DE3626944A1

DE3626944A1 - Method and apparatus for focussing and controlling a high-output energy source

Info

Publication number: DE3626944A1
Application number: DE19863626944
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Jueptner; Ruediger Dr Ing Rothe; Gerd Dr Ing Sepold
Original assignee: Bremer Institut fuer Angewandte Strahltechnik BIAS GmbH
Current assignee: Bremer Institut fuer Angewandte Strahltechnik BIAS GmbH
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-18

Abstract

In the machining of material by means of high-output energy sources, e.g. by means of a laser beam, it is quite essential that the radiation is exactly focussed and is correctly orientated both relative to the workpiece or the machining spot and to the part of the apparatus containing the optics. It is proposed to observe during the laser operation an at least ring-sector-shaped zone around or coaxial to the laser beam (2) or the spot (7) where it strikes the workpiece (6) and to focus or control the laser beam (2) in accordance with the result of the observation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 8 zur Durchführung des Verfah rens.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to Preamble of claim 8 for carrying out the procedure rens.

Zum Verbinden (Schweißen), Schneiden oder Härten von Werk stücken, bei denen besonders feine Bearbeitungen notwendig sind, verwendet man in zunehmendem Maße Laserstrahlen (bei der Bearbeitung von Stahl insbesondere CO₂-Laser). Der Laserstrahl muß auf das Werkstück fokussiert werden, was im allgemeinen mit Hilfe von Fokussierspiegeln relativ kurzer Brennweiten geschieht. Der Fokussierspiegel ist in einem Arbeitskopf der Apparatur angebracht und befindet sich somit ganz kurz vor dem Werkstück. Werkstück und Vor richtung bzw. Laserstrahl werden relativ zueinander be wegt.Laser beams are increasingly being used for joining (welding), cutting or hardening workpieces that require particularly fine machining (particularly when processing steel, CO ₂ lasers). The laser beam must be focused on the workpiece, which is generally done with the aid of focusing mirrors of relatively short focal lengths. The focusing mirror is installed in a working head of the apparatus and is therefore very close to the workpiece. Workpiece and device or laser beam are moved relative to each other.

Der Laserstrahl tritt aus einer Öffnung im Arbeitskopf aus. Diese Öffnung wird im allgemeinen so klein wie möglich ausgebildet. Der Laserstrahl muß somit möglichst exakt koaxial zur Austrittsöffnung verlaufen. Weiterhin bewirkt eine außermittige Lage der Austrittsöffnung zum Laserstrahl kegel (nach dem Fokussieren) eine Ablenkung des Fokuspunk tes von der Längsmittelachse des Laserstrahls. Durch eine schlechte Fokussierung aber wird die Bearbeitungsqualität gesenkt.The laser beam emerges from an opening in the working head out. This opening generally becomes as small as possible educated. The laser beam must therefore be as precise as possible run coaxial to the outlet opening. Still causes an eccentric position of the outlet opening to the laser beam cone (after focusing) a distraction of the focus point tes from the longitudinal central axis of the laser beam. By a poor focus but the processing quality lowered.

Weiterhin muß der Auftreffort des fokussierten Laserstrahls auf dem Werkstück kontrolliert werden, damit sowohl seine Lage in der Horizontalen als auch in der Tiefe gesehen exakt den geforderten Bedingungen entspricht.Furthermore, the point of impact of the focused laser beam be checked on the workpiece so that both its Location seen in the horizontal as well as in the depth corresponds exactly to the required conditions.

Aus der DE-OS 34 11 140 ist ein Verfahren zum Fokussieren eines Lasers bekannt, bei dem man bei ausgeschaltetem Laser in dessen Strahlengang an einer definierten Stelle ein Endoskop einbringt und mit dessen Hilfe die Lage der Austrittsöffnung bezüglich des Arbeitspunktes bzw. der vorgesehenen Arbeitslinie (z. B. Schweißnaht) ausrichtet. Dieses Verfahren funktioniert zwar zufriedenstellend, jedoch kann eine kontinuierliche Überwachung bei ange schaltetem Laserstrahl nicht erfolgen, da das Endoskop sich im Strahlengang befindet.DE-OS 34 11 140 describes a method for focusing known a laser, in which one with switched off Laser in its beam path at a defined point introduces an endoscope and with its help the location of the Outlet opening with respect to the working point or the intended work line (e.g. weld seam). While this process works satisfactorily, however, continuous monitoring can be switched laser beam does not take place since the endoscope is in the beam path.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrich tung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine exakte Fokussierung und Steuerung während des Laserbetriebs möglich wird.Based on the prior art mentioned above, it is Object of the present invention, method and device training of the type mentioned at the outset, that exact focusing and control during the Laser operation is possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man während des Laserbetriebes ein mindestens ring-sektor-förmiges Feld rings um den bzw. koaxial zum Laserstrahl bzw. dessen Auftreffort auf dem Werkstück beobachtet und den Laser strahl entsprechend dem Beobachtungsergebnis fokussiert bzw. steuert.This problem is solved in that during the Laser operation an at least ring-sector-shaped field all around or coaxial to the laser beam or its Impact on the workpiece observed and the laser beam focused according to the observation result or controls.

Es wird also zwar nicht der Auftreffort selbst beobach tet, aber doch die allernächste Umgebung, so daß man die Lage des Laserstrahls zur Austrittsöffnung und zum Auftreffort durch Analyse der Umgebung "interpolieren" kann und entsprechend dem Beobachtungsergebnis die Fokussierung bzw. Steuerung vornimmt.So it will not observe the impact itself tet, but still the immediate vicinity, so that one the position of the laser beam to the outlet opening and "Interpolate" impact by analyzing the environment can and according to the observation result Focus or control.

Vorzugsweise beleuchtet man das Feld mit einem weiteren (Abbildungs-)Laser geringerer Energie. Auf diese Weise ist es möglich, Informationen auch über diejenigen Ab schnitte des Werkstückes oder der eigentlichen Vorrich tung (Rand der Austrittsöffnung) zu erhalten, die nicht durch das vom Werkstück aufgrund dessen Erhitzung ausge sandte Licht beleuchtet werden. Hierbei ist es von Vor teil, wenn man die Bildinformation aus dem Feld um den Laserstrahl nur in einem begrenzten Wellenlängenband beobachtet, und zwar insbesondere in dem Wellenband, in dem die Wellenlänge des Abbildungslasers liegt. Auf diese Weise bekommt man eine relativ gleichmäßige Beleuchtungs stärke, da der Abbildungslaser in dem ausgefilterten Be reich eine hohe Leuchtdichte erzeugt, während das vom Werkstück (bzw. vom Plasma) ausgesandte Licht in einem sehr schmalen Wellenlängenband nur eine geringe Intensi tät aufweist, obwohl die Gesamtstrahlungsleistung sehr hoch sein kann. Weiterhin wird vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich beobachtet (bzw. beleuchtet), der außerhalb des vom "Arbeits-"Laser erzeugten Wellenlängen bereichs liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß reflektier te Strahlung des Arbeits-Lasers die Beobachtung nicht stören kann.The field is preferably illuminated with another Lower energy (imaging) lasers. In this way it is possible to get information about those too cuts the workpiece or the actual jig tion (edge of the outlet opening) that does not get due to the heating up of the workpiece sent light to be illuminated. Here it is from before part, if you take the image information from the field around the Laser beam only in a limited wavelength band observed, particularly in the waveband in which is the wavelength of the imaging laser. To this Way you get a relatively uniform lighting because the imaging laser in the filtered Be high luminance, while that of Workpiece (or light emitted by the plasma) in one very narrow wavelength band only a low intensity act, although the total radiation power very can be high. Furthermore, preferably in one Wavelength range observed (or illuminated), the outside the wavelengths generated by the "working" laser area. This ensures that reflective radiation from the working laser does not make the observation can disturb.

Besonders einfach gestaltet sich das Verfahren dann, wenn man die Beobachtung durch die Optik des Lasers vornimmt, da dann kein Parallaxefehler od. dgl. auftreten kann und die Apparatur besonders einfach wird.The process is particularly simple if you make the observation through the optics of the laser, since then no parallax error or the like can occur and the equipment becomes particularly simple.

Vorzugsweise wandelt man die Bildinformation aus dem beo bachteten Feld in elektrische Signale um bzw. digitalisiert sie und erzeugt mittels einer Datenverarbeitungsanlage (i. w. S.) dann Steuerungssignale zum Nachführen bzw. Fokussieren des Laserstrahls, wenn die Bildinformation von einem vorgegebenen bzw. gespeicherten Muster oder von einem Intensitätswert abweicht. Diese besonders wichtige, vorteilhafte Möglichkeit ist gegenüber dem eingangs erwähn ten bekannten Verfahren dadurch gegeben, daß Beobachtung und Bearbeitung gleichzeitig stattfinden können. Man kann damit die Lage des Auftreffortes des Laserstrahls "automa tisch" dem Verlauf z. B. einer Schweißfuge nachführen oder auch - beim Trennen - einer geeigneten Markierung nachlau fen lassen.The image information from the observed field is preferably converted into electrical signals or digitized, and control signals for tracking or focusing the laser beam are then generated by means of a data processing system if the image information is of a predetermined or stored pattern or of deviates from an intensity value. This particularly important, advantageous possibility compared to the known method mentioned at the outset is given in that observation and processing can take place simultaneously. You can "automatically" the location of the impact of the laser beam the course z. B. track a weld joint or - after cutting - leave a suitable mark after fen.

Die insbesondere zur Durchführung des eingangs beschriebe nen Verfahrens geeignete Vorrichtung zeichnet sich da durch aus, daß zusätzliche optische Vorrichtungen vorge sehen sind, die derart ausgebildet und in der Nähe des Lichtweges des Laserstrahls angeordnet sind, daß Licht strahlen mit einer dem Laserstrahl im wesentlichen entge gengesetzten Ausbreitungsrichtung, die ihren Ursprung in der Nähe bzw. rings um den Laserstrahl bzw. dessen Auf treffort auf dem Werkstück haben, vom Laserstrahl fort, in eine Abbildungsoptik projiziert werden.The described in particular for the implementation of the entrance A suitable device is distinguished by out that additional optical devices featured see who are trained and near the Light path of the laser beam are arranged that light radiate essentially with the laser beam opposite direction of propagation, which originated in the proximity or around the laser beam or its up have treffort on the workpiece, away from the laser beam, be projected into an imaging optics.

Um die den Strahl des Arbeitslasers fokussierenden Elemente gleichzeitig für die Beobachtung bzw. Erzeugung eines Bil des verwenden zu können, ist es von Vorteil, wenn die zu sätzlichen optischen Vorrichtungen vom Werkstück aus ge sehen nach dem fokussierenden Element vorgesehen und der art ausgerichtet sind, daß dieses fokussierende Element Wirk-Bestandteil der Beobachtungsoptik ist.Around the elements that focus the beam of the working laser at the same time for the observation or generation of a bil To be able to use it, it is advantageous if the additional optical devices from the workpiece ge look after the focusing element provided and the are aligned that this focusing element Active component of the observation optics is.

Vorzugsweise wird die Bildinformation, die im wesentli chen parallel bzw. rings um den Laserstrahl vorliegt, über einen Spiegel in die Abbildungsoptik abgelenkt, der eine mittige Öffnung aufweist, durch welche der Strahl des Ar beitslasers ungehindert hindurchtreten kann.Preferably, the image information, which is essentially Chen is present in parallel or around the laser beam deflected a mirror into the imaging optics, the one has central opening through which the beam of the Ar beitslasers can pass through unhindered.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, zu deren Erläuterung Zeichnungen dienen. Hierbei zeigt:Further features essential to the invention result from the subclaims and the description below of a preferred embodiment of the invention the explanation of which serve drawings. Here shows:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungs gemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a schematic side view of the device according to the Invention,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wellenlängen- Lagen, Fig. 2 is a diagram for explaining the wavelength layers,

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung der vorliegen den Bildinformation, und Fig. 3 is a schematic representation of the available image information, and

Fig. 4 eine geschnittene, perspektivische Ansicht eines typischen zu verschweißenden Werkstücks. Fig. 4 is a sectional, perspective view of a typical workpiece to be welded.

In Fig. 1 ist ein schematisierter Längsschnitt durch eine Vorrichtung gezeigt, die ein Gehäuse 1 umfaßt, an dessen unterem Ende ein Arbeitskopf 4 angebracht ist. Der Strahl 2 eines hier nicht dargestellten CO₂-Lasers fällt mittig durch das Gehäuse 1 und wird von einem Umlenkspiegel 3 im Arbeitskopf 4 auf einen Fokussierspiegel 5 geworfen, der den Laserstrahl 2 durch eine Austrittsöffnung 18 hindurch auf ein Werkstück 6 unter dem Arbeitskopf 4 fokussiert. Der Fokus-Punkt befindet sich hierbei in einer gewissen Tiefe s unter der Oberfläche des Werkstückes 6.In Fig. 1 a schematic longitudinal section through a device is shown, which comprises a housing 1 , at the lower end of which a working head 4 is attached. The beam 2 of a CO ₂ laser, not shown here, falls centrally through the housing 1 and is thrown by a deflecting mirror 3 in the working head 4 onto a focusing mirror 5 , which focuses the laser beam 2 through an outlet opening 18 onto a workpiece 6 under the working head 4 . The focus point is at a certain depth s below the surface of the workpiece 6 .

Im rechten Winkel zu dem nach unten ragenden Gehäuse 1 ist ein seitlicher Tubus 8 angebracht, der zum einen einen wieder vertikal (in Fig. 1) angeordneten Tubus 17 aufweist, an dem ein Abbildungslaser 16 fixiert ist, vor dem ein Ab bildungsobjektiv 15 angeordnet ist.At right angles to the downwardly projecting housing 1 , a side tube 8 is attached, which on the one hand has a vertically arranged tube 17 (in FIG. 1) to which an imaging laser 16 is fixed, in front of which an imaging lens 15 is arranged .

Der Tubus 8 weist an seinem dem Gehäuse 1 gegenüberlie genden Ende eine Fernsehkamera 14 mit dazugehörigem Beobachtungsobjektiv 13 auf, vor dem wiederum ein Filter 12 angeordnet ist.The tube 8 has at its end opposite the housing 1 a television camera 14 with an associated observation lens 13 , in front of which a filter 12 is arranged.

Die optischen Achsen des Abbildungslasers 16 mit Abbil dungsobjektiv 15 und der Fernsehkamera 14 mit Beobachtungs objektiv 13 stehen senkrecht aufeinander und schneiden sich in einem Punkt im seitlichen Tubus 8. In diesem Punkt liegt ein teildurchlässiger Spiegel 11 im 45°-Winkel zu beiden optischen Achsen, und zwar derart, daß das vom Beobachtungslaser 16 ausgesandte Licht vom Spiegel 11 in Richtung auf den Strahl 2 des Arbeitslasers gesandt wird und das aus dieser Richtung auf die Kamera 14 hin gerich tete Licht durch den Spiegel 11 hindurchtritt und durch das Filter 12 und das Beobachtungsobjektiv 13 in die Kamera 14 gelangt.The optical axes of the imaging laser 16 with the imaging lens 15 and the television camera 14 with the observation lens 13 are perpendicular to one another and intersect at one point in the lateral tube 8 . At this point there is a partially transparent mirror 11 at a 45 ° angle to both optical axes, in such a way that the light emitted by the observation laser 16 is emitted by the mirror 11 in the direction of the beam 2 of the working laser and from this direction to the camera 14 directed light passes through the mirror 11 and passes through the filter 12 and the observation lens 13 into the camera 14 .

Die nach dem teildurchlässigen Spiegel 11 gemeinsame op tische Achse von Kamera 14 und Abbildungslaser 16 schneidet den Laserstrahl 2 bzw. dessen Mittenachse im rechten Winkel. An dieser Schnittstelle ist ein Spiegel 9 im Gehäuse 1 im rechten Winkel zum Laserstrahl 2 und der gemeinsamen optischen Achse angebracht, der eine im we sentlichen mittige ellipsenförmige Öffnung 10 aufweist. Der Spiegel 9 ist hierbei so angeordnet, daß der Laser strahl 2 durch die Öffnung 10 ungehindert hindurchtreten kann und die Oberflächenebene den Schnittpunkt der vorer wähnten optischen Achsen schneidet.After the partially transparent mirror 11 common op table axis of camera 14 and imaging laser 16 intersects the laser beam 2 or its central axis at a right angle. At this interface, a mirror 9 is mounted in the housing 1 at right angles to the laser beam 2 and the common optical axis, which has an essentially central elliptical opening 10 . The mirror 9 is arranged so that the laser beam 2 can pass through the opening 10 unhindered and the surface plane intersects the intersection of the aforementioned optical axes.

Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß aus dem Ab bildungslaser 16 und dessen Objektiv 15 über den Spiegel 11 reflektiertes Licht auf den Spiegel 9 fällt und im we sentlichen parallel bzw. koaxial zum Laserstrahl 2 nach unten, in Richtung auf den Umlenkspiegel 3 und von diesem über den Fokussierspiegel 5 auf das Werkstück 6 geleitet wird. Der Umlenkspiegel 3 und der Fokussierspiegel 5 sind hierbei größer dimensioniert, als dies für die ausschließli che Reflektion bzw. Fokussierung des Laserstrahls 2 notwen dig wäre.This arrangement ensures that from the formation laser 16 and its lens 15 reflected light via the mirror 11 falls on the mirror 9 and in essence parallel or coaxial to the laser beam 2 downwards, in the direction of the deflection mirror 3 and this is directed onto the workpiece 6 via the focusing mirror 5 . The deflecting mirror 3 and the focusing mirror 5 are dimensioned larger than would be necessary for the exclusive reflection or focusing of the laser beam 2 .

Vom Werkstück 6 reflektiertes Licht des Abbildungslasers 16 sowie Licht, das vom verdampfenden Material des Werk stücks 6 ausgesandt wird, fällt über den Fokussierspiegel 5, den Umlenkspiegel 3 und den Lochspiegel 9 durch den teildurchlässigen Spiegel 11, das Filter 12 und das Beo bachtungsobjektiv 13 in die Kamera 14. Weiterhin fällt vom Rand der Austrittsöffnung 18 im Arbeitskopf 4 reflektier tes Licht des Abbildungslasers 16 über die Spiegelanord nung usw. in die Kamera 14. Das daraus sich ergebende Bild ist in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser Darstellung wird davon ausgegangen, daß das Werkstück 6 aus zwei miteinander zu verbindenden Blechen 6′ und 6′′ besteht, die zur Vorberei tung der Schweißnaht mit der üblichen Kerbe 19 versehen sind. In dem in Fig. 3 gezeigten schematisierten Bild wird mit dem Pfeil A ein Abbildungsloch (dunkel) bezeichnet, das durch die Öffnung 10 im Spiegel 9 entsteht. Rings um das Abbildungsloch A ist ein ringförmiger erster Bildausschnitt B gezeigt, der die Oberfläche des Werkstücks 6 mit der darin liegenden Kerbe 19 zeigt. Der Bildausschnitt B wird von einem zweiten Bildausschnitt C umgeben, der den Rand der Austrittsöffnung 18 zeigt. Mit D ist der Bildrand be zeichnet, der sich aus dem optischen Element mit dem ge ringsten wirksamen Durchmesser ergibt.From the workpiece 6 reflected light of the imaging laser 16 and light emitted by the evaporating material of the workpiece 6 falls on the focusing mirror 5 , the deflecting mirror 3 and the hole mirror 9 through the partially transparent mirror 11 , the filter 12 and the observation lens 13 in the camera 14 . Furthermore falls from the edge of the outlet opening 18 in the working head 4 reflected light of the imaging laser 16 via the mirror arrangement etc. in the camera 14 . The resulting image is shown in Fig. 3. In this illustration, it is assumed that the workpiece 6 consists of two sheets 6 'and 6 ''to be joined together, which are provided with the usual notch 19 for preparation of the weld. In the schematic image shown in FIG. 3, the arrow A denotes an imaging hole (dark) which is created through the opening 10 in the mirror 9 . A ring-shaped first image detail B is shown around the imaging hole A , which shows the surface of the workpiece 6 with the notch 19 located therein. The image section B is surrounded by a second image section C , which shows the edge of the outlet opening 18 . D is the edge of the picture be, which results from the optical element with the smallest effective diameter ge.

Aus der in Fig. 3 gezeigten Bildinformation kann also zum einen die Lage des Laserstrahls 2 relativ zum Werkstück 6 und zur Austrittsöffnung 18 exakt bestimmt werden, da der Laserstrahl 2 aufgrund der vorgegebenen geometrischen An ordnung des Spiegels 9 bzw. seiner Öffnung 10 zum Strahl 2 in jedem Fall konzentrisch zur Fläche A liegt. Wenn somit der innere Rand des zweiten Bildausschnittes C bzw. der äußere Rand des ersten Bildausschnittes B nicht konzen trisch zum Abbildungsloch A liegen, so ist der Strahl 2 des Lasers nicht exakt konzentrisch zur Austrittsöffnung 18 justiert. Eine entsprechende Nachjustierung ist damit leicht möglich.From the image information shown in FIG. 3, the position of the laser beam 2 relative to the workpiece 6 and the exit opening 18 can thus be determined exactly, since the laser beam 2 is arranged due to the predetermined geometric arrangement of the mirror 9 or its opening 10 relative to the beam 2 in any case is concentric to the area A. Thus, if the inner edge of the second image section C or the outer edge of the first image section B is not concentric to the imaging hole A , then the beam 2 of the laser is not exactly adjusted concentrically to the outlet opening 18 . A corresponding readjustment is therefore easily possible.

Wenn weiterhin die Verbindungslinie zwischen den zwei Ab bildungsabschnitten der Kerbe 19 im ersten Bildausschnitt B nicht durch das Zentrum des Abbildungsloches A verläuft, bedeutet dies, daß der Auftreffort 7 des Laserstrahls 2 nicht exakt mittig zur Kerbe 19 liegt. Ein entsprechendes Nachführen ist dann notwendig.Furthermore, if the connecting line between the two imaging sections from the notch 19 in the first image section B does not run through the center of the imaging hole A , this means that the impact point 7 of the laser beam 2 is not exactly centered on the notch 19 . Appropriate tracking is then necessary.

Zum Einstellen des Auftreffortes 7 relativ zum Werkstück 6 bzw. zur Kerbe 19 wird bei einer bevorzugten Ausführungs form das aus der Fernsehkamera 14 kommende Signal einer Signalauswerteinheit (Mikroprozessor) zugeführt, die im einfachsten Fall das Ausgangssignal auf Symmetrie unter suchen kann. Es wird in diesem Fall der (virtuelle) Bild mittelpunkt bestimmt und die (virtuelle) Verbindungslinie zwischen den Abbildungspunkten der Kerbe 19 im Feld B be stimmt. Das Werkstück 6 wird dann so lange zur Vorrichtung nachgestellt, bis der Bildmittelpunkt auf der Verbindungs linie liegt. Selbstverständlich sind auch andere Verfah rensweisen denkbar.To set the impact point 7 relative to the workpiece 6 or the notch 19 , in a preferred embodiment, the signal coming from the television camera 14 is fed to a signal evaluation unit (microprocessor) which, in the simplest case, can search for the output signal for symmetry. In this case, the (virtual) image center is determined and the (virtual) connecting line between the imaging points of the notch 19 in field B is determined. The workpiece 6 is then adjusted to the device until the center of the image lies on the connecting line. Of course, other procedures are also conceivable.

Um ein Bild mit möglichst hohem Störabstand bzw. zeitlich gleichmäßigem, vom Arbeitsvorgang unabhängigem Signalver lauf der Fernsehkamera 14 zu erzeugen, legt man, wie in Fig. 2 gezeigt, nicht nur den Durchlaßbereich c des Fil ters 12 symmetrisch zur Wellenlänge b des Abbildungslasers 16, sondern wählt auch die Wellenlänge, auf der das Abbil dungssystem arbeitet, anders als die Wellenlänge des Ar beitslasers, der normalerweise bei niedrigeren Wellenlän gen (abhängig vom zu bearbeitenden Material) arbeitet, als dies für eine einwandfreie Signalwandlung einer Fern sehkamera zuträglich ist. Wenn dann z. B. am Rand der Aus trittsöffnung 18 reflektierte Strahlung des Arbeitslasers auf das Filter 12 trifft, so wird diese u. U. für die Fern sehkamera viel zu hohe Energie durch das Filter 12 absor biert. Weiterhin wird die sehr hohe Gesamtenergie, die im Spektrum d des durch die Erhitzung entstehenden Plasmas entsteht, nur in dem schmalen Durchlaßbereich c des Fil ters 12 zur Fernsehkamera 14 hindurchgelassen. In diesem schmalen Bereich ist aber die Energie des Abbildungslasers 16 höher, so daß die Abbildung in erster Linie durch das exakte, fokussiert arbeitende Beleuchtungssystem bewerk stelligt wird. Somit treten im wesentlichen keine das Bild störenden Helligkeitsschwankungen auf, die durch zeitli che Schwankungen der Strahlungsenergie des Plasmas ent stehen. In order to generate an image with the highest possible signal-to-noise ratio or time-independent signal processing of the television camera 14 that is independent of the working process, as shown in FIG. 2, not only is the pass band c of the filter 12 symmetrical to the wavelength b of the imaging laser 16 , but also selects the wavelength at which the imaging system works, unlike the wavelength of the working laser, which normally works at lower wavelengths (depending on the material to be processed) than is conducive to the correct signal conversion of a television camera. Then if z. B. at the edge of the opening 18 reflected radiation from the working laser hits the filter 12 , this is u. U. for the television camera much too high energy absorbed by the filter 12 . Furthermore, the very high total energy, which arises in the spectrum d of the plasma resulting from the heating, is only passed in the narrow pass band c of the filter 12 to the television camera 14 . In this narrow range, however, the energy of the imaging laser 16 is higher, so that the imaging is accomplished primarily by the exact, focused lighting system. Thus, there are essentially no fluctuations in brightness disturbing the image, which arise due to temporal fluctuations in the radiation energy of the plasma.

1 housing
2 (working) laser beam
3 deflecting mirrors
4 working heads
5 focusing mirrors
6 workpiece
7 Impact
8 Side tube
9 perforated mirror
10 opening
11 Semi-transparent mirror
12 filters
13 observation lens
14 camera
15 imaging lens
16 imaging lasers
17 vertical tube
18 outlet opening
19 notch a CO₂ laser
b HeNe laser
c Filter pass curve
d Plasma spectrum A imaging hole
B 1. Image section
C 2. Image section
D picture margin

Claims

1. A method for focusing and controlling a high-power energy source, in particular a laser, relative to a workpiece, the laser beam being focused by means of an optical system, characterized in that an at least ring-sector-shaped field around or coaxially with the laser operation Observed the laser beam or its point of impact on the workpiece and focused or controlled the laser beam according to the observation result.

2. The method according to claim 1, characterized records that the ring-shaped field with another Lasers preferably of lower energy (imaging lasers) illuminated.

3. Method according to one of the preceding An sayings, characterized in that the picture information tion from the annular field only in a limited Wavelength band observed.

4. The method according to claims 2 and 3, because characterized in that the image information in observed the wavelength band in which the Wavelength of the imaging laser lies.

5. The method according to claim 4, characterized records that the wavelength of the imaging laser different from that of the observation laser.

6. Method according to one of the preceding An sayings, characterized in that the observation through the optics of the laser.

7. Method according to one of the preceding An sayings, characterized in that the picture information mation from the ring-shaped field into electrical signals converted (digitized) and by means of a data processing processing system then control signals for tracking or Focusing the laser beam produces when the image is in formation of a given (stored) pattern or intensity value deviates.

8. A device for focusing and controlling a high-power energy source, in particular a laser, the beam of which is focused on a workpiece via an optical system located in a housing, characterized in that additional optical devices ( 9 , 10 ) are provided, which are designed in this way and in the proximity of the light path of the laser beam ( 2 ) are arranged so that light beams with a laser beam ( 2 ) in the essentially opposite direction of propagation, which originate in the vicinity or around the laser beam ( 2 ) or its impact point ( 7 ) have the workpiece ( 6 ), away from the laser beam ( 2 ), projected into an imaging optics ( 13 ).

9. The device according to claim 8, characterized in that the additional optical devices ( 9 , 10 ) from the workpiece ( 6 ) seen from the / the focusing element / elements ( 5 ) of the optics ( 3 , 5 ) provided and aligned are that the focusing element ( 5 ) is an active component of the additional optics.

10. Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that an illumination source (from education laser 16 ) is provided, the light of which is guided in parallel to the laser beam ( 2 ), preferably coaxially to the latter.

11. Device according to one of claims 8-10, characterized in that the imaging optics ( 13 ) comprises an optical bandpass filter ( 12 ).

12. Device according to claims 10 and 11, characterized in that the center wavelength of the bandpass filter ( 12 ) matches that of the imaging laser ( 16 ).

13. Device according to one of claims 10-12, characterized in that the light of the imaging laser ( 16 ) via a partially transparent mirror ( 11 ) or the like. Is reflected in the light path of the additional optical devices.

14. Device according to one of claims 8-13, characterized in that the additional optical devices comprise at least one mirror ( 9 ).

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the mirror ( 9 ) has a preferably central opening ( 10 ) and such angled, preferably perpendicular to the light paths of the laser beam ( 2 ) is angeord net that the laser beam ( 2 ) by the Opening ( 10 ) passes and light impinging on the mirror surface is projected into the imaging optics ( 13 ) with an essentially opposite direction of propagation.

16. The device according to any one of claims 8-15, characterized in that the imaging optics ( 13 ) is followed by a television camera ( 14 ) whose output signals are digitized and in a computer with image and / or intensity values or information stored therein a comparator circuit be compared such that control signals for tracking or controlling the device and / or the workpiece ( 6 ) are emitted when differences occur.