weglänge seines Strahlführungsabschnitts 48 ausgewählt wird. Das Anpassen kann ein Grobanpassen sein.
Optional umfasst das Verfahren einen Schritt S4, in dem ein Feinanpassen einer optischen Weglänge des Referenzarms 26 erfolgt. Hierfür wird mittels der Weglängeneinstelleinheit 74 die optische Weglänge des Anfangsabschnitts 38 oder des Endabschnitts 42 des Referenzarms 26 eingestellt. Werden Wechselmodule 32, 32‘, 32“ bereitgestellt, deren optische Weglänge sich stufenweise höchstens um die maximale Weglängenänderung unterscheiden, die die Weglängeneinstelleinheit 74 liefern kann, können durch die Kombination von Wechselmodulen 32, 32‘, 32“ und Weglängeneinstelleinheit 74 lückenlos beliebige optische Weglängen eingestellt werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Bearbeitungssystems 12a mit einer Messvorrichtung 10a mit einem Basismodul 30a und einem Wechselmodul 32a. Das alternative Bearbeitungssystem 12a ist grundsätzlich analog zum oben beschriebenen Bearbeitungssystem 12 ausgebildet. Zur Unterscheidung sind die Bezugszeichen in Fig. 4 mit einem nachgestellten „a“ versehen. Bezüglich der Beschreibung der übereinstimmenden Komponenten wird grundsätzlich auf obige Beschreibung verwiesen.
Das alternative Bearbeitungssystem 12a unterscheidet sich vom Bearbeitungssystem
12 dadurch, dass das Wechselmodul 32a einen Teil des Messarms 24a ausbildet. In weiteren Ausführungsformen können auch sowohl der Messarm als auch der Referenzarm jeweils teilweise von einem Wechselmodul ausgebildet sein.
Im alternativen Bearbeitungssystem 12a umfasst der Messarm 24a einen ersten Abschnitt 38a und einen zweiten Abschnitt 42a. Diese umfassen jeweils optische Komponenten 40a, 44a zur Führung des Messstrahls 20a. Das Wechselmodul 32a umfasst einen Strahlführungsabschnitt 48a, der optische Komponenten 50a zur Führung des Messstrahls 20a umfasst und der dazu eingerichtet ist, einen Mittelabschnitt 52a des Messarms 24a auszubilden. Analog zum oben beschriebenen Fall können Wechselmodule mit unterschiedlich langen Strahlführungsabschnitten eingesetzt werden, um die Länge des Messarms 24a anzupassen.
In dieser Ausführungsform umfasst der Referenzarm 26a eine Referenzarmfaser 35a. Diese kann eine Länge aufweisen, die einer größten möglichen Länge des Messarms 24a entspricht. Wird der Messstrahl 20a über eine große Entfernung bis zum Werkstück 14a geführt, kann ein Wechselmodul 32a mit kurzem Strahlführungsabschnitt 48a verwendet werden. Ist der Abstand zum Werkstück 14a geringer, kann ein Wechselmodul 32a mit längerem Strahlführungsabschnitt 48a eingesetzt werden. Die Länge des Messarms 24a kann somit jeweils an die Länge des Referenzarms 26a angepasst werden.
Unabhängig davon, ob ein Wechselmodul 32, 32a in den Messarm 24, 24a und/oder in den Referenzarm 26, 26a integriert ist, dient die Auswahl eines geeigneten Wechselmoduls 32, 32a allgemein ausgedrückt dazu, die optischen Weglängen von Messarm 24, 24a und Referenzarm 26, 26a einander anzugleichen.
Im dargestellten Fall umfasst der Referenzarm 26a eine Weglängeneinstelleinheit 74a, die wie oben beschrieben ausgebildet ist. In weiteren Ausführungsformen kann eine Weglängeneinstelleinheit 74a auch alternativ oder zusätzlich Teil des Messarms 24a sein.
Das oben beschriebene Verfahren kann analog mit der alternativen Bearbeitungsvorrichtung 12a durchgeführt werden, wobei optische Eigenschaften des Referenzarms 26 eingestellt werden und durch Auswahl eines geeigneten Wechselmoduls 32a entsprechend die Länge des Messarms 24a angepasst wird.

Claims

Ansprüche
1 . Messvorrichtung (10; 10a) für ein Bearbeitungssystem (12; 12a) zum Bearbeiten eines Werkstücks (14; 14a) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (16; 16a), wobei die Messvorrichtung (10; 10a) umfasst:
- eine Strahlerzeugungseinheit (18; 18a), die dazu eingerichtet ist, einen Messstrahl (20; 20a) und einen Referenzstrahl (22; 22a) zu erzeugen, die zur Durchführung optischer Interferenzmessungen wie optischer Kohärenztomographie zur Interferenz bringbar sind;
- einen an die Strahlerzeugungseinheit (18; 18a) optisch angebundenen Messarm (24; 24a), in dem der Messstrahl (20; 20a) optisch geführt ist, sodass dieser auf das Werkstück (14; 14a) projizierbar ist;
- einen an die Strahlerzeugungseinheit (18; 18a) optisch angebundenen Referenzarm (26; 26a), in dem der Referenzstrahl (22; 22a) optisch geführt ist; sowie
- eine Messschnittstelle (28; 28a), über die der Messstrahl (20; 20a) in den Bearbeitungsstrahl (16; 16a) einkoppelbar ist; wobei die Messvorrichtung (10; 10a) ein Basismodul (30; 30a) und ein daran anschließbares oder angeschlossenes Wechselmodul (32; 32a) umfasst, a) wobei das Basismodul (30) umfasst:
- einen Anfangsabschnitt (38) des Referenzarms (26), der an die Strahlerzeugungseinheit (18) angebunden ist und optische Komponenten (40) zur Führung des Referenzstrahls (22) umfasst; sowie
- einen Endabschnitt (42) des Referenzarms (26), der optische Komponenten (44) zur Führung des Referenzstrahls (22) einschließlich eines Reflektors (46) umfasst, an dem der Referenzstrahl (22) reflektiert und zur Strahlerzeugungseinheit (18) zurück geführt wird, wenn er den Referenzarm (26) einmal durchlaufen hat; und wobei das Wechselmodul (32) umfasst:
- einen Strahlführungsabschnitt (48), der optische Komponenten (50) zur Führung des Referenzstrahls (22) umfasst und der dazu eingerichtet ist, einen Mittelabschnitt (52) des Referenzarms (26) auszubilden, indem er den Anfangsabschnitt (38) des Referenzarms (26) optisch an den Endabschnitt (42) des Referenzarms (26) anbindet, wenn das Wechselmodul (32) an das Basismodul (30) angeschlossen ist; und/oder b) wobei das Basismodul (30a) umfasst:
- einen ersten Abschnitt (38a) des Messarms (24a), der an die Strahlerzeugungseinheit (18a) angebunden ist und optische Komponenten (40a) zur Führung des Messstrahls (20a) umfasst; sowie - einen zweiten Abschnitt (42a) des Messarms (24a), der optische Komponenten (44a) zur Führung des Messstrahls (20a) umfasst; und wobei das Wechselmodul (32a) umfasst:
- einen Strahlführungsabschnitt (48a), der optische Komponenten (50a) zur Führung des Messstrahls (20a) umfasst und der dazu eingerichtet ist, einen Mittelabschnitt (52a) des Messarms (24a) auszubilden, indem er den ersten Abschnitt (38a) des Messarms (24a) optisch an den zweiten Abschnitt (42a) des Messarms (24a) anbindet, wenn das Wechselmodul (32a) an das Basismodul (30a) angeschlossen ist.
2. Messvorrichtung (10; 10a) nach Anspruch 1 , wobei eine optische Weglänge des Strahlführungsabschnitts (48; 48a) des Wechselmoduls (32; 32a) unveränderlich ist.
3. Messvorrichtung (10; 10a) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strahlführungsabschnitt (48; 48a) des Wechselmoduls (32; 32a) eine optische Faser (54; 54a) umfasst, die den Mittelabschnitt (52; 52a) zumindest abschnittsweise definiert.
4. Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wechselmodul (32; 32a) ein Gehäuse (56; 56a) umfasst, das an dem Basismodul (30; 30a) wahlweise befestigbar ist.
5. Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismodul (30; 30a) ein Gehäuse (58; 58a) umfasst, an dem das
Wechselmodul (32; 32a) wahlweise befestigbar ist.
6. Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, a) wobei der Anfangsabschnitt (38) des Referenzarms (26) an einem von der Strahlerzeugungseinheit (18) entfernten Ende eine erste optische Schnittstelle (60) umfasst, der Endabschnitt (42) des Referenzarms (26) an einem vom Reflektor (46) entfernten Ende eine zweite optische Schnittstelle (62) umfasst, und der Strahlführungsabschnitt (48) des Wechselmoduls (32) an seinen beiden Enden eine dritte optische Schnittstelle (64) bzw. eine vierte optische Schnittstelle (66) umfasst; und wobei in einem angeschlossenen Zustand des Wechselmoduls (32) an das Basismodul (30) die erste optische Schnittstelle (60) mit der dritten optischen Schnittstelle (64) und die zweite optische Schnittstelle (62) zugleich mit der vierten optischen Schnittstelle (66) verbunden sind; und/oder b) wobei der erste Abschnitt (38a) des Messarms (24a) an einem von der Strahlerzeugungseinheit (18a) entfernten Ende eine erste optische Schnittstelle (60a) umfasst, der zweite Abschnitt (42a) des Messarms (24a) eine zweite optische Schnittstelle (62a) umfasst, und der Strahlführungsabschnitt (48a) des Wechselmoduls (32a) an seinen beiden Enden eine dritte optische Schnittstelle (64a) bzw. eine vierte optische Schnittstelle (66a) umfasst; und wobei in einem angeschlossenen Zustand des Wechselmoduls (32a) an das Basismodul (30a) die erste optische Schnittstelle (60a) mit der dritten optischen Schnittstelle (64a) und die zweite optische Schnittstelle (62a) zugleich mit der vierten optischen Schnittstelle (66a) verbunden sind.
7. Messvorrichtung (10; 10a) nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei die erste optische Schnittstelle (60; 60a) und die zweite optische Schnittstelle (62; 62a) durch eine Wandung (68; 68a) des Gehäuses (58; 58a) des Basismoduls (30; 30a) hindurchtreten und/oder in diese integriert sind.
8. Messvorrichtung (10; 10a) nach Anspruch 6 oder 7, a) wobei der Anfangsabschnitt (38) und der Endabschnitt (42) des Referenzarms (26) jeweils eine optische Faser (70, 72) umfassen, die an die erste optische Schnittstelle (60) bzw. an die zweite optische Schnittstelle (62) angebunden sind; und/oder b) wobei der erste Abschnitt (38a) und der zweite Abschnitt (42a) des Messarms (24a) jeweils eine optische Faser (70a, 72a) umfassen, die an die erste optische Schnittstelle (60a) bzw. an die zweite optische Schnittstelle (62a) angebunden sind.
9. Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, a) wobei der Referenzarm (26; 26a) und/oder der Messarm (24; 24a) eine Weglängeneinstelleinheit (74; 74a) umfasst, mittels derer eine optische Weglänge des Referenzarms (26; 26a) und/oder des Messarms (24; 24a), insbesondere automatisiert, veränderbar ist.
10. Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, a) wobei bei einem Wechseln des Wechselmoduls (32) eine optische Justage des Messarms (24) sowie des Anfangsabschnitts (38) und des Endabschnitts (42) des Referenzarms (26) erhalten bleibt; und/oder b) wobei bei einem Wechseln des Wechselmoduls (32a) eine optische Justage des Referenzarms (26a) sowie des ersten Abschnitts (38a) und des zweiten Abschnitts (42a) des Messarms (24a) erhalten bleibt.
1 1. Wechselmodul (32; 32a) für eine Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. System, umfassend eine Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und wenigstens zwei unterschiedliche Wechselmodule (32, 32‘, 32“), jeweils nach Anspruch 1 1 , die Strahlführungsabschnitte (48, 48‘, 48“) mit unterschiedlicher optischer Weglänge und/oder unterschiedlicher Dispersion aufweisen.
13. Bearbeitungssystem (12; 12a) zum Bearbeiten eines Werkstücks (14; 14a) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (16; 16a), umfassend: eine Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und eine Bearbeitungsvorrichtung (76; 76a), die eine Bearbeitungsstrahlquelle (78; 78a) und eine Bearbeitungsstrahloptik (80; 80a) umfasst, mittels derer der Bearbeitungsstrahl (16; 16a) auf das Werkstück (14; 14a) projizierbar und/oder fokussierbar ist; wobei der Messstrahl (20; 20a) derart in die Bearbeitungsstrahloptik (80; 80a) einkoppelbar ist, dass er über die Bearbeitungsstrahloptik (80; 80a) auf das Werkstück (14; 14a) projizierbar und/oder fokussierbar ist.
14. Verfahren zum Einstellen einer Messvorrichtung (10; 10a) für ein Bearbeitungssystem (12; 12a) zum Bearbeiten eines Werkstücks (14; 14a) mittels eines hochenergetischen Bearbeitungsstrahls (16; 16a), insbesondere einer Messvorrichtung (10; 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die eine Strahlerzeugungseinheit (18; 18a), die dazu eingerichtet ist, einen Messstrahl (20; 20a) und einen Referenzstrahl (22; 22a) zu erzeugen, die zur Durchführung optischer Kohärenztomographie zur Interferenz bringbar sind, einen an die Strahlerzeugungseinheit (18; 18a) optisch angebundenen Messarm (24; 24a), in dem der Messstrahl (20; 20a) optisch geführt ist, sodass dieser auf das Werkstück (14; 14a) projizierbar ist, und einen an die Strahlerzeugungseinheit (18; 18a) optisch angebundenen Referenzarm (26; 26a) umfasst, in dem der Referenzstrahl (26; 26a) optisch geführt ist, a) wobei der Referenzarm (26) einen Anfangsabschnitt (38) und einen Endabschnitt (42) aufweist, die durch ein Wechselmodul (32), insbesondere ein Wechselmodul (32) nach Anspruch 1 1 , optisch aneinander anbindbar sind, das einen Mittelabschnitt (52) des Referenzarms (26) definiert, wobei das Verfahren umfasst:
- Einstellen einer optischen Eigenschaft des Messarms (24);
- Auswahlen eines Wechselmoduls (32, 32‘, 32“) aus einer Gruppe von Wechselmodulen (32, 32‘, 32“), die Mittel abschnitte (52, 52‘, 52“) mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften definieren; und
- Anpassen einer optischen Eigenschaft des Referenzarms (26) an die eingestellte optische Eigenschaft des Messarms (24) durch Anbinden des ausgewählten Wechselmoduls (32, 32‘, 32“) an den Anfangsabschnitt (38) und den Endabschnitt (42) des Referenzarms (26) und/oder b) wobei der Messarm (24a) einen ersten Abschnitt (38a) und einen zweiten Abschnitt (42a) aufweist, die durch ein Wechselmodul (32a), insbesondere ein Wechselmodul (32a) nach Anspruch 1 1 , optisch aneinander anbindbar sind, das einen Mittel abschnitt (52a) des Messarms (24a) definiert, wobei das Verfahren umfasst:
- Einstellen einer optischen Eigenschaft des Referenzarms (26a);
- Auswahlen eines Wechselmoduls (32, 32‘, 32“) aus einer Gruppe von Wechselmodulen (32, 32‘, 32“), die Mittel abschnitte (52, 52‘, 52“) mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften definieren; und
- Anpassen einer optischen Eigenschaft des Messarms (24a) an die eingestellte optische Eigenschaft des Referenzarms (26a) durch Anbinden des ausgewählten Wechselmoduls (32, 32‘, 32“) an den ersten Abschnitt (38a) und den zweiten Abschnitt (42a) des Messarms (24a).
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Referenzarms (26; 26a) und/oder der Messarm (24; 24a) eine Weglängeneinstelleinheit (74; 74a) umfasst, mittels derer eine optische Weglänge des Referenzarms (26; 26a) und/oder des Messarms (24; 24a), insbesondere automatisiert, veränderbar ist, wobei das Verfahren ferner umfasst:
- Feinanpassen einer optischen Weglänge des Referenzarms (26; 26a) an eine optische Weglänge des Messarms (24; 24a) durch Einstellen der optischen Weglänge des Referenzarms (26; 26a) und/oder des Messarms (24; 24a) mittels der Weglängeneinstelleinheit (74).
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