DE10113518A1 - Safety glass fouling measurement for laser processing head involves comparing scattered radiation with reference value to produce error signal if reference value is exceeded - Google Patents

Safety glass fouling measurement for laser processing head involves comparing scattered radiation with reference value to produce error signal if reference value is exceeded

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Abstract

The method involves a radiation detector arrangement (13) outside the laser beam (5). It observes an area of the safety glass (9) through which the beam passes to measure the intensity of scattered radiation emanating from it. The scattering is caused by particles adhering to the safety glass. The system compares the scattered radiation measurement value with a reference value to produce an error signal if the reference value is exceeded. AN Independent claim is also included for a laser processing system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Verschmut­ zungsgrades eines Schutzglases eines Laserbearbeitungskopfs gemäß dem Anspruch 1 sowie auf eine Laserbearbeitungsanlage zur Durchfüh­ rung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 8.The invention relates to a method for measuring pollution Degree of protection of a protective glass of a laser machining head according claim 1 and a laser processing system for implementation tion of the method according to claim 8.

Bei der Materialbearbeitung mit Hilfe eines Laserstrahls wird der Laser­ strahl üblicherweise durch eine Linsenanordnung gebündelt, um die zur Materialbearbeitung erforderliche Energiedichte zu erzielen. Um diese Linsenanordnung vor Verschmutzung während des Bearbeitungsprozes­ ses zu schützen, wird in der Regel ein Schutzglas verwendet, das strahl­ ausgangsseitig vor der Linsenanordnung zu liegen kommt. Auf diesem Schutzglas bildet sich im Laufe der Zeit ein Belag durch Rauch und Sprit­ zer aus dem Bearbeitungsprozeß. Dieser Belag vermindert die Qualität des austretenden Laserstrahls, was zu einer Verschlechterung des Bearbei­ tungsprozesses führt.When processing materials with the help of a laser beam, the laser beam is usually bundled by a lens arrangement around which to Material processing to achieve the required energy density. Around Lens arrangement before contamination during the machining process To protect it, a protective glass is usually used that radiates comes to rest on the output side in front of the lens arrangement. On this Protective glass builds up over time due to smoke and fuel zer from the machining process. This coating reduces the quality of the emerging laser beam, causing deterioration of the machining process.

Um eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität sicherzustellen und von der subjektiven Einschätzung des Maschinenbedieners unabhängig zu machen, wird in der Regel der Verschmutzungsgrad des Schutzglases automatisch überwacht. Hierzu sind entsprechende Verfahren aus der DE 196 05 018 A1 und der WO 98/33059 bekannt. Diese Verfahren schla­ gen vor, das in das Schutzglas hineingestreute Licht des Bearbeitungsla­ sers als Indiz für eine Verschmutzung des Schutzglases heranzuziehen. Die Verfahren haben den Nachteil, daß die gemessene Intensität der in das Schutzglas hineingestreuten Streustrahlung von der Bearbeitung des Schutzglasrandes abhängig ist, da die Messung der Streustrahlung über den Schutzglasrand erfolgt. Die Bearbeitung des Schutzglasrandes ist aber nicht definiert, so daß nach einem Schutzglaswechsel eine erneute Kalibrierung erforderlich ist, da ansonsten die Verschmutzung des Schutzglases nicht erkannt wird.To ensure a constant processing quality and from the subjective assessment of the machine operator independently the degree of contamination of the protective glass automatically monitored. Appropriate procedures from the DE 196 05 018 A1 and WO 98/33059 are known. These procedures include the light of the processing layer scattered into the protective glass be used as an indication of contamination of the protective glass. The methods have the disadvantage that the measured intensity of the Protective glass scattered in from the processing of the Protective glass edge is dependent, since the measurement of the scattered radiation over the protective glass edge is done. The processing of the protective glass edge is but not defined, so that a new one after changing the protective glass Calibration is required, otherwise the pollution of the Protective glass is not recognized.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art so weiterzubilden, daß eine einfachere Beurteilung des Ver­ schmutzungsgrades des Schutzglases möglich ist. Darüber hinaus soll eine an diesen Zweck angepaßte Laserbearbeitungsanlage zur Verfügung gestellt werden.The invention has for its object a method of ge named kind so that a simpler assessment of the Ver degree of soiling of the protective glass is possible. In addition, a  Laser processing system adapted to this purpose is available be put.

Eine verfahrensseitige Lösung der gestellten Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Dagegen findet sich eine vorrichtungsseitige Lösung der ge­ stellten Aufgabe im Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen gekennzeich­ net.A procedural solution to the problem is in claim 1 specified. In contrast, there is a device-side solution of the ge set task in claim 8. Advantageous embodiments of the Erfin are marked in the respective subordinate claims net.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgra­ des eines Schutzglases, das von einem Laserbearbeitungskopf getragen wird und strahlausgangsseitig zu einer im Laserbearbeitungskopfvorhan­ denen Linsenanordnung liegt, durch die ein Laserstrahl hindurchtritt, umfaßt folgende Schritte: Durch eine außerhalb des Laserstrahls bzw. La­ serstrahlengangs angeordnete erste Strahlungsdetektoranordnung wird eine vom Laserstrahl durchsetzte Fläche des Schutzglases beobachtet, um die Intensität von dort kommender Streustrahlung, die durch Streuung des Laserstrahls an Partikeln hervorgerufen wird, die am Schutzglas haf­ ten, zur Erzeugung eines Streustrahlungsmeßwerts zu messen; und es wird dieser Streustrahlungsmeßwert mit einem Referenz-Streustrah­ lungsmeßwert verglichen, um bei Überschreiten des letzteren ein erstes Fehlersignal zu erzeugen.A method according to the invention for measuring the pollution degree of a protective glass carried by a laser machining head becomes and on the beam output side to one in the laser processing head which have a lens arrangement through which a laser beam passes, comprises the following steps: by an outside of the laser beam or La is arranged first radiation detector arrangement observed a surface of the protective glass penetrated by the laser beam in order to the intensity of scattered radiation coming from there, caused by scattering of the laser beam is caused on particles that adhere to the protective glass ten to measure to generate a scattered radiation measurement value; and it this scattered radiation measurement value with a reference scattered beam lungsmeßwert compared to a first when the latter is exceeded Generate error signal.

Erfindungsgemäß wird also der zur Beurteilung des Verschmutzungsgra­ des des Schutzglases zu erfassende Anteil an gestreuter Laserstrahlung durch Beobachtung derjenigen Flächen des Schutzglases erhalten, durch die der fokussierte Laserstrahl hindurchtritt. Im Gegensatz zur Bearbei­ tungsqualität der stirnseitigen Umfangsfläche des Schutzglases ist die Be­ arbeitungsqualität derjenigen Flächen des Schutzglases, durch die der Laserstrahl selbst hindurchtritt, stets einwandfrei bzw. definiert, so daß nach einem Schutzglaswechsel keine neue Kalibrierung mehr im Hinblick auf unterschiedliche Eigenschaften von Schutzglasflächen erforderlich ist. Dadurch vereinfacht sich das Meßverfahren erheblich. According to the invention, it is used to assess the degree of pollution the proportion of scattered laser radiation to be detected in the protective glass obtained by observing those surfaces of the protective glass, by that the focused laser beam passes through. In contrast to processing The quality of the end face of the protective glass is the loading quality of work of those surfaces of the protective glass through which the Laser beam passes through itself, always properly or defined, so that after changing the protective glass, no more calibration in view different properties of protective glass surfaces required is. This considerably simplifies the measuring process.  

Grundsätzlich ist es möglich, die erste Strahlungdetektoranordnung in Strahlrichtung gesehen vor oder hinter dem Schutzglas anzuordnen. Vor­ zugsweise liegt die erste Strahlungsdetektoranordnung jedoch so, daß sie die der Linsenanordnung zugewandte Fläche des Schutzglases beobach­ tet. Mit anderen Worten befindet sich die erste Strahlungsdetektoranord­ nung innerhalb des Laserbearbeitungskopfs und wird damit auch gleich­ zeitig durch das Schutzglas gegen Verschmutzung geschützt. Dadurch ist eine genauere Erfassung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases ge­ währleistet.In principle, it is possible to use the first radiation detector arrangement in Arranged in front of or behind the protective glass as seen in the beam direction. before however, the first radiation detector arrangement is preferably such that it observe the surface of the protective glass facing the lens arrangement tet. In other words, the first radiation detector arrangement is located voltage within the laser processing head and becomes the same protected against contamination by the protective glass. This is a more accurate detection of the degree of contamination of the protective glass ge guaranteed.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Strah­ lungsintensität des Laserstrahls gemessen, um deren Einfluß auf den Streustrahlungsmeßwert zu kompensieren. Die Intensität der Laserstrah­ lung, die durch am Schutzglas haftende Partikel gestreut wird, hängt von der Strahlleistung des verwendeten Lasers ab. Um diesen Einfluß zu elimi­ nieren, wird die Strahlungsintensität des Laserstrahls gemessen, bevor dieser in das Schutzglas eintritt. Die ermittelte Streustrahlungsintensität kann dann zum Beispiel ins Verhältnis zur gemessenen Eingangsstrah­ lungsintensität des Laserstrahls gesetzt werden, um somit den Streu­ strahlungsmeßwert unabhängig von der Eingangsstrahlungsintensität des Laserstrahls zu halten. Dadurch läßt sich der Verschmutzungsgrad des Schutzglases noch genauer ermitteln.According to an advantageous embodiment of the invention, the beam The intensity of the laser beam is measured to determine its influence on the To compensate for scattered radiation measurement. The intensity of the laser beam diffusion caused by particles adhering to the protective glass depends on the beam power of the laser used. To elimi this influence kidneys, the radiation intensity of the laser beam is measured before this enters the protective glass. The determined scattered radiation intensity can then, for example, in relation to the measured input beam The intensity of the laser beam can be set to reduce the scatter radiation measurement value independent of the input radiation intensity to hold the laser beam. This allows the degree of contamination of the protective glass more precisely.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt mit jedem neuen in den Laserbearbeitungskopf eingesetzten Schutzglas eine Kalibrierung, um den Einfluß von Strahlung, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels des Laserstrahls entsteht und wieder in den Laserbe­ arbeitungskopf eintritt, auf den Streustrahlungsmeßwert zu kompensie­ ren. Die Messung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases kann so­ mit auch dann einwandfrei erfolgen, wenn bei unterschiedlichen Bearbei­ tungsprozessen, etwa beim Laserschweißen, Laserschneiden, usw., un­ terschiedliche Anteile von Streustrahlung von außen in den Laserbearbei­ tungskopf zurückgekoppelt werden. According to another advantageous embodiment of the invention, every new protective glass used in the laser processing head Calibration to measure the influence of radiation when processing a Workpiece is created by means of the laser beam and back into the laser beam working head occurs to compensate for the scattered radiation measurement Ren. The measurement of the degree of contamination of the protective glass can so can also be carried out flawlessly even when different machining tion processes, such as laser welding, laser cutting, etc., un Different proportions of stray radiation from outside in the laser processing can be fed back.  

Der Streustrahlungsmeßwert sollte in demjenigen Wellenlängenbereich bestimmt werden, in welchem auch die Wellenlänge des Laserstrahls liegt. Häufig kommen Infrarotlaser zum Einsatz, so daß nach einer Ausgestal­ tung der Erfindung auch wenigstens der Streustrahlungsmeßwert durch Messung von Streustrahlung im infraroten Teil des optischen Spektrums bestimmt werden kann.The scattered radiation measurement value should be in that wavelength range be determined in which also the wavelength of the laser beam lies. Infrared lasers are often used, so that after a configuration device of the invention also at least the scattered radiation measured value Measurement of scattered radiation in the infrared part of the optical spectrum can be determined.

Es ist bekannt, daß größere am Schutzglas anhaftende Spritzer kaum Streustrahlung generieren und daher häufig nicht erkannt werden. Diese Spritzer absorbieren jedoch Laserstrahlung in stärkerem Umfang, so daß es zu einer thermischen Schädigung des Schutzglases kommen kann, wel­ che unter Umständen den ganzen Laserbearbeitungskopf in Mitleiden­ schaft zieht. Es ist daher nach einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung möglich, zusätzlich die Temperatur des Schutzglases zu mes­ sen und mit einem Referenz-Temperaturwert zu vergleichen, um bei Über­ schreiten des letzteren ein zweites Fehlersignal zu erzeugen. Damit läßt sich der Verschmutzungsgrad des Schutzglases noch genauer bestimmen.It is known that there are hardly any larger splashes adhering to the protective glass Generate scattered radiation and is therefore often not recognized. This Splashes, however, absorb laser radiation to a greater extent, so that there can be thermal damage to the protective glass, wel under certain circumstances, the entire laser processing head in sympathy shaft pulls. It is therefore after a very advantageous development Invention possible to additionally measure the temperature of the protective glass and compare it with a reference temperature value to step of the latter to generate a second error signal. With that leaves the degree of contamination of the protective glass can be determined even more precisely.

In Weiterbildung dieses Gedankens kann die Temperaturdifferenz zwi­ schen Schutzglas und Laserbearbeitungskopf gemessen und zur Erzeu­ gung des zweiten Fehlersignals mit einem Referenz-Temperaturdifferenz­ wert verglichen werden. Auf diese Weise läßt sich dann der Einfluß der sta­ tischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs auf das Meßverfahren eliminieren.In a further development of this idea, the temperature difference between Protective glass and laser processing head measured and supply of the second error signal with a reference temperature difference worth comparing. In this way, the influence of the sta table temperature of the laser processing head on the measuring method eliminate.

Eine Laserbearbeitungsanlage nach der Erfindung besteht wenigstens aus einem Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse, in welchem sich ei­ ne Linsenanordnung zur Fokussierung eines Laserstrahls sowie strahl­ ausgangsseitig zur Linsenanordnung ein Schutzglas befinden, und in wel­ chem ferner eine außerhalb des Laserstrahls liegende erste Strahlungsde­ tektoranordnung vorhanden ist, die zur Streustrahlungs-Intensitätsmes­ sung eine vom Laserstrahl durchsetzte Fläche des Schutzglases beobach­ tet. Dabei ist die erste Streustrahlungsdetektoranordnung mit wenigstens einem Streustrahlungsdetektor ausgestattet, der zum Beispiel in eine Wand des Gehäuses eingesetzt ist und an derjenigen Seite des Schutzgla­ ses liegt, durch die der Laserstrahl in das Schutzglas eintritt. Dabei kann der Strahlungsdetektor im Bereich zwischen Schutzglas und Linsenan­ ordnung, aber auch jenseits der Linsenanordnung liegen, so daß er das Schutzglas durch die Linsenanordnung hindurch beobachtet. Statt in der Wand des Gehäuses kann der Strahlungsdetektor auch innerhalb des Ge­ häuses angeordnet sein, muß jedoch außerhalb des Strahlengangs des La­ serstrahls liegen.At least there is a laser processing system according to the invention from a laser processing head with a housing in which a ne lens arrangement for focusing a laser beam and beam a protective glass is located on the output side of the lens arrangement, and in which chem also a first radiation end lying outside the laser beam tector arrangement is present, the scattered radiation intensity a surface of the protective glass penetrated by the laser beam tet. The first scattered radiation detector arrangement is at least one a scattered radiation detector, which, for example, in a  Wall of the housing is inserted and on that side of the protective glass it is through which the laser beam enters the protective glass. It can the radiation detector in the area between the protective glass and the lenses order, but also beyond the lens arrangement, so that he Protective glass observed through the lens assembly. Instead of in the Wall of the housing, the radiation detector can also within the Ge be arranged, but must be outside the beam path of La serstrahls lie.

Im Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs befindet sich nach einer vorteil­ haften Weiterbildung der Erfindung ein weiterer Strahlungsdetektor zur Messung der Intensität des Laserstrahls. Dabei liegt der weitere Strah­ lungsdetektor vorzugsweise in einem solchen Bereich, in den keine Streu­ strahlung gelangt. Zur Messung der Intensität des einfallenden Laser­ strahls befindet sich eine Strahlumlenkeinrichtung im Laserstrahl, etwa ein teildurchlässiger Spiegel, um einen Teil des Laserstrahls auf den weite­ ren Strahlungsdetektor zu lenken. Dadurch läßt sich in einfacher Weise der Referenz-Streustrahlungswert erhalten.In the housing of the laser processing head is an advantage further development of the invention adhere to another radiation detector Measurement of the intensity of the laser beam. The further beam lies here tion detector preferably in such an area in which no stray radiation arrives. For measuring the intensity of the incident laser there is a beam deflecting device in the laser beam, for example a semitransparent mirror to spread part of the laser beam to direct their radiation detector. This can be done in a simple manner get the reference scattered radiation value.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Gehäuse ein gegenü­ ber diesem thermisch isolierter Temperaturdetektor zur Messung der Temperatur des Schutzglases vorhanden. Er kann beispielsweise direkt mit dem Schutzglas federnd in Kontakt stehen, etwa mit einer umfangssei­ tigen Stirnkante des Schutzglases. Ein weiterer Temperaturdetektor, der etwa in eine gehäuseseitige Ausnehmung eingesetzt ist, kann zur Messung der Gehäusetemperatur dienen. Der Temperaturdetektor und der weitere Temperaturdetektor sollten möglichst nahe beieinander liegen, um mög­ lichst exakt den Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbei­ tungskopfs auf die Temperatur des Schutzglases erfassen zu können.In yet another embodiment of the invention, a counter is in the housing Above this thermally insulated temperature detector for measuring the Protective glass temperature present. For example, he can directly be in spring contact with the protective glass, for example with a peripheral cable end edge of the protective glass. Another temperature detector, the is inserted into a housing-side recess, for measurement serve the case temperature. The temperature detector and the other Temperature detectors should be as close as possible to one another as precisely as possible the influence of the static temperature of the laser processing tion head on the temperature of the protective glass.

Zur Laserbearbeitungsanlage gehört eine Auswerteschaltung zur Verar­ beitung der von den Detektoren gelieferten Ausgangssignale. Diese Aus­ werteschaltung kann direkt am Laserbearbeitungskopf befestigt oder in ihm vorhanden sein, kann aber auch über Leitungsverbindungen mit dem Laserbearbeitungskopf gekoppelt und somit getrennt von ihm angeordnet sein.An evaluation circuit is part of the laser processing system processing of the output signals supplied by the detectors. This out value circuit can be attached directly to the laser processing head or in it can be present, but can also be connected to the  Laser processing head coupled and thus arranged separately from it his.

Die Auswerteschaltung enthält vorzugsweise einen Dividierer zur Bildung des Verhältnisses zwischen dem durch den Strahlungsdetektor gemesse­ nen Streustrahlungsmeßwert und der durch den weiteren Strahlungsde­ tektor gemessenen Intensität des Laserstrahls. Somit ist es möglich, am Ausgang des Dividierers einen Streustrahlungsmeßwert zu erhalten, der praktisch unabhängig von Schwankungen der Intensität des Laserstrahls ist.The evaluation circuit preferably contains a divider for formation the ratio between that measured by the radiation detector Scattered radiation measurement value and by the further radiation end tector measured intensity of the laser beam. It is therefore possible to Output of the divider to obtain a scattered radiation measurement which practically independent of fluctuations in the intensity of the laser beam is.

Dabei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Ausgang des Divi­ dierers mit einem Eingang eines Komparators verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Schwellwertgeber verbunden ist. Überschreitet der Streustrahlungsmeßwert somit den Schwellwert, kann ein erstes Fehler­ signal erzeugt werden, das zur Stillsetzung der Laserbearbeitungsanlage bzw. zur Ausschaltung des Lasers benutzt werden kann. Das erste Fehler­ signal zeigt dann an, daß der Verschmutzungsgrad des Schutzglases einen vorbestimmten Wert überschritten hat und das Glas ausgetauscht werden muß.In a further embodiment of the invention, the output of the divi dierers connected to one input of a comparator, the other Input is connected to a threshold value transmitter. If the exceeds Scattered radiation measured value thus the threshold, can be a first error signal are generated to shutdown the laser processing system or can be used to switch off the laser. The first mistake signal then indicates that the degree of contamination of the protective glass has exceeded the predetermined value and the glass is to be replaced got to.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Ausgang des Divi­ dierers mit einem Eingang eines Komparators sowie mit einem Eingang ei­ nes Kalibrierspeichers verbunden sein, dessen Speicherausgang über ei­ nen Skalierungsfaktorgeber mit dem anderen Eingang des Komparators verbunden ist. Unter Verwendung dieser Schaltung kann ein Kalibrie­ rungsprozeß bei durchgeführter Laserbearbeitung erfolgen, um jetzt auch den Einfluß der beim Bearbeitungsprozeß erzeugten und in den Laserbe­ arbeitungskopf zurückgekoppelten Streustrahlung zu erfassen und um diesen Einfluß auf den Streustrahlungsmeßwert zu eliminieren. Erst wenn der bei der Bearbeitung des Werkstücks gemessene Streustrah­ lungsmeßwert einen durch einen Skalierungsfaktor bestimmten Referenz­ wert überschreitet, erfolgt die Ausgabe des ersten Fehlersignals, um dann weitere Schritte durchzuführen, etwa die Stillsetzung der Anlage zu veran­ lassen, etc.. In a further embodiment of the invention, the output of the divi dierers with an input of a comparator and with an input ei Nes calibration memory connected, the memory output via ei scaling factor encoder with the other input of the comparator connected is. Using this circuit, a calibration tion process when laser processing is carried out to now the influence of those generated during the machining process and into the laser beam working head to detect feedback radiation and order to eliminate this influence on the scattered radiation measurement value. First if the scattered beam measured when machining the workpiece a measured value determined by a scaling factor value exceeds, the first error signal is output and then to carry out further steps, for example to bring the plant to a standstill let, etc ..  

Die Auswerteschaltung kann auch einen weiteren Komparator aufweisen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Temperaturdetektors und des­ sen anderer Eingang mit einem Referenz-Temperaturwertgeber verbunden sind. Übersteigt daher die Temperatur des Schutzglases die Referenz- Temperatur, so kann ein zweites Fehlersignal erzeugt werden, das eben­ falls zur Stillsetzung der Laserbearbeitungsanlage bzw. zum Ausschal­ tung des Laserstrahls herangezogen werden kann.The evaluation circuit can also have a further comparator, whose one input with the output of the temperature detector and the other input connected to a reference temperature sensor are. Therefore, if the temperature of the protective glass exceeds the reference Temperature, so a second error signal can be generated if to shutdown the laser processing system or to remove the formwork device of the laser beam can be used.

Auch ist es möglich, in der Auswerteschaltung ein Substrahierglied vorzu­ sehen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Temperaturdetektors und dessen Subtraktionseingang mit dem Ausgang des weiteren Tempera­ turdetektors verbunden sind, wobei ein Komparator vorhanden ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Subtrahierglieds und dessen anderer Eingang mit einem Referenz-Temperaturdifferenzwertgeber verbunden sind. Dadurch läßt sich bei der Erzeugung des zweiten Fehlersignals der Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs, vorzugs­ weise in der Nähe des Schutzglases, auf den Temperaturmeßwert des Schutzglases eliminieren.It is also possible to pre-emit a sub-radiator in the evaluation circuit see its one input with the output of the temperature detector and its subtraction input with the output of the further tempera Turdetectors are connected, wherein a comparator is provided, the one input with the output of the subtractor and its other Input connected to a reference temperature difference value transmitter are. This makes it possible to generate the second error signal Influence of the static temperature of the laser machining head, preferably point near the protective glass to the temperature reading of the Eliminate protective glass.

Möglich ist die ODER-Verknüpfung von erstem und zweitem Fehlersignal, um bei Vorliegen eines dieser Fehlersignale schon weitere Schritte bzw. Si­ cherheitsmaßnahmen zu treffen.It is possible to OR the first and second error signals, to take further steps or Si when one of these error signals is present to take safety measures.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezu­ gnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are described below with reference gation on the drawing explained in detail. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Laserbearbeitungskopf nach der Erfindung mit angeschlossener Auswerteschaltung; Fig. 1 shows a longitudinal section through a laser machining head according to the invention with a connected evaluation circuit;

Fig. 2 einen ersten Schaltungsaufbau der Auswerteschaltung; Fig. 2 is a first circuit construction of the evaluation circuit;

Fig. 3 einen zweiten Aufbau der Auswerteschaltung; FIG. 3 shows a second construction of the evaluation circuit;

Fig. 4 einen dritten Aufbau der Auswerteschaltung; FIG. 4 shows a third construction of the evaluation circuit;

Fig. 5 einen vierten Aufbau der Auswerteschaltung; und FIG. 5 shows a fourth construction of the evaluation circuit; and

Fig. 6 eine weitere Schaltungseinzelheit der Auswerteschaltung in Fig. 1. Fig. 6 shows a further detail of the evaluation circuit in FIG. 1.

Eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsanlage nach Fig. 1 weist ei­ nen Laserbearbeitungskopf 1 auf, der mit einer Auswerteschaltung 2 ver­ bunden ist, die ihrerseits wiederum in Verbindung mit einer Maschinen­ steuerung 3 steht, welche u. a. die Bewegung des Laserbearbeitungskopfs 1 relativ zu einem Werkstück 4 steuert, einen nicht dargestellten Laser zur Erzeugung eines den Laserbearbeitungskopf 1 durchlaufenden Laser­ strahls 5 ein- und ausschaltet, und dergleichen.A laser processing system according to the invention according to Fig. 1 comprises egg NEN laser machining head 1 that is sold with an evaluation circuit 2 connected, the 3 is in turn control in conjunction with a machine which controls, inter alia, the movement of the laser processing head 1 relative to a workpiece 4, a Not shown laser for generating a laser beam 5 passing through the laser processing head 1 turns on and off, and the like.

Der Laserbearbeitungskopf 1 besteht aus einem Gehäuse 6, das hohlzylin­ drisch ausgebildet ist und an seinem zum Werkstück 4 liegenden Ende ei­ nen düsenförmigen Verlauf aufweist. Innerhalb des Gehäuses 6 befindet sich eine Linsenanordnung 7 zur Fokussierung des Laserstrahls 5, der das Gehäuse 6 in dessen Längsrichtung zentral durchsetzt. Die Linsenanord­ nung 7 kann zum Beispiel aus einer oder mehreren Linsen mit insgesamt fokussierender Eigenschaft bestehen. Ein Brennpunkt 8 des Laserstrahls 5 kommt im Bereich der Oberfläche des Werkstücks 4 zu liegen, um letzte­ res zu bearbeiten.The laser processing head 1 consists of a housing 6 , which is drilled hollow cylin and has a nozzle-shaped course at its end lying on the workpiece 4 . Within the housing 6 there is a lens arrangement 7 for focusing the laser beam 5 , which passes through the housing 6 centrally in its longitudinal direction. The Linsenanord voltage 7 may for example consist of one or more lenses with an overall focusing property. A focal point 8 of the laser beam 5 comes to lie in the area of the surface of the workpiece 4 in order to process the last res.

Um zu verhindern, daß bei der Bearbeitung des Werkstücks 4 mit Hilfe des Laserstrahls 5 entstehende Partikel oder Materialspritzer ins Innere des Gehäuses 6 des Laserbearbeitungskopfs 1 gelangen, ist der Laserbearbei­ tungskopf 1 strahlausgangsseitig mit einem Schutzglas 9 versehen. Die­ ses Schutzglas 9 verschließt die Strahlaustrittsseite des Laserbearbei­ tungskopfs 1 und befindet sich in dessen düsenförmigem Bereich. Das Schutzglas 9 ist vorzugsweise als planparallele Platte ausgebildet, die senkrecht zur Zentralachse 10 des Laserstrahls 5 zu liegen kommt. Das Material des Schutzglases 9 ist so gewählt, daß der Laserstrahl 5 im we­ sentlichen ohne Verluste durch das Schutzglas 9 hindurchtreten kann. Bei der Bearbeitung des Werkstücks 4 mit Hilfe des Laserstrahls 5 entste­ hende Schmutzpartikel bzw. Materialspritzer können sich dann nur noch an der strahlausgangsseitigen Fläche des Schutzglases 9 ablagern und sind dort mit den Bezugszeichen 11 versehen. Durchsetzt der Laserstrahl 5 die Glasplatte 9, so wird ein Teil der Laserstrahlung an den Partikeln 11 gestreut und zurück ins Innere des Laserbearbeitungskopfs 5 gelenkt. In order to prevent that during the processing of the workpiece 4 using the laser beam 5 resulting particles or material splashes get inside the housing 6 of the laser processing head 1 , the laser processing head 1 is provided with a protective glass 9 on the beam output side. This protective glass 9 closes the beam outlet side of the laser processing head 1 and is located in its nozzle-shaped area. The protective glass 9 is preferably designed as a plane-parallel plate which comes to lie perpendicular to the central axis 10 of the laser beam 5 . The material of the protective glass 9 is chosen so that the laser beam 5 can pass through the protective glass 9 without significant losses. When machining the workpiece 4 with the aid of the laser beam 5, existing dirt particles or material splashes can then only be deposited on the surface of the protective glass 9 on the beam exit side and are provided with the reference numerals 11 there . If the laser beam 5 passes through the glass plate 9 , part of the laser radiation is scattered on the particles 11 and directed back into the interior of the laser processing head 5 .

Diese Streustrahlung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 12 versehen.This scattered radiation is provided with the reference symbol 12 in FIG. 1.

Zur Messung der Streustrahlung 12 ist ein Streustrahlungsdetektor 13 vorgesehen. Dieser Streustrahlungsdetektor 13 ist empfindlich im Wellen­ längenbereich des Laserstrahls 5 und ist in eine Öffnung 14 eingesetzt, die sich in einer Wand des Gehäuses 6 befindet. Die Öffnung 14 wird durch ei­ nen Durchgangskanal gebildet, der in Fig. 1 oberhalb der Linsenanord­ nung 7 liegt, also auf derjenigen Seite der Linsenanordnung 7, die von der Glasplatte 9 weg weist. Die Neigung des Durchgangskanals 14 ist dabei so gewählt, daß der Strahlungsdetektor 13 die gesamte Glasplatte 9 oder ei­ nen Teil davon beobachten kann, und zwar durch die Linsenanordnung 7 hindurch. Im Prinzip könnte der Streustrahlungsdetektor 13 auch inner­ halb des Gehäuses 6 zu liegen kommen, sollte jedoch außerhalb des Strah­ lengangs des Laserstrahls 5 angeordnet sein. Über eine Leitungsverbin­ dung 15 steht der Streustrahlungsdetektor 13 in elektrischer Verbindung mit der Auswerteschaltung 2.A scattered radiation detector 13 is provided for measuring the scattered radiation 12 . This scattered radiation detector 13 is sensitive in the wavelength range of the laser beam 5 and is inserted into an opening 14 which is located in a wall of the housing 6 . The opening 14 is formed by egg NEN passage, which is in Fig. 1 above the Linsenanord voltage 7 , that is on that side of the lens assembly 7 which faces away from the glass plate 9 . The inclination of the through channel 14 is selected so that the radiation detector 13 can observe the entire glass plate 9 or a part thereof, namely through the lens arrangement 7 . In principle, the scattered radiation detector 13 could also come to lie within half of the housing 6 , but should be arranged outside the beam path of the laser beam 5 . The scattered radiation detector 13 is in electrical connection with the evaluation circuit 2 via a line connection 15 .

Dem Streustrahlungsdetektor 13 radial gegenüberliegend befindet sich ein weiterer Strahlungsdetektor 16, der zur Messung der Intensität des La­ serstrahls 5 dient. Dieser weitere Strahlungsdetektor 16 befindet sich in einer radialen Durchgangsöffnung 17 der Wand des Gehäuses 6. Um durch diesen weiteren Strahlungsdetektor 16 die Intensität des Laserstrahls 5 messen zu können, befindet sich im Strahlengang des Laserstrahls 5 ein teildurchlässiger Spiegel 18, der etwa unter 45° zur Zentralachse 10 des Laserstrahls 5 geneigt ist. Durch diesen teildurchlässigen Spiegel 18 wird ein geringer Teil der Intensität des Laserstrahls 5 auf den weiteren Strah­ lungsdetektor 16 umgelenkt. Die umgelenkte Strahlung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 19 versehen. Der teildurchlässige Spiegel 18 selbst ist wiederum als planparallele Platte ausgebildet. Der größte Teil der Laser­ strahlung geht durch ihn hindurch. Der weitere Detektor 16 und der teil­ durchlässige Spiegel 18 liegen also ebenfalls an derjenigen Seite der Lin­ senanordnung 7, die vom Schutzglas 9 weg weist. Darüber hinaus ist der weitere Detektor 16 über eine Leitungsverbindung 20 mit der Auswerte­ schaltung 2 verbunden. The scattered radiation detector 13 is located radially opposite another radiation detector 16 , which serves to measure the intensity of the laser beam 5 . This further radiation detector 16 is located in a radial through opening 17 of the wall of the housing 6 . In order to measure by this further radiation detector 16, the intensity of the laser beam 5, is located in the beam path of the laser beam 5, a partially transparent mirror 18 that is inclined approximately 45 ° to the central axis 10 of the laser beam. 5 A small part of the intensity of the laser beam 5 is deflected onto the further radiation detector 16 by this partially transparent mirror 18 . The deflected radiation is provided with the reference symbol 19 in FIG. 1. The partially transparent mirror 18 itself is in turn designed as a plane-parallel plate. Most of the laser radiation passes through it. The further detector 16 and the partially transparent mirror 18 are therefore also on that side of the Lin senanordnung 7 , which points away from the protective glass 9 . In addition, the further detector 16 is connected to the evaluation circuit 2 via a line connection 20 .

Um den Verschmutzungsgrad des Schutzglases 9 durch größere Spritzer erfassen zu können, die weniger Streustrahlung verursachen, steht das Schutzglas 9 in einem Temperaturdetektor 21 in Verbindung. Dieser Tem­ peraturdetektor 21 ist in einen radialen Kanal 22 eingesetzt, der sich in der Wand des Gehäuses 6 befindet. Dieser radiale Kanal 22 liegt dem Um­ fangsrand des Schutzglases 9 gegenüber, so daß der Temperaturdetektor 21 in federndem Kontakt mit dem Rand des Schutzglases 9 gehalten wer­ den kann. Dabei ist der Temperaturdetektor 21 gegenüber anderen Berei­ chen des Laserbearbeitungskopfs 1 thermisch isoliert. Der Temperaturde­ tektor 21 steht über eine Leitungsverbindung 23 in elektrischer Verbin­ dung mit der Auswerteschaltung 2. Durch ihn wird die Temperatur des Schutzglases 9 gemessen. Größere Partikel bzw. Spritzer, die keine Streu­ strahlung oder kaum Streustrahlung generieren, absorbieren relativ viel Laserleistung, wodurch es zu einer thermischen Schädigung des Schutz­ glases 9 kommen kann. Zur Beurteilung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases 9 ist daher auch die Temperatur des Schutzglases 9 von In­ teresse und kann daher zusätzlich gemessen werden.In order to be able to detect the degree of contamination of the protective glass 9 by larger splashes which cause less scattered radiation, the protective glass 9 is connected in a temperature detector 21 . This tem perature detector 21 is inserted into a radial channel 22 which is located in the wall of the housing 6 . This radial channel 22 is the order catch edge of the protective glass 9 compared to, so that the temperature detector held in resilient contact with the edge of the protective glass 9 21 who can the. The temperature detector 21 is thermally isolated from other areas of the laser machining head 1 . The temperature detector 21 is connected via a line connection 23 in electrical connection with the evaluation circuit 2 . The temperature of the protective glass 9 is measured by it. Larger particles or splashes that generate no scattered radiation or hardly any scattered radiation absorb a relatively large amount of laser power, which can result in thermal damage to the protective glass 9 . The temperature of the protective glass is therefore to assess the degree of contamination of the protective glass 9 9 of In teresse and therefore can be additionally measured.

Um den Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs 1 auf die Temperatur des Schutzglases 9 zu eliminieren, wird auch die Tem­ peratur des Laserbearbeitungskopfs 1 gemessen, und zwar durch einen weiteren Temperaturdetektor 24, der bevorzugt in der Nähe des Schutzgla­ ses 9 angeordnet ist. Dieser weitere Temperaturdetektor 24 befindet sich in einer Sacklochbohrung 25 des Gehäuses 6 kurz oberhalb des Tempera­ turdetektors 21 in Fig. 1. Er steht in thermisch leitendem Kontakt mit dem Gehäuse 6 und ist über eine elektrische Leitungsverbindung 26 mit der Auswerteschaltung 2 verbunden.In order to eliminate the influence of the static temperature of the laser processing head 1 on the temperature of the protective glass 9, the temperature of the laser processing head 1 is also measured by a further temperature detector 24 , which is preferably arranged in the vicinity of the protective glass 9 . This further temperature detector 24 is located in a blind hole 25 of the housing 6 just above the temperature detector 21 in Fig. 1. It is in thermally conductive contact with the housing 6 and is connected via an electrical line connection 26 to the evaluation circuit 2 .

Die Auswerteschaltung 2 steht über eine elektrische Leitungsverbindung 27 mit der Maschinensteuerung 3 in Kommunikationsverbindung. An­ hand der Ausgangssignale einer Gruppe der genannten Detektoren 13, 16, 21 und 24 oder anhand der Ausgangssignale aller dieser Detektoren 13, 16, 21 und 24 entscheidet die Auswerteschaltung 2, ob der Verschmut­ zungsgrad des Schutzglases 9 infolge der Ablagerung der Partikel 11 bereits einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat oder nicht. Hat er diesen vorgegebenen Schwellenwert überschritten, so erzeugt die Aus­ werteschaltung 2 ein Alarmsignal, das über die Leitungsverbindung 27 zur Maschinensteuerung 3 übertragen wird, um letztere zu veranlassen, den Laserbearbeitungskopf 1 entweder sofort oder bei nächster Gelegenheit zu stoppen und den Laserstrahl 5 auszuschalten. In diesem Fall muß das Schutzglas 9 gewechselt werden.The evaluation circuit 2 is in communication with the machine control 3 via an electrical line connection 27 . On the basis of the output signals of a group of said detectors 13 , 16 , 21 and 24 or on the basis of the output signals of all these detectors 13 , 16 , 21 and 24 , the evaluation circuit 2 decides whether the degree of pollution of the protective glass 9 due to the deposition of the particles 11 is already one has exceeded the predetermined threshold or not. If he has exceeded this predetermined threshold value, the evaluation circuit 2 generates an alarm signal which is transmitted via the line connection 27 to the machine control 3 in order to cause the latter to stop the laser processing head 1 either immediately or at the next opportunity and to switch off the laser beam 5 . In this case, the protective glass 9 must be replaced.

Der Aufbau der Auswerteschaltung 2 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 näher erläutert.The structure of the evaluation circuit 2 is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 6.

Einen ersten möglichen Aufbau der Auswerteschaltung 2 zeigt die Fig. 2. Hier ist ein Dividierer 28 vorhanden, der an seinem einen Eingang mit der Leitung 15 vom Streustrahlungsdetektor 13 und an seinem anderen Ein­ gang mit der Leitung 20 vom Strahlungsdetektor 16 verbunden ist. Der über die Leitung 15 erhaltene Streustrahlungsmeßwert wird somit durch den Dividierer 28 ins Verhältnis zur Strahlungsintensität gesetzt, die durch den Strahlungsdetektor 16 gemessen worden ist. Damit ist der Streustrahlungsmeßwert am Ausgang 29 des Dividierers 28 unabhängig von der Strahlungsintensität des Laserstrahls 5. Dieser so korrigierte Streustrahlungsmeßwert am Ausgang 29 wird über eine Leitung 30 einem Eingang eines Komparators 31 zugeführt. Der andere Eingang des Kompa­ rators 31 empfängt über eine Leitung 32 den Referenz-Streustrahlungs­ meßwert. Dieser wird durch einen Referenzwertgeber 33 zur Verfügung ge­ stellt, der zum Beispiel in Form eines Potentiometers ausgebildet ist. Der Abgriff des Potentiometers ist mit der Leitung 32 verbunden. An einem Ausgang 34 des Komparators 31 erscheint somit ein erstes Fehlersignal, wenn der auf die Laserleistung normierte Streustrahlungsmeßwert den Referenz-Streustrahlungsmeßwert überschreitet.A first possible construction of the evaluation circuit 2 is shown in FIG. 2. Here there is a divider 28 which is connected at its one input to the line 15 from the scattered radiation detector 13 and at its other input to the line 20 from the radiation detector 16 . The scattered radiation measurement value obtained via the line 15 is thus set by the divider 28 in relation to the radiation intensity which has been measured by the radiation detector 16 . The scattered radiation measurement value at the output 29 of the divider 28 is thus independent of the radiation intensity of the laser beam 5 . This scattered radiation measurement value corrected in this way at the output 29 is fed via a line 30 to an input of a comparator 31 . The other input of the comparator 31 receives the reference scattered radiation measured value via a line 32 . This is provided by a reference value generator 33 , which is designed, for example, in the form of a potentiometer. The tap of the potentiometer is connected to line 32 . A first error signal thus appears at an output 34 of the comparator 31 when the scattered radiation measurement value normalized to the laser power exceeds the reference scattered radiation measurement value.

Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung der Auswerteschaltung 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Gleiche Elemente wie in Fig. 2 sind mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Another possibility of designing the evaluation circuit 2 is shown in FIG. 3. The same elements as in Fig. 2 are provided with the same reference numerals and will not be described again.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 dient dazu, den Einfluß von Streu­ strahlung bei der Beurteilung des Verschmutzungsgrades des Schutzgla­ ses 9 zu eliminieren, die bei Durchführung der Laserbearbeitung von au­ ßen wieder zurück in den Laserbearbeitungskopf eingestrahlt wird.The circuit arrangement according to FIG. 3 serves to eliminate the influence of stray radiation when assessing the degree of contamination of the protective glass 9 , which is radiated back into the laser processing head from the outside when the laser processing is carried out.

Zu diesem Zweck ist der Ausgang 29 des Dividierers 28 mit einem Daten­ eingang eines Speichers 35 verbunden. Ein Steuereingang des Speichers 35 ist über einen in der Regel offenen Schalter 36 mit Referenzpotential verbunden, etwa Erdpotential. Ein Datenausgang des Speichers 35 ist zu einer Multiplizierstufe 37 geführt, deren Ausgang über die Leitung 32 mit dem anderen Eingang des Komparators 31 in Verbindung steht. Über ei­ nen regelbaren Widerstand 38 parallel zur Multiplizierstufe 37 kann ein Skalierungsfaktor eingestellt werden, mit dem in der Multiplizierstufe 37 der vom Speicher 35 erhaltene Meßwert multipliziert wird, der dann als Referenzwert zum Komparator 31 gelangt. Übersteigt der Streustrah­ lungsmeßwert auf der Leitung 30 den Referenzwert auf der Leitung 32, er­ scheint am Ausgang 34 des Komparators 31 das erste Fehlersignal.For this purpose, the output 29 of the divider 28 is connected to a data input of a memory 35 . A control input of the memory 35 is connected to a reference potential, for example earth potential, via a switch 36 which is generally open. A data output of the memory 35 is led to a multiplier 37 , the output of which is connected via line 32 to the other input of the comparator 31 . Via a controllable resistor 38 parallel to the multiplication stage 37 , a scaling factor can be set by which the measurement value obtained from the memory 35 is multiplied in the multiplication stage 37 and then reaches the comparator 31 as a reference value. If the scattered radiation measurement value on line 30 exceeds the reference value on line 32 , it appears at the output 34 of comparator 31 the first error signal.

Die Kalibrierung erfolgt im einzelnen so, daß bei neueingesetztem Schutz­ glas 9 die Laserbearbeitungsanlage in Betrieb genommen wird und eine Bearbeitung des Werkstücks 4 mit Hilfe des Laserstrahls 5 erfolgt. Dabei mißt der Strahlungsdetektor 16 die Intensität des Laserstrahls 5, und der Strahlungsdetektor 13 die Streustrahlung, die jetzt im wesentlichen vom Werkstück 4 kommt, da am neueingesetzten Schutzglas 9 noch keine Schmutzpartikel haften. Der hinsichtlich der Intensität des Laserstrahls 5 korrigierte Streustrahlungsmeßwert vom Dividierer 28 wird im Speicher 35 gespeichert, wozu der Schalter 36 kurz geschlossen wird. Durch den Widerstand 38 wird oder wurde bereits ein Skalierungsfaktor vorgegeben, mit dem der gespeicherte Meßwert zu multiplizieren ist.The calibration is carried out in such a way that when the protective glass 9 is newly inserted, the laser processing system is put into operation and the workpiece 4 is processed using the laser beam 5 . The radiation detector 16 measures the intensity of the laser beam 5 and the radiation detector 13 the scattered radiation, which now essentially comes from the workpiece 4 , since no dirt particles still adhere to the newly inserted protective glass 9 . The scattered radiation measurement value corrected by the divider 28 with respect to the intensity of the laser beam 5 is stored in the memory 35 , for which purpose the switch 36 is briefly closed. A scaling factor by which the stored measured value is to be multiplied is or has already been predetermined by the resistor 38 .

Beim späteren Betrieb der Laserbearbeitungsanlage dient der auf diese Weise gespeicherte und mit dem Skalierungsfaktor multiplizierte Meßwert auf der Leitung 32, der konstant bleibt, als Referenz. Erst wenn sich im Laufe der Zeit der Streustrahlungsmeßwert auf der Leitung 30 so weit erhöht hat, daß die Referenz überschritten wird, wird das erste Fehlersignal am Ausgang 34 generiert. Dabei ist klar, daß der Bearbeitungsprozeß bei der Aufnahme des Referenzwertes und bei der späteren Bearbeitung des Werkstücks 4 derselbe sein muß. Es muß sich also jeweils um einen Schweißvorgang, einen Schneidvorgang, usw., handeln. Für diese ver­ schiedenen Bearbeitungsprozesse können unterschiedliche Meßwerte im Speicher 35 abgelegt werden, die dann je nach späterem Bearbeitungspro­ zeß entsprechend aufgerufen werden, um als Referenz zur Verfügung zu stehen.During later operation of the laser processing system, the measurement value stored in this way and multiplied by the scaling factor on line 32 , which remains constant, serves as a reference. Only when the scattered radiation measured value on line 30 has increased so far in the course of time that the reference is exceeded is the first error signal generated at output 34 . It is clear that the machining process when the reference value is recorded and when the workpiece 4 is subsequently machined must be the same. So it must be a welding process, a cutting process, etc., in each case. For these different machining processes, different measured values can be stored in the memory 35 , which depending on the later machining process can then be called up accordingly in order to be available as a reference.

Ergänzend zu einer der obigen Schaltungen nach den Fig. 2 und 3 kann eine Schaltungsanordnung nach Fig. 4 in der Auswerteschaltung 2 vorhanden sein. Der Meßwert vom Temperaturdetektor 21 wird über die Leitung 23 zu einem Eingang eines Komparators 39 geliefert, der an sei­ nem anderen Eingang über eine Leitung 40 einen Referenz-Temperatur­ wert empfängt, der von einem Referenzwertgeber 41 zur Verfügung gestellt wird. Bei diesem Referenzwertgeber 41 kann es sich zum Beispiel um ein Potentiometer handeln, dessen Abgriff mit der Leitung 40 verbunden ist. An einem Ausgang 42 des Komparators 39 erscheint dann ein zweites Feh­ lersignal, wenn der Temperaturmeßwert auf der Leitung 23 den Referenz- Temperaturwert überschreitet.In addition to one of the above circuits according to FIGS. 2 and 3, a circuit arrangement according to FIG. 4 can be present in the evaluation circuit 2 . The measured value from the temperature detector 21 is supplied via line 23 to an input of a comparator 39 which receives a reference temperature value at its other input via line 40 , which is provided by a reference value transmitter 41 . This reference value transmitter 41 can be, for example, a potentiometer, the tap of which is connected to the line 40 . A second error signal then appears at an output 42 of the comparator 39 when the measured temperature value on line 23 exceeds the reference temperature value.

Statt der Schaltung nach Fig. 4 kann die Schaltung nach Fig. 5 vorgese­ hen sein, um den Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbei­ tungskopfs 1 auf den Meßwert des Temperaturdetektors 21 zu eliminieren. Gleiche Elemente wie in Fig. 4 sind mit den gleichen Bezugszeichen ver­ sehen und werden nicht nochmals beschrieben.Instead of the circuit according to FIG. 4, the circuit according to FIG. 5 can be provided to eliminate the influence of the static temperature of the laser processing head 1 on the measured value of the temperature detector 21 . The same elements as in Fig. 4 are seen with the same reference numerals and will not be described again.

Der Meßwert des Temperaturdetektors 21 gelangt hier über die Leitung 23 zu einem Eingang eines Subtrahierglieds 43, das an seinem Subtraktions­ eingang über die Leitung 26 den Temperaturmeßwert vom Temperaturde­ tektor 24 empfängt. Der durch das Subtrahierglied 43 auf diese Weise ge­ bildete Temperaturdifferenzwert wird von diesem über eine Leitung 44 zu dem genannten einen Eingang des Komparators 39 übertragen, der an seinem anderen Eingang über die Leitung 40 einen Referenz-Temperaturdif­ ferenzwert empfängt. Am Ausgang 42 wird dann das zweite Fehlersignal erscheinen, wenn der Ausgang des Subtrahierglieds 43 den Referenz-Tem­ peraturdifferenzwert auf der Leitung 40 überschreitet. Der Referenz-Tem­ peraturdifferenzwert auf der Leitung 40 wird durch einen Referenz-Tem­ peraturdifferenzwertgeber 41a erzeugt, der in Form eines Potentiometers vorliegen kann. Der Abgriff des Potentiometers ist mit der Leitung 40 ver­ bunden.The measured value of the temperature detector 21 passes here via line 23 to an input of a subtractor 43 which receives the temperature measured value from the temperature detector 24 at its subtraction input via line 26 . The ge formed by the subtractor 43 temperature difference value is transmitted from this via a line 44 to said one input of the comparator 39 , which receives a reference temperature difference value at its other input via line 40 . At the output 42 , the second error signal will appear when the output of the subtractor 43 exceeds the reference temperature difference value on line 40 . The reference temperature difference value on line 40 is generated by a reference temperature difference value generator 41 a, which may be in the form of a potentiometer. The tap of the potentiometer is connected to line 40 ver.

Mittels eines in Fig. 6 gezeigten ODER-Gatters 45 der Auswerteschaltung 2 können das erste und das zweite Fehlersignal an den Ausgängen 34 und 42 miteinander verknüpft werden. Die Signale an den Ausgängen 34, 42 gelangen dann über die Leitung 27 zur Maschinensteuerung 3, die dann bei Vorliegen eines oder beider Signale die Anlage entweder sofort oder zu einem anderen geeigneten Zeitpunkt stillsetzt.The first and the second error signal at the outputs 34 and 42 can be linked to one another by means of an OR gate 45 of the evaluation circuit 2 shown in FIG. 6. The signals at the outputs 34 , 42 then reach the machine control 3 via the line 27 , which then, if one or both signals are present, stops the system either immediately or at another suitable time.

Claims (21)

1. Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgrades eines Schutzgla­ ses (9), das von einem Laserbearbeitungskopf (1) getragen wird und strahl­ ausgangsseitig zu einer im Laserbearbeitungskopf (1) vorhandenen Lin­ senanordnung (7) liegt, durch die ein Laserstrahl (5) hindurchtritt, bei dem
  • - eine außerhalb des Laserstrahls (5) angeordnete erste Strahlungsde­ tektoranordnung (13) eine vom Laserstrahl (5) durchsetzte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet, um die Intensität von dort kommender Streu­ strahlung (12), die durch Streuung des Laserstrahls (5) an Partikeln (11) hervorgerufen wird, die am Schutzglas (9) haften, zur Erzeugung eines Streustrahlungsmeßwerts zu messen, und bei dem ferner
  • - der Streustrahlungsmeßwert mit einem Referenz-Streustrahlungs­ meßwert verglichen wird, um bei Überschreiten des letzteren ein erstes Fehlersignal zu erzeugen.
1. A method for measuring the degree of contamination of a protective glass ( 9 ) which is carried by a laser processing head ( 1 ) and is on the output side to an existing in the laser processing head ( 1 ) Lin arrangement ( 7 ) through which a laser beam ( 5 ) passes, in which
  • - An outside of the laser beam ( 5 ) arranged first Strahlungsde tector arrangement ( 13 ) a surface penetrated by the laser beam ( 5 ) of the protective glass ( 9 ) observed to the intensity of the scattering radiation coming there ( 12 ) by scattering the laser beam ( 5 ) on particles ( 11 ), which adhere to the protective glass ( 9 ), to produce a scattered radiation measurement, and in which
  • - The scattered radiation measurement value is compared with a reference scattered radiation measurement value in order to generate a first error signal when the latter is exceeded.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strahlungsdetektoranordnung (16) die der Linsenanordnung (7) zuge­ wandte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet.2. The method according to claim 1, characterized in that the first radiation detector arrangement ( 16 ) observes the lens arrangement ( 7 ) facing surface of the protective glass ( 9 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsintensität des Laserstrahls (5) gemessen wird, um deren Einfluß auf den Streustrahlungsmeßwert zu kompensieren.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation intensity of the laser beam ( 5 ) is measured in order to compensate for its influence on the measurement of scattered radiation. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß mit jedem neuen in den Laserbearbeitungskopf (1) eingesetzten Schutzglas (9) eine Kalibrierung erfolgt, um den Einfluß von Strahlung, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks (4) mittels des Laserstrahls (5) entsteht und wieder in den Laserbearbeitungskopf (1) eintritt, auf den Streustrahlungsmeßwert zu kompensieren.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that with each new in the laser processing head ( 1 ) inserted protective glass ( 9 ) calibration is carried out to the influence of radiation during the processing of a workpiece ( 4 ) by means of the laser beam ( 5 ) arises and again enters the laser processing head ( 1 ) to compensate for the scattered radiation measurement value. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens der Streustrahlungsmeßwert durch Messung von Streustrahlung im infraroten Teil des optischen Spektrums bestimmt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in net that at least the scattered radiation measurement value by measuring Scattered radiation determined in the infrared part of the optical spectrum becomes.   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zusätzlich die Temperatur des Schutzglases (9) gemessen und mit einem Referenz-Temperaturwert verglichen wird, um bei Überschreiten des letzteren ein zweites Fehlersignal zu erzeugen.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in addition the temperature of the protective glass ( 9 ) is measured and compared with a reference temperature value in order to generate a second error signal when the latter is exceeded. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tem­ peraturdifferenz zwischen Schutzglas (9) und Laserbearbeitungskopf (1) gemessen und zur Erzeugung des zweiten Fehlersignals mit einem Refe­ renz-Temperaturdifferenzwert vergleichen wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the temperature difference between the protective glass ( 9 ) and laser processing head ( 1 ) is measured and compared to generate the second error signal with a reference temperature difference value. 8. Laserbearbeitungsanlage, wenigstens bestehend aus einem Laserbe­ arbeitungskopf (1) mit einem Gehäuse (6), in welchem sich eine Linsenan­ ordnung (7) zur Fokussierung eines Laserstrahls (5) sowie strahlaus­ gangsseitig zur Linsenanordnung (7) ein Schutzglas (9) befinden, und in welchem ferner eine außerhalb des Laserstrahls (5) liegende erste Strah­ lungsdetektoranordnung (13) vorhanden ist, die zur Streustrahlungs-In­ tensitätsmessung eine vom Laserstrahl (5) durchsetzte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet.8. Laser processing system, at least consisting of a Laserbe processing head ( 1 ) with a housing ( 6 ) in which there is a Linsenan arrangement ( 7 ) for focusing a laser beam ( 5 ) and the beam exit on the output side to the lens arrangement ( 7 ) are a protective glass ( 9 ) , and in which there is also a first radiation detector arrangement ( 13 ) lying outside the laser beam ( 5 ), which observes a surface of the protective glass ( 9 ) penetrated by the laser beam ( 5 ) for intensity measurement of scattered radiation. 9. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Strahlungsdetektoranordnung wenigstens einen in eine Wand des Gehäuses (6) eingesetzten Strahlungsdetektor (13) aufweist, der an derjenigen Seite des Schutzglases (9) liegt, durch die der Laserstrahl (5) in das Schutzglas (9) eintritt.9. Laser processing system according to claim 8, characterized in that the first radiation detector arrangement has at least one in a wall of the housing ( 6 ) inserted radiation detector ( 13 ) which is on that side of the protective glass ( 9 ) through which the laser beam ( 5 ) enters the protective glass ( 9 ). 10. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß im Gehäuse (6) ein weiterer Strahlungsdetektor (16) zur Messung der Intensität des Laserstrahls (5) angeordnet ist.10. Laser processing system according to claim 9, characterized in that a further radiation detector ( 16 ) for measuring the intensity of the laser beam ( 5 ) is arranged in the housing ( 6 ). 11. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Strahlengang des Laserstrahls (5) ein teildurchlässiger Spiegel (18) angeordnet ist, um einen Teil des Laserstrahls (5) auf den wei­ teren Strahlungsdetektor (16) zu lenken. 11. Laser machining installation according to claim 10, characterized in that a partially transmitting mirror (18) is arranged in the beam path of the laser beam (5), to direct a portion of the laser beam (5) on the white direct radiation detector (16). 12. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (6) ein gegenüber diesem ther­ misch isolierter Temperaturdetektor (21) zur Messung der Temperatur des Schutzglases (9) vorhanden ist.12. Laser processing system according to one of claims 8 to 11, characterized in that in the housing ( 6 ) a thermally insulated therewith insulated temperature detector ( 21 ) for measuring the temperature of the protective glass ( 9 ) is present. 13. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (6) mit einem weiteren Temperaturdetektor (24) zur Messung der Gehäusetemperatur verbunden ist.13. Laser processing system according to claim 12, characterized in that the housing ( 6 ) is connected to a further temperature detector ( 24 ) for measuring the housing temperature. 14. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine Auswerteschaltung (2) zur Verarbei­ tung der von den Detektoren (13, 16, 21, 24) gelieferten Ausgangssignale aufweist.14. Laser processing system according to one of claims 8 to 13, characterized in that it has an evaluation circuit ( 2 ) for processing the output signals provided by the detectors ( 13 , 16 , 21 , 24 ). 15. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (6) des Laserbearbeitungskopfs (1) die Aus­ werteschaltung (2) trägt.15. Laser processing system according to claim 14, characterized in that the housing ( 6 ) of the laser processing head ( 1 ) carries the evaluation circuit ( 2 ). 16. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (2) einen Dividierer (28) zur Bildung des Verhältnisses zwischen dem durch den Strahlungsdetektor (13) gemessenen Streustrahlungsmeßwert und der durch den weiteren Strahlungsdetektor (16) gemessenen Intensität des Laserstrahls (5) auf­ weist.16. Laser processing system according to claim 14 or 15, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) has a divider ( 28 ) for forming the ratio between the scattered radiation measured value measured by the radiation detector ( 13 ) and the intensity of the measured by the further radiation detector ( 16 ) Laser beam ( 5 ) has. 17. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des Dividierers (28) mit einem Eingang eines Komparators (31) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einem Schwellwertgeber (33) verbunden ist.17. Laser processing system according to claim 16, characterized in that the output of the divider ( 28 ) is connected to an input of a comparator ( 31 ), the other input of which is connected to a threshold value transmitter ( 33 ). 18. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des Dividierers (28) mit einem Eingang eines Komparators (31) sowie mit einem Eingang eines Kalibrierspeichers (35) verbunden ist, dessen Speicherausgang über einen Skalierungsfaktorgeber (37) mit dem anderen Eingang des Komparators (31) verbunden ist.18. Laser processing system according to claim 16, characterized in that the output of the divider ( 28 ) is connected to an input of a comparator ( 31 ) and to an input of a calibration memory ( 35 ), the memory output via a scaling factor ( 37 ) with the other Input of the comparator ( 31 ) is connected. 19. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (2) einen weiteren Komparator (39) aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Temperaturdetektors (21) und dessen anderer Eingang mit einem Refe­ renz-Temperaturwertgeber (41) verbunden sind.19. Laser processing system according to one of claims 14 to 18, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) has a further comparator ( 39 ), one input with the output of the temperature detector ( 21 ) and the other input with a reference temperature value transmitter ( 41 ) are connected. 20. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (2) ein Subtrahier­ glied (43) aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Tempera­ turdetektors (21) und dessen Subtraktionseingang mit dem Ausgang des weiteren Temperaturdetektors (24) verbunden sind, und daß ein Kompa­ rator (39) vorhanden ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Sub­ trahierglieds (43) und dessen anderer Eingang mit einem Referenz-Tempe­ raturdifferenzwertgeber (41a) verbunden sind.20. Laser processing system according to one of claims 14 to 18, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) has a subtractor ( 43 ), one input to the output of the temperature detector ( 21 ) and its subtraction input with the output of the further temperature detector ( 24 ) are connected, and that a Kompa rator ( 39 ) is present, one input of which is connected to the output of the subtractor ( 43 ) and the other input of which is connected to a reference temperature difference value transmitter ( 41 a). 21. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (2) ein ODER-Gatter (45) aufweist, dessen Eingänge mit jeweils einem Ausgang der Kompara­ toren (31, 39) verbunden sind.21. Laser processing system according to one of claims 17 to 20, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) has an OR gate ( 45 ) whose inputs are each connected to an output of the comparators ( 31 , 39 ).
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