DE10007976C1 - Lens temperature measuring method for laser machining head uses temperature sensor incorporated in carrier for lens device and cooperating temperature signal reception device - Google Patents
Lens temperature measuring method for laser machining head uses temperature sensor incorporated in carrier for lens device and cooperating temperature signal reception deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Temperatur einer Linsenanordnung eines Laserbearbeitungskopfs gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 sowie auf einen Laserbearbeitungskopf zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 12.The invention relates to a method for measuring the temperature a lens arrangement of a laser processing head according to the Ober Concept of claim 1 and a laser processing head Implementation of the method according to the preamble of the patent Proverbs 12
Bei der Materialbearbeitung mittels eines Laserstrahls werden häufig Linsen aus ZnSe eingesetzt. Durch den Bearbeitungsprozeß sind die Linsen einem Verschleiß unterworfen, der zu einer Absorption der Laserstrahlung und somit zu einer thermischen Zerstörung der Linsen führen kann. Bei einer schlagartigen Zerstörung der Linsen werden giftige Stäube freigesetzt, was zu einer Gefährdung des Bedienpersonals und zu erheblichen Kosten für die Dekontamination der Anlage führt.When processing materials using a laser beam are common ZnSe lenses used. Through the editing process, the Lenses are subject to wear, leading to absorption of the Laser radiation and thus thermal destruction of the lenses can lead. If the lenses are suddenly destroyed, they become poisonous Dusts released, which endangers the operating personnel and too leads to considerable costs for the decontamination of the system.
Man war daher schon frühzeitig bestrebt, die Linsentemperatur zu erfas sen, um Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Die Messung der Linsentemperatur bei laufendem Betrieb der Anlage ist jedoch schwierig, da die Linsen innerhalb des Laserbearbeitungskopfs gefaßt sind und zum Justieren verdreht und verschoben werden müssen. Erschwerend kommt hinzu, daß die jeweiligen Linsen je nach verwendeter Brennweite an einer anderen Position im Laserbearbeitungskopf montiert werden müssen. Lösungen, welche eine Kabelverbindung zwischen Linsenfassung und Auswerteelektronik erfordern, sind deshalb für einen industriellen Einsatz nur wenig praktikabel.It was therefore attempted early on to record the lens temperature to take countermeasures. The measurement of Lens temperature while the system is running is difficult, since the lenses are mounted within the laser processing head and for Adjustment must be rotated and moved. To make matters worse add that the respective lenses depending on the focal length used at a other position in the laser processing head. Solutions that provide a cable connection between lens mount and Evaluation electronics are therefore essential for an industrial Not very practical to use.
Aus der DE 38 07 873 A1 sind bereits ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, wobei dort ebenfalls die Temperatur mit Hilfe eines Temperatursensors gemessen wird, der am Gehäuse angeordnet ist.DE 38 07 873 A1 already describes a generic method and a generic device known, where also the Temperature is measured with the help of a temperature sensor, which on Housing is arranged.
Aus "Elektronik Lexikon" Herausgeber: W. Baier, Stuttgart, Franck'sche Verlagshandlung, ISBN 3-440-05026-2, Seite 415 sind darüber hinaus bereits Möglichkeiten zur kontaktlosen Übertragung von Signalen bekannt.From "Electronics Lexicon" Editor: W. Baier, Stuttgart, Franck'sche Publishing house, ISBN 3-440-05026-2, page 415 are beyond opportunities for contactless transmission of signals known.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperaturmeßverfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es auch bei einer Linsenverstellung oder einem Linsenaustausch durchgeführt werden kann. Darüber hinaus soll ein entsprechend ausgebildeter Laserbearbeitungskopf zur Verfügung gestellt werden.The invention has for its object a temperature measurement method of the type mentioned in such a way that it is also in a Lens adjustment or a lens exchange can be carried out can. In addition, a suitably trained Laser processing head can be provided.
Die verfahrensseitige Lösung der gestellten Aufgabe findet sich im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Dagegen ist die vorrichtungssei tige Lösung der gestellten Aufgabe im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 12 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.The procedural solution of the task can be found in the kenn Drawing part of claim 1. In contrast, the device is term solution of the task in the characterizing part of the patent pronounced 12. Advantageous embodiments of the invention are can be found in the subordinate claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Temperatursensor am Träger gehalten und die gemessene Temperatur kontaktlos zu einer am Gehäuse angeordneten Empfangseinrichtung übertragen wird.The inventive method is characterized in that the Temperature sensor held on the carrier and the measured temperature contactless to a receiving device arranged on the housing is transmitted.
Träger und Gehäuse können somit frei relativ zueinander bewegt werden, ohne hieran durch elektrische Leitungen gehindert zu werden, welche an sonsten zwischen Träger und Gehäuse vorhanden sein müßten, um den Temperaturmeßwert vom Temperatursensor zur Empfangseinrichtung zu übertragen. Dadurch werden die Positionierung der Linsenanordnung bzw. des Trägers relativ zum Gehäuse und auch ein Austausch der Linsen anordnung selbst erheblich erleichtert, was zu einem wirtschaftlicheren Einsatz der gesamten Laserbearbeitungsanlage führt.Carrier and housing can thus be moved freely relative to one another, without being hindered by electrical lines which otherwise would have to be present between the carrier and the housing to the Temperature measured value from the temperature sensor to the receiving device transfer. This will position the lens assembly or the carrier relative to the housing and also an exchange of the lenses arrangement itself greatly facilitated, resulting in a more economical Use of the entire laser processing system leads.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die gemessene Temperatur auf induktivem Wege zwischen Träger und Gehäuse übertra gen, was eine einfache Implementierung ermöglicht. So kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Übertragung des Temperaturmeßwerts auf induktivem Wege zwischen einer Sekundärspule und einer vorzugs weise konzentrisch zu ihr liegenden Primärspule erfolgen, um die Übertragung des Temperaturmeßwerts möglichst verlustarm vornehmen zu können.According to an advantageous development of the invention, the measured Transmit temperature inductively between carrier and housing gene, which enables easy implementation. So after a Embodiment of the invention, the transmission of the temperature measurement on an inductive path between a secondary coil and a preferred one wise concentric to her lying primary coil to the Carry out the temperature measurement with as little loss as possible to be able to.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kommt ein Temperatursensor zum Einsatz, der ein Meßsignal mit temperaturabhängiger Frequenz er zeugt, so daß ein Sekundärstrom in der Sekundärspule im Takt dieser Fre quenz moduliert werden kann. Das Meßsignal auf Seiten der Primärspule läßt sich dann durch Demodulieren eines Primärstroms zurückgewinnen, um dann die Frequenz des Meßsignals zu bestimmen und daraus den Tem peraturmeßwert abzuleiten. Dieser läßt sich schließlich durch die Emp fangseinrichtung anzeigen und gewünschtenfalls auch zur Ermittlung ei nes Fehlersignals heranziehen.In a further embodiment of the invention there is a temperature sensor used, he a measurement signal with temperature-dependent frequency testifies so that a secondary current in the secondary coil in time with this Fre frequency can be modulated. The measurement signal on the primary coil side can then be recovered by demodulating a primary current to then determine the frequency of the measurement signal and from it the tem derive temperature reading. This can finally be done through the emp Show catching device and if necessary also to determine egg use the error signal.
Das Fehlersignal kann zum Beispiel dann generiert werden, wenn die ge messene Temperatur einen vorbestimmten ersten Schwellenwert über schritten hat, oder dann, wenn die gemessene Temperatur über eine vor bestimmte Gesamtdauer einen zweiten Schwellenwert überschritten hat, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.The error signal can be generated, for example, when the ge measured temperature above a predetermined first threshold or if the measured temperature is above one certain total duration has exceeded a second threshold, that is less than the first threshold.
Um die Temperaturmessung möglichst genau ausführen zu können, wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein Temperatursensor verwendet, der in unmittelbarem thermischen Kontakt mit der Linsenanordnung steht. Es kann aber auch ein solcher Temperatursensor zum Einsatz kom men, der in ein Teil eingebaut ist, welches in unmittelbarem thermischen Kontakt mit der Linsenanordnung steht. In jedem Fall muß für eine gute Wärmeleitung zwischen Linsenanordnung und Temperatursensor gesorgt sein.In order to be able to carry out the temperature measurement as precisely as possible, uses a temperature sensor according to an embodiment of the invention, which is in direct thermal contact with the lens assembly stands. However, such a temperature sensor can also be used men, which is built into a part that is in direct thermal Contact with the lens assembly is. In any case, must be good Heat conduction between the lens arrangement and the temperature sensor is ensured his.
Ein Laserbearbeitungskopf nach der Erfindung zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, der eine Linsenanordnung zur Fokussierung des Laserstrahls, einen Träger zur Aufnahme der Linsenanordnung, ein Gehäuse, in welchem der Träger verschiebbar gelagert ist, und einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Linsenanordnung aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Temperatursensor am Träger gehalten ist, am Träger eine Sekundärspule angeordnet ist, die mit dem Temperatursensor zusammenarbeitet, und am Gehäuse eine Primärspule angeordnet ist, die die Sekundärspule konzentrisch aufnimmt. A laser processing head according to the invention for processing a Workpiece by means of a laser beam which a lens arrangement for Focusing the laser beam, a carrier for receiving the Lens assembly, a housing in which the carrier is slidable is stored, and a temperature sensor for measuring the temperature of the Has lens arrangement, is characterized in that the Temperature sensor is held on the carrier, a secondary coil on the carrier is arranged, which cooperates with the temperature sensor, and on Housing is arranged a primary coil, which is the secondary coil concentrically.
Dabei können der Träger und das Gehäuse jeweils hülsenförmig ausgebildet sein und konzentrisch zueinander liegen, wobei sie auf ihnen jeweiligen Umfangsflächen die Sekundärspule bzw. Primär spule tragen. The carrier and the housing can each be sleeve-shaped and are concentric with each other, wherein the secondary coil or primary on their respective peripheral surfaces wear spool.
Die Hülsen bzw. Spulen können somit in Hülsenlängsrichtung relativ zu einander verschoben und in Umfangsrichtung der Hülsen relativ zueinan der verdreht werden, so daß eine einfache Justierung bzw. Positionierung der Linsenanordnung innerhalb des Laserbearbeitungskopfs möglich ist und auch eine Herausnahme der Sekundärspule aus der Primärspule zwecks Austauschs der Linsenanordnung, da diese Vorgänge jetzt durch keinerlei Leitungsverbindung mehr beeinträchtigt werden, die ansonsten zwischen Träger und Gehäuse vorhanden wären. Der Bedienkomfort des erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfs wird dadurch erheblich ver bessert.The sleeves or coils can thus be relative to in the longitudinal direction of the sleeve moved each other and relative to each other in the circumferential direction of the sleeves which are rotated so that easy adjustment or positioning the lens arrangement within the laser processing head is possible and also removing the secondary coil from the primary coil for the purpose of replacing the lens arrangement, since these operations are now complete no more line connection will be impaired, otherwise would exist between the carrier and the housing. The ease of use of the Laser processing head according to the invention is thereby considerably ver improves.
Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Träger eine Modulationsschaltung befestigt, die zur Modulation eines Sekundär stroms der Sekundärspule dient. Diese Modulationsschaltung ermöglicht die Übertragung des Temperaturmeßwerts als pulsweitenmodulierte Bela stung der Sekundärspule. Der erhöhte Strombedarf während einer aktiven Phase führt auch zu einem erhöhten Strombedarf an der Primärspule. Über einen Stromfühlerwiderstand läßt sich dann der wechselnde Anteil des Generatorstroms detektieren, und mit einer geeigneten Auswerteelek tronik kann somit die Temperatur der Linsenanordnung erfaßt bzw. zur Erzeugung von Fehlersignalen ausgewertet werden.According to yet another embodiment of the invention, there is a on the carrier Modulation circuit attached to modulate a secondary current of the secondary coil is used. This modulation circuit enables the transmission of the temperature measurement as pulse width modulated Bela secondary coil. The increased power requirement during an active Phase also leads to an increased power requirement on the primary coil. The changing portion can then be set via a current sensor resistor detect the generator current, and with a suitable evaluation elec electronics can thus detect the temperature of the lens arrangement or Generation of error signals can be evaluated.
Die Modulationsschaltung kann dabei der Einfachheit wegen eine Reihen schaltung aus einem Widerstand und einem Schalter aufweisen, um die Sekundärspule zu belasten, wobei der Schalter im Takte der Frequenz des Temperaturmeßsignals schaltbar ist. Vorzugsweise kann der Schalter ein Transistor sein, an dessen Basis das Temperaturmeßsignal angelegt wird.The modulation circuit can be a series for simplicity Have circuit from a resistor and a switch to the Load secondary coil, the switch in time with the frequency of the Temperature measurement signal is switchable. The switch can preferably be on Be transistor, at the base of which the temperature measurement signal is applied.
Zur Rückgewinnung der Frequenz des Temperaturmeßsignals durch De modulation des Primärstroms der Primärspule kann die Empfangseinrich tung eine entsprechend ausgebildete Demodulationsschaltung aufwei sen.To recover the frequency of the temperature measurement signal by De The receiving device can modulate the primary current of the primary coil device has a suitably trained demodulation circuit sen.
Schließlich kann die mit der Primärspule verbundene Empfangseinrichtung für das Temperaturmeßsignal auch am Gehäuse der Laserbearbei tungseinrichtung befestigt sein, so daß dort schon die Auswertung des Temperaturmeßsignals und die Anzeige eines daraus abgeleiteten Tempe raturwerts möglich sind, was die Überwachung der Prozeßparameter durch vor Ort vorhandenes Personal erleichtert. Natürlich ist es aber auch möglich, den Temperaturmeßwert zunächst über ein mit dem Laserbear beitungskopf verbundenes Kabel zu einer Zentrale zu übertragen und dort zur Ermittlung der Meßtemperatur sowie von Fehlersignalen auszuwer ten.Finally, the receiving device connected to the primary coil for the temperature measurement signal also on the housing of the laser processing processing device attached so that there is already the evaluation of Temperature measurement signal and the display of a tempe derived therefrom raturwert what are the monitoring of the process parameters relieved by on-site staff. Of course it is too possible to measure the temperature first with a laserbear cable connected to the processing head and sent to a control center to determine the measurement temperature and error signals ten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Be zugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below under Be access to the drawing described in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfs mit herausgenomme nem Träger für eine Linsenanordnung; Fig. 1 a housing of a laser processing head with herausgenomme nem support for a lens assembly;
Fig. 2 eine Temperaturmeßschaltung für den Laserbearbeitungskopf nach Fig. 1; und FIG. 2 shows a temperature measuring circuit for the laser processing head according to FIG. 1; and
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Laserbearbeitungskopf entspre chend Fig. 1. Fig. 3 shows a longitudinal section through a laser machining head accordingly to FIG. 1.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise einen Laserbearbeitungskopf 1 mit einem Träger 2 für eine hier nicht zu erkennende Linsenanordnung zur Fokussierung eines Laserstrahls 3 und mit einem Gehäuse 4 zur Aufnah me des Trägers 2. Fig. 1 shows schematically a laser machining head 1 comprising a support 2 for a non-me here to be recognized lens assembly for focusing a laser beam 3 and a housing 4 for Recordin of the carrier 2.
Der Träger 2, dessen Aufbau später genauer erläutert wird, ist hohlzylin drisch bzw. hülsenförmig ausgebildet und nimmt im Innern eine hier nicht dargestellte Linsenanordnung zur Fokussierung des Laserstrahls 3 auf, der den Träger 2 in Axialrichtung Zentral durchläuft. Der Fokus des Laser strahls 3 kommt außerhalb des Laserbearbeitungskopfs 1 zu liegen und wird auf ein zu bearbeitendes und nicht dargestelltes Werkstück geführt, um etwa Schweiß- oder Schneidarbeiten durchzuführen. Die Linsenan ordnung kann in Axialrichtung des Trägers 2 an verschiedenen Stellen po sitioniert werden, wie noch ausgeführt wird. The carrier 2 , the structure of which will be explained in more detail later, is hollow-cylindrical or sleeve-shaped and accommodates inside a lens arrangement (not shown here) for focusing the laser beam 3 , which passes through the carrier 2 centrally in the axial direction. The focus of the laser beam 3 comes to lie outside the laser processing head 1 and is guided to a workpiece to be machined and not shown in order to carry out welding or cutting work, for example. The Linsenan arrangement can be po sitioned in the axial direction of the carrier 2 at various points, as will be explained.
Der Träger 2 weist im wesentlichen ein hülsenförmiges Trägerteil 5 auf, in dessen Innern Mittel zur Positionierung der Linsenanordnung vorgesehen sind. Auf der äußeren Umfangsfläche des hülsenförmigen Trägerteils 5 be findet sich eine Sekundärspule 6 konzentrisch zur Zentralachse des Trä gers 2 liegend. Die Sekundärspule 6 ist mit einer ersten Schaltung 7 ver bunden, die fest am Träger 2 bzw. am hülsenförmigen Trägerteil 5 in einem Bereich außerhalb der Sekundärspule 6 angeordnet ist. Diese erste Schal tung 7, die im Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschrieben wird, weist auch einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der im Träger 2 vorhandenen Linsenanordnung auf.The carrier 2 essentially has a sleeve-shaped carrier part 5 , in the interior of which means are provided for positioning the lens arrangement. On the outer peripheral surface of the sleeve-shaped carrier part 5 be there is a secondary coil 6 concentric to the central axis of the carrier 2 lying. The secondary coil 6 is connected to a first circuit 7 , which is arranged fixedly on the carrier 2 or on the sleeve-shaped carrier part 5 in an area outside the secondary coil 6 . This first scarf device 7 , which is described in connection with FIG. 2, also has a temperature sensor for measuring the temperature of the lens arrangement present in the carrier 2 .
Das Gehäuse 4 des Laserbearbeitungskopfs 1 besteht u. a. ebenfalls aus einem hülsenförmigen Gehäuseteil 8, in das der Träger 2 passend einsetz bar bzw. einschraubbar ist. Beispielsweise kann der Träger 2 in Richtung des Pfeils 9 in Fig. 1 in das hülsenförmige Gehäuseteil 8 hineingesetzt bzw. hineingeschraubt werden. Auf der äußeren Umfangsfläche des hül senförmigen Gehäuseteils 8 befindet sich eine Primärspule 10 koaxial zu dessen Mittelachse. Diese Primärspule 10 ist mit einer zweiten Schaltung 11 verbunden, die fest am hülsenförmigen Gehäuseteil 8 montiert ist. Von der zweiten Schaltung 11 kann ein Kabel 12 zu einer nicht dargestellten zentralen Auswerteeinheit abgehen.The housing 4 of the laser processing head 1 also consists, among other things, of a sleeve-shaped housing part 8 , into which the carrier 2 can be inserted or screwed in appropriately. For example, the carrier 2 can be inserted or screwed into the sleeve-shaped housing part 8 in the direction of arrow 9 in FIG. 1. On the outer peripheral surface of the sleeve-shaped housing part 8, there is a primary coil 10 coaxial with its central axis. This primary coil 10 is connected to a second circuit 11 which is fixedly mounted on the sleeve-shaped housing part 8 . A cable 12 can go from the second circuit 11 to a central evaluation unit (not shown).
Die zweite Schaltung 11, deren Aufbau später im Zusammenhang mit der Fig. 2 genauer erläutert wird, enthält u. a. eine Spannungsversorgung 13, einen Taktgenerator 14, eine Demodulationsschaltung 15, eine Steue rung 16, eine digitale Temperaturanzeige 17 und einen Fehlersignalaus gang 18. Ferner sind ein als Transistor ausgebildeter Schalter 19 und ein in Reihe mit diesem liegender Nebenschlußwiderstand 20 vorhanden.The second circuit 11 , the structure of which will be explained in more detail later in connection with FIG. 2, contains, inter alia, a voltage supply 13 , a clock generator 14 , a demodulation circuit 15 , a control 16 , a digital temperature display 17 and an error signal output 18 . There is also a switch 19 in the form of a transistor and a shunt resistor 20 connected in series therewith.
Die Fig. 2 zeigt den genaueren Aufbau der Schaltungen 7 und 11. Fig. 2 shows the more detailed structure of the circuits 7 and 11.
Zunächst soll die zweite Schaltung 11 näher erläutert werden. Ihre Span nungsversorgungsschaltung 13 erhält über das Kabel 12 von einer Zentra le eine Gleichspannung von 24 V sowie Erdpotential und liefert an verschiedenen Ausgängen +/-12 V, Erdpotential GND und 5 V zur Versorgung weiterer Komponenten sowie an einem weiteren Ausgang eine Gleichspan nung von 18 V, wobei dieser weitere Ausgang mit einem Ende der Primär spule 10 verbunden ist. Das andere Ende der Primärspule 10 ist mit dem Kollektor eines Transistors 19 verbunden, dessen Emitter über den Ne benschlußwiderstand 20 auf Erdpotential GND liegt. Die Basis des Tran sistors 19 wird über den Taktgenerator 14 angesteuert. Er liefert zur Basis des Transistors 19 ein Trägerfrequenzsignal S, das den Transistor 19 peri odisch ein- und ausschaltet, so daß auf diese Weise die Primärspule 10 von einem Wechselstrom durchflossen wird. Der Leitungsabschnitt zwischen dem Emitter des Transistors 19 und dem Nebenschlußwiderstand 20 ist mit dem Eingang der Demodulationsschaltung 15 verbunden, deren Aus gang über einen Hochpaß 21 mit dem Eingang eines Komparators 22 ver bunden ist. Die Demodulationsschaltung 15, der Hochpaß 21 und der Komparator 22 liegen ebenfalls mit weiteren Anschlüssen auf Erdpotential GND. Ein Ausgang des Komparators 22 ist mit einem Eingang der Steue rung 16 verbunden. Die Steuerung 16 ist ihrerseits mit der digitalen Tem peraturanzeige 17 verbunden und andererseits weist sie einen Fehler signalausgang 18 zur Ausgabe eines Fehlersignals F über die Leitung 12 auf.First, the second circuit 11 will be explained in more detail. Their clamping voltage supply circuit 13 receives via the cable 12 from a Zentra le a DC voltage of 24 V and ground and supplies at different outputs +/- 12 V, ground potential GND and 5 V to power other components, and at a further output, a DC clamping voltage of 18 V, this further output being connected to one end of the primary coil 10 . The other end of the primary coil 10 is connected to the collector of a transistor 19 , the emitter of which is connected to ground potential GND via the ne shunt resistor 20 . The base of the transistor 19 is driven by the clock generator 14 . It supplies the base of the transistor 19 with a carrier frequency signal S, which periodically switches the transistor 19 on and off, so that an alternating current flows through the primary coil 10 in this way. The line section between the emitter of the transistor 19 and the shunt resistor 20 is connected to the input of the demodulation circuit 15 , the output of which is connected via a high-pass filter 21 to the input of a comparator 22 . The demodulation circuit 15 , the high-pass filter 21 and the comparator 22 are also connected to earth potential GND with further connections. An output of the comparator 22 is connected to an input of the control 16 . The controller 16 is in turn connected to the digital temperature display 17 and on the other hand it has an error signal output 18 for outputting an error signal F via the line 12 .
Die erste Schaltung 7 enthält eine mit der Sekundärspule 6 verbundene Gleichrichterschaltung 23 zur Versorgung weiterer Komponenten der er sten Schaltung 7 mit einer Gleichspannung, wobei die Gleichrichterschal tung 23 die in der Sekundärspule 6 induzierte Wechselspannung gleich richtet. Ein positiver Ausgang der Gleichrichterschaltung 23 ist mit einer Anode einer Gleichrichterdiode 24 verbunden, deren Kathode mit einer Energiespeicher- und Stabilisierungsschaltung 25 verbunden ist. Diese Energiespeicher- und Stabilisierungsschaltung, zum Beispiel bestehend aus Kondensatorspeicher und Z-Dioden-Stabilisierung, gibt an einem ih rer Ausgänge eine Gleichspannung von +5 V ab, die einem Temperatursen sor 26 zugeführt wird. Ein weiterer Ausgang der Energiespeicher- und Sta bilisierungsschaltung 25 mit -5 V wird einem anderen Eingang des Tempe ratursensors 26 zugeführt und ist ferner mit dem negativen Eingang der Gleichrichterschaltung 23 sowie mit dem Emitter eines Transistors 27 ver bunden. Der Kollektor des Transistors 27 ist über einen Lastwiderstand 28 mit dem positiven Eingang der Gleichrichterschaltung 23 verbunden. Da gegen ist die Basis des Transistors 27 mit einem Ausgang 29 des Tempera tursensors 26 verbunden.The first circuit 7 contains a rectifier circuit 23 connected to the secondary coil 6 for supplying further components of the first circuit 7 with a DC voltage, the rectifier circuit 23 rectifying the AC voltage induced in the secondary coil 6 . A positive output of the rectifier circuit 23 is connected to an anode of a rectifier diode 24 , the cathode of which is connected to an energy storage and stabilization circuit 25 . This energy storage and stabilization circuit, for example consisting of capacitor storage and Z-diode stabilization, outputs a DC voltage of +5 V at one of its outputs, which is fed to a temperature sensor 26 . Another output of the energy storage and sta bilization circuit 25 with -5 V is fed to another input of the temperature sensor 26 and is also connected to the negative input of the rectifier circuit 23 and to the emitter of a transistor 27 . The collector of transistor 27 is connected to the positive input of rectifier circuit 23 via a load resistor 28 . Since against the base of the transistor 27 is connected to an output 29 of the temperature sensor 26 .
Bei diesem Temperatursensor 26 handelt es sich um einen solchen mit TTL-Frequenz-Ausgang. Dieser Ausgang ist der Ausgang 29. Die Frequenz des an diesem Ausgang 29 erscheinenden Signals M ist temperaturabhän gig und schaltet den Transistor 27 entsprechend ein und aus. Dadurch wird der Lastwiderstand 28 periodisch in den Sekundärkreis geschaltet, so daß dieser im Takt der Frequenz des Signals M belastet wird. Die Span nung US über der Sekundärwicklung 6 wird somit durch das Signal M mo duliert.This temperature sensor 26 is one with a TTL frequency output. This output is output 29 . The frequency of the signal M appearing at this output 29 is temperature-dependent and switches the transistor 27 on and off accordingly. As a result, the load resistor 28 is switched periodically into the secondary circuit, so that it is loaded in time with the frequency of the signal M. The voltage US across the secondary winding 6 is thus modulated by the signal M mo.
Die Belastung der Sekundärspule 6 läßt sich aus der Primärspule 10 mit Hilfe des Nebenschlußwiderstands 20 demodulieren. Die Demodulations schaltung 15 erfaßt den Spannungspegel am Emitter des Transistors 19 und detektiert somit die modulierte Primärspannung. Durch Demodula tion der Primärspannung gewinnt die Demodulationsschaltung 15 die Struktur des Signals M zurück und liefert an ihrem Ausgang ein dem Signal M entsprechendes Signal M', das dieselbe Frequenz wie das Signal M aufweist. Das Signal M' wird anschließend hochpaßgefiltert (Signal M"), um für einen späteren Vergleich mit vorgegebenen Schwellenpegeln positi ve und negative Signalkomponenten zu erhalten. Der Vergleich des Signals M" mit den vorgegebenen Schwellenpegeln erfolgt dann im Kompa rator 22, der schließlich an seinem Ausgang wieder das Signal M ausgibt und zur Steuerung 16 überträgt. Die Steuerung 16 ermittelt dann die Fre quenz f des Temperaturmeßsignals M und leitet aus dieser Frequenz f die dazugehörige Temperatur ab, die sie auf der digitalen Temperaturanzeige 17 anzeigt. Ein aus dem Verlauf der gemessenen Temperatur abgeleitetes Fehlersignal F kann über den Fehlersignalausgang 18 und das Kabel 12 zu einer Zentrale übertragen werden. The load on the secondary coil 6 can be demodulated from the primary coil 10 with the help of the shunt resistor 20 . The demodulation circuit 15 detects the voltage level at the emitter of the transistor 19 and thus detects the modulated primary voltage. By demodulating the primary voltage, the demodulation circuit 15 recovers the structure of the signal M and delivers at its output a signal M 'corresponding to the signal M, which has the same frequency as the signal M. The signal M 'is then high-pass filtered (signal M ") in order to obtain positive and negative signal components for a later comparison with predetermined threshold levels. The comparison of the signal M" with the predetermined threshold levels then takes place in the comparator 22 , which is finally at its Output again outputs the signal M and transmits it to the controller 16 . The controller 16 then determines the frequency f of the temperature measurement signal M and derives the associated temperature from this frequency f, which it displays on the digital temperature display 17 . An error signal F derived from the course of the measured temperature can be transmitted to a control center via the error signal output 18 and the cable 12 .
Die Fig. 3 zeigt den beispielsweisen Aufbau eines Laserbearbeitungs kopfs nach der Erfindung. Gleiche Elemente wie in den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 3 shows the exemplary structure of a laser processing head according to the invention. The same elements as in FIGS. 1 and 2 are provided with the same reference numerals.
Das Gehäuse 4 des Laserbearbeitungskopfs 1 besteht aus dem hülsenför migen Gehäuseteil 8, das über den größten Teil seiner axialen Länge eine Umfangsausnehmung 30 aufweist, die zur Aufnahme der Primärspule 10 dient. Die Ausnehmung 30 befindet sich in der äußeren Umfangswandung des hülsenförmigen Gehäuseteils 8. In einem oberen Abschnitt weist das hülsenförmige Gehäuseteil 8 innenseitig ein Schraubgewinde 31 auf.The housing 4 of the laser processing head 1 consists of the hülsenför shaped housing part 8 , which has a circumferential recess 30 over most of its axial length, which serves to receive the primary coil 10 . The recess 30 is located in the outer peripheral wall of the sleeve-shaped housing part 8 . In an upper section, the sleeve-shaped housing part 8 has a screw thread 31 on the inside.
In das hülsenförmige Gehäuseteil 8 ist eine hohlzylindrische Halterung 32 einführbar. Die hohlzylindrische Halterung 32 weist in ihrem oberen Ab schnitt ein über ihren Umfang verlaufendes Außengewinde 33 auf, das in das Innengewinde 31 des hülsenförmigen Gehäuseteils 8 einschraubbar ist. Ansonsten ist der Außendurchmesser der hohlzylindrischen Halte rung 32 etwas geringer als der Innendurchmesser des hülsenförmigen Ge häuseteils 8. Lediglich im unteren Bereich der hohlzylindrischen Halte rung 32 weist diese einen Umfangsflansch 34 auf, der sich passend an der Innenwandung des hülsenförmigen Gehäuseteils 8 abstützt. Im Bereich des Umfangsflansches 34 kann ein Dichtungsring 35 liegen, der sich an die Innenwandung des hülsenförmigen Gehäuseteils 8 anschmiegt. Im Be reich ihres Außengewindes 33 weist die hohlzylindrische Halterung 32 stirnseitig Ausnehmungen 36 auf, in die ein Werkzeug zur Drehung der hohlzylindrischen Halterung 32 um ihre Zentralachse einsetzbar ist.A hollow cylindrical holder 32 can be inserted into the sleeve-shaped housing part 8 . The hollow cylindrical holder 32 has in its upper section from an external thread 33 extending over its circumference, which can be screwed into the internal thread 31 of the sleeve-shaped housing part 8 . Otherwise, the outer diameter of the hollow cylindrical holding tion 32 is somewhat smaller than the inner diameter of the sleeve-shaped housing part 8 . Only in the lower region of the hollow cylindrical holding tion 32 does this have a circumferential flange 34 , which is suitably supported on the inner wall of the sleeve-shaped housing part 8 . In the area of the circumferential flange 34 there can be a sealing ring 35 which nestles against the inner wall of the sleeve-shaped housing part 8 . In the area of its external thread 33 , the hollow cylindrical holder 32 has recesses 36 on the end face, into which a tool for rotating the hollow cylindrical holder 32 about its central axis can be inserted.
Die hohlzylindrische Halterung 32 dient zur passenden Aufnahme des Trägers 2. Der Träger 2 besteht aus dem bereits erwähnten hülsenförmi gen Trägerteil 5, das über den größten Teil seiner axialen Länge eine um fangsseitige Ausnehmung 37 zur Aufnahme der Sekundärspule 6 auf weist. Am unteren Ende in Fig. 3 weist das hülsenförmige Trägerteil 5 ei ne weitere umfangsseitige Ausnehmung auf, die auch bis zur unteren Stirnseite des hülsenförmigen Trägerteils 5 reicht. In diese weitere Aus nehmung ist der Temperatursensor 26 eingesetzt, der mit der Stirnseite des hülsenförmigen Trägerteils 5 fluchtet. Der Träger 2 ist passend in Axi alrichtung von unten in Fig. 3 in die hohlzylindrische Halterung 32 ein schiebbar, und zwar bis zu einem Anschlag 38, der durch eine innenseitige Umfangsstufe der hohlzylindrischen Halterung 32 gebildet ist. Nach Ein schieben des Trägers 2 in die hohlzylindrische Halterung 32 wird in diese eine Linsenanordnung 39 eingesetzt, die aus einer oder mehreren Linsen bestehen kann. Die Linsenanordnung 39 schlägt dabei gegen die Stirnsei te des hülsenförmigen Trägerteils 5 und kommt somit auch in unmittelba ren Kontakt mit dem Temperatursensor 26. Dieser berührt also mit seiner Sensorfläche des Linsenanordnung 39. Zur Befestigung der Linsenanord nung 39 am Träger 2 werden in die hohlzylindrische Halterung 32 Ringfe dern 40 eingesetzt, die dann mit Hilfe eines Schraubrings 41 zusammenge preßt werden, um die Linsenanordnung 39 gegen das hülsenförmige Ge häuseteil 5 zu pressen, und damit gegen den Temperatursensor 26. Der Schraubring 41 wird in einen Innengewindeabschnitt 42 eingeschraubt, welcher sich am unteren stirnseitigen Ende der hohlzylindrischen Halte rung 32 befindet. Zur Aufnahme eines geeigneten Schraubwerkzeugs kann der Schraubring 41 wiederum stirnseitige Ausnehmungen 43 auf weisen. Träger im Sinne der Erfindung kann auch die aus dem hülsenför migen Trägerteil 5, der hohlzylindrischen Halterung 32, den Ringfedern 40 und den Schraubring 41 bestehende Baueinheit sein.The hollow cylindrical holder 32 is used to hold the carrier 2 in a suitable manner. The carrier 2 consists of the aforementioned sleeve-shaped carrier part 5 , which has a recess 37 on the start side for receiving the secondary coil 6 over most of its axial length. At the lower end in FIG. 3, the sleeve-shaped carrier part 5 has a further peripheral recess, which also extends to the lower end face of the sleeve-shaped carrier part 5 . In this further recess from the temperature sensor 26 is used, which is aligned with the end face of the sleeve-shaped carrier part 5 . The carrier 2 is a slidable in the axial direction from below in Fig. 3 in the hollow cylindrical holder 32 , up to a stop 38 which is formed by an inner circumferential step of the hollow cylindrical holder 32 . After a slide of the carrier 2 into the hollow cylindrical holder 32 , a lens arrangement 39 is inserted into this, which can consist of one or more lenses. The lens assembly 39 strikes against the Stirnsei te of the sleeve-shaped support member 5 and thus comes in direct contact with the temperature sensor 26th The sensor surface thus touches the lens arrangement 39 . To attach the Linsenanord voltage 39 on the carrier 2 32 Ringfe countries 40 are used in the hollow cylindrical holder, which are then pressed together with the aid of a screw ring 41 to press the lens arrangement 39 against the sleeve-shaped housing part 5 , and thus against the temperature sensor 26 . The screw ring 41 is screwed into an internally threaded section 42 which is located at the lower end face of the hollow cylindrical holding 32 . To hold a suitable screwing tool, the screw ring 41 can in turn have recesses 43 on the front. Carrier in the sense of the invention can also be the unit consisting of the sleeve-shaped carrier part 5 , the hollow cylindrical holder 32 , the ring springs 40 and the screw ring 41 .
Claims (20)
- - der Temperatursensor (26) am Träger (2; 5, 32) gehalten und
- - die gemessene Temperatur kontaktlos zu einer am Gehäuse (4) ange ordneten Empfangseinrichtung (11) übertragen wird.
- - The temperature sensor ( 26 ) on the carrier ( 2 ; 5 , 32 ) held and
- - The measured temperature is transmitted contactless to an on the housing ( 4 ) arranged receiving device ( 11 ).
- - einer Linsenanordnung (39) zur Fokussierung des Laserstrahls (3);
- - einem Träger (2; 5, 32) zur Aufnahme der Linsenanordnung (39);
- - einem Gehäuse (4), in welchem der Träger (2; 5, 32) verschiebbar ge lagert ist, und
- - einem Temperatursensor (26) zur Messung der Temperatur der Lin senanordnung (39);
- - der Temperatursensor (26) am Träger (2; 5, 32) gehalten ist;
- - am Träger (2; 5, 32) eine Sekundärspule (6) angeordnet ist, die mit dem Temperatursensor (26) zusammenarbeitet; und
- - am Gehäuse (4) eine Primärspule (10) angeordnet ist, die die Sekun därspule (6) konzentrisch aufnimmt.
- - A lens arrangement ( 39 ) for focusing the laser beam ( 3 );
- - a carrier ( 2 ; 5 , 32 ) for receiving the lens arrangement ( 39 );
- - A housing ( 4 ) in which the carrier ( 2 ; 5 , 32 ) is slidably supported, and
- - A temperature sensor ( 26 ) for measuring the temperature of the Lin senanordnung ( 39 );
- - The temperature sensor ( 26 ) is held on the carrier ( 2 ; 5 , 32 );
- - A secondary coil ( 6 ) is arranged on the carrier ( 2 ; 5 , 32 ) and cooperates with the temperature sensor ( 26 ); and
- - On the housing ( 4 ) a primary coil ( 10 ) is arranged, the secondary coil ( 6 ) receives concentrically.
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