DE4340395C1 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls - Google Patents

Description

Es ist bereits allgemein bekannt, ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahls zu bearbeiten. Dabei können mit Hilfe des Laserstrahls Schweißvorgänge durchgeführt, Löcher in das Werkstück hineingebohrt werden, usw. Im allgemeinen wird für diese Bearbeitungsvorgänge ein zwi­ schen einer Laserbearbeitungsdüse und dem Werkstück vorhandener Ab­ stand in gewünschter Weise eingestellt bzw. konstant gehalten, was eine Abstandsmessung voraussetzt.

Zu diesem Zweck befindet sich bei der in der DE 42 01 640 C1 beschriebenen Vorrichtung an der Spit­ ze der Laserbearbeitungsdüse eine Sensorelektrode, an die ein elektri­ sches Wechselsignal angelegt wird, um eine zwischen der Sensorelektrode und dem Werkstück vorhandene Meßkapazität durch Auswertung einer Änderung des Wechselsignals infolge der Meßkapazität zu ermitteln. Hier­ bei wird zunächst aus dem Wechselsignal ein elektrisches Gleichsignal ge­ neriert, das dem Abstand zwischen Sensorelektrode und Werkstück ent­ spricht. Dieses Gleichsignal wird dann einer Regeleinrichtung zugeführt, die abhängig vom Gleichsignal für eine Konstanthaltung des Abstands zwischen Laserbearbeitungsdüse bzw. Sensorelektrode und Werkstück sorgt.

In neuerer Zeit gewinnt die On-Line-Prozeßüberwachung bei der Laser­ strahlbearbeitung eines Werkstücks mehr und mehr an Bedeutung. Be­ sonderes Augenmerk wird dabei u. a. auf die Qualität von Schweißarbeiten z. B. unter Einsatz von CO₂-Lasern gerichtet oder auf die Ermittlung des Durchstechzeitpunktes beim Laserbohren, um nur einige Beispiele zu nennen.

Im Hinblick auf die Ermittlung des Durchstechzeitpunktes ist es aus der EP 0 344 339 A1 bereits bekannt, die bei der Laserbearbeitung vom Werk­ stück emittierte elektromagnetische Strahlung oder die durch das Ein­ stechloch austretende Laserstrahlung durch einen oder mehrere Detekto­ ren zu messen.

Dagegen beschäftigt sich der Aufsatz "Laser Weld Quality Monitoring and Fault Diagnosis" von L. Li, et al, International Conference on Laser Systems Application in Industry (Torino, Italy, November 7-9, 1990) mit der Erfassung von Prozeßparametern, z. B. beim Laserbohren oder Laserschweißen, durch Messung der bei der Bearbeitung erzeugten elektri­ schen Ladungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfah­ ren so welterzubilden, daß Störungen, die insbesondere durch ungeladene und bei der Materialbearbeitung erzeugte Metallspritzer entstehen, unter Weiterverarbeitung bereits vorhandener und für die Abstandsregelung zwischen Sensorelektrode und Werkstück verwendeter Signale zwecks Er­ höhung der Effektivität der Laserbearbeitung überwacht werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß aus dem dem Abstand zwischen Sensorelektrode und Werkstück entsprechen­ den elektrischen Gleichsignal durch Frequenzfilterung und nachfolgen­ der Gleichrichtung ein Störungsmeßsignal erzeugt wird, daß dieses Stö­ rungsmeßsignal mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird, und daß danach bei Passieren des Schwellenwerts durch das Störungs­ meßsignal ein Zustandssignal generiert wird.

Durch dieses Störungsmeßsignal, das sich nicht nur infolge des bei der Laserbearbeitung entstehenden Plasmas sondern im wesentlichen durch da­ bei entstehende ungeladene Metallspritzer ergibt, die die Meßkapazität zwischen Sensorelektrode und Werkstück verändern, läßt sich für viele Anwendungszwecke eine hinreichende On-Line-Prozeßüberwachung durchführen, um zu einer Verbesserung der Prozeßsicherheit und/oder einer Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit bei der Laserbearbeitung zu kommen.

Zum Beispiel wird beim Laserschneiden von Blechen am Anfang eines Schnittes zuerst mit dem Laserstrahl ein Loch gebohrt, um danach mit dem Schneiden beginnen zu können. Bei diesem Bohrvorgang entsteht infolge der bereits genannten Metallspritzer das Störungsmeßsignal. Bei dicken Blechen dauert der Bohrvorgang bis zu mehreren Sekunden, wobei selbst bei hohen Blechdicken die Einstechzeit wegen schwankender Laserleistung. unterschiedlicher Oberflächenstruktur, usw., nicht immer kon­ stant zu sein braucht. Deswegen wurde herkömmlich die Einstechzeit immer ein bißchen größer gewählt als eigentlich nötig. Überwacht man dage­ gen beim Laserbohren erfindungsgemäß das Störungsmeßsignal darauf­ hin, ob es einen vorgegebenen Schwellenwert passiert bzw. unterschreitet, so läßt sich schon bei Erzeugung des Zustandssignals der Laserstrahl re­ lativ zum Werkstück weiterbewegen, so daß jetzt unmittelbar nach dem Durchstechen des Bleches die Schneidarbeit begonnen werden kann. Un­ nötige Zeitvorgaben entfallen somit, was zu einer schnelleren Werkstück­ bearbeitung und zu einer Reduzierung der dabei anfallenden Kosten führt.

Auch die Überwachung eines Schweißvorganges läßt sich in dieser Weise vornehmen. Üblicherweise entsteht beim Schweißen ein Störungsmeß­ signal, das unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes verbleibt. Treten jedoch Materialstörungen im Bereich der Schweißnaht auf, beispielsweise infolge eines Materialfehlers, so kann es zu einer erhöhten Spritzerbildung kommen, was dazu führt, daß das Störungsmeßsignal den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall wird das Zustandssignal generiert, wodurch angezeigt wird, daß es sich bei dem bear­ beiteten Werkstück um Ausschuß handelt. Der Schweißvorgang wird dann abgebrochen.

Ferner ist es möglich, das Störungsmeßsignal daraufhin zu überprüfen, ob es zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert liegt. Übersteigt z. B. beim Schweißen das Störungsmeßsignal den oberen Schwellenwert, so kann ein Materialfehler vorliegen, wie bereits erwähnt. Unterschreitet es dagegen den unteren Schwellenwert, so kann z. B. die Laserleistung unzulässig weit abgesenkt oder der Laser abgeschaltet wor­ den sein. In diesem Fall wird ebenfalls ein Zustandssignal erzeugt, das zur Stillsetzung der Anlage dient. Entsprechendes kann auch geschehen, wenn z. B. beim Schweißen versehentlich ein Durchgangsloch mittels des Schweißstrahls im Werkstück erzeugt wird.

Auch beim Laserschneiden läßt sich das Störungsmeßsignal mit einem oberen und mit einem unteren Schwellenwert vergleichen. Unterschreitet es den unteren Schwellenwert, so wird ein einwandfreier Schnitt erhalten, was durch ein entsprechendes Zustandssignal angezeigt wird. Über­ schreitet das Störungsmeßsignal beim Laserschneiden dagegen den obe­ ren Schwellenwert, so kann dies ein Indiz für das Absinken der Laserlei­ stung oder für einen Materialfehler sein, da das Überschreiten des oberen Schwellenwertes auf Spritzerbildung hinweist, was bedeutet, daß kein einwandfreier Schnitt durchgeführt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Gleich­ signal einer Hochpaßfilterung unterzogen, wodurch ein relativ pauschales Störungsmeßsignal erhalten wird, da hier Frequenzen über einen recht großen Bereich aufsummiert werden. Ein derart pauschales Störungs­ meßsignal reicht in vielen Fällen zur einwandfreien Prozeßüberwachung aus.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Gleichsignal aber auch einer Bandpaßfilterung unterzogen werden, um das Störungsmeßsignal aufgrund von Information in eingeschränkten Frequenzbereichen ermitteln zu können. Derartige Frequenzbereiche können auf empiri­ schem Wege ermittelt werden.

Darüber hinaus läßt sich aber auch die Frequenz des elektrischen Wech­ selsignals verändern, um je nach zu erwartender Störung zu einer ver­ besserten Empfindlichkeit des Meßverfahrens zu kommen.

Das elektrische Wechselsignal kann z. B. eine über der Meßkapazität ab­ fallende und durch einen eingeprägten Wechselstrom mit konstantem Ef­ fektivwert erzeugte Wechselspannung sein. Letztere wird zunächst gleich­ gerichtet und tiefpaßgefiltert, um das zur Abstandsregelung benötigte Gleichsignal zu erhalten. Dieses wird dann weiter frequenzgefiltert, gleichgerichtet und zur Erzeugung des Zustandssignals mit dem voreinge­ stellten Schwellenwert verglichen.

Alternativ dazu kann das elektrische Wechselsignal aber auch durch einen Schwingkreis erzeugt werden, der durch die Meßkapazität und eine Induktivität gebildet wird. Dabei wird zur Erzeugung des Gleichsignals die Fre­ quenz des Schwingkreises einem Frequenz-/Gleichspannungswandler zugeführt, wobei das Gleichsignal dann zur Abstandsregelung verwendet wird. Dasselbe Gleichsignal wird andererseits einer weiteren Frequenzfil­ terung mit anschließender Gleichrichtung unterworfen, um durch Ver­ gleich mit dem voreingestellten Schwellenwert ein Zustandssignal zu er­ halten.

Darüber hinaus läßt sich auch die Amplitude des Wechselsignals des Schwingkreises unmittelbar zwecks Erzeugung eines Gleichsignals gleichrichten, das dann wiederum hoch-/oder bandpaßgefiltert, gleichgerichtet und mit einem voreingestellten Schwellenwert verglichen wird, um zu einem weiteren Zustandssignal zu kommen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 2 eine zweite und einen Schwingkreis aufweisende Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher beschrieben.

Durch eine Laserbearbeitungsdüse 1 wird ein nicht dargestellter Laser­ strahl in Axialrichtung hindurchgeführt, der auf ein Werkstück 2 fokus­ siert ist. Die Laserbearbeitungsdüse 1 trägt an ihrer Spitze eine Sensor­ elektrode 3, die z. B. aus Kupfer besteht. Die Sensorelektrode 3 kann dabei den Laserstrahl konzentrisch umgeben und ist zu diesem Zweck ringför­ mig ausgebildet. Sie bildet zusammen mit dem Werkstück 2 eine abstands­ abhängige Meßkapazität C_Meß.

Das Werkstück 2 selbst liegt auf Erdpotential, während die Sensorelektro­ de 3 mit einer Konstantwechselstromquelle 4 und mit dem Eingang eines Gleichrichters 5 verbunden ist, dessen Ausgang einem Tiefpaßfilter 6 zu­ geführt wird. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 6 Ist einerseits mit dem Ein­ gang einer Abstandsregelschaltung 7 und andererseits mit dem Eingang eines weiteren Filters 8 verbunden, der beispielsweise ein Hochpaßfilter oder ein Bandpaßfilter sein kann. Der Ausgang dieses weiteren Filters 8 wird über einen weiteren Gleichrichter 9 einer Vergleichsschaltung 10 zu­ geführt, um mit einem durch eine Einstellschaltung 11 voreingestellten Schwellenwert verglichen zu werden. An einer mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung 10 verbundenen Klemme 12 kann dann ein Zustands­ signal abgenommen werden. Ferner ist die Abstandsregelschaltung 7 über einen mechanischen Stellmechanismus mit der Laserbearbeitungsdüse 1 gekoppelt, um deren Abstand relativ zum Werkstück 2 in Übereinstim­ mung mit einem vom Tiefpaßfilter 6 gelieferten Gleichsignal auf einen ge­ wünschten Wert zu halten.

Bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 mit Hilfe des Laserstrahls, etwa beim Schweißen oder beim Bohren eines Lochs in das Werkstück 2 hinein, entstehen neben dem üblichen Plasma heiße und elektrisch neutrale Me­ tallspritzer im Bereich zwischen dem Werkstück 2 und der Sensorelektro­ de 3, wobei insbesondere die Metallspritzer zu einer Veränderung der Meßkapazität C_Meß führen. Die entsprechende Störkapazität ist in Fig. 1 mit C_St gekennzeichnet, während der Einfluß des Plasmas durch eine Ersatzreihenschaltung aus einem Spannungsgenerator UG und einem Plasmainnenwiderstand R_i dargestellt ist, die parallel zur Meßkapazität C_Meß liegt.

Die Sensorelektrode 3 der Laserbearbeitungsdüse 1 bildet mit dem Werk­ stück 2, wie bereits erwähnt, die abstandsabhängige Meßkapazität C_Meß, die zwischen ca. 0,1 pF und ca. 10 pF liegt.

Mittels der Konstantwechselstromquelle, die einen Effektivstrom I_eff von etwa 100 nA liefert, wird durch die Meßkapazität C_Meß ein Wechselstrom mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis ca. 100 kHz geschickt. Ent­ spricht der aus Werkstück 2 und Sensorelektrode 3 gebildete Meßkonden­ sator einem idealen Plattenkondensator, so ist der Effektivwert der an ihm abfallenden Wechselspannung direkt proportional zum Abstand der Sen­ sorelektrode 3 vom Werkstück 2 und umgekehrt proportional zur Meßkapazität C_Meß.

Durch den Gleichrichter 5 wird die über die Meßkapazität C_Meß abfallende Wechselspannung (Wechselsignal) gleichgerichtet und durch den nachfol­ genden Tiefpaßfilter (z. B. 100 Hz bis 3 kHz) In eine Gleichspannung (Gleichsignal) umgewandelt. Diese Gleichspannung wird vom Ausgang des Tiefpaßfilters 6 dem Eingang der Abstandsregelschaltung 7 zugeführt, die ihrerseits in Übereinstimmung mit der empfangenen Gleichspannung über den Stellmechanismus 13 den Abstand zwischen Laserbearbeitungs­ düse 1 bzw. Sensorelektrode 3 und Werkstück 2 einstellt, z. B. konstant hält. Diese Abstandsregelung ist allgemein bekannt und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert.

Andererseits wird erfindungsgemäß die am Ausgang des Tiefpaßfilters 6 erscheinende Gleichspannung dem weiteren Filter 8 zugeführt, der z. B. ein 50 Hz Hochpaßfilter sein kann. Durch diese Maßnahme wird der mit den Metallspritzeraktivitäten korrelierende Frequenzantell im Gleich­ signal herausgefiltert, um danach z. B. durch den Gleichrichter 9 in eine Gleichspannung umgewandelt zu werden, deren Höhe den Spritzeraktivi­ täten entspricht. Dem Gleichrichter 9 kann ggf. noch ein weiterer Tiefpaß­ filter (nicht dargestellt) folgen. Diese Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 9 stellt ein Störungsmeßsignal dar, das der Vergleichs­ schaltung 10 (Komparator) zugeführt wird. Über- bzw. unterschreitet die­ se Gleichspannung eine durch die Einstellschaltung 11 vorgegebene Schwelle, so wird das Zustandssignal durch die Vergleichsschaltung 10 zur Klemme 12 geliefert.

Wird z. B. mit Hilfe des Laserstrahls gebohrt, so erscheint das Störungsmeßsignal am Ausgang des Gleichrichters 9 so lange, bis der Durchstich erfolgt ist. Danach werden keine Metallspritzer mehr erzeugt, so daß das Störungsmeßsignal die vorgegebene Schwelle unterschreitet. Das da­ durch erzeugte Zustandssignal kann jetzt dazu verwendet werden, einen Antrieb der Laserbearbeitungsdüse 1 zu starten, um die Laserbearbei­ tungsdüse 1 zwecks Durchführung eines Schneidvorgangs in konstantem Abstand relativ zum Werkstück 2 zu bewegen.

Wird dagegen geschweißt, so kann die Vergleichsschwelle so eingestellt werden, daß das Störungsmeßsignal diese Schwelle zunächst nicht über­ schreitet. Erst wenn infolge von Materialstörungen zu starke Spritzeraktivitäten entstehen und sich dadurch das Störungsmeßsignal vergrößert, wird die Schwelle überschritten und das Zustandssignal erzeugt, welches dann dazu verwendet wird, den Schweißprozeß abzubrechen.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Auch im vorliegenden Fall bildet die Sensorelektrode 3 an der Spitze der Laserbearbeitungsdüse 1 mit dem geerdeten Werkstück 2 eine abstands­ abhängige Meßkapazität C_Meß. Diese Meßkapazität C_Meß bildet mit einer festen Induktivität L, die in Reihe zur Meßkapazität C_Meß liegt, einen Schwingkreis. Das der Meßkapazität C_Meß abgewandte Ende der Induktivität L ist mit einer Erregerschaltung 14 verbunden und darüber hinaus mit einem Frequenz-/Gleichspannungswandler 15. Dieser liefert an sei­ nem Ausgang das bereits erwähnte Gleichsignal. Mit dem Ausgang des Frequenz-/Gleichspannungswandlers 15 sind in derselben Weise wie in der Schaltung nach Fig. 1 die Baueinheiten 8, 9, 10, 11 und 12 einerseits sowie 7 und 13 andererseits verbunden. Sie werden hier nicht nochmals beschrieben. Zu erwähnen wäre allerdings noch, daß die Induktivität L sich innerhalb der Laserbearbeitungsdüse 1 befinden kann.

Mit dem der Meßkapazität C_Meß abgewandten Ende der Induktivität L ist darüber hinaus ein weiterer Gleichrichter 16 verbunden, dem direkt das aus dem Schwingkreis ausgekoppelte Meßsignal zugeführt wird. An des­ sen Ausgang liegen dann hintereinander die Baueinheiten 8′, 9′, 10′ mit zugehöriger Einstellschaltung 11′ sowie die Klemme 12′, wobei diese Baueinheiten den Baueinheiten 8, 9, 10, 11 und 12 in der Schaltung nach Fig. 1 entsprechen und in derselben Weise wie dort miteinander verschal­ tet sind.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 liegen sowohl die Störkapazität C_St, die sich infolge der neutralen Metallspritzer ergibt, als auch die Ersatzreihenschaltung zur Kennzeichnung des Plasmas parallel zum Schwingkreis. Kapazitätsänderungen des Schwingkreises, z. B. hervorgerufen durch die Störkapazität C_St, bewirken hier Frequenzänderungen des Schwingkreises. Die Meßfrequenz kann z. B. In einem Bereich von mehreren MHz liegen und auf den Laserbearbeitungsprozeß hin optimiert werden. Beispielswei­ se kann die Meßfrequenz 10,7 MHz betragen. Frequenzänderungen des Schwingkreises werden durch den Frequenz-/Spannungswandler 15 in eine Spannungsänderung transformiert, die direkt mit der Kapazitätsände­ rung korreliert. Am Ausgang des Frequenz-/Spannungswandlers 15 er­ scheint somit eine Gleichspannung (Gleichsignal), die einerseits der Ab­ standsregelschaltung 7 zugeführt wird, die aber aber auch zum Eingang des weiteren Filters 8 gelangt. Hier erfolgt eine weitere Hochpaßfilterung bei einer Grenzfrequenz von z. B. 50 Hz oder eine Bandpaßfilterung, je nach gewünschtem Beobachtungsmodus. Die optimale Filtercharakteristik ist prozeßabhängig und muß empirisch ermittelt werden. Mit Hilfe des weiteren Filters 8 ist es somit möglich, diejenigen Kapazitätsänderungen aus dem Meßsignal herauszufiltern, die durch die bei der Laserbearbeitung des Werkstücks erzeugten Metallspritzer entstehen. Durch eine wei­ tere Gleichrichtung im Gleichrichter 9 bzw. Tiefpaßfilterung werden diese Änderungen wieder in eine Gleichspannung transformiert, die der Höhe der Metallspritzeraktivität entspricht. Diese Gleichspannung bildet wie­ derum das Störungsmeßsignal. Das Störungsmeßsignal wird anschlie­ ßend der Vergleichsschaltung 10 zugeführt und dort mit der durch die Ein­ stellschaltung 11 vorgegebenen Schwelle verglichen. Über- bzw. unter­ schreitet das Störungsmeßsignal die voreingestellte und zuvor experimen­ tell ermittelte Schwelle, so wird das Zustandssignal zur Klemme 12 ausge­ geben.

Zusätzlich zu diesem ersten Zustandssignal kann noch ein weiteres Zu­ standssignal an der Klemme 12′ erzeugt werden. Dieses zweite Zustands­ signal charakterisiert den Einfluß des bei der Laserbearbeitung entste­ henden Plasmas.

Zu diesem Zweck wird am Schwingkreis das Meßsignal ausgekoppelt und dem Gleichrichter 16 zugeführt. Das erzeugte Gleichsignal entspricht hier der Amplitude der Schwingung. Es hat sich gezeigt, daß der Widerstand des Plasmas je nach Prozeßzustand variiert und somit die Amplitude der Schwingung mehr oder weniger bedämpft. Die durch das Plasma im Gleichsignal erzeugten Hochfrequenzanteile lassen sich durch den weite­ ren Filter 8′ (Hochpaß- oder Bandpaßfilter) in gewünschter Weise heraus­ filtern und anschließend durch die Gleichrichterschaltung 9′ gleichrichten, um ein plasmabezogenes Störungsmeßsignal zu erhalten, das danach innerhalb der Vergleichsschaltung 10′ mit einer durch die Einstellschal­ tung 11′ vorgegebenen Schwelle verglichen wird, um das weitere Zu­ standssignal an der Klemme 12′ zu erhalten.

Dieses weitere Zustandssignal an der Klemme 12′ kann einer Multiplizier­ stufe 17 zugeführt werden, um mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert zu werden, der z. B. kleiner 1 sein kann. Dieses mit dem Gewichtungsfak­ tor multiplizierte weitere Zustandssignal wird dann in einem Subtrahierer 18 vom ersten Zustandssignal an der Klemme 12 subtrahiert, um jetzt zu einem noch weiteren Zustandssignal am Ausgang 12′′ des Subtrahierers 18 zu gelangen, das weitestgehend vom Einfluß des Plasmas befreit ist.

Statt der vorgezeigten Schaltungselemente können sämtliche Zustands­ signale natürlich auch durch eine Prozessorschaltung mit entsprechender Software erzeugt werden.

Darüber hinaus kann auch bei der Schaltung nach Fig. 1 durch eine dem eingeprägten Wechselstrom überlagerte, konstante Gleichspannung die im Zusammenhang mit der Schaltung nach Fig. 2 beschriebene Zusatz­ auswertung zur Erzeugung der weiteren Zustandssignale durchgeführt werden, die mit dem Widerstand des Plasmas korrelieren. Zu diesem Zweck hat man den Eingang des Gleichrichters 16 in Fig. 2 mit der Sen­ sorelektrode 3 in Fig. 1 zu verbinden und den nicht mit der Multiplizierstu­ fe verbundenen Eingang des Subtrahierers 18 in Fig. 2 mit der Klemme 12 in Fig. 1. Die restlichen Baueinheiten 8′, 9′, 10′, 11′, 17 und 18 brau­ chen dann nur gemäß Fig. 2 übernommen zu werden. Zusätzlich muß die konstante Gleichspannung über den in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Generator U der Sensorelektrode zugeführt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (2) mittels eines Laser­ strahls unter Verwendung einer zum Werkstück (2) positionierbaren Sen­ sorelektrode (3), an die ein elektrisches Wechselsignal angelegt wird, um eine zwischen Sensorelektrode (3) und Werkstück (2) vorhandene Meßka­ pazität (C_Meß) durch Auswertung einer Änderung des Wechselsignals in­ folge der Meßkapazität (C_Meß) zu ermitteln, wobei zunächst aus dem Wech­ selsignal ein elektrisches Gleichsignal generiert wird, das dem Abstand zwischen Sensorelektrode (3) und Werkstück (2) entspricht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - aus dem Gleichsignal durch Frequenzfilterung und nachfolgender Gleichrichtung ein durch die Materialbearbeitung verursachtes Störungsmeßsignal erzeugt,
• - dieses Störungsmeßsignal mit mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen, und
• - bei Passieren des Schwellenwerts durch das Störungsmeßsignal ein Zustandssignal generiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre­ quenzfilterung in einem Hochpaßfilter stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre­ quenzfilterung in einem Bandpaßfilter stattfindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Frequenz des elektrischen Wechselsignals veränderbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das elektrische Wechselsignal eine über der Meßkapazität (C_Meß) abfallende und durch einen eingeprägten Wechselstrom (i∼) mit konstan­ tem Effektivwert erzeugte Wechselspannung ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das elektrische Wechselsignal durch einen Schwingkreis (C_Meß, L) erzeugt wird, der durch die Meßkapazität (C_Meß) und eine Induktivität (L) gebildet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Gleichsignals die Frequenz des Schwingkreises (C_Meß, L) einem Frequenz-/Gleichspannungswandler (15) zugeführt wird und durch Filterung und Schwellwertvergleich ein erstes Zustandssignal erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unmit­ telbar aus der Amplitude des Wechselsignals des Schwingkreises (C_Meß, L) nach Gleichrichtung ein Gleichsignal erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Grundlage der Amplitude des Wechselsignals erzeugtes zweites Zu­ standssignal mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert und vom ersten Zustandssignal subtrahiert wird, um ein noch weiteres Zustandssignal zu erzeugen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Laserstrahl relativ zum Werkstück (2) erst nach Erzeugung des Zustandssignals bewegt wird.

11. Verfahren nach einem er Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Bewegung des Laserstrahls relativ zum Werkstück (2) nach Erzeugung des Zustandssignals gestoppt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Störungsmeßsignal daraufhin überprüft wird, ob es zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert liegt.