CH703957B1

CH703957B1 - Laser processing head having a Fokuslagenjustageeinheit as well as a system and a method for adjusting a focal position of a laser beam.

Info

Publication number: CH703957B1
Application number: CH00388/12A
Authority: CH
Inventors: Bert Schürmann; Georg Spörl
Original assignee: Precitec Kg
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2014-04-30
Also published as: DE112010003743A5; DE112010003743B4; DE102009042529A1; WO2011035888A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf (14) zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls (12), mit einem Gehäuse (16), durch das ein Laserstrahl (12) hindurchführbar ist und das eine Fokussieroptik (18) zum Fokussieren des Laserstrahls (12) durch eine Düse (20) hindurch auf das zu bearbeitende Werkstück aufweist, einem Stellglied (26), welches mit der Fokussieroptik (18) verbunden ist, um die Fokussieroptik (18) in Strahlrichtung und in einer zum Laserstrahl senkrechten Ebene zu verstellen, zumindest einem Streulichtsensor (28), welcher in dem Gehäuse (16) angebracht ist, um Streulicht, welches durch Streuung oder Reflexion des Laserstrahls (12) an Teilen des Gehäuses (16) oder der Düse (20) erzeugt wird, zu detektieren, und einer Fokuslagenjustageeinheit (32), die mit dem zumindest einen Streulichtsensor (28) verbunden ist, um ein Streulichtintensitätssignal zu empfangen, wobei die Fokuslagenjustageeinheit (32) dazu ausgebildet ist, das Stellglied (26) für die Fokussieroptik (18) so zu steuern, dass die von dem zumindest einen Streulichtsensor (28) empfangene Streulichtintensität minimal wird.The invention relates to a laser processing head (14) for processing a workpiece by means of a laser beam (12), with a housing (16) through which a laser beam (12) can be passed and a focusing optics (18) for focusing the laser beam (12) a nozzle (20) through to the workpiece to be machined, an actuator (26) which is connected to the focusing optics (18) to adjust the focusing optics (18) in the beam direction and in a plane perpendicular to the laser beam, at least one scattered light sensor (28) mounted in the housing (16) to detect stray light generated by scattering or reflection of the laser beam (12) on portions of the housing (16) or nozzle (20) and a focus position adjusting unit (12). 32) connected to the at least one scattered light sensor (28) for receiving a scattered light intensity signal, the focal position adjusting unit (32) being adapted to move the actuator (32). 26) for the focusing optics (18) so that the scattered light intensity received by the at least one scattered light sensor (28) becomes minimal.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, welcher einer Fokuslagenjustageeinheit aufweist, sowie ein System und ein Verfahren zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls. The invention relates to a laser processing head for machining a workpiece by means of a laser beam, which has a Fokuslagenjustageeinheit, and a system and a method for adjusting a focus position of a laser beam.

[0002] Mit Hilfe eines Laserbearbeitungskopfes lässt sich ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahl bearbeiten, wobei zum Beispiel Schweiss- oder Schneidarbeiten durchgeführt werden können. Bei der Verwendung des Laserbearbeitungskopfes für Schneidarbeiten wird neben dem Laserstrahl zusätzlich ein Prozessgas durch eine Düse auf das Werkstück geleitet, welches das durch den Laserstrahl aufgeschmolzene Material eines zu bearbeitenden Werkstücks nach unten aus der Schnittfuge bläst. With the aid of a laser processing head, a workpiece can be processed using a laser beam, wherein, for example, welding or cutting work can be performed. When using the laser processing head for cutting work in addition to the laser beam in addition a process gas is passed through a nozzle on the workpiece, which blows the molten by the laser beam material of a workpiece to be machined down from the kerf.

[0003] Bei der Inbetriebnahme des Laserbearbeitungskopfes ist es nötig, den Laserstrahl so zu justieren, dass er zentral durch die Öffnung der Schneiddüse tritt. Bei einem bekannten Verfahren zur Justage des Laserstrahls durch einen Schneidkopf wird beispielsweise die Öffnung der Schneiddüse mit einem Stück teiltransparenten Klebeband verschlossen. Bei Inbetriebnahme des Lasers wird mittels eines Laserpulses ein kleines Loch in das Klebeband eingebrannt. Nach dem Entfernen des Klebebandes von der Schneiddüse kann dann mittels eines Mikroskops oder einer Lupe das von dem Laserstrahl eingebrannte Loch sowie die Kontur der Düsenöffnung bestimmt werden, da die Kontur der Düsenöffnung in das Klebeband eingedrückt ist. Anhand der relativen Lage des eingebrannten Lochs zum Zentrum des Abdrucks der Kontur der Düsenöffnung können dann der Verschiebeweg und die Verschieberichtung einer Fokussierlinse, welche den Laserstrahl auf das Werkstück fokussiert, gemessen werden. Nach einem iterativen Abmessen des Verschiebewegs und der Verschieberichtung und einem Nachjustieren des Laserstrahls kann somit der Laserstrahl zentrisch zur Düsenöffnung justiert werden. Bei der beschriebenen Vorgehensweise ist jedoch die Ablesegenauigkeit gering, und der Justiervorgang muss manuell mehrere Male wiederholt werden, bis der Laserstrahl mittig durch die Düsenöffnung geführt ist. When commissioning the laser processing head, it is necessary to adjust the laser beam so that it passes centrally through the opening of the cutting nozzle. In a known method for adjusting the laser beam through a cutting head, for example, the opening of the cutting nozzle is closed with a piece of partially transparent adhesive tape. When the laser is put into operation, a small hole is burned into the adhesive tape by means of a laser pulse. After removing the adhesive tape from the cutting nozzle, the hole burned by the laser beam and the contour of the nozzle opening can then be determined by means of a microscope or a magnifying glass, since the contour of the nozzle opening is pressed into the adhesive tape. Based on the relative position of the baked hole to the center of the impression of the contour of the nozzle opening then the displacement and the displacement direction of a focusing lens, which focuses the laser beam on the workpiece, can be measured. After an iterative measurement of the displacement and the displacement direction and a readjustment of the laser beam thus the laser beam can be adjusted centrally to the nozzle opening. In the procedure described, however, the reading accuracy is low, and the adjustment process must be repeated manually several times until the laser beam is centered through the nozzle opening.

[0004] Aus der DE 10 2007 029 787 B3 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Berührungspunktes eines Laserstrahls an einer Kante einer Düse bekannt, bei welchem durch Messen akustischer Signale mittels eines Mikrofons festgestellt wird, ob der gepulste Laserstrahl auf den Düsenkörper trifft. Bei diesem Verfahren wird der Laserstrahl rechtwinklig zur Laserstrahlachse bewegt, sodass er die Kanten der Düsenöffnung überstreicht, wobei während dem Bewegen des Laserstrahls ein durch den Laserstrahl erzeugtes fotoakustisches Signal aufgezeichnet wird. Durch Ermitteln der Berührpunkte des Laserstrahls mit den Kanten der Düsenöffnung kann ein Mittelpunkt der Düsenöffnung ermittelt werden und der Laserstrahl somit zentriert werden. From DE 10 2007 029 787 B3 a method for determining a point of contact of a laser beam at an edge of a nozzle is known in which it is determined by measuring acoustic signals by means of a microphone, if the pulsed laser beam strikes the nozzle body. In this method, the laser beam is moved perpendicular to the laser beam axis so that it sweeps over the edges of the nozzle opening, wherein during the movement of the laser beam, a photoacoustic signal generated by the laser beam is recorded. By determining the points of contact of the laser beam with the edges of the nozzle opening, a center point of the nozzle opening can be determined and the laser beam can thus be centered.

[0005] Die DE 10 2007 063 627 A1 beschreibt ein Verfahren zu Fokuslagenbestimmung sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Laserstrahls relativ zu einer Öffnung einer Laserbearbeitungsdüse. Bei diesem Verfahren wird ein Blech, in welches eine rechteckige Ausnehmung geschnitten ist, dazu verwendet, die Lage eines durch eine Bearbeitungsdüse geführten Laserstrahls in der Düsenöffnung zu bestimmen. Hierfür wird die Düse innerhalb der Ausnehmung des Blechs an die jeweiligen Kanten des Blechs gefahren, die jeweilige Lage dieser Punkte aufgezeichnet, und anschliessend die Punkte ermittelt, an welchen der Laserstrahl die entsprechenden Punkte der Kanten berührt. Somit kann durch Vergleich der Punkte, an welchen der Laserstrahl die Kanten des Blechs berührt, und der entsprechenden Punkte, an welchen das Düsenelement die Kanten des Blechs berührt, die relative Lage des Laserstrahls innerhalb der Düse bestimmt werden. DE 10 2007 063 627 A1 describes a method for determining the focal position as well as a method for determining the position of a laser beam relative to an opening of a laser processing nozzle. In this method, a sheet into which a rectangular recess is cut is used to determine the position of a laser beam guided through a processing nozzle in the nozzle opening. For this purpose, the nozzle is moved within the recess of the sheet to the respective edges of the sheet, recorded the respective position of these points, and then determines the points at which the laser beam touches the corresponding points of the edges. Thus, by comparing the points at which the laser beam contacts the edges of the sheet and the corresponding points at which the nozzle member contacts the edges of the sheet, the relative position of the laser beam within the nozzle can be determined.

[0006] Aus der EP 1 600 241 A2 ist eine Fokuslagenjustiereinheit für einen Laserbearbeitungskopf bekannt, welche durch Feststellen eines hoch intensiven blauen Plasmaleuchtens, welches durch den Laserstrahl bei einer optimalen Fokusposition erzeugt wird, bestimmt, ob der Laserstrahl optimal auf das Werkstück fokussiert ist. Die Regelung auf einen optimalen Fokuspunkt erfolgt hierbei durch Verstellen des Abstands zwischen Fokussieroptik des Laserbearbeitungskopfes und des Werkstücks. From EP 1 600 241 A2 a Fokuslagenjustiereinheit for a laser processing head is known, which determines by determining a high intensity blue plasma light, which is generated by the laser beam at an optimal focus position, whether the laser beam is optimally focused on the workpiece. The control of an optimum focus point is achieved by adjusting the distance between the focusing optics of the laser processing head and the workpiece.

[0007] Aus der WO 03/061 895 ist bekannt, mittels einer Abbildungsvorrichtung, welche der Düsenöffnung eines Laserbearbeitungskopfes gegenüberliegend angeordnet wird, den fokussierten Laserstrahl innerhalb der Düsenöffnung abzubilden, um somit die Lage des Laserstrahls relativ zur Düsenöffnung zu ermitteln. Um eine Zerstörung der Abbildungsfläche aufgrund der hohen Laserstrahlintensität zu vermeiden, wird ein Grossteil der Laserstrahlintensität über einen Strahlteiler ausgekoppelt und auf eine Strahlfalle projiziert, welche die Laserstrahlleistung durch Kühlung abführt. From WO 03/061 895 it is known, by means of an imaging device, which is arranged opposite the nozzle opening of a laser processing head to image the focused laser beam within the nozzle opening, so as to determine the position of the laser beam relative to the nozzle opening. In order to avoid destruction of the imaging surface due to the high laser beam intensity, a large part of the laser beam intensity is coupled out via a beam splitter and projected onto a beam trap, which dissipates the laser beam power by cooling.

[0008] Aus der DE 10 130 875 A1 ist eine Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter eines Anschlusskopfes zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls und ein Verfahren zur Kontrolle einer Fokussieroptik für die Laserbearbeitung bekannt. Bei dieser Wechseleinrichtung ist eine Kamera vorgesehen, die ein strahlaustrittseitig liegendes Objekt beobachtet. Durch Beobachten des strahlaustrittseitig liegenden Objekts mittels der Kamera durch die Fokussieroptik des Laserstrahls hindurch kann das vom beobachteten Objekt kommende Licht aufgezeichnet und ausgewertet werden, um eine Eigenschaft der Fokussieroptik, insbesondere eine Verschmutzung, zu untersuchen. From DE 10 130 875 A1 a changing device for a lens holder of a connection head for machining a workpiece by means of a laser beam and a method for controlling a focusing optics for laser processing is known. In this changing device, a camera is provided, which observes a Strahlaustrittseitig lying object. By observing the beam exit side lying object by means of the camera through the focusing optics of the laser beam, the light coming from the observed object can be recorded and evaluated in order to investigate a property of the focusing optics, in particular contamination.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laserbearbeitungskopf mit einer Fokuslagenjustageeinheit sowie ein System und ein Verfahren zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls zu schaffen, durch welche ein Laserstrahl zuverlässig und mit geringem Zeitaufwand in einer Düsenöffnung eines Laserbearbeitungskopfes zentriert werden kann. The invention has for its object to provide a laser processing head with a Fokuslagenjustageeinheit and a system and a method for adjusting a focus position of a laser beam, by which a laser beam can be reliably and with little time in a nozzle opening of a laser processing head centered.

[0010] Diese Aufgabe wird durch den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, das System nach Anspruch 10 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt. This object is achieved by the laser processing head according to claim 1, the system according to claim 10 and by the method according to claim 17. Advantageous embodiments and further developments of the invention are set forth in the subclaims.

[0011] Erfindungsgemäss ist ein Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls vorgesehen, mit einem Gehäuse, durch das ein Laserstrahl hindurchführbar ist und das eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls durch eine Düse hindurch auf das zu bearbeitende Werkstück aufweist, einem Stellglied, welches mit der Fokussieroptik verbunden ist, um die Fokussieroptik in Strahlrichtung und in einer zum Laserstrahl senkrechten Ebene zu verstellen, zumindest einem Streulichtsensor, welcher in dem Gehäuse angebracht ist, um Streulicht, welches durch Streuung oder Reflexion des Laserstrahls an Teilen des Gehäuses oder der Düse erzeugt wird, zu detektieren, und einer Fokuslagenjustageeinheit, die mit dem zumindest einen Streulichtsensor verbunden ist, um ein Streulichtintensitätssignal zu empfangen, wobei die Fokuslagenjustageeinheit dazu ausgebildet ist, das Stellglied für die Fokussieroptik so zu steuern, dass die von dem zumindest einen Streulichtsensor empfangene Streulichtintensität minimal wird. According to the invention, a laser processing head for machining a workpiece by means of a laser beam is provided with a housing through which a laser beam can be passed and having a focusing optics for focusing the laser beam through a nozzle on the workpiece to be machined, an actuator which with the focusing optics is connected to adjust the focusing optics in the beam direction and in a direction perpendicular to the laser beam at least one scattered light sensor which is mounted in the housing to scattered light, which is generated by scattering or reflection of the laser beam on parts of the housing or the nozzle , and a focus position adjusting unit connected to the at least one scattered light sensor for receiving a scattered light intensity signal, wherein the focus position adjusting unit is configured to control the focusing optical actuator so that the at least one of the at least one S Treulichtsensor received scattered light intensity is minimal.

[0012] Es ist also ein Laserbearbeitungskopf vorgesehen, bei welchem mittels einer Fokuslagenjustageeinheit ein Laserstrahl durch eine Öffnung einer Düse, insbesondere einer Schneiddüse, eingekoppelt wird. Bei dem Justiervorgang des Laserstrahls wird Streulicht, welches in den Laserbearbeitungskopf zurückgeworfen wird, gemessen, um durch Minimierung der Streulichtintensität die Lage des Laserstrahls relativ zur Düsenöffnung zu finden, bei welchem der Laserstrahl berührungsfrei die Düsenöffnung passiert. Die Ermittlung dieses optimalen Punkts kann durch Abfahren eines Weges des Laserstrahls senkrecht zu seiner Strahlrichtung und Ermitteln eines Punkts mit minimierter Streulichtintensität erfolgen, es ist jedoch auch möglich, durch Einsatz mehrerer Streulichtsensoren innerhalb des Gehäuses den Laserstrahl abhängig von den ermittelten Streulichtintensitäten der eingesetzten Streulichtsensoren gezielt aufgrund eines ermittelten Gradienten der Streulichtintensität in ein Zentrum der Düsenöffnung zu führen, in dem die Verstellrichtung für den Laserstrahl abhängig von dem ermittelten Gradienten ist. Thus, a laser processing head is provided in which by means of a Fokuslagenjustageeinheit a laser beam through an opening of a nozzle, in particular a cutting nozzle, is coupled. In the process of adjusting the laser beam, scattered light reflected back into the laser processing head is measured to find the position of the laser beam relative to the nozzle opening by minimizing the scattered light intensity at which the laser beam passes without interference through the nozzle opening. The determination of this optimum point can be done by tracing a path of the laser beam perpendicular to its beam direction and determining a point with minimized scattered light intensity, but it is also possible by using multiple scattered light sensors within the housing, the laser beam depending on the determined scattered light intensities of the scattered light sensors used deliberately due a determined gradient of the scattered light intensity to lead to a center of the nozzle opening, in which the adjustment direction for the laser beam is dependent on the determined gradient.

[0013] Bei einer ersten erfindungsgemässen Ausgestaltung ist es zweckmässig, wenn die Fokuslagenjustageeinheit dazu ausgebildet ist, bei einem Justagevorgang des Laserstrahls das Stellglied so zu steuern, dass die Fokussieroptik einen vorbestimmten Weg durchläuft, wahrend das Streulichtintensitätssignal des zumindest einen Streulichtsensors aufgezeichnet wird, und weiter dazu ausgebildet ist, den Punkt auf der vorbestimmten Wegstrecke der Fokussieroptik zu ermitteln, bei welchem die gemittelte Streulichtintensität minimal ist, um für eine Justage des Laserstrahls diesen ermittelten Punkt anzufahren. In a first inventive embodiment, it is expedient if the Fokuslagenjustageeinheit is adapted to control in an adjustment process of the laser beam, the actuator so that the focusing optics passes through a predetermined path, while the scattered light intensity signal of at least one scattered light sensor is recorded, and on is designed to determine the point on the predetermined path of the focusing optics, in which the average scattered light intensity is minimal in order to approach this determined point for an adjustment of the laser beam.

[0014] Insbesondere bei dem Einsatz lediglich eines Streulichtsensors im Gehäuseinneren des Laserbearbeitungskopfes ist es für eine schnelle Justage des Laserstrahls innerhalb der Düsenöffnung von Vorteil, wenn die Fokuslagenjustageeinheit dazu ausgebildet ist, das Stellglied so zu steuern, dass die Fokussieroptik in der Ebene senkrecht zum Laserstrahl in einer ersten Richtung entlang eines ersten Weges hin- und zurückgefahren wird, während das gemittelte Streulichtintensitätssignal des zumindest einen Streulichtsensors aufgezeichnet wird, und die Fokuslagenjustageeinheit weiter dazu ausgebildet ist, den Punkt der aufgezeichneten ersten Wegstrecke mit minimaler gemittelter Streulichtintensität zu ermitteln, diesen Punkt anzufahren und die Fokussieroptik in einer zweiten Richtung entlang eines zweiten Weges hin- und zurückzufahren, welcher in der Ebene senkrecht zum Laserstrahl liegt und den ersten Punkt der ersten Wegstrecke enthält, um nach Ermittlung eines zweiten Punkts der zweiten Wegstrecke mit minimaler gemittelter Streulichtintensität diesen zweiten Punkt anzufahren. In particular, in the use of only a scattered light sensor in the housing interior of the laser processing head, it is for a quick adjustment of the laser beam within the nozzle opening advantageous if the Fokuslagenjustageeinheit is adapted to control the actuator so that the focusing optics in the plane perpendicular to the laser beam is moved back and forth in a first direction along a first path while the averaged scattered light intensity signal of the at least one scattered light sensor is recorded, and the focus position adjusting unit is further adapted to detect the point of the recorded first distance of minimum averaged scattered light intensity, to approach that point, and the focusing optics in a second direction along a second path back and forth, which lies in the plane perpendicular to the laser beam and the first point of the first path contains, after finding a second point the second path with minimum average scattered light intensity approach this second point.

[0015] In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist es hierbei zweckmässig, wenn die erste Richtung senkrecht zur zweiten Richtung ist. In a particularly simple embodiment, it is expedient here if the first direction is perpendicular to the second direction.

[0016] Um den Justagevorgang noch weiter zu beschleunigen, indem nicht nur eine Streulichtgesamtintensität innerhalb des Gehäuses des Laserbearbeitungskopfes gemessen wird, sondern auch ein Streulichtintensitätsgradient ermittelt wird, ist es zweckmässig, wenn der Laserbearbeitungskopf zumindest zwei weitere Streulichtsensoren umfasst und die zumindest drei Streulichtsensoren optische Sensoren sind, die in Strahlrichtung innerhalb des Gehäuses auf gleicher Höhe und umfangsseitig gleich beabstandet angeordnet sind. In order to accelerate the adjustment even further by not only a total scattered light intensity within the housing of the laser processing head is measured, but also a scattered light intensity gradient is determined, it is expedient if the laser processing head comprises at least two further scattered light sensors and the at least three scattered light sensors optical sensors are arranged in the beam direction within the housing at the same height and circumferentially equally spaced.

[0017] Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Fokuslagenjustageeinheit dazu ausgebildet ist, die Streulichtintensitätssignale der zumindest drei Streulichtsensoren unabhängig voneinander in vorbestimmten Zeitabständen auszuwerten, um einen Streulichtintensitätsgradienten zu ermitteln, und weiter dazu ausgebildet ist, das Stellglied so zu steuern, dass die Fokussieroptik in Richtung des abnehmenden Streulichtintensitätsgradienten bewegt wird. It is advantageous if the Fokuslagenjustageeinheit is adapted to evaluate the scattered light intensity signals of at least three scattered light sensors independently at predetermined time intervals to determine a scattered light intensity gradient, and is further adapted to control the actuator so that the focusing optics is moved in the direction of the decreasing scattered light intensity gradient.

[0018] In einer einfachen Ausgestaltung dieser Art von Fokuslagenjustageeinheit ist es vorteilhaft, wenn die Fokuslagenjustageeinheit dazu ausgebildet ist, die Streulichtintensitätssignale der zumindest drei Streulichtsensoren unabhängig voneinander auszuwerten, um den Streulichtsensor mit der geringsten Streulichtintensität zu ermitteln, und weiter dazu ausgebildet ist, das Stellglied so zu steuern, dass die Fokussieroptik in Richtung des Streulichtsensors mit der geringsten Streulichtintensität bewegt wird. In a simple embodiment of this type of Fokuslagenjustageeinheit it is advantageous if the Fokuslagenjustageeinheit is adapted to independently evaluate the scattered light intensity signals of the at least three scattered light sensors to determine the scattered light sensor with the lowest scattered light intensity, and is further adapted to the actuator be controlled so that the focusing optics is moved in the direction of the scattered light sensor with the lowest scattered light intensity.

[0019] Für eine einfache Umsetzung des erfindungsgemässen Laserbearbeitungskopfes ist es von Vorteil, wenn die Fokussieroptik eine Fokussierlinse ist. For a simple implementation of the inventive laser processing head, it is advantageous if the focusing optics is a focusing lens.

[0020] In einer kostengünstigen Umsetzung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der zumindest eine Streulichtsensor eine Fotodiode oder ein CCD-Array ist. In a cost-effective implementation of the invention, it is advantageous if the at least one scattered light sensor is a photodiode or a CCD array.

[0021] Erfindungsgemäss ist weiter ein System zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahl vorgesehen, welches den erfindungsgemässen Laserbearbeitungskopf umfasst und ferner eine Strahlfalle aufweist, die ein Gehäuse mit einer Gehäuseöffnung, in welche der fokussierte Laserstrahl bei einem Justagevorgang eindringen kann, wobei die Abmessung der Gehäuseöffnung auf den Durchmesser des Laserstrahls im Fokus angepasst ist, und einen optischen Strahlfallensensor umfasst, welcher die Intensität des in die Strahlfalle eindringenden fokussierten Laserstrahls misst, wobei die Fokuslagenjustiereinheit des Laserbearbeitungskopfes dazu ausgebildet ist, das Intensitätssignal des Strahlfallensensors zu empfangen, und die Fokussieroptik abhängig von dem Intensitätsgrad des Strahlfallensensors so zu steuern, dass die Intensität des Strahlfallensensors maximal wird. According to the invention, a system for adjusting a focus position of a laser beam is further provided which comprises the inventive laser processing head and further comprising a jet trap, which can penetrate a housing with a housing opening into which the focused laser beam in an adjustment process, wherein the dimension of the housing opening is adapted to the diameter of the laser beam in focus, and comprises an optical beam trap sensor which measures the intensity of the focused laser beam entering the beam trap, wherein the focal position adjusting unit of the laser processing head is adapted to receive the beamfall sensor intensity signal, and the focusing optics are dependent on the beamfall sensor To control the intensity level of the beamfall sensor so that the intensity of the beamfall sensor becomes maximum.

[0022] Hierbei ist es zweckmässig, wenn der Durchmesser der Gehäuseöffnung gleich dem Durchmesser des Laserstrahls im Fokus ist. It is expedient if the diameter of the housing opening is equal to the diameter of the laser beam in focus.

[0023] Weiter ist es von Vorteil, wenn die Strahlfalle ein Düsengegenstück aufweist, welches eine Oberfläche mit einer Form aufweist, die der Form der Stirnfläche der Düse entspricht, wobei die Öffnung der Düse und die Gehäuseöffnung in dem Düsengegenstück sich gegenüberliegen. Further, it is advantageous if the jet trap has a nozzle counterpart having a surface with a shape corresponding to the shape of the end face of the nozzle, wherein the opening of the nozzle and the housing opening in the nozzle counterpart are opposite.

[0024] In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmässig, wenn die Oberfläche des Düsengegenstücks und die Stirnfläche der Düse kreisförmig mit gleichem Durchmesser sind, wobei sich die Mittelpunkte der Düsenöffnung und der Gehäuseöffnung gegenüberliegen. In a simple embodiment of the invention, it is expedient if the surface of the nozzle counterpart and the end face of the nozzle are circular with the same diameter, with the centers of the nozzle opening and the housing opening opposite each other.

[0025] Für eine einfache und schnelle Ausrichtung des Düsengegenstücks auf die Düse ist es von Vorteil, wenn der Laserbearbeitungskopf eine Ausrichteinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, mittels einer kapazitiven Kopplung der Düse und des Düsengegenstücks einen ausgerichteten Zustand zwischen Düse und Düsengegenstück zu ermitteln. For a simple and quick alignment of the nozzle counterpart on the nozzle, it is advantageous if the laser processing head comprises an alignment unit, which is adapted to determine by means of a capacitive coupling of the nozzle and the nozzle counterpart an aligned state between the nozzle and nozzle counterpart.

[0026] In einer realen Ausgestaltung ist es zweckmässig, wenn der Abstand der Oberfläche des Düsengegenstücks der Strahlfalle von der Stirnfläche der Düse etwa 1 mm beträgt. In a real embodiment, it is expedient if the distance of the surface of the nozzle counterpart of the jet trap from the end face of the nozzle is about 1 mm.

[0027] Für eine kostengünstige Umsetzung ist es von Vorteil, wenn der Strahlfallensensor eine Fotodiode ist. For a cost-effective implementation, it is advantageous if the beam trap sensor is a photodiode.

[0028] Ferner ist ein erfindungsgemässes Verfahren zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls vorgesehen, mit den Schritten Einschalten eines Laserstrahls, welcher durch ein Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfes hindurchläuft, und Messen der Steulichtintensität, welche in das Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes zurückgeworfen wird, um zu ermitteln, ob der Laserstrahl Teile des Gehäuses oder einer Düse des Laserbearbeitungskopfes trifft, und Verstellen einer Fokussieroptik, durch die der Laserstrahl durch die Düse fokussiert wird, bis die Streulichtintensität minimal wird. Further, an inventive method for adjusting a focus position of a laser beam is provided, with the steps of turning on a laser beam which passes through a housing of a laser processing head, and measuring the Steilichtintensität, which is reflected in the housing of the laser processing head to determine whether the laser beam strikes portions of the housing or nozzle of the laser processing head, and adjusting focusing optics whereby the laser beam is focused through the nozzle until the intensity of scattered light becomes minimal.

[0029] In einer weiteren erfindungsgemässen Ausgestaltung wird die Düse des Laserbearbeitungskopfes über einer Strahlfalle derart positioniert, dass sich eine Öffnung der Düse und eine Gehäuseöffnung der Strahlfalle zentrisch gegenüberliegen, und die Fokussieroptik wird in Strahlrichtung verstellt, bis die gemessene Intensität des durch die Gehäuseöffnung der Strahlfalle hindurchtretenden fokussierten Laserstrahls maximal wird. In a further inventive embodiment, the nozzle of the laser processing head is positioned over a jet trap such that an opening of the nozzle and a housing opening of the jet trap are centrally opposed, and the focusing optics is adjusted in the beam direction until the measured intensity of the through the housing opening of the Beam trap passing through focused laser beam is maximum.

[0030] Hierbei ist es zweckmässig, wenn der Durchmesser der Gehäuseöffnung der Strahlfalle dem Durchmesser des Laserstrahls im Fokus entspricht und die einzustellende Fokuslage in Strahlrichtung in der Ebene der Gehäuseöffnung der Strahlfalle liegt. It is expedient if the diameter of the housing opening of the jet trap corresponds to the diameter of the laser beam in focus and the focus position to be set in the beam direction in the plane of the housing opening of the jet trap.

[0031] Eine besonders effektive Positionierung der Düse über der Strahlfalle erfolgt erfindungsgemäss mittels einer Messung der Kapazität zwischen der Düse und einem in seiner Form an die Düse angepassten Düsengegenstücks an der Strahlfalle. A particularly effective positioning of the nozzle above the jet trap is carried out according to the invention by means of a measurement of the capacitance between the nozzle and a shape adapted to the nozzle nozzle counterpart at the jet trap.

[0032] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, <tb>Fig. 2<SEP>die Anordnung von Streulichtsensoren in einem Gehäuseinneren des erfindungsgemässen Laserbearbeitungskopfes gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, <tb>Fig. 3<SEP>die Anordnung von Streulichtsensoren innerhalb eines Gehäuseinneren des erfindungsgemässen Laserbearbeitungskopfes gemäss noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, <tb>Fig. 4A<SEP>eine stark vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemässen Systems aus Laserbearbeitungskopf und Strahlfalle bei einem nicht justierten Laserstrahl, <tb>Fig. 4B<SEP>eine stark vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemässen Systems aus Laserbearbeitungskopf und Strahlfalle bei einem justierten Laserstrahl, <tb>Fig. 5<SEP>ein Blockschaltbild der eingesetzten Streulichtsensoren, eines Strahlfallensensors, einer Fokuslagenjustageeinheit und eines Stellglieds gemäss der Erfindung, <tb>Fig. 6<SEP>eine Illustration eines erfindungsgemässen Verfahrens zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls, und <tb>Fig. 7<SEP>eine Illustration eines weiteren erfindungsgemässen Verfahrens zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it: <Tb> FIG. 1 <SEP> is a greatly simplified schematic view of a laser processing head according to an embodiment of the invention, <Tb> FIG. 2 <SEP> the arrangement of scattered light sensors in a housing interior of the laser processing head according to the invention according to a further exemplary embodiment of the invention, <Tb> FIG. 3 <SEP> the arrangement of scattered light sensors within a housing interior of the laser processing head according to the invention according to yet a further exemplary embodiment of the invention, <Tb> FIG. 4A is a highly simplified sectional view of a laser processing head and beam trap system according to the invention in the case of an unadjusted laser beam, <Tb> FIG. 4B shows a greatly simplified sectional view of a system according to the invention of a laser processing head and a beam trap in the case of an adjusted laser beam, <Tb> FIG. 5 <SEP> is a block diagram of the stray light sensors used, a beam trap sensor, a focus position adjustment unit and an actuator according to the invention, <Tb> FIG. FIG. 6 shows an illustration of a method according to the invention for adjusting a focal position of a laser beam, and FIG <Tb> FIG. 7 shows an illustration of a further method according to the invention for adjusting a focal position of a laser beam.

[0033] In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the various figures of the drawing, corresponding components are provided with the same reference numerals.

[0034] In Fig. 1 ist eine stark vereinfachte Ansicht eines Systems 10 zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls 12 gezeigt, welche einen Laserbearbeitungskopf 14 aufweist, wie er mit Laserbearbeitungsmaschinen oder -anlagen verwendet wird. Bei einem Betrieb des Laserbearbeitungskopfes 14 wird der von der Laserbearbeitungsmaschine kommende Arbeitslaserstrahl 12 durch ein Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 hindurch auf ein Werkstück (nicht gezeigt) gelenkt und mittels einer Fokussieroptik 18 auf das Werkstück fokussiert. Der Arbeitslaserstrahl 12 kann bei einer Zuführung zu dem Laserbearbeitungskopf 14 mittels einer Lichtleitfaser aufgrund der Auskopplung des Laserstrahls 12 aus der Lichtleitfaser durch eine Kollimatoroptik (nicht gezeigt) aufgeweitet sein. Bei einem Einsatz des Laserbearbeitungskopfes 14 als Laserschneidkopf ist an der Unterseite des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 eine Schneiddüse 20 vorhanden, welche dazu vorgesehen ist, bei einem Schneidvorgang das aufgeschmolzene Werkstückmaterial aus dem zu schneidenden Bereich auszublasen. Hierfür wird üblicherweise der Laserstrahl 12 mittels der Fokussieroptik 18 durch die Schneiddüse 20 hindurch auf ein Werkstück fokussiert. In Fig. 1 is a highly simplified view of a system 10 for adjusting a focus position of a laser beam 12 is shown having a laser processing head 14, as used with laser processing machines or equipment. During operation of the laser processing head 14, the working laser beam 12 coming from the laser processing machine is directed through a housing 16 of the laser processing head 14 onto a workpiece (not shown) and focused onto the workpiece by means of focusing optics 18. The working laser beam 12, when supplied to the laser processing head 14 by means of an optical fiber, may be expanded by collimator optics (not shown) due to the outcoupling of the laser beam 12 from the optical fiber. When using the laser processing head 14 as a laser cutting head, a cutting nozzle 20 is provided on the underside of the housing 16 of the laser processing head 14, which is provided to blow out the melted workpiece material from the area to be cut in a cutting operation. For this purpose, the laser beam 12 is usually focused by means of the focusing lens 18 through the cutting nozzle 20 on a workpiece.

[0035] Bei der Inbetriebnahme des Laserbearbeitungskopfes 14 oder bei dem Austausch von optischen Komponenten oder der Schneiddüse 20 ist es in der Regel nötig, den Laserstrahl 12 erneut so zu justieren, dass er zentrisch durch eine Öffnung 22 der Düse 20 hindurchläuft. Erfindungsgemäss umfasst hierbei das System 10 zum Justieren einer Fokuslage des Laserstrahls 12 den Laserbearbeitungskopf 14 und ferner einen Strahlfalle 24. When commissioning the laser processing head 14 or in the exchange of optical components or the cutting nozzle 20, it is usually necessary to adjust the laser beam 12 again so that it passes centrally through an opening 22 of the nozzle 20. According to the invention, the system 10 for adjusting a focal position of the laser beam 12 comprises the laser processing head 14 and also a beam trap 24.

[0036] Der erfindungsgemässe Laserbearbeitungskopf 14 weist ein Stellglied 26 auf, welches mit der Fokussieroptik 18 verbunden ist, um die Fokussieroptik 18 in Strahlrichtung und in einer zum Strahlengang des Laserstrahls 12 senkrechten Ebene zu verstellen. Der Laserbearbeitungskopf 14 weist ferner im Inneren des Gehäuses 16 zumindest einen Streulichtsensor 28 auf, der in Strahlrichtung vor der Fokussieroptik 18 in dem Gehäuse 16 angebracht ist, um Streulicht, welches durch Streuung oder Reflexion an Teilen des Gehäuses 16 oder der Düse 20 erzeugt wird, zu detektieren, wie durch die gestrichelten Pfeile A angedeutet ist. In dem in Fig. 1 gezeigten Fall entsteht bei einem nicht exakt fokussierten Laserstrahl 12 Streulicht an einer Innenwand des Durchgangs durch die Düse 20 und wird einmal an einer Innenwand des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 reflektiert, bevor es auf die Sensorfläche des Streulichtsensors 28 fällt. Dieser Fall ist jedoch nur beispielhaft, da bei unterschiedlichen Aufbauten eines Gehäuses 16 eines Laserbearbeitungskopfes 14 auch unterschiedliche Streu- oder Reflexionsvorgänge stattfinden können, welche für die entsprechenden Laserbearbeitungsköpfe 14 spezifisch sind. In allen Fällen steigt jedoch die Streulichtintensität innerhalb des Gehäuses 16 an, wenn der Laserstrahl 12 Teile des Gehäuses 16 oder der Schneiddüse 20 trifft. The inventive laser processing head 14 has an actuator 26 which is connected to the focusing optics 18 to adjust the focusing optics 18 in the beam direction and in a plane perpendicular to the beam path of the laser beam 12 level. The laser processing head 14 further comprises inside the housing 16 at least one scattered light sensor 28, which is mounted in the housing 16 in the beam direction in front of the focusing optics 18, to scatter light, which is generated by scattering or reflection on parts of the housing 16 or the nozzle 20, to detect, as indicated by the dashed arrows A. In the case shown in FIG. 1, when the laser beam 12 is not precisely focused, stray light is generated on an inner wall of the passage through the nozzle 20 and is once reflected on an inner wall of the housing 16 of the laser processing head 14 before falling on the sensor surface of the scattered light sensor 28. However, this case is only an example, since with different constructions of a housing 16 of a laser processing head 14, different scattering or reflection processes can take place, which are specific to the corresponding laser processing heads 14. In all cases, however, the scattered light intensity within the housing 16 increases when the laser beam 12 strikes parts of the housing 16 or the cutting nozzle 20.

[0037] Der zumindest eine Streulichtsensor 28 ist über eine Signalleitung 30 mit einer Fokuslagenjustageeinheit 32 verbunden, um ein Streulichtintensitätssignal zu übertragen, welches eine Information über die von einem des zumindest einen Streulichtsensors 28 empfangene Streulichtintensität enthält. Im einfachsten Fall ist das übertragene Streulichtintensitätssignal derart beschaffen, dass es hinsichtlich seiner Signalstärke direkt proportional zur gemessenen Streulichtintensität ist, also beispielsweise einem einfachen Spannungssignal auf der Signalleitung 30 entspricht. Es ist jedoch auch vorstellbar, die gemessene Streulichtintensität als digitales Streulichtintensitätsdatensignal über die Signalleitung 30 von dem Streulichtsensor 28 an die Fokuslagenjustageeinheit 32 zu übertragen. Die Fokuslagenjustageeinheit 32 ist über eine Steuerleitung 34 mit dem Stellglied 26 verbunden, um das Stellglied 26 so zu steuern, dass die Fokussieroptik 18 sowohl in Strahlrichtung oder z-Richtung oder in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung, also in x/y-Richtung verstellt wird. Das Stellglied 26 kann hierbei jeder mechanische Aktuator sein, welcher eine präzise Verstellung der Fokussierlinse 18 ermöglicht, also beispielsweise eine Anordnung von Schrittmotoren, die jeweils Stellschrauben in den entsprechenden Richtungen bewegen, oder ein piezomechanischer Aktuator, welcher die Fokussieroptik 18 in verschiedenen Richtungen bewegt. The at least one scattered light sensor 28 is connected via a signal line 30 to a Foklagenjustjustageeinheit 32 to transmit a scattered light intensity signal which contains information about the light received from one of the at least one scattered light sensor 28 scattered light intensity. In the simplest case, the transmitted scattered light intensity signal is such that it is directly proportional to the measured scattered light intensity in terms of its signal strength, that is, for example, corresponds to a simple voltage signal on the signal line 30. However, it is also conceivable to transmit the measured scattered light intensity as a digital scattered light intensity data signal via the signal line 30 from the scattered light sensor 28 to the focus position adjusting unit 32. The focus position adjustment unit 32 is connected via a control line 34 to the actuator 26 to control the actuator 26 so that the focusing optics 18 is adjusted both in the beam direction or z-direction or in a plane perpendicular to the beam direction, ie in the x / y direction , The actuator 26 may in this case be any mechanical actuator, which allows a precise adjustment of the focusing lens 18, that is, for example, an array of stepper motors, each moving screws in the appropriate directions, or a piezo-mechanical actuator, which moves the focusing optics 18 in different directions.

[0038] Die Strahlfalle 24 ist dazu vorgesehen, unterhalb der Öffnung 22 der Düse 20 angeordnet zu werden und die Intensität des fokussierten Laserstrahls 12, welcher durch eine Gehäuseöffnung 36 der Strahlfalle 24 hindurchtritt, mittels eines Strahlfallensensors 38 zu messen. Der Strahlfallensensor 38 ist über eine Strahlfallensignalleitung 40 mit der Fokuslagenjustageeinheit 32 verbunden, um ein Intensitätssignal an die Fokuslagenjustageeinheit 32 zu übertragen. Das Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 enthält Informationen über die von dem Strahlfallensensor 38 gemessene Laserstrahlintensität in der Strahlfalle 24, wobei das Intensitätssignal ein digitales Datensignal sein kann oder im einfachsten Falle hinsichtlich seiner Signalstärke direkt proportional zur von dem Strahlfallensensor 38 gemessenen Laserstrahlintensität sein kann. The jet trap 24 is intended to be located below the opening 22 of the nozzle 20 and to measure the intensity of the focused laser beam 12 which passes through a housing opening 36 of the beam trap 24 by means of a jet trap sensor 38. The beam trap sensor 38 is connected to the focus position adjusting unit 32 via a beam trap signal line 40 to transmit an intensity signal to the focus position adjusting unit 32. The intensity signal of the beamfall sensor 38 contains information about the laser beam intensity measured in the beam trap 24 by the beamfall sensor 38, wherein the intensity signal can be a digital data signal or in the simplest case can be directly proportional to the laser beam intensity measured by the beamfall sensor 38 in terms of its signal strength.

[0039] Wie im Folgenden bei der Funktionalität des Systems 10 und des Laserbearbeitungskopfes 14 noch genauer erläutert werden wird, ist für eine Justage des Laserstrahls 12 durch die Düsenöffnung 22 der Schneiddüse 20 hindurch die Verwendung der Strahlfalle 24 nicht zwingend erforderlich. Die Fokuslagenjustageeinheit 32 kann einen Verstellvorgang der Fokussieroptik 18 durch das Stellglied 26 auch lediglich aufgrund von Streulichtintensitätssignalen des zumindest einen Streulichtsensors 28 durchführen. Für eine einfache Montage ist es zweckmässig, wenn die Strahlfallensignalleitung 40 lösbar mit der Fokuslagenjustageeinheit 32 verbindbar ist, wobei eine einfache Steckvorrichtung vorstellbar ist. As will be explained in more detail below in the functionality of the system 10 and the laser processing head 14, the use of the beam trap 24 is not mandatory for an adjustment of the laser beam 12 through the nozzle opening 22 of the cutting nozzle 20 therethrough. The focus position adjustment unit 32 can also carry out an adjustment process of the focusing optics 18 by the actuator 26 solely on the basis of scattered light intensity signals of the at least one scattered light sensor 28. For ease of assembly, it is expedient if the jet trap signal line 40 can be detachably connected to the focus position adjustment unit 32, wherein a simple plug-in device is conceivable.

[0040] In Fig. 1 ist lediglich ein Streulichtsensor 28 im Inneren des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 gezeigt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung lediglich eines Streulichtsensors 28 beschränkt, so können auch mehrere Streulichtsensoren 28 im Inneren des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 angebracht sein, wie in den Fig. 2 und 3 , welche schematische Draufsichten auf das Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 darstellen, gezeigt, ist. In Fig. 1, only a scattered light sensor 28 is shown in the interior of the housing 16 of the laser processing head 14. However, the invention is not limited to the use of only a scattered light sensor 28, so several scattered light sensors 28 may be mounted inside the housing 16 of the laser processing head 14, as in FIGS. 2 and 3, which are schematic plan views of the housing 16 of the laser processing head 14th represent, is shown.

[0041] So ist es beispielsweise vorstellbar, bei einem zylinderförmigen Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 drei Streulichtsensoren 28 umfangsseitig auf gleicher Höhe in Laserstrahlrichtung gleich beabstandet anzuordnen, wodurch die Streulichtsensoren 28 an entsprechenden Kanten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Für eine Umsetzung der erfindungsgemässen Fokuslagenjustage ist es jedoch auch möglich, bei dem Einsatz von drei Streulichtsensoren 28 diese auch in anderen Anordnungen im Inneren des Gehäuses 16 anzubringen, es ist lediglich wichtig, dass die drei Streulichtsensoren 28 nicht innerhalb einer sie verbindenden geraden Linie angeordnet sind, um eine Richtung, aus welcher Streulicht mit besonders hoher Intensität auf die Innenwände des Gehäuses 16 fällt, eindeutig detektieren zu können. Der Einsatz von drei Streulichtsensoren 28 ist nicht darauf beschränkt, dass das Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 zylinderförmig ist, es ist auch vorstellbar, die Streulichtsensoren innerhalb eines kastenförmigen Gehäuses 16, in der oben beschriebenen Weise anzuordnen. Thus, it is conceivable, for example, in a cylindrical housing 16 of the laser processing head 14 three scattered light sensors 28 circumferentially equally spaced at the same height in the laser beam direction, whereby the scattered light sensors 28 are arranged at corresponding edges of an equilateral triangle. For implementation of the focal position adjustment according to the invention, however, it is also possible, with the use of three scattered light sensors 28, to install them in other arrangements in the interior of the housing 16; it is only important that the three scattered light sensors 28 are not arranged within a straight line connecting them in order to be able to clearly detect a direction from which scattered light with a particularly high intensity falls on the inner walls of the housing 16. The use of three scattered light sensors 28 is not limited to that the housing 16 of the laser processing head 14 is cylindrical, it is also conceivable to arrange the scattered light sensors within a box-shaped housing 16 in the manner described above.

[0042] In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung von Streulichtsensoren 28 gezeigt, wobei das Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 in Draufsicht quadratisch gezeigt ist. In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung werden vier Streulichtsensoren 28 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 16 angebracht, wodurch die Streulichtsensoren 28 in dem vorliegenden Fall an Kanten eines Quadrats angeordnet sind. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Streulichtsensoren 28 an Kanten eines Rechtecks anzuordnen. Wie bei der Anordnung der Streulichtsensoren 28 in Fig. 2 liegen die Streulichtsensoren 28 in Fig. 3 wieder vorteilhafterweise auf gleicher Höhe in Richtung des Laserstrahls innerhalb des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 14. Die Sensorflächen der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Streulichtsensoren 28 liegen jeweils an einer dem Gehäuseinneren des Gehäuses 16 zugewandten Seite des Streulichtsensors 28. In Fig. 3, another embodiment of an array of scattered light sensors 28 is shown, wherein the housing 16 of the laser processing head 14 is shown in plan view in square. In the arrangement shown in Fig. 3, four stray light sensors 28 are mounted on opposite sides of the housing 16, whereby the scattered light sensors 28 are arranged in the present case at edges of a square. However, it is also conceivable to arrange the scattered light sensors 28 on edges of a rectangle. As in the case of the arrangement of the scattered light sensors 28 in FIG. 2, the scattered light sensors 28 in FIG. 3 advantageously again lie at the same height in the direction of the laser beam within the housing 16 of the laser processing head 14. The sensor surfaces of the scattered light sensors 28 shown in FIG. 2 and FIG each lie on a side of the scattered light sensor 28 facing the housing interior of the housing 16.

[0043] In den Fig. 4A und 4B sind schematische Schnittansichten des Systems 10 zum Justieren einer Fokuslage des Laserstrahls 12 gezeigt, wobei hinsichtlich des Laserbearbeitungskopfes 14 lediglich die Schneiddüse 20 gezeigt ist. Shown in FIGS. 4A and 4B are schematic sectional views of the system 10 for adjusting a focus position of the laser beam 12, with respect to the laser processing head 14, only the cutting nozzle 20 is shown.

[0044] Die Strahlfalle 24 weist ein Gehäuse 42 mit der Gehäuseöffnung 36 auf, wobei in einem seitlichen Bereich im Inneren des Gehäuses 42 der Strahlfalle 24 der Strahlfallensensor 38 angeordnet ist. Die Strahlfalle 24 kann als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei das Innere des Gehäuses 42 so beschaffen ist, dass ein in das Gehäuse eintretender Laserstrahl nicht mehr von den Innenwänden des Gehäuses 42 reflektiert wird, sodass das eintretende Licht nicht mehr durch die Gehäuseöffnung 36 nach aussen treten kann. Bei der Ausgestaltung der Strahlfalle 24 können übliche Techniken zur Verwirklichung einer Strahlfalle eingesetzt werden. Die Strahlfalle 24 weist weiter an ihrer dem Laserbearbeitungskopf 14 und der Schneiddüse 20 zugewandten Seite ein Düsengegenstück 44 auf, welches eine einer Stirnfläche 46 der Schneiddüse 20 gegenüberliegende Oberfläche 48 besitzt. Das Düsengegenstück 44 kann einstückig mit dem Gehäuse 42 der Strahlfalle 24 ausgebildet sein, es ist jedoch auch vorstellbar, das Düsengegenstück 40 gesondert an dem Gehäuse 42 der Strahlfalle 24 anzubringen. Die Gehäuseöffnung 36 kann innerhalb des Düsengegenstücks 44 an der Oberfläche 48 nochmals verjüngt sein, also im Falle einer Bohrung einen geringeren Durchmesser aufweisen. The jet trap 24 has a housing 42 with the housing opening 36, wherein in a lateral region in the interior of the housing 42 of the jet trap 24, the jet trap sensor 38 is arranged. The beam trap 24 may be formed as a hollow body, wherein the interior of the housing 42 is such that a laser beam entering the housing is no longer reflected by the inner walls of the housing 42, so that the incoming light no longer pass through the housing opening 36 to the outside can. In the design of the beam trap 24, conventional techniques for realizing a beam trap can be used. The jet trap 24 further has, on its side facing the laser processing head 14 and the cutting nozzle 20, a nozzle counterpart 44 which has a surface 48 opposite an end face 46 of the cutting nozzle 20. The nozzle counterpart 44 may be formed integrally with the housing 42 of the jet trap 24, but it is also conceivable to attach the nozzle counterpart 40 separately to the housing 42 of the jet trap 24. The housing opening 36 may be tapered again on the surface 48 within the nozzle counterpart 44, that is to say have a smaller diameter in the case of a bore.

[0045] Das Düsengegenstück 44 ist dazu vorgesehen, in besonders einfacher Weise die Düse 20 mit ihrer Öffnung 22 auf die Gehäuseöffnung 36 der Strahlfalle 24 zentral auszurichten, wie im Folgenden beschrieben werden soll. Die Ausrichtung der Düse 20 auf die Strahlfalle 24 erfolgt erfindungsgemäss mittels einer kapazitiven Kopplung zwischen Düse 20 und Düsengegenstück 44, wobei sowohl die Düse 20 als auch das Düsengegenstück 44 aus einem leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, hergestellt sein müssen. Durch Messung der durch das Düsengegenstück 44 (gegebenenfalls in Verbindung mit dem Gehäuse 42 der Strahlfalle 24) und die Düse 20 gebildeten Kapazität kann bei einem gleichbleibenden Abstand zwischen Stirnfläche 46 der Düse 20 und der Oberfläche 48 des Düsengegenstücks 44 eine Ausrichtung der Düse 20 auf das Düsengegenstück 44 mittels einer Ausrichteinheit (nicht gezeigt) dadurch erreicht werden, dass die Form des Düsengegenstücks 44 auf die Form der Stirnfläche 46 der Düse 20 angepasst ist, wodurch bei einer optimalen Ausrichtung die Kapazität maximal wird. The nozzle counterpart 44 is provided to align the nozzle 20 with its opening 22 centrally on the housing opening 36 of the beam trap 24 in a particularly simple manner, as will be described below. The alignment of the nozzle 20 on the jet trap 24 according to the invention by means of a capacitive coupling between the nozzle 20 and nozzle counterpart 44, wherein both the nozzle 20 and the nozzle counterpart 44 must be made of a conductive material, preferably a metal. By measuring the capacitance formed by the nozzle counterpart 44 (optionally in conjunction with the housing 42 of the jet trap 24) and the nozzle 20 at a constant distance between the end face 46 of the nozzle 20 and the surface 48 of the nozzle counterpart 44, an alignment of the nozzle 20 on the Nozzle counterpart 44 by means of an alignment unit (not shown) can be achieved in that the shape of the nozzle counterpart 44 is adapted to the shape of the end face 46 of the nozzle 20, whereby the maximum capacity is at an optimal orientation.

[0046] Im einfachsten Fall weisen die Oberfläche 48 des Düsengegenstücks 44 und die Stirnfläche 46 der Düse 20 eine Kreisform mit gleichem Durchmesser auf (in Fig. 4A und 4B sind die entsprechenden Durchmesser unterschiedlich gezeigt, Oberflächen mit gleichem Durchmesser sind jedoch bevorzugt), wodurch bei einer exakten Ausrichtung auf Grund des optimalen Überlapps der Flächen 48 und 46 die Kapazität im ausgerichteten Fall am höchsten ist. Der Abstand zwischen der Stirnfläche 46 der Düse 20 und der Oberfläche 48 des Düsengegenstücks 44 ist bevorzugterweise 1 mm. Die der Schneiddüse 20 gegenüberliegende Oberfläche 48 des Düsengegenstücks 44 ist also so auf die Stirnfläche 46 der Düsenelektrode der Düse 20 angepasst, dass das kapazitive Abstandssignal so ausgewertet werden kann, dass die Schneiddüse 20 zentrisch über dem Düsengegenstück 44 mit der Gehäuseöffnung 36 ausgerichtet werden kann. In the simplest case, the surface 48 of the nozzle counterpart 44 and the end face 46 of the nozzle 20 have a circular shape of the same diameter (in Figs. 4A and 4B, the respective diameters are shown differently, but surfaces of the same diameter are preferred) in an exact alignment, due to the optimum overlap of the surfaces 48 and 46, the capacitance is highest in the aligned case. The distance between the end face 46 of the nozzle 20 and the surface 48 of the nozzle counterpart 44 is preferably 1 mm. The cutting nozzle 20 opposite surface 48 of the nozzle counterpart 44 is thus adapted to the end face 46 of the nozzle electrode of the nozzle 20 that the capacitive distance signal can be evaluated so that the cutting nozzle 20 can be aligned centrally above the nozzle counterpart 44 with the housing opening 36.

[0047] Im Folgenden soll die Funktion des Systems 10 zum Justieren eine Fokuslage des Laserstrahls 12, insbesondere der Fokuslagenjustiereinheit 32 sowie erfindungsgemässe Verfahren zum Justieren der Fokuslage des Laserstrahls 12 anhand der Fig. 4A bis 7 beschrieben werden. In the following, the function of the system 10 for adjusting a focus position of the laser beam 12, in particular the Fokuslagenjustiereinheit 32 and inventive method for adjusting the focus position of the laser beam 12 with reference to FIGS. 4A to 7 will be described.

[0048] Wie in Fig. 4A gezeigt, wird nach einem Ausrichten der Gehäuseöffnung 36 des Düsengegenstücks 44 der Strahlfalle 24 auf die Öffnung 22 der Düse 20 ein Laserstrahl 12 eingeschaltet. In dem in Fig. 4A gezeigten Fall trifft der Laserstrahl 12 auf eine Innenwand des Durchgangs durch die Düse 20 und wird in Richtung des Gehäuses 16 zurückgestreut oder zurückreflektiert, wie beispielsweise in Fig. 1 durch den gestrichelten Pfeil A angedeutet ist. In dem in Fig. 4A gezeigten Fall ist das Streulichtintensitätssignal des Streulichtsensors 28 (bei der Verwendung von mehreren Streulichtsensoren 28 das gemittelte Streulichtintensitätssignal) gross und das Intensitätssignal des Strahlenfallensensors 38 klein. As shown in Fig. 4A, after aligning the housing opening 36 of the nozzle counterpart 44 of the beam trap 24 to the opening 22 of the nozzle 20, a laser beam 12 is turned on. In the case shown in Fig. 4A, the laser beam 12 impinges on an inner wall of the passage through the nozzle 20 and is reflected back or reflected in the direction of the housing 16, as indicated for example in Fig. 1 by the dashed arrow A. In the case shown in FIG. 4A, the scattered light intensity signal of the scattered light sensor 28 (when using a plurality of scattered light sensors 28, the average scattered light intensity signal) is large and the intensity signal of the beamfall sensor 38 is small.

[0049] Erfindungsgemäss wird die Fokussieroptik 18 durch das Stellglied 26 mittels der Fokuslagejustiereinheit 32 so lange verstellt, bis der Laserstrahl 12 durch die Öffnung 22 der Schneiddüse 22 hindurchtritt, wodurch das Streulichtintensitätssignal des zumindest einen Streulichtsensors 28 klein und das Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 gross ist. Danach wird, wie in Fig. 4B gezeigt, die Fokuslage des Laserstrahls 12 in Strahlrichtung oder z-Richtung so lange verstellt, bis das Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 maximal wird, wodurch die Fokus läge des Laserstrahls 12 für den Fall, dass der Durchtrittsdurchmesser der Gehäuseöffnung 36 in die Strahlfalle 24 gleich dem Durchmesser des Laserstrahls 12 im Fokus ist, so eingestellt werden kann, dass diese auf Höhe der Oberfläche 48 des Düsengegenstücks 44 angeordnet ist. Somit kann also sowohl eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls 12 innerhalb der Öffnung 22 der Düse 20 als auch ein vorbestimmter Abstand des Fokus des Laserstrahls 12 von der Stirnfläche 46 der Düse 20 erreicht werden. According to the invention the focusing optics 18 is adjusted by the actuator 26 by means of Fokuslagejustiereinheit 32 until the laser beam 12 passes through the opening 22 of the cutting nozzle 22, whereby the scattered light intensity signal of the at least one scattered light sensor 28 is small and the intensity signal of the beamfall sensor 38 is large , Thereafter, as shown in Fig. 4B, the focus position of the laser beam 12 in the beam direction or z-direction adjusted until the intensity signal of the beamfall sensor 38 is maximum, whereby the focus would be the laser beam 12 in the event that the passage diameter of the housing opening 36 in the beam trap 24 is equal to the diameter of the laser beam 12 in focus, can be adjusted so that it is arranged at the level of the surface 48 of the nozzle counterpart 44. Thus, both a centric alignment of the laser beam 12 within the opening 22 of the nozzle 20 and a predetermined distance of the focus of the laser beam 12 from the end face 46 of the nozzle 20 can be achieved.

[0050] In dem oben beschriebenen Verfahren wird für einen Justagevorgang die Intensität des in das Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 zurückgeworfenen Streulichts unabhängig von einer Streurichtung mittels eines einzigen Streulichtsensors 28 oder mittels mehrerer Streulichtsensoren 28 gemessen, wobei bei der Messung mittels mehrerer Streulichtsensoren 28 die gemessenen Streulichtintensitäten gemittelt werden. In the method described above, the intensity of the scattered light in the housing 16 of the laser processing head 14 scattered light is measured independently of a scattering direction by means of a single scattered light sensor 28 or by means of multiple scattered light sensors 28, wherein when measured by means of multiple scattered light sensors 28, the measured Scattered light intensities are averaged.

[0051] Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Justieren des Laserstrahls 12 innerhalb der Düsenöffnung 22 der Düse 20 mittels lediglich einer Streulichtintensität wird in den Fig. 5 und 6 dargestellt. An inventive method for adjusting the laser beam 12 within the nozzle opening 22 of the nozzle 20 by means of only a scattered light intensity is shown in Figs. 5 and 6.

[0052] In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Fokuslagenjustageeinheit 32, welche Streulichtintensitätssignale zumindest eines Streulichtsensors 28 über Signalleitungen 38 empfängt, dargestellt. Die Fokuslagenjustageeinheit 32 mittelt im Falle von mehreren Streulichtsensoren 28 das empfangene Signal und steuert über die Steuerleitung 34 das Stellglied 26, welches die Fokussieroptik 18 in x-/y-Richtung verstellt. In dem in Fig. 5 gezeigten Blockschaltbild empfängt die Fokuslagenjustageeinheit 32 weiter das Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 über die Strahlfallensignalleitung 40, wobei dieses Signal für den Justagevorgang, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, hilfreich (durch gleichzeitigen Vergleich von Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 und des Streulichtsensors 28), jedoch nicht wesentlich ist. FIG. 5 shows a block diagram of the focus position adjustment unit 32, which receives scattered light intensity signals of at least one scattered light sensor 28 via signal lines 38. The focus position adjustment unit 32 averages in the case of multiple scattered light sensors 28, the received signal and controls the control line 34, the actuator 26, which adjusts the focusing optics 18 in the x- / y-direction. In the block diagram shown in Fig. 5, the focus position adjustment unit 32 further receives the intensity signal of the beamfall sensor 38 via the beamfall signal line 40, which signal is useful for the adjustment process as shown in Fig. 6 (by simultaneously comparing the intensity signal of the beamfall sensor 38 and the scattered light sensor 28), but not essential.

[0053] In dem in Fig. 6 gezeigten Justageverfahren wird der Laserstrahl 12 (angedeutet durch den gestrichelten Kreis) in einer ersten Richtung entlang eines ersten Weges B hin- und zurückgefahren, wobei das Streulichtintensitätssignal des Streulichtsensors 28 von der Fokuslagenjustageeinheit 32 aufgezeichnet wird. Nach dem Abfahren des ersten Weges B wird der Punkt C auf der aufgezeichneten Wegstrecke des ersten Weges B ermittelt, bei dem die Streulichtintensität minimal ist. 6, the laser beam 12 (indicated by the dashed circle) is moved back and forth along a first path B in a first direction, wherein the scattered light intensity signal of the scattered light sensor 28 is recorded by the focus position adjusting unit 32. After the first path B has been traveled, the point C is determined on the recorded path of the first path B at which the scattered light intensity is minimal.

[0054] Nach der Bestimmung des Punktes C mit minimaler Streulichtintensität wird dieser Punkt C durch Verstellen der Fokussieroptik 18 angefahren und die Fokussieroptik 18 in einer zweiten Richtung entlang eines zweiten Weges D hin- und zurückgefahren, wobei während dem Verfahren wieder die Streulichtintensität innerhalb des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 14 aufgezeichnet wird. Nach dem Abfahren des zweiten Weges D wird ein Punkt E ermittelt, bei welchem die von dem Streulichtsensor 28 gemessene Streulichtintensität minimal ist, und dieser Punkt E auf der aufgezeichneten Wegstrecke des zweiten Weges D wird durch Verstellen der Fokussieroptik 18 angefahren. Dieses Justierverfahren kann mehrmals wiederholt werden, bis die Streulichtintensität ein absolutes Minimum erreicht hat. Die erste Richtung der ersten Wegstrecke B und die zweite Richtung der zweiten Wegstrecke D liegen vorzugsweise in der x-/y-Richtung senkrecht zur Strahlachse des Laserstrahls 12 und senkrecht aufeinander. Es ist jedoch auch möglich, statt dem Abfahren eines geraden Weges, wie er durch den Weg B angedeutet ist, den Laserstrahl 12 entlang eines beliebigen vorbestimmten Weges zu führen, welcher nicht geradlinig ist, sondern beispielsweise eine kreisförmige Bahn oder eine Spiralbahn beschreibt. Darüber hinaus kann auch statt eines iterativen Justiervorgangs der Laserstrahl zeilenartig über die Düse 20 geführt werden und während des Abtastvorgangs mittels des Laserstrahls 12 die Streulichtintensität aufgezeichnet werden, wodurch nach dem Abtastvorgang ohne einen iterativen Vorgang der Punkt mit der geringsten Streulichtintensität sofort ermittelt werden kann. After the determination of the point C with minimal scattered light intensity of this point C is approached by adjusting the focusing optics 18 and the focusing optics 18 in a second direction along a second path D and moved back, during the process again the scattered light intensity within the housing 16 of the laser processing head 14 is recorded. After the second path D has been traveled, a point E is determined at which the scattered light intensity measured by the scattered light sensor 28 is minimal, and this point E on the recorded travel of the second path D is approached by adjusting the focusing optics 18. This adjustment procedure can be repeated several times until the scattered light intensity has reached an absolute minimum. The first direction of the first path B and the second direction of the second path D are preferably in the x- / y-direction perpendicular to the beam axis of the laser beam 12 and perpendicular to each other. However, it is also possible, instead of traversing a straight path as indicated by path B, to guide the laser beam 12 along any predetermined path which is not straight but describes, for example, a circular path or a spiral path. Moreover, instead of an iterative adjustment operation, the laser beam can be guided line by line over the nozzle 20 and the scattered light intensity can be recorded during the scanning process by means of the laser beam 12, whereby the point with the lowest scattered light intensity can be determined immediately after the scanning process without an iterative process.

[0055] In einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Systems 10 zum Justieren eines Laserstrahls 12 mittels einer Fokuslagenjustageeinheit 32 erfolgt die Justierung des Laserstrahls 12 durch eine Auswertung der Streulichtintensitätssignale von zumindest 3 Streulichtsensoren 28 (das in Fig. 7 gezeigte Justierverfahren ist anwendbar auf die in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Anordnungen von Streulichtsensoren 28). Durch die voneinander unabhängige Auswertung der Streulichtintensitätssignale der vier Streulichtsensoren 28 ist es möglich, aufgrund einer Bestimmung der Richtung des Streulichts den Laserstrahl 12 schrittweise in den Bereich der Öffnung 22 der Düse 20 zu führen. In a further embodiment of a system 10 for adjusting a laser beam 12 by means of a Fokuslagenjustageeinheit 32, the adjustment of the laser beam 12 by an evaluation of the scattered light intensity signals of at least 3 scattered light sensors 28 (the adjustment method shown in Fig. 7 is applicable to the in Fig. 2 and 3 show arrangements of scattered light sensors 28). Due to the independent evaluation of the scattered light intensity signals of the four scattered light sensors 28, it is possible, due to a determination of the direction of the scattered light, to guide the laser beam 12 stepwise into the region of the opening 22 of the nozzle 20.

[0056] Die Fokuslagenjustageeinheit 32 wertet hierfür die Streulichtintensitätssignale, welche von den Streulichtsensoren 28 über die Signalleitungen 30 übertragen werden (Fig. 5 ), in vorbestimmten Zeitabständen aus und ermittelt durch Gewichtung der unterschiedlichen Lagen der Streulichtsensoren 28 mit ihren entsprechenden Streulichtintensitäten einen Streulichtintensitätsgradienten, welcher aus Sicht der Streulichtsensoren 28 eine Vorzugsrichtung des von dem Düsenelement gestreuten oder reflektierten Streulichts darstellt. Die Vorzugsrichtung des Streulichts kann, wie in Fig. 4A gezeigt, auf eine einer Innenwandung der Düse 20, auf die der Laserstrahl 12 trifft, gegenüberliegende Seite des Gehäuses 16 zeigen, es ist jedoch auch möglich, dass nach einer Reflexion an der Gehäusewand die Vorzugsrichtung des Streulichts entsprechend umgekehrt wird, wie in Fig. 1 dargestellt. Der exakte Zusammenhang zwischen Vorzugsrichtung des Streulichts, welches von dem Düsenelement 20 oder Teilen des Gehäuses 16 bei Auftreffen des Laserstrahls 12 erzeugt wird, und den entsprechenden Auftreffpunkten des Laserstrahls 12 kann jedoch bei unterschiedlich ausgebildeten Laserbearbeitungsköpfen 14 unterschiedlich sein. In diesem Fall kann die Fokuslagenjustageeinheit 32 spezielle Mittel zum Auswerten der Vielzahl von Streulichtintensitätssignalen der Vielzahl von Streulichtsensoren 28 aufweisen, um aufgrund des Streulichtintensitätsprofils der unterschiedlichen Streulichtsensoren 28 die Vorzugsrichtung des Streulichts dahingehend auszuwerten, in welche Richtung der Laserstrahl 12 in einem Verstellschritt verstellt werden muss, um den Laserstrahl 12 in Richtung der Öffnung 22 der Düse 20 zu bewegen. For this purpose, the focus position adjustment unit 32 evaluates the scattered light intensity signals which are transmitted by the scattered light sensors 28 via the signal lines 30 (FIG. 5) at predetermined time intervals and determines a scattered light intensity gradient by weighting the different positions of the scattered light sensors 28 with their corresponding scattered light intensities From the perspective of the scattered light sensors 28 represents a preferred direction of scattered by the nozzle element or reflected scattered light. The preferred direction of the scattered light can, as shown in Fig. 4A, on one of an inner wall of the nozzle 20, which is incident on the laser beam 12, opposite side of the housing 16, but it is also possible that after reflection on the housing wall, the preferred direction the scattered light is reversed accordingly, as shown in Fig. 1. However, the exact relationship between the preferred direction of the scattered light, which is generated by the nozzle member 20 or parts of the housing 16 upon impact of the laser beam 12, and the corresponding points of incidence of the laser beam 12 may be different for differently designed laser processing heads 14. In this case, the focus position adjusting unit 32 may have special means for evaluating the plurality of scattered light intensity signals of the plurality of scattered light sensors 28 to evaluate the preferential direction of the scattered light based on the scattered light intensity profile of the different scattered light sensors 28, in which direction the laser beam 12 must be displaced in an adjustment step. to move the laser beam 12 toward the opening 22 of the nozzle 20.

[0057] Als Beispiel für einen Justiervorgang soll die in Fig. 7 gezeigte Konstellation der Streulichtsensoren verwendet werden, wobei ein rechteckförmiges Gehäuse 16, wie es in Fig. 1 angedeutet ist, mit der in Fig. 1 gezeigten entsprechenden Reflexion angenommen werden soll. In diesem Falle werden in vorbestimmten Zeitabständen die Streulichtintensitätssignale der vier Streulichtsensoren 28 ausgewertet und der Streulichtsensor 28 ermittelt, welcher die geringste Streulichtintensität misst. In einem darauf folgenden Verstellvorgang wird die Fokussieroptik 18 so verstellt, dass der Laserstrahl 12 in Richtung des Streulichtsensors mit der niedrigsten ermittelten Streulichtintensität bewegt wird. Nach dem Verstellen der Fokussieroptik 18 zum Bewegen des Laserstrahls 12 um eine vorbestimmte Weglänge in Richtung des bestimmten Streulichtsensors 28 werden erneut die Streulichtintensitätssignale der vier Streulichtsensoren 28 ausgewertet und wiederum der Streulichtsensor 28 mit der geringsten Streulichtintensität ermittelt. Durch das iterative Auswerten der Streulichtintensitätssignale der Streulichtsensoren 28 und das schrittweise Verstellen des Laserstrahls 12 in Richtung der Streulichtsensoren 28 mit der geringsten gemessenen Streulichtintensität kann der Laserstrahl 12 schrittweise in den Bereich innerhalb der Öffnung 22 der Düse 20 bewegt werden. In dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel ist es jedoch auch möglich, aufgrund des ermittelten Streulichtintensitätsgradienten den Laserstrahl 12 in Richtung des abnehmenden Gradienten zu bewegen, wodurch der Justiervorgang noch weiter zeitlich verkürzt wird. As an example of an adjustment, the constellation of the scattered light sensors shown in Fig. 7 is to be used, wherein a rectangular housing 16, as indicated in Fig. 1, to be assumed with the corresponding reflection shown in Fig. 1. In this case, the scattered light intensity signals of the four scattered light sensors 28 are evaluated at predetermined time intervals and the scattered light sensor 28 is determined, which measures the lowest scattered light intensity. In a subsequent adjustment process, the focusing optics 18 is adjusted so that the laser beam 12 is moved in the direction of the scattered light sensor with the lowest detected scattered light intensity. After adjusting the focusing optics 18 for moving the laser beam 12 by a predetermined path length in the direction of the specific scattered light sensor 28, the scattered light intensity signals of the four scattered light sensors 28 are evaluated again and again the scattered light sensor 28 is determined with the lowest scattered light intensity. By the iterative evaluation of the scattered light intensity signals of the scattered light sensors 28 and the stepwise adjustment of the laser beam 12 in the direction of the scattered light sensors 28 with the lowest measured scattered light intensity, the laser beam 12 can be moved stepwise into the area within the opening 22 of the nozzle 20. In the example shown in FIG. 7, however, it is also possible to move the laser beam 12 in the direction of the decreasing gradient on the basis of the determined scattered light intensity gradient, as a result of which the adjustment process is shortened even further in terms of time.

[0058] Nach der Justierung des Laserstrahls 12 in x-/y-Richtung erfolgt unter Zuhilfenahme des Intensitätssignals des Strahlfallensensors 38, welches über die Leitung 40 in die Fokuslagenjustageeinheit 32 eingelesen wird, eine weitere Anpassung der Fokuslage in z-Richtung, um somit den optimalen Abstand des Fokus des Laserstrahls 12 von der Düsenöffnung 22 einzustellen. Das Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 kann jedoch auch dazu genutzt werden, zusätzlich zu den von den Streulichtsensoren 28 eingelesenen Streulichtintensitätssignalen bei der Justage des Laserstrahls 12 in x-/y-Richtung beizutragen, wobei die Fokuslagenjustageeinheit 32 die Lage des Laserstrahls 12 dahingehend optimiert, dass das Intensitätssignal des Strahlfallensensors 38 maximal wird. After the adjustment of the laser beam 12 in the x- / y-direction takes place with the aid of the intensity signal of the beam trap sensor 38, which is read via the line 40 in the Fokuslagenjustageeinheit 32, a further adjustment of the focus position in the z-direction, thus the to set the optimum distance of the focus of the laser beam 12 from the nozzle opening 22. However, the intensity signal of the beamfall sensor 38 may also be used to contribute to the adjustment of the laser beam 12 in the x / y direction in addition to the scattered light intensity signals read by the scattered light sensors 28, the focus position adjusting unit 32 optimizing the position of the laser beam 12 such that the Intensity signal of the beamfall sensor 38 is maximum.

[0059] Durch den erfindungsgemässen Laserbearbeitungskopf 14, das erfindungsgemässe System 10 sowie das Verfahren zum Justieren einer Fokuslage eines Laserstrahls 12 kann in einfacher und genauer Weise die Fokuslage des Laserstrahls 12 so justiert werden, dass der fokussierte Laserstrahl 12 zentral durch eine Öffnung 22 der Düse 20 hindurch verläuft und die Fokuslage des Laserstrahls 12 in Strahlrichtung einen vorbestimmten Abstand zu der Öffnung 22 der Düse 20 aufweist. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird durch Vergleich von optischen Signalen im Schneidkopf 14 und in einer Strahlfalle 24 die Fokuslage eines Laserstrahls optimiert, wobei lediglich die Fokussieroptik 18 verstellt wird, ansonsten sind keinerlei mechanische Vorgänge vonnöten. Somit kann also bei einer ruhenden Mechanik die Fokuslage des Laserstrahls optimiert werden. Für die Optimierung der Fokuslage in z-Richtung ist es hierbei von Vorteil, wenn die Eintrittsapertur 36 der Strahlfalle 24 an den Laserstrahlfokusdurchmesser angepasst ist. By the inventive laser processing head 14, the inventive system 10 and the method for adjusting a focus position of a laser beam 12, the focus position of the laser beam 12 can be adjusted in a simple and accurate manner so that the focused laser beam 12 centrally through an opening 22 of the nozzle 20 and the focal position of the laser beam 12 in the beam direction has a predetermined distance from the opening 22 of the nozzle 20. In the method according to the invention, by comparing optical signals in the cutting head 14 and in a beam trap 24, the focus position of a laser beam is optimized, with only the focusing optics 18 being adjusted, otherwise no mechanical processes are required. Thus, therefore, the focus position of the laser beam can be optimized in a dormant mechanics. For the optimization of the focal position in the z-direction, it is advantageous if the entry aperture 36 of the beam trap 24 is adapted to the laser beam focus diameter.

Claims

1. Laser processing head (14) for machining a workpiece by means of a laser beam (12) with: - A housing (16) through which a laser beam (12) can be passed and which has a focusing optics (18) for focusing the laser beam (12) through a nozzle (20) through the workpiece to be machined, - An actuator (26) which is connected to the focusing optics (18) to adjust the focusing optics (18) in the beam direction and in a direction perpendicular to the laser beam (12) plane, At least one scattered light sensor (28) mounted in the housing (16) to detect stray light generated by scattering or reflection of the laser beam (12) within the housing (16) or the nozzle (20), and A focus position adjusting unit (32) connected to the at least one scattered light sensor (28) for receiving a scattered light intensity signal, the focus position adjusting unit (32) adapted to control the focusing lens actuator (26) so as to the scattered light intensity received by the at least one scattered light sensor (28) becomes minimal.

2. Laser processing head according to claim 1, characterized in that the Fokuslagenjustageeinheit (32) is adapted to control during an adjustment process of the laser beam (12), the actuator (26) so that the focusing optics (18) passes through a predetermined path, while the Scattered light intensity signal of the at least one scattered light sensor (28) is recorded, and further adapted to determine the point on the predetermined path of the focusing optics (18), wherein the average scattered light intensity is minimal in order for an adjustment of the laser beam (12) this determined To approach the point.

3. Laser processing head according to claim 1, characterized in that the focus position adjusting unit (32) is adapted to control the actuator (26) so that the focusing optics (18) in the plane perpendicular to the laser beam (12) in a first direction along a the first path (B) is reciprocated while the averaged scattered light intensity signal of the at least one scattered light sensor (28) is recorded, and the focus position adjusting unit (32) is further configured to make the point (C) of the recorded first travel distance (B) minimal to determine averaged scattered light intensity, to approach this point (C) and to reciprocate the focusing optics (18) in a second direction along a second path (D) which is in the plane perpendicular to the laser beam (12) and the first point (C ) of the first path (B) in order to determine a second point (E) of the second path (D) with a minimum averaged scattered light intensity to approach this second point (E).

4. Laser processing head according to claim 3, characterized in that the first direction is perpendicular to the second direction.

5. Laser processing head according to claim 1, characterized in that it comprises at least two further scattered light sensors (28) and the at least three scattered light sensors (28) are optical sensors which are arranged in the beam direction within the housing (16) at the same height and circumferentially equally spaced ,

A laser processing head according to claim 5, characterized in that the focus position adjusting unit (32) is adapted to independently evaluate the scattered light intensity signals of the at least three scattered light sensors (28) at predetermined time intervals to detect a scattered light intensity gradient and further adapted to the actuator (26) so that the focusing optics (18) is moved in the direction of the decreasing scattered light intensity gradient.

7. The laser processing head according to claim 6, characterized in that the focus position adjusting unit (32) is adapted to independently evaluate the scattered light intensity signals of the at least three scattered light sensors (28) to determine the scattered light sensor (28) with the lowest scattered light intensity, and further formed thereto is to control the actuator (26) so that the focusing optics (28) is moved in the direction of the scattered light sensor (28) with the lowest scattered light intensity.

8. Laser processing head according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing optics (18) is a focusing lens.

9. Laser processing head according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one scattered light sensor (28) is a photodiode or a CCD array.

10. System for adjusting a focal position of a laser beam (12) with - A laser processing head (14) according to any one of the preceding claims and - A beam trap (24) with - A housing (42) having a housing opening (36) into which the focused laser beam (12) can penetrate during an adjustment process, wherein the dimension of the housing opening (36) is adapted to the diameter of the laser beam (12) in focus, and An optical beam fall sensor (38) which measures the intensity of the focused laser beam (12) penetrating the beam trap (24), wherein the focal position adjustment unit (32) of the laser processing head (14) is adapted to receive the intensity signal of the beamfall sensor (38) and to control the focusing optics (18) dependent on the intensity signal of the beamfall sensor (38) so that the intensity of the beamfall sensor ( 38) becomes maximum.

11. System according to claim 10, characterized in that the diameter of the housing opening (36) is equal to the diameter of the laser beam (12) in focus.

12. System according to claim 10 or 11, characterized in that the jet trap (24) has a nozzle counterpart (44) which has a surface (48) with a shape which corresponds to the shape of the end face (46) of the nozzle (20) , wherein the opening of the nozzle (20) and the housing opening (36) in the nozzle counterpart (44) are opposed.

13. A system according to claim 12, characterized in that the surface of the nozzle counterpart (44) and the end face (46) of the nozzle (20) are circular with the same diameter, with the centers of the nozzle opening (22) and the housing opening (36). are opposite.

14. System according to claim 12 or 13, characterized in that the laser processing head (14) comprises an alignment unit which is adapted, by means of a capacitive coupling of the nozzle (20) and the nozzle counterpart (44) an aligned state between the nozzle (20). and nozzle counterpart (44) to determine.

15. System according to claim 14, characterized in that the distance of the surface (48) of the nozzle counterpart (44) of the jet trap (24) from the end face (46) of the nozzle (20) is 1 mm.

16. System according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the jet trap sensor (38) is a photodiode.

17. A method for adjusting a focal position of a laser beam (12), comprising the following steps: Switching on a laser beam (12) which passes through a housing (16) of a laser processing head (14) and measuring the lens light intensity, which is reflected back into the housing (16) of the laser processing head (14) to determine whether the laser beam ( 12) meets parts of the housing (16) or a nozzle (20) of the laser processing head (14), and - Adjusting a focusing optics (18) through which the laser beam (12) through the nozzle (26) is focused until the scattered light intensity is minimal.

18. The method according to claim 17, characterized in that the nozzle (20) of the laser processing head (14) via a jet trap (24) is positioned such that an opening (22) of the nozzle (20) and a housing opening (36) of Centrally opposite jet trap (24), and wherein the focusing optics (18) is adjusted in the beam direction until the measured intensity of the through the housing opening (36) of the beam trap (24) passing focused laser beam (12) becomes maximum.

19. The method of claim 18, wherein the diameter of the housing opening (36) of the beam trap (24) corresponds to the diameter of the laser beam (12) in focus and the focus position to be set in the beam direction in the plane of the housing opening (36) of the beam trap (24) ,

20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the positioning of the nozzle (20) over the jet trap (24) by means of a measurement of the capacitance between the nozzle (20) and adapted in its shape to the nozzle (20) nozzle counterpart (44) takes place at the jet trap (24).