DE10160623B4 - Apparatus and method for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process - Google Patents

Apparatus and method for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process

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DE10160623B4 DE2001160623 DE10160623A DE10160623B4 DE 10160623 B4 DE10160623 B4 DE 10160623B4 DE 2001160623 DE2001160623 DE 2001160623 DE 10160623 A DE10160623 A DE 10160623A DE 10160623 B4 DE10160623 B4 DE 10160623B4
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Abstract

Vorrichtung zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs, mit einer optischen Abbildungsanordnung (16, 22, 24; 29, 24), die ein Beobachtungsgebiet im Bereich einer Wechselwirkungszone (17) zwischen Arbeitslaserstrahl (13) und Werkstück (18) auf einen Eintrittsbereich (21) einer Empfängeranordnung (19). An apparatus for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process, with an optical imaging assembly (16, 22, 24; 29, 24), an observation area in the area of ​​an interaction zone (17) between working laser beam (13) and the workpiece (18) on an entry region ( 21) a receiver arrangement (19). abbildet, die ein lichtzerlegendes Element (25) und als Fotoempfängeranordnung einen positionssensitiven Detektor aufweist, dessen Ausgangssignal dem auf Wellenlänge oder Frequenz der optischen Strahlung bezogenen Schwerpunkt der spektralen Verteilung der erfaßten optischen Strahlung entspricht. maps comprising a dispersive element (25) and as a photoreceiver assembly a position sensitive detector, whose output signal corresponds to the related wavelength or frequency of the optical radiation focus of the spectral distribution of the detected optical radiation.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs. The invention relates to an apparatus and a method for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process.
  • Um bei der Laserbearbeitung die Qualität des Bearbeitungsvorgangs in Echtzeit erfassen und bewerten zu können, und um gegebenenfalls steuernd oder regelnd in den Bearbeitungsvorgang eingreifen zu können, ist es bereits bekannt, optische Strahlung aus den Bereich einer Wechselwirkungszone zwischen Arbeitslaserstrahl und Werkstück zu beobachten. To detect when the laser processing, the quality of the machining operation in real time and rate to, and to optionally be able to intervene in the processing operation controlling or regulating, it is already known to observe optical radiation from the area of ​​an interaction zone between working laser beam and workpiece. Insbesondere wird je nach verwendetem Arbeitslaser die optische Strahlung eines Plasmas oder einer Metalldampfwolke erfaßt, um aus der Intensität der Strahlung auf den Zustand des Plasmas bzw. der Metalldampfwolke und damit auf die Qualität der Laserbearbeitung schließen zu können. In particular, the optical radiation of a plasma or a metal vapor cloud is detected depending on the working laser to close from the intensity of radiation on the state of the plasma or of the metal vapor cloud and hence on the quality of the laser processing.
  • Die Messung der Strahlungsintensität ist jedoch sehr stark von der Justierung der jeweiligen Sensoren abhängig, so daß bei der Anordnung der Sensoren ein erheblicher Justageaufwand erforderlich ist. However, the measurement of the radiation intensity is very strongly dependent on the adjustment of the respective sensors, so that a considerable adjustment work is required in the arrangement of the sensors.
  • Ferner ist aus der Furthermore, from DE 39 08 187 A1 DE 39 08 187 A1 bereits ein Verfahren zur Qualitätssicherung beim Laserstrahlschweißen und -schneiden bekannt, bei dem die Wechselwirkungszone bzw. der so genannte Dampfkanal in der Wechselwirkungszone zwischen Laserstrahl und Werkstück beobachtet wird, um aus der Wechselwirkungszone herausgeschleudertes Material sowie die Plasmawolke über der Wechselwirkungszone zu erfassen. already a method for quality assurance in laser welding and cutting, in which the interaction zone or the so-called vapor channel is observed in the zone of interaction between the laser beam and the workpiece, to detect from the interaction zone out flung material and the plasma cloud above the interaction zone. Zur Beobachtung des herausgeschleuderten Materials, wird der Nahinfrarotbereich verwendet, während das Plasma im Nah-UV-Bereich der optischen Strahlung beobachtet wird. For observing the ejected material, the near-infrared region is used, while the plasma in the near-UV region of the optical radiation is observed. In beiden Fällen wird der zu überwachende Bereich mit Hilfe einer Abbildungsoptik auf einen entsprechenden photoempfindlichen Empfänger abgebildet. In both cases the to be monitored region is imaged by means of imaging optics to a corresponding photo-sensitive receiver.
  • Aus der From the DE 199 27 803 A1 DE 199 27 803 A1 ist ferner ein Verfahren zur Kontrolle der Fokuslage beim Laserstrahlschweißen bekannt, bei dem die optische Emission der Wechselwirkungszone auf eine positionssensitive Diode abgebildet wird, deren Ausgangssignal den Intensitätsschwerpunkt der von der Wechselwirkungszone ausgehenden Strahlung darstellt. is also a method for controlling the focal position of laser beam welding, in which the optical emission of the interaction zone is imaged onto a position sensitive diode whose output signal represents the intensity focus of the emanating from the interaction zone radiation. Die geometrische Lage des Intensitätsschwerpunkts steht im Zusammenhang mit der Fokuslage, so daß die Fokuslage entsprechend dem ermittelten Schwerpunkt falls erforderlich geregelt werden kann. The geometric position of the intensity center of gravity is related to the focal position, so that the focus position corresponding to the determined center of gravity can be regulated if necessary.
  • Aus der From the DE 100 13 892 A1 DE 100 13 892 A1 ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Schweißqualität an einer Schweißnaht zwischen Werkstücken bekannt, bei dem eine Emissionsintensität von sichtbarem Licht erfaßt wird, das von einer Schweißnaht während des Laserschweißens ausgesandt wird. furthermore relates to a method and apparatus for determining the weld quality in a weld between workpieces, in which an emission intensity is detected by visible light emitted from a weld seam during the laser welding. Ferner wird die Intensität von reflektiertem Laserlicht erfaßt. Further, the intensity is detected by reflected laser light. Die Ausgangssignale entsprechender Fotosensoren werden dann einer Meßvorrichtung zugeführt, um aus den jeweiligen Intensitäten der erfaßten Strahlung auf die Qualität der Laserschweißung zu schließen. The output signals of corresponding photo-sensors are then fed to a measuring device to close from the respective intensities of the detected radiation on the quality of laser welding.
  • Intensitätsmessungen der Strahlung sind jedoch, wie Eingangs bereits erwähnt, stark Justage abhängig, so daß bereits kleine Fehler in der Justierung der Sensoren eine zuverlässige Qualitätskontrolle und/oder Steuerung des Arbeitsvorgangs zumindest erheblich erschweren. Intensity measurements of the radiation, however, as already mentioned above, strong adjustment dependent, so that even small errors in the alignment of the sensors considerably complicate reliable quality control and / or control of the operation at least.
  • Die The JP 09-010970 A JP 09-010970 A beschreibt eine Laserschweißanlage, bei der Licht aus dem Schmelzbad von einem Sensor erfaßt und über eine optische Faser einer Spektralanalysevorrichtung zugeführt wird. describes a laser welding machine, is detected at the light from the molten bath by a sensor and fed via an optical fiber to a spectral analysis. Die Spektralintensität wird bei einer intrinsischen Wellenlänge des Hauptelements des Schweißmaterials gemessen. The spectral intensity is measured at an intrinsic wavelength of the main element of the welding material. Das Meßsignal wird zur Bildung einer spektralen Verteilung einer Auswerteschaltung eingegeben und mit einem Referenzwert verglichen, um festzustellen, ob das zu schweißende Material im geschmolzenen Zustand ist. The measurement signal is inputted to form a spectral distribution of an evaluation circuit and compared with a reference value to determine whether the material to be welded in a molten state.
  • Die The JP 08-206859 A JP 08-206859 A beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laserschweißprozesses, bei dem das aus der Wechselwirkungszone kommende Licht über ein Prisma spektral zerlegt auf ein CCD eingestrahlt wird. describes a device for monitoring a laser welding process in which the coming out of the interaction zone through a prism light spectrally analyzed is irradiated onto a CCD. Das CCD verwandelt das eingestrahlte Licht in einen Pulszug, der der spektralen Verteilung der empfangenen Strahlung entspricht. The CCD converts the incident light into a pulse train corresponding to the spectral distribution of the radiation received. Mit Hilfe von zwei ausgesuchten Wellenlängen wird dann die Temperatur des Schmelzbades ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen, um ein Ausgangssignal zu liefern, das den Eindringzustand des Laserstrahls beschreibt. the temperature of the molten bath is then determined and compared with a reference value to provide an output signal which describes the an intrusion of the laser beam by means of two selected wavelengths.
  • Die The US 5,969,335 A US 5,969,335 A zeigt ein weiteres Verfahren zur Steuerung des Lasers einer Laserbearbeitungsanlage, bei dem Strahlung aus der Plasmawolke über der Wechselwirkungszone erfaßt wird, um dann in Abhängigkeit der erfaßten Strahlung den Laser zu steuern. shows a further method for controlling the laser of a laser processing system, is detected in the radiation from the plasma cloud above the interaction zone in order then to control the laser in dependence on the detected radiation. Hierzu umfaßt ein Fotodetektor ein Beugungsgitter, das zumindest zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen zu einem Fotoempfänger durchläßt, der entsprechende elektrische Signale liefert. For this purpose, a photo detector comprises a diffraction grating which transmits at least two light beams with different wavelengths to a photo receiver, which delivers corresponding electrical signals.
  • Die The DE 44 39 714 A1 DE 44 39 714 A1 beschreibt ein Bearbeitungsverfahren zum Markieren, insbesondere Beschriften von Produkten unter Verwendung von Laserstrahlung, bei dem während eines Teils der Markierung, der nicht materialspezifisch ist, unter Materialverdampfung ein Plasma erzeugt und die vom Plasma emittierte Strahlung spektral erfaßt und analysiert wird, um daraus materialspezifische Parameter des Produktes abzuleiten, mit deren Hilfe das Markierungsverfahren auf die materialspezifischen Parameter abgestimmt wird. describes a processing method for labeling, particularly labeling products using laser radiation, wherein during a portion of the marker which is not specific to the material, a plasma is generated by evaporation of material and the light emitted from the plasma radiation is spectrally detected and analyzed to derive material-specific parameters of the derived product, with the help of the labeling procedure is matched to the material-specific parameters.
  • Auch die Entgegenhaltung The citation DE 40 06 622 C2 DE 40 06 622 C2 zeigt nur, daß es bekannt ist, aus der Wechselwirkungszone zwischen einem Laserstrahl und einem Werkstück stammende Strahlung spektral zu zerlegen und auf separate Detektoren einer Auswerteeinheit zu lenken, die dann ein Überwachungssignal für die Laserbearbeitung liefert. only shows that it is known to split spectrally from the zone of interaction between a laser beam and a workpiece-derived radiation and direct it to separate detectors an evaluation unit, which then provides a control signal for the laser processing.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs bereitzustellen, die ohne großen Justageaufwand zuverlässige Meßsignale für die Qualitätssicherung und/oder die Steuerung des Laserbearbeitungsvorgangs liefern. On this basis the invention has for its object to provide an apparatus and a method for monitoring a laser machining operation, which supply reliable measuring signals for quality assurance and / or control of the laser machining operation with as few adjustments.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen nach Anspruch 1 und 3 sowie durch die Verfahren nach Anspruch 5 und 6 gelöst. This object is solved by the devices according to claim 1 and 3 and by the method of claim 5 and 6. FIG.
  • Vorrichtungsseitig ist also gemäß dem geltenden Patentanspruch 1 als Fotoempfängeranordnung ein positionssensitiver Detektor, z. Thus, the device side according to the rules of patent claim 1 as a photoreceiver arrangement, a position sensitive detector, z. B. eine positionssensitive Diode vorgesehen, dessen bzw. deren Ausgangssignal dem auf Wellenlänge oder Frequenz der optischen Strahlung bezogenen Schwerpunkt der spektralen Verteilung der erfaßten optischen Strahlung entspricht. For example, a position sensitive diode is provided whose output signal corresponds to the, or their related to wavelength or frequency of the optical radiation focus of the spectral distribution of the detected optical radiation. Das Ausgangssignal eines derartigen positionssensitiven Detektors stellt also bereits ein Maß für den spektralen Schwerpunkt dar, so daß ohne großen Rechenaufwand mit hoher Geschwindigkeit ein geeignetes Maß für die spektrale Verteilung der erfaßten Strahlung ermittelt werden kann. The output signal of such a position-sensitive detector therefore already represents a measure of the spectral center of gravity, so that an appropriate measure of the spectral distribution of the detected radiation can be found without a large amount of computation at high speed. Somit ist eine besonders zeitnahe Qualitätsüberwachung und/oder Sicherung zu ermöglich. Thus, it is enabling a particularly timely quality monitoring and / or control.
  • Um auch bei relativ geringen Lichtintensitäten im sichtbaren Bereich das empfangene Licht möglichst verlustfrei auswerten zu können, ist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß als lichtzerlegendes Element ein abbildendes Beugungsgitter vorgesehen ist, das den Eintrittsbereich auf die Fotoempfängeranordnung abbildet. In order to evaluate the received light loss as possible, even at relatively low light intensities in the visible range, is provided in an expedient embodiment of the device according to the invention that is provided as the dispersive element, an imaging grating, which reflects the entry region to the photoreceiver assembly.
  • Gemäß dem geltenden Patentanspruch 3 wird der spektrale Schwerpunkt als Maß der spektralen Verteilung der erfaßten Strahlung mit Hilfe von zwei Empfängeranordnungen ermittelt, die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeitsverläufe aufweisen, so daß aus den beiden Ausgangssignalen der gesuchte Schwerpunkt ermittelt werden kann. According to the rules of claim 3, the spectral center of gravity is determined as a measure of the spectral distribution of the detected radiation by means of two receiver arrangements, which have different spectral sensitivity curves, so that the searched center of gravity can be determined from the two output signals.
  • Hierbei läßt sich der schaltungstechnische Aufwand wesentlich reduzieren, wenn als erste strahlungsempfindliche Empfängeranordnung ein fotoempfindlicher Sensor vorgesehen ist, der ein der einfallenden Intensität entsprechendes Signal liefert, und wenn als zweite strahlungsempfindliche Empfängeranordnung ein dem ersten Sensor entsprechender zweiter fotoempfindlicher Sensor mit zugeordnetem Farbfilter vorgesehen ist, das eine spektrale Gewichtung der gefilterten Strahlung bewirkt. Here, the circuit complexity can be reduced significantly, when a photo-sensitive sensor is provided as the first radiation-sensitive receiver arrangement, which provides a corresponding one of the incident intensity signal, and when a first sensor corresponding second photo-sensitive sensor is provided with an associated color filter as a second radiation-sensitive receiver arrangement, which causes a spectral weighting of the filtered radiation.
  • Die Ermittlung eines Maßes für die spektrale Verteilung der optischen Strahlung, die aus dem Bereich der Wechselwirkungszone kommt, gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht eine sehr schnelle und zuverlässige Aussage über den Bearbeitungsvorgang, wobei selbst bei großen Intensitätsschwankungen in Folge unterschiedlicher Erfassungsrichtungen für die Strahlung das Maß für die spektrale Verteilung stets dasselbe ist, da die spektrale Verteilung der Strahlung im Gegensatz zur Intensität nicht von der Abstrahlrichtung abhängig ist. Determining a measure of the spectral distribution of the optical radiation coming from the area of ​​the interaction zone, in accordance with the inventive method allows very fast and reliable information on the machining process, whereby even with large intensity variations due to differences in detection directions for the radiation of the measurement for the spectral distribution is the same always, as the spectral distribution of the radiation in contrast to the intensity is not dependent on the direction of radiation.
  • Die Erfassung des spektralen Schwerpunkts, also des Schwerpunkts der spektralen Verteilung der erfaßten Strahlung hat dabei den Vorteil, daß hierdurch ein Maß für die Temperatur der Strahlungsquelle erhalten wird, das auf einfache und schnelle Weise ermittelt werden kann. The detection of the spectral center of gravity, so the center of gravity of the spectral distribution of the detected radiation has here that in this way a measure of the temperature of the radiation source is obtained which can be determined in a simple and fast way the advantage. Stammt die optische Strahlung von einem Plasma, so wird davon ausgegangen, daß sich beim Laserschweißen mit großer Näherung ein thermisches Plasma über der Wechselwirkungszone ausbildet. Originates the optical radiation of a plasma, it is assumed that a thermal plasma above the interaction zone formed during laser welding with great approximation.
  • Der Einsatz von positionsempfindliche Dioden oder Detektoren als positionsempfindliche Empfänger hat den Vorteil, daß ihr Ausgangssignal bereits den spektralen Schwerpunkt darstellt, so daß ohne großen Rechenaufwand mit hoher Geschwindigkeit ein geeignetes Maß für die spektrale Verteilung der erfaßten Strahlung ermittelt werden kann. The use of position-sensitive diodes or detectors as a position-sensitive receiver has the advantage that its output signal already represents the spectral center of gravity, so that an appropriate measure of the spectral distribution of the detected radiation can be found without a large amount of computation at high speed.
  • Wird die spektrale Verteilung der von der Plasmawolke bzw. Metalldampfwolke emittierten Strahlung erfaßt, so läßt diese Rückschlüsse auf die Temperatur der Plasmawolke bzw. Metalldampfwolke zu, aus der wiederum auf die Einschweißtiefe des Lasers und gegebenenfalls auch auf die Schweißtemperatur zurückgeschlossen werden kann. Is the spectral distribution of the light emitted from the plasma cloud or metal vapor cloud radiation detected, these conclusions may be at the temperature of the plasma cloud or metal vapor cloud can be deduced on the penetration depth of the laser, and possibly also to the welding temperature of the turn.
  • Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention will be explained in more detail in the following example using the drawings. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfes mit einer daran angeordneten Vorrichtung zur Überwachung eines Laserbearbeitungsvorgangs, a highly simplified schematic representation of a laser processing head arranged thereon with a device for monitoring a laser machining operation,
  • 2 2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfes mit Überwachungsvorrichtung, wobei im Laserbearbeitungskopf eine andere Strahlführung vorgesehen ist, als bei der Ausgestaltung von a highly simplified schematic representation of a laser processing head with monitoring apparatus, a different beam guidance is provided in the laser processing head, as in the embodiment of 1 1 , .
  • 3 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfes und eine Überwachungsvorrichtung, wobei zwischen dem Laserbearbeitungskopf und der Überwachungsvorrichtung ein Lichtleiter vorgesehen ist, a highly simplified schematic representation of a laser processing head and a monitoring device, wherein a light conductor is provided between the laser processing head and the monitoring device,
  • 4 4 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Sensoranordnung zur Ermittlung eines Maßes für die spektrale Verteilung einfallender optischer Strahlung, und a highly simplified schematic representation of a further sensor arrangement for determining a measure of the spectral distribution of incident optical radiation, and
  • 5 5 ein Temperatur-Orts-Diagramm zur Veranschaulichung einer gemessenen Temperatur eines Plasmas oberhalb eines Werkstücks, im Bereich der Werkstückoberfläche und in einer Dampfkapillare (oder einem Dampfkanal). a temperature-location diagram to illustrate a measured temperature of a plasma above a workpiece (or a steam channel) in the region of the workpiece surface and in a vapor capillary.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the various figures of the drawing corresponding components are each provided with the same reference numerals.
  • Wie in As in 1 1 rein schematisch dargestellt ist, ist in einem Laserbearbeitungskopf is shown purely schematically, in a laser processing head 10 10 eine Laseroptik laser optics 11 11 angeordnet, die einen Arbeitsstrahlengang arranged working beam path a 12 12 für einen Arbeitslaserstrahl for a working laser beam 13 13 festlegt. sets. Die Laseroptik The laser optics 11 11 umfaßt einen Kollimator comprises a collimator 14 14 , der einen über einen Lichtleiter , One via a light guide 15 15 zugeführten divergenten Laserstrahl parallelisiert, und eine Fokussieroptik supplied divergent laser beam parallelization, and a focusing lens 16 16 , die den parallelisierten Arbeitslaserstrahl That the parallelized working laser beam 13 13 in eine Wechselwirkungszone in an interaction zone 17 17 fokussiert, in der der Arbeitslaserstrahl focused, in which the working laser beam 13 13 mit dem Werkstück with the workpiece 18 18 wechselwirkt, in dem er das Material des Werkstücks für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang aufschmilzt. interacts in which it melts the material of the workpiece for the particular machining operation.
  • Seitlich am Laserbearbeitungskopf Side of the laser processing head 10 10 oder in nicht näher dargestellter Weise in diesen integriert ist eine Empfängeranordnung or is integrated in a manner not shown in these a receiver arrangement 19 19 in einem entsprechenden Gehäuse in a corresponding housing 20 20 vorgesehen. intended. Um Strahlung, insbesondere optische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht und Licht aus dem nahen UV-Bereich auf einen von einer Eintrittsblende To radiation, especially optical radiation, in particular visible light and light from the near UV range on one of an inlet aperture 21 21 gebildeten Eintrittsbereich der Empfängeranordnung The inlet region of the receiver assembly formed 19 19 abzubilden wird die aus dem Bereich der Wechselwirkungszone map is that of the interaction zone from the area 17 17 kommende Strahlung, die zunächst den Arbeitstrahlengang radiation coming, the first working optical path 12 12 in entgegengesetzter Richtung wie der Arbeitslaserstrahl in the opposite direction as the working laser beam 13 13 durchläuft, mit Hilfe einer Teilerplatte passes, by means of a divider plate 22 22 aus dem Arbeitsstrahlengang from the working beam path 13 13 in einen Beobachtungsstrahlengang ausgekoppelt, der von einer Fokussierlinse coupled in an observation beam path, that of a focusing lens 24 24 und der Eintrittsblende and the entrance aperture 21 21 der Empfängeranordnung the receiver arrangement 19 19 festgelegt wird. is set. Die Auskopplung der reflektierten Strahlung erfolgt dabei in dem in The outcoupling of the reflected radiation is carried out in the in 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Umlenkung. Embodiment shown by deflection. Es ist jedoch auch möglich, im Falle eines Laserbearbeitungskopfes, in dem der Arbeitsstrahlengang mit Hilfe eines Spiegels um 90° umgelenkt ist, den Spiegel als Strahlteiler auszubilden, so daß die Auskopplung der reflektierten Strahlung gerade, also ohne Umlenkung erfolgt. However, it is also possible in the case of a laser processing head in which the working beam path is deflected by a mirror at 90 ° to form the mirror as a beam splitter, so that the coupling out of the reflected radiation just so takes place without deflection.
  • Die Empfängeranordnung The receiver assembly 19 19 umfasst als lichtzerlegendes Element ein Beugungsgitter as a dispersive element comprises a diffraction grating 25 25 , das als konkaves Reflektionsgitter ausgebildet ist, um nicht nur ein Spektrum zu erzeugen, sondern auch die vorzugsweise kreisförmige Eintrittsöffnung der Eintrittsblende Which is formed as a concave reflection grating, not only to produce a spectrum, but also the preferably circular inlet opening of the inlet aperture 21 21 auf eine Fotoempfängeranordnung a photo receiver array 26 26 abzubilden. map.
  • Um das vom Beugungsgitter In order from the diffraction grating 25 25 erzeugte Spektrum so auswerten zu können, daß ein Maß für die spektrale Verteilung der erfassten optischen Strahlung ermittelt werden kann, ist eine Fotoempfängeranordnung to evaluate generated spectrum so that a measure of the spectral distribution of the detected optical radiation can be determined, is a photoreceiver assembly 26 26 erforderlich, deren Ausgangssignal oder Ausgangsignale mit der spektralen Verteilung im Spektrum korrelieren. required to correlate the output signal or output signals with the spectral distribution in the spectrum.
  • Beispielsweise kann als Fotoempfängeranordnung For example, as photo receiver array 26 26 ein Fotodiodenarray, insbesondere eine Fotodiodenzeile vorgesehen sein, deren Ausgangssignale jeweils der Intensität des erfassten Lichts in einem bestimmten schmalen Wellenlängenbereich entspricht. a photodiode array, in particular a line of photodiodes may be provided, whose output signals respectively corresponds to the intensity of the detected light in a specific narrow wavelength range. Die Ausgangssignale einer Fotodiodenzeile geben somit im wesentlichen die spektrale Verteilung im Spektrum selbst wieder, aus der dann ein geeignetes Maß für die Verteilung berechnet werden kann. The output signals of a line of photodiodes thus provide essentially again the spectral distribution of the spectrum itself, an appropriate measure may be calculated for the distribution of the then. ZB der spektrale Schwerpunkt des Spektrums oder das Maximum der Verteilung, das – unter der Voraussetzung eines thermischen Spektrums – der Farbtemperatur der Strahlungsquelle, also einer sich über der Wechselwirkungszone For example, the spectral centroid of the spectrum, or the maximum of the distribution, which - under the condition of a thermal spectrum - the color temperature of the radiation source, so a above the interaction zone 17 17 bildenden thermischen Plasma- oder Metalldampfwolke entspricht. forming thermal plasma or metal vapor cloud corresponds.
  • Eine besonders einfache elektronische Auswertung ergibt sich, wenn als Fotoempfängeranordnung A particularly simple electronic evaluation results when the photo receiver array 26 26 ein positionssensitiver Detektor verwendet wird, dessen Ausgangssignal dem Intensitätsschwerpunkt der einfallenden Strahlung, und da im vorliegenden Fall ein Spektrum detektiert wird, dem spektralem Schwerpunkt des Spektrums entspricht. a position sensitive detector is used, whose output signal as in the present case a spectrum is detected the intensity center of gravity of the incident radiation, and corresponds to the spectral center of gravity of the spectrum. Für die bei der Erfindung vorgesehene Auswertung des Spektrums eignet sich insbesondere ein eindimensionaler positionssensitiver Detektor. For the intended in the invention, evaluation of the spectrum, in particular, a one-dimensional position sensitive detector is suitable.
  • Das Ausgangssignal der Fotoempfängeranordnung wird an eine Auswerteschaltung The output of the photoreceiver assembly is to an evaluation circuit 27 27 angelegt, die das Maß für die spektrale Verteilung, insbesondere den spektralen Schwerpunkt des Spektrums für Qualitätssicherungszwecke und/oder Regelzwecke auswertet. applied, which evaluates the measurement of the spectral distribution, in particular the spectral center of gravity of the spectrum for quality assurance purposes and / or control purposes.
  • Bei der in When in 1 1 dargestellten Anordnung kann durch eine Verschiebung der Fokussierlinse The arrangement shown, by a displacement of the focusing lens 24 24 gegenüber der Eintrittsblende opposite the entrance aperture 21 21 der Beobachtungsbereich im Bereich der Wechselwirkungszone the observation area in the interaction zone 17 17 verschoben werden. be moved. 5 5 zeigt das Ergebnis einer Messung, bei der die Temperatur eines Plasmas oberhalb des Werkstücks, im Bereich der Werkstückoberfläche und in einer sich bei der Laserbearbeitung in der Wechselwirkungszone shows the result of measurement in which the temperature of a plasma above the workpiece, in the region of the workpiece surface and in a introduced to the laser processing in the interaction zone 17 17 ausbildenden Dampfkapillare (oder Dampfkanal) aus der spektralen Verteilung der Plasmastrahlung ermittelt wurde. forming vapor capillary (or vapor passage) was determined from the spectral distribution of the plasma radiation. Es ist dabei deutlich zu erkennen, daß oberhalb der Werkstückoberfläche, die in It is clearly seen that above the workpiece surface in 5 5 durch die gestrichelte senkrechte Linie bei 0 mm angedeutet wird, die Temperatur des Plasmas im wesentlichen konstant ist, während sie bei tieferem Eintauchen in die Dampfkapillare stark ansteigt. is indicated by the dotted vertical line at 0 mm, the temperature of the plasma is substantially constant, while it rises sharply in the vapor capillary at lower immersion.
  • Somit ist es beispielsweise denkbar zur Überwachung eines Laserschweißvorgangs das Plasma bzw. die Metalldampfwolke in einem Bereich unterhalb der Werkstückoberfläche zu beobachten, um aus der Lage des spektralen Schwerpunkts oder der damit korrelierten Temperatur des Plasmas bzw. der Metalldampfwolke auf die Fokuslage des Arbeitslasers bzw. die Einschweißtiefe zu schließen. Thus, it is conceivable for example to monitor for monitoring a laser welding operation, the plasma or the metal vapor cloud in an area below the workpiece surface, in order from the location of the spectral centroid or the value correlated therewith temperature of the plasma and the metal vapor cloud on the focal position of the working laser, or the close welding depth. Andererseits scheint es auch möglich, die Plasma- oder Metalldampfwolke zwischen Laserbearbeitungskopf und Werkstückoberfläche zu erfassen, um aus Schwankungen der spektralen Schwerpunktlage entweder unmittelbar oder über die damit korrelierte Plasma- oder Metalldampftemperatur auf die Laserleistung oder andere Parameter des Bearbeitungsvorgangs zu schließen. On the other hand, it also appears possible to detect the plasma or metal vapor cloud between the laser processing head and the workpiece surface in order to exclude variations in the spectral center of gravity either directly or through the correlated therewith plasma or metal vapor temperature on the laser power, or other parameters of the machining operation.
  • Die The 2 2 zeigt einen Laserbearbeitungskopf shows a laser machining head 10' 10 ' , bei dem der kollimierte Arbeitslaserstrahl Wherein the collimated laser beam work 13 13 über einen Umlenkspiegel via a deflection mirror 28 28 auf einen als Fokussieroptik dienenden Hohlspiegel a concave mirror serving as a focusing optical system 29 29 umgelenkt wird. is deflected. Der Hohlspiegel The concave mirror 29 29 fokussiert den Arbeitslaserstrahl focuses the working laser beam 13 13 in den Brennpunkt im Bereich der Wechselwirkungszone into focus in the interaction zone 17 17 des Werkstücks of the workpiece 18 18 . , In umgekehrter Weise wird von der Wechselwirkungszone In the reverse manner of the interaction zone 17 17 ausgehende optische Strahlung vom Hohlspiegel outgoing optical radiation from the concave mirror 29 29 entgegen der Richtung des Arbeitslaserstrahls in Richtung auf den Umlenkspiegel opposite to the direction of the working laser beam in the direction of the deflecting mirror 28 28 gelenkt. directed. Da wie in Since, as in 2 2 zu erkennen ist, die effektive Öffnung des Hohlspiegels can be seen, the effective aperture of the concave mirror 29 29 , vom Umlenkspiegel , The deflection mirror 28 28 aus gesehen, größer ist als der Durchmesser des Umlenkspiegels of view, is larger than the diameter of the deflection mirror 28 28 wird nur die im Zentralbereich des umgelenkten Strahlungsbündels vorhandene Strahlung aus dem Strahlenbündel ausgekoppelt, während die Strahlung des Randbereichs von der Fokussierlinse only present in the central region of the deflected radiation beam radiation of the radiation beam is coupled out, while the radiation of the edge region of the focusing lens 24 24 auf die Eintrittsblende the entrance aperture 21 21 der Empfängeranordnung the receiver arrangement 19 19 fokussiert wird. is focused. Die Auswertung der auf diese Weise erfassten Strahlung aus der Wechselwirkungszone The evaluation of the thus detected radiation from the interaction zone 17 17 erfolgt dann in der gleichen Weise wie bei der Vorrichtung nach then carried out in the same manner as in the apparatus of 1 1 . ,
  • In entsprechender Weise kann auch ein durchbohrter Umlenkspiegel, ein sogenannter Scraper-Spiegel, im Strahlengang angeordnet sein, der den Arbeitslaserstrahl durchläßt und nur den Randbereich der zurückkommenden Strahlung zur Empfängeranordnung umlenkt. In a corresponding manner may be disposed in the beam path, a pierced deflection mirror, a so-called scraper mirror, which transmits the working laser beam and deflects only the edge portion of the returning radiation to the receiver arrangement.
  • Wie in As in 3 3 dargestellt, kann zwischen Laserbearbeitungskopf illustrated, between the laser processing head 10 10 und Empfängeranordnung and receiver arrangement 19 19 eine optische Faser als Lichtleiter an optical fiber as a light guide 40 40 vorgesehen sein, der die Strahlung vom Laserbearbeitungskopf be provided that the radiation from the laser processing head 10 10 zur Empfängeranordnung the receiver arrangement 19 19 transportiert. transported. In diesem Fall wird die zu überwachende Strahlung, die aus dem Arbeitsstrahlengang ausgekoppelt ist, von einer Linse oder einem Objektiv In this case, to monitor radiation that is coupled out of the working beam path of a lens or a lens 41 41 in den Lichtleiter into the light guide 40 40 eingekoppelt. coupled. In entsprechender Weise wird dann die aus dem Lichtleiter is then in a corresponding manner from the light guide 40 40 austretende Strahlung von einer weiteren Linse oder Objektiv radiation exiting from a further lens or lens 42 42 kollimiert, um dann wie bei den Ausführungsbeispielen nach den collimated, and then as in the embodiments according to 1 1 und and 2 2 von der Fokussierlinse of the focusing lens 24 24 auf die Eintrittsblende the entrance aperture 21 21 der Empfängeranordnung the receiver arrangement 19 19 fokussiert zu werden. to be focused. Der Einsatz eines Lichtleiters The use of a light guide 40 40 zwischen Laserbearbeitungskopf between the laser processing head 10 10 und Empfängeranordnung and receiver arrangement 19 19 hat den Vorteil, daß die Empfängeranordnung has the advantage that the receiver arrangement 19 19 entfernt vom Laserbearbeitungskopf from the laser processing head 10 10 angeordnet werden kann, so dass sie bei der Laserbearbeitung nicht zusammen mit dem Laserbearbeitungskopf can be arranged so that they at the laser processing does not coincide with the laser processing head 10 10 bewegt werden muß. must be moved.
  • 4 4 zeigt eine andere Empfängeranordnung zur Analyse der spektralen Verteilung der optischen Strahlung aus der Wechselwirkungszone shows another receiver arrangement for analyzing the spectral distribution of the optical radiation from the interaction zone 17 17 . , Die mit Hilfe einer Fokussieroptik The means of focusing optics 16 16 , . 29 29 und gegebenenfalls eines Umlenkelements erfasste und weitgehend kollimierte Strahlung aus der Wechselwirkungszone wird bei dem Ausführungsbeispiel nach and, optionally, detected a deviation element and substantially collimated radiation from the interaction zone is in the embodiment according to 4 4 mittels einer Teilerfläche by means of a splitter surface 30 30 so aufgeteilt, daß ein erster Teil der optischen Strahlung von einer ersten Fokussierlinse divided so that a first part of the optical radiation of a first focusing lens 31 31 auf einen ersten fotoempfindlichen Sensor a first photo-sensitive sensor 32 32 fokussiert wird, während ein zweiter Teil der erfassten Strahlung mittels einer zweiten Fokussierlinse is focused, while a second portion of the detected radiation by a second focusing lens 33 33 auf einen zweiten fotoempfindlichen Empfänger a second photo-sensitive receiver 36 36 fokussiert wird. is focused. Vor dem zweiten fotoempfindlichen Sensor Before the second photo-sensitive sensor 34 34 , im vorliegenden Falle zwischen Teilerfläche , In this case between the splitter surface 30 30 und Fokussierlinse and focusing lens 33 33 ist ein optisches Filter is an optical filter 35 35 angeordnet, das im interessierenden Spektralbereich eine im wesentliche linear ansteigende oder linear abfallende Transmission besitzt. arranged, which has a substantial linear in the rising or falling linearly transmittance in the spectral region of interest.
  • Die beiden Sensoren The two sensors 32 32 , . 34 34 müssen dabei im wesentlichen die selbe spektrale Empfindlichkeit besitzen. having to have substantially the same spectral sensitivity. Die Ausgangssignale der beiden Sensoren The output signals of the two sensors 32 32 und and 34 34 werden an eine nachgeordnete Auswerteschaltung are to a downstream evaluation circuit 36 36 angelegt, die aus den Ausgangssignalen der Sensoren applied, which from the output signals of the sensors 32 32 und and 34 34 ein Maß für die spektrale Verteilung der erfaßten optischen Strahlung, insbesondere den spektralen Schwerpunkt der Verteilung ermittelt. a measure of the spectral distribution of the detected optical radiation, in particular determines the spectral center of gravity of the distribution.
  • Auch die in Also in 4 4 dargestellte Empfängeranordnung kann zusammen mit einem Lichtleiter Receiver arrangement shown can be used with a light guide 40 40 und den erforderlichen Optiken oder Objektiven eingesetzt werden. and the necessary optics or lenses are used.
  • Um in unterschiedliche Gebiete im Bereich der Wechselwirkungszone To get to different areas in the interaction zone 17 17 blicken zu können, ist den Sensoren to look, is the sensors 32 32 , . 34 34 in nicht näher dargestellter Weise eine Blende mit einer zentralen Durchgangsöffnung zugeordnet, deren Form der Form des zu beobachtenden Gebiets entspricht. associated in a manner not shown a diaphragm with a central through-hole whose shape corresponds to the shape of the observed area.
  • Unter der Voraussetzung, daß die beiden Sensoren With the proviso that the two sensors 32 32 , . 34 34 im interessierenden Spektralbereich der erfaßten Strahlung eine im wesentlichen konstante Empfindlichkeit besitzen, ermittelt der erste fotoempfindlichen Sensor have a substantially constant sensitivity in the spectral range of interest of the detected radiation, the first photosensitive sensor detects 32 32 das Intensitätsintegral über den interessierenden Spektralbereich, während der zweite fotoempfindlichen Sensor the intensity integral over the spectral range of interest, while the second photo-sensitive sensor 34 34 ein Integral über die gewichtete spektrale Intensitätsverteilung berechnet. an integral over the weighted spectral intensity distribution calculated. In diesem Fall läßt sich der Schwerpunkt durch eine einfache Quotientenbildung in der Auswerteschaltung In this case, the focus can be by a simple quotient formation in the evaluation circuit 36 36 ermitteln. determine.
  • Werden fotoempfindliche Sensoren Are photosensitive sensors 32 32 , . 34 34 verwendet, die beispielsweise einen logarithmischen Frequenzgang besitzen, so ist die Quotientenbildung in der Schaltung used, for example, have a logarithmic frequency response, so is the quotient formation in the circuit 36 36 durch eine einfache Differenzbildung zu ersetzen. to be replaced by a simple subtraction. Entscheidend ist, daß mit Hilfe eines geeigneten Filters The decisive factor is that with the aid of a suitable filter 35 35 eine Gewichtung der spektralen Intensitätsverteilung in Abhängigkeit von der Wellenlänge vorgenommen wird. a weighting of the spectral intensity distribution is performed in dependence on the wavelength.
  • Die vorliegende Erfindung schafft also ein Verfahren und eine Vorrichtung mit deren Hilfe eine aus dem Bereich einer Wechselwirkungszone zwischen Laserstrahl und Werkstück kommende Strahlung zur Überwachung eines Laserbearbeitungsvorgangs erfaßt und analysiert werden kann. Thus, the present invention provides a method and a device by means of which one from the area of ​​a zone of interaction between laser beam and workpiece radiation coming for monitoring a laser machining operation can be detected and analyzed. Insbesondere wird die von einem Gebiet im Bereich der Wechselwirkungszone In particular, the zone of interaction of an area in the range is 17 17 ausgehende Strahlung mit Hilfe der Fokussieroptik emanating radiation with the aid of the focusing optics 16 16 , . 29 29 im wesentlichen nach unendlich abgebildet, aus dem Arbeitsstrahlengang substantially imaged to infinity, out of the working beam path 12 12 ausgekoppelt und mittels einer weiteren Fokussierlinse and coupled out by means of a further focusing lens 24 24 auf eine Empfängeranordnung gelenkt. directed onto a receiver assembly. Dabei dient eine geeignete Blende, nach In this case, serves a suitable aperture, to 1 1 und and 2 2 die Eintrittsblende the entrance aperture 21 21 , zum Separieren der Strahlung, die aus dem zu beobachtenden Gebiet kommt. , To separate the radiation coming from the observed field. Aus der Strahlung, die neben der Plasmastrahlung oder der Wärmestrahlung aus der Metalldampfwolke auch die reflektierte Laserstrahlung und das Materialleuchten aus der Wechselwirkungszone umfaßt, wird durch eine geeignete Filterung zunächst die Plasmastrahlung oder die Wärmestrahlung aus der Metalldampfwolke separiert. From the radiation, which comprises in addition to the plasma radiation, or of the thermal radiation of the metal vapor cloud and the reflected laser radiation and the material lights in the interaction zone, which plasma radiation or thermal radiation of the metal vapor cloud is separated by suitable filtering first. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch die Wahl eines geeigneten Spektralbereichs. This is conveniently effected by the choice of a suitable spectral range.
  • Im Falle eines YAG-Lasers, dessen Wellenlänge bei ca. 1064 nm liegt, wird im wesentlichen nur die Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen etwa 400 und 600 nm berücksichtigt. In the case of a YAG laser, whose wavelength is about 1064 nm, essentially only the radiation with a wavelength is included in the range between about 400 and 600 nm. Im Falle eines CO2-Lasers, der bei einer Wellenlänge von etwa 10.600 nm arbeitet, und der ein Plasma über der Wechselwirkungszone In the case of a CO2 laser operating at a wavelength of about 10,600 nm, and a plasma above the interaction zone 17 17 zündet, wird Licht aus dem Wellenlängenbereich von 200 bis 600 nm, also Licht aus dem nahen UV und dem sichtbaren Bereich erfaßt. lights, light from the wavelength range of 200 to 600 nm, so light from the near UV and the visible region is detected. Bei der Empfängeranordnung In the receiver arrangement 19 19 nach after 1 1 und and 2 2 erfolgt die ”Filterung” durch eine geeignete Anordnung des Fotoempfängers If the "filtering" by a suitable arrangement of the photoreceptor 26 26 , also beispielsweise des positionssensitiven Detektors. So for example, the position-sensitive detector.
  • Im Falle des Ausführungsbeispiels nach In the case of the embodiment of 4 4 kann die Auswahl des gewünschten Spektralbereichs durch geeignete Bandfilter oder durch die Empfindlichkeit der Sensoren the selection of the desired spectral range can by suitable bandpass filter, or by the sensitivity of the sensors 32 32 , . 34 34 selbst realisiert werden. be realized itself.
  • Schließlich wird für die erfaßte Strahlung der spektrale Schwerpunkt ihrer spektralen Intensitätsverteilung in der oben beschriebenen Weise ermittelt, um auf den Zustand des Plasmas oder der Metalldampfwolke schießen zu können. Finally, the spectral focus of its spectral intensity distribution is determined in the manner described above, to swing to the state of the plasma or the metal vapor cloud for the detected radiation.
  • Aufgrund dieser Vorgehensweise wird eine schnelle und einfache Überwachung des Plasmas bzw. der Metalldampfwolke zwischen Werkstückoberfläche und Laserbearbeitungskopf oder innerhalb der Dampfkapillare der Wechselwirkungszone ermöglicht, um Rückschlüsse auf die Bearbeitungsqualität ziehen zu können. By so doing, a quick and easy monitoring of the plasma or the metal vapor cloud between the workpiece surface and laser processing head or within the vapor cavity the interaction zone is possible to draw conclusions about the quality of processing.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs, mit einer optischen Abbildungsanordnung ( An apparatus for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process, (with an optical imaging assembly 16 16 , . 22 22 , . 24 24 ; ; 29 29 , . 24 24 ), die ein Beobachtungsgebiet im Bereich einer Wechselwirkungszone ( ), The (an observation area in the region of a zone of interaction 17 17 ) zwischen Arbeitslaserstrahl ( ) (Between working laser beam 13 13 ) und Werkstück ( () And the workpiece 18 18 ) auf einen Eintrittsbereich ( ) (On an entry region 21 21 ) einer Empfängeranordnung ( () A receiver arrangement 19 19 ). ). abbildet, die ein lichtzerlegendes Element ( maps, the (a dispersive element 25 25 ) und als Fotoempfängeranordnung einen positionssensitiven Detektor aufweist, dessen Ausgangssignal dem auf Wellenlänge oder Frequenz der optischen Strahlung bezogenen Schwerpunkt der spektralen Verteilung der erfaßten optischen Strahlung entspricht. ) And as a photoreceiver assembly comprises a position sensitive detector, whose output signal corresponds to the related wavelength or frequency of the optical radiation focus of the spectral distribution of the detected optical radiation.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtzerlegendes Element ein abbildendes Beugungsgitter ( Device according to claim 1, characterized in that (as a dispersive element, an imaging grating 25 25 ) vorgesehen ist, das den Eintrittsbereich ( is intended), which (the entrance region 21 21 ) auf den positionssensitiven Detektor ( ) (On the position sensitive detector 26 26 ) abbildet. ) Maps.
  3. Vorrichtung zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs, mit einer optischen Abbildungsanordnung ( An apparatus for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process, (with an optical imaging assembly 16 16 , . 13 13 ; ; 29 29 ), die ein Beobachtungsgebiet im Bereich einer Wechselwirkungszone ( ), The (an observation area in the region of a zone of interaction 17 17 ) zwischen Arbeitslaserstrahl ( ) (Between working laser beam 13 13 ) und Werkstück ( () And the workpiece 18 18 ) über einen Strahlteiler ( ) (Via a beam splitter 30 30 ) auf eine erste und eine zweite strahlungsempfindliche Empfängeranordnung ( ) (A first and a second radiation-sensitive detector arrangement 31 31 , . 32 32 ; ; 35 35 , . 33 33 , . 34 34 ) abbildet, wobei die beiden Empfängeranordnungen ( ), Depicting the two receiver arrangements ( 31 31 , . 32 32 ; ; 35 35 , . 33 33 , . 34 34 ) unterschiedliche spektrale Empfindlichkeitsverläufe aufweisen, und mit einer Signalverarbeitungsschaltung ( have) different spectral sensitivity curves, and (with a signal processing circuit 36 36 ), die aus den Ausgangssignalen der beiden Empfängeranordnungen ( ), Which (from the output signals of the two receiver arrangements 31 31 , . 32 32 ; ; 35 35 , . 33 33 , . 34 34 ) den spektralen Schwerpunkt der erfaßten Strahlung ermittelt. ) Determines the spectral center of gravity of the detected radiation.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste strahlungsempfindliche Empfängeranordnung einen fotoempfindlichen Sensor ( Device claim 3 wherein first photosensitive receiver arrangement (a photosensitive sensor 32 32 ) umfaßt, der ein der einfallenden Intensität entsprechendes Signal liefert, und daß die zweite strahlungsempfindliche Empfängeranordnung ein dem ersten Sensor ( ) Which provides a corresponding one of the incident intensity signal, and that the second radiation-sensitive receiver arrangement, a (the first sensor 32 32 ) entsprechenden zweiten fotoempfindlichen Sensor ( ) Respective second photosensitive sensor ( 34 34 ) mit zugeordneten Farbfilter ( ) (With associated color filter 35 35 ) aufweist, welches eine spektrale Gewichtung der gefilterten Strahlung bewirkt. ) Which causes a spectral weighting of the filtered radiation.
  5. Verfahren zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs, bei dem – optische Strahlung aus dem Bereich einer Wechselwirkungszone ( A method for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process in which - (optical radiation from the area of ​​an interaction zone 17 17 ) zwischen Arbeitslaserstrahl ( ) (Between working laser beam 13 13 ) und Werkstück ( () And the workpiece 18 18 ) erfaßt, spektral zerlegt und als Spektrum auf einen positionssensitiver Detektor ( ) Is detected, spectrally analyzed and (as a spectrum on a position-sensitive detector 26 26 ) abgebildet wird, dessen Ausgangssignal dem auf Wellenlänge oder Frequenz der optischen Strahlung bezogenen Schwerpunkt der spektralen Verteilung der erfaßten optischen Strahlung entspricht und somit ein Maß für deren spektrale Verteilung ist, und – aus dem Maß für die spektrale Verteilung der erfaßten optischen Strahlung eine Kontroll- und/oder Steuergröße für den Bearbeitungsvorgang abgeleitet wird. ) Is imaged, the output signal corresponding to the related wavelength or frequency of the optical radiation focus of the spectral distribution of the detected optical radiation and thus is a measure of the spectral distribution, and - from the measure of the spectral distribution of the detected optical radiation, a control and / or control variable is derived for the machining operation.
  6. Verfahren zum Überwachen eines Laserbearbeitungsvorgangs, insbesondere eines Laserschweißvorgangs, bei dem – optische Strahlung aus dem Bereich einer Wechselwirkungszone ( A method for monitoring a laser machining operation, in particular a laser welding process in which - (optical radiation from the area of ​​an interaction zone 17 17 ) zwischen Arbeitslaserstrahl ( ) (Between working laser beam 13 13 ) und Werkstück ( () And the workpiece 18 18 ) erfaßt wird, – ein erster Teil der erfaßten optischen Strahlung auf eine erste strahlungsempfindliche Empfängeranordnung ( ) Is detected, - a first portion of the detected optical radiation on a first radiation-sensitive detector arrangement ( 31 31 , . 32 32 ) und ein zweiter Teil der erfaßten optischen Strahlung auf eine zweite strahlungsempfindliche Empfängeranordnung ( ) And a second portion of the detected optical radiation on a second radiation-sensitive detector arrangement ( 33 33 , . 34 34 , . 35 35 ) gelenkt wird, wobei die beiden Empfängeranordnungen ( ) Is directed, wherein the two receiver arrangements ( 31 31 , . 32 32 ; ; 35 35 , . 33 33 , . 34 34 ) unterschiedliche spektrale Empfindlichkeitsverläufe aufweisen, – aus den Ausgangssignalen der beiden Empfängeranordnungen ( have) different spectral sensitivity curves, - (from the output signals of the two receiver arrangements 31 31 , . 32 32 ; ; 35 35 , . 33 33 , . 34 34 ) der auf Wellenlänge oder Frequenz bezogene spektrale Schwerpunkt der erfaßten Strahlung als Maß für die spektrale Verteilung der erfaßten optischen Strahlung ermittelt wird, und – aus dem Maß für die spektrale Verteilung der erfaßten optischen Strahlung eine Kontroll- und/oder Steuergröße für den Bearbeitungsvorgang abgeleitet wird. ) Of the related wavelength or frequency spectral center of gravity of the detected radiation as a measure of the spectral distribution of the detected optical radiation is determined, and - from the measure of the spectral distribution of the detected optical radiation, a monitoring and / or control variable is derived for the machining operation ,
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für einen ersten Teil der erfaßten Strahlung ein erstes Integral über einen bestimmten Spektralbereich ermittelt wird, daß ein zweiter Teil der erfaßten Strahlung einer Farbfilterung ( A method according to claim 6, characterized in that a first integral over a given spectral range is determined for a first portion of the detected radiation, that a second part of the detected radiation of a color filtering ( 35 35 ) unterzogen wird, um die erfaßte Strahlung über den bestimmten Spektralbereich zu gewichten, und daß aus der gewichteten Strahlung ein zweites Integral über den bestimmten Spektralbereich ermittelt wird, so daß der spektrale Schwerpunkt aus den beiden Integralen bestimmt werden kann. ) Is subjected to weight the detected radiation over the specified spectral range, and that a second integral over the specific spectral range is determined from the weighted radiation, so that the spectral center of gravity can be determined from the two integrals.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung einer im Bereich der Wechselwirkungszone ( A method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the optical radiation of a (in the area of ​​interaction zone 17 17 ) vorhandene Plasmawolke erfaßt wird. ) Existing plasma cloud is detected.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung einer im Bereich der Wechselwirkungszone ( A method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the optical radiation of a (in the area of ​​interaction zone 17 17 ) vorhandenen Metalldampfwolke erfaßt wird. ) Existing metal vapor cloud is detected.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung aus einem Bereich über der Oberfläche der Wechselwirkungszone ( A method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the optical radiation from an area on the surface of the interaction zone ( 17 17 ) erfaßt wird. ) Is detected.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung aus einem Bereich eines Dampf- oder Kapillarkanals in der Wechselwirkungszone ( A method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the optical radiation from an area of ​​a vapor capillary, or in the interaction zone ( 17 17 ) erfaßt wird. ) Is detected.
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