DE102012001609B3

DE102012001609B3 - Laserbearbeitungskopf

Info

Publication number: DE102012001609B3
Application number: DE102012001609A
Authority: DE
Inventors: Bert Schürmann; bürgerl. Name Stork Ingo Wersborg
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: WO2013110467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Arbeitslaserstrahls, mit einer Strahlformungsoptik zur Kollimierung eines aus einem Faserende einer Lichtleitfaser austretenden Arbeitslaserstrahls, wobei das Faserende innerhalb eines Strahlformungsoptikabbildungsbereichs liegt, einer Fokussieroptik zur Fokussierung des Arbeitslaserstrahls auf die Werkstückoberfläche oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche definierte Lage, und einer Kamera mit einer davor im Strahlengang angeordneten verstellbaren Abbildungsoptik, wobei eine Abbildung eines Bearbeitungsbereichs des Werkstücks auf einen ersten Sensorbereich der Kamera durch einen ersten Beobachtungsstrahlengang über die Fokussieroptik und die Abbildungsoptik, und eine Abbildung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs auf einen zweiten Sensorbereich der Kamera durch einen zweiten Beobachtungsstrahlengang über die Strahlformungsoptik und die Abbildungsoptik erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf, insbesondere zur Kontrolle und Regelung der Brennfleckposition und -größe bei der Lasermaterialverarbeitung sowie zur Visualisierung von Bearbeitungsoberfläche, Schweißbad, Prozessleuchten und Dampfkapillare in Laserbearbeitungsprozessen.
Bei der Bearbeitung von Materialien mit einem Laserbearbeitungskopf wird Laserstrahlung mittels eines Linsensystems oder mittels eines Spiegelsystems fokussiert. Ein Linsensystem selbst erwärmt sich allerdings während der Materialbearbeitung mittels Laserlicht, wodurch sich auch die optischen Eigenschaften des verwendeten Linsensystems verändern. Dadurch kommt es auch zu einer Veränderung der Fokuslage des Strahlenverlaufs des Laserlichts. Eine Veränderung dieser Fokuslage relativ zur Position der zu bearbeitenden Materialien kann dazu führen, dass das gewünschte Bearbeitungsergebnis nicht erreicht wird.
Aus der WO 2011/009594 A1 ist ein Laserbearbeitungskopf und ein Verfahren zur Kombination der Fokuslagenänderung bei einem Laserbearbeitungskopf bekannt, bei welchem mittels einer Kamera ein Bearbeitungsbereich eines Werkstücks beobachtet wird, wobei der Beobachtungsstrahlengang der Kamera in den Strahlengang des Arbeitslaserstrahls eingekoppelt wird und durch die Fokussierlinse für den Arbeitslaserstrahl erfolgt. Somit wird bei einer Brennpunktverschiebung der Fokussierlinse aufgrund einer Erwärmung durch den Arbeitslaserstrahl die Abbildung des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks auf die Kamera durch eine Abbildungsoptik unscharf. Durch Verstellen der Abbildungsoptik und entsprechende Einbeziehung der Wellenlängenunterschiede der Beobachtungswellenlänge und der Wellenlänge des Arbeitslaserstrahls kann ein Korrekturverstellweg errechnet werden, um den Fokus des Arbeitslaserstrahls wieder auf die Werkstückoberfläche oder eine dazu definierte Lage zu bringen. Der Einfluss einer Erwärmung der Kollimatorlinse verbunden mit einer Verschiebung des Brennpunkts der Kollimatorlinse wird mittels eines Temperaturfühlers und einem kognitiv-technischen System kompensiert.
Zur Prozessüberwachung bei Lasermaterialbearbeitungsprozessen werden diverse Überwachungssysteme eingesetzt. Diese basieren zum Teil auf der Detektion von Prozessemissionen, also insbesondere von elektromagnetischer Strahlung aus der Wechselwirkungszone zwischen Laserstrahl und Werkstück mittels Photodioden, anderen Photosensoren oder bildgebender Sensorik, insbesondere einer Kamera. Eine Kamera wird zur Echtzeit- oder In-Prozessüberwachung in der Regel in das optische System eines Laserbearbeitungskopfes integriert, z. B. über eine beschichtete halbtransparente Oberfläche.
Ansätze zur Feststellung der Fokuslagenänderung relativ zum Werkstück mittels Intensitäten einzelner Photodioden wurden bereits in der Wissenschaft diskutiert.
So ist ein Verfahren bekannt, welches zwei optische Sensoren für unterschiedliche Wellenlängen in die Glasfaser des zugeführten Laserlichtes einbringt. Dabei wird versucht, einen Rückschluss auf die Fokuslagenänderung auf der Basis der relativen Änderung der Intensitäten der beiden optischen Sensoren zueinander zu ziehen, um dann die Fokuslagenänderung auszugleichen. Vgl. F. Haran, D. Hand, C. Peters und J. Jones, „Real-time focus control in laser welding”, Meas. Sci. Technol., Jahr: 1996, Seiten: 1095–1098.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird mittels einer Photodiode die Intensität einer Wellenlänge während eines Laserschweißprozesses mit Fokuslagenvariation relativ zum Werkstück gemessen. Mit neuronalen Netzen wurde eine Funktion angenähert, die der Ausgabe der Photodiode entspricht und die anschließend zur ausgleichenden Steuerung der Fokuslage verwendet wurde. Vgl. G. Hui, O. Flemming Ove, „Automatic Optimization of Focal Point Position in CO₂ Laser Welding with Neural Networks in Focus Control System”, Jahr 1997.
Aus der DE 195 163 76 A1 ist bekannt, dass durch das Aufprägen einer Brennfleckoszillation die Fokus-Optimallage aus der umgerechneten Amplitude- und Phasenbeziehung einer Photodiodenintensität errechnet wird.
Die DE 199 254 13 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Feststellung der Brennpunktposition eines Schweißstrahls.
Die DE 9403822 U1 beschreibt eine Überwachungsvorrichtung für Laserstrahlung bei welcher die gesamte Strahlführungseinrichtung vom Austritt der Laserstrahlung aus dem Laser bis einschließlich der Bearbeitungsoptik auf unerwünschte Strahlungsverluste überwacht wird. Die Überwachungsvorrichtung umfasst eine Strahlführungseinrichtung mit einem Lichtwellenleiter, eine die Laserstrahlung der Strahlführungseinrichtung auf das Werkstück fokussierende Bearbeitungsoptik, ein Laserlicht aus einem optisch transparenten Bauteil auskoppelnde Messeinrichtung, eine ein Messsignal der Messeinrichtung aufnehmende Auswerteeinheit, einen der Laserausgangsleistung proportional wirkenden Referenzgeber, der die Auswerteeinheit beaufschlagt, und eine an die Auswerteeinheit angeschlossene, die Laserleistung in Abhängigkeit von referenzwertbezogenen Messwerten beeinflussende Steuereinheit. Ein optisch transparentes Bauteil der Bearbeitungsoptik ist zur Erfassung der Streustrahlung an die Messeinrichtung angeschlossen und die Steuereinheit vermag die Laserstrahlung bei einem vorbestimmten Überschreiten oder Unterschreiten des jeweiligen Referenzwerts für die Laserleistung abzuschalten.
Die DE 19927803 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Kontrolle der Fokuslage beim Laserstrahlschweißen. Hierbei wird eine Vorrichtung zur Kontrolle der Fokuslage beim Laserstrahlschweißen zum Einsatz zur Prozessbeobachtung in einem Stell- und/oder Regelkreis vorgeschlagen, die eine positionssensitive Diode, ein System zur optischen Abbildung und optische Filter umfasst. Die positionssensitive Diode ist an eine Verstärker- und/oder datenverarbeitende Einheit angeschlossen. Die Bestimmung der Fokuslage erfolgt durch Detektion des Schwerpunkts der Abbildung der gefilterten optischen Emission der Wechselwirkungszone auf der positionssensitiven Diode.
Die DE 10 2007 036 556 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung der Fokuslage bei Laserstrahlbearbeitungsprozessen. Bei diesem Verfahren erfolgt eine hoch frequente Intensitätsmodulation eines Arbeitslaserstrahls zur Bearbeitung eines Werkstücks, wodurch dem Prozessleuchten aufgrund der Laserstrahlbearbeitung eine Modulation gleicher Frequenz aufgeprägt ist. Mittels zeitaufgelöster Messung der Verhältnisse der Intensität und/oder der Phasenlage zwischen den Signalen des Bearbeitungslaserstrahls und den Signalen des Prozessleuchtens kann die Fokuslage des Bearbeitungslaserstrahls anhand des Amplitudenverhältnisses und/oder der Phasenverschiebung oder einer Kombination daraus ermittelt werden.
Die DE 10 2007 039 878 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fokuslagen-Stabilisierung bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung. Die Vorrichtung umfasst eine Steuerung mit Mitteln zur Erfassung von Daten und eine Optik, bei der mindestens ein Teil des optischen Systems in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und durch einen Stellmotor angetrieben wird. Die Mittel zur Erfassung von Daten beinhalten einen optischen Sensor, der entweder zur Messung der momentanen Intensität des Laserstrahls oder zur Messung der axialen Fokusposition geeignet ist.
Die DE 10 2009 007 769 A1 beschreibt einen Laserbearbeitungskopf mit integrierter Sensoreinrichtung zur Fokuslagenüberwachung. Hierbei weist ein Laserbearbeitungskopf eine Fokussierlinse und ein nachgeordnetes Schutzglas auf, um ein Bearbeitungsstrahlenbündel, das als paralleles Strahlenbündel auf die Fokussierlinse auftrifft, in einen resultierenden Brennpunkt der Fokussierlinse mit nachgeordnetem Schutzglas, in dem ein Werkstück angeordnet ist, zu fokussieren. Der Fokussierlinse ist im parallelen Strahlengang ein Strahlteiler vorgeordnet, der für einen ersten Anteil eines in dem Laserbearbeitungskopf eingekoppelten Laserstrahlenbündels, das Bearbeitungsstrahlenbündel, transmittierend und für einen zweiten Anteil, ein Messstrahlenbündel, reflektierend ist. In Reflektionsrichtung ist im Strahlteiler ein Spiegel so nachgeordnet, dass er das Messstrahlenbündel in einem Winkel zur optischen Achse der Fokussierlinse auf diese reflektiert, um es in einem zum Brennpunkt konjugierten Bildpunkt auf der Empfangsfläche eines Sensors abzubilden, der mit einer Auswerteeinheit zur Fokuslagenüberwachung verbunden ist.
Aus der JP 011 22 688 A ist eine automatische Fokusanpassungsvorrichtung für Linsen eines Laserbearbeitungskopfes beschrieben, bei welchem die Fokussierlinse mittels eines Infrarotsensors beobachtet wird und die Temperaturmessung in einem seitlichen Bereich und in einem mittleren Bereich der Linse gemessen wird, um somit eine Fokusverschiebung zu berechnen.
Die EP 2 042 258 A1 beschreibt ein Laserverarbeitungssystem sowie ein entsprechendes Verfahren. Ein Laserverarbeitungssystem umfasst einen Bearbeitungslaseroszillator, ein optisches Kondensorsystem mit einer Kondensorlinse und zwei Laseroszillatoren. Eine Bewegungsanpassungseinheit passt die Kondensorlinse und die Laseroszillatoren so an, dass sie im Gleichschritt vorwärts und rückwärts miteinander laufen. Eine Bildgebungseinheit bildet Lichtpunkte des Lasers auf dem Werkstück ab, wobei eine Bildverarbeitungseinheit ein aufgenommenes Video einer Bildverarbeitung unterzieht und ein Bild nach der Verarbeitung darstellt. Eine Berechnungseinheit berechnet in einem Zustand, in welchem die Laser auf eine Fokusposition des Bearbeitungslasers fokussiert sind, die Schwerpunktspositionen der Lichtpunkte der entsprechenden Laser, welche auf der Oberfläche des Werkstücks durch entsprechende Bewegung der Kondensorlinse entstehen. Weiter berechnet die Einheit einen Abstand zwischen den Schwerpunkten. Eine Steuereinheit steuert die Bewegungsanpassungseinheit in solch einer Weise, dass der Abstand zwischen den Schwerpunkten auf null oder nahezu null angepasst wird.
Die EP 1 716 963 A1 beschreibt eine optische Anordnung für eine Remote-Laser-Materialbearbeitung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Arbeitsraumes. Hierzu ist eine Vorrichtung zur Remote-Laser-Materialbearbeitung vorgesehen, bestehend aus einem Kollimator mit einer ersten Brennweite, welcher den aus einer Lichtleitfaser austretenden Laserstrahl kollimiert. Weiter umfasst die Vorrichtung ein Ablenksystem mit mindestens einem drehbar gelagerten Spiegel sowie einem Antrieb für die Winkelverstellung des Spiegels. Schließlich ist eine Fokussieroptik mit einer zweiten Brennweite vorgesehen, welches den kollimierten und vom Spiegelsystem abgelenkten Laserstrahl fokussiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laserbearbeitungskopf zu schaffen, durch welchen eine definierte Fokuslage relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück während eines Bearbeitungsprozesses in effektiver Weise und mit geringem apparativen Aufwand aufrecht erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Erfindungsgemäß ist ein Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls vorgesehen, mit einer Strahlformungsoptik zur Formung oder zur Kollimierung eines aus einem Faserende einer Lichtleitfaser austretenden Arbeitslaserstrahls, wobei das Faserende innerhalb eines Strahlformungsoptikabbildungsbereichs liegt, einer Fokussieroptik zur Fokussierung des Arbeitslaserstrahls auf die Werkstückoberfläche oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche definierte Lage, und einer Kamera mit einer davor im Strahlengang angeordneten verstellbaren Abbildungsoptik, wobei eine Abbildung eines Bearbeitungsbereichs des Werkstücks auf einen ersten Sensorbereich der Kamera durch einen ersten Beobachtungsstrahlengang über die Fokussieroptik und die Abbildungsoptik, und eine Abbildung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs auf einen zweiten Sensorbereich der Kamera durch einen zweiten Beobachtungsstrahlengang über die Strahlformungsoptik und die Abbildungsoptik erfolgt.
Es ist also ein Laserbearbeitungskopf vorgesehen, bei welchem auf eine Sensorfläche einer Kamera in einem Laserbearbeitungskopf sowohl die Bearbeitungsoberfläche eines Werkstücks als auch der Faserendbereich einer Lichtleitfaser abgebildet werden, wobei die Abbildungen der Werkstückoberfläche und des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs, in welchem das Faserende liegt, in unterschiedliche Sensorbereiche an unterschiedlichen Sensorbereichsorten oder durch zeitliche Variation der Beleuchtung zeitlich trennbar sind. Die zusätzliche Beobachtung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs durch die Prozessbeobachtungskamera hat den Vorteil, dass beispielsweise eine Brennpunktverschiebung der Strahlformungsoptik aufgrund einer unscharfen Abbildung auf die Sensorfläche detektiert werden kann.
Um eine Brennpunktverschiebung der Strahlformungsoptik im Wellenlängenbereich des Arbeitslaserstrahls berechnen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf eine Auswerteeinheit aufweist, die diese Brennpunktverschiebung mittels eines Verstellweges der Abbildungsoptik in Richtung der optischen Achse, der dazu nötig ist, bei einer Verschiebung des Brennpunkts der Strahlformungsoptik das Kamerabild des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs wieder scharf einzustellen, zu berechnen.
Erfindungsgemäß kann die Auswerteinheit ferner dazu ausgebildet sein, mittels eines Verstellwegs der Abbildungsoptik in Richtung der optischen Achse, der dazu nötig ist, bei der Verschiebung des Brennpunkts der Fokussieroptik das Kamerabild des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks wieder scharf einzustellen, eine Brennpunktverschiebung der Fokussieroptik im Wellenlängenbereich des Laserbearbeitungsstrahls zu berechnen. Somit kann durch die Auswerteeinheit des erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes sowohl eine durch Erwärmung von Linsen des optischen Systems erzeugte Brennpunktverschiebung der Strahlformungsoptik als auch eine Brennpunktverschiebung der Fokussieroptik erfasst werden, wodurch eine Brennpunktverschiebung des Fokus des Laserstrahls relativ zur Werkstückoberfläche vollständig bestimmt werden kann.
Für eine optimale Ausrichtung des von der Kamera erzeugten Kamerabildes mit dem auf das Werkstück treffenden Laserstrahl ist es besonders zweckmäßig, wenn ferner ein erster Strahlteiler oder ein Strahlumlenker im Strahlengang des Arbeitslaserstrahls zwischen Strahlformungsoptik und Fokussieroptik angeordnet ist, um den ersten Beobachtungsstrahlengang der Kamera in den Strahlengang des Arbeitslaserstrahls einzukoppeln.
Um in besonders einfacher und effektiver Weise den Strahlformungsoptikabbildungsbereich in den zweiten Sensorbereich der Kamera einzublenden, ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Reflexionsvorrichtung so relativ zum ersten Strahlteiler angeordnet ist, dass der zweite Beobachtungsstrahlengang von der Abbildungsoptik durch den ersten Strahlteiler hindurch läuft und nach Reflexion an der Reflexionsvorrichtung und dem ersten Strahlteiler zu der Strahlformungsoptik gelenkt wird.
Für eine Korrektur des Fokus des Arbeitslaserstrahls relativ zur Bearbeitungsfläche des Werkstücks ist es besonders zweckmäßig, wenn der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf ferner ein Aktuatorsystem aufweist, welches dazu ausgebildet ist, die Position des Laserbearbeitungskopfes relativ zu einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks oder bewegliche Teile des optischen Systems so anzupassen, dass die berechnete Brennpunktverschiebung der Fokussieroptik und/oder der Strahlformungsoptik kompensiert wird, um den Arbeitslaserstrahl wieder auf die Werkstückoberfläche oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche definierte Lage zu fokussieren.
Die erfindungsgemäße Reflexionsvorrichtung kann hierbei eine semitransparente Planplatte sein, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn in Strahleinfallsrichtung hinter der semitransparenten Planplatte ein Lichtabsorptionselement angeordnet ist, um im Falle der Abbildung des aus dem Faserende austretenden Arbeitslaserstrahls auf den zweiten Sensorbereich einen Großteil der Laserenergie des Arbeitslaserstrahls zu absorbieren.
Um zu ermöglichen, dass ein zu beobachtendes Objekt innerhalb der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks, wie beispielsweise ein Schnittbereich oder ein Schmelzbadbereich räumlich getrennt von einem zu beobachtenden Objekt innerhalb des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs abgebildet werden kann, ist es besonders von Vorteil, wenn die Reflexionsvorrichtung so gekippt zur Abbildungsoptik der Kamera vorgesehen ist, dass die Abbildungen auf den ersten und den zweiten Sensorbereich der Kamera in unterschiedliche Sensorbereiche der Kamera erfolgen und diese somit trennbar sind.
Im Falle einer zusätzlichen Beleuchtung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs ist es jedoch auch vorstellbar und besonders vorteilhaft, wenn die Reflexionsvorrichtung so gekippt zur Abbildungsoptik der Kamera vorgesehen ist, dass die Abbildungen auf den ersten und den zweiten Sensorbereich der Kamera in unterschiedliche Sensorbereiche der Kamera erfolgen und diese somit trennbar sind.
Zur Beleuchtung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs ist es zweckmäßig, wenn der Laserbearbeitungskopf ferner mit einer ersten Beleuchtungsvorrichtung ausgestattet ist, deren Licht koaxial in den ersten Beobachtungsstrahlengang über einen zweiten Strahlteiler zwischen Abbildungsoptik und erstem Strahlteiler eingekoppelt ist, um gleichzeitig den Bearbeitungsbereich des Werkstücks sowie den Strahlformungsoptikabbildungsbereich zu beleuchten.
Es ist jedoch auch vorstellbar, den Laserbearbeitungskopf mit einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung zur gleichmäßigen Beleuchtung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs auszustatten.
Statt einer Beleuchtungsvorrichtung zur gleichmäßigen Ausleuchtung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs kann jedoch auch zweckmäßigerweise im Strahlformungsoptikabbildungsbereich neben dem Faserende eine Leuchtvorrichtung zur Abbildung des emittierten Lichts der Leuchtvorrichtung auf den zweiten Sensorbereich der Kamera angeordnet sein.
Zur Eliminierung von Störstrahlung, wie sie beispielsweise bei einem Betrieb des Laserbearbeitungskopfes auftritt, ist es zweckmäßig, wenn der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf einen optischen Bandpassfilter aufweist, welcher im Beobachtungsstrahlengang vor der Kamera angeordnet ist, wobei die Durchlasswellenlänge des optischen Bandpassfilters auf die Emissionswellenlänge der ersten und/oder zweiten Beleuchtungsvorrichtung und/oder der Leuchtvorrichtung abgestimmt ist.
Für eine einfache Trennung der Abbildungen des Werkstückbereichs und des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs, beispielsweise mittels eines Lock-In-Verfahrens, ist es besonders vorteilhaft, wenn die zweite Beleuchtungsvorrichtung oder die Leuchtvorrichtung in ihrer Intensität relativ zur Beleuchtungsstärke des Werkstücks zeitlich variiert wird, um die Abbildungen des ersten und des zweiten Strahlengangs auf die Kamera zu trennen.
Erfindungsgemäß ist der Laserbearbeitungskopf besonders geeignet, zum Laserschweißen oder Laserschneiden eingesetzt zu werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes, welcher zum Laserschneiden eingesetzt wird,
3 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welcher beispielsweise zum Laserschweißen eingesetzt wird,
4 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welcher beispielsweise zum Laserschweißen eingesetzt wird,
5 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welcher beispielsweise zum Laserschweißen eingesetzt wird, und
6 eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes mit einer externen Beleuchtungsvorrichtung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine stark vereinfachte Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung oder eines Laserbearbeitungskopfes 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wie er mit Laserbearbeitungsmaschinen oder -anlagen verwendet wird. Für die Bearbeitung eines Werkstücks 12 wird ein von der Laserbearbeitungsmaschine kommender Arbeitslaserstrahl 14 durch ein Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 10 hindurch auf das Werkstück 12 gelenkt und mittels einer Fokussieroptik 18 auf die Werkstückoberfläche 20 oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche 20 definierte Lage fokussiert, um das Werkstück 12 innerhalb eines Bearbeitungsbereichs 22 des Werkstücks 12 zu bearbeiten. Die Bearbeitung des Werkstücks 12 durch den Laserstrahl 14 kann hierbei ein Laserschneidverfahren wie beispielsweise Schutzgas-Schneiden oder Brennschneiden sein, der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf ist jedoch auch einsetzbar für ein Laserschweißverfahren oder ein Laserlötverfahren.
Der Arbeitslaserstrahl 14 wird dem Laserbearbeitungskopf 10 durch eine Lichtleitfaser 24 zugeführt, wobei das Faserende 26 der Lichtleitfaser 24 in einer Faserhalterung 28 gehalten ist. Der bei dem Faserende 26 der Lichtleitfaser 24 innerhalb eines Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 aus der Lichtleitfaser 24 austretende Laserstrahl 14 wird mittels einer Strahlformungsoptik 32 geformt, durchläuft einen ersten Strahlteiler 34 und trifft dann auf die Fokussieroptik 18, um auf das Werkstück 12 fokussiert zu werden. Für die reale Umsetzung der Fokussieroptik 18 und der Strahlformungsoptik 32 werden jeweils optische Linsen oder ein Satz von optischen Linsen eingesetzt.
Die Strahlformungsoptik 32 soll allgemein als Optik verstanden werden, die dazu geeignet ist, den aus dem Faserende 26 der Lichtleitfaser 24 austretenden Arbeitslaserstrahl 14 zu formen, der Arbeitslaserstrahl 14 kann also nach Durchlaufen der Strahlformungsoptik 32 divergent oder konvergent weiterlaufen und so auch auf die letzte Optik des Laserbearbeitungskopfes 10, also die Fokussieroptik 18 treffen. Für die Verwirklichung des Auskoppelns aus der Lichtleitfaser 24 des Arbeitslaserstrahls 14 und der Fokussierung des Arbeitslaserstrahls 14 auf das Werkstück 12 kann also beispielsweise eine Retrofokus-Optik oder eine Telephoto-Optik eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist jedoch ein Einsatz der Strahlformungsoptik 32 als Kollimatoroptik 32, durch welche der aus dem Faserende 26 der Lichtleitfaser 24 austretende Arbeitslaserstrahl 14 kollimiert wird, um als paralleles Strahlenbündel zu der in Strahlrichtung dahinter liegenden Fokussieroptik 18 geleitet zu werden, da hier durch Verschieben der Fokussieroptik 18 oder Fokussierlinse die Fokuslage des Arbeitslaserstrahls 14 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück 12 geändert werden kann, ohne zu sehr die Bildqualität des ausgekoppelten Arbeitslaserstrahls 14 zu verschlechtern und ohne den Strahldurchmesser auf der Fokussieroptik 18 zu verkleinern.
Darüber hinaus vereinfacht, wie im Folgenden noch genauer beschrieben werden wird, der Einsatz einer Kollimatoroptik 32 das Verfahren zur Bestimmung der Fokuslagenverschiebungen der Fokussierlinse 18 und der Kollimatoroptik 32, da die entsprechenden Fokuslagenverschiebungen der Fokussieroptik 18 und der Kollimatoroptik 32 unabhängig voneinander bestimmt und kompensiert werden können. Die Fokussieroptik 18 und die Kollimatoroptik 32 können darüber hinaus aus mehreren Linsen zusammengesetzt sein und ebenfalls als Retrofokus-Optik oder Telephoto-Optik aufgebaut sein. Der im Folgenden verwendete Begriff Strahlformungsoptik 32 soll also bevorzugterweise als Kollimatoroptik 32 zur Kollimierung des Arbeitslaserstrahls 14 aufgefasst werden. Der im Folgenden verwendete allgemeine Begriff des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 soll dabei bevorzugterweise als Kollimatoroptikabbildungsbereich 30 aufgefasst werden.
Der erste Strahlteiler 34 ist so im Strahlengang 15 des Arbeitslaserstrahls 14 zwischen Strahlformungsoptik 32 und Fokussieroptik 18 angeordnet, dass ein erster Beobachtungsstrahlengang 36 einer Kamera 38 mit einer davor im Strahlengang angeordneten Abbildungsoptik 40 in den Strahlengang 15 des Arbeitslaserstrahls 14 eingekoppelt wird. Somit erfolgt eine Abbildung des Bearbeitungsbereichs 22 des Werkstücks 12 auf einen ersten Sensorbereich 42 der Kamera 38 durch den ersten Beobachtungsstrahlengang 36 über die Abbildungsoptik 40 und die Fokussieroptik 18, wobei der erste Beobachtungsstrahlengang 36 durch den ersten Strahlteiler 34 von der Abbildungsoptik 40 kommend auf die Fokussieroptik 18 umgelenkt wird. Die Werkstückoberfläche 20 des Werkstücks 12 kann mittels einer Beleuchtungsvorrichtung (in 1 nicht dargestellt) mit Licht der Wellenlänge λ_K im Unterschied zur Wellenlänge λ_L des Arbeitslaserstrahls 14 beleuchtet werden. Die Beleuchtungsvorrichtung kann an einer Außenseite des Laserbearbeitungskopfes 10 angebracht sein, es ist jedoch auch möglich, das von der Beleuchtungsvorrichtung kommende Licht koaxial in den Strahlengang 15 des Arbeitslaserstrahls 14 einzukoppeln, wie in den weiteren Ausführungsbeispielen noch genauer erläutert werden wird.
Erfindungsgemäß erfolgt neben der Abbildung des Bearbeitungsbereichs 22 des Werkstücks 12 auf einen ersten Sensorbereich 42 der Kamera 38 durch einen ersten Beobachtungsstrahlengang 36 eine weitere Abbildung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 auf einen zweiten Sensorbereich 44 der Kamera 38 durch einen zweiten Beobachtungsstrahlengang 46 über die Abbildungsoptik 40 und die Strahlformungsoptik 32. In einer sehr kompakten Ausführungsform der Erfindung ist hierfür eine Reflexionsvorrichtung 48 so relativ zum ersten Strahlteiler 34 angeordnet, dass der zweite Beobachtungsstrahlengang 46 von der Abbildungsoptik 40 zunächst durch den ersten Strahlteiler 34 hindurch läuft, dann von der Reflektionsvorrichtung 48 in Richtung des ersten Strahlteilers 34 zurück reflektiert wird, um dann von dem ersten Strahlteiler 34 in Richtung der Strahlformungsoptik 32 umgelenkt zu werden. Somit erfolgt also eine Abbildung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 auf die zweite Sensorfläche 44 der Kamera 38 durch eine Kollimierung der Kollimatorlinse 32 oder durch Formung durch die Strahlformungsoptik 32, eine Reflexion an dem ersten Strahlteiler 34, eine Reflexion an der Reflexionsvorrichtung 48 und eine Fokussierung durch die Abbildungsoptik 40. Obwohl es auch vorstellbar wäre, den an dem ersten Strahlteiler 34 reflektierten Arbeitslaserstrahl 14 auf eine zusätzliche Kamera mit eigener Abbildungsoptik abgeschwächt abzubilden, ist diese Lösung sehr aufwendig, platzraubend und teuer.
In einer realen Umsetzung kann die Abbildungsoptik 40 hierbei nur eine Linse sein, es ist jedoch auch möglich, einen optischen Linsensatz zu verwenden. Ein Spiegelsystem ist auch möglich, z. B. ein Off-Axis-Paraboloid. Dabei entstehen zwar Abbildungsfehler, diese könnten jedoch per Software in der Bildverarbeitung kompensiert werden. Für den Fall, dass der aus dem Faserende 26 aus der Lichtleitfaser 24 austretende Arbeitslaserstrahl 14 auf den zweiten Sensorbereich 44 der Kamera 38 abgebildet werden soll, ist es besonders zweckmäßig, wenn die Reflexionsvorrichtung 48 eine semitransparente Planplatte 50 und ein in Strahleinfallsrichtung hinter der semitransparenten Planplatte 50 angeordnetes Lichtabsorptionselement 52 aufweist wobei die semitransparente Planplatte 50 einen Großteil der Laserleistung des Arbeitslaserstrahls 14 transmittiert, der von dem Lichtabsorptionselement 52 aufgenommen wird. Hierfür ist das Lichtabsorptionselement 52 idealerweise als Strahlfalle ausgebildet, die im Wesentlichen kein Licht reflektiert oder emittiert. Das Lichtabsorptionselement 52 wird zur Abführung der in Wärme gewandelten Lichtleistung entsprechend gekühlt. Der Transmissionsgrad der semitransparenten Planplatte 50 ist dabei so auf den Transmissionsgrad des ersten Strahlteilers 34 abgestimmt, dass das Produkt der Transmissivität des ersten Strahlteilers 34 und der semitransparenten Planplatte 50 den Arbeitslaserstrahl 14 so abschwächt, dass der Sensorbereich der Kamera 38 nicht zerstört wird und gleichzeitig eine genügend hohe Lichtleistung auf die Sensorfläche der Kamera 38 auftrifft, um den aus der Lichtleitfaser 24 innerhalb des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 austretenden Arbeitslaserstrahl 14 abbilden zu können.
Die Transmissivität des ersten Strahlteilers 34 liegt hierbei für den Arbeitslaserstrahl 14 zwischen 95 Prozent und 99,99 Prozent, vorzugsweise zwischen 99 Prozent und 99,5 Prozent und insbesondere bei 99 Prozent. Die Transmissivität der planparallelen Platte 50 liegt zwischen 95 Prozent und 99,99 Prozent, vorzugsweise zwischen 98 Prozent und 99,5 Prozent und insbesondere bei 99 Prozent. Die semitransparente Planplatte 50 kann hinsichtlich der optischen Achse des zweiten Beobachtungsstrahlengangs 46 und zu der Sensorfläche des ersten und zweiten Sensorbereichs 42, 44 geneigt oder gekippt sein, so dass die Abbildung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30, insbesondere die Abbildung des aus dem Faserende 26 austretenden Arbeitslaserstrahls 14, auf den zweiten Sensorbereich 44 der Kamera 38 und die Abbildung des Bearbeitungsbereichs 22 der Werkstückoberfläche 20 des Werkstücks 12, insbesondere ein Laserschnittbereich oder ein Schmelzbad eines Schweißbereichs, in getrennte Bereiche mit unterschiedlicher Position innerhalb der Sensorfläche der Kamera 38 erfolgt. So wird beispielsweise der Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 in den als Randbereich ausgestalteten zweiten Sensorbereich 44 gelenkt, um die Beobachtung des Bearbeitungsbereichs 22 des Werkstücks 12 im ersten Sensorbereich 42 nicht zu stören. Somit sind die Abbildungen des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 und des Bearbeitungsbereichs 22 leicht voneinander zu trennen, wodurch die weitere Bildverarbeitung der Abbildungen auf den Sensorbereichen 42, 44 erleichtert wird.
Der Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 ist der Bereich, welcher bei einer scharfen Abbildung des aus dem Faserende 26 der Lichtleitfaser 24 austretenden Arbeitslaserstrahls 14 durch die Strahlformungsoptik 32 beispielsweise mittels der Abbildungsoptik 40 auf die zweite Sensorfläche 44 der Kamera 38 oder mittels der Fokussieroptik 18 auf die Werkstückoberfläche 20 des Werkstücks 12 auf diese scharf abgebildet wird. Somit ist also der Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 eine Abbildungsebene, die das Faserende 26 der Lichtleitfaser 24 enthält und in der Regel senkrecht zur optischen Achse des Strahlengangs 15 des Arbeitslaserstrahls 14 liegt. Bei der Einkoppelung des Arbeitslaserstrahls 14 in das Gehäuse 16 des Laserbearbeitungskopfes 10 mittels der Faserhalterung 28 kann der Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 also beispielsweise eine obere Innenwand des Gehäuses 16 des Laserbearbeitungskopfes 10 sein. Da in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Arbeitslaserstrahl 14 selbst auf die zweite Sensorfläche 44 abgebildet wird, müssen hier wellenlängenabhängige Effekte wie eine chromatische Aberration nicht berücksichtigt werden.
Der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf 10 weist ein Aktuatorsystem auf, durch welches die Position des Laserbearbeitungskopfes 10 relativ zur Bearbeitungsoberfläche 22 des Werkstücks 12 oder bewegliche Teile des optischen Systems 18, 32 so angepasst werden können, dass eine Brennpunktverschiebung des Arbeitslaserstrahls 14 relativ zur Werkstückoberfläche 20 ausgeglichen oder kompensiert werden kann. Maßgeblich für eine Brennpunktverschiebung des Fokus des Arbeitslaserstrahls 14 relativ zur Werkstückoberfläche 20 ist hierbei im Falle eines gleichbleibenden Abstands des Laserbearbeitungskopfes 10 zur Oberfläche 22 des Werkstücks 12 eine Brennpunktverschiebung Δz_f1 der Fokussieroptik 18 bei der Wellenlänge des Arbeitslaserstrahls 14 λ_L und eine Brennpunktverschiebung Δz_f2 der Strahlformungsoptik 32 bei der Wellenlänge λ_L des Arbeitslaserstrahls 14. Hierfür können ein erster Aktuator 54 zur linearen Verschiebung des Laserbearbeitungskopfes 10 relativ zur Werkstückoberfläche 20 des Werkstücks 12 um einen Verstellweg Δz₁, ein zweiter Aktuator 56 zur linearen Verschiebung der Fokussieroptik 18 in Richtung des Strahlengangs 15 des Arbeitslaserstrahls 14 um einen Verstellweg Δz₂ und ein dritter Aktuator 58 zur linearen Verschiebung der Strahlformungsoptik 32 entlang des Strahlengangs 15 des Arbeitslaserstrahls 14 um einen Verstellweg Δz₃ vorgesehen sein. Um eine Abbildung der Werkstückoberfläche 20 oder des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 auf den ersten Sensorbereich 42 bzw. zweiten Sensorbereich 44 der Kamera 38 scharf abbilden zu können, ist ferner ein vierter Aktuator 60 vorgesehen, um die Abbildungsoptik 40 entlang des Beobachtungsstrahlengangs 36, 46 um einen Korrekturverstellweg Δd_kl linear zu verschieben. Mittels des erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes 10 kann eine Fokuslagenkompensation der Fokuslage des Arbeitslaserstrahls 14 relativ zur Werkstückoberfläche 20 bei einer Erwärmung der Strahlformungsoptik 32 und/oder der Fokussieroptik 18 durchgeführt werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf 10 oder die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung 10 mit einem Laserbearbeitungskopf weist eine Auswerteeinheit 62 auf, welche Bilddaten von der Kamera 38 verarbeitet, den vierten Aktuator 60 der Abbildungsoptik 40 ansteuert und dessen Stellposition ausliest, um durch Ansteuerung des ersten, zweiten oder dritten Aktuators 54, 56, 58 eine Fokuslagenkompensation durchführen zu können. Hierbei ist die Auswerteeinheit 62 einerseits dazu ausgebildet, mittels eines Verstellwegs Δd_kl der Abbildungsoptik 40 in Richtung der optischen Achse, der dazu nötig ist, bei einer Verschiebung Δz_f2 des Brennpunkts der Strahlformungsoptik 32 das Kamerabild des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 wieder scharf einzustellen, die Brennpunktverschiebung Δz_f2 der Strahlformungsoptik 32 im Wellenlängenbereich λ_L des Arbeitslaserstrahls 14 zu berechnen. Ferner ist die Auswerteeinheit 62 dazu ausgebildet, mittels eines Verstellwegs Δd_kl der Abbildungsoptik 40 in Richtung der optischen Achse, der dazu nötig ist, bei einer Verschiebung Δz_f1 des Brennpunkts der Fokussieroptik 18 das Kamerabild des Bearbeitungsbereichs 22 des Werkstücks 12 wieder scharf einzustellen, eine Brennpunktverschiebung Δz_f1 der Fokussieroptik 18 im Wellenlängenbereich λ_L des Arbeitslaserstrahls 14 zu berechnen. Sobald beide Brennpunktverschiebungen der Strahlformungsoptik 32 Δz_f2 und der Fokussieroptik 18 Δz_f1 bekannt sind, kann mittels der Aktuatoren 54, 56 und 58 der Arbeitslaserstrahl 14 wieder auf die Werkstückoberfläche 20 oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche 20 definierte Lage fokussiert werden.
Um dies zu erreichen, wird das optische System des Laserbearbeitungskopfes 10 in einem Anfangszustand zunächst so eingestellt, dass der Laserstrahl 14 durch die Strahlformungsoptik 32 optimal kollimiert wird und als paralleles Strahlenbündel in Richtung der Fokussieroptik 18 läuft. Dieser Anfangszustand kann dadurch eingestellt werden, dass die Abbildungsoptik 40 in eine vorbestimmte Position gefahren wird, in welcher der kollimierte Laserstrahl 14 scharf auf die zweite Sensorfläche 44 der Kamera 38 abgebildet wird. Die Fokussierlinse 18 wird durch den zweiten Aktuator 56 ebenfalls in eine vorbestimmte Position gefahren, in welcher der Brennpunkt der Fokussierlinse 18 einen vorbestimmten Abstand zur Unterseite des Laserbearbeitungskopfes 10 aufweist. Die Abbildungsoptik 40 wird nach der Kollimierung des Arbeitslaserstrahls 14 so eingestellt, dass eine scharfe Abbildung der Werkstückoberfläche 20 des zu bearbeitenden Werkstücks 12 bei der Beleuchtungswellenlänge λ_K erfolgt.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 12 mittels des Laserbearbeitungskopfes 10 kommt es aufgrund der nicht vollständigen Transmissivität des optischen Systems zur einer Erwärmung der Fokussieroptik 18 und der Strahlformungsoptik 32, verbunden mit einer aufgrund der Erwärmung der Linsen der Fokussieroptik 18 und der Strahlformungsoptik 32 veränderten Brechkraft und einer damit verbundenen Brennpunktverschiebung Δz_f1 der Fokussieroptik 18 und Δz_f2 der Strahlformungsoptik 32. Somit verschiebt sich einerseits der Brennpunkt des Arbeitslaserstrahls 14 relativ zur Werkstückoberfläche 20, verbunden mit einem in der Regel verschlechterten Arbeitsergebnis. Gleichzeitig mit der Verschiebung des Brennpunkts des Arbeitslaserstrahls 14 wird das von dem ersten Sensorbereich 42 der Kamera 38 aufgenommene Kamerabild der Werkstückoberfläche 20 unscharf. Durch Verstellen des optischen Systems, insbesondere durch ein Durchfahren der Abbildungsoptik 40 um einen Korrekturverstellweg Δd_kl mittels des vierten Aktuators 60 wird das Kamerabild der Werkstückoberfläche 20 durch Steuerung der Auswerteeinheit 62 wieder scharf gestellt und der hierfür benötigte Korrekturverstellweg Δd_kl abgespeichert. Durch Einberechnung des Abbildungsverhältnisses von Abbildungsoptik 40 und Fokussieroptik 18 sowie durch Einbeziehung der Fokussierungsunterschiede aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen des Beobachtungssystems λ_K und der verwendeten Bearbeitungslaserlichtwellenlänge λ_L aufgrund der chromatischen Aberration oder anderer wellenlängenabhängiger Effekte kann durch wieder scharf Stellen des Kamerabilds der Werkstückoberfläche 20 und Ermitteln des Korrekturverstellwegs Δd_kl die Brennpunktverschiebung Δz_f1 der Fokussieroptik 18 im Wellenlängenbereich λ_L des Arbeitslaserstrahls 14 ermittelt werden.
Nach der Ermittlung der Brennpunktverschiebung Δz_f1 der Fokussieroptik 18 wird die Abbildungsoptik 40 in die voreingestellte Position des oben beschriebenen Anfangszustands zur Kollimierung des Arbeitslaserstrahls 14 eingestellt, um danach durch Verstellen der Abbildungsoptik 40 um einen Korrekturverstellwert Δd_kl eine scharfe Abbildung des Arbeitslaserstrahls 14 und des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 auf dem zweiten Sensorbereich 42 zu erzeugen. Da bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Arbeitslaserstrahl 14 direkt auf die zweite Sensorfläche 42 abgebildet wird, müssen in diesem Fall keine Wellenlängeneffekte aufgrund von chromatischer Aberration berücksichtigt werden.
Die Erfindung schließt alle gängigen Verfahren zur Fokussierung- bzw. Bildschärfefindung ein, einige wichtige sollen explizit genannt werden:
Varianz: Quadrierte Differenz der Bildwerte um den Mittelwert mit anschließender Aufsummierung. Bei einem Bild i(x, z) und S als Anzahl der Pixel kann diese folgendermaßen berechnet werden:
Eine hohe Varianz, bzw. breites Histogramm bedeutet guter Kontrast.
Sum Modulus Difference (SMD): Maß basierend auf Bildgradienten,
SMD wird bestimmt mit
bei scharfen Bildern ist der Unterschied von Bildpunkt x zu x + 1 sehr groß.
Signalleistung (SL): Das Maximum von
ergibt den besten Bildzustand, gilt auch für die nach Liao veränderte Schwellwertmethode.
Fourier-Analyse: Die Diskrete-Fourier-Transformation
so wie die schneller zu berechnende Fast-Fourier-Transformation wird unter Verwendung von
Zeilen und Spaltenweise ermittelt. Im defokalen Bild nimmt der hohe Frequenzbereich, zu berechnen durch aufsummieren der Leistungsspektren, gegenüber dem fokalen Bild signifikant ab.
Laplace-Operator oder Laplace-Fokussierungsfunktion: stellt das zweite statistische Moment,
der Fourierspektren dar und steht im Zusammenhang mit hohen Frequenzen. Durch Operatoridentität und Formelerweiterung kann diese in den Zeitbereich umgeformt werden. Die darin enthaltenen einzelnen Komponenten müssen durch Approximationen der 2. Ableitung bestimmt werden wodurch wir
erhalten und direkt bestimmen können.
Fokussierung durch Feature Point bzw. Objekt Tracking: Feature Points sind Pixel mit markantem Umfeld, so dass sie in einem anderen Bild der gleichen Bildsequenz wiedergefunden werden können. Dadurch können Bewegungstendenzen in Bildsequenzen festgestellt und die Fokussierung kann so gleich in die richtige Richtung arbeiten. Außerdem ist es möglich per Objekterkennungsalgorithmen in bekannten Bildsequenzen ein Fokusfenster für die Fokussierungsfunktion zu erstellen und damit eine optimale Schärfeeinstellung des Zielobjekts zu ermöglichen. Dazu können viele Verfahren eingesetzt werden, es soll aber der Harris Eckendetektor, die Aufteilung des Bildes in bestimmte Untergrößen, Bildgradient und Schwellwertberechnung, Sum of Square Difference, Fuzzy Logic zur Autofokussierung, Support Vektor Klassifikation, Hauptkomponenten Analyse u. v. m. eingesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Einstellprozess des Systems zunächst ein scharf abgebildetes Referenzbild von dem Bearbeitungsbereich 22 oder dem Strahlformungsoptikabbildungsbereich 26 aufgenommen, um als Referenz für die Bildschärfe im Vergleich zu einem später aufgenommenen Kamerabild, wenn sich die entsprechenden Brennpunktlagen der Fokussieroptik 18 oder der Strahlformungsoptik 32 verschoben haben, zu dienen. Dieses kann während oder vor einem Bearbeitungsprozess erstellt werden.
In 2 ist eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 10 gezeigt, welcher zum Laserschneiden eines Werkstücks 12 eingesetzt wird. Der in 2 gezeigte Laserbearbeitungskopf 10 entspricht dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei lediglich eine Düse 64 zum Ausblasen des aufgeschmolzenen Werkstückmaterials vorgesehen ist. Da die Leuchtintensität des vom Werkstück 12 kommenden Prozesslichts im Vergleich zu einem Laserschweißprozess relativ gering ist, eignet sich das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des Laserbearbeitungskopfes 10, bei welchem keine Filtervorrichtungen für die Kamera 38 vorgesehen werden müssen, besonders gut.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Laserbearbeitungskopfes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch und stark vereinfacht gezeigt. Der Laserbearbeitungskopf 10 aus 3 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Laserbearbeitungskopf 10 dadurch, dass im Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 neben dem Faserende 26 ein Musterelement 66 vorgesehen ist, welches auf den zweiten Sensorbereich 44 der Kamera 38 abgebildet wird, um eine Brennpunktverschiebung Δz_f2 der Strahlformungsoptik 32 durch Verstellen der Abbildungsoptik 40 um einen Korrekturverstellwert Δd_kl ermitteln zu können. Das Musterelement 66 kann eine in der Innenwand des Gehäuses 16 in der Nähe der Faserhalterung 28 eingeprägte Struktur sein, es ist jedoch auch möglich, eine Struktur entweder auf die Innenwand aufzudrucken oder einen das Musterelement 66 beinhaltenden Aufkleber vorzusehen.
Die Beleuchtung des Musterelements 66 erfolgt durch eine erste Beleuchtungsvorrichtung 68, deren Licht zunächst mittels einer Optik 70 kollimiert oder geformt wird, und dann koaxial in den ersten Beobachtungsstrahlengang 36 über einen zweiten Strahlteiler 72 zwischen Abbildungsoptik 40 und erstem Strahlteiler 34 eingekoppelt wird, um gleichzeitig den Bearbeitungsbereich 22 des Werkstücks 12 sowie den Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30, in welchem das Musterelement 66 angeordnet ist, zu beleuchten. Bei der Anbringung des Musterelements 66 ist darauf zu achten, dass dieses im Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 oder in einem definierten Abstand in Richtung der optischen Achse zu dem Faserende 26 der Lichtleitfaser 24, aus welcher der Arbeitslaserstrahl 14 austritt, angeordnet ist.
Da bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Laserbearbeitungskopfes 10 nun die Beobachtung sowohl der Werkstückoberfläche 20 als auch des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 mit dem Musterelement 66 unter einer Beleuchtung mit der gleichen Wellenlänge λ_K erfolgt, muss bei der Berechnung der Brennpunktverschiebung Δz_f2 der Strahlformungsoptik 32 aufgrund eines Korrekturverstellwegs Δd_kl der Abbildungsoptik 40 zum Scharfstellen eines Kamerabildes der Kamera 38 nun auch bei der Strahlformungsoptik 32 die chromatische Aberration aufgrund der zu der Beleuchtungswellenlänge λ_K unterschiedlichen Arbeitslaserstrahlenwellenlänge λ_L berücksichtigt werden.
Die chromatische Aberration wird jedoch in besonders bevorzugter Weise erfindungsgemäß durch einen entsprechenden Versatz oder Verschiebung des Musterelements 66 in Richtung des Strahlengangs 15 des Arbeitslaserstrahls 14 zu der Position des Faserendes 26 der Lichtleitfaser 24, aus welcher der Arbeitslaserstrahl 14 austritt, kompensiert oder ausgeglichen. Hierbei ist das Musterelement 66 so angeordnet, dass bei einer scharfen Abbildung des Musterelements 66 auf die zweite Sensorfläche 44 bei der Beleuchtungswellenlänge λ_K gleichzeitig eine vollständige Kollimierung des aus dem Faserende 26 austretenden Arbeitslaserstrahls 14 durch die Strahlformungsoptik 32 bei der Wellenlänge λ_L des Arbeitslaserstrahls 14 erfolgt.
Die Reflexionsvorrichtung 48 ist bei dem in 3 gezeigten Laserbearbeitungskopf 10 vorzugsweise eine planparallele Platte mit einer hohen Reflektionsrate, um eine möglichst hohe Lichtintensität der Beleuchtung durch die erste Beleuchtungsvorrichtung 68 auf das Musterelement 66 und eine darauf folgende möglichst lichtstarke Abbildung des Musterelements 66 auf die zweite Sensorfläche 44 der Kamera 38 zu erreichen. Vor der Kamera 38 zwischen zweitem Strahlteiler 72 und Abbildungsoptik 40 ist weiter ein optischer Bandpassfilter 74 vorgesehen, welcher auf die Beleuchtungswellenlänge λ_K der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 abgestimmt ist, um Störstrahlung aus dem Bereich des Werkstücks 12 auszublenden. Der in 3 gezeigte Laserbearbeitungskopf 10 ist besonders geeignet für den Einsatz bei einem Laserschweißprozess, da aufgrund der Prozessemissionen des erzeugten Schweißbads im Bearbeitungsbereich 22 des Werkstücks 12 eine Beleuchtung des Werkstücks 12 mit einer vorbestimmten Beleuchtungswellenlänge λ verbunden mit einer Beobachtung mittels eines auf die Beleuchtungswellenlänge λ_K abgestimmten Bandpassfilters 74 besonders vorteilhaft ist.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Laserbearbeitungskopfes 10 stark vereinfacht und schematisch dargestellt, wobei sich der Laserbearbeitungskopf 10 aus 4 von dem in 3 gezeigten Laserbearbeitungskopf 10 darin unterscheidet, dass zusätzlich zu der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 eine zweite Beleuchtungsvorrichtung 76 vorgesehen ist, welche das Musterelement 66 gleichmäßig ausleuchtet. Diese zweite Beleuchtungsvorrichtung 76 kann vorgesehen werden, falls eine Beleuchtung des Musterelements 66 durch die erste Beleuchtungsvorrichtung 68 mit nicht hinreichender Intensität erfolgen kann. Darüber hinaus ist es vorstellbar, die erste Beleuchtungsvorrichtung 68 an einer Außenseite des Laserbearbeitungskopfes 10 anzubringen, wie beispielsweise in 6 gezeigt ist. Die Beleuchtung mittels der zweiten Beleuchtungsvorrichtung 76 erfolgt vorzugsweise im gleichen Wellenlängenbereich λ_K wie die der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 und ist darüber hinaus auf die Durchlasswellenlänge des optischen Bandpassfilters 74 abgestimmt.
In 5 ist eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 10 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der in 5 gezeigte Laserbearbeitungskopf 10 unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten Laserbearbeitungskopf 10 darin, dass statt des Musterelements 66 und der zweiten Beleuchtungsvorrichtung 76 eine Leuchtvorrichtung 78 im Strahlformungsoptikabbildungsbereich 30 neben dem Faserende 26 angeordnet ist, wobei das emittierte Licht der Leuchtvorrichtung 78 auf den zweiten Sensorbereich 44 der Kamera 38 abgebildet wird, um eine Brennpunktverschiebung Δz_f2 der Strahlformungsoptik 32 durch Verstellen der Abbildungsoptik 40 um einen Korrekturverstellweg Δd_kl bestimmen zu können. Die Leuchtvorrichtung 78 kann wie das Musterelement 66 so in Richtung der optischen Achse der Strahlformungsoptik 32 zu dem Faserende 26 versetzt sein, dass eine chromatische Aberration hinsichtlich der Emissionslichtwellenlänge λ_K der Leuchtvorrichtung 78 und der Wellenlänge λ_L des Arbeitslaserstrahls 14 von der Strahlformungsoptik 32 so ausgeglichen wird, dass der Arbeitslaserstrahl 14 von der Strahlformungsoptik 32 kollimiert wird, wenn eine scharfe Abbildung bei der Beobachtungswellenlänge λ_K des von der Leuchtvorrichtung 78 emittierten Lichts auf die zweite Sensorfläche 44 erfolgt.
In 6 ist eine stark vereinfachte schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 10 gezeigt, bei welchem die erste Beleuchtungsvorrichtung 68 an einer Außenseite des Gehäuses 16 angebracht ist.
Es soll betont werden, dass die in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele des Laserbearbeitungskopfes 10 hinsichtlich der gezeigten Bauteile frei kombinierbar sind, die in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen also lediglich besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und sollen nicht beschränkend für die Erfindung ausgelegt werden. Obwohl das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einen Laserschneidkopf 10 zeigt, kann dieser Laserbearbeitungskopf 10 auch zum Laserschweißen eingesetzt werden. In gleicher Weise sind die in den 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele der Laserbearbeitungsköpfe 10 dazu geeignet, für einen Laserschneidprozess eingesetzt zu werden. Darüber hinaus kann die erste Beleuchtungsvorrichtung 68, wie in 3 gezeigt, bei dem in 2 gezeigten Laserbearbeitungskopf 10 eingesetzt werden, um die Werkstückoberfläche zu beleuchten. Ferner kann die in 6 gezeigte erste Beleuchtungsvorrichtung 68 in gleicher Weise dazu verwendet werden, zur Beleuchtung des Werkstücks bei dem in den 1 und 2 gezeigten Laserbearbeitungskopf 10 eingesetzt zu werden.
Als Lichtquelle für die erste Beleuchtungsvorrichtung 68 eignet sich aufgrund der hohen Intensität eine Laserlichtquelle, wobei diese eine Halbleiterlaserdiode sein kann. Hierfür können AlGaInP-Laserdioden mit Multi-Quantum-Well-Strukturen verwendet werden, welche ein Abstrahlmaximum in einem Wellenlängenbereich zwischen 635 nm und 670 nm aufweisen. So kann beispielsweise eine Laserdiode mit einer Abstrahlwellenlänge von 658 nm und einer Abstrahlleistung von 60 Milliwatt eingesetzt werden.
Als Lichtquelle der zweiten Beleuchtungsvorrichtung 76 und/oder der Leuchtvorrichtung 78 kann beispielsweise eine Halbleiterleuchtdiode oder eine LED eingesetzt werden, welche mit einem optischen Resonator versehen ist, wodurch die spontane Emission der Leuchtdiode durch den optischen Resonator verstärkt wird. Diese sogenannten RC-LEDs (resonant cavity light emitting diodes) weisen im Unterschied zu normalen Halbleiterleuchtdioden ein stark verengtes Emissionsspektrum mit einer Halbwertsbreite oder FWHM (full width of half maximum) von etwa 5 bis 10 nm auf. Bei Verwendung einer Laserdiode als erste Beleuchtungsvorrichtung 68 ist es hierbei von Vorteil, wenn aufgrund der Verwendung eines ähnlichen Materialsystems die Abstrahlcharakteristik der zweiten Beleuchtungsvorrichtung 76 oder der Leuchtvorrichtung 78 auf die Abstrahlcharakteristik der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 abgestimmt wird.
Für eine Minimierung eines Speckle-Effekts aufgrund der Beleuchtung durch eine Laserdiode bei der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 kann entweder die Kohärenz des Laserlichts aufgelöst oder durch eine schnelle zeitliche Variation der Speckle-Interferenzen innerhalb der Integrationszeit des Auges der Speckle-Kontrast verringert werden. Hierbei kann beispielsweise das Laserlicht der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 durch einen rotierenden Diffusor (nicht gezeigt) geleitet werden. Als Diffusor eignet sich beispielsweise eine Glasplatte mit einer rauen Oberfläche.
Die bevorzugte Abstrahlwellenlänge des Lichts der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 liegt in einem Wellenlängenbereich zwischen 630 nm und 670 nm, wobei beispielsweise ein Intensitätsmaximum bei 640 nm zweckmäßig ist. Die aus dem Faserende austretende Strahlung kann auch direkt betrachtet werden, das kann rieben der Laserstrahlung auch die Strahlung der Pumpwellenlänge sein.
Der vor der Kamera 38, welche beispielsweise eine CMOS- oder CCD-Kamera ist, angeordnete Bandpassfilter 74 weist einen Wellenlängendurchlassbereich auf, der auf die zumindest lokalen Abstrahlmaxima des Lichts der ersten Beleuchtungsvorrichtung 68 und/oder des Lichts der zweiten Beleuchtungsvorrichtung 76 und/oder des Lichts der Leuchtvorrichtung 78 angepasst ist. Hierbei ist die Halbwertsbreite oder FWHM (full width at half maximum) des Wellenlängendurchlassbereichs des Filters 74 so zu wählen, dass gerade die Maxima der ersten und zweiten Beleuchtungsvorrichtung 68, 76 und/oder der Leuchtvorrichtung 78 innerhalb des Durchlassbereichs des optischen Bandpassfilters liegen. Hierbei ist die Halbwertsbreite vorzugsweise kleiner 100 nm, besonders bevorzugt kleiner 50 nm und insbesondere kleiner 20 nm. Der optische Bandpassfilter 78 ist vorzugsweise ein Fabry-Perot-Filter oder ein Fabry-Perot-Etalon, wobei durch diese Art von Filter elektromagnetische Wellen eines bestimmten Frequenzbereichs durchgelassen werden und die restlichen Frequenzanteile durch Interferenz ausgelöscht werden. Hinsichtlich der Halbwertsbreite des optischen Bandpassfilters 78 ist es von Vorteil, wenn dieser Bereich so schmal wie möglich ist, um bei einem Betrieb des Laserbearbeitungskopfes 10 eine möglichst geringe Störung des Kamerabildes durch Prozessleuchten zu erzeugen, welches durch die Bearbeitung des Werkstücks 12 mittels des Arbeitslaserstrahls 14 durch Schmelzen des Werkstückmaterials entsteht. Die Kamera 38 kann hierbei zur Erhöhung der Dynamik der aufgenommenen Kamerabilder ein HDR-Verfahren anwenden.
Weiter ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das emittierte Licht der zweiten Beleuchtungsvorrichtung 76 oder der Leuchtvorrichtung 78 in ihre Intensität relativ zur Beleuchtungsstärke, beispielsweise durch die erste Beleuchtungsvorrichtung 68 des Werkstücks 12 zeitlich variiert wird, um mittels eines Lock-in-Verfahrens die Abbildungen des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 und der Werkstückoberfläche 20 auf den Sensorbereich 42, 44 der Kamera 38 trennen zu können. In diesem Falle können die Abbildungen der Werkstückoberfläche 20 und des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs 30 auf den gleichen örtlichen Sensorbereich erfolgen, da die Abbildungen aufgrund der zeitlichen Varianz getrennt werden können.
Durch den erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopf 10 wird also ein Laserschweißkopf oder Laserschneidkopf oder ein Laserbearbeitungskopf für weitere Bearbeitungsmöglichkeiten eines Werkstücks mittels eines Lasers bereitgestellt, bei welchem in einfacher Weise durch Verwendung lediglich eines Prozessbeobachtungssensors wie einer Kamera gleichzeitig eine Brennpunktverschiebung der Fokussieroptik sowie der Strahlformungsoptik bestimmt und durch ein Aktuatorsystem eine Fokusverschiebung des Arbeitslaserstrahls relativ zur Werkstückoberfläche kompensiert werden kann.

Claims

Laserbearbeitungskopf (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (12) mittels eines Arbeitslaserstrahls (14), mit – einer Strahlformungsoptik (32) zur Formung eines aus einem Faserende (26) einer Lichtleitfaser (24) austretenden Arbeitslaserstrahls (14), wobei das Faserende (26) innerhalb eines Strahlformungsoptikabbildungsbereichs (30) liegt; – einer Fokussieroptik (18) zur Fokussierung des Arbeitslaserstrahls (14) auf die Werkstückoberfläche (20) oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche (20) definierte Lage; und – einer Kamera (38) mit einer davor im Strahlengang (36, 46) angeordneten verstellbaren Abbildungsoptik (40), wobei eine Abbildung eines Bearbeitungsbereichs (22) des Werkstücks (12) auf einen ersten Sensorbereich (42) der Kamera (38) durch einen ersten Beobachtungsstrahlengang (36) über die Fokussieroptik (18) und die Abbildungsoptik (40), und eine Abbildung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs (30) auf einen zweiten Sensorbereich (44) der Kamera (38) durch einen zweiten Beobachtungsstrahlengang (46) über die Strahlformungsoptik (32) und die Abbildungsoptik (40) erfolgt.
Laserbearbeitungskopf (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Auswerteeinheit (62), die dazu ausgebildet ist, mittels eines Verstellweges (Δd_kl) der Abbildungsoptik (40) in Richtung der optischen Achse, der dazu nötig ist, bei einer Verschiebung des Brennpunkts (Δz_f2) der Strahlformungsoptik (32) das Kamerabild des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs (30) wieder scharf einzustellen, die Brennpunktverschiebung (Δz_f2) der Strahlformungsoptik (32) im Wellenlängenbereich (λ_L) des Arbeitslaserstrahls (14) zu berechnen.
Laserbearbeitungskopf (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinheit (62) ferner dazu ausgebildet ist, mittels eines Verstellwegs (Δd_kl) der Abbildungsoptik (40) in Richtung der optischen Achse, der dazu nötig ist, bei einer Verschiebung des Brennpunkts (Δz_f1) der Fokussieroptik (18) das Kamerabild des Bearbeitungsbereichs (22) des Werkstücks (12) wieder scharf einzustellen, eine Brennpunktverschiebung (Δz_f1) der Fokussieroptik (18) im Wellenlängenbereich (λ_L) des Laserbearbeitungsstrahls (14) zu berechnen.
Laserbearbeitungskopf (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner mit einem im Strahlengang (15) des Arbeitslaserstrahls (14) zwischen Strahlformungsoptik (32) und Fokussieroptik (18) angeordneten ersten Strahlteiler (34) oder Strahlumlenker zur Einkoppelung des ersten Beobachtungsstrahlengangs (36) der Kamera in den Strahlengang (15) des Arbeitslaserstrahls (14).
Laserbearbeitungskopf (10) nach Anspruch 4, ferner mit einer Reflexionsvorrichtung (48), die so relativ zum ersten Strahlteiler (34) angeordnet ist, dass der zweite Beobachtungsstrahlengang (46) von der Abbildungsoptik (40) durch den ersten Strahlteiler (34) hindurch läuft und nach Reflexion an der Reflexionsvorrichtung (48) und dem ersten Strahlteiler (34) zu der Strahlformungsoptik (32) gelenkt wird.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit einem Aktuatorsystem (54, 56, 58), welches dazu ausgebildet, die Position des Laserbearbeitungskopfes (10) relativ zu einer Bearbeitungsoberfläche (20) des Werkstücks (12) oder bewegliche Teile des optischen Systems (18, 32) so anzupassen, dass die berechnete Brennpunktverschiebung (Δz_f1, Δz_f2) der Fokussieroptik (18) und/oder der Strahlformungsoptik (32) kompensiert wird, um den Arbeitslaserstrahl (14) wieder auf die Werkstückoberfläche (20) oder auf eine relativ zur Werkstückoberfläche (20) definierte Lage zu fokussieren.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsvorrichtung (48) eine semitransparente Planplatte (50) und ein in Strahleinfallsrichtung dahinter angeordnetes Lichtabsorptionselement (52) umfasst.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsvorrichtung (48) so gekippt zur Abbildungsoptik (40) der Kamera (38) vorgesehen ist, dass die Abbildungen auf den ersten (42) und den zweiten (44) Sensorbereich der Kamera (38) in unterschiedliche Sensorbereiche der Kamera (38) erfolgen und diese somit trennbar sind.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlformungsoptikabbildungsbereich (30) neben dem Faserende (26) ein Musterelement (66) zur Abbildung auf den zweiten Sensorbereich (44) der Kamera (38) angeordnet ist.
Laserbearbeitungskopf (10) nach Anspruch 4 sowie einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer ersten Beleuchtungsvorrichtung (68), deren Licht koaxial in den ersten Beobachtungsstrahlengang (36) über einen zweiten Strahlteiler (72) zwischen Abbildungsoptik (40) und erstem Strahlteiler (34) eingekoppelt ist, um gleichzeitig den Bearbeitungsbereich (22) des Werkstücks (12) sowie den Strahlformungsoptikabbildungsbereich (30) zu beleuchten.
Laserbearbeitungskopf (10) nach Anspruch 10, ferner mit einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung (76) zur gleichmäßigen Beleuchtung des Strahlformungsoptikabbildungsbereichs (30).
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlformungsoptikabbildungsbereich (30) neben dem Faserende (26) eine Leuchtvorrichtung (78) zur Abbildung des emittierten Lichts der Leuchtvorrichtung (78) auf den zweiten Sensorbereich (44) der Kamera (38) angeordnet ist.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner mit einem optischen Bandpassfilter (74), welcher im Beobachtungsstrahlengang (36, 46) vor der Kamera (38) angeordnet ist, wobei die Durchlasswellenlänge des optischen Bandpassfilters (74) auf die Emissionswellenlänge der ersten (68) und/oder zweiten (76) Beleuchtungsvorrichtung und/oder der Leuchtvorrichtung (78) abgestimmt ist.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungsvorrichtung (76) oder die Leuchtvorrichtung (78) in ihrer Intensität relativ zur Beleuchtungsstärke des Werkstücks (12) zeitlich variiert wird, um die Abbildungen des ersten (36) und des zweiten (46) Strahlengangs auf die Kamera (38) zu trennen.
Laserbearbeitungskopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zum Laserschweißen oder Laserschneiden geeignet ist.