DE10108955C2

DE10108955C2 - Method for determining the degree of wear of a lens arrangement in a laser processing head and laser processing head

Info

Publication number: DE10108955C2
Application number: DE10108955A
Authority: DE
Inventors: Georg Spoerl
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-02-24
Also published as: DE10108955A1; JP2002361451A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf sowie einen Laserbearbeitungskopf.The invention relates to a method for determining the degree of wear a lens arrangement in a laser processing head and a Laser processing head.

Bei der Lasermaterialbearbeitung wird der Laserbearbeitungsstrahl häufig mit einer Linse oder Linsenanordnung gebündelt, um die zur Mate rialbearbeitung, beispielsweise zum Schweißen oder Schneiden erforder liche Energiedichte zu erzielen. Nach einer gewissen Gebrauchszeit ver schleißen die Linsen durch Einbrand von Metallspritzern, durch Beschä digung der Beschichtungen oder durch Alterung des Linsenmaterials, was zu einer erhöhten Absorption der Laserstrahlung in der Linsenanordnung führt. Infolge einer dadurch bewirkten Erwärmung der Linse kann es zu deren Zerstörung kommen.In laser material processing, the laser processing beam becomes often bundled with a lens or lens assembly to the Mate rialbearbeitung, for example, required for welding or cutting achieve a certain energy density. After a certain period of use ver The lenses wear out through the penetration of metal splashes, through damage damage to the coatings or aging of the lens material to an increased absorption of the laser radiation in the lens arrangement leads. As a result of this caused heating of the lens, it may their destruction is coming.

Insbesondere bei den mit CO₂-Lasern eingesetzten ZeSe-Linsen ist die Zerstörung einer Linse immer mit der Gefahr einer Kontamination der Laserbearbeitungsanlage mit giftigem Staub verbunden.Especially with the ZeSe lenses used with CO ₂ lasers, the destruction of a lens is always associated with the risk of contamination of the laser processing system with toxic dust.

Deshalb werden die Linsen meist vorzeitig ausgetauscht, um einer Zerstö rung der Linsen im laufenden Betrieb vorzubeugen. Dies ist jedoch keine befriedigende Lösung des Problems, da die Linsen nicht über ihre gesamte mögliche Lebensdauer eingesetzt werden können.Therefore, the lenses are usually replaced prematurely to a Zerstö Preventing the lenses during operation. This is not satisfactory solution to the problem, since the lenses are not over their entire possible life can be used.

Um die Linsen möglichst lange nutzen zu können, wurde bereits ein Verfahren zur Ermittlung des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf vorgeschlagen (DE 197 09 473 C1), bei dem die erforderliche Einstechzeit zum Durchstechen eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls gemessen wird und die gemessene Einstechzeit mit einer vorbestimmten Referenzzeit verglichen wird, um ein den Verschleißgrad anzeigendes Signal zu erzeugen. Mit diesem bekannten Verfahren läßt sich also vor jedem Laserschneiden der Verschleißgrad der Linsenanordnung überprüfen, um gegebenenfalls einen Austausch der Linsenanordnung zu veranlassen. To use the lenses as long as possible, has already been Method for determining the degree of wear of a lens arrangement in proposed a laser processing head (DE 197 09 473 C1), in which the required piercing time for piercing a workpiece is measured by means of a laser beam and the measured piercing time is compared with a predetermined reference time to a the To generate a degree of wear indicating signal. With this known Procedure can therefore be before each laser cutting the degree of wear of Check lens assembly to replace if necessary To cause lens assembly.

Während des Bearbeitungsvorgangs selbst ist jedoch keine Überwachung des Schleißgrades möglich. Außerdem läßt sich dieses bekannte Verfahren, das eine erheblich längere Einsatzzeit der Linsenanordnung ermöglicht, nicht bei Laserbearbeitungen einsetzen, bei denen kein Ein- oder Durchstechen eines Werkstücks erfolgt.During the editing process itself, however, is not monitoring the Wear level possible. In addition, this known method, the a considerably longer period of use of the lens arrangement allows not at Use laser processing in which no piercing or piercing a Workpiece takes place.

Die DE 94 03 822 U1 beschreibt eine Überwachungsvorrichtung für Laser strahlung, bei der an einem optisch transparenten Bauteil einer Laserstrahl führungsoptik ein Streustrahlungsdetektor entweder unmittelbar oder über eine Glasfaser angekoppelt ist. Dabei ist das Bauteil ein die Fokusieroptik in einem Laserbearbeitungskopf schützendes Schutzglas. Die Streustrahlung hängt von den optischen Eigenschaften des Schutzglasmaterials ab und ist zur einfallenden Laserlichtmenge proportional. Somit kann die Streustrah lung als Maß für die einfallende Lichtmenge herangezogen werden. Umge kehrt bedeutet die Vergrößerung oder die Verringerung des Messwertes der Streustrahlung bei ungeändeter Laserstrahlung eine Störung im Bereich des Arbeitsstrahlengangs. Insbesondere kann eine Vergrößerung des Messwertes der Streustrahlung bei ungeändeter Laserleistung beispielsweise an einer zu nehmenden Verschmutzung der dem Werkstück zugewandten Grenzfläche des Schutzglases liegen.DE 94 03 822 U1 describes a monitoring device for lasers radiation, in which an optically transparent component of a laser beam a stray radiation detector either directly or via a fiberglass is docked. The component is the focusing optics in protective glass protecting a laser processing head. The scattered radiation depends on the optical properties of the protective glass material and is proportional to the incident laser light quantity. Thus, the scattering frame be used as a measure of the incident light quantity. Conversely reversing means increasing or decreasing the reading of the Stray radiation in the case of unaffected laser radiation causes a disturbance in the area of the laser beam Working beam path. In particular, an increase in the measured value the stray radiation at untanded laser power, for example, at one pollution of the workpiece facing interface of Protective glass lie.

Die DE 196 36 249 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Schutz von optischen Komponenten, die aus mindestens einem licht-, schall- oder temperaturemp findlichen Detektor, einer Auswerteelektronik und einer Schaltvorrichtung besteht, die in der Lage ist, eine an der optischen Komponente schadenverur sachende elektrischmagnetische Strahlung abzuschalten oder zu blockieren.DE 196 36 249 A1 describes a device for the protection of optical Components consisting of at least one light, sound or temperaturemp sensitive detector, an evaluation and a switching device which is capable of causing damage to the optical component switch off or block competent electric-magnetic radiation.

Um eine optische Komponente, zum Beispiel einen nichtlinearen Kristall oder eine Lichtleitfaser, in den bzw. die ein Laserstrahl eingekoppelt wird, zu überwachen, ist außerhalb des Laserstrahlengangs ein Streulichtdetektor an geordnet, der das von der Einkoppelfläche ausgehende Streulicht erfasst, um bei Erreichen der Zerstörschwelle der optischen Komponente ein Abschaltsi gnal zu erzeugen. Zur Erfassung des Streulichts sind dabei Fotodetektoren vorgesehen.To an optical component, for example, a nonlinear crystal or an optical fiber into which or a laser beam is coupled to monitor, is outside the laser beam path to a scattered light detector ordered, which detects the outgoing of the coupling surface scattered light to upon reaching the damage threshold of the optical component a Abschaltsi gnal to produce. To detect the scattered light are photodetectors intended.

Die DE 196 15 615 A1 beschreibt schließlich eine Anordnung zum Überwa chen optischer Bauteile in einem Laserbearbeitungskopf, die einen Drucksensor aufweist, um Risse, Löcher oder dergleichen in einem der optischen Bau teile, insbesondere im Schutzglas festzustellen.Finally, DE 196 15 615 A1 describes an arrangement for monitoring chen optical components in a laser processing head, the pressure sensor has cracks, holes or the like in one of the optical construction parts, especially in protective glass.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zum Ermit teln des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbei tungskopf bereitzustellen, das unabhängig von der Art der Laserbearbeitung auch während des Bearbeitungsvorgangs den Verschleißgrad der Linsenan ordnung ermitteln kann, um bei Erreichen der Verschleißgrenze rechtzeitig die Abschaltung der Laserbearbeitung, insbesondere die Abschaltung des La sers veranlassen zu können. Daneben liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, einen für die Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Laserbear beitungskopf bereitzustellen.The invention is based on the object, another method for Ermit Degree of wear of a lens assembly in a Laserbearbei regardless of the type of laser processing also during the machining process, the degree of wear of the Linsenan Order can determine in order to reach the wear limit in a timely manner the shutdown of the laser processing, in particular the shutdown of the La to cause sers. In addition, the invention is the task basis, a Laserbear suitable for carrying out this process supply head.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by the method according to claim 1 and the laser processing head according to claim 8 solved.

Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, daß die von der Linsenanordnung bewirkte Streustrahlung erfaßt wird, um ein der Größe dieser Strahlung ent sprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, das mit einem Referenzsignal ver glichen wird, um ein dem Verschleißgrad entsprechendes Überwachungssig nal zu liefern, wobei zum Erfassen der Streustrahlung deren thermische Wirkung gemessen wird. Das Überwachungssignal kann dabei ein Alarmsig nal sein, das das Erreichen der Verschleißgrenze anzeigt, oder ein geeignetes Ausgangssignal, das zum Erkennen des Verschleißgrades ausgewertet wird.According to the invention, it is therefore intended that the lens arrangement caused stray radiation is detected to ent the size of this radiation ent to produce a speaking output signal ver with a reference signal is equal to a degree of wear appropriate Überwachungssig nal, wherein for detecting the stray radiation whose thermal Effect is measured. The monitoring signal can be an alarm Be indicating the reaching of the wear limit, or a suitable Output signal that is evaluated to detect the degree of wear.

Mit der von der Wellenlänge der jeweils verwendeten Laserquelle unabhängi gen Erfassung der Streustrahlung wird eine Änderung der optischen Abbil dungseigenschaften der Linsenanordnung festgestellt, durch die auf den Ver schleiß der Linse geschlossen werden kann. Mit zunehmenden Verschleiß entstehen mehr und mehr Streuzentren in und auf der Linsenanordnung, die zu einer erhöhten Streustrahlung führen. Darüber hinaus fokussiert eine de fekte Linse den Laserbearbeitungsstrahl nicht mehr in der gewünschten Wei se sondern lenkt einen größeren Teil in den Randbereich eines fokussierten Strahlkegels ab, als es bei einer intakten Linse der Fall wäre.With independent of the wavelength of each laser source used Detecting the scattered radiation will cause a change in the optical image tion properties of the lens arrangement determined by the Ver Wear of the lens can be closed. With increasing wear arise more and more scattering centers in and on the lens assembly, the lead to increased scattered radiation. In addition, a de Fekt lens the laser processing beam no longer in the desired Wei but directs a larger part in the edge area of a focused Beam cone off, as it would be the case with an intact lens.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Temperatur eines strahlungsabsorbierenden Elements gemessen wird, das außerhalb eines Bearbeitungsstrahlengangs angeordnet ist, um das der Intensität der Streustrahlung entsprechende Ausgangssignal zu erzeugen.According to an advantageous embodiment of the invention is provided that measured the temperature of a radiation-absorbing element is disposed outside a processing beam path to the To generate the intensity of the scattered radiation corresponding output signal.

Um den Einfluß einer statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfes kompensieren zu können, ist nach einer besonders vorteilhaften Ausgestal tung der Erfindung vorgesehen, daß neben der Temperatur des strahlungsab sorbierenden Elements die Temperatur des Laserbearbeitungskopfes gemes sen wird, und eine Temperaturdifferenz zwischen dem strahlungsabsorbieren den Element und dem Laserbearbeitungskopf bestimmt wird, um ein Tempe raturdifferenzsignal zu erzeugen, das als der Intensität der Streustrahlung entsprechendes Ausgangssignal dient, wobei der zeitliche Verlauf des Tempe raturdifferenzsignals erfaßt wird, um einen Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen strahlungsabsorbierendem Element und Laserbearbeitungskopf zu ermitteln, der mit einem Referenzwert verglichen wird. Auf diese Weise läßt sich der Anstieg der Differenz zwischen den Temperaturen des strahlungsab sorbierenden Elements und des Laserbearbeitungskopf, der durch die thermi sche Wirkung der Streustrahlung hervorgerufen wird, als Kriterium für das Erreichen der Verschleißgrenze und damit zur Abschaltung des Lasers nut zen.To the influence of a static temperature of the laser processing head To be able to compensate is for a particularly advantageous Ausgestal tion of the invention provided that in addition to the temperature of strahlungsab Sorbing element the temperature of the laser processing head gemes sen, and a temperature difference between the radiation absorb the element and the laser processing head is determined to a Tempe Rature difference signal to generate than the intensity of the scattered radiation corresponding output signal is used, wherein the time course of the Tempe temperature difference signal is detected, an increase in the temperature difference between the radiation-absorbing element and the laser processing head which is compared to a reference value. That way the increase in the difference between the temperatures of the radiation sorbing element and the laser processing head by the thermi The effect of scattered radiation is caused as a criterion for the Reaching the wear limit and thus the shutdown of the laser groove Zen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Referenzsignal, mit dem das der Intensität der Streustrahlung ent sprechende Ausgangssignal verglichen wird, durch Kalibrierung mit einem ordnungsgemäß eingerichteten Bearbeitungsvorgang ermittelt wird, wobei das jeweilige Referenzsignal aus einer Vielzahl von Referenzsignalen entsprechend dem jeweils ablaufenden Bearbeitungsvorgang und entsprechend dem jeweils aktuellen Bearbeitungszeitpunkt innerhalb des ablaufenden Bearbeitungsvor gangs ausgewählt wird. Es wird also der zeitliche Verlauf der Erwärmung des strahlungsabsorbierenden Elements mit einem Referenzverlauf verglichen.An expedient embodiment of the invention is characterized that the reference signal with which the intensity of the scattered radiation ent is compared by comparing with a speaking output signal properly established processing operation is determined, the respective reference signal from a plurality of reference signals accordingly the respective running processing operation and according to the respective current processing time within the running Bearbeitungsvor is selected. So it is the time course of the warming of the radiation-absorbing element compared with a reference curve.

Auf diese Weise läßt sich die Abhängigkeit der Erwärmung des strahlungsab sorbierenden Elements und des Laserbearbeitungskopfs vom spezifischen Be arbeitungsprozeß kompensieren. Durch die Kalibrierung mit einem ordnungs gemäß eingerichteten Bearbeitungsvorgang läßt sich beim laufenden Bearbei tungsvorgang eine zuverlässige Verschleißüberwachung durchführen, da der Einfluß von Faktoren wie Laserleistung, Arbeitsgasvolumenstrom, Reflektionseigenschaften des zu bearbeitenden Materials und der Zeitverlauf des Be arbeitungsvorgangs selbst praktisch vollständig kompensiert werden können.In this way, the dependence of the heating of the strahlungsab can be sorbing element and the laser processing head of the specific Be Compensate for the processing process. By the calibration with a proper According to established processing operation can be while running Bearbei perform a reliable wear monitoring because the Influence of factors such as laser power, working gas volume flow, reflection properties of the material to be processed and the time course of Be can be virtually completely compensated.

Bei einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß ein Arbeitsgasdruck gemessen wird, um einen Einfluß einer Arbeits gasströmung auf die Erfassung der Streustrahlung berücksichtigen zu kön nen. Hierdurch läßt sich nicht nur der Volumenstrom des Arbeitsgases zu sätzlich überwachen, um dessen Einfluß auf die Erwärmung des strahlung sabsorbierenden Elements bzw. des Laserbearbeitungskopfs berücksichtigen zu können, sondern es ist auch möglich, Störungen der Arbeitsgaszufuhr zu erfassen.In a particularly advantageous embodiment of the invention is vorgese hen that a working gas pressure is measured to an influence of a working Gas flow on the detection of scattered radiation to consider NEN. As a result, not only the volume flow of the working gas can be In addition, monitor its influence on the heating of the radiation take into account the absorbent element or the laser processing head but it is also possible to interfere with the working gas supply capture.

Erfindungsgemäß ist bei einem Laserbearbeitungskopf, der ein Gehäuse und eine darin vorgesehene Linsenanordnung zum Fokussieren eines Laserbear beitungsstrahls aufweist, zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfah rens eines Sensoranordnung vorgesehen, die in Lichtrichtung hinter der zu überwachenden Linsenanordnung außerhalb eines Strahlkegelbereichs des Bearbeitungsstrahlengangs angeordnet ist, um von der Linsenanordnung be wirkte Streustrahlung zu erfassen, wobei die Sensoranordnung ein strah lungsabsorbierendes Element und wenigstens einen Temperaturfühler, der e in der Temperatur des strahlungsabsorbierenden Elements entsprechendes Temperatursignal liefert.According to the invention is in a laser processing head, a housing and a lens assembly provided therein for focussing a laser beam has processing beam, for carrying out the Verfah inventive a sensor arrangement provided in the light direction behind the monitoring lens assembly outside a beam cone region of the Processing beam path is arranged to be of the lens assembly seemed to detect scattered radiation, the sensor array a strah lungsabsorbierendes element and at least one temperature sensor, the e in the temperature of the radiation-absorbing element corresponding Temperature signal delivers.

Um die allgemeine Erwärmung des Laserbearbeitungskopfes in der Bearbei tungsumgebung berücksichtigen zu können, und so die durch die Streustrah lung bewirkte Erwärmung sicher zu erfassen, ist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß ein Referenztemperaturfühler am Gehäuse angeordnet ist, der ein der Temperatur des Laserbearbeitungs kopfes im Bereich der Sensoranordnung entsprechendes Temperatursignal liefert.To the general warming of the laser processing head in the Bearbei environment, and so by the scattering frame to reliably detect heating caused by heating is at an appropriate level Embodiment of the invention provided that a reference temperature sensor is arranged on the housing, the one of the temperature of the laser machining head in the region of the sensor arrangement corresponding temperature signal supplies.

Um eine möglichst schnelle Reaktion auf einen Linsendefekt zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das strahlungsabsorbierende Element eine dem Be reich des Strahlkegels umschließende dünnwandige Sensorhülse mit kleiner Masse ist, wobei die Sensorhülse vorteilhafterweise eine Laserstrahlung ab sorbierende Beschichtung aufweist. Dabei sind auf der Außenseite der Sensorhülse eine Mehrzahl von Temperaturfühlern angeordnet, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Sensorhülse verteilt sind.In order to enable the fastest possible reaction to a lens defect, it is advantageous if the radiation-absorbing element a the Be rich of the beam cone enclosing thin-walled sensor sleeve with smaller Mass is, wherein the sensor sleeve advantageously from a laser radiation having sorbent coating. Here are on the outside of the sensor sleeve a plurality of temperature sensors arranged, preferably are evenly distributed over the circumference of the sensor sleeve.

Um eine zusätzliche Überwachung des Arbeitsgasdrucks zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Sensorhülse um einen Arbeitsgaskanal herum, durch den der Laserbearbeitungsstrahl geführt ist, so angeordnet ist, daß sie durch einen sie beaufschlagenden Arbeitsgasdruck verformbar ist, und das an der Sensorhülse zumindest ein deren Verformung erfassender Fühler angeordnet ist. To allow additional monitoring of the working gas pressure is advantageously provided that the sensor sleeve to a working gas channel around which the laser processing beam is guided, is arranged that it is deformable by a working gas pressure acting on it, and that on the sensor sleeve at least one of whose deformation detecting Sensor is arranged.

Zum Erfassen der Verformung der Sensorhülse können dabei ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, einen oder mehrere kapazitive Abstandsfühler anzuordnen.To detect the deformation of the sensor sleeve can be a or be provided a plurality of strain gauges. It is, however possible to arrange one or more capacitive distance sensors.

Um eine Engstelle für die Randstrahlung des fokussierten Strahlkegels zu schaffen, durch die eine besonders wirksame Erfassung der Streustrah lung ermöglicht wird, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung vorgesehen, daß die Sensorhülse zu ihrer Achse hin so ausgebaucht ist, daß sie eine sich dicht an den Bereich des Strahlkegels anschmiegende Einschnürung bildet.To a bottleneck for the edge radiation of the focused beam cone create, through which a particularly effective capture of the scattering frame ment is possible in an advantageous development of the invention tion provided that the sensor sleeve so bulged to its axis is that it has a close to the area of the beam cone Constriction forms.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described below by way of example with reference to the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungs gemäßen Laserbearbeitungskopfes, Fig. 1 is a highly simplified schematic representation of a modern fiction, laser processing head,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Montagerings mit einer darin angeordneten Sensorhülse zur Erfassung von Streustrahlung, und Fig. 2 is a partially sectioned view of a mounting ring with a sensor sleeve arranged therein for detecting scattered radiation, and

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer Signalverar beitungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens. Fig. 3 is a simplified schematic block diagram of a signal processing arrangement for carrying out the method according to the invention.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the various figures of the drawing are corresponding to each other Components provided with the same reference numerals.

Wie in Fig. 1 rein schematisch dargestellt ist, ist in einem Gehäuse 10 eines Laserbearbeitungskopfes eine Linsenanordnung 11 vorgesehen, die eine oder mehrere Linsen umfaßt und einen Laserbearbeitungsstrahl 12 in einen Arbeitspunkt 13 fokussiert, der auf einem zu bearbeitenden Werk stück 14 liegt. Ein von der Linse oder Linsenanordnung fokussierter Strahlkegel 15 des Laserbearbeitungsstrahls 12 wird durch eine Schneid- oder Bearbeitungsdüse 16 hindurch geführt, durch die auch ein unter Druck stehendes Arbeitsgas in den Bereich des Arbeitspunktes 13 geleitet wird. Zwischen der Bearbeitungsdüse 16 und dem Gehäuse 10 des Laser bearbeitungskopfes ist in einem schematisch angedeuteten Montagering 17 als strahlungsabsorbierendes Element für die von der Linsenanord nung 11 bewirkten Streustrahlung eine dünnwandige Sensorhülse 18 mit geringer Masse angeordnet, die einen Bereich des Strahlkegels 15 um schließt. Die Sensorhülse 18 weist dabei eine zur Hülsenachse 19 hin ge krümmte Innenkontur oder Ausbauchung 20 auf, um eine Engstelle für die Randstrahlung des fokussierten Strahlkegels 15 zu bilden. Durch diese stahlfallenartige Profilierung der Sensorhülse 18 läßt sich die von der Lin senanordnung 11 bewirkte Streustrahlung besonders gut erfassen.As shown purely schematically in Fig. 1, a lens assembly 11 is provided in a housing 10 of a laser processing head, which comprises one or more lenses and a laser processing beam 12 focused in an operating point 13 , the piece 14 is located on a workpiece to be machined. A focused by the lens or lens assembly beam cone 15 of the laser processing beam 12 is passed through a cutting or processing nozzle 16 through which a pressurized working gas is passed into the region of the operating point 13 . Between the processing nozzle 16 and the housing 10 of the laser machining head 17 is a thin-walled sensor sleeve 18 is arranged with low mass in a schematically indicated mounting ring 17 as radiation-absorbing element for the voltage caused by the Linsenanord 11 stray radiation, which closes a portion of the beam cone 15 to. The sensor sleeve 18 in this case has a sleeve axis 19 towards ge curved inner contour or bulge 20 to form a bottleneck for the edge radiation of the focused beam cone 15 . This steel trap-like profiling of the sensor sleeve 18 , the senanordnung 11 caused by the Lin scattered radiation can be detected very well.

Die Sensorhülse 18 besteht dabei zweckmäßigerweise aus einem Material mit guten Strahlungsabsorptionseigenschaften, kann aber auch zusätz lich noch mit einer gut strahlungsabsorbierenden Beschichtung versehen sein. Beim Einsatz einer gut strahlungsabsorbierenden Beschichtung kann das Hülsenmaterial jedoch auch im Hinblick auf seine Wärmekapazi tät, seine Wärmeleitfähigkeit und seine mechanischen Eigenschaften frei gewählt werden.The sensor sleeve 18 is expediently made of a material with good radiation absorption properties, but can also be additionally Lich provided with a good radiation-absorbing coating. When using a good radiation-absorbing coating, however, the sleeve material can also be freely selected with regard to its heat capacity, its thermal conductivity and its mechanical properties.

Auf der Außenseite der Sensorhülse 18 sind ein oder mehrere Temperatur fühler 21, von denen nur einer dargestellt ist, angeordnet, um durch Erfassen der Temperatur der Sensorhülse 18 die thermische Wirkung der Laserstreustrahlung zu messen. Wenn mehrere Temperaturfühler 21 vorgesehen sind, so sind diese zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt an der Sensorhülse 18 angebracht. Über eine Leitung 22 sind der oder die Temperaturfühler 21 mit einer Erfassungseinrichtung 23 verbunden, so daß die von dem oder den Temperaturfühlern 21 geliefer ten Temperatursignale als der der Streustrahlung entsprechende Aus gangssignale erfasst und gesammelt werden können.On the outside of the sensor sleeve 18 , one or more temperature sensors 21 , of which only one is shown, arranged to measure by detecting the temperature of the sensor sleeve 18, the thermal effect of the laser scattered radiation. If a plurality of temperature sensors 21 are provided, these are expediently distributed uniformly in the circumferential direction on the sensor sleeve 18 . Via a line 22 or the temperature sensor 21 are connected to a detection device 23 , so that the geliefer from the one or more temperature sensors 21 th temperature signals than the scattered radiation from the corresponding output signals can be detected and collected.

Da die dünnwandige Sensorhülse 18 auch vom Schneidgasdruck beauf schlagt und damit verformt wird, kann aus ihrer Verformung der Schneidgasdruck ermittelt werden. Zu diesem Zweck ist als Verformungsfühler beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen 24 auf die Außenseite der Sensorhülse 18 aufgeklebt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 25 an die Erfassungseinrichtung 23 geliefert wird. Anstelle eines Dehnungs meßstreifens 24 könnte auch ein anderer Verformungsfühler, beispiels weise ein kapazitiver Abstandssensor vorgesehen sein. Obwohl nur ein einziger Dehnungsmeßstreifen 24 in der Zeichnung dargestellt ist, können auch mehrere Dehnungsmeßstreifen 24 oder kapazitive Abstandsfühler vorgesehen sein, die dann zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang der Sensorhülse 18 verteilt angeordnet sind.Since the thin-walled sensor sleeve 18 also beat the cutting gas pressure beauf and thus deformed, can be determined from their deformation of the cutting gas pressure. For this purpose, a strain gauge 24 is glued to the outside of the sensor sleeve 18 as a deformation sensor, for example, whose output signal is supplied via a line 25 to the detection device 23 . Instead of a strain measuring strip 24 and another deformation sensor, example, a capacitive distance sensor could be provided. Although only a single strain gauge 24 is shown in the drawing, a plurality of strain gauges 24 or capacitive distance sensors may also be provided, which are then expediently distributed uniformly over the circumference of the sensor sleeve 18 .

Um den Einfluß der Temperatur des Laserbearbeitungskopfes zu kompen sieren ist im inneren Bereich des Laserbearbeitungskopfes, beispielsweise im inneren Bereich des Montagerings 17 ein weiterer Temperaturfühler 26 angeordnet, dessen einer Temperatur des Laserbearbeitungskopfes ent sprechendes Temperatursignal als Ausgangssignal über eine Leitung 27 an die Erfassungseinrichtung 23 geliefert wird.In order to compensate for the influence of the temperature of the laser processing head is in the inner region of the laser processing head, for example, in the inner region of the mounting ring 17 another temperature sensor 26 is arranged, the temperature of the laser processing head ent speaking temperature signal is supplied as an output signal via a line 27 to the detection device 23 ,

Die von den Temperaturfühlern 21, 26 und den Dehnungsmeßstreifen 24 gelieferten Ausgangssignale, die der Sensorhülsentemperatur, der Laser bearbeitungskopftemperatur und dem Arbeitsgasdruck entsprechen, werden von der Erfassungeinrichtung 23 gesammelt und an ein Auswerte gerät 28 übertragen, das die Meßsignale überwacht, und bei auftretenden Fehlern bzw. beim Erreichen der Verschleißgrenze der Linsenanordnung entsprechende Alarmmeldungen an eine übergeordnete Maschinensteue rung 29 liefert. Der Maschinensteuerung 29 können aber auch die Meßsignale zur weiteren Auswertung übermittelt werden.The output signals supplied by the temperature sensors 21 , 26 and the strain gauges 24 , which correspond to the sensor tube temperature, the laser treatment head temperature and the working gas pressure, are collected by the detection device 23 and transmitted to an evaluation device 28 , which monitors the measurement signals, and in case of errors or Upon reaching the wear limit of the lens assembly corresponding alarm messages to a higher-level Maschinensteue 29 supplies. The machine control 29 but also the measurement signals can be transmitted for further evaluation.

Um den Verschleißgrad der Linse oder Linsenanordnung 11 zu ermitteln, wird im einfachsten Fall das vom Temperaturfühler 21 gelieferte Aus gangssignal, das der Temperatur der Sensorhülse 18 entspricht, mit einer Referenztemperatur verglichen, das durch eine Kalibrierung mit einem ordnungsgemäß eingerichteten Bearbeitungsvorgang ermittelt wurde. Die Referenztemperatur stellt dabei beispielsweise den zulässigen Höchstwert der Sensorhülsentemperatur dar, die die Sensorhülse 18 auch bei langen Bearbeitungsvorgängen erreichen kann, wenn der Verschleiß der Linsen anordnung 11 noch unterhalb der höchst zulässigen Verschleißgrenze liegt.In order to determine the degree of wear of the lens or lens assembly 11 , in the simplest case supplied from the temperature sensor 21 output signal corresponding to the temperature of the sensor sleeve 18 , compared with a reference temperature, which was determined by calibration with a properly established machining operation. The reference temperature represents, for example, the maximum permissible value of the sensor sleeve temperature, which can reach the sensor sleeve 18 even with long machining operations when the wear of the lens assembly 11 is still below the maximum allowable wear limit.

Erreicht die Sensorhülsentemperatur die Referenztemperatur, so wird als Überwachungssignal ein Alarmsignal an die Maschinensteuerung 29 ausgegeben, die dann den Bearbeitungsvorgang unterbricht, den Laser abschaltet und ein Anzeigesignal ausgibt, das einer Bedienungsperson anzeigt, das die Linsenanordnung 11 aufgrund des Erreichens der Verschleißgrenze ausgetauscht werden muß.When the sensor sleeve temperature reaches the reference temperature, an alarm signal is output to the machine controller 29 as the monitor signal, which then stops the machining operation, shuts off the laser, and outputs an indication signal indicating to an operator that the lens assembly 11 must be replaced due to reaching the wear limit.

Das Austauschen der Linsenanordnung kann gegebenenfalls auch automatisch ausgeführt werden, indem die verschlissene Linsenanord nung 11 an einem hierfür vorgesehenen Werkzeugmagazinplatz abgelegt wird, während eine neue Linsenanordnung 11 von einem anderen Maga zinplatz entnommen und eingesetzt wird.The replacement of the lens assembly can optionally also be carried out automatically by the worn Linsenanord voltage 11 is stored in a tool magazine provided for this place, while a new lens arrangement 11 is removed from another zinplatz Maga and used.

Da auch durch eine Verwechselung des Linsentyps, durch eine Verwech selung der Einbaulage oder eine zu tief eingestellte Fokuslage eine starke Erwärmung der Sensorhülse 18 bewirken kann, kann bei dem erfindungs gemäßen Laserbearbeitungskopf durch Überwachung der Sensor hülsentemperatur auch eine fehlerhafte Justierung oder Auswahl der Linsenanordnung 11 erkannt werden, so daß durch rechtzeitiges Abschal ten des Lasers der Laserbearbeitungskopf vor einer Beschädigung durch den Laserstrahl gewahrt werden kann.Since even by a confusion of the lens type, by a confusion of installation position or set too low focal position, a strong heating of the sensor sleeve 18 , in the fiction, modern laser processing head by monitoring the sensor sleeve temperature and a faulty adjustment or selection of the lens assembly 11 detected be so that by timely Abschal th of the laser, the laser processing head can be protected from damage by the laser beam.

Um zwischen dem Erreichen der Verschleißgrenze der Linsenanordnung 11 und eine Fehljustierung bzw. einem Fehleinbau der Linsenanordnung 11 unterscheiden zu können, kann vorgesehen sein, daß die Zeit zwischen Einschalten des Lasers und Erreichen der Referenztemperatur festgestellt wird, um in dem Fall, daß diese Zeit kürzer ist als eine vorgegebene Refe renzzeit auf eine Fehljustierung bzw. einen Fehleinbau zu schließen, während in dem Fall, daß die Zeit bis zum Erreichen der Referenztemperatur größer als die Referenzzeit ist, auf das Erreichen der Verschleißgrenze geschlossen wird.In order to distinguish between reaching the wear limit of the lens assembly 11 and a misalignment of the lens assembly 11 , it may be provided that the time between turning on the laser and reaching the reference temperature is determined to be shorter in the case that this time is to close as a predetermined Refe renzzeit on a misalignment or a misincorporation, while in the case that the time is up to reaching the reference temperature is greater than the reference time, is closed on the achievement of the wear limit.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der zeitliche Verlauf der Sensorhülsentemperatur mit einem zeitlichen Referenztempe raturverlauf für den jeweiligen spezifischen Bearbeitungsvorgang vergli chen, der durch einen Kalibrierung mit einem fehlerfreien Bearbeitungs vorgang ermittelt wurde. Hierzu wird in Abhängigkeit von dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang, der durch die Bearbeitungsart, also Schneiden oder Schweißen, das zu bearbeitende Material, die Materialdicke sowie die Dauer des Bearbeitungsvorgangs bestimmt ist, der zeitliche Temperatur verlauf der Sensorhülsentemperatur ermittelt und gespeichert. Während des normalen Bearbeitungsbetriebs wird dann der aktuelle zeitliche Temperaturverlauf mit dem Referenzverlauf verglichen, und falls die Abweichung des aktuellen Temperaturverlaufs größer als ein geeigneter Toleranzwert ist, wird ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt und vom Auswertegerät 28 an die Maschinensteuerung geliefert. Auch hierbei können neben dem Linsenverschleiß wiederum falsche Einbaulage und Fehljustierung erkannt werden.In another embodiment of the invention, the time course of the sensor sleeve temperature is vergli surfaces with a temporal reference Tempe raturverlauf for each specific machining operation, which was determined by a calibration process with an error-free machining. For this purpose, the temperature of the sensor sleeve temperature is determined and stored as a function of the respective machining process, which is determined by the type of machining, ie cutting or welding, the material to be processed, the material thickness and the duration of the machining operation. During the normal processing operation, the current temporal temperature profile is then compared with the reference profile, and if the deviation of the current temperature profile is greater than a suitable tolerance value, a corresponding error signal is generated and supplied by the evaluation device 28 to the machine control. Again, in addition to the lens wear wrong mounting position and misalignment can be detected.

Da sich die Sensorhülse 18 nicht nur infolge der Streustrahlung von der Linsenanordnung 11 erwärmt sondern auch mit dem Laserbearbeitungs kopf in Wärmekontakt steht, so daß eine Erwärmung des Laserbearbei tungskopfes einen Temperaturanstieg der Sensorhülse 18 bewirkt, wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Temperaturdif ferenz zwischen der Sensorhülsentemperatur und einer vom Temperatur fühler 26 erfaßten Temperatur des Laserbearbeitungskopfes festgestellt. Bei der Auswertung der Temperaturdifferenz kann einerseits der zeitliche Verlauf der Temperaturdifferenz mit einem Referenzverlauf verglichen werden, der wiederum durch eine geeignete Kalibrierung ermittelt wurde, um das Erreichen der Verschleißgrenze oder Fehljustierungen der optischen Elemente zu erkennen. Since the sensor sleeve 18 is heated not only due to the scattered radiation from the lens assembly 11 but also in thermal contact with the laser processing head, so that a heating of the laser processing tungskopfes causes a temperature increase of the sensor sleeve 18 , in another embodiment of the invention, the Temperaturdif difference between the sensor sleeve temperature and detected by the temperature sensor 26 temperature of the laser processing head. When evaluating the temperature difference, on the one hand, the time profile of the temperature difference can be compared with a reference curve, which in turn was determined by a suitable calibration to detect the achievement of the wear limit or misalignments of the optical elements.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn nicht die Temperaturdifferenz selbst mit einem Referenzwert verglichen wird, sondern die Änderung der Temperaturdifferenz so daß ein schneller Anstieg der Sensorhülsentempe ratur erkannt werden kann, der als Indiz für einen Linsendefekt herange zogen werden kann.However, it is particularly advantageous, if not the temperature difference itself compared with a reference value, but the change of Temperature difference so that a rapid increase of Sensorhülsentempe can be recognized, which used as an indication of a lens defect can be withdrawn.

Mit Hilfe der Verformungsfühler läßt sich der Arbeitsgasdruck im Laserbe arbeitungkopf erfassen und überwachen, so daß bei einer Abweichung des Arbeitsgasdrucks vom Sollwert ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt werden kann, aufgrund dessen eine entsprechende Anzeige für einen Ma schinenbediener generiert wird. Das Drucksignal läßt sich aber auch nut zen, um eine Kühlung der Sensorhülse 18 durch den Arbeitsgasstrom während der Messung der thermischen Wirkung der Streustrahlung ab schätzen zu können, so daß deren Einfluß auf die Messung berücksichtigt werden kann.With the help of the deformation sensor, the working gas pressure in the Laserbe processing head can detect and monitor, so that a deviation of the working gas pressure from the desired value, a corresponding error signal can be generated, due to which a corresponding display for a Ma machine operator is generated. The pressure signal can also be used in order to estimate a cooling of the sensor sleeve 18 by the working gas flow during the measurement of the thermal effect of the scattered radiation, so that their influence on the measurement can be taken into account.

Claims

1. A method for determining the degree of wear of a lens assembly ( 11 ) in a for processing a workpiece ( 14 ) with a laser beam processing beam ( 12 ) serving laser processing head, comprising the following steps:

Detecting a scattered radiation caused by the lens arrangement ( 11 ) in order to produce an output signal corresponding to the intensity of the scattered radiation, and
- Comparing the intensity of the scattered radiation corresponding output signal with a reference signal to provide a degree of wear corre sponding monitoring signal, wherein for detecting the scattered radiation whose thermal effect is measured.

2. The method according to claim 1, characterized in that the tempera ture of a radiation-absorbing element ( 18 ) is measured, which is arranged except half of the processing beam path ( 12 , 15 ) to generate the intensity of the scattered in corresponding output signal.

3. The method according to claim 2, characterized in that
in addition to the temperature of the radiation-absorbing element ( 18 ), the temperature of the laser processing head is measured, and
a temperature difference between the radiation-absorbing element ( 18 ) and the laser processing head is determined to produce a temperature difference signal which serves as the intensity of the scattered radiation.

4. The method according to claim 3, characterized in that the temporal History of the temperature difference signal is detected in order to increase the Temperature difference between radiation-absorbing element and laser processing head, which is compared to a reference value.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the reference signal with which the intensity of the scattered field corresponding output signal is compared by calibration with a properly established editing process is determined.

6. The method according to claim 5, characterized in that the respective Reference signal from a plurality of reference signals corresponding to each Weil's running processing and according to the aktu ellen processing time within the ongoing processing is selected.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized that a working gas pressure is measured to determine an influence of Ar beitsgasströmung on the detection of scattered radiation to be considered.

8. Laser processing head with
a housing ( 10 ),
a in the housing ( 10 ) provided lens arrangement ( 11 ) for Fo kusieren a laser processing beam ( 12 ) and
a sensor arrangement ( 18 , 21 ) which is arranged in the light direction behind the lens arrangement ( 11 ) to be monitored outside a beam cone region of the processing beam path ( 12 , 15 ) in order to detect scattered radiation caused by the lens arrangement ( 11 ),
the sensor arrangement comprising a radiation absorbing element ( 18 ) and at least one temperature sensor ( 21 ) providing a temperature signal corresponding to the temperature of the radiation absorbing element ( 18 ).

9. Laser processing head according to claim 8, characterized in that a reference temperature sensor ( 26 ) on the housing ( 10 ) is arranged, the voltage of the temperature of the laser processing head in the region of the Sensoranord ( 18 , 21 ) provides corresponding temperature signal.

10. Laser processing head according to claim 8 or 9, characterized in that the radiation-absorbing element is a region of a jet cone ( 15 ) enclosing thin-walled sensor sleeve ( 18 ) with a small mass.

11. Laser processing head according to claim 10, characterized in that the sensor sleeve ( 18 ) has a laser radiation absorbing coating on.

12. Laser processing head according to claim 10 or 11, characterized in that on the outside of the sensor sleeve ( 18 ) a plurality of temperature sensors ( 21 ) is arranged, which are distributed uniformly over the circumference of the sensor sleeve ( 18 ).

13. Laser processing head according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the sensor sleeve ( 18 ) around a working gas channel, through which the laser processing beam ( 12 , 15 ) is guided, is arranged so that they can be deformed by a working gas pressure acting on them is, and on the sensor sleeve ( 18 ) at least one of whose deformation detecting sensor ( 24 ) is arranged.

14. A laser processing head according to claim 13, characterized in that for detecting the deformation of the sensor sleeve ( 18 ) one or more Deh nungsmeßstreifen ( 24 ) are provided.

15. Laser processing head according to claim 13, characterized in that one or more capacitive distance sensor are provided for detecting the deformation of the sensor sleeve ( 18 ).

16. Laser processing head according to one of claims 10 to 15, characterized in that the sensor sleeve ( 18 ) is so bulged to its sleeve axis ( 19 ) that it forms a tight against the region of the beam cone ( 15 ) snugging constriction.