Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur, insbesondere indust- riellen, Lasermaterialbearbeitung zumindest eines Werkstücks mit einem Be- arbeitungsscanner zum Führen eines Laserfokus eines Bearbeitungslaser- strahls entlang einer Bahn auf dem Werkstück, der einen beweglichen Scan- spiegel zum ablenken des Bearbeitungslaserstrahls umfasst, der in einem Bearbeitungsstrahlengang des Bearbeitungslasers derart angeordnet ist, das mit diesem der Bearbeitungslaserstrahl zur Anpassung der Lage des Laser- fokus vor dem Austritt des Bearbeitungslaserstrahls aus dem Bearbeitungs- scanner final ablenkbar ist, und mit einer Sensoreinheit, die einen Sensor zum Erfassen eines Analysebereiches auf dem Werkstück umfasst. Des Wei- teren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung zumindest eines Werkstücks, bei dem ein Laserfo- kus eines Bearbeitungslaserstrahls mit einem Bearbeitungsscanner auf dem Werkstück entlang einer Bahn geführt wird, wobei der Bearbeitungslaser- strahl hierfür mit einem beweglichen Scanspiegel vor dem Austritt des Bear- beitungslaserstrahls aus dem Bearbeitungsscanner final abgelenkt wird, und bei dem mit einem Sensor einer Sensoreinheit ein Analysebereich auf dem Werkstück erfasst wird.

Aus der DE 10 2013 110 523 B4 ist eine Fügevorrichtung zum Fügen von Werkstücken mittels eines Laserstrahls bekannt. Die Fügevorrichtung weist eine Vorschubeinrichtung und eine an diese angebundene Strahlführungs- einrichtung zum Führen des Laserstrahls auf, wobei die Strahlführungsein- richtung mittels der Vorschubeinrichtung entlang einer Vorschubrichtung be- wegbar ist. Die Strahlführungseinrichtung weist mindestens eine Niederfre- quenz-Umlenkeinheit und mindestens eine Flochfrequenz-Umlenkeinheit zum Führen des Laserstrahls auf, die seriell im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind, wobei die mindestens eine Niederfrequenz-Umlenkeinheit zum oszillierenden Bewegen des Laserstrahls entlang einer Richtung mit ei- ner ersten Oszillationsfrequenz und die mindestens eine Hochfrequenz- Umlenkeinheit zum oszillierenden Bewegen des Laserstrahls entlang dersel- ben Richtung mit einer zweiten Oszillationsfrequenz ausgebildet ist, wobei die zweite Oszillationsfrequenz größer ist als die erste Oszillationsfrequenz. Ein Messlicht einer Nahtführungssensorik ist in den Strahlengang des Bear- beitungsscanner eingekoppelt. Nachteilig hierbei ist, dass die Datenerfas- sung der Nahtführungssensorik zumindest durch die Bewegung der nachge- lagerten Scanspiegel negativ beeinflusst wird. Hierdurch wird die Datener- fassung wiederum ungenau. Darüber hinaus ist auf Grund der koaxialen Strahlführung der Erfassungsbereich der Nahtführungssensorik nah an der Fügeposition des Laserstrahls und nicht unabhängig von dieser frei wählbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zur La- sermaterialbearbeitung zumindest eines Werkstücks sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung zu schaffen, mit der bzw. mit dem die Datenerfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentan- sprüche.

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung zumin- dest eines Werkstücks, insbesondere zum Schweißen, Schneiden, Bohren Gravieren, Strukturieren, Wärmebehandeln, Beschichten, 3D-Druck (z.B. Additive Manufacturing und/oder Generative Manufacturing) und/oder Volu- menaufbauen (z.B. Rapid Prototyping und/oder selektives Sintern). Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine, insbesondere industrielle, Werkzeugmaschine und/oder Laserbearbeitungsmaschine. Die Vorrichtung ist für medizinische, insbesondere chirurgische, Anwendungszwecke nicht vorgesehen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung für medizinische, insbesonde- re chirurgische, Anwendungszwecke nicht geeignet.

Die Vorrichtung umfasst einen Bearbeitungsscanner zum Führen eines La- serfokus eines Bearbeitungslaserstrahls entlang einer Bahn auf dem Werk- stück. Der Bearbeitungsscanner weist einen beweglichen Scanspiegel zum Ablenken des Bearbeitungslaserstrahls auf. Der Scanspiegel ist in einem Bearbeitungsstrahlengang des Bearbeitungslasers derart angeordnet, dass mit diesem der Bearbeitungslaserstrahl zur Anpassung der Lage des Laser- fokus vor dem Austritt des Bearbeitungslaserstrahls aus dem Bearbeitungs- scanner final ablenkbar ist. Wenn der Bearbeitungsscanner demnach mehre- re Scanspiegel aufweist, ist der vorstehend beschriebene Scanspiegel, ins- besondere der letzte Scanspiegel, d.h. derjenige der in Ausbreitungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls zuletzt die Lage des Laserfokus anpassen kann. Wenn der Bearbeitungsscanner nur einen einzigen Scanspiegel auf- weist, ist unter dem vorstehend beschriebenen Scanspiegel eben dieser ge- meint, da auch dieser den Laserfokus vor dem Austritt des Bearbeitungsla- serstrahls final, d.h. als letztes Ablenkmittel, ablenkt.

Neben dem Bearbeitungsscanner umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine Sensoreinheit. Die Sensoreinheit weist einen Sensor zum Erfassen eines Analysebereiches auf dem Werkstück auf. Der Scanspiegel ist für eine Sen- sorstrahlung des Sensors durchlässig ausgebildet. Des Weiteren verläuft ein Sensorstrahlengang der Sensoreinheit durch den durchlässigen Scanspiegel hindurch. Vorteilhafterweise können somit vom Sensor im Analysebereich durch den Scanspiegel hindurch Daten erfasst werden, ohne dass die Da- tenerfassung durch die Bewegung irgendeines Scanspiegels negativ beein- flusst wird. Die Datenerfassung ist somit von der Spiegelbewegung zum Ver- fahren des Laserfokus und/oder zum Wobbeln des Laserfokus entkoppelt.

Unter dem Begriff„Wobbeln“ ist eine hochfrequente Bewegung des Laserfo- kus zu verstehen. Hierbei wird der Laserfokus mit kleiner Amplitude vor- zugsweise quer zum Vorschub über die Bearbeitungsbahn geführt. Vorteil- hafterweise kann hierdurch die lokale Verteilung des Energieeintrags, insbe- sondere an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe und/oder die verwendeten Materialien, angepasst werden, beispielsweise um die Geometrie oder die Rissneigung einer Schweißnaht günstig zu beeinflussen. Vorteilhafterweise kann durch das Wobbeln beispielsweise auch bei einer sich verändernden Höhenlage die Schweißnahtbreite konstant gehalten werden.

Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit eine Relayoptik. Die Relayoptik ist im Sensorstrahlengang zwischen dem Sensor und dem durchlässigen Scan- spiegel angeordnet. Des Weiteren ist diese derart ausgebildet, dass sie eine sensorseitige erste Abbildungsebene und eine scanspiegelseitige zweite Ab- bildungsebene ineinander abbildet. Die sensorseitige erste Abbildungsebene und die scanspiegelseitige zweite Abbildungsebene sind somit über die Re- layoptik konjugiert. Die Relayoptik bildet infolgedessen eine Ebene als ein Objekt auf eine zweite Ebene, also ein Bild, ab. Die Relayoptik transportiert somit ein Bild an einen anderen Ort. Infolgedessen bildet die Relayoptik zwei voneinander beabstandete Ebenen aufeinander ab. Hierdurch kann mit freien Worten ein Bild durch lange und dünne Strecken transportiert werden. Da der durchlässige Scanspiegel des Bearbeitungsscanners relativ klein ist und der Sensor der Sensoreinheit einen gewissen Abstand von diesem Scanspiegel aufweisen muss, ist das maximal mögliche Blickfeld des Sensors einge- schränkt, da der durchlässige Scanspiegel vergleichbar zu einem Schlüssel- loch wirkt. Die Relayoptik ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die Durchstoßposition des Sensorstrahlengangs durch den Scanspiegel nicht ändert, auch wenn der Sensorstrahl ausgelenkt wird. Mit der Relayoptik kann somit das Blickfeld des vom Scanspiegel beabstandeten Sensors vergrößert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn der durchlässige Scanspiegel derart ausgebildet ist, dass dieser eine Bearbeitungsstrahlung des Bearbeitungslaserstrahls zumin- dest teilweise reflektiert und/oder vom Sensor emittierte und/oder vom Ana- lysebereich kommende, insbesondere reflektierte und/oder gestreute, Sen- sorstrahlung durchlässt. Vorteilhafterweise kann somit der Sensorstrahlen- gang mit dem Bearbeitungsstrahlengang zumindest in einem Teil überlagert werden. Zugleich ist jedoch der Sensorstrahlengang von der Bewegung des durchlässigen Scanspiegels, im Wesentlichen bzw. weitestgehend, entkop- pelt, so dass eine Bewegung des Scanspiegels keine oder nur eine sehr ge- ringe Auswirkung auf die Position und/oder Orientierung des Sensorstrahlen- gangs und infolgedessen auf die vom Sensor erfassten Daten, insbesondere auf die Genauigkeit der Position der Datenerfassung bzw. des Analysebe- reichs, hat.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Bearbeitungsstrahlung und die Sensorstrahlung zueinander unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aufweisen. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn der durchlässige Scanspiegel zur Reflexion der Bearbeitungsstrahlung, insbesondere auf seiner Vorderseite und/oder seiner Rückseite, eine mit dem Wellenlängenbereich der Bearbeitungsstrahlung korrespondierende dichroiti sche Beschichtung aufweist.

Um die Verluste beim Durchdringen des Scanspiegels möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Vorderseite und/oder die Rückseite des durchlässigen Scanspiegels zum Durchlässen der Sensorstrahlung eine mit dem Wellenlängenbereich der Sensorstrahlung korrespondierende antireflek- tierende Beschichtung aufweist.

Zur Reduktion von Störeinflüssen ist es ferner vorteilhaft, wenn die Vorder- seite und die Rückseite des durchlässigen Scanspiegels in einem Durch- trittsbereich der Sensorstrahlung zueinander planparallel ausgebildet sind. Vorzugsweise bildet der Durchtrittsbereich nur einen Teilbereich der gesam- ten Scanspiegelfläche. Der Durchtrittsbereich ist ferner insbesondere zentral auf dem Scanspiegel angeordnet. Um die Durchlässigkeit des Scanspiegels sicherstellen zu können, ist es auch vorteilhaft, wenn die Bearbeitungsstrahlung und die Sensorstrahlung, zumindest im Bereich des Scanspiegels, zueinander unterschiedliche Polari- sationen aufweisen und der durchlässige Scanspiegel derart ausgebildet ist, dass dieser die Bearbeitungsstrahlung mit der einen Polarisation reflektiert und die Sensorstrahlung mit der anderen Polarisation durchlässt.

Alternativ ist es vorteilhaft, wenn der durchlässige Scanspiegel Halbtranspa- rent ausgebildet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor derart aus- gebildet, dass mit diesem ein flächiger Analysebereich erfassbar ist. Hierfür umfasst der Sensor einen Detektor und/oder eine Optik zur flächigen Abbil- dung des Analysebereiches, insbesondere eines darin befindlichen Objekts, auf den Detektor. Der Sensor ist in diesem Fall vorzugsweise eine Kamera, die insbesondere einen Fotosensor und/oder ein Kameraobjektiv umfasst.

Zusätzlich oder alternativ ist der Sensor derart ausgebildet, dass mit diesem ein punktförmiger Analysebereich erfassbar ist. Vorzugsweise ist der Sensor in diesem Fall ein Punktabstandssensor, insbesondere ein OCT-Sensor (englisch:„optical coherence tomography“) bzw. ein optischer Kohärenzto- mograph.

Im Falle eines OCT-Sensors ist der Analysebereich im Wesentlichen punkt- förmig ausgebildet. Im Falle einer Kamera ist der Analysebereich, wie vor- stehend erläutert, flächig, insbesondere rechteckig, ausgebildet. Um mit dem punktförmigen Analysebereich des OCT-Sensors einen vergleichbar zur Ka- mera flächigen Bereich erfassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn ein La- sermessstrahl des OCT-Sensors von einem beweglichen Ablenkmittel, ins- besondere von zumindest einem Sensorspiegel, abgelenkt werden kann. Hierdurch kann der punktförmige Analysebereich des OCT-Sensors inner- halb eines flächigen Erfassungsbereichs bewegt werden. Um den Analysebereich verfahren zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheit einen im Sensorstrahlengang zwischen dem Sensor und der Relayoptik angeordneten Sensorscanner, insbesondere mit zumindest einem beweglichen Sensorspiegel, umfasst. Der Sensorscanner kann einen einzi- gen Sensorspiegel aufweisen, der um mehrere Drehachsen beweglich gela- gert ist. Alternativ kann der Sensorscanner auch zumindest zwei separate Sensorspiegel umfassen, die jeweils nur um eine Drehachse drehbar sind. Vorzugsweise sind in diesem Fall die Drehachsen der beiden Sensorspiegel zueinander um einen Winkel verdreht bzw. versetzt. Der zumindest eine Sensorspiegel kann beispielsweise mit einem oder mehreren Galvanome- terantrieben betrieben sein.

Vorteilhaft ist es, wenn die sensorseitige erste Abbildungsebene der Re- layoptik im Sensorstrahlengang in oder nahe dem Sensor angeordnet ist, insbesondere wenn die Sensoreinheit keinen Sensorscanner umfasst. Alter- nativ ist es vorteilhaft, wenn die sensorseitige erste Abbildungsebene der Re- layoptik im Sensorstrahlengang in oder nahe dem Sensorspiegel angeordnet ist, insbesondere wenn der Sensorscanner nur einen einzigen Sensorspiegel umfasst. Hierdurch kann das Erfassungsfeld bzw. die maximale Auslenkbar- keit des Analysebereiches maximiert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die sensorseitige erste Abbildungs- ebene der Relayoptik im Sensorstrahlengang, insbesondere mittig, zwischen einem ersten und einem zweiten Sensorspiegel angeordnet. Hierdurch kann ein Kompromiss der maximalen Auslenkbarkeit des Analysebereiches in ei- ner x-Achse und in einer y-Achse erzielt werden.

Um den Blickwinkel des Sensors maximieren zu können, ist es ferner vorteil haft, wenn die scanspiegelseitige zweite Abbildungsebene der Relayoptik im Sensorstrahlengang in oder nahe dem durchlässigen Scanspiegel angeord- net ist. Hierdurch kann das Sichtfeld des Sensors maximiert und/oder die Durchstoßfläche minimiert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Relayoptik ein optisches Teleskop, insbesondere ein Kepler-Teleskop, ist und/oder die Optiken mehrerer aneinandergereihter Kepler-Teleskope umfasst.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Relayoptik eine sensorseitige erste Optik und eine scanspiegelseitige zweite Optik umfasst, die vorzugsweise jeweils zumindest eine Sammellinse und/oder ein Linsensystem umfassen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die erste Optik im Vergleich zur zweiten Optik eine kleinere, größere oder gleich große Brenn- weite auf.

Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den beiden Optiken der Summe ihrer beiden Brennweiten entspricht. Hierfür lie- gen die beiden inneren Brennpunkte der beiden Optiken zumindest sehr na- he zusammen, wobei diese insbesondere in einem gemeinsamen Brenn- punkt der Relayoptik im Wesentlichen übereinander liegen.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Drehachse des Sensorspiegels in oder nahe dem Brennpunkt der ersten Optik und/oder eine Drehachse des durchlässigen Scanspiegels in oder nahe dem Brennpunkt der zweiten Optik angeordnet ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Durchtritt durch den durchlässigen Scanspiegel in einer Richtung besonders eng sein muss.

Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Relayoptiken hintereinander angeordnet sind.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Bearbeitungs- scanner zum Führen des Laserfokus im Bearbeitungsstrahlengang zumin- dest einen dem durchlässigen Scanspiegel in Ausbreitungsrichtung des Be- arbeitungslaserstrahls vorgelagerten beweglichen Scanspiegel. Zusätzlich oder alternativ umfasst der Bearbeitungsscanner mehrere Scanspiegel. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der durchlässige Scanspiegel in Ausbrei- tungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls den letzten dieser Scanspiegel des Bearbeitungsscanner bildet.

Vorteilhaft ist es, wenn der Bearbeitungsscanner Mittel zum Wobbeln des Laserfokus aufweist, insbesondere eine Steuereinheit, mit der der zumindest eine Scanspiegel zusätzlich zu einem niederfrequenten Bahnführungssignal mit einem diesem überlagerten und im Vergleich zu diesem hochfrequenten Wobbelsignal ansteuerbar ist.

Alternativ ist es vorteilhaft, wenn der Bearbeitungsscanner zum Wobbeln zumindest einen dem zumindest einen Scanspiegel in Ausbreitungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls vorgelagerten Wobbelspiegel aufweist. Dieser Wobbelspiegel ist ebenfalls drehbar gelagert und kann mit einer im Vergleich zu den Scanspiegeln höheren Frequenz bewegt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, die derart ausgebildet ist, dass diese den zumindest einen Sensorspiegel zumindest unter Berücksichtigung der Spiegelstellung des durchlässigen Scanspiegels, insbesondere in Abhängigkeit seines niederfre- quenten Bahnführungssignals und/oder hochfrequenten Wobbelsignals, an- steuert. Vorteilhafterweise können somit auch noch die geringen Störeinflüs- se, die beim Durchdringen des Scanspiegels auftreten können, durch eine entsprechende Berücksichtigung der Spiegelstellung des Scanspiegels kom- pensiert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinheit und der Bearbeitungsscanner in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind. Alternativ ist es ebenso auch vorteilhaft, wenn der Bearbeitungsscanner und die Sensoreinheit separate Bauteile sind, die vorzugsweise lösbar miteinander verbunden sind. Vorteil- hafterweise sind der Bearbeitungsscanner und/oder die Sensoreinheit ein- zeln austauschbar.

Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung zumindest eines Werkstücks, insbesondere zum Schweißen, Schneiden, Bohren Gravieren, Strukturieren, Wärmebehandeln, Beschichten, 3D-Druck (z.B. Additive Manufacturing und/oder Generative Manufacturing) und/oder Volumenaufbauen (z.B. Rapid Prototyping und/oder selektives Sintern). Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um ei- ne, insbesondere industrielle, Werkzeugmaschine und/oder Laserbearbei- tungsmaschine. Die Vorrichtung ist für medizinische, insbesondere chirurgi sche, Anwendungszwecke nicht vorgesehen. Vorzugsweise ist die Vorrich- tung für medizinische, insbesondere chirurgische, Anwendungszwecke nicht geeignet. Die Vorrichtung ist vorzugsweise gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Bei dem Verfahren wird ein Laserfokus eines Bearbeitungslaserstrahls mit einem Bearbeitungsscanner auf dem Werkstück entlang einer Bahn geführt. Hierfür wird der Bearbei- tungslaserstrahl mit einem beweglichen Scanspiegel vor dem Austritt des Bearbeitungslaserstrahls aus dem Bearbeitungsscanner final abgelenkt. Des Weiteren wird bei dem Verfahren mit einem Sensor einer Sensoreinheit ein Analysebereich auf dem Werkstück erfasst. Der Sensor erfasst den Analy- sebereich auf dem Werkstück mittelbar über eine Relayoptik durch den final ablenkbaren Scanspiegel hindurch. Die Relayoptik ist in einem Sensorstrah- lengang zwischen dem Sensor und dem Scanspiegel angeordnet und bildet eine sensorseitige erste Abbildungsebene und eine scanspiegelseitige zweite Abbildungsebene ineinander ab. Da die Sensoreinheit, insbesondere der Sensor, einen gewissen Abstand von dem durchlässigen Scanspiegel des Bearbeitungsscanners aufweisen muss, ist das maximale Blickfeld des Sen- sors eingeschränkt, da der durchlässige Scanspiegel vergleichbar zu einem Schlüsselloch wirkt. Mit der Relayoptik ändert sich die Durchstoßposition des Sensorstrahlengangs durch den Scanspiegel. Flierdurch kann das Blickfeld des Sensors vergrößert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn der Analysebereich, insbesondere von einer Steuer- einheit, die vorzugsweise gemäß der vorangegangenen Beschreibung aus- gebildet ist, über einen im Sensorstrahlengang zwischen dem Sensor und der Relayoptik angeordneten Sensorscanner, insbesondere zur Prozess- Überwachung in den Laserfokus, zur Qualitätsüberprüfung in einen Bahn- nachlauf und/oder zur Genauigkeitsverbesserung in einen Bahnvorlauf, be- wegt wird. Dies kann online, d.h. während des Bearbeitungsprozesses, oder offline, d.h. vor oder nach dem Bearbeitungsprozess, erfolgen.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbei- spielen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Relayoptik, die zwei Abbil- dungsebenen ineinander abbildet,

Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Laserma- terialbearbeitung mit einer in Figur 1 dargestellten Relayoptik und einem durch den letzten Scanspiegel hindurchgehenden Sensorstrahlengang in schematischer Darstellung,

Figur 3 eine Detailansicht einer Sensoreinheit der in Figur 2 dargestell- ten Vorrichtung,

Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Lasermate- rialbearbeitung mit einer in Figur 1 dargestellten Relayoptik und einer einen Sensorscanner aufweisenden Sensoreinheit in schematischer Darstellung, Figur 5 eine Detailansicht der Sensoreinheit der in Figur 4 dargestellten Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung in schematischer Darstellung, und

Figur 6 eine schematische Detailansicht eines alternativen Sen- sorscanners für die in Figur 4 dargestellte Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Re- layoptik 2. Eine derartige Relayoptik 2 wird, wie nachfolgend detailliert erläu- tert, in einer Vorrichtung 1 zur Lasermaterialbearbeitung zumindest eines Werkstücks 3 eingesetzt. Die Vorrichtung 1 dient insbesondere zum Schwei- ßen, Schneiden, Bohren Gravieren, Strukturieren, Wärmebehandeln, Be- schichten, 3D-Druck (z.B. Additive Manufacturing und/oder Generative Ma- nufacturing) und/oder Volumenaufbauen (z.B. Rapid Prototyping und/oder selektives Sintern). Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich vorzugsweise um eine, insbesondere industrielle, Werkzeugmaschine und/oder Laserbearbei- tungsmaschine. Die Vorrichtung ist für medizinische, insbesondere chirurgi sche, Anwendungszwecke nicht vorgesehen. Vorzugsweise ist die Vorrich- tung für medizinische, insbesondere chirurgische, Anwendungszwecke nicht geeignet. Ausführungsbeispiele einer solchen Vorrichtung 1 zur Lasermateri- albearbeitung zumindest eines Werkstücks 3 sind in den Figuren 2 und 4 dargestellt.

Gemäß Figur 1 umfasst die Relayoptik 2 zwei Optiken 4, 5. Jede dieser bei den Optiken 4, 5 kann zumindest eine Sammellinse aufweisen. Vorzugswei- se kann zumindest eine dieser beiden Optiken 4, 5 durch ein Linsensystem ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um Aberrationen zu kompensieren. Die erste Optik 4 weist eine erste Brennweite 6 mit einem ersten Brennpunkt 7 auf. Die zweite Optik 5 weist eine zweite Brennweite 8 mit einem zweiten Brennpunkt 9 auf. Abbildungsgemäß sind die beiden Brennweiten 6, 8 zueinander gleich groß. Alternativ kann aber auch die erste Brennweite 6 größer sein als die zweite Brennweite 8. Ebenso sind Anwen- düngen denkbar, bei denen die erste Brennweite 6 kleiner ist als die zweite Brennweite 8.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, entspricht der Abstand zwischen den beiden Op- tiken 4, 5 der Summe ihrer beiden Brennweiten 6, 8. Infolgedessen liegen die beiden inneren Brennpunkte 7, 9 der beiden Optiken 4, 5 zumindest sehr na- he zusammen, wobei diese insbesondere in einem gemeinsamen Brenn- punkt 10 der Relayoptik 2 im Wesentlichen übereinander liegen.

Die Relayoptik kann beispielsweise einen Abbildungsmaßstab bzw. eine Vergrößerung von -1 oder ungefähr -1 aufweisen.

Wie in Figur 1 veranschaulicht, umfasst die Relayoptik 2 eine der ersten Op- tik 4 zugeordnete erste Abbildungsebene 11 und eine der zweiten Optik 5 zugeordnete zweite Abbildungsebene 12. Die erste Abbildungsebene 11 be- findet sich auf der der zweiten Optik 5 abgewandten Seite der ersten Optik 4 im ersten Brennpunkt 7. Die zweite Abbildungsebene 12 befindet sich auf der der ersten Optik 4 abgewandten Seite der zweiten Optik 5 im zweiten Brenn- punkt 9. Die Relayoptik 2 ist somit derart ausgebildet, dass von einem Objekt 13, das in einem der beiden Abbildungsebenen 11 , 12 angeordnet werden kann, ein Bild 14 in die jeweils andere Abbildungsebene 11 , 12 abgebildet wird. Bildlich gesprochen transportiert die Relayoptik 2 somit ein Bild 14 ei- nes Objektes 13 an einen anderen Ort, nämlich gemäß dem in Figur 1 dar- gestellten Ausführungsbeispiel von der ersten Abbildungsebene 11 in die zweite Abbildungsebene 12. Invertiert bildet die Relayoptik 2 ebenso ein in der zweiten Abbildungsebene 12 angeordnetes Objekt 13 in die erste Abbil- dungsebene 11 ab. Die Relayoptik 2 bildet somit die beiden Abbildungsebe- nen 11 , 12 in einander ab. Die beiden Abbildungsebenen 11 , 12 sind über die Relayoptik 2 somit miteinander optisch konjugiert. Vorteilhafterweise kann somit ein Bild 14 eines Objektes 13 über lange, dünne Strecken trans- portiert werden. Die Relayoptik 2 ist vorzugsweise ein optisches Teleskop, insbesondere ein Kepler-Teleskop. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die in Figur 1 dargestellte Relayoptik 2 in einer Vorrichtung 1 zur Lasermaterialbearbeitung zumindest eines Werk- stücks 3 eingesetzt. Hierbei findet sie in einer Sensoreinheit 15 der Vorrich- tung 1 Verwendung.

In Figur 2 und 4 ist jeweils eine derartige Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vor- richtungen 1 zur Lasermaterialbearbeitung werden zu unterschiedlichen Zwecken, insbesondere zum Markieren, Beschriften, zur abtragenden und/oder strukturierenden Bearbeitung, zum Schneiden, zum Bohren, zum Additive Manufacturing und/oder zum Schweißen, eingesetzt.

Die Vorrichtung 1 umfasst gemäß den in Figur 2 und 4 dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen eine Laserquelle 39, mit der ein Bearbeitungslaserstrahl 18 erzeugt werden kann. Ferner weist die Vorrichtung 1 einen Bearbeitungs- scanner 16 auf. Mit dem Bearbeitungsscanner 16 kann ein Laserfokus 17 des Bearbeitungslaserstrahls 18 auf dem Werkstück 3 entlang einer Bahn geführt werden. Hierfür umfasst der Bearbeitungsscanner 16 zumindest ei- nen beweglichen Scanspiegel 19, 20, der in einem Bearbeitungsstrahlen- gang 21 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Gemäß dem in Figur 2 und 4 dar- gestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Bearbeitungsscanner 16 zwei Scanspiegel 19, 20. Jeder dieser Scanspiegel 19, 20 ist jeweils nur um eine Achse drehbar, beispielsweise mittels eines Galvanometerantriebs. Die Drehachsen der beiden Scanspiegel 19, 20 weisen zueinander einen Winkel auf. Infolgedessen kann der Laserfokus 17 mit einem der beiden Scanspiegel 19, 20 entlang einer ersten Achse, insbesondere einer x-Achse, und mit dem anderen der beiden Scanspiegel 19, 20 entlang einer dazu lotrechten zwei- ten Achse, insbesondere einer y-Achse, verfahren werden.

In einem vorliegend nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann der Bearbeitungsscanner 16 aber auch nur einen einzigen Scanspiegel 19 aufweisen, der dann aber um zwei Drehachsen drehbar gelagert ist. Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine Steuereinheit 22 auf. Die Steuer- einheit ist gemäß Figur 2 und 4 mit dem Bearbeitungsscanner 16 verbunden. Hierdurch kann der zumindest eine Scanspiegel 19, 20 des Bearbeitungs- scanners 16 mit einem niederfrequenten Bahnführungssignal angesteuert werden, um den Laserfokus 17 entlang der geplanten Bahn zu führen. Des Weiteren kann die Steuereinheit 22 derart ausgebildet sein, dass dem nie- derfrequenten Bahnführungssignal ein Wobbeln bzw. eine Wobbelbewegung des Laserfokus 17 überlagert werden kann. Beim Wobbeln wird der Laserfo- kus 17 mit kleiner Amplitude quer zum Vorschub über die Bearbeitungsbahn geführt. Vorteilhafterweise kann hierdurch die lokale Verteilung des Energie- eintrags, insbesondere an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe und/oder die verwendeten Materialien, angepasst werden, beispielsweise um die Geomet- rie oder die Rissneigung einer Schweißnaht günstig zu beeinflussen. Vorteil- hafterweise kann durch das Wobbeln beispielsweise auch bei einer sich ver- ändernden Höhenlage die Schweißnahtbreite konstant gehalten werden.

Zur Realisierung dieser Wobbel-Funktion kann der zumindest eine Scan- spiegel 19, 20 von der Steuereinheit 22 neben dem niederfrequenten Bahn- führungssignal zusätzlich mit einem überlagerten hochfrequenten Wobbel- signal angesteuert werden. Alternativ könnte der Bearbeitungsscanner 16 zusätzlich aber auch in einem vorliegend nicht dargestellten Ausführungsbei- spiel zumindest einen, den Scanspiegeln 19, 20 im Bearbeitungsstrahlen- gang 21 vorgelagerten, Wobbelspiegel aufweisen. Wie auch vorstehend be- reits in Bezug auf die Führung des Laserfokus 17 ausgeführt, kann die ein- oder zweidimensionale Wobbelbewegung mit einem einzigen Wobbelspiegel, der insbesondere um mehrere Drehachsen drehbar ist, oder von zwei Wob- belspiegel, die jeweils nur um eine Drehachse drehbar sind, realisiert wer- den. Auch diese können beispielsweise mit einem oder mehreren Galvano- meterantrieben betrieben sein. Wie aus Figur 2 und 4 hervorgeht, umfasst die Vorrichtung 1 eine Fokussier- optik 23. Diese fokussiert den Bearbeitungslaserstrahl 18 in dem werkstück- seitigen Laserfokus 17 bzw. Prozessort. In dem in Figur 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fokussieroptik 23 dem Bearbeitungsscanner 16 in Ausbreitungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls 18 nachgelagert. Die Fokussieroptik 23 befindet sich somit im Bereich einer Strahlaustrittsöffnung 24 der Vorrichtung 1. Die Strahlaustrittsöffnung 24 ist in einem Gehäuse 25 der Vorrichtung 1 ausgebildet.

Wie aus Figur 2 und 4 hervorgeht, kann die Fokussieroptik 23 in einem alter- nativen Ausführungsbeispiel dem Bearbeitungsscanner 16 in Ausbreitungs- richtung des Bearbeitungslaserstrahls 18 aber auch vorgelagert sein. In der alternativen Position ist die Fokussieroptik mit dem Bezugszeichen 23‘ be- zeichnet und mit gestrichelten Linien angedeutet. Vorteilhafterweise können hierdurch Störeinflüsse der Fokussieroptik 23‘ auf die Sensoreinheit 15 ver- mieden werden. Insbesondere in diesem Fall kann die Sensoreinheit 15 eine separate als Sensorfokussieroptik ausgebildete Zusatzoptik 38 aufweisen (vgl. Fig. 5).

Optional kann die Vorrichtung 1 eine nicht dargestellte Fokus-Einstelleinheit aufweisen, mittels der der werkstückseitige Laserfokus 17 entlang der Aus- breitungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls 18 verschoben werden kann. Hierfür kann beispielsweise die Fokussieroptik 23, 23‘ axial verschoben wer- den.

Wie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, kann in den Bearbei- tungsstrahlengang 21 über einen unbeweglichen, halbtransparenten Um- lenkspiegel 26 eine Sensorik, vorliegend insbesondere eine Kamera 27, ein- gekoppelt sein. Der Analysebereich dieser Sensorik wird über den Bearbei- tungsscanner 16 somit stets mit dem Laserfokus 17 bzw. Prozessort mitge- führt. Diese Kamera 27 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 22 verbunden, so dass von dieser aufgenommene Daten im Bereich des Laserfokus 17 über- tragen werden können.

Wie bereits vorstehend erwähnt, umfasst die in Figur 2 und 4 dargestellte Vorrichtung 1 eine Sensoreinheit 15. Sowohl in dem in Figur 2 als auch in dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoreinheit 15 neben der Relayoptik 2 einen Sensor 28. Mit dem Sensor 28 kann mittel- bar über die Relayoptik 2 ein Analysebereich 29 auf dem Werkstück 3 erfasst werden. Dies erfolgt durch den Scanspiegel 19 des Bearbeitungsscanner 16 hindurch, mit dem der Bearbeitungslaserstrahl 18 in Bezug auf seine Aus- breitungsrichtung vor dem Austritt aus dem Bearbeitungsscanner 16, insbe- sondere vor dem Austritt aus der Strahlaustrittsöffnung 24, final, d.h. zuletzt zur Festlegung der Lage des Laserfokus 17, abgelenkt wird. In dem in Figur 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies in Ausbreitungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls 18 der letzte Scanspiegel 19. Mit diesem kann die Lage des Laserfokus 17 auf dem Werkstück 3 in Ausbreitungsrichtung des Bearbeitungslaserstrahls 18 zuletzt festgelegt werden. Wie vorstehend erläutert, kann der Bearbeitungsscanner 16 in einem vorliegend nicht darge- stellten Ausführungsbeispiel auch nur einen einzigen Scanspiegel 19 aufwei- sen, der zur zweidimensionalen Verfahrbarkeit des Laserfokus 17 dann aber um zwei Drehachsen drehbar gelagert ist. In diesem Fall wäre dies der letzte Scanspiegel 19, der für eine Sensorstrahlung 30 des Sensors 28 durchlässig ausgebildet ist.

Wie aus Figur 2 und 4 hervorgeht, verläuft somit ein Sensorstrahlengang 31 der Sensoreinheit 15 durch den durchlässigen und den Bearbeitungslaser- strahl 18 final ablenkenden Scanspiegel 19 hindurch. Dadurch, dass dieser Scanspiegel 19 für die Sensorstrahlung 30 durchlässig ausgebildet ist, wird die Ausbreitungsrichtung des Sensorstrahlengangs 31 durch die Spiegelbe- wegungen des Bearbeitungsscanners 16 nicht oder nur kaum beeinflusst.

Der Sensorstrahlengang 31 ist somit vom Bearbeitungsstrahlengang 21 op- tisch entkoppelt. Infolgedessen kann der Laserfokus 17 über den Bearbei- tungsscanner 16 an unterschiedliche Orte auf dem Werkstück 3 bewegt wer- den, ohne dass hierbei die Lage des Analysebereiches 29 verändert wird.

Der den Bearbeitungslaserstrahl 18 final ablenkenden Scanspiegel 19 ist somit derart ausgebildet, dass dieser eine auf seine Vorderseite 32 auftref- fende Bearbeitungsstrahlung des Bearbeitungslaserstrahls 18 zumindest teilweise reflektiert und auf die Oberfläche des Werkstücks 3 lenkt. Zusätzlich ist dieser Scanspiegel 19 derart ausgebildet, dass dieser die vom Sensor 28 emittierte und/oder vom Analysebereich 29 kommende Sensorstrahlung 30 durchlässt. Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise sichergestellt wer- den.

In einem ersten Ausführungsbeispiel können die Bearbeitungsstrahlung des Bearbeitungslaserstrahls 18 und die Sensorstrahlung 30 zueinander unter- schiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen. Der durchlässige Scanspiegel 19 weist dann zur Reflexion der Bearbeitungsstrahlung eine mit dem Wellen- längenbereich der Bearbeitungsstrahlung korrespondierende dichroitische Beschichtung auf. Diese kann auf der Vorderseite 32 und/oder auf einer Rückseite 33 des Scanspiegels 19 aufgebracht sein. Zusätzlich oder alterna- tiv kann die Vorderseite 32 und/oder die Rückseite 33 des durchlässigen Scanspiegels 19 zum Durchlässen der Sensorstrahlung 30 eine mit dem Wellenlängenbereich der Sensorstrahlung 30 korrespondierende antireflek- tierende Beschichtung aufweisen. Auch ist es denkbar, dass die Bearbei- tungsstrahlung des Bearbeitungslaserstrahls 18 und die Sensorstrahlung 30, zumindest im Bereich des durchlässigen Scanspiegels 19, zueinander unter- schiedliche Polarisationen aufweisen. In diesem Fall ist der durchlässige Scanspiegel 19 derart ausgebildet, dass dieser die Bearbeitungsstrahlung mit der einen Polarisation reflektiert und die Sensorstrahlung 30 mit der an- deren Polarisation durchlässt. Alternativ könnte der durchlässige Scanspiegel 19 aber auch halbtransparent ausgebildet sein. Um optische Störeinflüsse beim Durchtritt der Sensorstrahlung 30 durch den Scanspiegel 19 möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Vor- derseite 32 und die Rückseite 33 des durchlässigen Scanspiegels 19, zu- mindest in einem Durchtrittsbereich 34, zueinander planparallel ausgebildet sind. Der Durchtrittsbereich 34 bildet hierbei vorzugsweise einen, insbeson- dere zentralen, Teilbereich des Scanspiegels 19 aus.

In dem in Figur 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 28 vorzugsweise ein Punkt-Abstandssensor, insbesondere ein OCT-Sensor (englisch:„optical coherence tomography“) bzw. optischer Kohärenztomo- graph. Ein OCT-Sensor umfasst eine Lichtquelle, insbesondere eine Laser- lichtquelle, deren Strahlung von einem Strahlteiler in einen Mess- und einen Referenzarm aufgeteilt wird. Die Sensoreinheit 15 und der abbildungsgemä- ße Sensorstrahlengang 31 befinden sich in diesem Messarm des OCT- Sensors. Beide Arme werden von der Lichtquelle des OCT-Sensors beleuch- tet. Der Sensor 28 strahlt somit im Falle eines OCT-Sensors Sensorstrahlung 30, insbesondere einen punktförmigen Sensorlaserstrahl, ab. Die von der Lichtquelle des OCT-Sensors kommende Sensorstrahlung 30 wird vom Werkstück gestreut. Ein Teil dieser gestreuten Sensorstrahlung 30 wird wie- der vom OCT-Sensor, insbesondere einem Detektor, aufgenommen. Der Re- ferenzarm des OCT Sensors liefert ebenfalls ein Signal zurück, das die vom Messarm wieder aufgenommene Strahlung auf den Detektor überlagert und dort zu einem Signal führt, mit dessen Hilfe die Länge des Messarms be- stimmt werden kann. Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind der abbil- dungsgemäße Sensorstrahlengang 31 und der vorliegend nicht dargestellte im Sensor 28 befindliche Strahlengang ein Teil des Messarms des OCT- Sensors.

Im Falle eines OCT-Sensors 28 ist der Analysebereich 29 im Wesentlichen punktförmig ausgebildet. Um mit dem punktförmigen Analysebereich 29 des OCT-Sensors 28 einen flächigen Bereich erfassen zu können, ist es vorteil- haft, wenn die Sensorstrahlung 30, insbesondere ein Lasermesstrahl des OCT-Sensors, von einem beweglichen Ablenkmittel, insbesondere von zu- mindest einem Sensorspiegel 36, 37, abgelenkt werden kann. Der zumindest eine Sensorspiegel 36, 37 kann beispielsweise mit einem oder mehreren Galvanometerantrieben betrieben sein. Mit dem zumindest einen Sensor- spiegel 36, 37 kann der punktförmige Analysebereich 29 des insbesondere als OCT-Sensor ausgebildeten Sensors 28 innerhalb eines flächigen Erfas- sungsbereichs bewegt werden. Der Erfassungsbereich des insbesondere als OCT-Sensor ausgebildeten Sensors 28 kann mit der Relayoptik 2 vergrößert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 28 aber auch derart ausgebildet sein, dass mit diesem ein flächiger Analysebereich 29 erfassbar ist. Hierfür umfasst der Sensor 28 einen Detektor und/oder eine Optik zur flächigen Ab- bildung des Analysebereiches 29 auf den Detektor. Auch dieser flächige Analysebereich 29 könnte mit einem Sensorscanner 35 innerhalb eines Er- fassungsbereiches bewegt werden. Der Sensor 28 ist in diesem Fall vor- zugsweise eine Kamera, die insbesondere einen Fotosensor und/oder ein Kameraobjektiv umfasst.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 28 vor- zugsweise eine Kamera. Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbei- spiel ist sowohl eine Kamera 27 als auch ein OCT-Sensor denkbar, insbe- sondere aufgrund des nachfolgend noch detailliert erläuterten zuätzlichen Sensorscanners 35, mit dem der Analysebereich 29 zweidimensional in ei- nem maximalen Erfassungsbereich bewegt werden kann.

Figur 3 zeigt einen detaillierten Teilausschnitt der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung 1 im Bereich der Sensoreinheit 15 und dem durchlässigen Scan- spiegel 19 des Bearbeitungsscanners 16, mit dem der Bearbeitungslaser- strahl 18 final abgelenkt werden kann. Gemäß Figur 3 ist die Relayoptik 2 derart angeordnet, dass die erste Abbildungsebene 11 sensorseitig und die zweite Abbildungsebene 12 scanspiegelseitig angeordnet sind. Um den Sen- sor 28 in den Scanspiegel 19 abbilden zu können, ist der Sensor 28 in oder zumindest nahe der ersten Abbildungsebene 11 angeordnet. Wenn der Sen- sor 28 beispielsweise als Kamera ausgebildet ist, ist diese vorzugsweise derart angeordnet, dass sich ein Fotosensor oder ein Kameraobjektiv der Kamera in oder zumindest nahe der ersten Abbildungsebene 11 befindet.

Der Scanspiegel 19 ist gemäß Figur 3 in oder zumindest nahe der zweiten Abbildungsebene 12 angeordnet.

Die Relayoptik 2 ist vorzugsweise sowohl bei dem in Figur 3 als auch bei den nachfolgend beschriebenen in Figur 5 und 6 dargestellten Ausführungsbei- spielen wie in Bezug auf Figur 1 beschrieben ausgebildet.

Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 unter- scheidet sich zu dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im We- sentlichen durch die Sensoreinheit 15. Bei der nachfolgenden Beschreibung des in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiels werden für Merkmale, die im Vergleich zu dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrer Ausgestaltung und Wirkweise identisch oder zumindest vergleichbar sind, gleiche Bezugszeichen verwendet. Sofern diese nicht nochmals detailliert erläutert werden, entspricht deren Ausgestaltung und Wirkweise derjenigen der vorstehend bereits beschriebenen Merkmale.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 weist die Sensoreinheit 15 zusätzlich zur Relayoptik 2 und zum Sensor 28 einen Sensorscanner 35 auf. Der Sensorscanner 35 ist im Sensorstrahlengang 31 zwischen dem Sensor 28 und der Relayoptik 2 angeordnet. Der Sensorscan- ner 35 umfasst zumindest einen drehbaren Sensorspiegel 36, 37, der über die Steuereinheit 22 angesteuert werden kann. Flierdurch kann der Analy- sebereich 29 des Sensors 28 entkoppelt vom Bearbeitungsscanner 16 belie- big auf dem Werkstück 3 verfahren werden. Demnach ist es beispielsweise denkbar während der Bearbeitung den Analysebereich 29 zur Prozessüber- wachung in den Laserfokus 17 bzw. in den Prozessort zu bewegen, z.B. um das Innere der Dampfkapillare analysieren zu können. Zusätzlich oder alter- nativ kann der Analysebereich 29 zur Genauigkeitsverbesserung des Bear- beitungsprozesses, insbesondere während des Bearbeitungsprozesses, in einen Bahnvorlauf bewegt werden. So kann beispielsweise mit dem Analy- sebereich 29 durch im Wesentlichen lotrechtes Hin- und Herbewegen des Analysebereiches relativ zur Bahn die genaue Position einer zu schweißen- den Kante ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich den Analysebereich, insbesondere nach oder während des Bearbeitungspro- zesses, zur Qualitätsüberprüfung in einen Bahnnachlauf zu bewegen. Des Weiteren kann der Analysebereich 29 auch dazu genutzt werden, um die Po- sition und Orientierung des Werkstücks 3 relativ zur Vorrichtung ermitteln zu können. Hierbei versteht es sich von selbst, dass die Vorrichtung 1 bei spielsweise auf einem Mehrachsroboter angeordnet sein kann, dessen Be- wegungen und die damit verbundenen Ungenauigkeiten erfasst und korrigiert werden.

Gemäß Figur 4 wird der Sensorstrahlengang 31 somit nur durch den Sen- sorscanner 35 und/oder durch die nachgelagerte Relayoptik 2 beeinflusst.

Der Scanspiegel 19 beeinflusst die Lage des Sensorstrahlengang 30 bzw. des Analysebereiches 29 nicht, da der Sensorstrahlengang 30 durch den Scanspiegel 19 im Wesentlichen ablenkungsfrei hindurchgeht.

Gemäß dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Sen- sorscanner 35 mehrere Sensorspiegel 36, 37. Eine Detailansicht dieser Sen- soreinheit 15 ist in Figur 5 dargestellt. Die scanspiegelseitige Anordnung ent- spricht hierbei den vorstehenden Ausführungsbeispielen. Sensorseitig um- fasst die Sensoreinheit 15 jedoch, wie vorstehend erwähnt, den Sensorscan- ner 35. Vorliegend umfasst dieser zwei drehbar gelagerte Sensorspiegel 36, 37. Vergleichbar zum Bearbeitungsscanner 16 sind auch diese jeweils um eine Drehachse drehbar. Des Weiteren sind die Drehachsen dieser beiden Sensorspiegel 36, 37 zueinander in einem Winkel, insbesondere von 90°, verdreht angeordnet. Über die beiden Sensorspiegel 36, 37 kann der Analy- sebereich 29 somit zweidimensional auf der Werkstückoberfläche bewegt werden.

Wenn der Sensorscanner 35, wie in dem in Figur 4 und 5 dargestellten Aus- führungsbeispiel, zwei Sensorspiegel 36, 37 aufweist, ist dieser relativ zur Relayoptik 2 derart angeordnet, dass sich die sensorseitige erste Abbil- dungsebene 11 im Sensorstrahlengang 30 zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorspiegel 36, 37 befindet. Gemäß Figur 5 befindet sich die erste Abbildungsebene 11 mittig zwischen den beiden Sensorspiegeln 36, 37. Al ternativ kann jedoch der Abstand der ersten Abbildungsebene 11 zum ersten Sensorspiegel 36 oder zum zweiten Sensorspiegel 37 kürzer sein.

Wie aus dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel hervorgeht, um- fasst die Sensoreinheit 15 eine Zusatzoptik 38, die zwischen dem Sensor 28 und dem Sensorscanner 35 angeordnet ist. Diese könnte auch in dem in Fi- gur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel vorhanden sein. Mit dieser Zusatz- optik 38 kann der Analysebereich 29 scharfgestellt und/oder auf den Sensor abgebildet werden. Die Zusatzoptik 38 kann optional zum Zweck der variab- len Fokussierung variierbar, z.B. verschiebbar, und mittels der Steuereinheit 22 ansteuerbar sein.

Zusätzlich oder alternativ kann auch die Relayoptik 2 derart ausgebildet sein, dass mittels dieser über eine entsprechende Ansteuerung der Steuereinheit 22 und/oder Verschiebung zumindest einer der beiden Optiken 4, 5 eine Scharfstellung des Analysebereiches 29 bzw. Fokussierung erfolgen kann. In diesem Fall liegen die beiden inneren Brennpunkte 7, 9, d.h. die zwischen den beiden Optiken 4, 5 angeordneten Brennpunkte 7, 9, nicht exakt überei- nander. Sie weisen somit keinen gemeinsamen Brennpunkt 10 auf. Stattdes- sen weisen diese zueinander einen axialen Abstand auf, der vorzugsweise veränderbar ist. Die vorstehend genannten Mittel zum Fokussieren des Analysebereiches 29 können ebenso in der in Figur 3 und Figur 6 dargestellten Sensoreinheit 15 vorhanden sein.

Alternativ zu dem in Figur 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des Sensorscanners 35 kann dieser - vergleichbar zum Bearbeitungsscanner 16 - auch nur einen einzigen Sensorspiegel 36 aufweisen, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Sensorspiegel 36 um zwei Drehachsen drehbar, so dass dieser alleine das zweidimensionale Verfahren bzw. Bewe- gen des Analysebereiches 29 durchführen kann. Wenn der Sensorscanner 35, wie in Figur 6 dargestellt, nur einen Sensorspiegel 36 aufweist, ist der Sensorscanner 35 relativ zur Relayoptik 2 derart positioniert, dass sich der Sensorspiegel 36 in oder zumindest nahe der ersten Abbildungsebene 11 befindet.

In allen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 22 derart ausgebildet sein, dass diese den zumindest einen Sensorspiegel 36, 37 unter Berücksichtigung der Spiegelstellung des durch- lässigen Scanspiegels 19, insbesondere in Abhängigkeit seines niederfre- quenten Bahnführungssignals und/oder hochfrequenten Wobbelsignals, an- steuert. Das niederfrequente Bahnführungssignals weist vorzugsweise eine mindestens fünffach kleinere Frequenz als das hochfrequente Wobbelsignal auf. Zusätzlich oder alternativ ist das niederfrequente Bahnführungssignal kleiner oder gleich 200 Flz, insbesondere kleiner oder gleich 100 Hz. Zusätz- lich oder alternativ ist das hochfrequente Wobbelsignal größer oder gleich 100 Hz, insbesondere größer oder gleich 200 Hz.

Hierdurch können beim Durchdringen des Scanspiegels 19 eventuell auftre- tende Störungen des Sensorstrahlengangs 31 kompensiert werden. Vorteil- hafterweise kann somit eine genauere Positionierung des Analysebereiches 29 und eine genauere Datenerfassung erfolgen. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Sen- soreinheit 15 auch nur einen Teil einer vorliegend nicht weiter dargestellten Sensorvorrichtung sein. Die übrigen Komponenten dieser Sensorvorrichtung können innerhalb, wie z.B. die Kamera 27, oder außerhalb der vorliegenden Vorrichtung 1 bzw. Bearbeitungssystem angeordnet sein. So kann der Sen- sor 28 auch alternativ nur einen Teil eines Sensors, beispielsweise eine Lichtquelle, aufweisen. Die übrigen Komponenten könnten außerhalb der Sensoreinheit 15 und/oder außerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet sein. Alternativ könnte die Sensoreinheit 15 auch durch eine zweite Bearbeitungs- einheit ersetzt sein. In diesem Fall wäre der Sensor 28 in den in Figur 2 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen eine Bearbeitungslaserquelle.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, eine zweite Bearbeitungseinheit in den Strahlengang der Sensoreinheit 15, insbesondere über einen Strahlteiler, einzukoppeln.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentan- sprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und be- schrieben sind.

Bezuqszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Relayoptik

3 Werkstück

4 erste Optik

5 zweite Optik

6 erste Brennweite

7 erster Brennpunkt

8 zweite Brennweite

9 zweiter Brennpunkt

10 gemeinsamer Brennpunkt

11 erste Abbildungsebene

12 zweite Abbildungsebene

13 Objekt

14 Bild

15 Sensoreinheit

16 Bearbeitungsscanner

17 Laserfokus

18 Bearbeitungslaserstrahl

19 erster Scanspiegel

20 zweiter Scanspiegel

21 Bearbeitungsstrahlengang

22 Steuereinheit

23 Fokussieroptik

24 Strahlaustrittsöffnung

25 Gehäuse

26 Umlenkspiegel

27 Kamera

28 Sensor

29 Analysebereich 30 Sensorstrahlung

31 Sensorstrahlengang

32 Vorderseite

33 Rückseite

34 Durchtrittsbereich

35 Sensorscanner

36 erster Sensorspiegel

37 zweiter Sensorspiegel

38 Zusatzoptik

39 Laserquelle