DE10322428B3 - Verfahren zum Überwachen eines Strahlführungssystems einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Strahlführungssystems einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen mit einer Laserstrahlquelle, einem Strahlführungssystem und einem Bearbeitungskopf. Die vom Strahlführungssystem absorbierte Laserleistung wird durch gleichzeitiges Messen der Strahlungsintensität zwischen dem Eintrittsort und der Bearbeitungsstelle ermittelt. Während der Überwachung wird ein Messglied anstelle eines Werkstücks an den Bearbeitungsort bewegt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Strahlführungssystems einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen mit einer Laserstrahlquelle, einem Strahlführungssystem und einem Bearbeitungskopf.
• Aus der DE 100 54 756 C1 ist eine Verschleißkontrolleinrichtung zur Funktionskontrolle von Schneiddüsen für Laserschneidmaschinen bekannt. Zur Verschleißkontrolle wird anstelle eines Werkstücks eine Kamera im Wirkbereich der Schneiddüse positioniert. Das im Kameramodul erzeugte Bildsignal wird auf einen Monitor überspielt und manuell oder elektronisch ausgewertet.
• Eine Überwachungsvorrichtung für eine Strahlführung ist aus der DE 195 07 401 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird die gesamte Strahlführungseinrichtung vom Austritt der Laserstrahlung aus dem Laser bis einschließlich der Bearbeitungsoptik auf unerwünschte Strahlungsverluste überwacht. Hierzu sind im Strahlengang transparente optische Bauelemente vorgesehen, aus denen Laserlicht zu Messzwecken ausgekoppelt und zu einem der Laserleistung proportionalen Referenzwert umgewandelt wird. Die ausgekoppelte Streustrahlung ist für die Werkstückbearbeitung nicht verfügbar.
• Aus der DE 101 44 628 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Strahlführungssystems bekannt, wobei mittels zweier teildurchlässiger Spiegel ein Teil der Laserstrahlen auf die Lichtempfangsflächen von Sensoren ausgekoppelt wird. Auch bei diesem Verfahren ist die ausgekoppelte Strahlung für die Werkstückbearbeitung nicht verfügbar.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Verlust an Strahlungsleistung für die Bearbeitung zu vermeiden, das Überwachungsverfahren zu vereinfachen und die Überwachungsvorrichtung kostengünstig auszuführen.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
• Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin die Strahlungsleistung direkt an der eigentlichen Bearbeitungsstelle zu messen und durch Vergleich mit der Strahlungsleistung am Eintrittsort in die Strahlführung die vom Strahlführungssystem absorbierte Laserleistung zu bestimmen. Beide Messwerte werden zeitgleich ermittelt. Ihre Differenz liefert die gesuchte Größe. Der ermittelte Messwert kann wahlweise als Absolutwert (bei festgelegter Eingangsleistung) oder als Relativwert (Absorbierte Strahlungsleistung in Relation zur Eingangsleistung) in der Maschinensteuerung oder in einem separaten Gerät, z.B. einem Industrie-PC verarbeitet werden.
• Die Verschleißmechanismen des Strahlführungssystems in Folge Verschmutzung oder thermischer Beschädigung laufen in der Praxis relativ langsam ab und können sich über mehrere 10 Stunden hinziehen. Bei vergleichsweise kurzen Bearbeitungsvorgängen kann daher die Überwachung während der Arbeitspausen oder anderer Leerlaufzeiten stattfinden. Hierdurch werden unproduktive Zeiten für die Überwachung genutzt und der Maschinennutzeffekt erhöht.
• Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Anlage in schematischer Darstellung.
• Der Strahlungsquelle 1 erzeugt einen Laserstrahl 8, welcher über ein Strahlführungssystem 3 und einen Bearbeitungskopf 13 zur Bearbeitungsstelle 9 umgeleitet wird. Derartige Strahlführungssysteme bestehen üblicherweise aus Spiegel- 4 und/oder Fokussiereinrichtungen 5. Das zu bearbeitende Werkstück 7 und das Messglied 6 sind relativ zum Bearbeitungskopf 13 beweglich angeordnet. Zur Überwachung des Strahlführungssystems 3 wird anstelle des Werkstückes 7 das Messglied 6 an der Bearbeitungsstelle 9 positioniert. Dort wird die Strahlungsintensität vom Messglied 6 gemessen. Gleichzeitig erfolgt auch die Messung der Strahlungsintensität am Eintrittsort 14. Besonders vorteilhaft kann hierzu das in die Strahlungsquelle 1 integrierte Messglied 2 verwendet werden. Über die Signalübertragungen 11, 12 gelangen die elektrischen Signale in die Auswerteeinrichtung 10. Zur Erkennung eines unzulässigen Zustands des Strahlführungssystems 3 wird aus beiden Signalen die Differenz gebildet und die auf diese Weise ermittelte Absorption mit Referenzwerten verglichen. Bei Überschreitung einer zulässigen Abweichung wird die absorbierte Strahlungsleistung durch Erhöhen der Ausgangsleistung der Laserstrahlquelle 1 innerhalb vorbestimmter Grenzen kompensiert oder die Bearbeitung weiterer Werkstücke 7 gestoppt.
• Bei einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens werden die Messungen innerhalb eines „Stückzahlfensters" durchgeführt. Dabei lässt sich der Nutzeffekt der Anlage dadurch erhöhen, dass nach Bearbeitung einer vorgegebenen Anzahl von Werkstücken 7 die Messung während ohnehin anfallender Bearbeitungspausen oder anderer Leerlaufzeiten ausgeführt wird. Falls bis zur Erreichung einer weiteren vorgegebenen Höchstzahl keine Bearbeitungspause anfällt, wird die Werkstückbearbeitung zum Zweck der Überwachung unterbrochen.

1

Strahlungsquelle

2

Integriertes Messglied

3

Strahlführungssystem

4

Umlenkspiegel

5

Fokussierspiegel

6

Messglied

7

Werkstück

8

Laserstrahl

9

Bearbeitungsstelle

10

Auswerteeinrichtung

11

Signalübertragung

12

Signalübertragung

13

Bearbeitungskopf

14

Eintrittsort

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung eines Strahlführungssystems einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung mit einer Strahlungsquelle (1), einem Strahlführungssystem (3) und einem Bearbeitungskopf (13), wobei die vom Strahlführungssystem (3) absorbierte Strahlungsleistung durch gleichzeitiges Messen der Strahlungsleistung am Eintrittsort (14) und an der Bearbeitungsstelle (9) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (6) zur Überwachung durch eine Relativbewegung gegenüber dem Bearbeitungskopf (13) anstelle eines Werkstücks (7) an den Bearbeitungsort (9) bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung während einer Bearbeitungspause oder Leerlaufzeit selbsttätig durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung nach Bearbeitung einer Anzahl von Werkstücken 7 innerhalb eines vorbestimmten Stückzahlenfensters während einer Bearbeitungspause durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Überschreiten einer vorgegebenen Höchstzahl von bearbeiteten Werkstücken 7 die Überwachung außerhalb der Bearbeitungspausen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung nach Überschreiten einer vorbestimmten Betriebsdauer des Lasers selbsttätig durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung nach Bearbeitung einer Anzahl von Werkstücken 7 innerhalb eines vorbestimmten Stückzahlenfensters oder nach Überschreiten einer vorbestimmten Betriebsdauer des Lasers selbsttätig durchgeführt wird, je nachdem, welches Kriterium zuerst erfüllt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nach Überschreiten einer zulässigen Abweichung der Messwerte die absorbierte Strahlungsleistung durch Erhöhen der Ausgangsleistung der Strahlungsquelle 1 innerhalb vorbestimmter Grenzen kompensiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, nach Überschreiten einer zulässigen Abweichung der Messwerte die Bearbeitung der Werkstücke gestoppt wird.