DE102018107666A1

DE102018107666A1 - Werkstückbearbeitung mittels Laserstrahlung

Info

Publication number: DE102018107666A1
Application number: DE102018107666.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Brötzner; Daniel Riedel; Georg Meyndt
Original assignee: ALPHA LASER GmbH
Current assignee: ALPHA LASER GmbH
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung, mit einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung und/oder einer Einrichtung zur Einkoppelung eines Laserstrahls, einer Basis mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik für den Laserstrahl, wobei eine Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Kamera, vorgesehen ist, die auf wenigstens ein im Strahlengang angeordnetes Bauteil eingestellt oder einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung, mit einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls und/oder einer Einrichtung zur Einkoppelung eines Laserstrahls, einer Basis mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik für den Laserstrahl.
Die Laserbearbeitung dient z.B. zum Strukturieren von Werkstückoberflächen. Es sind aber auch andere Anwendungen denkbar, z.B. Laserschweißen.
Es ist möglich, aber nicht zwingend, dass ein der Fokussieroptik nachgelagerter und von der Basis getragenen Arbeitskopf vorgesehen ist, aus dem der Laserstrahl austritt. Ein solcher Arbeitskopf kann relativ zur Basis feststehend oder rotierend angeordnet sein. Der Arbeitskopf kann außerhalb eines Gehäuses der Basis angeordnet sein, z.B. am freien Ende einer stationären Halterung oder eines drehbar gelagerten Rotors. Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise Schweißanwendungen, kann es genügen, eine vergleichsweise einfach aufgebaute Vorrichtung mit einer relativ einfach aufgebauten Optik zu verwenden. Der Fokussieroptik kann dann z.B. lediglich ein insbesondere als Schutzglas dienendes Austrittsfenster für den Laserstrahl nachgeordnet sein, das z.B. lediglich in eine Austrittsöffnung der Basis eingesetzt ist. Prinzipiell kann auf der Fokussieroptik nachgelagerte optische Elemente vollständig verzichtet werden. Des Weiteren kann die Fokussieroptik lediglich ein einziges optisches Bauteil in Form einer Fokussierlinse umfassen.
Derartige Vorrichtungen sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus DE 10 2016 103 578 A1 . Die dort beschriebene Vorrichtung dient insbesondere zum Aufrauen von Zylinderlaufflächen in Zylinderbohrungen von Verbrennungsmotoren. Hierbei wird ein in die Zylinderbohrung eintauchender Arbeitskopf um eine mit der Symmetrieachse der Zylinderbohrung zusammenfallende Drehachse in Rotation versetzt und gleichzeitig in axialer Richtung bewegt. Mit dem schräg zur Drehachse aus dem Arbeitskopf austretenden Laserstrahl kann auf diese Weise die Zylinderlauffläche überstrichen und mit der jeweils gewünschten Strukturierung versehen werden.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden - wie vorstehend bereits erwähnt - auch ohne rotierenden Arbeitskopf oder ganz ohne Arbeitskopf eingesetzt. Unabhängig davon, ob ein Arbeitskopf vorhanden ist oder nicht, oder ob ein vorhandener Arbeitskopf rotiert oder nicht, kann die Basis, gegebenenfalls samt Arbeitskopf, beispielsweise parallel zu einer Werkstückoberfläche oder senkrecht zu einer Flächennormalen der Werkstückoberfläche verfahren werden. Die Werkstückoberfläche kann gekrümmt oder eben sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Werkstück relativ zu der stationären Basis zu bewegen.
Strukturen, die zum Aufrauen von Werkstückoberflächen mittels derartiger Vorrichtungen herstellbar sind, sind beispielsweise in DE 10 2007 023 418 B4 beschrieben. Bei diesen Strukturen handelt es sich um sogenannte Mikrostrukturen in Form von schräg unter Winkeln im Bereich von 20 bis 80 Grad relativ zur Werkstückoberfläche verlaufenden, taschenartigen Vertiefungen. Der Durchmesser dieser Mikrostrukturen kann jeweils 10 bis 150 Mikrometer betragen, wobei die Tiefe der Strukturen beispielsweise 20 bis 300 Mikrometer betragen kann.
Insbesondere bei der Herstellung derartiger Strukturen in Zylinderbohrungen, aber auch an anders geformten Werkstücken, ist man generell bestrebt, die Bearbeitungszeit pro Zylinderbohrung bzw. Werkstück zu minimieren und gleichzeitig die Strukturen mit möglichst hoher Präzision herzustellen. Dies macht es erforderlich, die Laserleistung sowie die Geschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl die jeweilige Werkstückoberfläche überstreicht, zu erhöhen. Bei der Bearbeitung von Zylinderbohrungen beispielsweise muss folglich die Drehzahl des Arbeitskopfes erhöht werden. Dies führt zu einer stärkeren mechanischen und - aufgrund der höheren Laserleistung - auch thermischen Belastung der Bauteile der Bearbeitungsvorrichtung.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung und der Art der Laserbearbeitung bzw. der jeweiligen Anwendung kommt einer korrekten Ausrichtung der optischen Komponenten sowie der Überwachung der Vorrichtung und des Bearbeitungsprozesses generell eine zunehmend größere Bedeutung zu.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine diesen Anforderungen gerecht werdende Werkstückbearbeitung zu ermöglichen.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der Erfindung ist bei der Bearbeitungsvorrichtung eine Bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen, die auf wenigstens ein im Strahlengang des Laserstrahls angeordnetes Bauteil eingestellt oder einstellbar ist. Bei der Bildaufnahmeeinrichtung handelt es sich insbesondere um eine Kamera.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, ein Bauteil einer Laserbearbeitungsvorrichtung gezielt einer optischen Kontrolle zu unterziehen. Vor allem, aber nicht ausschließlich, wird es hierdurch ermöglicht, Verschmutzungen und/oder Beschädigungen des Bauteils zu erkennen. Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um eines der optischen Elemente für den Laserstrahl. Diese optischen Elemente können Linsen, Spiegel, beschichtete oder unbeschichtete optische Komponenten oder optische Filter sein.
Die Überprüfung oder Überwachung des jeweiligen Bauteils kann während des laufenden Bearbeitungsbetriebs erfolgen. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung eine Inline-Prozesskontrolle. Die Bauteilüberwachung kann kontinuierlich oder lediglich zu bestimmten Prüfzeitpunkten erfolgen.
Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Bauteilüberwachung in Verbindung mit einem auch als Schutzglas bezeichneten Austrittsfenster für den Laserstrahl genutzt werden. An der Außenseite eines solchen Schutzglases können durch den Betrieb Verunreinigungen beispielsweise in Form von Staub oder Kratzern oder auch schleichende kumulative Verunreinigungen auftreten, durch welche die optischen Eigenschaften des Schutzglases nachteilig verändert werden. Beeinträchtigungen des Schutzglases können auch auf der Innenseite beispielsweise durch Ablagerungen aus einem Arbeitskopf, an dem das Schutzglas angebracht ist, entstehen.
Auch der Laserstrahl selbst kann die optischen Eigenschaften des Schutzglases nachteilig beeinflussen. Insbesondere kann sogenannter „Einbrand“ entstehen, der zu einem instabilen Bearbeitungsprozess führen kann.
Die in der Praxis störenden Veränderungen des Schutzglases sind in den meisten Fällen optisch sichtbar, und zwar insbesondere als Ablagerungen, Eintrübungen, Fehlstellen, durch Laserstrahlung verursachte Einschüsse, Abdrücke, Sprünge, Kratzer etc. Dieser Umstand kann durch die Erfindung ausgenutzt werden.
Durch die Überwachung oder Überprüfung mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung kann auf im Stand der Technik verwendete Laserleistungsmessgeräte verzichtet werden, die nicht im laufenden Bearbeitungsbetrieb eingesetzt werden können. Bei derartigen Prüfgeräten kann die aus der Bearbeitungsvorrichtung austretende Laserstrahlung lediglich nach oder zwischen den eigentlichen Laserbearbeitungsvorgängen gemessen und beispielsweise mit einer Referenz verglichen werden. Ein Nachteil dieser Methode besteht darin, dass z.B. kleine Fehlstellen in einem Schutzglas oder anderen optischen Komponente zwar die Qualität des Prozesses beeinträchtigen können, zu aber keinem nachweisbaren Leistungsverlust der Laserstrahlung führen, sodass derartige Störungen nicht detektiert werden können. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.
Des Weiteren ist man dank der Erfindung nicht mehr darauf angewiesen, Schutzgläser oder andere optische Komponenten lediglich „auf Verdacht“ oder basierend auf Erfahrungswerten in regelmäßigen Abständen auszuwechseln oder in regelmäßigen Abständen eine Sichtprüfung durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Bildaufnahmeeinrichtung ermöglicht es, Störungen eines Schutzglases oder einer anderen im Strahlengang angeordneten Komponente beispielsweise mittels einer Bildverarbeitungssoftware eindeutig zu erkennen. Hierdurch wird es ermöglicht, das jeweilige Bauteil unmittelbar nach Auftreten einer Störung, z.B. einer Verschmutzung oder Beschädigung, auszuwechseln.
Die Bildaufnahmeeinrichtung kann in die Vorrichtung, insbesondere in die Basis oder in ein Gehäuse der Basis, integriert sein. Ferner kann die Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass ihre optische Achse mit der optischen Achse eines für die jeweilige Anwendung relevanten Abschnitts des Laserstrahls zusammenfällt. Insbesondere ist die Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet und ausgerichtet, dass sie in die gleiche Richtung bzw. entlang der gleichen Achse „blickt“, in der bzw. entlang welcher sich der Laserstrahl ausbreitet. Beispielsweise kann die Bildaufnahmeeinrichtung auf der einen Seite eines teildurchlässigen Spiegels angeordnet sein, an dessen anderer Seite der Laserstrahl umgelenkt wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Aspektes der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Vorzugsweise umfasst die Bildaufnahmeeinrichtung ein Objektiv, dessen Fokusebene auf das Bauteil eingestellt oder einstellbar ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Objektiv der Bildaufnahmeeinrichtung die Fokussieroptik für den Laserstrahl umfasst.
Eine Anpassung an die jeweilige Anwendung kann besonders einfach erfolgen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Objektiv einstellbar ist. Die Einstellbarkeit kann durch eine Verschiebbarkeit von optischen Bauteilen relativ zueinander und/oder relativ zur Bildaufnahmeeinrichtung realisiert sein. Alternativ kann die Einstellbarkeit dadurch realisiert sein, dass zumindest ein optisches Bauteil in den Strahlengang zusätzlich eingebracht und/oder ein optisches Bauteil aus dem Strahlengang herausgenommen wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest ein optisches Bauteil ausgewechselt werden kann, um das Objektiv an die jeweilige Anwendung anzupassen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass durch Auswerten zumindest eines mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bildes ein Sollzustand und ein davon abweichender Störzustand des Bauteils unterscheidbar sind. Grundsätzlich kann jede Veränderung eines Sollzustands als eine Störung gewertet werden. Bevorzugt können Bildfolgen, d.h. zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder des jeweiligen Bauteils, ausgewertet werden. Insbesondere können Überlagerungen mehrerer Bilder ausgewertet werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einstellung der Bildaufnahmeeinrichtung oder die Lage einer Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung veränderbar ist.
Die Bildaufnahmeeinrichtung kann derart verstellbar ausgeführt sein, dass die Bildaufnahmeeinrichtung oder eine Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung wahlweise entweder auf zumindest eine im Arbeitsbereich gelegene Ebene oder auf das im Strahlengang angeordnete Bauteil einstellbar ist. Hierbei kann folglich die Bildaufnahmeeinrichtung gewissermaßen sowohl für „Außenaufnahmen“ als auch für „Innenaufnahmen“ verwendet werden. Bei einer außerhalb, also im Arbeitsbereich gelegenen Ebene kann es sich insbesondere um eine auf dem Werkstück liegende Bearbeitungsebene und/oder um die Fokusebene der Fokussieroptik für den Laserstrahl handeln.
Wenn der Fokussieroptik ein an der Basis angebrachter Arbeitskopf nachgelagert ist, aus welchem der Laserstrahl austritt, dann kann die Bildaufnahmeeinrichtung oder eine Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung auf ein Bauteil eingestellt oder einstellbar sein, das in dem Arbeitskopf angeordnet ist.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann ein, insbesondere auswechselbares, Austrittsfenster für den Laserstrahl vorgesehen sein, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung oder eine Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung auf das Austrittsfenster, insbesondere auf eine Außenseite des Austrittsfensters, eingestellt oder einstellbar ist.
Das Austrittsfenster kann einem am Arbeitskopf vorgesehenen Prozessgasaustritt zugeordnet sein, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Austrittsfenster einen Innenraum des Arbeitskopfes und einen Prozessgasausbreitungsweg, insbesondere gasdicht, voneinander trennt. Ein solches Austrittsfenster ist folglich während des Betriebs zusätzlich dem Prozessgas ausgesetzt.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der Erfindung ist bei der Bearbeitungsvorrichtung eine Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Kamera, vorgesehen, die derart eingestellt oder einstellbar ist, dass durch Auswerten eines aufgenommenen Lichtmusters, das im Betrieb in einem Arbeitsbereich entsteht, ein Sollbetriebszustand und ein davon abweichender Störbetriebszustand unterscheidbar sind.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass während des Betriebs einer Laserbearbeitungsvorrichtung im Arbeitsbereich entstehende Lichtmuster sich verändern können, wenn der Betrieb der Bearbeitungsvorrichtung gestört ist. Beispielsweise wurde erkannt, dass eine Fehlausrichtung der Vorrichtung zu einer Asymmetrie eines Lichtmusters führen kann, das bei einer korrekt justierten Vorrichtung symmetrisch ist. Die konkreten Eigenschaften eines einem Sollbetriebszustand entsprechenden Lichtmusters hängen von vielen Faktoren ab. Systematische Untersuchungen haben ergeben, dass Änderungen eines bestimmten Lichtmusters reproduzierbar hervorgerufen werden können, wenn ein entsprechender Störbetriebszustand bewusst herbeigeführt wird. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass jeweils ein eindeutiger Zusammenhang besteht zwischen einer Änderung des Betriebszustands und einer Änderung des jeweils entstehenden Lichtmusters. Dabei muss eine Änderung des Lichtmusters nicht in einer Änderung einer Symmetrie bestehen. Auch andere Änderungen, z.B. in der Intensität oder einer Intensitätsverteilung, können ihre Ursache in einer identifizierbaren Störung der Vorrichtung oder des Betriebs der Vorrichtung haben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, diesen Umstand für eine Prozessüberwachung und insbesondere eine Inline-Prozesskontrolle zu nutzen, indem eine Bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen und derart ausgebildet und betrieben wird, dass die Lichtmuster aufgenommen werden können.
Für eine Prozessstörung kann nicht nur eine Fehlausrichtung der Vorrichtung ursächlich sein. Ein einem Sollbetriebszustand entsprechendes Lichtmuster kann sich beispielsweise auch durch ein defektes, verschmutztes oder beschädigtes Schutzglas, durch von einem Sollwert abweichende Rotationsgeschwindigkeiten eines rotierenden Arbeitskopfes, aus dem der Laserstrahl austritt, durch von einer Sollvorgabe abweichende Laserparameter und andere Fehler verändern.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Aspektes der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Für die Auswertung des oder der Lichtmuster kann eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein, an der das Lichtmuster mit dem Auge eines Benutzers auswertbar ist. Beispielsweise kann der Aufnahmebereich permanent auf einem Bildschirm dargestellt werden, sodass ein Benutzer zu jedem Zeitpunkt das jeweilige Lichtmuster beobachten kann. Im Falle einer als Störung gewerteten Veränderung des Lichtmusters kann dann eine entsprechende Maßnahme ergriffen und insbesondere die Laserbearbeitung abgebrochen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Bildverarbeitungseinrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, insbesondere mittels einer geeigneten Bilderkennungssoftware das jeweilige Lichtmuster auszuwerten. Eine solche elektronische Bildauswertung erfolgt insbesondere automatisch und/oder kontinuierlich während des Laserbearbeitungsprozesses.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Störung einer Symmetrie, insbesondere einer Rotations- oder Punktsymmetrie, zumindest eines Teils des Lichtmusters als ein Störbetriebszustand auswertbar ist.
Es hat sich gezeigt, dass Störungen anhand aufgenommener Lichtmuster auch und gerade dann erkannt werden können, wenn die Laserbearbeitung mittels eines rotierenden oder umlaufenden Laserstrahls erfolgt.
Wenn ein der Fokussieroptik nachgelagerter und von der Basis getragener Arbeitskopf vorgesehen ist, aus dem der Laserstrahl austritt, dann kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Arbeitskopf an der Basis drehbar angebracht ist und im Betrieb um eine Drehachse relativ zur Basis rotiert. Der Arbeitskopf kann von einem Rotor getragen sein, der an der Basis drehbar gelagert ist. Der Rotor kann über eine Außenseite der Basis hinaus vorstehen und den Arbeitskopf an seinem von der Außenseite beabstandeten freien Ende tragen.
Die Fokussieroptik für den Laserstrahl kann nichtrotierend an der Basis angebracht sein. Des Weiteren kann die Fokussieroptik für den Laserstrahl im Ausbreitungswerg längs der optischen Achse des Laserstrahls relativ zur Basis verstellbar sein. Wenn die Fokussieroptik ein Teil des Objektivs der Bildaufnahmeeinrichtung ist, kann auf diese Weise auch eine Einstellbarkeit der Bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen werden. Grundsätzlich ist es allerdings nicht zwingend, dass die Fokussieroptik für den Laserstrahl einen Teil des optischen Systems der Bildaufnahmeeinrichtung bildet.
Der Fokussieroptik für den Laserstrahl kann eine im Ausbreitungsweg angeordnete Kollimationsoptik vorgelagert sein. Die Brennweite der Kollimationsoptik kann im Bereich von 50 bis 450 mm liegen, bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 300 mm.
Die Fokussieroptik für den Laserstrahl kann eine Brennweite im Bereich von 80 bis 600 mm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 100 bis 400 mm.
Durch eine geeignete Ausleuchtung des Arbeitsbereiches kann erreicht werden, dass die während des Betriebs entstehenden Lichtmuster zuverlässig aufgenommen und Veränderungen eines jeweiligen Lichtmusters zuverlässig erkannt werden können. Eine Arbeitsbeleuchtung kann insbesondere in die Basis der Bearbeitungsvorrichtung integriert sein. Das Licht der Arbeitsbeleuchtung kann zumindest näherungsweise monochromatisch sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Arbeitsbeleuchtung ein optischer Filter zugeordnet sein. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, der Bildaufnahmeeinrichtung einen optischen Filter zuzuordnen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung unter Verwendung einer Vorrichtung mit einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls und/oder einer Einrichtung zur Einkoppelung eines Laserstrahls, einer Basis mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik für den Laserstrahl. Insbesondere wird eine Vorrichtung der hierin beschriebenen Art verwendet.
Bei dem Verfahren ist oder wird eine Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Kamera, vorgesehen, die auf wenigstens ein im Strahlengang des Laserstrahls angeordnetes Bauteil eingestellt ist oder eingestellt wird, wobei mittels der Bildaufnahmeeinrichtung zumindest ein Teil des Bauteils aufgenommen wird, und wobei durch Auswerten des aufgenommenen Bildes zwischen einem Sollzustand und einem davon abweichenden Störzustand des Bauteils unterschieden wird.
Hinsichtlich der Vorteile einer derartigen Bauteilüberwachung oder Bauteilüberprüfung wird auch auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung unter Verwendung einer Vorrichtung mit einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls und/oder einer Einrichtung zur Einkoppelung eines Laserstrahls, einer Basis mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik für den Laserstrahl. Insbesondere wird eine Vorrichtung der hierin beschriebenen Art verwendet.
Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass eine Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Kamera, vorgesehen ist oder vorgesehen wird, wobei mittels der Bildaufnahmeeinrichtung zumindest ein Lichtmuster aufgenommen wird, das im Betrieb in einem Arbeitsbereich entsteht, und wobei durch Auswerten des aufgenommenen Lichtmusters, insbesondere hinsichtlich einer Änderung zumindest einer Eigenschaft des Lichtmusters, zwischen einem Sollbetriebszustand und einem davon abweichenden Störbetriebszustand der Vorrichtung unterschieden wird.
Hinsichtlich der Vorteile einer hierdurch ermöglichten Prozessüberwachung wird auch auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Das Lichtmuster kann auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt und mit dem Auge eines Benutzers und/oder - bevorzugt automatisch - mit einer Bildverarbeitungseinrichtung ausgewertet werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das statische Aussehen des Lichtmusters und/oder das zeitliche Verhalten des Lichtmusters ausgewertet wird. Vorzugsweise werden zeitlich aufeinanderfolgende Aufnahmen des Lichtmusters ausgewertet. Anhand derartiger Bildfolgen oder auch Überlagerungen einzelner Aufnahmen bzw. Bilder kann zumindest in manchen Fällen ein Störbetriebszustand der Vorrichtung besonders gut erkannt werden.
Bevorzugt wird eine Störung einer Symmetrie zumindest eines Teils des Lichtmusters als ein Störbetriebszustand gewertet. Bei dieser Symmetrie kann es sich insbesondere um eine Rotations- oder Punktsymmetrie des Lichtmusters handeln.
Die Auswertung erfolgt vorzugsweise während des Laserbearbeitungsbetriebs der Vorrichtung. Wie bereits erwähnt, kann hierdurch in vorteilhafter Weise eine Inline-Prozesskontrolle realisiert werden.
Es kann ein der Fokussieroptik nachgelagerter und von der Basis getragener Arbeitskopf vorgesehen sein, aus dem der Laserstrahl austritt, wobei ein Lichtmuster aufgenommen wird, das im Betrieb in einem außerhalb des Arbeitskopfes gelegenen Arbeitsbereich und/oder im Arbeitskopf entsteht.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Werkstückoberfläche bearbeitet, die den Arbeitskopf zumindest teilweise umgibt, wobei vorzugsweise der Arbeitskopf an der Basis drehbar angebracht ist und im Betrieb um eine Drehachse relativ zur Basis rotiert, wobei die Symmetrieachse der rotationssymmetrischen Werkstückoberfläche im Betrieb mit der Drehachse zusammenfällt.
Es hat sich gezeigt, dass an Lichtmustern, die in einem solchen Rotationsbetrieb entstehen, eine Störung besonders gut erkannt und insbesondere mittels einer automatischen Bilderkennungssoftware ausgewertet werden kann.
Die mittlere Leistung des Laserstrahls im Betrieb kann im Bereich von 50 bis 50.000 Watt bevorzugt im Bereich von 500 bis 10.000 Watt liegen.
Der Laserstrahl kann gepulst oder kontinuierlich ausgesandt werden.
Des Weiteren kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Basis einerseits und das jeweilige Werkstück andererseits relativ zueinander verfahren werden. Dies erfolgt insbesondere parallel zu einer Drehachse eines Arbeitskopfes, parallel zu einer - bevorzugt ebenen - Werkstückoberfläche oder senkrecht zu einer Flächennormalen der Werkstückoberfläche. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Prozessüberwachung an grundsätzlich beliebig geformten Werkstücken und somit grundsätzlich beliebig gekrümmten Werkstückoberflächen möglich.
Des Weiteren können die Basis einerseits und das jeweilige Werkstück andererseits im Betrieb mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 50 Zentimeter pro Sekunde relativ zueinander verfahren werden.
Der Laserstrahl kann die Oberfläche des Werkstücks mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 500 Meter pro Sekunde überstreichen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass lediglich ein vorgegebener oder vorgebbarer Teil des mittels des Laserstrahls überstreichbaren Bereichs der Oberfläche des Werkstücks bearbeitet wird, indem der Laserstrahl im Betrieb abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet oder wiederholt vorübergehend unterbrochen wird.
Hierdurch kann beispielsweise auf einer ebenen Werkstückoberfläche ein streifenförmiger Bereich bearbeitet werden, der schmaler ist als der Durchmesser eines Kreises, entlang welchem ein permanent austretender Laserstrahl, der beispielsweise aus einem relativ zur Basis rotierenden Arbeitskopf austritt, die Werkstückoberfläche überstreichen würde.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere einer Kamera, bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung, insbesondere bei einer Vorrichtung der hierin beschriebenen Art, und zwar zum Überwachen eines im Strahlengang eines Laserstrahls angeordneten Bauteils der Vorrichtung, insbesondere zum Erkennen von Verschmutzungen und/oder Beschädigungen des Bauteils. Vorzugsweise wird ein, insbesondere auswechselbares, Austrittsfenster für den Laserstrahl überwacht.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere einer Kamera, bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung, insbesondere bei einer Vorrichtung der hierin beschriebenen Art, und zwar zum Aufnehmen eines Lichtmusters, das im Betrieb in einem Arbeitsbereich entsteht und durch dessen Auswertung zwischen einem Sollbetriebszustand und einem davon abweichenden Störbetriebszustand der Vorrichtung unterschieden werden kann.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Fokussieroptik für den Laserstrahl und die Bildaufnahmeeinrichtung ein Objektiv umfasst, wobei die Fokussieroptik für den Laserstrahl zumindest als ein Teil des Objektivs der Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird.
Generell ist es bei der erfindungsgemäßen Prozessüberwachung nicht zwingend erforderlich, dass die Bildaufnahmeeinrichtung auf eine ganz bestimmte Ebene eingestellt ist, um die Lichtmuster aufnehmen zu können. In manchen Fällen kann dies erforderlich sein. In anderen Fällen dagegen kann z.B. eine als Beobachtungseinrichtung dienende Kamera auf eines der optischen Elemente, z.B. ein als Austrittsfenster dienendes Schutzglas, scharfgestellt sein und gleichzeitig das Lichtmuster aufnehmen. Es kann also genügen, das Lichtmuster unscharf aufzunehmen.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä-ßen Bearbeitungsvorrichtung,
2 einen vergrößerten Ausschnitt von 1,
3 und 4 Fotos von während des Betriebs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entstehenden Lichtmustern, und
5 bis 8 Prinzipdarstellungen von Lichtmustern, die während des Betriebs einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung entstehen können.

Gemäß 1 und 2 umfasst die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung eine Basis 17 mit einem Gehäuse 18. In dem Gehäuse ist ein Rotor 27 um eine Drehachse 23 mittels Wälzlagern 81 drehbar gelagert. Den Drehantrieb für den Rotor 27 bildet ein Elektromotor, dessen Stator 83 dargestellt ist.
Der Rotor 27 ragt aus dem Gehäuse 18 heraus und steht über eine Unterseite der Basis 17 hinaus vor. An seinem freien Ende trägt der Rotor 27 einen Arbeitskopf 21, aus dem im Betrieb der Vorrichtung ein Laserstrahl 15 schräg unter einem Winkel von beispielsweise 30° bis 90° zur Drehachse 23 austritt. Hierzu ist in einem Innenraum 51 des Arbeitskopfes 21 eine Umlenkeinrichtung 25 in Form eines Drehspiegels angeordnet, der gemeinsam mit dem Rotor 27 und somit dem Arbeitskopf 21 um die Drehachse 23 rotiert.
Der Arbeitskopf 21 ist mit einer kappenartigen Schutzabdeckung 37 versehen, die den Arbeitskopf 21 - genauer gesagt den Innenraum 51 und somit die darin befindlichen Bauteile - mit Ausnahme eines Austritts für den Laserstrahl 15 vollständig abdeckt. Der Austritt für den Laserstrahl 15 wird von einem als Austrittsfenster dienenden Schutzglas 53 sowie einem Düsenelement 47 gebildet, das in einer Öffnung 49 der Schutzkappe 37 sitzt. Durch das Schutzglas 53 ist der Innenraum 51 von der Düse 47 gasdicht getrennt und somit vor äußeren Einflüssen geschützt.
Die Schutzkappe 37 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse 23 und zudem strömungsgünstig geformt, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel nach dem Vorbild eines aus der Luftfahrt bekannten, vor dem Propeller oder dem Triebwerk zentral angeordneten Spinners, der als eine stromlinienförmige Verkleidung dient. Hierauf wird nachstehend näher eingegangen.
Der Laserstrahl 15 wird von einer externen Laserstrahlquelle 11 erzeugt und mittels einer Einrichtung 13 in die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung eingekoppelt. Alternativ kann die Laserstrahlquelle 11 ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung sein.
Eine Kollimationsoptik 29 für den Laserstrahl 15 kann eine Brennweite im Bereich von 50 bis 450 mm und insbesondere im Bereich von 100 bis 300 mm aufweisen.
Der hierdurch einen parallelen Strahlungsverlauf aufweisende Laserstrahl 15 trifft auf einen teildurchlässigen Umlenkspiegel 95. Der auf diese Weise umgelenkte Laserstrahl 15 breitet sich entlang einer optischen Achse aus, die mit der Drehachse 23 des Rotors 27 zusammenfällt.
Innerhalb der Basis 17 tritt der Laserstrahl 15 durch eine Fokussieroptik 19, die beispielsweise eine Brennweite im Bereich von 150 bis 600 mm und insbesondere im Bereich von 200 bis 400 mm aufweisen kann. Anschließend trifft der Laserstrahl 15 auf die im Arbeitskopf 21 angeordnete Umlenkeinrichtung 25, die aufgrund der Rotation des Arbeitskopfes 21 als Drehspiegel für den Laserstrahl 15 wirksam ist.
Die Fokusebene der Fokussieroptik 19 ist während des Betriebs auf eine zu bearbeitende Oberfläche 33 eines Werkstücks 31 eingestellt. Bei der Werkstückoberfläche 33 handelt es sich in der hier gezeigten Anwendung um die Lauffläche einer Zylinderbohrung 99. In 1 ist rein beispielhaft ein Werkstück 31 mit mehreren Zylinderbohrungen 99 dargestellt, die nacheinander bearbeitet werden sollen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dazu verwendet werden, anders geformte und insbesondere auch ebene Werkstücke zu bearbeiten.
Das optische System der Bearbeitungsvorrichtung umfasst außerdem eine in der optischen Achse des Laserstrahls 15 auf der anderen Seite des teildurchlässigen Spiegels 95 angeordnete Kamera 85, die ein eine oder mehrere Linsen umfassendes Objektiv 87 mit einem vorgeschalteten optischen Filter 91 aufweist.
Die einzelnen optischen Komponenten der Kollimationsoptik 29, der Fokussieroptik 19 sowie des Objektivs 87 der Kamera 85 sind jeweils mittels einer Verstelleinrichtung 30, 20 bzw. 88 entlang der optischen Achse verstellbar. Es ist möglich, die einzelnen optischen Komponenten in einfach auswechselbaren Einsätzen anzuordnen, z.B. in Laufbuchseneinsätzen.
Das letztlich wirksame Objektiv der Kamera 85 wird tatsächlich von dem Objektiv 87 und der Fokussieroptik 19 gemeinsam gebildet. Insbesondere in Verbindung mit der erwähnten Verstellbarkeit der optischen Komponenten kann hierdurch die Kamera 85 in vielfältiger Weise genutzt werden, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
Die Basis 17 ist an ihrem unteren, während des Betriebs dem jeweiligen Werkstück 31 zugewandten Ende, aus welchem der Rotor 27 vorsteht, mit einem mehrteiligen Funktionsbauteil versehen, das mehreren Zwecken dient. Dieses Funktionsbauteil umfasst ein Innenteil 67 sowie ein Außenteil 69, die jeweils einen zylindrischen, den aus der Basis 17 vorstehenden Teil des Rotors 27 konzentrisch umgebenden Abschnitt sowie einen plattenförmigen Befestigungsabschnitt 77 bzw. 79 aufweisen. Die Form der Befestigungsabschnitte 77, 79 entspricht dem Querschnitt des Gehäuses 18 der Basis 17 senkrecht zur Drehachse 23. Das Gehäuse 18 ist bevorzugt zylindrisch mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, so dass die Befestigungsabschnitte 77, 79 jeweils von einer kreisförmigen Platte mit einer zentralen Öffnung für den Rotor 27 gebildet sind. Alternativ können das Gehäuse 18 und die Befestigungsabschnitte 77, 79 auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Die Befestigungsabschnitte 77, 79 sowie die zylindrischen Abschnitte des Innenteils 67 und des Außenteils 69 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einstückig miteinander ausgebildet. Eine jeweils mehrteilige Ausführung ist alternativ möglich.
Das Innenteil 67 und das Außenteil 69 sind an der Unterseite des Gehäuses 18 der Basis 17 befestigt und rotieren folglich während des Betriebs nicht. Die zylindrischen Abschnitte, insbesondere eine Innenwand 71 des Innenteils 67 sowie eine äußere Ummantelung 39 des Außenteils 69, bilden einen konzentrischen Mantel für den vorstehenden Abschnitt des Rotors 27 zwischen der Unterseite des Gehäuses 18 der Basis 17 und der am freien Ende des Rotors 27 getragenen Schutzkappe 37.
Ein Zweck dieses Funktionsbauteils 67, 69 besteht darin, als Träger für eine Arbeitsbeleuchtung zu dienen, die hier in Form mehrerer nach unten in den Arbeitsbereich abstrahlender LEDs 35 vorgesehen ist. Das ausgesandte Licht der LEDs 35 kann monochromatisch sein. Alternativ kann diese Arbeitsbeleuchtung 35 mit einem optischen Filter versehen sein, der nur für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich durchlässig ist. Der optische Filter kann beispielsweise als Absorptionsfilter, Bandpassfilter, dichroitischer Filter, Interferenzfilter, Kantenfilter oder Kerbfilter ausgeführt sein.
Die Arbeitsbeleuchtung 35, gegebenenfalls in Verbindung mit ihrem erwähnten optischen Filter, kann auf die Kamera 85 und deren optischen Filter 91 abgestimmt sein, um eine Ausleuchtung des Arbeitsbereiches zu erzielen, die auf die jeweils mit der Kamera 85 durchgeführte Anwendung abgestimmt ist.
Des Weiteren dient das Funktionsbauteil als fluidgekühlte Abschirmung für den Rotor 27. Insbesondere bilden die beiden zylindrischen Abschnitte des Innenteils 67 und des Außenteils 69 einen den Rotor 27 umgebenden Kühlmantel einer Fluidkühlung. Vor allem schützt der fluidgekühlte Mantel den Rotor 27 vor der von der Werkstückoberfläche 33 reflektierten Laserstrahlung. Ein solches „Hitzeschild“, das im Folgenden auch einfach als Kühlung oder Fluidkühlung des Rotors 27 bezeichnet wird, ist auch vorteilhaft aufgrund der durch die vergleichsweise hohe Laserleistung bedingten Wärmeentwicklung im Arbeitsbereich, im dargestellten Ausführungsbeispiel also innerhalb der zu bearbeitenden Zylinderbohrungen 99.
Die Innenwand 71 des Innenteils 67 sowie die äußere Ummantelung 39 des Außenteils 69 bilden jeweils einen Kühlabschnitt des Kühlmantels und begrenzen gemeinsam eine Kühlstruktur in Form eines von einem Kühlfluid durchströmten Kanalsystems 73, das in 1 und 2 vereinfacht als ein Ringraum dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlstruktur an der Außenseite der Innenwand 71 ausgebildet, wohingegen die Innenseite der äußeren Ummantelung 39 keine Kühlstrukturen aufweist. Alternativ können die das Fluidkanalsystem 73 begrenzenden Strukturen, wie insbesondere den Verlauf des Kanalsystems bestimmende Wände bzw. Vertiefungen, auch an der Innenseite der äußeren Ummantelung 39 vorgesehen sein.
Die Abdichtung erfolgt durch axial oberhalb und axial unterhalb des Kanalsystems 73 angeordnete O-Ring-Dichtungen zwischen der Innenwand 71 und der äußeren Ummantelung 39.
Als Kühlfluid dient vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Alternativ kann auch ein gasförmiges Kühlfluid verwendet werden. Vorzugsweise zirkuliert das Kühlfluid in einem Kreislauf. Mit dem Kanalsystem 73 und einer nicht dargestellten Kühlfluidquelle kommunizierende Zuführ- und Abführkanäle sind nicht dargestellt und verlaufen beispielsweise durch den Befestigungsabschnitt 77 des Innenteils. Auf diese Weise kann das Kühlfluid radial von außen zugeführt bzw. nach außen abgeführt werden.
Des Weiteren dient das den Rotor 27 umgebende Funktionsbauteil 67, 69 dazu, der zusammen mit dem Arbeitskopf 21 rotierenden Düse 47 ein Prozessgas zuzuführen. Bei dem Prozessgas handelt es sich insbesondere um ein Inertgas. Beispielsweise kann Stickstoff, Helium oder Argon eingesetzt werden. Es ist auch möglich, Sauerstoff oder Druckluft als Prozessgas zu verwenden.
Der Einsatz von Prozessgasen an Laserbearbeitungsvorrichtungen ist grundsätzlich bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung besteht eine Besonderheit darin, dass das Prozessgas unter vergleichsweise hohem Druck zugeführt wird, d.h. die Gasdüse 47 mit einem relativ hohen Druck beaufschlagt wird, der höher als ein typischerweise verwendeter Sperrdruck ist und insbesondere mehr als etwa 0,5 bar beträgt. Insbesondere kann gemäß der vorliegenden Offenbarung das Prozessgas unter einem Druck von mehr als 1 bar und insbesondere von bis zu 15 bar und mehr zugeführt werden.
Die Zuführung des von einer Prozessgasquelle 42 z.B. in Form einer Gasflasche bereitgestellten Prozessgases erfolgt über das nichtrotierende Funktionsbauteil, das den außerhalb des Gehäuses 18 der Basis 17 liegenden Teil des Rotors 27 umgibt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Befestigungsabschnitt 77 des Innenteils 67 ein radial verlaufender, als Gaszuführung 43 dienender Kanal ausgebildet, der in einen axial verlaufenden Kanal 57 übergeht, welcher einen der Basis zugeordneten Gaszuführweg bildet. Vor dem axial unteren Ende der den Rotor 27 umgebenden Innenwand 71 geht der axiale Gaskanal 57 in einen Ringkanal 61 über, der einen Bestandteil einer Drehdurchführung 59 für das zugeführte Prozessgas zum sich während des Betriebs drehenden Rotor 27 bildet. In axialer Richtung ist diese Drehdurchführung 59 durch Gasabdichtungen 65 abgedichtet. Diese Gasabdichtungen 65 können berührend oder berührungslos ausgeführt sein. Als berührende Gasabdichtungen kommen beispielsweise O-Ring-, Wellen-, Gleitring-, Kolben- oder Stangendichtungen zum Einsatz. Alternativ können berührungslose Spalt-, Sperrluft- oder Labyrinthdichtungen vorgesehen sein.
Für den Fall, dass die Gasabdichtungen 65 versagen, ist im Gehäuse 18 der Basis 17 ein Überdruckkanal 66 ausgebildet, der mit dem Raum zwischen der Außenseite des Rotors 27 und der dem Rotor 27 zugewandten Innenseite der Innenwand 71 des Innenteils 77 in Verbindung steht. Über diesen Kanal 66 kann die Abdichtungen 65 überwindendes Prozessgas notfalls aus der Vorrichtung entweichen, ohne in das Innere der Basis 17 zu gelangen.
Im Rotor 27 ist ein als Gaszuführung für die Gasdüse 47 dienender Gaszuführweg 63 in Form eines Kanals ausgebildet, der über einen radialen Einlass 62 permanent mit dem Ringraum 61 in Verbindung steht. Der Gaszuführweg 63 des Rotors 27 geht in einen Gasausbreitungsweg 55 des Arbeitskopfes 21 über und mündet in den Austrittskanal des Düsenelements 47, über den das zugeführte Prozessgas zu einer Austrittsöffnung 48 des Düsenelementes 47 strömen und als ein Gasstrahl austreten kann.
Die Mittelachse der Düse 47 und somit des Gasstrahls fällt mit der optischen Achse des zuvor am Spiegel 25 umgelenkten Laserstrahls 15 zusammen. Dies ist jedoch nicht zwingend. In einer alternativen Ausgestaltung können der austretende Gasstrahl und der austretende Laserstrahl 15 auch auseinanderfallen. Die Schutzkappe 37 kann beispielsweise einen Gasaustritt aufweisen, der räumlich von einem Austritt für den Laserstrahl getrennt ist. In diesem Fall können der Laserstrahl 15 und der Gasstrahl derart ausgerichtet sein, dass sie auf der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 33 zusammentreffen, d.h. auf die gleiche Stelle der Werkstückoberfläche 33 zielen.
Der insbesondere den Drehspiegel 25 enthaltende Innenraum 51 der Schutzabdeckung 37 ist durch das an einer Halterung 54 auswechselbar befestigte Schutzglas 53 von dem Ausbreitungsweg 55 des Prozessgases innerhalb des Arbeitskopfes 21 getrennt. Das Prozessgas kann folglich nicht in jenen Teil des Arbeitskopfes 21 sowie des Rotors 27 gelangen, in welchem sich die optischen Komponenten befinden und sich der Laserstrahl 15 ausbreitet.
Bei dem in die Öffnung 49 der Schutzkappe 37 eingesetzten Düsenelement 47 kann es sich um ein auswechselbares Bauteil handeln. Die Länge des Düsenelements 47 und somit der Abstand der Austrittsöffnung 48 der Düse 47 von den übrigen Komponenten des Arbeitskopfes 21 und insbesondere von der Drehachse 23 kann so auf die Abmessungen des jeweils zu bearbeitenden Werkstücks 31 angepasst werden, beispielsweise an den Durchmesser der zu bearbeitenden Innenflächen 33 der Zylinderbohrungen 99. Auf diese Weise kann ein jeweils gewünschter Arbeitsabstand zwischen der zu bearbeitenden Innenfläche 33 und der Austrittsöffnung 48 der Düse 47 erreicht werden. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung kann dieser Abstand in einem Bereich von 0,3 bis 20 mm und insbesondere in einem Bereich von 0,5 bis 5 mm liegen.
Mit einem hinsichtlich Stärke und Form geeignet ausgebildeten und ausreichend präzise platzierten Gasstrahl kann erreicht werden, dass die bei der Bearbeitung des Werkstücks mit dem Laserstrahl 15 entstehende Schmelze, d.h. das verdampfende Werkstückmaterial, aus der durch die Laserbearbeitung herzustellenden Oberflächenstruktur zuverlässig ausgetrieben wird. Hierdurch können Oberflächenstrukturen mit einer extrem hohen Genauigkeit erzeugt werden.
Der Arbeitskopf ist durch die Schutzkappe 37 und das Schutzglas 53 nicht nur vor der bei der Laserbearbeitung entstehenden Wärme insbesondere aufgrund der von der Werkstückoberfläche 33 reflektierten Laserstrahlung, sondern auch vor den dabei entstehenden Materialspritzern geschützt, die insbesondere auch aufgrund der Verwendung des Gasstrahls vergleichsweise stark beschleunigt werden.
Diese relativ belastenden Arbeitsbedingungen im Bereich des Arbeitskopfes 21 sind insbesondere eine Folge der vergleichsweise hohen Leistung des Laserstrahls 15 sowie der relativ hohen Drehzahl des Rotors 27. Diese Betriebsparameter sind - wie an anderer Stelle bereits erwähnt - erforderlich, um eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Genauigkeit der herzustellenden Oberflächenstrukturen zu erreichen.
Die Laserbearbeitung kann mit einem gepulsten oder einem kontinuierlich ausgesandten Laserstrahl 15 erfolgen. Die mittlere Laserleistung kann im Bereich von 200 bis 5.000 Watt, insbesondere im Bereich von 500 bis 3.000 Watt liegen. Die Drehzahl des Rotors 27 kann im Bereich von 300 bis 20.000 U/min liegen. Der Arbeitskopf 21 kann mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 30 Zentimeter pro Sekunde axial verfahren werden. Bei einem Durchmesser einer zu bearbeitenden Zylinderbohrung 99 im Bereich von 30 bis 150 mm, insbesondere im Bereich von 50 bis 120 mm, können mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung Bearbeitungszeiten pro Zylinder von 1 bis 60 Sekunden erreicht werden. Bei einer Drehzahl des Rotors 27 von etwa 4.500 U/min beispielsweise kann die Innenfläche einer normale Abmessungen aufweisenden Zylinderbohrung 99 innerhalb von etwa 20 Sekunden mit einer Oberflächenstruktur in Form einer Aufrauhung versehen werden.
Um zu verhindern, dass die bei der Bearbeitung entstehende Schmelze sich zum Teil wieder auf der bearbeiteten Oberfläche absetzt und somit die Güte der Oberflächenstruktur beeinträchtigt, ist es bereits bekannt, mit einer Absaugung zu arbeiten. Dies ist in 1 schematisch angedeutet.
Eine Absaugvorrichtung 93 ist über Saugleitungen 97 an die zu bearbeitenden Bohrungen 99 angeschlossen, die - wie in 1 bei der linken Bohrung 99 durch die Pfeile angedeutet - jeweils über ihren Boden beaufschlagt werden.
Die stromlinienförmige Ausgestaltung der Schutzabdeckung 37 des Arbeitskopfes 21 nach Art eines „Spinners“ sorgt dafür, dass während der Bearbeitung durch die vorstehend erläuterte Absaugung im Arbeitsbereich um die Schutzkappe 37 herum Strömungsverhältnisse entstehen, die für einen zuverlässigen Abtransport des mittels der Gasdüse 47 ausgetriebenen Werkstückmaterials sorgen. Insbesondere kann erreicht werden, dass im Bereich der Schutzabdeckung 37 eine zumindest näherungsweise laminare Strömung in dem von der Zylinderbohrung 99 effektiv gebildeten Absaugkanal entsteht.
Das Austreiben des bei der Bearbeitung entstehenden Materials mittels des Gasstrahls und die zuverlässige, durch die strömungsgünstige Formung der Schutzkappe 37 begünstigte Absaugung des ausgetriebenen Materials gewährleisten eine extrem hohe Bearbeitungsgenauigkeit und somit extrem hohe Präzision der jeweils mittels des Laserstrahls 15 hergestellten Oberflächenstrukturen.
Die hohe Bearbeitungspräzision wird insbesondere auch im Hinblick auf die vergleichsweise hohe Drehzahl des Rotors 27 auch dadurch erreicht, dass die Fokussieroptik 19 für den Laserstrahl 15 nicht gemeinsam mit dem Rotor 27 rotiert. Die feststehende Fokussieroptik 19 kann einfacher befestigt und somit ausgerichtet werden. Insbesondere ist eine feststehende Fokussieroptik 19 keinen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Eventuelle Fehlausrichtungen einer rotierenden Fokussieroptik dagegen könnten praktisch nicht korrigiert werden und hätten größere Ungenauigkeiten zur Folge als eventuelle Fehlausrichtungen einer feststehenden Fokussieroptik. Insbesondere exzentrische Fehlauslenkungen des Laserstrahls sowie eine „Unwucht“ aufgrund einer nicht exakt ausgerichteten Fokussieroptik werden bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung folglich vermieden.
Des Weiteren kann die nichtrotierende Fokussieroptik 19 vergleichsweise einfach entlang der optischen Achse verstellbar und/oder auswechselbar ausgeführt werden. Hierdurch kann die Bearbeitungsvorrichtung schnell und einfach modifiziert werden, um beispielsweise unterschiedlich große Oberflächenstrukturen zu realisieren, indem die Position oder die Brennweite der Fokussieroptik 19 entsprechend angepasst wird.
Mit der in die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung integrierten, die Kamera 85 mit Objektiv 87 und Filter 91 aufweisenden Beobachtungseinrichtung kann zum einen eine anfängliche Ausrichtung der Vorrichtung und insbesondere des Arbeitskopfes 21 relativ zu dem Werkstück 31 durchgeführt werden. Zum anderen ist es aufgrund des mit der Fokussieroptik 19 zusammenwirkenden, verstellbaren Objektivs 87 der Kamera 85 möglich, deren Fokusebene auf ein jeweils im Strahlengang gelegenes optisches Bauteil einzustellen. Insbesondere kann die dem Arbeitsbereich zugewandte Außenseite des Schutzglases 53 während des Betriebs oder in Betriebsunterbrechungen beobachtet bzw. überprüft werden. Des Weiteren kann auch der Umlenkspiegel 25 überwacht werden, indem die Fokusebene der Kamera 85 entsprechend eingestellt, d.h. die Kamera 85 auf den Umlenkspiegel 85 scharfgestellt wird.
Des Weiteren kann die Kamera 85 für eine laufende Prozessüberwachung eingesetzt werden, indem während der Bearbeitung im Arbeitsbereich entstehende Lichtmuster aufgenommen und diese Bearbeitungsmuster manuell oder automatisch mittels einer Bildbearbeitungssoftware ausgewertet werden. Dies erfolgt in einer Bildverarbeitungseinrichtung 86, die an die Kamera 85 angeschlossen ist.
Derartige Lichtmuster sind in den 3 und 4 anhand während eines realen Bearbeitungsbetriebs aufgenommener Fotos sowie in den 5, 6, 7 und 8 jeweils schematisch dargestellt.
Wie die 3 und 4 zeigen, ist die Kamera 85 mit einem Fadenkreuz 90 versehen, dessen Mittelpunkt mit der optischen Achse der Bearbeitungsvorrichtung zusammenfällt, womit eine exakte Positionierung des Laserstrahls 15 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 33 ermöglicht wird.
Das Lichtmuster 89 gemäß 3 ist bezüglich des Fadenkreuzes 90 punktsymmetrisch, was als eine korrekte geometrische Ausrichtung der Vorrichtung gewertet werden kann. Die vier Keulen 92 des Lichtmusters 89 zeigen jedoch nicht alle die gleiche Intensität. Dies kann als eine Störung der Vorrichtung gewertet werden.
In 4 sind die beiden Keulen 92 des Lichtmusters 89 unterschiedlich groß, was wiederum als eine Fehlausrichtung oder als eine andere Störung der Vorrichtung gewertet werden kann.
Der Zusammenhang zwischen einer wie auch immer gearteten Störung eines einem Sollbetriebszustand entsprechenden Lichtmusters einerseits und einer jeweiligen Ursache für die Störung andererseits kann in der Praxis für die jeweilige Bearbeitungsvorrichtung z.B. empirisch ermittelt werden. Dieser Zusammenhang kann insbesondere abhängig sein von der Art und der Leistung der verwendeten Laserstrahlung, von der Beschaffenheit des zu bearbeitenden Werkstücks 31, von dem Austrittswinkel der Laserstrahlung 15 bezogen auf die Drehachse 23, von der Drehzahl des Arbeitskopfes 21 sowie von dem Abstand des Arbeitskopfes 21 bzw. des Umlenkspiegels 25 von der Werkstückoberfläche 33.
Bei der Störung kann es sich um eine Störung der Symmetrie des Lichtmusters handeln. Grundsätzlich kann aber jede Änderung eines einem Sollbetriebszustand entsprechenden Lichtmusters als eine Störung gewertet werden.
Die 5, 6 und 7 zeigen lediglich beispielhaft mögliche symmetrische Lichtmuster 89, die einem ordnungsgemäßen Sollbetriebszustand der Bearbeitungsvorrichtung entsprechen. Eine mögliche Störung des Lichtmusters von 7 ist in 8 dargestellt. Die Symmetrie des Lichtmusters 89 gemäß 8 ist gestört.
An einer Störung oder Änderung eines einem Sollbetriebszustand entsprechenden Lichtmusters kann eine automatisch arbeitende, die mittels der Kamera 85 aufgenommenen Bilder in Echtzeit verarbeitende Bilderkennungssoftware einen Störbetriebszustand der Bearbeitungsvorrichtung erkennen und daraufhin eine vorgegebene Maßnahme ergreifen. Beispielsweise kann die Laserbearbeitung automatisch unterbrochen oder ein entsprechendes Signal ausgegeben werden.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass bei der erfindungsgemäßen Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung mehrere neuartige Konzepten verwirklicht sind, die bereits jeweils für sich genommen von Vorteil sind und insbesondere im Zusammenwirken kurze Bearbeitungszeiten pro Werkstück bei gleichzeitig hoher Bearbeitungsgenauigkeit ermöglichen.
Bezugszeichenliste

11: Laserstrahlquelle
13: Einkoppeleinrichtung
15: Laserstrahl
17: Basis
18: Gehäuse
19: Fokussieroptik
20: Verstelleinrichtung
21: Arbeitskopf
23: Drehachse, optische Achse
25: Umlenkeinrichtung, Drehspiegel
27: Rotor
29: Kollimationsoptik
30: Verstelleinrichtung
31: Werkstück
33: Werkstückoberfläche, Innenfläche
35: Arbeitsbeleuchtung, LED
37: Schutzabdeckung
39: Äußere Ummantelung, Kühlabschnitt
41: Spalt
42: Prozessgasquelle
43: Gaszuführung
45: Gasaustritt
47: Düse, Düsenelement
48: Austrittsöffnung
49: Öffnung
51: Innenraum
53: Austrittsfenster, Schutzglas
54: Halterung
55: Prozessgasausbreitungsweg
57: Gaszuführung der Basis
59: Drehdurchführung
61: Ringkanal
62: Einlass
63: Gaszuführweg des Rotors
65: Gasabdichtung
66: Überdruckkanal
67: Innenteil
69: Außenteil
71: Innenwand, Kühlabschnitt
73: Kühlstruktur, Kanalsystem
77: Befestigungsabschnitt des Innenteils
79: Befestigungsabschnitt des Außenteils
81: Lagerung
83: Drehantrieb, Stator
85: Bildaufnahmeeinrichtung, Kamera
86: Bildverarbeitungseinrichtung
87: Objektiv
88: Verstelleinrichtung
89: Lichtmuster
90: Fadenkreuz
91: Filter
92: Keule
93: Absaugvorrichtung
95: Umlenkspiegel
97: Saugleitung
99: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016103578 A1 [0004]
DE 102007023418 B4 [0006]

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung, mit - einer Laserstrahlquelle (11) zur Erzeugung und/oder einer Einrichtung (13) zur Einkoppelung eines Laserstrahls (15), - einer Basis (17) mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und - einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl, wobei eine Bildaufnahmeeinrichtung (85), insbesondere eine Kamera, vorgesehen ist, die auf wenigstens ein im Strahlengang des Laserstrahls angeordnetes Bauteil (53) eingestellt oder einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (85) ein Objektiv (87, 19) umfasst, dessen Fokusebene auf das Bauteil (53) eingestellt oder einstellbar ist, wobei vorzugsweise das Objektiv die Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl (15) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Objektiv (87, 19) einstellbar ist, insbesondere durch Verschieben optischer Bauteile relativ zueinander und/oder relativ zur Bildaufnahmeeinrichtung (85), und/oder durch Ein- und/oder Ausbringen und/oder durch Auswechseln zumindest eines optischen Bauteils.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Auswerten zumindest eines mittels der Bildaufnahmeeinrichtung (85) aufgenommenen Bildes ein Sollzustand und ein davon abweichender Störzustand des Bauteils (53) unterscheidbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einstellung der Bildaufnahmeeinrichtung (85) oder die Lage einer Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung (85) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (85) oder eine Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung (85) wahlweise entweder auf zumindest eine im Arbeitsbereich gelegene Ebene, insbesondere auf eine auf dem Werkstück (31) liegende Bearbeitungsebene und/oder auf die Fokusebene der Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl (15), oder auf das im Strahlengang angeordnete Bauteil (53) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (85) oder eine Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung (85) auf ein Bauteil (53) eingestellt oder einstellbar ist, das in einem der Fokussieroptik (19) nachgelagerten Arbeitskopf (21) angeordnet ist, aus dem der Laserstrahl (15) austritt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein, insbesondere auswechselbares, Austrittsfenster (53) für den Laserstrahl (15) vorgesehen ist, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (85) oder eine Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung (85) auf das Austrittsfenster (53), insbesondere auf eine Außenseite des Austrittsfensters, eingestellt oder einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein der Fokussieroptik (19) nachgelagerter und von der Basis (17) getragener Arbeitskopf (21) vorgesehen ist, aus dem der Laserstrahl (15) durch ein, insbesondere auswechselbares, Austrittsfenster (53) des Arbeitskopfes (21) austritt, und wobei das Austrittsfenster (53) einem vom Arbeitskopf (21) getragenen Prozessgasaustritt (45) zugeordnet ist, wobei insbesondere das Austrittsfenster einen Innenraum (51) des Arbeitskopfes und einen Prozessgasausbreitungsweg (55), insbesondere gasdicht, voneinander trennt.
Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung, mit - einer Laserstrahlquelle (11) zur Erzeugung und/oder einer Einrichtung (13) zur Einkoppelung eines Laserstrahls (15), - einer Basis (17) mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und - einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl, wobei eine Bildaufnahmeeinrichtung (85), insbesondere eine Kamera, vorgesehen ist, die derart eingestellt oder einstellbar ist, dass durch Auswerten eines aufgenommenen Lichtmusters (89), das im Betrieb in einem Arbeitsbereich entsteht, insbesondere hinsichtlich einer Änderung zumindest einer Eigenschaft des Lichtmusters, ein Sollbetriebszustand und ein davon abweichender Störbetriebszustand unterscheidbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei für das Lichtmuster (89) eine Anzeigeeinrichtung, an der das Lichtmuster mit dem Auge eines Benutzers auswertbar ist, und/oder eine Bildverarbeitungseinrichtung (86) zur, insbesondere automatischen, elektronischen Auswertung des Lichtmusters vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Störung einer Symmetrie, insbesondere einer Rotations- oder Punktsymmetrie, zumindest eines Teils des Lichtmusters (89) als ein Störbetriebszustand auswertbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein der Fokussieroptik (19) nachgelagerter und von der Basis (17) getragener Arbeitskopf (21) vorgesehen ist, aus dem der Laserstrahl (15) austritt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Arbeitskopf (21) an der Basis (17) drehbar angebracht ist und im Betrieb um eine Drehachse (23) relativ zur Basis rotiert.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Arbeitskopf (21) von einem Rotor (27) getragen ist, der an der Basis (17) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Rotor (27) über eine Außenseite der Basis (17) hinaus vorsteht und den Arbeitskopf (21) an seinem von der Außenseite beabstandeten freien Ende trägt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl (15) nichtrotierend an der Basis (17) angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl (15) im Ausbreitungsweg längs der optischen Achse des Laserstrahls (15) relativ zur Basis (17) verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl (15) eine im Ausbreitungsweg angeordnete Kollimationsoptik (29) vorgelagert ist, deren Brennweite im Bereich von 50 bis 450mm liegt, bevorzugt im Bereich von 100 bis 300mm.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussieroptik (19) eine Brennweite im Bereich von 80 bis 600mm aufweist, bevorzugt im Bereich von 100 bis 400mm.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Basis (17) eine Arbeitsbeleuchtung (35) integriert ist, wobei vorzugsweise das Licht der Arbeitsbeleuchtung (35) zumindest näherungsweise monochromatisch ist und/oder wobei der Arbeitsbeleuchtung und/oder der Bildaufnahmeeinrichtung (85) ein optischer Filter zugeordnet ist.
Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung unter Verwendung einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit - einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls (15), - einer Basis (17) mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und - einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl, wobei eine Bildaufnahmeeinrichtung (85), insbesondere eine Kamera, vorgesehen ist oder vorgesehen wird, die auf wenigstens ein im Strahlengang des Laserstrahls angeordnetes Bauteil (53) eingestellt ist oder eingestellt wird, wobei mittels der Bildaufnahmeeinrichtung zumindest ein Bild des Bauteils aufgenommen wird, und wobei durch Auswerten des aufgenommenen Bildes zwischen einem Sollzustand und einem davon abweichenden Störzustand des Bauteils unterschieden wird.
Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Laserstrahlung unter Verwendung einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit - einer Laserstrahlquelle (11) zur Erzeugung und/oder einer Einrichtung (13) zur Einkoppelung eines Laserstrahls (15), - einer Basis (17) mit einem Ausbreitungsweg für den Laserstrahl, und - einer im Ausbreitungsweg angeordneten Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl, wobei eine Bildaufnahmeeinrichtung (85), insbesondere eine Kamera, vorgesehen ist oder vorgesehen wird, wobei mittels der Bildaufnahmeeinrichtung zumindest ein Lichtmuster (89) aufgenommen wird, das im Betrieb in einem Arbeitsbereich entsteht, und wobei durch Auswerten des aufgenommenen Lichtmusters, insbesondere hinsichtlich einer Änderung zumindest einer Eigenschaft des Lichtmusters, zwischen einem Sollbetriebszustand und einem davon abweichenden Störbetriebszustand der Vorrichtung unterschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Lichtmuster (89) auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt und mit dem Auge eines Benutzers und/oder, bevorzugt automatisch, mit einer Bildverarbeitungseinrichtung ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das statische Aussehen des Lichtmusters (89) und/oder das zeitliche Verhalten des Lichtmusters ausgewertet wird, und/oder wobei zeitlich aufeinanderfolgende Aufnahmen des Lichtmusters ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei eine Störung einer Symmetrie, insbesondere einer Rotations- oder Punktsymmetrie, zumindest eines Teils des Lichtmusters (89) als ein Störbetriebszustand gewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Auswertung im Betrieb der Vorrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, wobei ein der Fokussieroptik (19) nachgelagerter und von der Basis (17) getragener Arbeitskopf (21) vorgesehen ist, aus dem der Laserstrahl (15) austritt, und wobei ein Lichtmuster (89) aufgenommen wird, das im Betrieb in einem außerhalb des Arbeitskopfes gelegenen Arbeitsbereich und/oder im Arbeitskopf entsteht.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei eine Werkstückoberfläche (33) bearbeitet wird, die den Arbeitskopf (21) zumindest teilweise umgibt, wobei vorzugsweise der Arbeitskopf (21) an der Basis (17) drehbar angebracht ist und im Betrieb um eine Drehachse (23) relativ zur Basis rotiert, wobei die Symmetrieachse der rotationssymmetrischen Werkstückoberfläche im Betrieb mit der Drehachse (23) zusammenfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei die Leistung des Laserstrahls (15) im Betrieb im Bereich von 50 bis 50.000 Watt, bevorzugt im Bereich von 500 bis 10.000 Watt, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, wobei die Basis (17) einerseits und das jeweilige Werkstück (31) andererseits relativ zueinander verfahren werden, insbesondere parallel zu einer Drehachse (23) eines Arbeitskopfes (21), parallel zu einer, bevorzugt ebenen, Werkstückoberfläche oder senkrecht zu einer Flächennormalen der Werkstückoberfläche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei die Basis (17) einerseits und das jeweilige Werkstück (31) andererseits im Betrieb mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 50 Zentimeter pro Sekunde relativ zueinander verfahren werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei der Laserstrahl (15) die Oberfläche des Werkstücks (31) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 500 Meter pro Sekunde überstreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33, wobei lediglich ein vorgegebener oder vorgebbarer Teil des mittels des Laserstrahls (15) überstreichbaren Bereichs der Oberfläche des Werkstücks (31) bearbeitet wird, indem der Laserstrahl (15) im Betrieb abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet oder wiederholt vorübergehend unterbrochen wird.
Verwendung einer Bildaufnahmeeinrichtung (85), insbesondere einer Kamera, bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken (31) mittels Laserstrahlung, insbesondere bei einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, zum Überwachen eines im Strahlengang eines Laserstrahls (15) angeordneten Bauteils (35) der Vorrichtung, insbesondere zum Erkennen von Verschmutzungen und/oder Beschädigungen des Bauteils.
Verwendung nach Anspruch 35, wobei ein, insbesondere auswechselbares, Austrittsfenster (53) für den Laserstrahl (15) überwacht wird.
Verwendung einer Bildaufnahmeeinrichtung (85), insbesondere einer Kamera, bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken (31) mittels Laserstrahlung, insbesondere bei einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, zum Aufnehmen eines Lichtmusters (89), das im Betrieb in einem Arbeitsbereich entsteht und durch dessen Auswertung zwischen einem Sollbetriebszustand und einem davon abweichenden Störbetriebszustand der Vorrichtung unterschieden werden kann.
Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei die Vorrichtung eine Fokussieroptik (19) für den Laserstrahl (15) und die Bildaufnahmeeinrichtung (85) ein Objektiv umfasst, wobei die Fokussieroptik für den Laserstrahl zumindest als ein Teil des Objektivs der Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird.