DE10130875B4

DE10130875B4 - Changing device for a lens holder of a connection head for machining a workpiece by means of a laser beam and method for controlling a focusing optics for laser processing

Info

Publication number: DE10130875B4
Application number: DE10130875A
Authority: DE
Inventors: Bert Dr. Schürmann; Stephan Dr. Biermann; Christoph Dietz; Radu Ruican
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec KG
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: DE10130875A1

Abstract

Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter (10) eines Anschlußkopfes (11) zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, mit wenigstens zwei Magazinplätzen (13), an denen jeweils zumindest ein Linsenhalter (10) ergriffen und gehalten werden kann, wobei zur Kontrolle einer im Linsenhalter (10) angeordneten Fokussieroptik (9) für die Laserbearbeitung an wenigstens einem der Magazinplätze (13) eine optische Überwachungsvorrichtung (24) vorgesehen ist, die eine Empfängereinrichtung (25) und ein Meßobjekt (30, 31) umfaßt, zwischen denen ein im Magazinplatz (13) gehaltener Linsenhalter (10) liegt, so daß die Empfängereinrichtung (25) das Meßobjekt (30, 31) durch die Fokussieroptik (9) hindurch beobachtet.Changing device for a lens holder (10) of a connection head (11) for processing a workpiece by means of a laser beam, with at least two magazine locations (13), on each of which at least one lens holder (10) can be grasped and held, wherein 10) arranged focusing optics (9) for the laser processing at least one of the magazine locations (13) an optical monitoring device (24) is provided, which comprises a receiver device (25) and a measurement object (30, 31), between which a magazine in place (13 ) held lens holder (10), so that the receiver means (25) the measured object (30, 31) through the focusing lens (9) through.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter eines Anschlußkopfes zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls sowie ein Verfahren zur Kontrolle einer Fokussieroptik für die Laserbearbeitung, die in einem Linsenhalter angeordnet ist, der vorzugsweise in einem Magazinplatz der Wechseleinrichtung gehalten ist.The invention relates to a changing device for a lens holder of a connecting head for machining a workpiece by means of a laser beam and a method for controlling a focusing optics for laser processing, which is arranged in a lens holder, which is preferably held in a magazine location of the changing device.

Bei der Werkstückbearbeitung mittels eines Laserstrahls kann durch eine fehlerhafte Lage oder eine Verschmutzung einer Fokussierlinse oder -optik in einem Anschlußkopf der Bearbeitungsprozeß negativ beeinflußt oder sogar unterbrochen werden. Um die Produktion von Ausschuß zu vermeiden, muß ein Maschinenbediener entscheiden, wann die Bearbeitungsqualität nicht mehr ausreichend ist. Dazu ist es erforderlich, daß der Maschinenbediener den Bearbeitungsprozeß und das Bearbeitungsergebnis regelmäßig überprüft, um rechtzeitig einen Austausch der Fokussierungsoptik vorzunehmen. Das bedeutet, daß der Zeitpunkt des Austausches einer Fokussierungslinse stark von der Erfahrung des Maschinenbedieners abhängt.In the case of workpiece machining by means of a laser beam, the machining process can be negatively influenced or even interrupted by a faulty position or contamination of a focusing lens or optics in a connection head. In order to avoid the production of broke, a machine operator must decide when the machining quality is insufficient. For this purpose, it is necessary that the machine operator regularly checks the machining process and the machining result in order to exchange the focusing optics in good time. This means that the time of replacement of a focusing lens depends greatly on the experience of the operator.

Aus der DE 295 07 189 U1 ist bereits ein Anschlußkopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls bekannt, der mit Hilfe einer im Anschlußkopf vorhandenen Fokussieroptik fokussiert wird und nach dem Durchlaufen der Fokussieroptik durch eine Schneiddüse austritt. Die Fokussieroptik ist dabei in Richtung und quer zu ihrer optischen Achse verstellbar an einem Linsenhalter angebracht. Um den Austausch einer Fokussieroptik durch den Maschinenbediener zu vereinfachen und zu erleichtern, ist der Linsenhalter als Einschub oder Kassette ausgebildet, der bzw. die in ein Anschlußkopfgehäuse einsetzbar und aus diesem herausnehmbar ist. Zur Unterstützung der Werkstückbearbeitung mittels Laserstrahl tritt durch die am Anschlußkopf angebrachte Schneiddüse zusammen mit dem Laserstrahl ein Prozeßgas unter Druck aus.From the DE 295 07 189 U1 already a connection head for machining a workpiece by means of a laser beam is known, which is focused by means of an existing in the connection head focusing optics and exits after passing through the focusing optics through a cutting nozzle. The focusing optic is adjustably mounted in the direction and transverse to its optical axis on a lens holder. In order to facilitate and facilitate the replacement of a focusing optics by the machine operator and the lens holder is designed as a drawer or cassette which can be inserted and removed from a terminal head housing. To assist the workpiece machining by means of a laser beam, a process gas exits under pressure through the cutting nozzle attached to the connection head together with the laser beam.

Derartige Anschlußköpfe kommen zum Beispiel in Laserschneidanlagen zum Einsatz. Das Laserschneiden ist im Vergleich zu konkurrierenden Trennverfahren (Stanzen, Sägen, usw.) außerordentlich flexibel. Der Wechsel auf neue Schnittkonturen, Werkstoffe oder Werkstückdicken kann dabei vergleichsweise schnell und automatisiert erfolgen. Zu diesem Zweck werden oftmals mehrere Maschinenparameter verändert, zum Beispiel das Konturprogramm, die Laserleistung, die Vorschubgeschwindigkeit, Art und Druck des Prozeßgases, Abstand zwischen Anschlußkopf und Werkstück, sowie die Fokuslage. Neben der Anpassung dieser Parameter ist es insbesondere auch oft erforderlich, die Brennweite der Fokussieroptik, den Düsendurchmesser, den Düsentyp usw. zu ändern, so daß ein Wechsel der Fokussieroptik und der Schneiddüse erforderlich wird.Such connection heads are used, for example, in laser cutting machines. Laser cutting is extremely flexible compared to competing separation methods (punching, sawing, etc.). The change to new cutting contours, materials or workpiece thicknesses can be done relatively quickly and automatically. For this purpose, several machine parameters are often changed, for example the contour program, the laser power, the feed rate, the type and pressure of the process gas, the distance between the connection head and the workpiece, and the focus position. In addition to the adaptation of these parameters, it is also often necessary to change the focal length of the focusing optics, the nozzle diameter, the nozzle type, etc., so that a change of the focusing optics and the cutting nozzle is required.

Da die Fokussieroptik und die Schneiddüse im normalen Gebrauch verschleißen und verschmutzen, wie eingangs bereits erwähnt wurde, ist eine regelmäßige Kontrolle oder Inspektion gegebenenfalls mit nachfolgendem Austausch oder ein regelmäßiger Austausch von Fokussieroptik und Schneiddüse notwendig, um eine hochwertige Prozeßqualität sicherzustellen. Durch verschlissene oder beschädigte Fokussieroptiken oder Schneiddüsen könnten sowohl das zu bearbeitende Werkstück als auch die Laserschneidanlage beschädigt werden.Since the focusing optics and the cutting nozzle in normal use wear and dirty, as already mentioned, a regular inspection or inspection, optionally with subsequent replacement or replacement of the focusing optics and cutting nozzle is necessary to ensure a high quality process. Worn or damaged focusing optics or cutting nozzles could damage both the workpiece to be machined and the laser cutting machine.

Um unabhängig von der Erfahrung eines Maschinenbedieners die Fokussierlinsen möglichst lange nutzen zu können, wurde bereits ein Verfahren zur Ermittlung des Verschleißgrades einer Fokussierlinse in einem Laserbearbeitungskopf vorgeschlagen ( DE 197 09 473 C1 ), bei dem die erforderliche Einstechzeit zum Durchstechen eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls gemessen wird und die gemessene Einstechzeit mit einer vorbestimmten Referenzzeit verglichen wird, um ein den Verschleißgrad anzeigendes Signal zu erzeugen. Mit diesem bekannten Verfahren läßt sich also vor jedem Laserschneiden der Verschleißgrad der Fokussierlinse überprüfen, um gegebenenfalls einen Austausch der Fokussierlinse zu veranlassen.In order to be able to use the focusing lenses as long as possible independently of the experience of a machine operator, a method for determining the degree of wear of a focusing lens in a laser processing head has already been proposed ( DE 197 09 473 C1 ), in which the required piercing time for piercing a workpiece by means of a laser beam is measured and the measured piercing time is compared with a predetermined reference time to produce a signal indicating the degree of wear. With this known method, the degree of wear of the focussing lens can therefore be checked before each laser cutting in order, if appropriate, to effect an exchange of the focussing lens.

Dieses bekannte Verfahren eignet sich gut für Laserschneidanlagen, die über längere Zeit Bearbeitungen mit den gleichen Parametern durchführen, so daß ein Linsenaustausch nur dann erfolgt, wenn die Fokussieroptik verschmutzt oder verschlissen ist. Bei Laserbearbeitungsanlagen, bei denen häufige Wechsel der Fokussieroptik erforderlich sind, um die jeweils für die gewünschte Bearbeitung benötigte Fokussieroptik einzusetzen, ist dieses Verfahren zwar auch geeignet, jedoch besteht ein gewisser Nachteil darin, daß eine gerade neu eingesetzte Fokussieroptik verschmutzt oder verschlissen sein kann, so daß ein erneuter Austausch erforderlich wird, wodurch der Bearbeitungsfluß gestört wird. Darüber hinaus läßt sich dieses bekannte Verfahren, das eine erheblich längere Einsatzzeit einer Fokussierungsanordnung ermöglicht, nicht bei Laserbearbeitungen einsetzen, bei denen kein Ein- oder Durchstechen eines Werkstücks erfolgt.This known method is well suited for laser cutting machines that perform machining with the same parameters for a long time, so that a lens exchange takes place only when the focusing optics is dirty or worn. In laser processing systems, where frequent changes of the focusing optics are required to use the focusing optics required for the desired processing, this method is indeed suitable, but there is a certain disadvantage in that a just newly used focusing optics can be dirty or worn, so that a renewed replacement is required, whereby the processing flow is disturbed. In addition, this known method, which allows a considerably longer operating time of a focusing arrangement, can not be used in laser processing in which no piercing or piercing of a workpiece takes place.

Aus der DE 199 44 484 C1 ist bereits eine Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter eines Anschlußkopfes zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls bekannt, die wenigstens zwei Magazinplätze aufweist. An jedem der Magazinplätze kann ein Linsenhalter eines Anschlußkopfes gehalten werden. An jedem Magazinplatz ist bei dieser bekannten Wechseleinrichtung eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die insbesondere einen optischen Sensor aufweist. Der optische Sensor kann dabei eine in Reflexion arbeitende Lichtschranke sein, deren Reflektor oder Reflektoren von den einzelnen Linsenflächen einer zu überwachenden oder zu überprüfenden Fokussieroptik gebildet wird. Aus dem an der oder den Linsenfläche(n) der Fokussieroptik reflektierten Licht kann dann auf den Zustand der Fokussieroptik, insbesondere auf die Verschmutzung der Linsenflächen geschlossen werden.From the DE 199 44 484 C1 already a changing device for a lens holder of a connecting head for machining a workpiece by means of a laser beam is known, which has at least two magazine locations. At each of the magazine locations, a lens holder of a connection head can be held. At each magazine location a monitoring device is provided in this known changing device, in particular a having optical sensor. The optical sensor can be a light barrier operating in reflection, the reflector or reflectors of which is formed by the individual lens surfaces of a focusing optics to be monitored or checked. The light reflected on the lens surface (s) of the focusing optics can then be used to deduce the state of the focusing optics, in particular the contamination of the lens surfaces.

Die JP 04-118193 A betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzglases in einer Laserbearbeitungsanlage, also eines Schutzglases, das zwischen einer Fokussieroptik für den Arbeitslaserstrahl und dem zu bearbeitenden Werkstück angeordnet ist. Hierzu ist eine Kamera vorgesehen, die die Oberfläche des Schutzglases beobachtet, um deren Verschmutzung festzustellen.The JP 04-118193 A relates to a device for monitoring a protective glass in a laser processing system, ie a protective glass, which is arranged between a focusing optics for the working laser beam and the workpiece to be machined. For this purpose, a camera is provided, which observes the surface of the protective glass to determine their contamination.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechseleinrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bzw. das es ermöglicht, die im Linsenhalter eines Anschlußkopfes einer Laserbearbeitungsanlage gehaltene Fokussieroptik schnell und zuverlässig nicht nur auf ihren Verschleißgrad, sondern auch auf ihre Einbaulage hin kontrollieren zu können.The invention has for its object to provide a changing device and a method of the type mentioned above, which allows the held in the lens holder of a connection head of a laser processing system focusing optics quickly and reliably control not only on their degree of wear, but also on their installation position to be able to.

Diese Aufgabe wird durch die Wechseleinrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the changing device according to claim 1 and the method according to claim 11. Advantageous developments and refinements of the invention are described in the respective dependent subclaims.

Erfindungsgemäß weist also eine Wechseleinrichtung für Linsenhalter mit wenigstens zwei Magazinplätzen, an denen jeweils zumindest ein Linsenhalter ergriffen und gehalten werden kann, zur Kontrolle einer im Linsenhalter angeordneten Fokussieroptik für die Laserbearbeitung an wenigstens einem der Magazinplätze eine optische Überwachungsvorrichtung auf, die eine Empfängereinrichtung und ein Meßobjekt umfaßt, zwischen denen ein im Magazinplatz gehaltener Linsenhalter liegt, so daß die Empfängereinrichtung das Meßobjekt durch die Fokussieroptik hindurch beobachtet.Thus, according to the invention, an exchange device for lens holders with at least two magazine locations, on each of which at least one lens holder can be grasped and held, has an optical monitoring device, which controls a receiver device and a measurement object, for controlling an optical system focusing lens for laser processing at at least one of the magazine locations between which a lens holder held in the magazine place is located, so that the receiver device observes the measurement object through the focusing lens.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Überwachungsvorrichtung eine am selben Magazinplatz angeordnete Stellvorrichtung zugeordnet ist, die. in Abhängigkeit von der von der Überwachungsvorrichtung erfaßten Lage der Fokussieroptik diese justiert.A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the monitoring device is assigned a arranged at the same magazine location adjusting device, the. as a function of the detected by the monitoring device position of the focusing optics adjusted.

Mit Hilfe der optischen Überwachungsvorrichtung, die als Empfängereinrichtung eine auf der Lasereintrittsseite eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters angeordnete Kamera aufweist, läßt sich also feststellen, ob eine in der Wechseleinrichtung abgesetzte Fokussieroptik für den weiteren Einsatz geeignet ist oder nicht, so daß bei der Entnahme eines Linsenhalters stets sichergestellt ist, daß die darin befindliche Fokussieroptik in einem für die weitere Laserbearbeitung geeigneten Zustand ist. Da die Überwachung automatisch erfolgt, lassen sich unabhängig von der Erfahrung eines Maschinenbedieners optimale Nutzungszeiten der Fokussieroptik erzielen.With the aid of the optical monitoring device, which has a camera arranged on the laser entrance side of a magazine holder held in the magazine holder, it can thus be determined whether a remote in the changer focusing optics for further use is suitable or not, so that when removing a lens holder it is always ensured that the focusing optics located therein is in a condition suitable for further laser processing. Since the monitoring takes place automatically, optimum utilization times of the focusing optics can be achieved independently of the experience of a machine operator.

Um eine besonders zuverlässige Ermittlung des Verschleiß- und/oder Verschmutzungsgrades einer Fokussieroptik zu ermöglichen, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf einer Seite eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters zumindest eine Lichtquelle vorgesehen ist, die die Fokussieroptik bestrahlt, so daß an den optischen Flächen der Fokussieroptik, insbesondere an der laseraustrittsseitig letzten optischen Fläche gestreutes Licht von der Kamera erfaßt werden kann, wobei vorzugsweise mehrere Lichtquellen vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind, um eine vollständige Ausleuchtung der Fokussieroptik zu ermöglichen.In order to enable a particularly reliable determination of the degree of wear and / or contamination of a focusing optics is provided in an advantageous development of the invention that at least one light source is provided on one side of a held in the magazine space lens holder, which irradiates the focusing optics, so that to the optical surfaces of the focusing optics, in particular at the laser exit side last optical surface scattered light from the camera can be detected, preferably a plurality of light sources are provided which are arranged distributed uniformly in the circumferential direction to allow complete illumination of the focusing optics.

Auf diese Weise läßt sich die Unterseite der Fokussieroptik, also die dem Bearbeitungsbereich zugewandte letzte Fläche in einer Art Streulichtverfahren beobachten, wobei das an Schmutzpartikeln auf der beobachteten Fläche gestreute Licht von der Kamera erfaßt wird. Dieses Streulicht kann dann mit einer geeigneten Bildverarbeitung ausgewertet werden, um auf den Verschmutzungsgrad der Fokussierlinse zu schließen.In this way, the underside of the focusing optics, that is to say the last area facing the processing area, can be observed in a type of scattered light method, the light scattered on dirt particles on the observed area being detected by the camera. This scattered light can then be evaluated with suitable image processing in order to conclude on the degree of soiling of the focusing lens.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, die Beobachtung der laseraustrittsseitig letzten optischen Fläche im Rücklichtverfahren durchzuführen, also rückwärts gestreutes Licht zu erfassen, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtquelle oder Lichtquellen auf der Laseraustrittsseite eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters angeordnet sind. Hierdurch wird ein Durchlichtverfahren ermöglicht, das die Vorwärtsstreuung an Verschmutzungen der zu beobachtenden Fläche nutzt.Although it is basically possible to perform the observation of the laser exit side last optical surface in the backlight method, ie to detect backscattered light, it is provided according to an advantageous embodiment of the invention that the light source or light sources are arranged on the laser exit side of a held in the magazine location lens holder. As a result, a transmitted light method is used, which uses the forward scattering of contaminants of the surface to be observed.

Um die relative Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter ermitteln zu können, ist es bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Punktlichtquelle vorgesehen ist, die auf der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden kann.In order to determine the relative position of the focusing optics in the lens holder, it is provided in an expedient development of the invention that a light source, preferably a point light source is provided on the laser exit side of the focusing optics held in the magazine space lens holder, which is arranged on the optical axis of the camera optics can be.

Zur Feststellung der Fokuslage der Fokussieroptik relativ zum Linsenhalter ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters ein Meßobjekt vorgesehen ist, das so im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden kann, daß es sich sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer dazu erstreckt, wobei das Meßobjekt ein Gitter ist, das unter einem vorbestimmten Winkel schräg gegen die optische Achse der Kameraoptik geneigt ist.To determine the focus position of the focusing optics relative to the lens holder is provided according to a further embodiment of the invention that on the laser exit side of the focusing optics held in a magazine location lens holder a DUT is provided, which can be arranged in the region of the optical axis of the camera optics, that it extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto, wherein the measurement object is a grid which obliquely at a predetermined angle to the optical axis of the Camera optics is inclined.

Zur Erfassung der relativen Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer dazu ist es besonders zweckmäßig, wenn das Meßobjekt und die Lichtquelle wahlweise im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden können.For detecting the relative position of the focusing optics in the lens holder both in the direction of the optical axis and transversely thereto, it is particularly useful if the measurement object and the light source can be optionally arranged in the region of the optical axis of the camera optics.

Erfindungsgemäß wird also zur Kontrolle einer Fokussieroptik für die Laserbearbeitung, die in einem Linsenhalter angeordnet ist, mit einer Empfängereinrichtung ein laseraustrittsseitig liegendes Meßobjekt durch die Fokussieroptik hindurch beobachtet, wobei das Meßobjekt mittels einer Kameraoptik der Empfängereinrichtung abgebildet wird, und wobei das dabei vom Meßobjekt erhaltene Bild ausgewertet wird, um die Lage der Fokussieroptik relativ zum Linsenhalter festzustellen.According to the invention, therefore, to control a focusing optics for the laser processing, which is arranged in a lens holder, with a receiver device, a measurement object located on the laser exit side through the focusing optics, wherein the measurement object is imaged by means of a camera optics of the receiver device, and wherein the image thereby obtained from the measurement object is evaluated to determine the position of the focusing optics relative to the lens holder.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter in Abhängigkeit von ihrer von der Überwachungsvorrichtung erfaßten Ist-Lage eingestellt wird, um die Fokussieroptik zu justieren. Hierdurch wird erreicht, daß Fehljustierungen, die z. B. in Folge von schnellen Bewegungen des Anschlußkopfes auftreten können, nach jedem Wechsel der Fokussieroptik beseitigt werden können, ohne daß ein erfahrener Maschinenbediener ständig mit entsprechenden Einstellarbeiten beschäftigt wäre.It is particularly advantageous if the position of the focusing optics in the lens holder is adjusted as a function of their actual position detected by the monitoring device in order to adjust the focusing optics. This ensures that misalignments z. B. may occur as a result of rapid movements of the connection head, after each change of the focusing optics can be eliminated without an experienced machine operator would constantly be concerned with appropriate adjustments.

Um den Verschleiß- und/oder Verschmutzungsgrad der Fokussieroptik zu erfassen, wird diese dabei von der Lasereintrittseite des Linsenhalters her so bestrahlt, daß an den optischen Flächen der Fokussieroptik, insbesondere an der laseraustrittsseitig letzten optischen Fläche zurückgestreutes Licht von der Kamera erfaßt werden kann, wobei die Bestrahlung der Fokussieroptik mit mehreren Lichtquellen erfolgt, die in Umfangsrichtung gleichmäßig um die optische Achse des Laserbearbeitungsstrahlengangs herum angeordnet sind, um eine gleichmäßige Ausleuchtung der Fokussieroptik zu erzielen.In order to detect the degree of wear and / or soiling of the focusing optics, the latter is irradiated from the laser entrance side of the lens holder in such a way that light can be detected by the camera backscattered on the optical surfaces of the focusing optics, in particular on the last optical surface on the laser exit side the illumination of the focusing optics takes place with a plurality of light sources which are arranged uniformly in the circumferential direction around the optical axis of the laser processing beam path in order to achieve a uniform illumination of the focusing optics.

Zur Ermittlung der seitlichen Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter ist vorgesehen, daß auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik eine Lichtquelle, vorzugsweise Punktlichtquelle auf der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet wird, die Lichtquelle mittels der Kamera abgebildet wird, und die Lage des Bildes der Lichtquelle relativ zur optischen Achse der Kameraoptik festgestellt wird, um so eine seitliche Verschiebung der optischen Achse der Fokussieroptik relativ zur optischen Achse des Laserbearbeitungsstrahlengangs feststellen zu können.To determine the lateral position of the focusing optics in the lens holder is provided that on the laser exit side of the focusing optics a light source, preferably point light source is arranged on the optical axis of the camera optics, the light source is imaged by the camera, and the position of the image of the light source relative to the optical Is determined axis of the camera optics so as to detect a lateral displacement of the optical axis of the focusing optics relative to the optical axis of the laser processing beam path.

Um die Lage des Brennpunktes der Fokussieroptik in Richtung der optischen Achse relativ zum Laserhalter festzustellen, ist es zweckmäßig, wenn auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik ein Meßobjekt so im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet wird, daß es sich sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer dazu erstreckt, und das dabei von der Kamera vom Meßobjekt erhaltene Bild ausgewertet wird. Als Meßobjekt wird hierbei zweckmäßigerweise ein Gitter verwendet, das unter einem vorbestimmten Winkel schräg gegen die optische Achse der Kameraoptik geneigt angeordnet wird.In order to determine the position of the focal point of the focusing optics in the direction of the optical axis relative to the laser holder, it is expedient if on the laser exit side of the focusing optics a measurement object is arranged in the optical axis of the camera optics, that it is both in the direction of the optical axis also extends transversely thereto, and thereby the image obtained by the camera from the measurement object is evaluated. In this case, it is expedient to use a grating as the object to be measured, which is arranged obliquely inclined to the optical axis of the camera optics at a predetermined angle.

Um die Einbaulage der Fokussieroptik in der Kassette sowohl in radialer als auch in axialer Richtung überprüfen zu können, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Meßobjekt und die Lichtquelle einzeln nacheinander im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden.In order to check the mounting position of the focusing optics in the cassette both in the radial and in the axial direction, it is expediently provided that the measurement object and the light source are arranged one after the other in the region of the optical axis of the camera optics.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below, for example, with reference to the drawing. Show it:

1 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht einer Wechseleinrichtung nach der Erfindung, 1 a greatly simplified perspective view of a changing device according to the invention,

2 eine stark vereinfachte, schematische Vorderansicht eines Magazinplatzes der Wechseleinrichtung nach 1 mit einer optischen Überwachungsvorrichtung, 2 a simplified, schematic front view of a magazine location of the changing device according to 1 with an optical monitoring device,

3 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der optischen Überwachungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer Verschleißkontrolle bei einer in einem Linsenhalter angeordneten Fokussieroptik, 3 a highly simplified, schematic representation of the optical monitoring device for illustrating a wear control in a focusing lens arranged in a lens holder,

4 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der optischen Überwachungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer Überprüfung der seitlichen Ausrichtung der Fokussieroptik im Linsenhalter, und 4 a highly simplified, schematic representation of the optical monitoring device for illustrating a review of the lateral alignment of the focusing optics in the lens holder, and

5 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der optischen Überwachungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer Überprüfung der Fokuslage der Fokussieroptik relativ zum Linsenhalter. 5 a highly simplified, schematic representation of the optical monitoring device for illustrating a review of the focus position of the focusing optics relative to the lens holder.

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

1 zeigt eine erfindungsgemäße Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter 10 mit einer Fokussieroptik 9 eines Anschlußkopfes 11 einer Laserbearbeitungsanlage zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls. Der Anschlußkopf 11 ist an einem nur rein schematisch angedeuteten Bearbeitungsarm 12 einer nicht näher dargestellten Portalanlage einer Laserbearbeitungsanlage angebracht. Die Portalanlage realisiert über den Bearbeitungsarm 12 die Verschiebung des Anschlußkopfes 11 in allen drei Raumrichtungen also, wie durch Pfeile in 1 angedeutet in X-, Y- und Z-Richtung. 1 shows a changing device according to the invention for a lens holder 10 with a focusing optics 9 a connection head 11 one Laser processing system for processing a workpiece by means of a laser beam. The connection head 11 is on a purely schematically indicated processing arm 12 mounted a portal system not shown in detail of a laser processing system. The portal system realized via the processing arm 12 the displacement of the connection head 11 in all three spatial directions, then, as by arrows in 1 indicated in the X, Y and Z directions.

Die Wechseleinrichtung besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Magazinplätze 13, sie kann aber auch je nach der Anzahl von bereitzuhaltenden Funktionselementen mehr oder weniger Magazinplätze 13 umfassen, von denen jeder eine Haltevorrichtung 14 zum Ergreifen und Halten eines Linsenhalters 10 sowie eine Ver- und Entriegelungsvorrichtung 15 als Betätigungsvorrichtung für am Anschlußkopf 11 vorgesehene, nicht näher dargestellte, den Linsenhalter 10 fixierende Befestigungsmittel aufweist. Die Haltevorrichtung 14 umfaßt dabei eine in Richtung des Doppelpfeils B vertikal verschiebbare Fixiereinrichtung 16 mit zwei Fixierstiften 17, die zum Ergreifen und Halten eines Linsenhalters 10 im Magazinplatz 13 mit entsprechenden Löchern 18 in einem Griffelement 19 am Linsenhalter 10 zusammenwirken. Außerdem ist jeder Haltevorrichtung 14, die an einem Gestell oder Rahmen 20 angebracht und einem der Magazinplätze 13 zugeordnet ist, ein Stützflächenabschnitt auf einer allen Magazinplätzen 13 gemeinsamen Stützschiene 20d zugeordnet, auf der ein Linsenhalter 10 mit seinem Griffelement 19 und seiner Vorderfläche aufliegt, wenn er im Magazinplatz 13 angeordnet und gehalten ist.The changing device has four magazine locations in the illustrated embodiment 13 but it can also depending on the number of functional elements to be kept more or less magazine locations 13 each comprising a holding device 14 for gripping and holding a lens holder 10 and a locking and unlocking device 15 as an actuator for the connection head 11 provided, not shown, the lens holder 10 having fixing fasteners. The holding device 14 in this case comprises a fixing device which can be displaced vertically in the direction of the double arrow B. 16 with two pins 17 for gripping and holding a lens holder 10 in the magazine place 13 with corresponding holes 18 in a handle element 19 on the lens holder 10 interact. In addition, each holding device 14 on a rack or frame 20 attached and one of the magazine locations 13 is assigned, a support surface section on all magazine locations 13 common support rail 20d assigned to a lens holder 10 with its handle element 19 and its front surface rests when in magazine location 13 is arranged and held.

Der Rahmen 20 umfaßt einen Grundrahmen 20a, der einen Hauptrahmen 20b und im Abstand dazu die Stützschiene 20d trägt, und einen Kopfrahmen 20c, der auf dem Hauptrahmen 20b gehalten ist.The frame 20 includes a base frame 20a that has a main frame 20b and in the distance to the support rail 20d wears, and a head frame 20c standing on the main frame 20b is held.

Die Ausgestaltung der Haltevorrichtung 14, also die Ausgestaltung ihrer Greif- und Stützelemente hängt wesentlich von der Ausgestaltung des verwendeten Linsenhalters 10 ab und kann in vielfältiger Weise variiert werden. Zum Beispiel ist es auch denkbar, zum Erfassen des Griffelements 19 eine Greif- und Fixierzange einzusetzen. Auch als Ver- und Entriegelungsvorrichtung 15, die schematisch als in Richtung des Doppelpfeils C verschiebbarer Stift dargestellt ist, kann eine an die jeweils zum Verriegeln und/oder Befestigen des Linsenhalters 10 am Anschlußkopf 11 vorgesehenen Mittel angepaßte Betätigungsvorrichtung zum Einsatz kommen.The embodiment of the holding device 14 , So the design of their gripping and supporting elements depends essentially on the design of the lens holder used 10 and can be varied in many ways. For example, it is also conceivable for detecting the grip element 19 to use a gripping and fixing pliers. Also as locking and unlocking device 15 , which is shown schematically as displaceable in the direction of the double arrow C pin, one to each for locking and / or fixing the lens holder 10 at the connection head 11 provided means adapted actuating device are used.

Um eine Justierung der Fokussieroptik 9 relativ zum Linsenhalter 10 in Abhängigkeit von den Ergebnissen der einzelnen Lagemessungen automatisch durchführen zu können, ist an dem mit der Überwachungsvorrichtung 24 ausgerüsteten Magazinplatz 13 eine Stellvorrichtung 32 angeordnet, die Betätigungsmittel 33 aufweist, mit denen entsprechende Stellmittel zum Verstellen der Fokussieroptik 9 in x-, y-, und z-Richtung relativ zum Linsenhalter 10 betätigt werden können.To an adjustment of the focusing optics 9 relative to the lens holder 10 to be able to automatically perform depending on the results of the individual position measurements, is the one with the monitoring device 24 equipped magazine space 13 an actuator 32 arranged, the actuating means 33 has, with which appropriate adjusting means for adjusting the focusing optics 9 in the x, y, and z directions relative to the lens holder 10 can be operated.

Um auch eine am Anschlußkopf 11 angebrachte Schneiddüse 21 am selben Magazinplatz 13 vom Anschlußkopf 11 abzunehmen oder an diesem anzubringen wie den Linsenhalter 10, weist jeder Magazinplatz 13 als Haltevorrichtung zum Ergreifen und Halten der Schneiddüse 21 einen Klemm-Mechanismus auf, zum Beispiel einen Greifer 22 mit mehreren, insbesondere drei Greifarmen 23. Die Greifarme 23, die umfangsmäßig verteilt am Außenumfang der Schneiddüse 21 angreifen können, sind in Richtung der Doppelpfeile A zwischen einer Greif- und einer Freigabestellung verschwenkbar. Um die Schneiddüse 21 vom Anschlußkopf 11 zu lösen oder an diesem zu befestigen, kann der Greifer 22 um eine vertikale Achse in beiden Drehrichtungen gedreht werden, wie in der Zeichnung durch den Doppelpfeil A' angedeutet ist. Der Klemm-Mechanismus 22 kann auch in anderer Weise ausgebildet sein, um die Schneiddüse 21 zu ergreifen bzw. klemmend zu halten.To also one at the connection head 11 attached cutting nozzle 21 at the same magazine place 13 from the connection head 11 remove or attach to this like the lens holder 10 , points each magazine place 13 as a holding device for gripping and holding the cutting nozzle 21 a clamping mechanism, for example a gripper 22 with several, in particular three gripping arms 23 , The gripping arms 23 circumferentially distributed on the outer circumference of the cutting nozzle 21 can attack, are pivotable in the direction of the double arrows A between a gripping and a release position. To the cutting nozzle 21 from the connection head 11 To solve or attach to this, the gripper 22 be rotated about a vertical axis in both directions of rotation, as indicated in the drawing by the double arrow A '. The clamping mechanism 22 may also be configured in another way to the cutting nozzle 21 to seize or to hold clamped.

Wie in 1 schematisch dargestellt ist, ist bei der erfindungsgemäßen Wechseleinrichtung an einem der Magazinplätze 13, in 1 an dem am weitesten rechts gelegenen Magazinplatz 13 eine optische Überwachungseinrichtung 24 vorgesehen, die eine Kamera 25 mit einem entsprechenden, im folgenden als Kameraoptik 29 bezeichneten Objektiv als Empfängereinrichtung, Lichtquellen 26, einen Meßobjektwechsler 27 und eine mit der Kamera 25 verbundene Auswerteeinheit 28 aufweist. Anstelle einer Kamera könnte auch eine Photodiode oder eine Gruppe davon oder andere photoempfindliche Empfänger vorgesehen sein, denen vorzugsweise eine Abbildungsoptik zugeordnet wird, um ein definiertes Beobachtungsfeld festzulegen.As in 1 is shown schematically is in the changing device according to the invention at one of the magazine locations 13 , in 1 at the rightmost magazine place 13 an optical monitoring device 24 provided a camera 25 with a corresponding, in the following as a camera optics 29 designated lens as a receiver device, light sources 26 , a Meßobjektwechsler 27 and one with the camera 25 connected evaluation unit 28 having. Instead of a camera, it would also be possible to provide a photodiode or a group thereof or other photosensitive receivers to which imaging optics are preferably assigned in order to define a defined observation field.

Der Meßobjektwechsler 27 ist dabei in einem solchen Abstand von der Kamera 25 angeordnet, daß zwischen der Kamera 25 und dem Meßobjektwechsler 27 ein Linsenhalter 10 mit Fokussieroptik 9 angeordnet werden kann. Grundsätzlich können die Lichtquellen 26 seitlich von der Kamera 25 angeordnet sein, um eine Beobachtung einer Fokussieroptik 9 im Auflicht zu ermöglichen. Vorzugsweise sind jedoch die Lichtquellen 26 im Bereich des Meßobjektwechslers 27 so angeordnet, daß eine vollständige Ausleuchtung der zu beobachtenden Fokussieroptik 9 ermöglicht wird. Die Ausleuchtung kann dabei kontinuierlich oder mit Hilfe eines Abtaststrahls erfolgen, der die zu beobachtende Fläche zeilen- oder spaltenweise überstreicht.The Meßobjektwechsler 27 is at such a distance from the camera 25 arranged that between the camera 25 and the Meßobjektwechsler 27 a lens holder 10 with focusing optics 9 can be arranged. Basically, the light sources 26 sideways from the camera 25 be arranged to make an observation of a focusing optics 9 to allow in reflected light. Preferably, however, are the light sources 26 in the range of Meßobjektwechslers 27 arranged so that a complete illumination of the observed focusing optics 9 is possible. The illumination can be carried out continuously or with the aid of a scanning beam, which covers the area to be observed in rows or columns.

Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Kamera 25 so im Bereich eines Magazinplatzes 13 angeordnet, daß die optische Achse OA der Kameraoptik 29 so zu einem im Magazinplatz 13 gehaltenen Linsenhalter 10 angeordnet ist, wie die optische Achse eines Laserbearbeitungsstrahlengangs, wenn der Linsenhalter 10 im Anschlußkopf 11 gehalten ist. Der unterhalb des Aufnahmebereichs für einen Linsenhalter 10 am Magazinplatz 13 angeordnete Meßobjektwechsler 27 umfaßt eine schematisch angedeutete Lichtquelle 30, die vorzugsweise als Punktlichtquelle ausgebildet ist, und ein Gitter 31, das sich schräg zur optischen Achse der Kameraoptik 29 erstreckt. Die Lichtquelle oder -quellen 26, von denen in 2 der Übersichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist, kann bzw. können ebenfalls in nicht näher dargestellter Weise am Meßobjektwechsler 27 oder separat davon im Bereich des Magazinplatzes gehalten sein.As in 2 it can be seen, is the camera 25 so in the range of a magazine place 13 arranged that the optical axis OA of the camera optics 29 so to one in the magazine place 13 held lens holder 10 is arranged as the optical axis of a laser processing beam path when the lens holder 10 in the connection head 11 is held. The below the receiving area for a lens holder 10 at the magazine place 13 arranged Meßobjektwechsler 27 comprises a schematically indicated light source 30 , which is preferably formed as a point light source, and a grid 31 , which is oblique to the optical axis of the camera optics 29 extends. The light source or sources 26 of which in 2 for the sake of clarity only one is shown, can or can also in a manner not shown on the Meßobjektwechsler 27 or separately held in the area of the magazine place.

Der Meßobjektwechsler 27 kann wie in 1 rein schematisch angedeutet ist, eine Schwenkeinrichtung sein, mit der wahlweise das Gitter 31 oder die Lichtquelle 30 in den Beobachtungsbereich eingebracht werden kann. Anstelle einer Schwenkeinrichtung kann auch eine lineare Verschiebevorrichtung vorgesehen sein, die die automatische Anordnung von Lichtquelle 30 oder Gitter 31 im Beobachtungsbereich der Kamera 25 ermöglicht.The Meßobjektwechsler 27 can be like in 1 purely schematically indicated, be a pivoting device, with the optional grid 31 or the light source 30 can be introduced into the observation area. Instead of a pivoting device may also be provided a linear displacement device, which is the automatic arrangement of light source 30 or grid 31 in the observation area of the camera 25 allows.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung nur eine Überwachungseinrichtung an einem der Magazinplätze auf. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Überwachungeinrichtung 24 verschiebbar am Rahmen 20 der Wechseleinrichtung angeordnet ist, so daß sie zu jedem der Magazinplätze 13 gefahren werden kann. Ferner ist es auch möglich, jedem Magazinplatz eine eigene Überwachungsvorrichtung 24 zuzuordnen. Darüberhinaus ist es denkbar, die Überwachungsvorrichtung 24 fest an einem Wechseleinrichtungsgestell anzuordnen, während die Magazinplätze 13 beispielsweise revolverartig verschoben werden können, so daß jeder Magazinplatz 13 in den Bereich der Überwachungsvorrichtung 24 bewegbar ist.In the illustrated embodiment, the changing device according to the invention has only one monitoring device at one of the magazine locations. However, it is also conceivable that the monitoring device 24 slidable on the frame 20 the changing device is arranged so that they are to each of the magazine locations 13 can be driven. Furthermore, it is also possible for each magazine location to have its own monitoring device 24 assigned. Moreover, it is conceivable, the monitoring device 24 to be fixed to an interchangeable rack while the magazine places 13 for example, can be moved revolver-like, so that each magazine place 13 in the area of the monitoring device 24 is movable.

Die für die Justierung der Fokussieroptik 9 im Linsenhalter 10 vorgesehene Stellvorrichtung 32 kann, falls eine verfahrbare Überwachungvorrichtung 24 vorgesehen ist, ebenfalls verfahrbar am Rahmen 20 vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, daß jedem Magazinplatz eine eigene Stellvorrichtung 32 zum Justieren der Fokussieroptik 9 zugeordnet ist.The for the adjustment of the focusing optics 9 in the lens holder 10 provided adjusting device 32 can, if a movable monitoring device 24 is provided, also movable on the frame 20 be provided. But it is also possible that each magazine place its own adjusting device 32 for adjusting the focusing optics 9 assigned.

Die erfindungsgemäße Wechselvorrichtung arbeitet in folgender Weise.The changing device according to the invention operates in the following manner.

Soll nach einem Bearbeitungszeitraum die Fokussieroptik 9 eines Anschlußkopfes 11 gewechselt werden, so wird der Anschlußkopf 11 vom Bearbeitungsarm 12 der Portalanlage zunächst zu dem Magazinplatz 13 der Wechseleinrichtung geführt, an dem die Überwachungsvorrichtung 24 angeordnet ist. Der Anschlußkopf 11 wird in eine Position am Magazinplatz 13 bewegt, in der der Linsenhalter 10 mit seiner Frontfläche und der Unterseite seines Griffelements 19 auf der Stützschiene 20d aufliegt und in der er von der Fixiereinrichtung 16 fest im Magazinplatz 13 gehalten wird. Daraufhin kann der Anschlußkopf 11 aus dem Magazinplatz 13 herausbewegt werden, so daß der Linsenhalter 10 mit der Fokussieroptik 9 vom Anschlußkopf 11 abgenommen und so im Magazinplatz 13 gehalten ist, daß die gewünschte oder geforderte optische Überwachung und gegebenenfalls die Justierung der Fokussieroptik 9 durchgeführt werden kann.Should after a processing period, the focusing optics 9 a connection head 11 be changed, so the connection head 11 from the processing arm 12 the gantry first to the magazine place 13 led the changing device to which the monitoring device 24 is arranged. The connection head 11 gets into a position at the magazine place 13 moves in which the lens holder 10 with its front surface and the underside of its handle element 19 on the support rail 20d rests and in which he is from the fixing device 16 firmly in the magazine place 13 is held. Then the connection head 11 from the magazine place 13 be moved out so that the lens holder 10 with the focusing optics 9 from the connection head 11 removed and so in the magazine place 13 is held that the desired or required optical monitoring and, if necessary, the adjustment of the focusing optics 9 can be carried out.

Wie in 3 gezeigt, wird zum Erkennen von Schmutzpartikeln auf den optischen Flächen der Fokussierungsoptik 9 diese mit Hilfe der beiden Lichtquellen 26 bestrahlt. Anstelle der beiden dargestellten Lichtquellen 26 können auch mehr über den Umfang gleichmäßig verteilte Lichtquellen vorgesehen sein, um eine gleichmäßigere Ausrichtung der Fokussieroptik 9 zu erreichen. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ist die Unterseite der Fokussieroptik die Fläche, die dem Werkstück im Bearbeitungsbetrieb zugewandt und deshalb für die Erkennung von Verschmutzungen relevant ist.As in 3 is shown for detecting dirt particles on the optical surfaces of the focusing optics 9 these with the help of the two light sources 26 irradiated. Instead of the two illustrated light sources 26 can also be provided over the circumference evenly distributed light sources, to a more uniform alignment of the focusing optics 9 to reach. In the arrangement shown in the drawing, the underside of the focusing optics is the surface which faces the workpiece in the machining operation and is therefore relevant for the detection of soiling.

Mit der Kamera 25, die von oben durch die Fokussieroptik hindurchblickt, wird in einer Art Durchlichtverfahren die von unten beleuchtete Unterseite der Fokussieroptik 9 beobachtet. Dabei wird das von der beleuchteten Fläche kommende Licht erfaßt. Je nach der speziellen Auslegung der Beleuchtung kann in einer Art Hellfeldverfahren das reguläre Beleuchtungslicht beobachtet werden, das infolge von Verschmutzungen an der Unterseite der Fokussieroptik gestreut wird, so daß die Verschmutzungen sich als mehr oder weniger dunkle Flecken darstellen. Ferner kann in einer Art Dunkelfeldverfahren das von den Verschmutzungen in Richtung der Kamera gestreute Licht beobachtet werden, wobei sich die Verschmutzungen als mehr oder weniger helle Flecken darstellen. Das auf diese Weise aufgenommene Beleuchtungs- oder Streulicht wird dann in der Auswerteeinheit mit Hilfe einer Bildverarbeitung ausgewertet, um auf den Verschmutzungsgrad bzw. den Verschleißgrad der Fokussieroptik schließen zu können.With the camera 25 , which looks through from above through the focusing optics, is in a kind of transmitted light process, the bottom illuminated from the bottom of the focusing optics 9 observed. In this case, the light coming from the illuminated surface is detected. Depending on the particular design of the illumination, in a kind of bright field method, the regular illuminating light which is scattered due to dirt on the underside of the focusing optics may be observed so that the soils are more or less dark spots. Furthermore, in a kind of dark field method, the light scattered by the contaminants in the direction of the camera can be observed, the soils representing more or less bright spots. The illumination or scattered light recorded in this way is then evaluated in the evaluation unit with the aid of image processing in order to be able to conclude on the degree of soiling or the degree of wear of the focusing optics.

Zusätzlich ist es denkbar, daß die Kamera 25 nacheinander auf verschiedene Flächen und/oder Elemente der Fokussieroptik eingestellt wird, um darüber hinaus Risse, Sprünge oder andere Beeinträchtigungen der Fokussieroptik erkennen zu können.In addition, it is conceivable that the camera 25 one after the other on different surfaces and / or elements of the focusing optics is set in order to recognize cracks, cracks or other impairments of the focusing optics beyond.

Eine vollständige Ausleuchtung der Fokussieroptik muß dabei nicht gleichzeitig realisiert werden, sondern kann auch mit Hilfe eines Abtaststrahls erfolgen, wobei bei geeigneter Auswertung die Verschmutzungen sowohl in einer Hell- als auch in einer Dunkelfelddarstellung ermittelt werden können.A complete illumination of the focusing optics does not have to be realized at the same time, but can also be done with the aid of a scanning beam, with suitable evaluation, the contamination can be determined in both a light and in a dark field representation.

Nach dem Feststellen des Verschleiß- und/oder Verschmutzungsgrades der Fokussieroptik wird eine Lageüberprüfung durchgeführt, die jedoch nur dann sinnvoll ist, wenn die Fokussieroptik keine wesentlichen Verschmutzungen und keinen wesentlichen Verschleiß zeigt. After determining the degree of wear and / or contamination of the focusing optics, a position check is performed, which, however, only makes sense if the focusing optics shows no significant contamination and no significant wear.

Bei der Lageerfassung wird zunächst die Linsenposition in Querrichtung zur optischen Achse OA festgestellt. Hierzu wird zunächst, wie in 4 rein schematisch angedeutet ist, als Meßobjekt eine Punktlichtquelle 30 in Blickrichtung der Kamera 25 hinter der Fokussieroptik 9 im Linsenhalter 10 auf der optischen Achse OA der Kameraoptik 29 angeordnet. Als Meßobjekt ist aber auch jedes andere als Zieleinrichtung geeignete Objekt, z. B. ein Fadenkreuz oder dergleichen denkbar. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in der Zeichnung, insbesondere in den 4 und 5, die optische Wirkung von zu prüfender Fokussieroptik 9 und abbildender Kameraoptik 29 so dargestellt, als wenn die zu prüfende Fokussieroptik 9 und die abbildende Kameraoptik 29 eine Einzellinse am Ort der zu prüfenden Fokussieroptik 9 bilden. Beim tatsächlichen Aufbau erzeugt jedoch die zu prüfende Fokussieroptik 9 ein reales Bild des Meßobjektes, das von der Kameraoptik 29 in deren Empfängerebene abgebildet wird. Vorzugsweise wird das Meßobjekt von der zu prüfenden Fokussieroptik 9 nach Unendlich abgebildet, d. h. daß das Licht einer Punktlichtquelle von der zu prüfenden Fokussieroptik 9 kollimiert wird, um dann von der auf unendliche Entfernung eingestellten Kameraoptik 29 auf deren Empfänger abgebildet zu werden.In the position detection, the lens position in the transverse direction to the optical axis OA is first detected. For this purpose, first, as in 4 is indicated purely schematically, as a measuring object, a point light source 30 in the direction of the camera 25 behind the focusing optics 9 in the lens holder 10 on the optical axis OA of the camera optics 29 arranged. As a test object but any other suitable as a target device object, z. B. a crosshair or the like conceivable. To simplify the illustration is in the drawing, in particular in the 4 and 5 , the optical effect of focusing optics to be tested 9 and imaging camera optics 29 shown as if the focusing optics to be tested 9 and the imaging camera optics 29 a single lens at the location of the focusing optics to be tested 9 form. However, in the actual structure, the focusing optics to be inspected are generated 9 a real image of the object to be measured, that of the camera optics 29 is displayed in the receiver level. Preferably, the measurement object of the to be tested focusing optics 9 mapped to infinity, ie that the light of a point light source of the focusing optics to be tested 9 is collimated, and then of the set to infinite distance camera optics 29 be imaged on the recipient.

Ist die optische Achse OA_F der Fokussieroptik 9 gegenüber der optischen Achse OA der Kameraoptik 29 versetzt, die der optischen Achse des Laserbearbeitungsstrahlengangs im Anschlußkopf entspricht, so wird die Punktlichtquelle 30 entsprechend dem Versatz der optischen Achsen gegeneinander verschoben in die Empfangsebene der Kamera 25 abgebildet, was von der nachfolgenden Bildverarbeitung erkannt wird. Der Linsenversatz kann nach Betrag und Richtung ermittelt werden, um entsprechende Stellsignale zum Justieren der Fokussieroptik 9 in x- und y-Richtung an die Stellvorrichtung 32 zu liefern. Die Verstellung der Fokussieroptik zur Justierung kann dabei fortlaufend überwacht werden, so daß auch mit einer relativ einfachen Stellvorrichtung eine hohe Justiergenauigkeit erreicht werden kann.Is the optical axis OA _{F of} the focusing optics 9 relative to the optical axis OA of the camera optics 29 offset, which corresponds to the optical axis of the laser processing beam path in the connection head, so is the point light source 30 according to the offset of the optical axes shifted from each other in the receiving plane of the camera 25 shown, which is recognized by the following image processing. The lens offset can be determined by amount and direction to appropriate control signals for adjusting the focusing optics 9 in the x and y directions to the actuator 32 to deliver. The adjustment of the focusing optics for adjustment can be monitored continuously, so that even with a relatively simple adjusting device, a high adjustment accuracy can be achieved.

Als letztes wird dann die Lage der Fokussieroptik in z-Richtung, also in Richtung der optischen Achse OA festgestellt. Hierzu wird das Gitter 31 oder ein anderes schräg zur optischen Achse OA angeordnetes Meßobjekt mit geeigneter Struktur zum Erkennen unterschiedlicher Schärfebereiche auf der optischen Achse hinter der Fokussieroptik 9 angeordnet, wie dies in 5 dargestellt ist. Die Darstellung in 5 ist in gleicher Weise vereinfacht, wie die von 4. Je nach der Lage des Brennpunktes der Fokussieroptik 9 relativ zum Gitter 31 wird ein entsprechender seitlich der optischen Achse OA liegender Bereich des Gitters scharf abgebildet.Finally, the position of the focusing optics in the z direction, ie in the direction of the optical axis OA, is then determined. This is the grid 31 or another object of measurement of suitable structure, arranged at an angle to the optical axis OA, for detecting different areas of sharpness on the optical axis behind the focusing optics 9 arranged like this in 5 is shown. The representation in 5 is simplified in the same way as that of 4 , Depending on the position of the focus of the focusing optics 9 relative to the grid 31 a corresponding portion of the grid lying laterally of the optical axis OA is sharply imaged.

Trifft der Schnittpunkt des Gitters 31 mit der optischen Achse mit dem Brennpunkt der Fokussieroptik 9 zusammen, so wird der Zentralbereich des Gitters 31 scharfabgebildet. Liegt der Brennpunkt der Fokussierlinse 9 jedoch in Blickrichtung der Kamera gesehen hinter dem Gitter, so wird ein in der Zeichnung links von der optischen Achse OA liegender Bereich des Gitters 31 scharf gesehen, während in dem Fall, in dem der Brennpunkt der Fokussieroptik 9 vor dem Gitter 31 liegt, ein rechts der optischen Achse OA liegender Bereich des Gitters 31 scharf abgebildet wird. Der Abstand des scharf abgebildeten Gitterbereichs von der optischen Achse ist dabei proportional zur Verschiebung des Brennpunktes gegenüber seiner Sollage, in der der Schnittpunkt der optischen Achse OA mit dem Gitter 31 angeordnet ist.Meets the intersection of the grid 31 with the optical axis with the focus of the focusing optics 9 together, so will the central area of the grid 31 scharfabgebildet. Is the focal point of the focusing lens 9 however, as seen in the direction of the camera behind the grid, so in the drawing left of the optical axis OA lying portion of the grid 31 sharp, while in the case where the focus of the focusing optics 9 in front of the grid 31 is located on the right of the optical axis OA lying portion of the grid 31 is shown sharply. The distance of the sharp-line grating region from the optical axis is proportional to the displacement of the focal point with respect to its desired position, in which the intersection of the optical axis OA with the grid 31 is arranged.

Auf der Grundlage der Gitterabbildung läßt sich dann in der Auswerteeinheit 28 mit Hilfe der Bildverarbeitung ein entsprechendes Bildsignal erzeugen, um die Fokussieroptik 9 in Richtung der optischen Achse so einzustellen, daß ihr Brennpunkt die gewünschte Position einnimmt.On the basis of the grating image can then be in the evaluation 28 using image processing to generate a corresponding image signal to the focusing optics 9 in the direction of the optical axis so that their focal point assumes the desired position.

Nach der Überprüfung und dem Justieren der Fokussieroptik kann der Linsenhalter 10 an einen anderen freien Magazinplatz 13 versetzt werden, wenn die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung nur mit einer einzigen ortsfest am Rahmen 20 angeordneten Überwachungsvorrichtung 24 ausgerüstet ist.After checking and adjusting the focusing optics, the lens holder 10 to another free magazine location 13 be offset when the changing device according to the invention only with a single stationary on the frame 20 arranged monitoring device 24 equipped.

Ist jedoch die Überwachungsvorrichtung verfahrbar oder ist jeder Magazinplatz 13 mit einer Überwachungsvorrichtung 24 ausgerüstet, so kann der Linsenhalter in dem entsprechenden Magazinplatz verbleiben.However, if the monitoring device is movable or is any magazine location 13 with a monitoring device 24 equipped, the lens holder can remain in the corresponding magazine location.

Ist der Linsenhalter jedoch auf einen anderen Magazinplatz 13 umzusetzen, so wird er vom Anschlußkopf 11 oder einer Umsetzeinrichtung (nicht dargestellt) vom Magazinplatz 13 abgenommen und zu dem Magazinplatz bewegt, in dem er bis zum nächsten Einsatz verbleibt. Wird hierzu der Anschlußkopf 11 verwendet, so kann bei der dargestellten erfindungsgemäßen Wechseleinrichtung auch die Schneiddüse 21 vom Anschlußkopf 11 am selben Magazinplatz 13 gelöst und dort gehalten werden. Nach dem Absetzen des Linsenhalters 10 und der Schneiddüse 21 im Magazinplatz 13 fährt der Anschlußkopf 11 zu einem anderen Magazinplatz 13, an dem eine für die folgende Bearbeitung geeignete Fokussieroptik 9 mit der dazugehörigen Schneiddüse 21 bereitgehalten wird. Hier wird nun in umgekehrter Reihenfolge zunächst der Linsehalter 10 in den Anschlußkopf 11 eingesetzt, mit Hilfe der Ver- und Entriegelungsvorrichtung 15 am Anschlußkopf 11 verriegelt, und von der Haltevorrichtung 14 freigegeben, in dem die Fixierstifte 17 der Fixiereinrichtung 16 aus den Löchern 18 des Griffelements 19 herausgezogen werden. Gleichzeitig mit dem Einsetzen des Linsenhalters 10 wird von unten mit Hilfe des Greifers 22 die entsprechende Schneiddüse 21 angebracht.However, if the lens holder is in a different magazine location 13 to implement, so it is from the connection head 11 or a transfer device (not shown) from the magazine location 13 removed and moved to the magazine location, where it remains until the next use. Is this the connection head 11 used, so can in the illustrated changing device according to the invention, the cutting nozzle 21 from the connection head 11 at the same magazine place 13 be solved and held there. After settling the lens holder 10 and the cutting nozzle 21 in the magazine place 13 the connection head moves 11 to another magazine place 13 , on which a suitable for the following processing focusing optics 9 with the associated cutting nozzle 21 is kept ready. Here now in reverse order first the lens holder 10 in the connection head 11 used, with the help of the locking and unlocking device 15 at the connection head 11 locked, and from the fixture 14 released in which the fixing pins 17 the fixing device 16 from the holes 18 of the handle element 19 be pulled out. Simultaneously with the insertion of the lens holder 10 is from below with the help of the gripper 22 the corresponding cutting nozzle 21 appropriate.

Nachdem auch die Greifarme 23 von der Schneiddüse 21 gelöst sind, ist der mit neuer Fokussieroptik 9 und Schneiddüse 21 ausgerüstete Anschlußkopf 11 für eine weitere Laserbearbeitung eines Werkstücks bereit. Es wird auf diese Weise ermöglicht, daß die Laseranlage genutzt werden kann, während parallel dazu eine Fokussieroptik in einem anderen Linsenhalter untersucht und überprüft wird. Da die Fokussieroptiken bei der Laserbearbeitung häufig gewechselt werden, kann auf diese Weise der zunehmende Verschmutzungsgrad oder eine Verschiebung der Fokussieroptik während des Betriebs der Laseranlage automatisch erkannt werden und bei entsprechender Ausrüstung der Wechseleinrichtung kann die Verschiebung der Fokussieroptik automatisch korrigiert werden.After the gripping arms 23 from the cutting nozzle 21 are solved, that is with new focusing optics 9 and cutting nozzle 21 equipped connection head 11 ready for another laser processing of a workpiece. It is thus possible that the laser system can be used, while at the same time a focusing optics in another lens holder is examined and checked. Since the focusing optics are changed frequently in the laser processing, in this way, the increasing degree of contamination or a shift of the focusing optics can be automatically detected during operation of the laser system and with appropriate equipment of the changing device, the displacement of the focusing optics can be corrected automatically.

Wird bei der Überprüfung festgestellt, daß ein Austausch oder eine Reinigung der Fokussieroptik 9 erforderlich ist, so kann dies zum Beispiel über eine entsprechende Anzeigevorrichtung beispielsweise durch eine rote Leuchtdiode oder dergleichen angezeigt werden.Is found during the review that replacement or cleaning of the focusing optics 9 is required, it can be displayed for example by a corresponding display device, for example by a red LED or the like.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Wechseleinrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen einer Fokussieroptik mit der die Überwachung und/oder Justierung einer Fokussieroptik außerhalb der Laserbearbeitungsanlage erfolgen kann.The present invention thus provides a changing device and a method for examining a focusing optics with which the monitoring and / or adjustment of a focusing optics outside of the laser processing system can be carried out.

Claims

Changing device for a lens holder ( 10 ) of a connection head ( 11 ) for machining a workpiece by means of a laser beam, with at least two magazine locations ( 13 ), at each of which at least one lens holder ( 10 ) can be grasped and held, whereby to control one in the lens holder ( 10 ) focusing optics ( 9 ) for laser processing at at least one of the magazine locations ( 13 ) an optical monitoring device ( 24 ), which is a receiver device ( 25 ) and a test object ( 30 . 31 ) between which one in the magazine location ( 13 ) held lens holder ( 10 ), so that the receiver device ( 25 ) the test object ( 30 . 31 ) by the focusing optics ( 9 ) is observed through.

Changing device according to claim 1, characterized in that the monitoring device ( 24 ) one at the same magazine location ( 13 ) arranged adjusting device ( 32 ) for adjusting the focusing optics ( 9 ) one in the magazine location ( 13 ) held lens holder ( 10 ) depending on their from the monitoring device ( 24 ) is assigned detected situation.

Changing device according to claim 1 or 2, characterized in that as receiver means one on the laser entrance side of one in the magazine place ( 13 ) held lens holder ( 10 ) arranged camera ( 25 ) is provided.

Changing device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that as a measurement object on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) one in the magazine location ( 13 ) held lens holder ( 10 ) a light source, preferably a point light source ( 30 ) provided on the optical axis of a camera optics ( 29 ) of the recipient device ( 25 ) can be arranged.

Changing device according to one of the preceding claims, characterized in that as the object to be measured on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) one in the magazine location ( 13 ) held lens holder ( 10 ) such a measurement object ( 31 ), which is so in the range of the optical axis of a camera optics ( 29 ) of the recipient device ( 25 ) can be arranged so that it extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto.

Changing device according to claim 5, characterized in that the object to be measured ( 31 ) is in a grid, which at a predetermined angle obliquely against the optical axis of the camera optics ( 29 ) is inclined.

Changing device according to claim 5 or 6, characterized in that the test object ( 31 ) and the light source ( 30 ) optionally in the region of the optical axis of the camera optics ( 29 ) can be arranged.

Changing device according to one of the preceding claims, characterized in that on one side of one in the magazine place ( 13 ) held lens holder ( 10 ) at least one light source ( 26 ) is provided which the focusing optics ( 9 ) so that at the optical surfaces of the focusing optics ( 9 ), in particular on the laser exit side last optical surface scattered light from the receiver device ( 25 ) can be detected.

Changing device according to claim 8, characterized in that on one side of one in the magazine place ( 13 ) held lens holder ( 10 ) several light sources ( 26 ) are provided, which are arranged distributed uniformly in the circumferential direction, to a complete illumination of the focusing optics ( 9 ).

Changing device according to claim 8 or 9, characterized in that the light source or light sources ( 26 ) on the laser exit side of one in the magazine location ( 13 ) held lens holder ( 10 ) are arranged.

Method for controlling a focusing optics ( 9 ) for laser processing in a lens holder ( 10 ) is arranged, through which the optical axis of a laser processing beam path of a laser processing system defined passes, when the lens holder ( 10 ) is used in the laser processing system, in which - with a receiver device ( 25 ) a laser object side lying measuring object ( 30 . 31 ) by the focusing optics ( 9 ), - the object to be measured ( 30 . 31 ) by means of a camera optics ( 29 ) of the recipient device ( 25 ), and - the object being measured ( 30 . 31 ) evaluated image to the position of the focusing optics ( 9 ) relative to the lens holder ( 10 ).

Method according to claim 11, characterized in that the focusing optics ( 9 ) in the lens holder ( 10 ) depending on their from the monitoring device ( 24 ) detected actual position is adjusted.

Method according to claim 11 or 12, characterized in that as the object of measurement on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) a light source, preferably point light source ( 30 ) on the optical axis of the camera optics ( 29 ) is arranged to reflect the position of the image of the light source ( 30 ) relative to the optical axis of the camera optics ( 29 ) a lateral displacement of the optical axis of the focusing optics ( 9 ) relative to the optical axis of the laser processing beam path to determine.

Method according to one of claims 11, 12 or 13, characterized in that as a measurement object on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) such a measurement object ( 31 ) in the region of the optical axis of the camera optics ( 29 ), which extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto, in order to obtain from the obtained image of the object to be measured (FIG. 31 ) the position of the focal point of the focusing optics ( 9 ) in the direction of the optical axis relative to the lens holder ( 10 ) to investigate.

Method according to Claim 14, characterized in that the test object ( 31 ) and the light source ( 30 ) one after the other in the area of the optical axis of the camera optics ( 29 ) are arranged to the installation position of the focusing optics ( 9 ) in the lens holder ( 10 ) in both the radial and axial directions.

Method according to one of Claims 11 to 19, characterized in that the focusing optics ( 9 ) from the laser exit side of the lens holder ( 10 ) is irradiated so that at the optical surfaces of the focusing optics ( 9 ), in particular at the laser exit side last optical surface scattered light from the camera optics ( 29 ) can be detected to a degree of contamination and / or wear of the focusing optics ( 9 ) to investigate.

A method according to claim 16, characterized in that the irradiation of the focusing optics from the laser exit side of the lens holder ( 10 ) ago with multiple light sources ( 26 ), which are arranged in the circumferential direction uniformly around the optical axis of the laser processing beam path, in order to ensure complete illumination of the focusing optics (FIG. 9 ) to achieve.