DE3807873A1 - Verfahren zum erfassen eines fehlers in einem zur fuehrung eines laserstrahls dienenden bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs Beim Einsatz von Laserstrahlen, beispielsweise CO₂-Lasern, zur Werkstückbearbei­ tung, also beispielsweise in Schneidlasern, finden Linsen aus Material schlechter Wärmeleitfähigkeit, wie Galliumarsenid oder Zinkselenid, Verwendung. Im normalen- Betrieb der Vorrichtung, also beispielsweise des Schneidlasers, wird die durch Wärmeabsorption auftretende Erwärmung der Linsen durch Luft- oder Wasserkühlung - letztere in der Linsenfassung - abgeführt.

Wie sich gezeigt hat, führen beispielsweise oberflächliche Störungen oder Fehler der Linsen zu einer Zerstörung derselben durch Wärmeeinwirkung. Es kommt an diesen Stellen durch den Laserstrahl zur punktuellen Erwärmung bis zum Abschmelzen und Verdampfen des Linsenmaterials.

Bisher ließ sich dieser sehr schnell verlaufende Vorgang insbesondere deshalb nicht verhindern, weil Fehler in der Oberfläche der Linse - oder allgemein: eines zur Führung des Laserstrahls dienenden Bauteils - wozu auch Spiegel gehören insbesondere deshalb nicht verhindern oder stoppen, weil oberflächliche Störungen der Linse aus Gründen der Wellenlänge mit sichtbarem Licht nicht einwandfrei zu erfassen sind. Auch über die Erfassung der Linsentemperatur kommt man nicht weiter, weil die Erwärmung der Linse, d.h. die allgemeine Temperaturerhöhung der Linse, infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Linsenmaterials so langsam erfolgt, daß bei Erfassen eines kritischen Werts der allgemeinen Linsen­ temperatur der beschriebene Zerstörungsprozeß häufig bereits stattgefunden hat.

Die bei Vorhandensein eines Fehlers in dem den Laserstrahl führenden Bauteil ist nicht nur im Hinblick auf den dadurch verursachten Ausfall des Lasergeräts, also beispielsweise eines Schneidlasers, problematisch, sondern auch deshalb, weil die genannten Linsenmaterialien toxisch sind.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das trotz der beschriebenen, aus den Eigenschaften der für strahlführende Bauteile verwendeten Materialien resultierenden Schwierigkeiten gleichsam eine Uberwachung derartiger Bauteile, sei es im Betrieb des Lasergeräts oder bei der Kontrolle desselben, gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung nutzt also die Tatsache aus, daß das durch den energiereichen Strahl örtlich - nämlich am Ort eines Fehlers - erhitzte Bauteil seinerseits Wärmestrahlung (Infrarot-Strahlung) emittiert. Wie sich gezeigt hat, heizt sich eine Linse an einer Fehlerstelle über die normale Betriebstemperatur von etwa 30 bis 60°C auf Temperaturen weit oberhalb 1000°C bis zur Schmelztemperatur des verwendeten Materials auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die im Längsschnitt einen Schneidlaser wiedergibt, der mit einem Empfänger für Infrarot-Strahlung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet ist.

Der allgemein mit 1 bezeichnete Schneidlaser lenkt einen über die Laserlinse 2 gebündelten Laserstrahl 3 auf den zu schneidenden Bereich des Werkstücks 4. Die Linse 2, die aus einem der oben bezeichneten Materialien besteht, ist mittels der Fassung 5, die Kühlmittelkanäle 6 aufweisen kann, gehalten. Die dadurch hervorgerufene Kühlwirkung ist jedoch nicht geeignet, die am Ort eines Oberflächen­ fehlers 7 der Linse 2 durch den auftreffenden Laserstrahl erzeugte örtliche starke Erhitzung in ausreichendem Maße zu beseitigen. Daher besteht die Gefahr, daß an dieser Stelle das Linsenmaterial schmilzt und verdampft, wobei dieser Tatbestand allenfalls durch Beeinträchtigung der Arbeitsqualität des Schneid­ lasers 1 nachträglich bemerkbar wird.

Damit das Vorhandensein eines derartigen Fehlers der Linse 2 möglichst noch vor der durch die örtliche Überhitzung auftretenden Zerstörung der Linse erfaßt wird, enthält der Schneidlaser 1 den derart ausgerichteten, für Infrarot-Strahlung empfindlichen Sensor 8, daß dieser den gesamten Querschnitt der Linse 2 und demgemäß die von einer beliebig liegenden Fehlerstelle derselben bei Beaufschlagung mit dem Laserstrahl 3 ausgehende Wärmestrahlung erfaßt.

In vielen Fällen genügt es, festzustellen, ob schlechthin eine Infrarot-Strahlung von der Linse 2 emittiert wird. Will man aber eine Aussage über die Lage der Fehlerstelle 7 haben, wird man entweder eine Sensoranordnung 8 nach Art eines aus einer Vielzahl von Einzelsensoren bestehenden Sensorfeldes verwenden, das demgemäß den Querschnitt der Infrarot-Strahlung 9 gleichsam rasterartig unterteilt, oder man wird eine Sensoranordnung 8 mit einem Scanner verwenden, der, wie aus der Fernsehtechnik bekannt, die einzelnen Querschnittsbereiche der Wärmestrahlung 9 nacheinander abtastet. In beiden Fällen ergibt dann die so gewonnene geometrische Verteilung der Intensität der Wärmestrahlung gleichsam eine räumliche "Qualitäts verteilung" des Bauteils 2.

Das so gewonnene Fehlersignal kann unmittelbar zum Abschalten des Laserstrahls und/oder zur Fehlermeldung ausgenutzt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erfassen eines die Lebensdauer eines zur Führung eines energie­ reichen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, dienenden Bauteils verrin­ gernden Fehlers desselben, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (2) mit dem Strahl (3) oder einem Prüfstrahl mit gleichen Eigenschaften beaufschlagt und die von dem Fehler (7) ausgehende Wärmestrahlung (9) zur Erzeugung eines Fehlersignals mittels einer Sensoranordnung (8) aufgefangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lokalisierung des Fehlers (7) der Querschnitt der Wärmestrahlung (9) durch die Sensoranord­ nung (8) rasterartig unterteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahlung (9) mittels eines Sensorfelds aufgefangen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Wärmestrahlung (9) gescant wird.