DE19507401C2 - Überwachungsvorrichtung für Laserstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrich­ tung für Laserstrahlung zur Werkstückbearbeitung mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Überwachungsvorrichtung ist aus der EP 0 507 483 A1 bekannt. Das optisch transparente Bauteil ist ein Lichtwellenleiter, mit dem die von einem Laser erzeugte La­ serstrahlung zur Bearbeitungsoptik weitergeleitet wird. Die La­ serlicht auskoppelnde Meßeinrichtung hat zwei Detektoren, die Laserlicht am Anfang und nahe dem Ende des Lichtwellenleiters auskoppeln. Der lasernächste Detektor wird dazu herangezogen, die Fehlausrichtung zwischen dem Laserstrahl und dem Kern des Lichtwellenleiters zu bestimmen und kann der Ausrichtung die­ nen. Mit einem Meßsignal eines der Bearbeitungsoptik nahen De­ tektors kann der Übertragungsverlust des Lichtwellenleiters durch Vergleich dieses Meßsignals mit dem Meßsignal des laser­ nahen Detektors festgestellt werden. Der Referenzwertgeber blendet einen geringen Teil der Laserstrahlung aus, so daß die Auswerteeinheit das Meßsignal des lasernahen Detektors auf die Laserausgangsleistung beziehen kann. Mit der bekannten Steuer­ einheit, die wie die Auswerteeinheit Bestandteil eines Rechners ist, kann die Laserleistung beeinflußt werden. Des weiteren ist die bekannte Überwachungsvorrichtung so ausgebildet, daß ein Signal zur Fokuslagenüberwachung abgegriffen werden kann. Mit Hilfe der Steuereinrichtung soll dementsprechend eine Fokus­ nachführung erfolgen. Bei der bekannten Überwachungsvorrichtung entfällt eine Überwachung im Bereich der Bearbeitungsoptik. Hier auftretende Strahlungsverluste werden nicht erfaßt. Solche Verluste können dadurch entstehen, daß die Frontlinse oder ein Schutzglas durch bei der Bearbeitung entstehenden Materialdampf und Materialspritzer verschmutzen. Eine solche Verschmutzung kann im Laufe des Betriebs zunehmen. Je verschmutzter das Schutzglas ist, um so mehr Laserstrahlung wird am Schutzglas absorbiert und in Wärme umgesetzt. Im Extremfall kann das Schutzglas zerstört werden. Auf jeden Fall wird durch die zu­ nehmende Strahlungsabsorption Laserleistung für den Bearbei­ tungsprozeß entzogen und dadurch das Bearbeitungsergebnis nach­ haltig gestört.

Aus der US 4,673,795 ist eine Überwachungsvorrichtung für Laserstrahlung bekannt, bei der eine Fotodiode überwacht, ob in eine Bearbeitungsoptik mit einem Lichtwellenleiter zugeleitete Laserstrahlung vorhanden ist oder nicht. Falls die Fotodiode nicht unmittelbar nach dem Anschalten des Lasers Laserstrahlung detektiert, schaltet eine Steuereinrichtung den Laser ab.

Aus der US 4,493,967 sind mechanische Strahlweichen be­ kannt, die zum Bearbeiten von Werkstücken bestimmte Laserstrah­ lung in einen Strahlabsorber umlenken können. Diese Strahl­ weichen werden unabhängig von dem Zustand der Bearbeitungsoptik betrieben.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei­ ne Überwachungsvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß die gesamte Strahlführungseinrichtung vom Austritt der Laserstrahlung aus dem Laser bis einschließlich der Bearbeitungsoptik auf unerwünschte Strahlungsverluste über­ wacht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Wenn die Meßeinrichtung einen Detektor hat, der direkt an einer Außenfläche des optischen Bauteils der Bearbeitungsoptik anliegt, ist für eine optimale Ausnutzung der geringen zur Ver­ fügung stehenden Streustrahlung des überwachten optischen Bauteils gesorgt. Bei einer derartigen Ausbildung der Überwa­ chungsvorrichtung besteht prinzipiell auch die Anwendungsmög­ lichkeit, Strahlführungseinrichtungen ausschließlich mit trans­ parenten Linsen auszurüsten, die z. B. aus ZnSe bestehen. Derar­ tige Strahlführungseinrichtungen werden z. B. für CO₂-Laser ver­ wendet, deren Strahlung für Lichtwellenleiter nicht geeignet ist.

Wenn die Anwendung eines Detektors direkt an einer Außen­ fläche des optischen Bauteils nicht möglich oder nicht ge­ wünscht ist, z. B. aus Platzgründen oder wegen auftretender Wär­ mebelastung, kann die Überwachungsvorrichtung auch so ausgebil­ det werden, daß die Meßeinrichtung einen Detektor mit einer Streustrahlung des optischen Bauteils zuleitenden Glasfaser hat, die mit einem Ende direkt an einer Außenfläche dieses Bau­ teils anliegt.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß eine Überwachung eines Bauteils der Bearbeitungsoptik durch Erfassung der Streu­ strahlung dieses Bauteils erfolgt. Vorzugsweise wird dasjenige optische Bauteil überwacht, welches dem Werkstück am nächsten ist, also beispielsweise ein Schutzglas, das die Fokussieroptik vor Verschmutzungen schützen soll. Der Wert der Streustrahlung des Bauteils ist bei ungeänderter Laserleistung grundsätzlich konstant. Bei einer positiven oder negativen Abweichung der ge­ messenen Streustrahlung besteht daher eine Störung der Strah­ lungsübertragung von der Laserquelle zum Werkstück und die Steuereinheit der Überwachungsvorrichtung ist daher so ausge­ bildet, daß sie bei Überschreiten oder bei Unterschreiten des Meßwerts um ein vorbestimmtes Maß eine Abschaltung des Lasers zu bewirken vermag bzw. zumindest eine Signalgabe. Die auszu­ wertenden Meßwerte werden dabei mit Referenzwerten verglichen, die von der jeweils angewendeten Laserleistung abhängen. Denn die Streustrahlung des überwachten optischen Bauelements ist von der angewendeten Laserleistung direkt abhängig.

Wenn das Meßsignal in Bezug auf den Referenzwert kleiner ist, kommt am überwachten optischen Bauteil nicht genügend La­ serstrahlung an. Es besteht also eine Störung in der Strahlfüh­ rungseinrichtung. Überschreitet der Meßwert den zugehörigen Referenzwert, so ist die Strahlungsabsorption im Bereich des Schutzglases wegen erfolgter Verschmutzung zu groß und das Ab­ schalten erfolgt bei sonst intakter Strahlführungseinrichtung aus diesem anderen Grund.

Bei einer Störung der Übertragung der Laserstrahlung durch die Strahlführungseinrichtung wird ein Fehler häufig sehr plötzlich auftreten, z. B. durch die plötzliche Zerstörung einer Linse infolge thermischer Überlastung oder durch einen Bruch des Lichtwellenleiters. Eine Vergrößerung der Streustrahlung infolge einer Verschmutzung eines Schutzglases vollzieht sich hingegen langsam. Um nun besser zu differenzieren, ob die eine oder die andere Fehlerursache bei der Übertragung der Laser­ strahlung durch die Strahlführungseinrichtung vorliegt, kann die Überwachungsvorrichtung so ausgebildet werden, daß das Ab­ schalten des Lasers von der Steuereinheit mit einem Differen­ zierglied in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Meßwerts durchführbar ist. Mit Hilfe des Differenzierglieds kann die Überwachungsvorrichtung sehr schnell reagieren.

Ein Fehler in der Strahlführungseinrichtung kann sich gra­ vierend auswirken. Bricht beispielsweise ein Lichtwellenleiter, so tritt Strahlung mit hohen Leistungsdichten aus. Im Bereich der unkontrolliert freigesetzten Strahlung können Personen- und Materialschäden auftreten. Um derartige Schäden mit Sicherheit zu vermeiden, kann die Überwachungsvorrichtung so ausgebildet werden, daß für das Abschalten der Laserstrahlung ein den La­ serstrahl unterbrechender mechanischer Strahlschalter vorhanden ist. Ein solcher Strahlschalter ist hinreichend schnell und un­ terbricht den Strahlengang unabhängig von der Steuereinrichtung des Lasers, so daß sich dort eventuell vorhandene Fehler nicht auswirken können.

Um insbesondere die werkstückseitige Verschmutzung der Be­ arbeitungsoptik kontrollieren zu können, wird die Überwachungs­ vorrichtung so ausgestaltet, daß der Detektor oder das Glasfa­ serende an einer ebenen Fläche eines Schutzglases der Bearbei­ tungsoptik anliegt. Das Schutzglas kann zur Abgabe von Streu­ strahlung ohne weiteres mit einer ebenen Fläche versehen wer­ den, die der problemlosen Anlage des Detektors oder des Glasfa­ serendes dient. Die geringe Streustrahlung wird dadurch optimal ausgenutzt. Wenn es darauf ankommt, auch andere Bauteile der Bearbeitungsoptik zu überwachen, kann die Überwachungsvorrich­ tung so ausgebildet werden, daß der Detektor oder das Glasfase­ rende an einer Linse der Bearbeitungsoptik anliegt. Beispiels­ weise kann eine Innenlinse der Bearbeitungsoptik überwacht wer­ den. Strahlführungsstörungen infolge thermisch überlasteter Linsen sind damit auf Dauer zuverlässig zu ermitteln.

Es ist vorteilhaft, die Überwachungsvorrichtung so auszubilden, daß an die Auswerteeinheit ein Signalgeber zur in Abhängigkeit von einem Überschreiten oder einem Unterschreiten des jeweiligen referenzbezogenen Meßwerts unterschiedlich er­ folgenden Signalgabe angeschlossen ist. Infolge der unter­ schiedlichen Signalgabe können die dieser zugrundeliegenden Fehlerzustände in der Strahlführungseinrichtung schnell erfaßt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Differenzierung von Fehlerzu­ ständen in der Strahlführungseinrichtung ergibt sich, wenn die Überwachungsvorrichtung so ausgebildet wird, daß an die Auswer­ teeinheit zwei Detektoren angeschlossen sind, die die Streu­ strahlung eines Lichtwellenleiters an dessen Ein- und Auskop­ pelseite messen, und daß bei unterschiedlichem Meßergebnis der beiden Detektoren eine Abschaltung und/oder eine Signalgabe er­ folgt, die unabhängig von dem Meßergebnis der an die Auswerte­ einheit angeschlossenen Meßeinrichtung ist. Die beiden zusätz­ lichen Detektoren können Übertragungsstörungen des Lichtwellen­ leiters sehr zuverlässig erfassen. Solche Übertragungsstörungen ergeben sich z. B. infolge übermäßiger Biegung des Lichtwellen­ leiters, die zu einem ungewollt großen Strahlungsverlust führt, oder durch einen Bruch des Lichtwellenleiters. Des weiteren er­ möglicht diese Ausgestaltung der Überwachungsvorrichtung eine Erfassung einer Zerstörung im Bereich der Bearbeitungsoptik. Wird beispielsweise das Schutzglas infolge thermischer Überla­ stung zerstört, so ändert sich der von der Meßeinrichtung für die Bearbeitungsoptik erfaßte Meßwert schlagartig. Eine solche schlagartige Änderung des Meßwerts könnte aber auch auf einen Bruch des Lichtwellenleiters zurückzuführen sein. Das Meßergeb­ nis der beiden dem Lichtwellenleiter zugeordneten Detektoren läßt jedoch erkennen, daß letzterer in Ordnung ist und demgemäß ein schwerer Fehler der Bearbeitungsoptik vorliegt.

Es ist vorteilhaft, die Überwachungsvorrichtung so auszu­ gestalten, daß die Bearbeitungsoptik eine Signalübertragungs­ leitung von dem Detektor der Meßeinrichtung zur Auswerteeinheit hat oder in letztere integriert ist. Es ergibt sich ein ent­ sprechender Schutz der Signalübertragungsleitung innerhalb des Gehäuses der Bearbeitungsoptik.

Des weiteren kann es von Vorteil sein, daß die Bearbei­ tungsoptik modular aufgebaut ist, und daß die Module elektrisch überwachte Berührungskontakte aufweisen. Es ergibt sich ein Aufbau der Bearbeitungsoptik, deren einzelne Module ausge­ tauscht werden können, beispielsweise zur Veränderung der Wir­ kung der Bearbeitungsoptik oder zu deren Reparatur. Die Überwa­ chung der Module mittels elektrischer Berührungskontakte ge­ stattet die Ermittlung der korrekten Modulmontage, wobei prak­ tisch weglos wirkende Kontakte der Kameratechnik zum Einsatz kommen können.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung prin­ zipieller Vorgänge im Bereich eines Schutzglases,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit einer abweichenden Anordnung eines Detektors, und

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer kompletten Überwa­ chungsvorrichtung.

Aus Fig. 3 ist der grundsätzliche Aufbau einer Anlage zur Bearbeitung eines Werkstücks 13 mit Laserstrahlung 12' ersichtlich. Ein Laser 29 erzeugt einen Laserstrahl 12, der mit einer Strahlführungseinrichtung 10 einer Bearbeitungsoptik 14 zuge­ leitet wird, welche die Laserstrahlung 12' fokussiert. Die Strahlführungseinrichtung 10 besteht bei CO₂-Lasern üblicher­ weise aus Spiegel- und/oder Linsenanordnungen, wobei die trans­ parenten Linsen z. B. aus ZnSe sind. Speziell bei Festkörperla­ sern, z. B. bei Nd:Yag-Lasern, kann die Strahlführungseinrich­ tung 10 einen Lichtwellenleiter 11 aufweisen. Ein solcher Lichtwellenleiter leitet die Laserstrahlung 12' bzw. das Laser­ licht durch totale Reflektion in seinem Inneren mit nur sehr geringen Verlusten auch auf gekrümmten Bahnen, was sich für die einfache Ausbildung der Bearbeitungseinrichtung und die Rela­ tivbewegung des die Bearbeitungsoptik aufweisenden Bearbei­ tungskopfs sehr vorteilhaft auswirkt.

Von dem Laser 29 ausgehend wird der Laserstrahl 12 von ei­ ner Linsenoptik 30 oder einem anderen sich im Strahlengang be­ findenden optischen transparenten Bauelement auf die Einkoppel­ seite 25 des Lichtwellenleiters 11 fokussiert, so daß sie mög­ lichst in dessen Mitte eingekoppelt wird. Im Bereich der Aus­ koppelseite 26 des Lichtwellenleiters 11 wird die Strahlung di­ vergent freigesetzt und durch eine weitere Linsenoptik 31 kol­ limiert. Mit einer Fokussierlinse 32 wird die Laserstrahlung 12' auf das Werkstück fokussiert. Um die Fokussierlinse 32 zu schützen, ist zwischen ihr und dem Werkstück 13 ein optisch transparentes Bauteil 15 in Gestalt eines Schutzglases angeord­ net. Das Schutzglas schützt die Fokussierlinse 32 vor Ver­ schmutzungen bei der Bearbeitung des Werkstücks 13, die durch Materialdampf und Materialspritzer entstehen können.

Aus Gründen der Anlagensicherheit muß gewährleistet wer­ den, daß die Übertragung der Laserstrahlung in der Strahlfüh­ rungseinrichtung 10 nicht ungewollt geschwächt oder unterbro­ chen wird. Denn zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Bear­ beitungsqualität muß die Laserleistung konstant gehalten wer­ den. Für eine Schwächung oder eine Unterbrechung der Strahlfüh­ rung gibt es viele Gründe. Fehlerquellen sind beispielsweise eine Fehljustierung der Linsenoptik 30 relativ zur Einkoppel­ seite 25 des Lichtwellenleiters 11, eine unkorrekte Verbindung des Lichtwellenleiters 11 im Bereich der Steckverbindungen 33 auf der Einkoppelseite 25 und auf der Auskoppelseite 26, eine Zerstörung des Lichtwellenleiters 11 an den beiden Seiten 25, 26 oder ein Bruch des Lichtwellenleiters z. B. infolge übermäßiger mechanischer Beanspruchung beim Bewegen der Bearbeitungsoptik 14 relativ zum Werkstück 13. Speziell bei einem Bruch des Lichtwellenleiters 11 besteht die Gefahr, daß Laserstrahlung hoher Leistung ungehindert aus der Bruchstelle in die Umgebung freigesetzt wird und z. B. die Bedienung der Anlage gefährdet. Im Bereich der Bearbeitungsoptik 14 können Störungen durch Überlastung der optischen Bauteile auftreten, z. B. eine Wärme­ überlastung der Linsen durch vom Werkstück 13 reflektierte La­ serstrahlung, die zu einer Zerstörung einer Linse führt. Das Bauteil 15 kann durch Materialspritzer und Materialdampf so verschmutzt werden, daß Laserstrahlung übermäßig absorbiert wird und für die Bearbeitung nicht mehr zur Verfügung steht. Im Extremfall kann das Bauteil 15 durch Überhitzung infolge der Strahlungsabsorption zerstört werden. Die Bearbeitungsoptik ist dann nicht mehr einsatzfähig und der Bearbeitungsprozeß ist empfindlich gestört.

Um die vorbeschriebene grundsätzliche Strahlführungsein­ richtung 10 auf insgesamt ordnungsgemäße Funktion zu überwachen und ggfs. zu beeinflussen, also vom Austritt des Laserstrahls 12 aus dem Laser 29 bis zum Verlassen des in Strahlungsrichtung letzten optisch transparenten Bauteils 15, wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die auf das Bauteil 15, nämlich ein Schutzglas der Bearbeitungsoptik 14 auftreffende Laserstrahlung wird dieses Bauteil 15 gemäß Pfeil 34 durchqueren. Ein nur geringer Anteil des Lichts wird an den Grenzflächen Luft/Glas bzw. Glas/Luft reflektiert und kann durch geeignete Beschichtungen der Grenz­ flächen des Bauteils 15 minimiert werden. Ein weiterer geringer Anteil wird durch den Werkstoff des Bauteils 15 absorbiert und in Wärme umgewandelt, auch wenn der Werkstoff hinsichtlich der Wellenlänge des Lichts optimiert ist. An mikroskopischen Inho­ mogenitäten, die auch bei optimierten Werkstoffen vorkommen, entsteht durch eine Veränderung des Brechungsindexes des Werk­ stoffs infolge der Rayleigh-Streuung eine Ablenkung eines Lichtanteils aus der Vorzugsrichtung des eingestrahlten Lichts. Diese Streustrahlung ist von den optischen Eigenschaften des Werkstoffs abhängig und proportional zur einfallenden Lichtmenge. Die Proportionalität wird durch einen Proportionalitätsfak­ tor beschrieben, der durch optische Vermessung zu ermitteln ist. Infolgedessen kann die Streustrahlung als Maß für die ein­ fallende Lichtmenge herangezogen werden. Umgekehrt bedeutet die Vergrößerung oder die Verringerung des Meßwertes der Streu­ strahlung bei ungeänderter Laserleistung eine Störung im Be­ reich der Strahlführungseinrichtung. Der gestreute Strahlungs­ anteil 35 wird demgemäß zur Überwachung der Strahlführungsein­ richtung 10 herangezogen. Verringert sich dieser Streustrah­ lungsanteil bei konstanter Laserleistung, so liegt ein Fehler vor, der Laserstrahlung und damit Energie schluckt. Ursache ist beispielsweise eine Fehljustierung der Strahlungseinkopplung. Wird dahingegen ein gesteigerter Streustrahlungsanteil gemes­ sen, so kann das z. B. an einer zunehmenden Verschmutzung des Bauteils 15 an der dem Werkstück 13 zugewendeten Grenzfläche des Bauteils 15 liegen.

Um die Streustrahlung des Bauteils 15 zu messen, ist ein Detektor 20 einer Meßeinrichtung 16 vorhanden, der bei auftre­ tender Streustrahlung ein proportionales Signal über eine Sig­ nalübertragungsleitung 36 an die Meßeinrichtung 17 abgibt. Der Detektor 20 liegt direkt an einer Außenfläche des optischen Bauteils 15 an, beispielsweise an einer Schliffläche eines Schutzglases, dessen Dicke einige Millimeter beträgt. Da der Detektor 20 in der Bearbeitungsoptik 14 angeordnet wird, kann die Signalübertragungsleitung 36 abweichend vom Dargestellten innerhalb der Bearbeitungsoptik 14 angeordnet sein.

Gemäß Fig. 3 ist die Bearbeitungsoptik 14 modular aufge­ baut. Es ist ein Anschlußmodul 27 vorhanden, der die kollimie­ rende Linsenoptik 31 aufweist. An diesen Modul 27 ist ein wei­ terer Modul 27' angeschlossen, der die Fokussierlinse 32 und das überwachte optische Bauteil 15 aufweist. Beide Module 27, 27' sind so ausgebildet, daß ihr ordnungsgemäßer Zusammenbau elektrisch überwacht werden kann. Hierzu dient beispielsweise ein elektrisch überwachter Berührungskontakt 28 zwischen beiden Modulen.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß der Detektor 20 mit einer Glasfaser 22 oder einem Glasfaserbündel einen Streustrahlungsanteil 35 des Bauteils 15 mißt. Der Einsatz dieser Glasfaser 22 gibt bei der Gestaltung der Bearbeitungsoptik 14 bauliche Frei­ heiten, da der räumliche Aufwand zur Anordnung einer Glasfaser 22 gering ist, verglichen mit dem räumlichen Aufwand für den Detektor 20. Auch der optische Anschluß ist einfacher. Das ist für die bauliche Ausgestaltung im Bereich des Schutzglases bzw. Bauteils 15 deswegen von Bedeutung, weil letzteres bereits an den in der Nähe des Werkstücks 13 befindlichen Düsenbereich an­ grenzt. Das Ende 22' der Glasfaser kann eine polierte Endfläche haben und mit dem Bauteil 15 direkten Kontakt aufweisen. Die Glasfaser 22 überträgt Streustrahlung praktisch verlustfrei bis zum Detektor 20, der ein entsprechendes elektrisches Signal er­ zeugt, welches mit der Signalübertragungsleitung 36 zur Auswer­ teeinheit 17 gelangt. Der Detektor 20 kann sich innerhalb der Auswerteeinheit 17 befinden. In diesem Fall fällt die Signal­ übertragung 36 weg.

In der Auswerteeinheit 17 wird das Signal des Detektors 20 mit einem Referenzsignal verglichen, welches von einem Refe­ renzwertgeber 18 erzeugt wird. Dieser Referenzwertgeber 18 mißt einen Streustrahlungsanteil der Linsenoptik 30, welche den La­ serstrahl 12 vor der Einkoppelseite 25 des Lichtwellenleiters 11 fokussiert, oder den Streustrahlungsanteil eines anderen sich im Strahlengang befindenden optisch transparenten Bauele­ mentes. Der Referenzwertgeber 18 hat einen Detektor 20', der Streustrahlung der Linsenoptik 30 von einer Glasfaser 37 zuge­ leitet erhält und ein Referenzsignal erzeugt, welches der Aus­ werteeinheit 17 über eine Referenzleitung 38 zugeleitet wird. Auch hier kann sich ersatzweise der Detektor 20 innerhalb der Auswerteeinheit 17 befinden.

Die Auswerteeinheit 17 vergleicht das Meßsignal der Meß­ einrichtung 16 mit dem Referenzsignal des Referenzwertgebers 18. Beide Signale müssen gleich groß sein bzw. dürfen einen nur durch die regulären Verluste der Strahlführungseinrichtung 10 bestimmten Unterschied aufweisen. Die Messung beider Signale erfolgt jeweils zeitgleich. Bei einer positiven oder negativen Abweichung des Meßsignals der Meßeinrichtung 16 besteht eine Störung. Im Falle einer Störung beaufschlagt die Auswerteein­ heit 17 eine Steuereinheit 19 und/oder einen Signalgeber 23.

Im Signalgeber 23 wird ein Signal erzeugt, das in Abhän­ gigkeit von einer positiven oder einer negativen Abweichung des Meßsignals der Meßeinrichtung 16 unterschiedlich ist. Es er­ folgt also eine in Abhängigkeit von einem Überschreiten oder einem Unterschreiten des jeweiligen referenzbezogenen Meßwerts unterschiedliche Signalgabe. Bei einem Überschreiten des refe­ renzbezogenen Meßwerts ist eine Störung der Strahlungsübertra­ gung aus dem Bereich des Bauteils 15 bis zum Werkstück 13 als Ursache anzusehen. Das ist jedenfalls der Fall, wenn das Meßsi­ gnal im Laufe der Betriebsdauer langsam zunimmt. Es kann dann ein optisches oder ein akustisches Warnsignal genügen, bis die Zunahme so groß ist, daß der Laser abgeschaltet werden muß. In diesem Fall wird die Steuereinheit 19 aktiv und steuert einen mechanischen Strahlschalter 39 an, der die Laserstrahlung ab­ schaltet, indem er den Strahlengang unterbricht, wozu bei­ spielsweise eine mechanische Blende geschlossen wird.

Wenn das Meßsignal der Meßeinrichtung 16 kleiner ist, als das vom Referenzwertgeber 18 gelieferte Signal, liegt eine Stö­ rung im Bereich der Strahlführungseinrichtung 10 zwischen dem Bauteil 15 und dem Bauteil 30 vor. Auch in einem solchen Fall kann die Auswerteeinheit 17 den Signalgeber 23 und/oder die Steuereinheit 19 beaufschlagen. Ein Abschalten des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlung mit dem Strahlschalter 39 kommt insbe­ sondere dann in Betracht, wenn die Änderung des Meßwerts schnell erfolgt. In diesem Fall kann zur Beschleunigung des Ab­ schaltvorgangs ein nicht dargestelltes Differenzierglied einge­ setzt werden, das auf schnelle Änderungen des Meßsignals der Meßeinrichtung 16 reagiert und das Abschalten über die Steuer­ einheit 19 entsprechend beschleunigt. Zugleich kann das Diffe­ renzierglied bzw. dessen Ansprechen dazu herangezogen werden, den Signalgeber 23 und/oder die Steuereinheit 19 in besonderer Weise zu beaufschlagen. Denn eine schnelle Änderung des Meßsig­ nals der Meßeinrichtung 16 deutet auf eine Gefahrenkonstella­ tion hin. Beispielsweise könnte der Lichtwellenleiter 11 gebro­ chen sein.

Da der Lichtwellenleiter 11 eine besondere Gefahrenquelle darstellt, falls er bricht, ist es zweckmäßig, ihn speziell zu überwachen. Für diese Überwachung sind zwei besondere Detekto­ ren vorhanden, die sich an der Einkoppelseite 25 und an der Auskoppelseite 26 befinden. Sie messen die dort vorhandene Streustrahlung des Lichtwellenleiters 11 und geben dementspre­ chende Signale an die Auswerteeinheit 17 ab, die die Signale vergleicht. Bei normaler Funktion des Lichtwellenleiters 11 sind diese Signale gleich bzw. weichen nur in geringem Maße entsprechend den geringen Leitungsverlusten voneinander ab. Im Falle eines Bruchs oder einer übermäßigen Biegung bzw. Knickung des Lichtwellenleiters 11 erkennt die Auswerteeinheit 17 dies an der Differenz der beiden Meßsignale der Detektoren 24. Sie veranlaßt dann zumindest eine Signalgabe, wenn der Meßwertun­ terschied einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreitet, beispielsweise infolge einer Fehljustierung im Einkoppelbe­ reich. Wird der Grenzwert jedoch überschritten, erfolgt eine Abschaltung der Laserstrahlung über den mechanischen Strahl­ schalter 39. Diese Abschaltung erfolgt unabhängig von dem Meß­ ergebnis der Meßeinrichtung 16, ist also demgegenüber vorran­ gig. Sofern das Meßergebnis der Meßeinrichtung 16 eine plötzli­ che Verringerung der Streustrahlung des Bauteils 15 signali­ siert, das Meßergebnis der Detektoren 24 jedoch keinen Störbe­ fund erkennen läßt, kann daraus auf die Zerstörung des Bauteils 15 geschlossen werden und der Laser 29 bzw. sein Strahl 12 wird ebenfalls mechanisch abgeschaltet.

Claims (9)

1. Überwachungsvorrichtung für Laserstrahlung zur Werkstück­ bearbeitung, mit einer Strahlführungseinrichtung (10), insbesondere mit einem Lichtwellenleiter (11), mit einer die Laserstrahlung (12') der Strahlführungseinrichtung (10) auf das Werkstück (13) fokussierenden Bearbeitungsop­ tik (14), mit einer Laserlicht aus einem optisch transpa­ renten Bauteil (15) auskoppelnden Meßeinrichtung (16), mit einer Meßsignale der Meßeinrichtung (16) aufnehmenden Aus­ werteeinheit (17), mit einem der Laserausgangsleistung proportional wirkenden Referenzwertgeber (18), der die Auswerteeinheit (17) beaufschlagt, und mit einer an die Auswerteeinheit (17) angeschlossenen, die Laserleistung in Abhängigkeit von referenzwertbezogenen Meßwerten beein­ flussenden Steuereinheit (19), dadurch gekennzeichnet, daß ein optisch transparentes Bauteil (15) der Bearbeitungsop­ tik (14) zur Erfassung der Streustrahlung an die Meßein­ richtung (16) angeschlossen ist, die einen Detektor (20) hat, der direkt an einer Außenfläche (21) des optischen Bauteils (15) der Bearbeitungsoptik (14) anliegt, oder die einen Detektor (20) mit einer Streustrahlung des optischen Bauteils (15) zuleitenden Glasfaser (22) hat, die mit einem Ende (22') direkt an einer Außenfläche (21) dieses Bauteils (15) anliegt, und daß die Steuereinheit (19) die Laserstrahlung (12') bei einem vorbestimmten Überschreiten oder Unterschreiten des jeweiligen Referenzwerts für die Laserleistung abzuschalten vermag.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschalten der Laserstrahlung (12') von der Steuerein­ heit (19) mit einem Differenzierglied in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Meßwerts durchführbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für das Abschalten der Laserstrahlung (12') ein den Laserstrahl (12') unterbrechender mechanischer Strahl­ schalter (39) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (20) oder das Glasfaserende (22') an einer ebenen Fläche eines Schutzglases der Bearbeitungsoptik (14) anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (20) oder das Glasfaserende (22') an einer Linse der Bearbeitungsoptik anliegt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auswerteeinheit (17) ein Signalgeber (23) zur in Abhängigkeit von einem Über­ schreiten oder einem Unterschreiten des jeweiligen refe­ renzbezogenen Meßwerts unterschiedlich erfolgenden Signal­ gabe angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auswerteeinheit (17) zwei Detektoren (24) angeschlossen sind, die die Streu­ strahlung eines Lichtwellenleiters (11) an dessen Ein- und Auskoppelseite (25, 26) messen, und daß bei unterschiedli­ chem Meßergebnis der beiden Detektoren (24) eine Abschal­ tung und/oder eine Signalgabe erfolgt, die unabhängig von dem Meßergebnis der an die Auswerteeinheit (17) ange­ schlossenen Meßeinrichtung (16) ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsoptik (14) eine Signalübertragungsleitung (36) von dem Detektor (20) der Meßeinrichtung (16) zur Auswerteeinheit (17) hat oder in letztere integriert ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsoptik (14) modular aufgebaut ist, und daß die Module (27, 27') elek­ trisch überwachte Berührungskontakte (28) aufweisen.