DE10113518B4 - Method for measuring the degree of soiling of a protective glass of a laser processing head and laser processing system for carrying out the method - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgrades eines Schutzglases (9), das von einem Laserbearbeitungskopf (1) getragen wird und strahlausgangsseitig zu einer im Laserbearbeitungskopf (1) vorhandenen Linsenanordnung (7) liegt, durch die ein Laserstrahl (5) hindurchtritt, bei dem – eine außerhalb des Laserstrahls (5) angeordnete erste Strahlungsdetektoranordnung (13) eine vom Laserstrahl (5) durchsetzte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet, um die Intensität von dort kommender Streustrahlung (12) zu messen, die durch Streuung des Laserstrahls (5) an Partikeln (11) hervorgerufen wird, die am Schutzglas (9) haften, – eine zweite Strahlungsdetektoranordnung (16) die Intensität eines aus dem Laserstrahl (5) umgelenkten Teilstrahls misst und bei dem ferner – ein von der ersten Strahlungsdetektoranordnung (13) gemessener Streustrahlungsmesswert zu dem von der zweiten Strahlungsdetektoranordnung (16) gemessenen Strahlungsmesswert ins Verhältnis gesetzt wird, um einen korrigierten Streustrahlungsmesswert zu erhalten, der mit einem Referenz-Streustrahlungsmesswert verglichen wird, um bei Überschreiten des letzteren ein erstes Fehlersignal zu erzeugen, wobei die zweite Strahlungsdetektoranordnung (16) der ersten Strahlungsdetektoranordnung (13) radial gegenüberliegt.Method for measuring the degree of soiling of a protective glass (9), which is supported by a laser processing head (1) and lies on the beam output side to a lens arrangement (7) present in the laser processing head (1), through which a laser beam (5) passes, in which - an outside The first radiation detector arrangement (13) arranged in the laser beam (5) observes a surface of the protective glass (9) penetrated by the laser beam (5) in order to measure the intensity of scattered radiation (12) which occurs there by scattering of the laser beam (5) by particles ( 11), which adhere to the protective glass (9), - a second radiation detector arrangement (16) measures the intensity of a partial beam deflected from the laser beam (5) and further comprising - a scattered radiation measured value from that of the first radiation detector arrangement (13) is correlated to the second radiation detector array (16) measured radiation reading to a corrected To obtain a scattered radiation reading that is compared to a reference scattered radiation reading to produce a first error signal when the latter is exceeded, wherein the second radiation detector assembly (16) is radially opposed to the first radiation detector assembly (13).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgrades eines Schutzglases eines Laserbearbeitungskopfs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Laserbearbeitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.The invention relates to a method for measuring the degree of contamination of a protective glass of a laser processing head according to the preamble of patent claim 1 and to a laser processing system for carrying out the method according to the preamble of patent claim 7.
  • Aus der DE 94 03 822 U1 sind bereits ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsanlage der gattungsgemäßen Art bekannt. Dort erzeugt ein Laser einen Laserstrahl, der über eine Fokussierungsoptik in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt und über diesen übertragen wird. Ausgangsseitig wird der Laserstrahl durch eine weitere Linsenoptik kollimiert und mittels einer Fokussierlinse auf ein Werkstück fokussiert. Zwischen der Fokussierlinse und dem Werkstück ist ein Schutzglas angeordnet. Dieses Schutzglas schützt die Fokussierlinse vor Verschmutzungen bei der Bearbeitung des Werkstücks, die durch Materialdampf und Materialspritzer entstehen können. Zur Messung des Verschmutzungsgrades wird die Streustrahlung des Schutzglases gemessen. Hierzu ist ein Detektor vorhanden, der ein entsprechendes Signal an eine Meßeinrichtung abgibt. Der Detektor liegt direkt an der Außenfläche des Schutzglases an, beispielsweise an einer Schliff-Fläche des Schutzglases, dessen Dicke einige Millimeter beträgt.From the DE 94 03 822 U1 already a method and a laser processing system of the generic type are known. There, a laser generates a laser beam, which is coupled via a focusing optics in an optical waveguide and transmitted via this. On the output side, the laser beam is collimated by another lens optics and focused by means of a focusing lens on a workpiece. Between the focusing lens and the workpiece, a protective glass is arranged. This protective glass protects the focusing lens against contamination during machining of the workpiece, which can be caused by material vapor and material splashes. To measure the degree of contamination, the scattered radiation of the protective glass is measured. For this purpose, a detector is provided which emits a corresponding signal to a measuring device. The detector is located directly on the outer surface of the protective glass, for example on a ground surface of the protective glass whose thickness is a few millimeters.
  • Aus der JP H11-86 296 A ist ein Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse bekannt, an dem strahlausgangsseitig eine Linsenoptik mit Schutzglasplatte angeordnet ist. Ein Strahlungsdetektor zur Messung von Streustrahlung liegt der Strahleintrittsfläche der Schutzglasplatte im Abstand gegenüber. Er befindet sich seitlich neben der Linsenanordnung. Der Strahlungsdetektor mißt aus der Schutzglasplatte austretende Streustrahlung, die sich zunächst in der Plattenebene durch Totalreflexion ausgebreitet hat.From the JP H11-86 296 A a laser processing head with a housing is known, on the beam output side, a lens optics is arranged with protective glass plate. A radiation detector for measuring scattered radiation is located at a distance from the beam entry surface of the protective glass plate. It is located to the side of the lens arrangement. The radiation detector measures scattered radiation emerging from the protective glass plate, which initially spread in the plane of the plate by total reflection.
  • Aus der DE 299 03 385 U1 ist eine Anordnung zur Überwachung des Verschmutzungsgrades eines Schutzglases einer Schweißoptik bekannt. Von Zeit zu Zeit werden die Schutzgläser ausgetauscht. Um den Verschmutzungsgrad zu ermitteln, wird seitlich am Schutzglas ein Sensor angeordnet, der für die Laserstrahlung selbst unempfindlich ist und eine Empfindlichkeit für die von den Schmutzpartikeln ausgesandte Infrarot-Wärmestrahlung aufweist. Der Infrarotsensor kann eine in dem genannten Spektralbereich empfindliche Temperaturfühleranordnung sein. Auch kann der Einfluß von Strahlung, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels des Laserstrahls entsteht und wieder in den Laserbearbeitungskopf eintritt, auf den Streustrahlungsmeßwert eliminiert werden.From the DE 299 03 385 U1 an arrangement for monitoring the degree of contamination of a protective glass of a welding optics is known. From time to time the protective glasses are replaced. To determine the degree of contamination, a sensor is arranged laterally on the protective glass, which is insensitive to the laser radiation itself and has a sensitivity to the infrared heat radiation emitted by the dirt particles. The infrared sensor may be a sensitive in the spectral range temperature sensing arrangement. Also, the influence of radiation, which arises during the machining of a workpiece by means of the laser beam and re-enters the laser processing head, can be eliminated to the scattered radiation value.
  • Ferner offenbart die DE 200 14 423 U1 einen handgeführten Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser, dessen Linsenoptik durch ein Schutzglas geschützt wird. Das Schutzglas ist in einem schubladenartigen Träger angeordnet, und es wird hinsichtlich Temperatur und Verschmutzungsgrad überwacht. Die Überwachung erfolgt auf der Basis einer Temperaturmessung des Schutzglases mittels Thermoelement. Das Thermoelement befindet sich am Rand des schubladenförmigen Trägers.Further, the DE 200 14 423 U1 a hand-held processing head for a high-power diode laser whose lens optics is protected by a protective glass. The protective glass is placed in a drawer-like support and monitored for temperature and degree of soiling. The monitoring is based on a temperature measurement of the protective glass by means of a thermocouple. The thermocouple is located on the edge of the drawer-shaped support.
  • Ein weiteres Schutzelement für eine Laseroptik ist aus der DE 198 39 930 C1 bekannt. Beschrieben wird ein Schutzelement für eine Laseroptik. Beim Schutzelement handelt es sich um eine Schutzglasscheibe. Zusätzliches Licht wird in eine seitliche Fläche der Schutzglasscheibe eingekoppelt. Dieses durchquert das Material der Schutzglasscheibe und tritt dann über die seitliche Fläche wieder aus, wo es von einem Lichtdetektor erfaßt wird. Risse und Brüche des Schutzglaselements werden somit durch eine Veränderung des in der Lichtdetektor empfangenen Lichts erkannt. Oberhalb einer Linse befinden sich mehrere Strahlungs-Temperatursensoren, welche jeweils bestimmte Bereiche des Schutzglases sehen, also die von diesen Bereichen ausgehende Wärmestrahlung erfassen.Another protective element for a laser optics is from the DE 198 39 930 C1 known. A protective element for a laser optics is described. The protective element is a protective glass pane. Additional light is coupled into a side surface of the protective glass pane. This passes through the material of the protective glass pane and then exits via the side surface where it is detected by a light detector. Cracks and breaks of the protective glass element are thus detected by a change in the light received in the light detector. Above a lens there are several radiation temperature sensors, which each see certain areas of the protective glass, so detect the emanating from these areas heat radiation.
  • Schließlich ist aus W. Brunner et al., Lasertechnik: Eine Einführung, 4. Auflage, Heidelberg: Hüthig, 1989, Seite 291 bekannt, einen teildurchlässigen Spiegel in einer Laserbearbeitungsanlage zu verwenden.Finally, from W. Brunner et al., Laser Technology: An Introduction, 4th Edition, Heidelberg: Hüthig, 1989, page 291 known to use a partially transmissive mirror in a laser processing system.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsanlage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine genauere Beurteilung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases möglich ist.The invention has the object of providing a method and a laser processing system of the type mentioned in such a way that a more accurate assessment of the degree of contamination of the protective glass is possible.
  • Die verfahrensseitige Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Dagegen findet sich die vorrichtungsseitige Lösung der gestellten Aufgabe im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.The method-side solution of the problem is specified in the characterizing part of patent claim 1. In contrast, the device-side solution of the problem is found in the characterizing part of claim 7. Advantageous embodiments of the invention are described in the respective dependent subclaims.
  • Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die erste Strahlungsdetektoranordnung die der Linsenanordnung zugewandte Fläche des Schutzglases durch die Linsenanordnung hindurch beobachtet.The method according to the invention is characterized in that the first radiation detector arrangement observes the surface of the protective glass facing the lens arrangement through the lens arrangement.
  • Durch die außerhalb des Laserstrahls bzw. Laserstrahlengangs angeordnete erste Strahlungsdetektoranordnung wird somit 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 haften, zur Erzeugung eines Streustrahlungsmeßwerts zu messen: und es wird dieser Streustrahlungsmeßwert mit einem Referenz-Streustrahlungsmeßwert verglichen, um bei Überschreiten des letzteren ein erstes Fehlersignal zu erzeugen.Thus, a surface of the protective glass penetrated by the laser beam is observed by the first radiation detector arrangement arranged outside the laser beam or laser beam path, in order to obtain the intensity from there Stray radiation caused by scattering of the laser beam on particles adhered to the protective glass to measure a stray radiation reading is compared to a scattered stray reference value to produce a first error signal when the latter is exceeded.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Strahlungsintensität des Laserstrahls gemessen, um deren Einfluß auf den Streustrahlungsmeßwert zu kompensieren. Die Intensität der Laserstrahlung, die durch am Schutzglas haftende Partikel gestreut wird, hängt von der Strahlleistung des verwendeten Lasers ab. Um diesen Einfluß zu eliminieren, wird die Strahlungsintensität des Laserstrahls gemessen, bevor dieser in das Schutzglas eintritt. Die ermittelte Streustrahlungsintensität kann dann zum Beispiel ins Verhältnis zur gemessenen Eingangsstrahlungsintensität des Laserstrahls gesetzt werden, um somit den Streustrahlungsmeßwert 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 radiation intensity of the laser beam is measured to compensate for their influence on the Streustrahlungsmeßwert. The intensity of the laser radiation, which is scattered by adhering to the protective glass particles, depends on the beam power of the laser used. In order to eliminate this influence, the radiation intensity of the laser beam is measured before it enters the protective glass. The detected scattered radiation intensity can then be set, for example, in relation to the measured input radiation intensity of the laser beam so as to keep the scattered radiation value independent of the input radiation intensity of the laser beam. As a result, the degree of contamination of the protective glass can be determined even more accurately.
  • 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 Laserbearbeitungskopf eintritt, auf den Streustrahlungsmeßwert zu kompensieren. Die Messung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases kann somit auch dann einwandfrei erfolgen, wenn bei unterschiedlichen Bearbeitungsprozessen, etwa beim Laserschweißen, Laserschneiden, usw., unterschiedliche Anteile von Streustrahlung von außen in den Laserbearbeitungskopf zurückgekoppelt werden.According to another advantageous embodiment of the invention, a calibration is performed with each new protective glass used in the laser processing head to compensate for the influence of radiation, which occurs during processing of a workpiece by means of the laser beam and re-enters the laser processing head to the Streustrahlungsmeßwert. The measurement of the degree of contamination of the protective glass can thus also be carried out properly when different parts of scattered radiation are fed back from the outside into the laser processing head in different machining processes, such as laser welding, laser cutting, etc.
  • 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 Ausgestaltung der Erfindung auch wenigstens der Streustrahlungsmeßwert durch Messung von Streustrahlung im infraroten Teil des optischen Spektrums bestimmt werden kann.The scattered radiation value should be determined in that wavelength range in which the wavelength of the laser beam also lies. Frequently, infrared lasers are used, so that according to one embodiment of the invention, at least the scattered radiation value can also be determined by measuring scattered radiation in the infrared part of the optical spectrum.
  • 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, welche unter Umständen den ganzen Laserbearbeitungskopf in Mitleidenschaft zieht. Es ist daher nach einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung möglich, zusätzlich die Temperatur des Schutzglases zu messen und mit einem Referenz-Temperaturwert zu vergleichen, um bei Überschreiten des letzteren ein zweites Fehlersignal zu erzeugen. Damit läßt sich der Verschmutzungsgrad des Schutzglases noch genauer bestimmen.It is known that larger splashes adhering to the protective glass hardly generate stray radiation and therefore are often not recognized. However, these spatters absorb laser radiation to a greater extent, so that there may be thermal damage to the protective glass, which under certain circumstances affects the entire laser processing head. It is therefore possible according to a very advantageous development of the invention, in addition to measure the temperature of the protective glass and to compare with a reference temperature value to generate a second error signal when the latter is exceeded. Thus, the degree of contamination of the protective glass can be determined even more accurately.
  • In Weiterbildung dieses Gedankens kann die Temperaturdifferenz zwischen Schutzglas und Laserbearbeitungskopf gemessen und zur Erzeugung des zweiten Fehlersignals mit einem Referenz-Temperaturdifferenzwert verglichen werden. Auf diese Weise läßt sich dann der Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs auf das Meßverfahren eliminieren.In a further development of this idea, the temperature difference between the protective glass and the laser processing head can be measured and compared to generate a second error signal with a reference temperature difference value. In this way, the influence of the static temperature of the laser processing head on the measuring method can then be eliminated.
  • Eine Laserbearbeitungsanlage besteht wenigstens aus einem Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse, in welchem sich eine Linsenanordnung zur Fokussierung eines Laserstrahls sowie strahlausgangsseitig zur Linsenanordnung ein Schutzglas befinden, und in welchem ferner eine außerhalb des Laserstrahls liegende erste Strahlungsdetektoranordnung vorhanden ist, die zur Streustrahlungs-Intensitätsmessung eine Fläche des Schutzglases beobachtet. Dabei ist die erste Streustrahlungsdetektoranordnung mit wenigstens einem Streustrahlungsdetektor ausgestattet, der erfindungsgemäß in einen Wand-Durchgangskanal des Gehäuses eingesetzt ist, wobei der Wand-Durchgangskanal so angeordnet und geneigt ist, daß der Strahlungsdetektor das Schutzglas durch die Linsenanordnung hindurch beobachtet.A laser processing system consists at least of a laser processing head with a housing in which a lens arrangement for focusing a laser beam and the beam output side to the lens assembly, a protective glass, and in which also a lying outside the laser beam first radiation detector arrangement is present, the scattered radiation intensity measurement of a surface of the Protective glass observed. In this case, the first stray radiation detector arrangement is equipped with at least one stray radiation detector, which is used according to the invention in a wall passageway of the housing, wherein the wall passageway is arranged and inclined so that the radiation detector observes the protective glass through the lens assembly.
  • Im Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs befindet sich nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein weiterer Strahlungsdetektor zur Messung der Intensität des Laserstrahls. Dabei liegt der weitere Strahlungsdetektor vorzugsweise in einem solchen Bereich, in den keine Streustrahlung gelangt. Zur Messung der Intensität des einfallenden Laserstrahls befindet sich eine Strahlumlenkeinrichtung im Laserstrahl, etwa ein teildurchlässiger Spiegel, um einen Teil des Laserstrahls auf den weiteren Strahlungsdetektor zu lenken. Dadurch läßt sich in einfacher Weise der Referenz-Streustrahlungswert erhalten.In the housing of the laser processing head is located according to an advantageous embodiment of the invention, a further radiation detector for measuring the intensity of the laser beam. In this case, the further radiation detector is preferably located in such a region in which no stray radiation passes. For measuring the intensity of the incident laser beam is a Strahlumlenkeinrichtung in the laser beam, such as a partially transparent mirror to direct a portion of the laser beam to the other radiation detector. As a result, the reference scattered radiation value can be obtained in a simple manner.
  • In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Gehäuse ein gegenüber 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 umfangsseitigen 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 möglichst exakt den Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs auf die Temperatur des Schutzglases erfassen zu können.In yet a further embodiment of the invention, a thermally insulated temperature detector for measuring the temperature of the protective glass is present in the housing. For example, it can be directly in spring contact with the protective glass, for example with a peripheral end edge of the protective glass. Another temperature detector, which is used approximately in a housing-side recess, can be used to measure the housing temperature. The temperature detector and the further temperature detector should be as close to each other as possible to exactly the influence of the static temperature of the laser processing head on to detect the temperature of the protective glass.
  • Zur Laserbearbeitungsanlage gehört eine Auswerteschaltung zur Verarbeitung der von den Detektoren gelieferten Ausgangssignale. Diese Auswerteschaltung 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.The laser processing system includes an evaluation circuit for processing the output signals supplied by the detectors. This evaluation circuit can be attached directly to the laser processing head or be present in it, but can also be coupled via line connections to the laser processing head and thus arranged separately from it.
  • Die Auswerteschaltung enthält vorzugsweise einen Dividierer zur Bildung des Verhältnisses zwischen dem durch den Strahlungsdetektor gemessenen Streustrahlungsmeßwert und der durch den weiteren Strahlungsdetektor 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 forming the ratio between the scattered radiation measured by the radiation detector and the intensity of the laser beam measured by the further radiation detector. Thus, it is possible to obtain a scattered radiation value at the output of the divider which is practically independent of variations in the intensity of the laser beam.
  • Dabei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Ausgang des Dividierers mit einem Eingang eines Komparators verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Schwellwertgeber verbunden ist. Überschreitet der Streustrahlungsmeßwert somit den Schwellwert, kann ein erstes Fehlersignal erzeugt werden, das zur Stillsetzung der Laserbearbeitungsanlage bzw. zur Ausschaltung des Lasers benutzt werden kann. Das erste Fehlersignal zeigt dann an, daß der Verschmutzungsgrad des Schutzglases einen vorbestimmten Wert überschritten hat und das Glas ausgetauscht werden muß.In this case, in a further embodiment of the invention, the output of the divider is connected to an input of a comparator whose other input is connected to a threshold value transmitter. If the scattered radiation value thus exceeds the threshold value, a first error signal can be generated which can be used for stopping the laser processing system or for switching off the laser. The first error signal then indicates that the degree of contamination of the protective glass has exceeded a predetermined value and the glass must be replaced.
  • In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Ausgang des Dividierers mit einem Eingang eines Komparators sowie mit einem Eingang eines Kalibrierspeichers verbunden sein, dessen Speicherausgang über einen Skalierungsfaktorgeber mit dem anderen Eingang des Komparators verbunden ist. Unter Verwendung dieser Schaltung kann ein Kalibrierungsprozeß bei durchgeführter Laserbearbeitung erfolgen, um jetzt auch den Einfluß der beim Bearbeitungsprozeß erzeugten und in den Laserbearbeitungskopf zurückgekoppelten Streustrahlung zu erfassen und um diesen Einfluß auf den Streustrahlungsmeßwert zu eliminieren. Erst wenn der bei der Bearbeitung des Werkstücks gemessene Streustrahlungsmeßwert einen durch einen Skalierungsfaktor bestimmten Referenzwert überschreitet, erfolgt die Ausgabe des ersten Fehlersignals, um dann weitere Schritte durchzuführen, etwa die Stillsetzung der Anlage zu veranlassen, etc..In yet a further embodiment of the invention, the output of the divider can be connected to an input of a comparator and to an input of a calibration memory whose memory output is connected via a scaling factor encoder to the other input of the comparator. Using this circuit, a calibration process can be performed with laser processing performed to now also detect the influence of the generated during the machining process and fed back into the laser processing head scattered radiation and to eliminate this influence on the scattered radiation. Only when the scattered radiation measured value during machining of the workpiece exceeds a reference value determined by a scaling factor is the output of the first error signal taken, in order then to carry out further steps, for example to cause the plant to be shut down, etc.
  • Die Auswerteschaltung kann auch einen weiteren Komparator aufweisen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Temperaturdetektors und dessen 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 ebenfalls zur Stillsetzung der Laserbearbeitungsanlage bzw. zum Ausschaltung des Laserstrahls herangezogen werden kann.The evaluation circuit may also have a further comparator whose one input to the output of the temperature detector and the other input are connected to a reference temperature value transmitter. Therefore, if the temperature of the protective glass exceeds the reference temperature, then a second error signal can be generated, which can also be used to shut down the laser processing system or to eliminate the laser beam.
  • Auch ist es möglich, in der Auswerteschaltung ein Substrahierglied vorzusehen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Temperaturdetektors und dessen Subtraktionseingang mit dem Ausgang des weiteren Temperaturdetektors 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, vorzugsweise in der Nähe des Schutzglases, auf den Temperaturmeßwert des Schutzglases eliminieren.It is also possible to provide a Substrahierglied in the evaluation, one input to the output of the temperature detector and its subtraction input to the output of the other temperature detector are connected, wherein a comparator is present, whose one input to the output of the subtractor and the other input are connected to a reference temperature difference value transmitter. As a result, when the second error signal is generated, the influence of the static temperature of the laser processing head, preferably in the vicinity of the protective glass, on the temperature measurement value of the protective glass can be eliminated.
  • Möglich ist die ODER-Verknüpfung von erstem und zweitem Fehlersignal, um bei Vorliegen eines dieser Fehlersignale schon weitere Schritte bzw. Sicherheitsmaßnahmen zu treffen.It is possible to OR the first and second error signal in order to take further steps or safety measures in the presence of one of these error signals.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings in detail. Show it:
  • 1 einen Längsschnitt durch einen Laserbearbeitungskopf nach der Erfindung mit angeschlossener Auswerteschaltung; 1 a longitudinal section through a laser processing head according to the invention with connected evaluation circuit;
  • 2 einen ersten Schaltungsaufbau der Auswerteschaltung; 2 a first circuit construction of the evaluation circuit;
  • 3 einen zweiten Aufbau der Auswerteschaltung; 3 a second structure of the evaluation circuit;
  • 4 einen dritten Aufbau der Auswerteschaltung; 4 a third structure of the evaluation circuit;
  • 5 einen vierten Aufbau der Auswerteschaltung; und 5 a fourth structure of the evaluation circuit; and
  • 6 eine weitere Schaltungseinzelheit der Auswerteschaltung in 1. 6 a further circuit detail of the evaluation circuit in 1 ,
  • Eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsanlage nach 1 weist einen Laserbearbeitungskopf 1 auf, der mit einer Auswerteschaltung 2 verbunden ist, die ihrerseits wiederum in Verbindung mit einer Maschinensteuerung 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 Laserstrahls 5 ein- und ausschaltet, und dergleichen.A laser processing system according to the invention 1 has a laser processing head 1 on, with an evaluation circuit 2 which in turn is in connection with a machine control 3 stands, which, among other things, the movement of the laser processing head 1 relative to a workpiece 4 controls, a laser, not shown, for generating a laser processing head 1 passing laser beam 5 turns on and off, and the like.
  • Der Laserbearbeitungskopf 1 besteht aus einem Gehäuse 6, das hohlzylindrisch ausgebildet ist und an seinem zum Werkstück 4 liegenden Ende einen 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 Linsenanordnung 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 letzteres zu bearbeiten. The laser processing head 1 consists of a housing 6 , which is formed hollow cylindrical and at its to the workpiece 4 lying end has a nozzle-shaped course. Inside the case 6 there is a lens arrangement 7 for focusing the laser beam 5 that's the case 6 centrally penetrated in its longitudinal direction. The lens arrangement 7 may for example consist of one or more lenses with a total focusing property. A focal point 8th of the laser beam 5 comes in the area of the surface of the workpiece 4 to lie to work on the latter.
  • 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 Laserbearbeitungskopf 1 strahlausgangsseitig mit einem Schutzglas 9 versehen. Dieses Schutzglas 9 verschließt die Strahlaustrittsseite des Laserbearbeitungskopfs 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 wesentlichen ohne Verluste durch das Schutzglas 9 hindurchtreten kann. Bei der Bearbeitung des Werkstücks 4 mit Hilfe des Laserstrahls 5 entstehende 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.To prevent when machining the workpiece 4 with the help of the laser beam 5 resulting particles or splashes of material inside the housing 6 of the laser processing head 1 arrive, is the laser processing head 1 beam exit side with a protective glass 9 Mistake. This protective glass 9 closes the beam exit side of the laser processing head 1 and is located in the nozzle-shaped area. The protective glass 9 is preferably formed as a plane-parallel plate, which is perpendicular to the central axis 10 of the laser beam 5 to come to rest. The material of the protective glass 9 is chosen so that the laser beam 5 essentially without losses due to the protective glass 9 can pass through. When machining the workpiece 4 with the help of the laser beam 5 Resulting dirt particles or splashes of material can then only on the beam exit side surface of the protective glass 9 deposit and are there by the reference numbers 11 Mistake. The laser beam penetrates 5 the glass plate 9 , so part of the laser radiation on the particles 11 scattered and back inside the laser processing head 5 directed.
  • Diese Streustrahlung ist in 1 mit dem Bezugszeichen 12 versehen.This scattered radiation is in 1 with the reference number 12 Mistake.
  • Zur Messung der Streustrahlung 12 ist ein Streustrahlungsdetekor 13 vorgesehen. Dieser Streustrahlungsdetektor 13 ist empfindlich im Wellenlängenbereich des Laserstrahls 5 und ist in eine Öffnung 14 eingesetzt, die sich in einer Wand des Gehäuses 6 befindet. Die Öffnung 14 wird durch einen Durchgangskanal gebildet, der in 1 oberhalb der Linsenanordnung 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 einen Teil davon beobachten kann, und zwar durch die Linsenanordnung 7 hindurch. Über eine Leitungsverbindung 15 steht der Streustrahlungsdetektor 13 in elektrischer Verbindung mit der Auswerteschaltung 2.For measuring scattered radiation 12 is a scattered radiation detector 13 intended. This scattered radiation detector 13 is sensitive in the wavelength range of the laser beam 5 and is in an opening 14 used, located in a wall of the housing 6 located. The opening 14 is formed by a passageway which in 1 above the lens array 7 is located, so on the side of the lens assembly 7 that from the glass plate 9 points away. The inclination of the passageway 14 is chosen so that the radiation detector 13 the entire glass plate 9 or observe part of it, through the lens array 7 therethrough. Via a line connection 15 is the stray radiation detector 13 in electrical connection with the evaluation circuit 2 ,
  • Dem Streustrahlungsdetektor 13 radial gegenüberliegend befindet sich ein weiterer Strahlungsdetektor 16, der zur Messung der Intensität des Laserstrahls 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 Strahlungsdetektor 16 umgelenkt. Die umgelenkte Strahlung ist in 1 mit dem Bezugszeichen 19 versehen. Der teildurchlässige Spiegel 18 selbst ist wiederum als planparallele Platte ausgebildet. Der größte Teil der Laserstrahlung geht durch ihn hindurch. Der weitere Detektor 16 und der teildurchlässige Spiegel 18 liegen also ebenfalls an derjenigen Seite der Linsenanordnung 7, die vom Schutzglas 9 weg weist. Darüber hinaus ist der weitere Detektor 16 über eine Leitungsverbindung 20 mit der Auswerteschaltung 2 verbunden.The stray radiation detector 13 radially opposite there is another radiation detector 16 , which measures the intensity of the laser beam 5 serves. This further radiation detector 16 is located in a radial passage opening 17 the wall of the housing 6 , To pass through this further radiation detector 16 the intensity of the laser beam 5 to be able to measure, is located in the beam path of the laser beam 5 a partially transparent mirror 18 at about 45 ° to the central axis 10 of the laser beam 5 is inclined. Through this partially transparent mirror 18 becomes a small part of the intensity of the laser beam 5 on the further radiation detector 16 diverted. The redirected radiation is in 1 with the reference number 19 Mistake. The partially transparent mirror 18 itself is again designed as a plane-parallel plate. Most of the laser radiation passes through it. The further detector 16 and the partially transmissive mirror 18 So also lie on that side of the lens assembly 7 that from the protective glass 9 points away. In addition, the other detector 16 via a line connection 20 with the evaluation circuit 2 connected.
  • 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 Temperaturdetektor 21 ist in einen radialen Kanal 22 eingesetzt, der sich in der Wand des Gehäuses 6 befindet. Dieser radiale Kanal 22 liegt dem Umfangsrand des Schutzglases 9 gegenüber, so daß der Temperaturdetektor 21 in federndem Kontakt mit dem Rand des Schutzglases 9 gehalten werden kann. Dabei ist der Temperaturdetektor 21 gegenüber anderen Bereichen des Laserbearbeitungskopfs 1 thermisch isoliert. Der Temperaturdetektor 21 steht über eine Leitungsverbindung 23 in elektrischer Verbindung mit der Auswerteschaltung 2. Durch ihn wird die Temperatur des Schutzglases 9 gemessen. Größere Partikel bzw. Spritzer, die keine Streustrahlung oder kaum Streustrahlung generieren, absorbieren relativ viel Laserleistung, wodurch es zu einer thermischen Schädigung des Schutzglases 9 kommen kann. Zur Beurteilung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases 9 ist daher auch die Temperatur des Schutzglases 9 von Interesse und kann daher zusätzlich gemessen werden.To the degree of contamination of the protective glass 9 to be able to detect larger splashes, which cause less scattered radiation, the protective glass stands 9 in a temperature detector 21 in connection. This temperature detector 21 is in a radial channel 22 inserted in the wall of the housing 6 located. This radial channel 22 lies the peripheral edge of the protective glass 9 opposite, so that the temperature detector 21 in resilient contact with the edge of the protective glass 9 can be held. Here is the temperature detector 21 over other areas of the laser processing head 1 thermally insulated. The temperature detector 21 is via a line connection 23 in electrical connection with the evaluation circuit 2 , Through him, the temperature of the protective glass 9 measured. Larger particles or spatters, which generate no scattered radiation or hardly scattered radiation, absorb relatively much laser power, which leads to thermal damage to the protective glass 9 can come. To assess the degree of soiling of the protective glass 9 is therefore the temperature of the protective glass 9 of interest and can therefore be additionally measured.
  • Um den Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs 1 auf die Temperatur des Schutzglases 9 zu eliminieren, wird auch die Temperatur des Laserbearbeitungskopfs 1 gemessen, und zwar durch einen weiteren Temperaturdetektor 24, der bevorzugt in der Nähe des Schutzglases 9 angeordnet ist. Dieser weitere Temperaturdetektor 24 befindet sich in einer Sacklochbohrung 25 des Gehäuses 6 kurz oberhalb des Temperaturdetektors 21 in 1. Er steht in thermisch leitendem Kontakt mit dem Gehäuse 6 und ist über eine elektrische Leitungsverbindung 26 mit der Auswerteschaltung 2 verbunden.To 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 is also eliminated 1 measured, by another temperature detector 24 which is preferred in the vicinity of the protective glass 9 is arranged. This further temperature detector 24 is in a blind hole 25 of the housing 6 just above the temperature detector 21 in 1 , It is in thermally conductive contact with the housing 6 and is via an electrical line connection 26 with the evaluation circuit 2 connected.
  • Die Auswerteschaltung 2 steht über eine elektrische Leitungsverbindung 27 mit der Maschinensteuerung 3 in Kommunikationsverbindung. Anhand 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 Verschmutzungsgrad 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 Auswerteschaltung 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 via an electrical line connection 27 with the machine control 3 in communication connection. Based on the output signals of a group of said detectors 13 . 16 . 21 and 24 or from the output signals of all these detectors 13 . 16 . 21 and 24 decides the evaluation circuit 2 , whether the degree of contamination of the protective glass 9 due to the deposition of the particles 11 already exceeded a given threshold or not. If he has exceeded this predetermined threshold, then generates the evaluation 2 an alarm signal over the line connection 27 for machine control 3 to induce the latter, the laser processing head 1 either immediately or at the next opportunity to stop and the laser beam 5 off. In this case, the protective glass must 9 change.
  • Der Aufbau der Auswerteschaltung 2 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 näher erläutert.The structure of the evaluation circuit 2 is described below with reference to the 2 to 6 explained in more detail.
  • Einen ersten möglichen Aufbau der Auswerteschaltung 2 zeigt die 2. Hier ist ein Dividierer 28 vorhanden, der an seinem einen Eingang mit der Leitung 15 vom Streustrahlungsdetektor 13 und an seinem anderen Eingang 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 Komparators 31 empfängt über eine Leitung 32 den Referenz-Streustrahlungsmeßwert. Dieser wird durch einen Referenzwertgeber 33 zur Verfügung gestellt, 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 structure of the evaluation circuit 2 show the 2 , Here's a divider 28 present at its one entrance with the pipe 15 from the scattered radiation detector 13 and at his other entrance with the pipe 20 from the radiation detector 16 connected is. The over the line 15 The scattered radiation measured value thus obtained is determined by the divider 28 relative to the radiation intensity set by the radiation detector 16 has been measured. This is the scattered radiation value at the output 29 of the divider 28 regardless of the radiation intensity of the laser beam 5 , This corrected stray radiation value at the output 29 is over a line 30 an input of a comparator 31 fed. The other input of the comparator 31 receives over a line 32 the reference scattered radiation value. This is done by a reference value transmitter 33 provided, which is formed for example in the form of a potentiometer. The tap of the potentiometer is with the line 32 connected. At an exit 34 of the comparator 31 Thus, a first error signal appears when the stray radiation measured value normalized to the laser power exceeds the reference stray radiation measurement value.
  • Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung der Auswerteschaltung 2 ist in 3 gezeigt. Gleiche Elemente wie in 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.Another possibility of training the evaluation circuit 2 is in 3 shown. Same elements as in 2 are provided with the same reference numerals and will not be described again.
  • Die Schaltungsanordnung nach 3 dient dazu, den Einfluß von Streustrahlung bei der Beurteilung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases 9 zu eliminieren, die bei Durchführung der Laserbearbeitung von außen wieder zurück in den Laserbearbeitungskopf eingestrahlt wird.The circuit arrangement 3 serves to reduce the influence of stray radiation when assessing the degree of soiling of the protective glass 9 to be eliminated, which is irradiated back into the laser processing head from the outside when performing the laser machining.
  • Zu diesem Zweck ist der Ausgang 29 des Dividierers 28 mit einem Dateneingang 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 einen 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 Streustrahlungsmeßwert auf der Leitung 30 den Referenzwert auf der Leitung 32, erscheint am Ausgang 34 des Komparators 31 das erste Fehlersignal.For this purpose, the output is 29 of the divider 28 with a data input of a memory 35 connected. A control input of the memory 35 is over a normally open switch 36 connected to reference potential, such as ground potential. A data output of the memory 35 is to a multiplier level 37 led, whose output over the line 32 with the other input of the comparator 31 communicates. Over a controllable resistance 38 parallel to the multiplier stage 37 A scaling factor can be set with which in the multiplier stage 37 the one from the store 35 obtained measured value, which is then used as a reference value to the comparator 31 arrives. Exceeds the stray radiation reading on the line 30 the reference value on the line 32 , appears at the exit 34 of the comparator 31 the first error signal.
  • Die Kalibrierung erfolgt im einzelnen so, daß bei neueingesetztem Schutzglas 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 detail so that with newly inserted protective glass 9 the laser processing plant is put into operation and a machining of the workpiece 4 with the help of the laser beam 5 he follows. The radiation detector measures 16 the intensity of the laser beam 5 , and the radiation detector 13 the scattered radiation, which is now essentially from the workpiece 4 comes, because of the newly inserted protective glass 9 still no dirt particles adhere. The with regard to the intensity of the laser beam 5 corrected stray radiation reading from divider 28 will be in memory 35 stored, including the switch 36 short is closed. Through the resistance 38 is or has already been given a scaling factor with which the stored measured value is to be multiplied.
  • 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 verschiedenen Bearbeitungsprozesse können unterschiedliche Meßwerte im Speicher 35 abgelegt werden, die dann je nach späterem Bearbeitungsprozeß entsprechend aufgerufen werden, um als Referenz zur Verfügung zu stehen.During later operation of the laser processing system, the measured value stored in this way and multiplied by the scaling factor serves on the line 32 which remains constant, for reference. Only when, over time, the stray radiation reading on the line 30 has increased so far that the reference is exceeded, the first error signal is at the output 34 generated. It is clear that the machining process in the recording of the reference value and in the subsequent processing of the workpiece 4 it must be the same. It must therefore each be a welding process, a cutting process, etc., act. Different measured values can be stored in memory for these different machining processes 35 are stored, which are then called depending on the later editing process accordingly, to be available as a reference.
  • Ergänzend zu einer der obigen Schaltungen nach den 2 und 3 kann eine Schaltungsanordnung nach 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 seinem anderen Eingang über eine Leitung 40 einen Referenz-Temperaturwert 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 Fehlersignal, wenn der Temperaturmeßwert auf der Leitung 23 den Referenz-Temperaturwert überschreitet.In addition to one of the above circuits according to the 2 and 3 can be a circuit arrangement 4 in the evaluation circuit 2 to be available. The measured value from the temperature detector 21 is over the line 23 to an input of a comparator 39 delivered at his other entrance via a pipe 40 receives a reference temperature value from a reference value transmitter 41 is made available. With this reference value transmitter 41 it can be, for example, a potentiometer, its tap with the line 40 connected is. At an exit 42 of the comparator 39 then a second error signal will appear if the temperature reading on the line 23 exceeds the reference temperature value.
  • Statt der Schaltung nach 4 kann die Schaltung nach 5 vorgesehen sein, um den Einfluß der statischen Temperatur des Laserbearbeitungskopfs 1 auf den Meßwert des Temperaturdetektors 21 zu eliminieren. Gleiche Elemente wie in 4 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.Instead of the circuit after 4 can the circuit after 5 be provided to the influence of the static temperature of the laser processing head 1 on the measured value of the temperature detector 21 to eliminate. Same elements as in 4 are provided 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 Subtraktionseingang über die Leitung 26 den Temperaturmeßwert vom Temperaturdetektor 24 empfängt. Der durch das Subtrahierglied 43 auf diese Weise gebildete 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-Temperaturdifferenzwert empfängt. Am Ausgang 42 wird dann das zweite Fehlersignal erscheinen, wenn der Ausgang des Subtrahierglieds 43 den Referenz-Temperaturdifferenzwert auf der Leitung 40 überschreitet. Der Referenz-Temperaturdifferenzwert auf der Leitung 40 wird durch einen Referenz-Temperaturdifferenzwertgeber 41a erzeugt, der in Form eines Potentiometers vorliegen kann. Der Abgriff des Potentiometers ist mit der Leitung 40 verbunden.The measured value of the temperature detector 21 gets here over the line 23 to an input of a subtractor 43 Being at its subtraction input via the wire 26 the temperature reading from the temperature detector 24 receives. The one by the subtractor 43 In this way formed temperature difference value is from this via a line 44 to said one input of the comparator 39 transmitted to the other input via the line 40 receives a reference temperature difference value. At the exit 42 Then, the second error signal will appear when the output of the subtractor 43 the reference temperature difference value on the line 40 exceeds. The reference temperature difference value on the line 40 is determined by a reference temperature difference encoder 41a generated, which may be in the form of a potentiometer. The tap of the potentiometer is with the line 40 connected.
  • Mittels eines in 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.By means of an in 6 shown OR gates 45 the evaluation circuit 2 can be the first and the second error signal at the outputs 34 and 42 be linked together. The signals at the outputs 34 . 42 then get over the line 27 for machine control 3 which then stops the system either immediately or at another appropriate time if one or both signals are present.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgrades eines Schutzglases (9), das von einem Laserbearbeitungskopf (1) getragen wird und strahlausgangsseitig zu einer im Laserbearbeitungskopf (1) vorhandenen Linsenanordnung (7) liegt, durch die ein Laserstrahl (5) hindurchtritt, bei dem – eine außerhalb des Laserstrahls (5) angeordnete erste Strahlungsdetektoranordnung (13) eine vom Laserstrahl (5) durchsetzte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet, um die Intensität von dort kommender Streustrahlung (12) zu messen, die durch Streuung des Laserstrahls (5) an Partikeln (11) hervorgerufen wird, die am Schutzglas (9) haften, – eine zweite Strahlungsdetektoranordnung (16) die Intensität eines aus dem Laserstrahl (5) umgelenkten Teilstrahls misst und bei dem ferner – ein von der ersten Strahlungsdetektoranordnung (13) gemessener Streustrahlungsmesswert zu dem von der zweiten Strahlungsdetektoranordnung (16) gemessenen Strahlungsmesswert ins Verhältnis gesetzt wird, um einen korrigierten Streustrahlungsmesswert zu erhalten, der mit einem Referenz-Streustrahlungsmesswert verglichen wird, um bei Überschreiten des letzteren ein erstes Fehlersignal zu erzeugen, wobei die zweite Strahlungsdetektoranordnung (16) der ersten Strahlungsdetektoranordnung (13) radial gegenüberliegt.Method for measuring the degree of soiling of a protective glass ( 9 ) generated by a laser processing head ( 1 ) is carried and beam output side to a in the laser processing head ( 1 ) existing lens arrangement ( 7 ), through which a laser beam ( 5 ), in which - one outside the laser beam ( 5 ) arranged first radiation detector arrangement ( 13 ) one of the laser beam ( 5 ) penetrated surface of the protective glass ( 9 ) to determine the intensity of scattered radiation ( 12 ), which by scattering of the laser beam ( 5 ) on particles ( 11 ), which on the protective glass ( 9 ), - a second radiation detector arrangement ( 16 ) the intensity of a laser beam ( 5 ) deflected sub-beam and in the further - one of the first radiation detector arrangement ( 13 ) measured scattered radiation value to that of the second radiation detector arrangement ( 16 ) in order to obtain a corrected scattered radiation value which is compared with a reference scattered radiation value in order to generate a first error signal when the latter is exceeded, wherein the second radiation detector arrangement ( 16 ) of the first radiation detector arrangement ( 13 ) is radially opposite.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsdetektoranordnung (16) die der Linsenanordnung (7) zugewandte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet.Method according to claim 1, characterized in that the first radiation detector arrangement ( 16 ) the lens arrangement ( 7 ) facing surface of the protective glass ( 9 ).
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, 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.Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that with each new in the laser processing head ( 1 ) used protective glass ( 9 ) a calibration is performed to determine the influence of radiation that is generated during the machining of a workpiece ( 4 ) by means of the laser beam ( 5 ) arises and back into the laser processing head ( 1 ) to compensate for the scattered radiation reading.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Streustrahlungsmesswert durch Messung von Streustrahlung im infraroten Teil des optischen Spektrums bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the scattered radiation measurement value is determined by measuring scattered radiation in the infrared part of the optical spectrum.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in addition the temperature of the protective glass ( 9 ) and compared with a reference temperature value to produce a second error signal when the latter is exceeded.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen Schutzglas (9) und Laserbearbeitungskopf (1) gemessen und zur Erzeugung des zweiten Fehlersignals mit einem Referenz-Temperaturdifferenzwert vergleichen wird.A method according to claim 5, characterized in that the temperature difference between protective glass ( 9 ) and laser processing head ( 1 ) and compared with a reference temperature difference value to produce the second error signal.
  7. Laserbearbeitungsanlage, wenigstens bestehend aus einem Laserbearbeitungskopf (1) mit einem Gehäuse (6), in welchem sich eine Linsenanordnung (7) zur Fokussierung eines Laserstrahls (5) sowie strahlausgangsseitig zur Linsenanordnung (7) ein Schutzglas (9) befinden, und in welchem ferner eine außerhalb des Laserstrahls (5) liegende erste Strahlungsdetektoranordnung (13) vorhanden ist, die zur Streustrahlungs-Intensitätsmessung eine vom Laserstrahl (5) durchsetzte Fläche des Schutzglases (9) beobachtet, wobei die erste Strahlungsdetektoranordnung wenigstens einen in einen Wand-Durchgangskanal (14) des Gehäuses (6) eingesetzten Strahlungsdetektor (13) aufweist und der Wand-Durchgangskanal (14) so angeordnet und geneigt ist, dass der Strahlungsdetektor (13) das Schutzglas (9) durch die Linsenanordnung (7) hindurch beobachtet, und wobei eine zweite Strahlungsdetektoranordnung (16) in einer radialen Durchgangsöffnung (17) der Wand des Gehäuses (6) der ersten Strahlungsdetektoranordnung (13) radial gegenüberliegend angeordnet ist, um Intensität eines auf die zweite Strahlungsdetektoranordnung (16) gelenkten Teil des Laserstrahls (5) zu messen.Laser processing system, at least consisting of a laser processing head ( 1 ) with a housing ( 6 ), in which a lens arrangement ( 7 ) for focusing a laser beam ( 5 ) and beam output side to the lens assembly ( 7 ) a protective glass ( 9 ), and in which further one outside the laser beam ( 5 ) first radiation detector arrangement ( 13 ), which for the scattered radiation intensity measurement is one of the laser beam ( 5 ) penetrated surface of the protective glass ( 9 ), wherein the first radiation detector arrangement at least one into a wall passageway ( 14 ) of the housing ( 6 ) radiation detector ( 13 ) and the wall passageway ( 14 ) is arranged and inclined so that the radiation detector ( 13 ) the protective glass ( 9 ) through the lens assembly ( 7 ), and wherein a second radiation detector arrangement (FIG. 16 ) in a radial passage opening ( 17 ) of the wall of the housing ( 6 ) of the first radiation detector arrangement ( 13 ) is arranged radially opposite to intensity of the second radiation detector arrangement ( 16 ) steered part of the laser beam ( 5 ) to eat.
  8. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des Laserstrahls (5) ein teildurchlässiger Spiegel (18) angeordnet ist, um einen Teil des Laserstrahls (5) auf den weiteren Strahlungsdetektor (16) zu lenken.Laser processing system according to claim 7, characterized in that in the beam path of the laser beam ( 5 ) a partially transparent mirror ( 18 ) is arranged to a part of the laser beam ( 5 ) on the further radiation detector ( 16 ) to steer.
  9. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (6) ein gegenüber diesem thermisch isolierter Temperaturdetektor (21) zur Messung der Temperatur des Schutzglases (9) vorhanden ist.Laser processing system according to one of claims 7 or 8, characterized in that in the housing ( 6 ) one opposite this thermally insulated temperature detector ( 21 ) for measuring the temperature of the protective glass ( 9 ) is available.
  10. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) mit einem weiteren Temperaturdetektor (24) zur Messung der Gehäusetemperatur verbunden ist.Laser processing system according to claim 9, characterized in that the housing ( 6 ) with another temperature detector ( 24 ) is connected to measure the case temperature.
  11. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteschaltung (2) zur Verarbeitung der von den Detektoren (13, 16, 21, 24) gelieferten Ausgangssignale aufweist.Laser processing system according to one of claims 7 to 10, characterized in that it comprises an evaluation circuit ( 2 ) for processing of the detectors ( 13 . 16 . 21 . 24 ) has delivered output signals.
  12. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) des Laserbearbeitungskopfs (1) die Auswerteschaltung (2) trägt.Laser processing system according to claim 11, characterized in that the housing ( 6 ) of the laser processing head ( 1 ) the evaluation circuit ( 2 ) wearing.
  13. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, 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) aufweist.Laser processing system according to claim 11 or 12, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) a divider ( 28 ) for forming the ratio between the radiation detector ( 13 ) and the scattered radiation measured by the further radiation detector ( 16 ) measured intensity of the laser beam ( 5 ) having.
  14. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Dividierers (28) mit einem Eingang eines Komparators (31) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einem Schwellwertgeber (33) verbunden ist.Laser processing system according to claim 13, characterized in that the output of the divider ( 28 ) with an input of a comparator ( 31 ) whose other input is connected to a threshold value transmitter ( 33 ) connected is.
  15. Laserbearbeitungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, 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.Laser processing system according to claim 13, characterized in that the output of the divider ( 28 ) with an input of a comparator ( 31 ) and with an input of a calibration memory ( 35 ) whose memory output is connected via a scaling factor encoder ( 37 ) with the other input of the comparator ( 31 ) connected is.
  16. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch 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 Referenz-Temperaturwertgeber (41) verbunden sind.Laser processing system according to one of claims 13 to 15, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) another comparator ( 39 ), whose one input to the output of the temperature detector ( 21 ) and its other input with a reference temperature transmitter ( 41 ) are connected.
  17. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (2) ein Subtrahierglied (43) aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Temperaturdetektors (21) und dessen Subtraktionseingang mit dem Ausgang des weiteren Temperaturdetektors (24) verbunden sind, und dass ein Komparator (39) vorhanden ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Subtrahierglieds (43) und dessen anderer Eingang mit einem Referenz-Temperaturdifferenzwertgeber (41a) verbunden sind.Laser processing system according to one of claims 13 to 15, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) a subtractor ( 43 ), whose one input to the output of the temperature detector ( 21 ) and its subtraction input to the output of the further temperature detector ( 24 ) and that a comparator ( 39 ) is present, whose one input to the output of the subtractor ( 43 ) and its other input with a reference temperature differential value transmitter ( 41a ) are connected.
  18. Laserbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (2) ein ODER-Gatter (45) aufweist, dessen Eingänge mit jeweils einem Ausgang der Komparatoren (31, 39) verbunden sind.Laser processing system according to one of claims 14 to 17, characterized in that the evaluation circuit ( 2 ) an OR gate ( 45 ), whose inputs each having an output of the comparators ( 31 . 39 ) are connected.
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