DE4106008C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur on-line- Überwachung bei der Werkstückbearbeitung mit Laserstrahlung, insbesondere zur Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern, bei dem aus dem Bereich um die mit Laser­ strahlung beaufschlagte Bearbeitungsstelle herum emittiertes Licht unter Nutzung einer mit einer Fokussiereinrichtung ausgestatteten Strahlführungseinrichtung aufgenommen und mittels eines Strahlteilers zu einem optoelektrischen Empfänger gelangt, der eine Auswertungseinrichtung beaufschlagt, in der Daten über das Bearbeitungsergebnis gewonnen werden.

Beim Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung ist es erforderlich, den Bearbeitungsprozeß on-line zu überwachen, um in diesem Prozeß sofort oder nachträglich auf Werkstück- und Prozeßänderungen reagieren zu können. Beispielsweise beim Schweißen von Werkstücken mit Ausbildung einer Dampfkapillare, dem sogenannten keyhole-Schweißen, können infolge von Verdamp­ fungsvorgängen in der Dampfkapillaren Schweißspritzer entste­ hen, also mehr oder minder große Mengen flüssigen Materials, das infolge des Dampfdrucks aus der Dampfkapillaren herausge­ schleudert wird. Dieses herausgeschleuderte Material steht für die Schweißnahtbildung nicht mehr zur Verfügung, so daß infol­ gedessen Schweißfehler auftreten können.

Aus der DE 39 08 187 A1 ist folgendes bekannt: Zur Beobachtung von Schweißspritzern beim Schweißen wird ein separat von der Laserstrahlfokussierungsoptik anzuordnendes optisches System verwendet, das unter flachem Winkel zur Werkstückoberfläche seitlich von der Bearbeitungsstelle positioniert und gehaltert werden muß. Das stört, weil der Bereich seitlich der Laserstrahlfokussierungsoptik für andere notwendige Anbauten möglichst frei bleiben sollte, beispielsweise für Prozeßgasdüsen od. dgl. Um Lichtsignale aus dem Bereich um die mit Laserstrahlung beaufschlagte Bearbeitungsstelle herum detektieren zu können, muß bei dem bekannten Verfahren das Licht des laserinduzierten Plasmas im Bereich der Bearbeitungsstelle ausgeblendet werden. Die hierzu erforderliche Blende muß in der Nähe der Bearbeitungsstelle angeordnet werden. Dadurch wird das Bearbeiten fallweise behindert. Insbesondere ist das Bearbeitungsverfahren für dreidimensionale Materialbearbeitung normalerweise nicht einzusetzen. Bei dem bekannten Verfahren werden die elektrischen Signale der optoelektrischen Empfänger dahingehend ausgewertet, daß die Dauer des Ausstoßes von Spritzern in der Auswertungseinheit ermittelt wird. Die Auswertung der elektrischen Signale der optoelektrischen Empfänger durch die Auswertungseinrichtung erfolgt dahingehend, daß Mittelwerte des gesamten Beobachtungsbereichs gebildet werden. Eine ortsaufgelöste Messung ist nicht möglich. Übersteigt die Dauer des Ausstoßes eine vorbestimmte Schwelle, so wird mit einem Schwellwertschalter ein Fehlersignal abgegeben. Auf diese Weise können sicherlich Schweißfehler ermittelt werden, jedoch ist eine solche Ermittlung grundsätzlich unvollständig, weil auch ein sehr kurzzeitiger Ausstoß von Schweißspritzern großen Volumens unakzeptable Schweißfehler bedingen kann.

Aus der DE 39 26 859 A1 ist ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt. Von der Bearbeitungsstelle reflektierte Wärmestrahlung wird entweder durch einen teiltransmittierenden Spiegel einem optoelektrischen Empfänger oder mit einem Lochspiegel einem optoelektrischen Empfänger zugeführt. Mit Hilfe der Daten über das Bearbeitungsergebnis wird die Laserleistung geregelt. Bei dem bekannten Verfahren ist es möglich, die Bearbeitungsstelle unter Zuhilfenahme der Lasserstrahlfokussierungsoptik zu beobachten, so daß durch Meßvorrichtungen ungehindert geschweißt werden kann. Die Prozeßüberwachung ist auch sehr kurzzeitig möglich, nämlich on-line, jedoch nicht unter Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern.

Aus der US 48 25 035 ist es bekannt, von der Bearbeitungsstelle emittierte Strahlung on-line auszuwerten, um das Bearbeitungsergebnis steuern oder regeln zu können, wobei linienförmige Bereiche der Bearbeitungsstelle überwacht werden. Damit ist eine Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern nicht möglich.

Aus der DE 38 35 980 A1 ist es bekannt, Rasterbilder von Bearbeitungsstellen bei der Werkstückbearbeitung mit Laserstrahlung zu erstellen und histogrammatisch auszuwerten, um das Ende der Werkstückbearbeitung festzustellen. Eine Erkennung von Schweißfehlern ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß auch eine Überwachung zur Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Teilstrahlen des Strahlteilers von zwei Fokussiereinrichtungen zu zwei im Winkel zueinander stehenden Linien gebündelt und quer auf je einen als Empfängerzeile ausgebildeten Empfänger fokussiert werden.

Für die Erfindung ist zunächst die Erkenntnis von Bedeutung, daß zur kurzzeitigen Beobachtung von Lichtvorgängen in dem Umgebungsbereich der Bearbeitungsstelle eine ortsauflösende Beobachtung erforderlich ist. Durch eine solche ortsauflösende Beobachtung können Einzelheiten der Lichtvorgänge des Beobach­ tungsbereichs ermittelt werden, beispielsweise Einzelheiten von Schweißspritzerbewegungen, wie deren zeitlicher Verlauf, Anzahl der Schweißspritzer und Masse der Schweißspritzer. Eine solche ortsaufgelöste Beobachtung muß jedoch auch hinreichend genau sein, so daß bestimmte Auflösungsraten nicht unterschritten werden dürfen. Beispielsweise sind 256×256 Bildpunkte bzw. Pixel pro Bild zweckmäßig. Die sich daraus ergebenden Datenmengen müssen schnell verarbeitet werden, um kurzzeitig Ergebnisse zu bekommen bzw. in kurzen Zeitabständen wiederholt Ergebnisse zu ermitteln. Derartige Datenmengen sind in Echtzeitverarbeitung, d. h. im ms-Bereich kaum zu beherrschen. Die Erfindung beschreitet daher den Weg der Datenreduktion durch bildzeilen- bzw. bildspaltenweise Integration bzw. Summen- oder Grauwertbildung mit optischen Mitteln. Hierzu werden die linienbündelnden Fo­ kussiereinrichtungen verwendet, welche die Summenbildung in Bündelungsrichtung bewirken und infolge ihrer winkeligen Anordnung bzw. infolge der winkeligen Anordnung der Empfängerzeilen zu zeilen- bzw. spaltenweise aufsummierten Werten des gesamten Beobachtungsbereichs führen. Dadurch wird eine Datenreduktion von n×m Werten auf n+m Werten erreicht, wenn n,m die Anzahl der Spalten bzw. Zeilen sind. Aus den Werten bzw. aus den elek­ trischen Signalen der Meßzellen der Empfängerzeilen können mit der Auswertungseinrichtung Daten gewonnen werden, die den beob­ achteten Bereich betreffen. Es sind dies die Daten über eine örtliche Helligkeitsverteilung zu einem bestimmten Zeitpunkt, nämlich die Lage der Schweißspritzer in Bezug auf die Bearbei­ tungsstelle und/oder statistische Daten, die durch in der Aus­ wertungseinrichtung ausgenutzte Rechenregeln ermittelt werden.

Von Bedeutung für die Erfindung ist auch die Nutzung der Laserstrahlführungseinrichtung zum Aufnehmen des emittierten Lichts des Beobachtungsbereichs. Es entfällt die Anordnung einer Beobachtungseinrichtung neben der Laserstrahlführungsein­ richtung und es entfällt auch die Anordnung einer Blende im Be­ reich der Bearbeitungszone zum Ausblenden störender Lichtemis­ sionen des laserinduzierten Plasmas der Bearbeitungsstelle. Daraus folgt die Möglichkeit zum Einsatz des Verfahrens auch an beweglichen Beobachtungsoptiken und bei dreidimensionaler Bearbeitung.

Beispielsweise wird das Verfahren so durchgeführt, als Daten die Flächenverteilung der Helligkeit des emittierten Lichts ermittelt wird. Die Daten werden aus den elektrischen Signalen der Meßzellen der Empfängerzeilen in der Auswertungseinrichtung gewonnen. Die Flächenverteilung ist eine örtliche Helligkeitsverteilung. Es ist aber auch möglich, daß als Daten die Koordinaten der Helligkeitszentren gewonnen werden.

Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, als Daten die statistische Helligkeitsverteilung und die Anzahl der Helligkeitszentren und/oder die Gesamtintensität ermittelt wird.

Infolge der Datenreduktion ist es möglich, daß die Daten histogrammatisch ausgewertet werden. Hierzu werden die Daten des beobachteten Bereichs in vorbestimmten kurzen Zeitabständen wiederholt gewonnen. Ein derartiges Verfahren ermöglicht zum einen die Kontrolle eines kurz vorher gewonnenen Meßergebnisses, insbesondere aber eine laufende Verarbeitung von Informationen in Echtzeit, d. h. im ms-Bereich. Infolgedessen kann die Dynamik der Helligkeitsvorgänge im Beobachtungsbereich erfaßt werden, also die Dynamik der Spritzerbewegungen bzw. deren zeitlicher, örtlicher und strahlungsstärkemäßiger Verlauf.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der vorbeschriebenen Verfahren ist mit einem Lasergenerator und einer mit einer Fokussiereinrichtung ausgestatteten Strahlführungseinrichtung, die aus dem Bereich der Bearbeitungsstelle emittiertes Licht einem Strahlteiler zuleitet, dem ein optoelektrischer Empfänger nachgeordnet ist, zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß ein teildurchlässiger Spiegel, ein Auskoppelprisma oder ein Scraperspiegel das emittierte Licht aus der Strahlführungseinrichtung auf den Strahlteiler lenkt, daß dem Strahlteiler für jeden Teilstrahl eine linienbündelnde Fokussiereinrichtung nachgeordnet ist und daß zwei Empfänger als Empfängerzeilen ausgebildet sind, die im Winkel zueinander angeordnet sind. Sämtliche mit der Laserstrahlfokussiereinrichtung baulich verbundenen Einrichtungen werden bei Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und der Laserstrahlung entsprechend relativbewegt, so daß besondere Steuerungen für die Meßeinrichtung entfallen und eine kompakte Bauweise der Laserstrahlfokussierungseinrichtung beibehalten werden kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der vorbeschriebenen Verfahren kann auch so ausgebildet sein, daß in das Gehäuse der Fokussiereinrichtung ein Detektor eingebaut ist, der das emittierte Licht auf den Strahlteiler lenkt, daß dem Strahlteiler für jeden Teilstrahl eine linienbündelnde Fokussiereinrichtung nachgeordnet ist und daß zwei Empfänger als Empfängerzeilen ausgebildet sind, die im Winkel zueinander angeordnet sind. In diesem Fall ist die lichtauskoppelnde Einrichtung zwar nicht Bestandteil desjenigen Strahlengangs, mit dem die Laserstrahlung zur Bearbeitungsstelle gelenkt wird, jedoch wird auch hier die Laserstrahlfokussierungseinrichtung zum Aufnehmen des emittierten Lichts des Beobachtungsbereichs genutzt.

Die winkelmäßige Anordnung der Empfängerzeilen relativ zueinander kann beliebig sein, sofern nur eine hinreichende, in zwei Beobachtungsrichtungen erfolgende Erfassung des gesamten Beobachtungsbereichs ermöglicht wird. Bevorzugt wird jedoch eine rechtwinklige Anordnung der Empfänger zueinander.

In vielen Anwendungsfällen ist es nicht erforderlich, die Lichtemission der Bearbeitungsstelle auszublenden. Denn die Bündelung kann so ausgeführt werden und die einzelnen Meßzellen einer eindimensionalen Empfängerzeile haben eine derartige Trennschärfe, daß sich eine hinreichend unbeeinflußte Bildauflösung ergibt. Falls es jedoch auf eine Auflösung geringer Helligkeitsdifferenzen außerhalb des Bearbeitungsbereichs ankommt, kann eine Ausblendung des Bereichs der Bearbeitungsstelle durch eine Vorrichtung erreicht werden, bei der vor den Empfängerzeilen im Bereich der Projektion der Bearbeitungsstelle jeweils eine Blende angeordnet ist.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Einrichtungen zur Detektion von Lichterscheinungen aus dem Bereich einer Bearbeitungsstelle eines Werkstücks,

Fig. 2 einen speziellen Aufbau eines Detektors der Fig. 1,

Fig. 3a bis 3d Darstellungen zur Erläuterung grundsätzlicher optischer Abbildungseigenschaften des Detektors der Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung des Abbildungsverhaltens des Detektors der Fig. 2 in Bezug auf eine eindimensional wirkende Empfängerzeile,

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Bearbeitungsbereich und der Signalverlauf von eindimensional wirkenden Empfängerzeilen in zwei zueinander senkrechten Koordinaten, und

Fig. 6 Signaldarstellungen gemäß Fig. 5 für mehrere im ms- Bereich aufeinanderfolgende Beobachtungen der Werkstückbearbeitung.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Werkstück besteht beispielsweise aus zwei durch einen Schweißvorgang miteinander zu verbindenden Werkstückteilen. Es kann aber auch ein Werkstück sein, das durch die Bearbeitung geschnitten werden soll. Auch sonstige Bearbeitungen können erfolgen, wie Abtragen oder Ritzen, sofern dabei ein Ausstoßen von Werkstückmaterial erfolgt, was beobachtet werden soll.

Der Bearbeitung des Werkstücks dient Laserstrahlung 10, die dem Werkstück von einem Laser durch eine Laserstrahlfokussiereinrichtung 15 mit Hilfe einer Strahlführungseinrichtung 25 zugeführt wird. Dabei wird die Laserstrahlung innerhalb der Fokussiereinrichtung 15 mit Spiegeln 17, 21, 22 umgelenkt und durch den letztgenannten Spiegel 22 so fokussiert, daß sich auf dem Werkstück eine Bearbeitungsstelle 12 ergibt. Um die Bearbeitungsstelle 12 herum ist ein Bereich 11, in dem Helligkeitserscheinungen zu beobachten sind, die beispielsweise durch herausspritzenden Werkstoff verursacht werden. Diese Helligkeitserscheinungen, also aus dem Bereich 11 emittiertes Licht 13, gelangen zurück in die Fokussiereinrichtung 15, auf den Fokussierspiegel 22 und die Umlenkspiegel 21, 17. Um die Fokussiereinrichtung 15 zur Detektion des emittierten Lichts 13 zu nutzen, greift in den Strahlengang 13′ des sich innerhalb der Einrichtung 15 bewegenden emittierten Lichts 13 ein Auskoppelprisma 18 ein, oder der Spiegel 17 ist dichroitisch ausgebildet, er läßt also einen Teil der insgesamt auf ihn fallenden Strahlung durch, nämlich den Anteil des von der Bearbeitungsstelle 12 bzw. deren Umgebungsbereich emittierten Lichts vorbestimmter Wellenlänge. Die an das Prisma 18 bzw. an den Spiegel 17 angeschlossenen Detektoren 2, 3 können an geeigneter Stelle angeordnet sein, also auch entfernt von der Laserstrahlfokussiereinrichtung 15, so daß letztere durch die Detektoren 2, 3 unbehindert bewegt werden kann. Des weiteren ist in Fig. 1 noch ein Scraper-Spiegel 19 im Strahlengang des emittierten bzw. reflektierten Lichts 13 dargestellt, das durch diesen Spiegel 19 einem Detektor 1 zugeleitet wird.

Es ist aber auch möglich, den Bearbeitungsprozeß direkt zu beobachten, indem ein Detektor 4 in das Gehäuse 15′ der Fokussierungsrungseinrichtung 15 integriert wird. Die Integration erfolgt dabei derart, daß der Anstellwinkel des Detektors 4 zur Senkrechten bzw. zum Laserstrahl 10 möglichst klein ist. Er wird durch die baulichen Gegebenheiten der Fokussiereinrichtung 15 bestimmt.

Alle Detektoren 1 bis 4 können gleichwirkend aufgebaut sein, was durch die Bezeichnung mit dem Buchstaben D angedeutet wird. Sie sollen zweidimensional wirkende Detektoren sein. Eine solche zweidimensionale Ausbildung zeigt schematisch Fig. 2, in der Z die bei den Detektoren 1 bis 4 jeweils angegebene Zwischenbildebene darstellt. Das emittierte Licht 13 gelangt also auf einen Strahlteiler 14, der das Licht zum Teil zu einer eindimensional wirkenden Empfängerzeile A′ durchläßt, zum anderen Teil jedoch infolge seiner 45°-Anordnung zum Licht 13 im rechten Winkel auf eine weitere eindimensional wirkende Empfängerzeile B′ ablenkt. Auf den Wegen vom Strahlteiler 14 zu den Zeilen A′, B′ durchläuft das Licht Zylinderlinsen A, B, welche also linienbündelnde Fokussiereinrichtungen sind. Infolgedessen er­ gibt sich für den Teilstrahl 23 des von einem Objektpunkt P1 ausgehenden Linienbündels, daß der Teilstrahl 23 auf die Zeile B′ fokussiert wird, während der Teilstrahl 23′ durch die Linse A unfokussiert bleibt, da sie in der Darstellungsebene unwirk­ sam ist. Entsprechend ist die Linse B in ihrem wirksamen und die Linse A in ihrem unwirksamen Schnitt dargestellt. Das be­ deutet für die Darstellung von Objektpunkten einer Koordinaten­ ebene x, y bezüglich des Punktes P1 mit den Koordinaten x₁, y₁ gemäß Fig. 3c, daß P1 aus der Gegenstandsebene gemäß Fig. 3a in die Bildebene durch die Zylinderlinse mit der Koordinate x_1′ ab­ gebildet wird, wenn die Zylinderlinse mit ihrem wirksamen Schnitt senkrecht zur Darstellungsebene angeordnet ist. Für einen Punkt P2 der Gegenstandsebene mit den Koordinaten x₂, y₂ bedeutet das die Abbildung dieses Punktes P2 in der Bildebene mit der Koordinate x_2′. Bezüglich der Koordinate y ist die gemäß Fig. 3b angeordnete Zylinderlinse unwirksam, so daß die Punkte P1, P2 als Linien y_1′ bzw. y_2′ dargestellt werden. Diese Linien y_1′, y_2′ haben die gemäß Fig. 3d angegebenen x-Koordinaten x_1′ = β·x₁ bzw. x_2′ = β·x₂, wobei β ein durch die Zylinder­ linse bestimmter Umrechnungsfaktor ist.

Die perspektivische Darstellung der Fig. 4 zeigt die Abbil­ dung zweier Objektpunkte P1′, P2′, die auf einer parallel zum unwirksamen Schnitt gemäß Fig. 3b angeordneten Geraden 24 ange­ ordnet sind, die senkrecht zur optischen Achse ist. Senkrecht zu dieser Geraden und zur optischen Achse ist eine eindimensio­ nal wirkende Empfängerzeile A′ angeordnet. Es ist ersichtlich, daß diese Objektpunkte P1′, P2′ in überlappenden Bildlinien L1, L2 abgebildet werden. Der maximale Abstand der beiden Punkte P1′, P2′, bei dem es zu einer Überlappung der Bildlinien L1, L2 kommt, ist durch die Brennweite und die Breite der Zylinderlin­ se bestimmt, sowie durch die Objektweite, also den Abstand der Punkte P1′, P2′ von der Zylinderlinse. Diese in Fig. 4 mit einem dicken schwarzen Strich dargestellte Überlappung Ü wird zur In­ tegration aller in Richtung der Geraden 24 liegenden Objekt­ punkte ausgenutzt, indem eine quer zur Geraden 24 und senkrecht zur optischen Achse angeordnete eindimensionale Empfängerzeile A′ verwendet wird. Sämtliche Objektpunkte der Geraden 24, also sämtliche Helligkeiten einer durch den Beobachtungsbereich ge­ legten Geraden können auf diese Weise durch eine einzige Meß­ zelle oder eine Gruppe von Meßzellen gemittelt erfaßt werden. Im Darstellungsfall der Fig. 4 sämtliche Helligkeitssignale der Geraden 24 durch eine Meßzelle der Zeile A′ der optischen Achse. Voraussetzung ist dabei natürlich, daß der Beobachtungs­ bereich um die Bearbeitungsstelle des Werkstücks herum durch die Linse auf die Zeile abgebildet wird.

Die eindimensionale Empfängerzeile A′, die also beispiels­ weise aus einer Vielzahl von in Reihe angeordneten Fotodioden besteht, erfaßt also sämtliche Objektpunkte, nämlich Helligkei­ ten, beispielsweise der x-Koordinate im +x-Bereich unterhalb der optischen Achse und im -x-Bereich oberhalb der optischen Achse der Fig. 4. Infolgedessen ist ersichtlich, daß der gesamte Beobachtungsbereich durch zwei im Winkel zueinander angeordnete Empfängerzeilen aufintegriert werden kann, so daß sich Abhän­ gigkeiten z. B. x = f (Meßzellen-Nummer Zeile A′) und y = f (Meßzellen-Nummer Zeile B′) ergeben.

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf einen Bearbeitungsbereich einer Schweißstelle mit der Bearbeitungsstelle 12. Der nicht dargestellte Laserstrahl bewegt sich relativ zum Werkstück in Richtung des Pfeils. Die Empfängerzeilen A′, B′ des Beobach­ tungsbereichs 25 werden der x- bzw. der y-Koordinate zugeord­ net. A′ integriert also aus dem Beobachtungsbereich 25 herrüh­ rende Helligkeiten spaltenweise, so daß sich die in Fig. 5 dar­ gestellte Abhängigkeit Helligkeit bzw. Grauwert = f (CD-Spalten­ nummer) ergibt. Die Empfängerzeile B′ integriert in y-Richtung und bildet die Abhängigkeit Helligkeit bzw. Grauwert = f (CCD- Zeilennummer) ab. Beide Zeilen A′, B′ bewirken also infolge ih­ rer linear verteilten Meßzellen eine Digitalisierung des Beob­ achtungsbereichs 25. Aus den elektrischen Signalen der Meßzel­ len dieser Zeilen A′, B′ kann die nicht dargestellte Auswer­ tungseinheit die oben genannten und in Fig. 5, 6 dargestellten Abhängigkeiten berechnen.

Es ist ersichtlich, daß die absoluten Maxima Mx bzw. My in den Abhängigkeiten durch die Bearbeitungsstelle 12 bzw. das von dieser emittierte Licht bedingt sind. Darüber hinaus sind je­ doch Nebenmaxima vorhanden, z. B. mx und my, bedingt durch einen Spritzer Sp mit den aus Fig. 5 ersichtlichen Koordinaten. Haupt­ und Nebenmaxima beider dargestellten Abhängigkeiten sind also durch die räumliche Anordnung der Zeilen A′, B′ einander zuge­ ordnet und erlauben die Bestimmung der Lage der Helligkeitszen­ tren, wie Bearbeitungsstelle 12 und Spritzer Sp, im Beobach­ tungsbereich 25. Es ist ersichtlich, daß auch die Größe der Ma­ xima bzw. deren Amplitude bestimmt werden kann, was Aussagen über die Größe und damit die Masse z. B. des Spritzers Sp er­ laubt, aber auch Aussagen über die Strahlungsstärke.

Die Aussagen über die örtliche Helligkeitsverteilung bzw. über die örtliche Verteilung der Maxima bzw. der Spritzer kön­ nen von der Auswertungseinheit dazu benutzt werden, den Bear­ beitungsprozeß zu beeinflussen, beispielsweise durch eine Redu­ zierung der Strahlungsleistung des Lasers, wenn vorbestimmte Schwellwerte oder Grenzen überschritten werden. Dasselbe gilt für durch die Auswertungseinheit gewonnene statistische Daten über die Helligkeitsverteilung oder die Verteilung der Sprit­ zer, deren Anzahl oder Strahlungsstärke.

Fig. 6 zeigt links die Abhängigkeit der Grauwertsummen von der Spaltennummer in x-Richtung und rechts die Abhängigkeit der Grauwertsummen von der Zeilennummer in y-Richtung analog zu den Darstellungen in Fig. 5, jedoch bezogen auf den zeitlichen Ab­ lauf der Beobachtungsvorgänge. Dieser zeitliche Ablauf erfolgt so, daß die Zeit zwischen zwei Beobachtungsvorgängen, also die Differenz t_i+1-t_i = 2 ms beträgt. Die Beobachtungsergebnisse sind in den Diagrammen für die Zeitpunkte t₀ bis t₃ übereinander dargestellt, jeweils bezogen auf einen anderen Nullpunkt, so daß die unterschiedlichen Intensitäten der Helligkeitsvertei­ lungen zu den jeweiligen Zeitpunkten ersichtlich ist. Es ist ersichtlich, daß sich im Laufe der Zeit t₀ bis t₃ die räumliche Lage der Bearbeitungsstelle 12 nur unwesentlich ändert, wie sich aus der praktisch gleichbleibenden Lage der Hauptmaxima Mx und My ergibt. Andererseits ist aber aus der zeitlichen Ent­ wicklung der Nebenmaxima mx und my ersichtlich, daß sich ausge­ hend von der Bearbeitungsstelle ein erheblicher Spritzerauswurf ereignet. Das kann in einem Histogramm in der Auswertungsein­ heit festgehalten und ausgewertet werden. Daraufhin wird bei­ spielsweise die Intensität der Laserstrahlung verringert. Schnelle CCD-Zeilen und auf deren eindimensionale Erfassung ab­ gestimmte Bildverarbeitungsalgorithmen stehen zur Verfügung, um die auf die beschriebene Weise gewonnenen Bildinformationen zur Prozeßsteuerung on-line verwenden zu können.

Claims (8)

1. Verfahren zur on-line-Überwachung bei der Werkstückbearbeitung mit Laserstrahlung, insbesondere zur Erkennung von Schweißfehlern durch Beobachtung von Schweißspritzern, bei dem aus dem Bereich um die mit Laserstrahlung beaufschlagte Bearbeitungsstelle herum emittiertes Licht (13) unter Nutzung einer mit einer Fokussiereinrichtung (15) ausgestatteten Strahlführungseinrichtung und mittels eines Strahlteilers (14) zu einem optoelektrischen Empfängern gelangt, der eine Auswertungseinrichtung beaufschlagt, in der Daten über das Bearbeitungsergebnis gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahlen (23, 23′) des Strahlteilers (14) von zwei Fokussiereinrichtungen (Zylinderlinsen A, B) zu zwei im Winkel zueinander stehenden Linien gebündelt und quer auf je einen als Empfängerzeile (A′, B′) ausgebildeten Empfänger fokussiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Daten die Flächenverteilung der Helligkeit des emittierten Lichts (13) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Daten die Koordinaten der Helligkeitszentren (16) gewonnen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Daten die statistische Helligkeitsverteilung und die Anzahl der Helligkeitszentren (16) und/oder die Gesamtintensität ermittelt werden.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten histogrammatisch ausgewertet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Lasergenerator und einer mit einer Fokussiereinrichtung (15) ausgestatteten Strahlführungseinrichtung (25), die aus dem Bereich (11) der Bearbeitungsstelle (12) emittiertes Licht (13) einem Strahlteiler (14) zuleitet, dem ein optoelektrischer Empfänger nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein teildurchlässiger Spiegel (17), ein Auskoppelprisma (18) oder ein Scraperspiegel (19) das emittierte Licht (13) aus der Strahlführungseinrichtung (25) auf den Strahlteiler (14) lenkt, daß dem Strahlteiler (14) für jeden Teilstrahl (23, 23′) eine linienbündelnde Fokussiereinrichtung (Zylinderlinsen A, B) nachgeordnet ist und daß zwei Empfänger als Empfängerzeilen (A′, B′) ausgebildet sind, die im Winkel zueinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Lasergenerator und einer mit einer Fokussiereinrichtung (15) ausgestatteten Strahlführungseinrichtung (25), die aus dem Bereich (11) der Bearbeitungsstelle (12) emittiertes Licht (13) einem Strahlteiler (14) zuleitet, dem ein optoelektrischer Empfänger nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gehäuse (15′) der Fokussiereinrichtung (15) ein Detektor (4) eingebaut ist, der das emittierte Licht (13) auf den Strahlteiler (14) lenkt, daß dem Strahlteiler (14) für jeden Teilstrahl (23, 23′) eine linienbündelnde Fokussiereinrichtung (Zylinderlinsen A, B) nachgeordnet ist und daß zwei Empfänger als Empfängerzeilen (A′, B′) ausgebildet sind, die im Winkel zueinander angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Empfängerzeilen (A′, B′) im Bereich der Projektion der Bearbeitungsstelle (12) jeweils eine Blende (20) angeordnet ist.