DE10121655C1 - Process, for controlling a laser processing device, comprises placing the sensor electrode on the laser processing head, measuring a minimal measuring capacity, comparing with an actual capacity, and processing a command signal - Google Patents
Process, for controlling a laser processing device, comprises placing the sensor electrode on the laser processing head, measuring a minimal measuring capacity, comparing with an actual capacity, and processing a command signalInfo
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- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebssteuerung einer Laserbe arbeitungsanlage gemäß dem Anspruch 1 sowie eine Laserbearbeitungs anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 4.The invention relates to a method for operating control of a laser beam Work system according to claim 1 and a laser processing System for performing the method according to claim 4.
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls wird zur Fokuslagenregelung häufig auf kapazitivem Wege der Abstand zwi schen dem Werkstück und einem Laserbearbeitungskopf erfaßt, in wel chem sich eine Linsenoptik zur Fokussierung des Laserstrahls befindet. Bei dieser Technik kann eine zum Beispiel aus Kupfer gefertigte Sensore lektrode an der Spitze eines Düsenkörpers des Laserbearbeitungskopfes als Elektrode eines Kondensators benutzt werden, um die Abstandsände rung zum Werkstück, das als zweite Elektrode des Kondensators dient, als Kapazitätsänderung zu erfassen. In der Praxis ist die zuverlässige Kontak tierung der Sensorelektrode häufig ein Problem, da die thermische Bean spruchung und die Vibrationen am Laserbearbeitungskopf eine Locke rung der Verbindung zwischen Sensorelektrode und Düsenkörper bewir ken. An Laserbearbeitungsköpfen wird häufig die Sensorelektrode nur mit einer Verbindung zur Auswerteelektronik kontaktiert. Dabei ist die Sen sorelektrode üblicherweise mit einem Keramikteil gegenüber dem Laser bearbeitungskopf isoliert. Bei dieser Ausführung der kapazitivem Ab standsmessung liegt der Rest des Laserbearbeitungskopfes zumindest für die zur Messung eingesetzte Wechselspannung höherer Frequenz auf Mas sepotential. Ist die elektrische Verbindung von der Sensorelektrode zur Auswerteelektronik unterbrochen, so wird eine zu kleine Kapazität durch die Auswerteelektronik gemessen, die daraufhin versucht, die Kapazität wieder zu vergrößern, indem sie den Laserbearbeitungskopf in Richtung auf das Werkstück bewegt. Daher besteht die Gefahr, daß der Laserbear beitungskopf mit dem Werkstück kollidieren kann, was eine erhebliche Beschädigung des Laserbearbeitungskopfes oder der mechanischen Ach sen zur Folge haben kann.When machining a workpiece with the help of a laser beam to regulate the focus position often by capacitive means the distance between the workpiece and a laser machining head, in which chem there is a lens optics for focusing the laser beam. With this technique, a sensor made of copper, for example, can be used electrode at the tip of a nozzle body of the laser processing head can be used as an electrode of a capacitor to cover the spacing tion to the workpiece, which serves as the second electrode of the capacitor, as Capture change in capacity. In practice, the contact is reliable tion of the sensor electrode is often a problem because the thermal bean and the vibrations on the laser processing head create a curl cause the connection between the sensor electrode and the nozzle body ken. The sensor electrode is often only attached to laser processing heads a connection to the evaluation electronics. Here is the Sen sensor electrode usually with a ceramic part opposite the laser machining head isolated. In this version of the capacitive Ab level measurement, the rest of the laser processing head is at least for the higher frequency AC voltage used for measurement on Mas sepotential. Is the electrical connection from the sensor electrode to Evaluation electronics is interrupted, the capacity is too small the evaluation electronics measured, which then tried the capacity zoom in again by pointing the laser machining head towards moved to the workpiece. There is therefore a risk that the laser bear machining head can collide with the workpiece, which is a significant Damage to the laser processing head or the mechanical axis can result.
Aus der DE 42 01 640 C1 ist bereits eine Einrichtung bekannt, die einen solchen Zustand erkennt und ein Warnsignal erzeugt, wenn sich die Sen sorelektrode gelockert hat. Zu diesem Zweck wird dem eigentlichen Kapazitätsmeßsignal eine Gleichspannung überlagert, wodurch ein über die Sensorelektrode fließender Gleichstrom erzeugt wird. Eine Unterbre chung dieses Gleichstroms wird als Indiz für die Lockerung bzw. Ablösung der Sensorelektrode herangezogen. Bei dieser Überwachungsart ist es al lerdings erforderlich, die Sensorelektrode mit zwei Leitungen zu verbin den, was in der Praxis einen erheblichen konstruktiven Mehraufwand be deutet und bei bestimmten Konstruktionen des Düsenkörpers nicht mög lich ist.From DE 42 01 640 C1 a device is already known that one recognizes such a condition and generates a warning signal when the sen has loosened the sensor electrode. For this purpose, the actual capacity measurement signal a DC voltage is superimposed, causing a over the Sensor electrode flowing direct current is generated. A brief This direct current is used as an indication of loosening or detachment the sensor electrode. With this type of monitoring it is al However, it is necessary to connect the sensor electrode to two lines what in practice be a considerable additional constructive effort indicates and not possible with certain constructions of the nozzle body is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne einen zusätzlichen über die Sensorelektrode fließenden Gleichstrom zu erkennen, ob die Sensore lektrode locker ist oder sich vom Laserbearbeitungskopf schon gelöst hat.The invention has for its object without an additional the sensor electrode flowing direct current to detect whether the sensors electrode is loose or has already detached from the laser processing head.
Eine verfahrensseitige Lösung der gestellten Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Dagegen findet sich eine vorrichtungsseitige Lösung der ge stellten Aufgabe im Anspruch 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.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 4. Advantageous embodiments of the Erfin can be found in the subordinate claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Betriebssteuerung einer Laserbe
arbeitungsanlage mit einem Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines
Werkstücks mittels eines Laserstrahls, wobei der Laserbearbeitungskopf
eine elektrisch leitende Sensorelektrode zur kapazitiven Messung eines
Abstands zwischen ihm und dem Werkstück trägt, umfaßt folgende Schrit
te:
A method according to the invention for operating control of a laser machining system with a laser machining head for machining a workpiece by means of a laser beam, the laser machining head carrying an electrically conductive sensor electrode for capacitively measuring a distance between it and the workpiece, comprises the following steps:
- - Anbringen der Sensorelektrode am Laserbearbeitungskopf;- Attaching the sensor electrode to the laser processing head;
- - Positionieren des Laserbearbeitungskopfs relativ zum Werkstück in einem Abstand, welcher einer gewünschten minimalen Messkapazi tät entspricht;- Positioning the laser machining head relative to the workpiece in a distance which is a desired minimum measuring capacity action corresponds;
- - Messen dieser minimalen Kapazität und Speichern des Messewertes in einem elektronischen Speicher;- Measure this minimum capacity and save the measured value in an electronic memory;
- - Vergleichen einer bei einer Bearbeitung des Werkstücks gemessenen aktuellen Kapazität mit der gespeicherten minimalen Kapazität; und- Compare one measured during machining of the workpiece current capacity with the stored minimum capacity; and
- - Erzeugen eines Befehlsignals, wenn die aktuelle Kapazität kleiner als die gespeicherte minimale Kapazität ist.- Generate a command signal if the current capacity is less than is the stored minimum capacity.
Eine Laserbearbeitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens enthält einen Laserbearbeitungskopf mit einer Sensorelektrode zur kapazitivem Messung eines Abstands zwischen ihm und einem Werkstück; und eine elektronische Schaltung, die zwischen einer Kalibrierbetriebsart und ei ner Normalbetriebsart umschaltbar ist, wobei die elektronische Schaltung so ausgebildet ist, daß sie in der Kalibrierbetriebsart bei Empfang eines Kalibriersignals einen vorgebbaren minimalen Kapazitätsmeßwert spei chert und in der Normalbetriebsart, in der der Laserbearbeitungskopf in vorbestimmten Abstand relativ zum Werkstück geführt wird, eine aktuell gemessene Kapazität mit dem gespeicherten Kapazitätsmeßwert ver gleicht und ein Befehlssignal erzeugt, wenn der aktuelle Kapazitätsmeß wert kleiner als der gespeicherte Kapazitätsmeßwert ist.Contains a laser processing system for performing the method a laser processing head with a sensor electrode for capacitive Measuring a distance between it and a workpiece; and a electronic circuit between a calibration mode and ei ner normal mode is switchable, the electronic circuit is designed to be in the calibration mode upon receipt of a Calibration signal a predeterminable minimum capacitance measured value and in the normal operating mode in which the laser processing head in predetermined distance is guided relative to the workpiece, a current measured capacitance with the stored capacitance measured value ver equals and generates a command signal when the current capacitance measurement value is less than the stored capacity measurement.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Anteil der Streukapazität zwi schen der Sensorelektrode und dem Laserbearbeitungskopf als Indiz für eine intakte Verbindung zwischen Sensorelektrode und Auswerteelektro nik heranzuziehen. Hierzu wird der Laserbearbeitungskopf auf eine Posi tion bewegt, an der zum Beispiel der größtmögliche Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf und dem Werkstück vorliegt. Der Abstand kann aber auch ein solcher sein, der beim Verfahren des Laserbearbeitungs kopfs zwischen zwei Bearbeitungsbereichen eingenommen wird oder dar über liegt. An der jeweiligen Position bzw. unter dem jeweiligen Abstand wird dann die Kapazität zwischen Sensorelektrode und Werkstück gemes sen, und dieser Meßwert wird in der Auswerteelektronik als minimaler Ka pazitätsmeßwert gespeichert. Dieser minimale Kapazitätsmeßwert kann nur unterschritten werden, wenn durch Verlust der Sensorelektrode der Kontakt mit ihr verloren geht oder wenn sich die Sensorelektrode lockert und sich dadurch der Abstand zwischen Sensorelektrode und Laserbear beitungskopf erhöht. Durch den Vergleich der jeweils aktuell gemessenen Kapazität mit der zuvor abgespeicherten Minimalkapazität kann dann zum Beispiel ein Alarmsignal für die übergeordnete Maschinensteuerung generiert und damit ein Bearbeitungsvorgang gestoppt werden, wodurch eine Beschädigung des Laserbearbeitungskopfes vermieden wird.The invention is based on the idea of dividing the share of the stray capacity between the sensor electrode and the laser processing head as an indication of an intact connection between the sensor electrode and the evaluation electrode nik to use. For this, the laser processing head is placed on a posi tion, where, for example, the greatest possible distance between the Laser processing head and the workpiece is present. The distance can but also be one that is used in the process of laser processing is taken between two processing areas or is lies above. At the respective position or at the respective distance the capacitance between the sensor electrode and the workpiece is then measured sen, and this measured value is in the evaluation electronics as a minimum Ka capacity measured value saved. This minimum capacity measurement can only fall below if the sensor electrode is lost due to the Contact with it is lost or if the sensor electrode loosens and thereby the distance between the sensor electrode and the laserbear processing head increased. By comparing the currently measured Capacity with the previously stored minimum capacity can then for example an alarm signal for the higher-level machine control generated and thus a machining process can be stopped, whereby damage to the laser processing head is avoided.
Der obige Fehlerzustand kann im Falle des Ablösens der Sensorelektrode vom Laserbearbeitungskopf sowohl beim Bearbeiten des Werkstücks durch Schneiden, Schweißen, usw. als auch dann erkannt werden, wenn zwischen zwei Bearbeitungsvorgängen der Laserbearbeitungskopf von ei nem Bearbeitungsbereich zu einem anderen Bearbeitungsbereich bei kon stantem größerem Abstand verfahren wird. Das Ablösen der Sensorelek trode führt immer zu einer so geringen aktuellen Meßkapazität, daß diese stets kleiner als die vorgespeicherte minimale Meßkapazität ist. Der Zu stand der Lockerung der Sensorelektrode am Laserbearbeitungskopf bei noch vorhandenem Kontakt zur Auswerteelektronik läßt sich dagegen nur in den gesteuerten Verfahrbereichen zwischen den jeweiligen Bearbei tungsbereichen detektieren, da ein derartiger Zustand in den Bearbei tungsbereichen selbst, bei denen der Abstand zwischen Sensorelektrode und Werkstück sehr klein ist, durch die Auswerteelektronik in dem Sinne ausgeregelt werden würde, daß der Abstand zwischen Sensorelektrode und Werkstück konstant bleibt.The above error condition can occur if the sensor electrode is detached from the laser machining head both when machining the workpiece by cutting, welding, etc. as well as being recognized when between two processing operations the laser processing head from ei processing area to another processing area at con constant distance is moved. The detachment of the sensor electronics trode always leads to such a small current measuring capacity that this is always smaller than the pre-stored minimum measuring capacity. The To helped loosen the sensor electrode on the laser processing head however, there is still contact with the evaluation electronics in the controlled traversing areas between the respective machining operations Detect areas because such a condition in the machining areas where the distance between the sensor electrode and workpiece is very small due to the evaluation electronics in the sense would be corrected that the distance between the sensor electrode and workpiece remains constant.
Durch die Erfindung wird es möglich, die oben genannten Fehlerzustände verläßlich zu detektieren, auch wenn aufgrund von Exemplarstreuungen der Bauteile die Kapazität zwischen Sensorelektrode und Laserbearbei tungkopf von Kopf zu Kopf schwankt. Die digitale Signalverarbeitung er möglicht hierzu die Kalibrierung eines Vergleichszustands für jeden ein zelnen Laserbearbeitungskopf und die Erkennung eines Fehlerzustands, wenn die aktuell gemessene Kapazität den Vergleichswert unterschreitet.The invention makes it possible to eliminate the error states mentioned above reliably detectable, even if due to specimen scatter the capacitance between the sensor electrode and laser processing tung head varies from head to head. The digital signal processing he enables the calibration of a comparison state for everyone individual laser processing head and the detection of an error state, if the currently measured capacity falls below the comparison value.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä herbeschrieben. Es zeigen:The invention is na with reference to the drawing herbe wrote. Show it:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Laserbearbeitungskopfes; Fig. 1 is a side view of a laser processing head;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild von Kapazitäten des Laserbearbeitungskop fes; Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of capacities of the laser machining head;
Fig. 3 eine Oszillatorschaltung für den Laserbearbeitungskopf; Fig. 3, an oscillator circuit for the laser machining head;
Fig. 4 ein Blockdiagramm des elektrischen Teils einer Laserbearbeitungsanlage mit Auswerteelektrode; und Fig. 4 is a block diagram of the electrical portion of a laser processing system with Auswerteelektrode; and
Fig. 5 den genaueren Aufbau der Auswerteelektronik. Fig. 5 shows the precise structure of the evaluation.
Fig. 1 zeigt einen Laserbearbeitungskopf 1, wie er bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommt. Der Laserbear beitungskopf 1 weist unter anderem ein Gehäuse 2 auf, daß an seinem un teren Ende einen Düsenkörper 3 trägt. Gehäuse 2 und Düsenkörper 3 kön nen mittels einer Rändelschraube 4 gegeneinander gezogen werden. Durch das Gehäuse 2 und den Düsenkörper 3 tritt ein Laserstrahl 5 hin durch, der mittels einer im Gehäuse 2 vorhandenen Linsenanordnung 6 fo kussiert wird. Der Fokus des Laserstrahls 5 liegt außerhalb des Laserbear beitungskopfes 1 und kommt im Bereich der Oberfläche eines Werkstücks 7 zu liegen, das mit Hilfe des fokussierten Laserstrahls 5 bearbeitet wer den soll. Auf diese Weise können Schneid- oder Schweißvorgänge, und dergleichen, ausgeführt werden. Am unteren Ende des Düsenkörpers 3 ist eine aus elektrisch leitendem Material bestehende Sensorelektrode 8 an geordnet, die etwa aus Kupfer hergestellt ist. Diese Sensorelektrode 8 wird von einem Keramikteil 9 gehalten, das seinerseits über eine Rändel schraube 10 gegen den unteren Rand des Düsenkörpers 3 gezogen wird. Durch das Keramikteil 9 wird die Sensorelektrode 8 gegenüber dem Dü senkörper 3 bzw. dem Gehäuse 2 elektrisch isoliert. Die Sensorelektrode 8 bildet somit eine Elektrode eines Kondensators, dessen andere Elektrode das auf Massepotential liegende Werkstück 7 ist. Das Gehäuse 2 bzw. der Düsenkörper 3, die aus elektrisch leitendem Material bestehen und miteinander in Kontakt stehen, liegen ebenfalls auf Massepotential. Fig. 1 shows a laser machining head 1, as is used in the process of the invention is used. The Laserbear processing head 1 has, inter alia, a housing 2 that carries a nozzle body 3 at its lower end. Housing 2 and nozzle body 3 can be pulled against each other by means of a knurled screw 4 . A laser beam 5 passes through the housing 2 and the nozzle body 3 and is kissed by means of a lens arrangement 6 present in the housing 2 . The focus of the laser beam 5 lies outside the laser processing head 1 and comes to rest in the area of the surface of a workpiece 7 , which is processed with the help of the focused laser beam 5 . In this way, cutting or welding operations and the like can be carried out. At the lower end of the nozzle body 3 is an existing sensor electrode 8 made of electrically conductive material, which is made approximately of copper. This sensor electrode 8 is held by a ceramic part 9 , which in turn is pulled by a knurled screw 10 against the lower edge of the nozzle body 3 . Through the ceramic part 9 , the sensor electrode 8 is electrically insulated from the nozzle body 3 or the housing 2 . The sensor electrode 8 thus forms an electrode of a capacitor, the other electrode of which is the workpiece 7 which is at ground potential. The housing 2 or the nozzle body 3 , which consist of electrically conductive material and are in contact with one another, are also at ground potential.
Die Sensorelektrode 8 ist mit einem am Gehäuse 2 angebrachten LC-Oszil lator 11 elektrisch verbunden. Hierzu steht die Sensorelektrode 8 mit ei nem im Keramikteil 9 gehaltenen Kontaktstift 12 in elektrischem Kontakt, welcher seinerseits über ein im Inneren des Düsenkörpers 3 geführtes und elektrisch insoliertes bzw. abgeschirmtes Kabel und weiter über ein Koaxi alkabel 13 mit dem LC-Oszillator 11 in Verbindung steht.The sensor electrode 8 is electrically connected to an LC oscillator 11 attached to the housing 2 . For this purpose is the sensor electrode 8 with egg nem in the ceramic part 9 held pin 12 in electrical contact, which in turn over a run in the interior of the nozzle body 3 and electrically insoliertes or shielded cable and further via a Koaxi alkabel 13 with the LC oscillator 11 in compound stands.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 7 muß üblicherweise der Abstand zwischen dem Laserbearbeitungskopf 1 und dem Werkstück 7 konstant bleiben, also der Abstand zwischen der Sensorelektrode 8 und dem Werk stück 7 bzw. der Gegenelektrode. Hierzu wird durch Anlegen einer Hoch frequenzspannung an die Sensorelektrode 8 ein Abstandsmeßsignal S (siehe Fig. 3) erzeugt, dessen Frequenz von der Kapazität des durch die Elektroden 7 und 8 gebildeten Meßkondensators abhängt. Das Abstands meßsignal 5 wird über ein Koaxialkabel 14 zu einer Auswerteelektronik 15 übertragen und bildet praktisch einen Ist-Wert. Dieser Ist-Wert wird mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen, und eine Regeleinrichtung re gelt dann den gemessenen Ist-Wert auf den Soll-Wert, um einen den Soll- Wert entsprechenden Abstand zwischen den Elektroden 7 und 8 zu halten. Die entsprechende Stelleinrichtung zur Verstellung der Höhenposition des Laserbearbeitungskopfes 1 relativ zum Werkstück 7 ist in der Fig. 1 der Übersicht wegen nicht dargestellt.When machining of the workpiece 7 typically the distance between the laser processing head 1 and the workpiece 7 must remain constant, so the distance between the sensor electrode 8 and the workpiece 7 or the counter electrode. For this purpose, a distance measuring signal S (see FIG. 3) is generated by applying a high frequency voltage to the sensor electrode 8 , the frequency of which depends on the capacitance of the measuring capacitor formed by the electrodes 7 and 8 . The distance measurement signal 5 is transmitted via a coaxial cable 14 to an evaluation electronics 15 and practically forms an actual value. This actual value is compared with a predetermined target value, and a control device then regulates the measured actual value to the target value in order to keep a distance between the electrodes 7 and 8 corresponding to the target value. The corresponding adjusting device for adjusting the height position of the laser processing head 1 relative to the workpiece 7 is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
Die Fig. 2 zeigt die Kapazitätsverhältnisse beim Laserbearbeitungskopf nach Fig. 1. Zu erkennen ist rechts die zwischen den Elektroden 7 und 8 liegende Meßkapazität CMeß, während weitere parasitäre Kapazitäten C1, C2 und C3 parallel zur Meßkapazität liegen und mit CP bezeichnet sind. Die parasitäre Kapazität C1 wird praktisch durch die Kabelkapazitäten ge bildet, während die Kapazität C2 die Kapazität zwischen der Sensorelek trode 8 und dem Düsenkörper 3 ist, wobei das Dielektrikum durch die Luft gebildet wird. Die parasitäre Kapazität C3 liegt ebenfalls zwischen der Sensorelektrode 8 und dem Düsenkörper 3, wobei das Dielektrikum jetzt allerdings durch das Keramikteil 9 gebildet wird. Der Kontaktstift 12 liegt im Schaltungsdiagramm nach Fig. 2 zwischen den Kapazitäten C1 und C2. FIG. 2 shows the capacitance relationships in the laser processing head according to FIG. 1. On the right, the measuring capacitance C mess lying between the electrodes 7 and 8 can be seen, while further parasitic capacitances C1, C2 and C3 lie parallel to the measuring capacitance and are denoted by C P. The parasitic capacitance C1 is practically formed by the cable capacitances, while the capacitance C2 is the capacitance between the sensor electrode 8 and the nozzle body 3 , the dielectric being formed by the air. The parasitic capacitance C3 is also between the sensor electrode 8 and the nozzle body 3 , the dielectric, however, now being formed by the ceramic part 9 . The contact pin 12 lies in the circuit diagram according to FIG. 2 between the capacitances C1 and C2.
Das an die Sensorelektrode 8 angelegte Abstandsmeßsignal S ist das Aus gangssignal des LC-Oszillators 11, zu dem eine Spule 16, der Meßkonden sator 7, 8, ein die parasitäre Kapazität CP darstellender Kondensator, ein Steuerteil 17, 18, 19, und ein Ausgangsverstärker 20 gehören. Genauer gesagt interessiert hier als Ausgangssignal die Frequenz des Abstands meßsignals S, das über einem Kondensator 21 gefiltert als Hochfrequenzsignal über den Innenleiter des Koaxialkabels 14 und über ein weiteres nicht dargestelltes Hochpaßfilter einem Frequenzzähler 22 zugeführt wird, welcher sich in der Auswerteelektronik 15 befindet. Die vom Fre quenzzähler 15 gezählte Frequenz wird einem Mikroprozessor 23 zugelei tet, der diese Frequenz, die auch temperaturkorrigiert sein kann, als Ist- Wert ansieht.The distance measuring signal S applied to the sensor electrode 8 is the output signal of the LC oscillator 11 , to which a coil 16 , the capacitor 7 , 8 , a capacitor representing the parasitic capacitance C P , a control part 17 , 18 , 19 , and a Output amplifier 20 belong. More specifically, the frequency of the distance measurement signal S is of interest here as an output signal, which is filtered via a capacitor 21 as a high-frequency signal via the inner conductor of the coaxial cable 14 and a further high-pass filter, not shown, to a frequency counter 22 which is located in the evaluation electronics 15 . The frequency counted by the frequency counter 15 is supplied to a microprocessor 23 which considers this frequency, which can also be temperature corrected, as the actual value.
Der LC-Oszillator 11 gemäß Fig. 3 enthält im Steuerteil einen ersten Transistor 17, einen zweiten Transistor 18 und einen Widerstand 19. Der Kollektoranschluß des ersten Transistors 17 liegt auf Masse, während sein Basisanschluß mit der Spule 16 und der ersten Elektrode 8 des Meß kondensators 7, 8 gekoppelt ist. Dieser Basisanschluß geht auch auf den Eingang des Ausgangsverstärkers 20. Die anderen Anschlüsse von Spule 16 und Meßkondensator liegen auf Masse, also auch die zweite Elektrode 7 bzw. das Werkstück. Der Steuerteil enthält ferner einen zweiten Transis tor 18, dessen Basisanschluß auf Masse liegt, und dessen Kollektoran schluß ebenfalls mit dem Eingang des Ausgangsverstärkers 20 verbunden ist. Die Emitteranschlüsse der beiden Transistoren 17 und 18 sind direkt miteinander verbunden, wobei über einen gemeinsamen Verbindungs punkt der Emitterwiderstand 19 jeweils mit den Emitteranschlüssen der Transistoren 17 und 18 gekoppelt ist. Der andere Anschluß des Emitter widerstands 19 erhält negatives Speicherpotential. Der Ausgang des Aus gangsverstärkers 20 ist über den Kondensator 21 zu einem Anschluß ge führt, mit dem das Koaxialkabel 14 in Verbindung steht.The LC oscillator 11 according to FIG. 3 contains a first transistor 17 , a second transistor 18 and a resistor 19 in the control part . The collector terminal of the first transistor 17 is grounded, while its base terminal is coupled to the coil 16 and the first electrode 8 of the measuring capacitor 7 , 8 . This base connection also goes to the input of the output amplifier 20 . The other connections of coil 16 and measuring capacitor are grounded, that is, the second electrode 7 or the workpiece. The control section also includes a second transistor 18 , the base terminal of which is connected to ground, and the collector terminal of which is also connected to the input of the output amplifier 20 . The emitter connections of the two transistors 17 and 18 are directly connected to one another, the emitter resistor 19 being coupled to the emitter connections of the transistors 17 and 18 via a common connection point. The other connection of the emitter resistor 19 receives negative storage potential. The output of the output amplifier 20 is via the capacitor 21 leads to a connection with which the coaxial cable 14 is connected.
Der in Fig. 3 gezeigte LC-Oszillator ist als Differenzverstärker realisiert. Da das Basispotential des ersten Transistors 17 mit dem Kollektorpoten tial des zweiten Transisors 18 in Phase ist, kann man die Mitkopplung durch direkte Verbindung erzeugen. Die Schleifenverstärkung ist zur Steilheit der Transistoren proporional. Sie läßt sich durch Änderung des Emitterstroms in weiten Grenzen einstellen. Am Ausgang des LC-Oszilla tors erhält man dann das Abstandsmeßsignal S, dessen Frequenz von der abstandsabhängigen Kapazität CMeß bestimmt ist, sowie durch die para sitäre Kapazität CP. Zur Gleichspannungsversorgung des LC-Oszillators kann eine in der Auswerteelektronik 15 nicht dargestellte Gleichspan nungsquelle vorhanden sein, die über das Koaxialkabel 14 die Gleichspan nung zum LC-Oszillator überträgt.The LC oscillator shown in FIG. 3 is implemented as a differential amplifier. Since the base potential of the first transistor 17 is in phase with the collector potential of the second transistor 18 , the positive feedback can be generated by direct connection. The loop gain is proportional to the slope of the transistors. It can be set within wide limits by changing the emitter current. At the output of the LC oscillator, the distance measurement signal S is then obtained, the frequency of which is determined by the distance-dependent capacitance C Meß , and by the para capacitive capacitance C P. For DC voltage supply to the LC oscillator, a DC voltage source, not shown in the evaluation electronics 15 , may be present, which transmits the DC voltage to the LC oscillator via the coaxial cable 14 .
Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils Blockdiagramme einer Laserbearbei tungsanlage und sind gegenüber der Fig. 3 um eine Maschinensteuerung 24 ergänzt, die mit der Auswerteelektronik 15 verbunden ist. Die Maschi nensteuerung 24 weist im vorliegenden Fall einen Schalter 25 auf, bei des sen Betätigung die Maschinensteuerung 24 ein Kalibriersignal über eine Leitung 26 zum Mikroprozessor 23 der Auswerteelektronik 15 überträgt. Bei Erhalt des Kalibriersignals kann in einem mit dem Mikroprozessor 23 verbundenen Speicher 27 ein minimaler Kapazitätsmeßwert (entspre chender Frequenzzählwert vom Frequenzzähler 22) gespeichert werden, der als Referenz für die Beurteilung dient, ob sich die Sensorelektrode 8 am Düsenkörper 1 gelockert hat, aber noch in Kontakt mit dem Kontakt stift 12 steht, oder ob sie bereits keinen Kontakt mehr zum Kontaktstift 12 hat und etwa schon vom Laserbearbeitungskopf 1 abgefallen ist. Hierzu wird ein in der Normalbetriebsart der Laserbearbeitungsanlage gemesse ner Kapazitätswert am Ausgang des Frequenzzählers 22 mit dem im Spei cher 27 gespeicherten Zählwert verglichen. Wird dabei festgestellt, daß die aktuell gemessene Kapazität kleiner ist als die im Speicher 27 gespeicherte minimale Kapazität, wird im Mikroprozessor 23, der diesen Vergleich aus führt, ein Befehlssignal generiert, welches über eine Leitung 28 zurück zur Maschinensteuerung 24 übertragen wird, um dort als Alarmsignal zum Beispiel die Laserbearbeitungsanlage stillzusetzen und damit die Bewe gung des Laserbearbeitungskopfes relativ zum Werkstück zu stoppen.Treatment plant Figs. 4 and 5 are block diagrams each showing a Laserbearbei and are updated with respect to the Fig. 3 by a machine controller 24 which is connected to the evaluation 15th The Maschi nensteuerung 24 has in this case a switch 25, in the sen actuating the machine controller 24 to the microprocessor 23 of the transmitter 15 transmits a calibration signal via a line 26th When the calibration signal is received, a minimum capacitance measurement value (corresponding frequency count value from the frequency counter 22 ) can be stored in a memory 27 connected to the microprocessor 23 , which serves as a reference for assessing whether the sensor electrode 8 on the nozzle body 1 has loosened, but still in Contact with the contact pin 12 is, or whether it already has no contact with the contact pin 12 and has already dropped from the laser processing head 1 . For this purpose, a capacitance value measured in the normal operating mode of the laser processing system at the output of the frequency counter 22 is compared with the count value stored in the memory 27 . If it is determined that the currently measured capacitance is smaller than the minimum capacitance stored in the memory 27 , a command signal is generated in the microprocessor 23 which carries out this comparison and is transmitted back to the machine control 24 via a line 28 in order to be used there as Alarm signal, for example, to shut down the laser processing system and thus stop the movement of the laser processing head relative to the workpiece.
Claims (5)
- - Anbringen der Sensorelektrode (8) am Laserbearbeitungskopf (1);
- - Positionieren des Laserbearbeitungskopfs (1) relativ zum Werkstück (7) in einem Abstand, welcher einer gewünschten minimalen Meßkapazität (Cmin) entspricht;
- - Messen dieser minimalen Kapazität (Cmin) und Speichern des Meßwertes in einem elektronischen Speicher (27);
- - Vergleichen einer bei einer Bearbeitung des Werkstücks (7) gemes senen aktuellen Kapazität (CMeß) mit der gespeicherten minimalen Kapa zität (Cmin) und
- - Erzeugen eines Befehlssignals, wenn die aktuelle Kapazität (CMeß) kleiner als die gespeicherte minimale Kapazität (Cmin) ist.
- - Attaching the sensor electrode ( 8 ) to the laser processing head ( 1 );
- - Positioning the laser processing head ( 1 ) relative to the workpiece ( 7 ) at a distance which corresponds to a desired minimum measuring capacity (C min );
- - Measuring this minimum capacity (C min ) and storing the measured value in an electronic memory ( 27 );
- - Compare a measured during a machining of the workpiece ( 7 ) current capacity (C Meß ) with the stored minimum capacity (C min ) and
- - Generating a command signal when the current capacity (C meas ) is less than the stored minimum capacity (C min ).
einen Laserbearbeitungskopf (1) mit einer Sensorelektrode (8) zur kapazitiven Messung eines Abstands zwischen ihm und einem Werkstück (7); und
eine elektronische Schaltung (15, 24), die zwischen einer Kalibrier betriebsart und einer Normalbetriebsart umschaltbar ist, wobei die elektronische Schaltung so ausgebildet ist, daß sie
in der Kalibrierbetriebsart bei Empfang eines Kalibriersignals einen vorgebbaren minimalen Kapazitätsmeßwert (Cmin) speichert und
in der Normalbetriebsart, in der der Laserbearbeitungskopf (1) in vorbestimmtem Abstand relativ zum Werkstück (7) geführt wird, eine ak tuell gemessene Kapazität (CMeß) mit dem gespeicherten Kapazitätsmeß wert (Cmin) vergleicht und ein Befehlssignal erzeugt, wenn der aktuelle Kapazitätsmeßwert (CMeß) kleiner als der gespeicherte Kapazitätsmeß wert (Cmin) ist.4. Laser processing system for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, comprising:
a laser processing head ( 1 ) with a sensor electrode ( 8 ) for capacitive measurement of a distance between it and a workpiece ( 7 ); and
an electronic circuit ( 15 , 24 ) which can be switched between a calibration mode and a normal mode, the electronic circuit being designed so that it
in the calibration mode when a calibration signal is received, stores a predeterminable minimum capacitance measurement value (C min ) and
in the normal operating mode, in which the laser processing head ( 1 ) is guided at a predetermined distance relative to the workpiece ( 7 ), compares a currently measured capacitance (C meas ) with the stored capacitance measurement value (C min ) and generates a command signal if the current one Capacity measurement value (C meas ) is smaller than the stored capacity measurement value (C min ).
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