DE10108955A1 - Acquiring degree of wear of lens arrangement, in laser processing head, involves acquiring scattered beam acting on arrangement to form starting signal - Google Patents

Abstract

Process for acquiring the degree of wear of a lens arrangement in a laser processing head involves acquiring a scattered beam acting on the arrangement to form a starting signal corresponding to the intensity of the scattered beam; and comparing with a reference signal to deliver a monitoring signal corresponding to the degree of wear. An Independent claim is also included for a laser processing head comprising a housing (10), a lens arrangement (11) for focussing the laser beam (12), and a sensor arrangement (18, 21) for detecting the scattered beam acting on the lens arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf sowie einen Laserbearbeitungskopf.The invention relates to a method for determining the degree of wear a lens arrangement in a laser processing head and one Laser processing head.

Bei der Lasermaterialbearbeitung wird der Laserbearbeitungsstrahl häufig mit einer Linse oder Linsenanordnung gebündelt, um die zur Mate­ rialbearbeitung, beispielsweise zum Schweißen oder Schneiden erforder­ liche Energiedichte zu erzielen. Nach einer gewissen Gebrauchszeit ver­ schleißen die Linsen durch Einbrand von Metallspritzern, durch Beschä­ digung der Beschichtungen oder durch Alterung des Linsenmaterials, was zu einer erhöhten Absorption der Laserstrahlung in der Linsenanordnung führt. Infolge einer dadurch bewirkten Erwärmung der Linse kann es zu deren Zerstörung kommen.In laser material processing, the laser processing beam often bundled with a lens or lens arrangement to make the mate rial processing, for example for welding or cutting required to achieve energy density. After a certain period of use ver wear the lenses through the penetration of metal splashes, through damage damage to the coatings or aging of the lens material what to an increased absorption of the laser radiation in the lens arrangement leads. As a result of the lens being heated, this can lead to their destruction are coming.

Insbesondere bei den mit CO₂-Lasern eingesetzten ZeSe-Linsen ist die Zerstörung einer Linse immer mit der Gefahr einer Kontamination der Laserbearbeitungsanlage mit giftigem Staub verbunden.Especially with the ZeSe lenses used with CO ₂ lasers, the destruction of a lens is always associated with the risk of contamination of the laser processing system with toxic dust.

Deshalb werden die Linsen meist vorzeitig ausgetauscht, um einer Zerstö­ rung der Linsen im laufenden Betrieb vorzubeugen. Dies ist jedoch keine befriedigende Lösung des Problems, da die Linsen nicht über ihre gesamte mögliche Lebensdauer eingesetzt werden können.Therefore, the lenses are usually exchanged prematurely in order to destroy them prevention of the lenses during operation. However, this is not satisfactory solution to the problem since the lenses do not cover their entire possible lifespan can be used.

Um die Linsen möglichst lange nutzen zu können, wurde bereits ein Verfahren zur Ermittlung des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf vorgeschlagen (DE 197 09 473 C1), bei dem die erforderliche Einstechzeit zum Durchstechen eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls gemessen wird und die gemessene Einstechzeit mit einer vorbestimmten Referenzzeit verglichen wird, um ein den Verschleißgrad anzeigendes Signal zu erzeugen. Mit diesem bekannten Verfahren läßt sich also vor jedem Laserschneiden der Verschleißgrad der Linsenanordnung überprüfen, um gegebenenfalls einen Austausch der Linsenanordnung zu veranlassen. In order to be able to use the lenses as long as possible, a Method for determining the degree of wear of a lens arrangement in proposed a laser processing head (DE 197 09 473 C1), in which the time required to pierce a workpiece is measured by means of a laser beam and the measured penetration time is compared with a predetermined reference time by a Signal to indicate the degree of wear. With this well-known The process can therefore be the degree of wear before each laser cutting Check lens arrangement to replace the lens if necessary To arrange lens arrangement.  

Während des Bearbeitungsvorgangs selbst ist jedoch keine Überwachung des Schleiß grades möglich. Außerdem läßt sich dieses bekannte Verfah­ ren, das eine erheblich längere Einsatzzeit der Linsenanordnung ermög­ licht, nicht bei Laserbearbeitungen einsetzen, bei denen kein Ein- oder Durchstechen eines Werkstücks erfolgt.However, there is no monitoring during the editing process itself of the degree of wear possible. In addition, this well-known procedure ren, which allows a significantly longer service life of the lens assembly light, do not use for laser processing where no input or A workpiece is pierced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zum Ermitteln des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbe­ arbeitungskopf bereitzustellen, das unabhängig von der Art der Laserbe­ arbeitung auch während des Bearbeitungsvorgangs den Verschleißgrad der Linsenanordnung ermitteln kann, um bei Erreichen der Verschleiß­ grenze rechtzeitig die Abschaltung der Laserbearbeitung, insbesondere die Abschaltung des Lasers veranlassen zu können. Daneben liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, einen für die Durchführung dieses Verfah­ rens geeigneten Laserbearbeitungskopf bereitzustellen.The invention has for its object a further method for Determining the degree of wear of a lens arrangement in a laser beam Provide working head, regardless of the type of laser the degree of wear even during the machining process the lens assembly can determine to achieve wear limit timely the shutdown of laser processing, in particular to be able to switch off the laser. Next to it is the Er finding the task, one for the implementation of this procedure to provide a suitable laser processing head.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9 gelöst.This object is achieved by the method according to claim 1 and the laser processing head solved according to claim 9.

Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, daß die von der Linsenanord­ nung bewirkte Streustrahlung erfaßt wird, um ein der Größe dieser Strah­ lung entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, das mit einem Refe­ renzsignal verglichen wird, um ein dem Verschleißgrad entsprechendes Überwachungssignal zu liefern. Das Überwachungssignal kann dabei ein Alarmsignal sein, das das Erreichen der Verschleißgrenze anzeigt, oder ein geeignetes Ausgangssignal, das zum Erkennen des Verschleißgrades ausgewertet wird.According to the invention it is therefore provided that the lens arrangement Scattered radiation caused by the size of this beam to generate appropriate output signal, which with a Refe limit signal is compared to a corresponding to the degree of wear Deliver monitoring signal. The monitoring signal can be a Be an alarm signal indicating that the wear limit has been reached, or a suitable output signal that is used to detect the degree of wear is evaluated.

Mit der Erfassung der Streustrahlung wird eine Änderung der optischen Abbildungseigenschaften der Linsenanordnung festgestellt, durch die auf den Verschleiß der Linse geschlossen werden kann. Mit zunehmenden Verschleiß entstehen mehr und mehr Streuzentren in und auf der Linsen­ anordnung, die zu einer erhöhten Streustrahlung führen. Darüber hinaus fokussiert eine defekte Linse den Laserbearbeitungsstrahl nicht mehr in der gewünschten Weise sondern lenkt einen größeren Teil in den Randbe­ reich eines fokussierten Strahlkegels ab, als es bei einer intakten Linse der Fall wäre.With the detection of the scattered radiation, a change in the optical Imaging properties of the lens assembly determined by the the wear of the lens can be closed. With increasing Wear occurs more and more scatter centers in and on the lenses arrangement that lead to increased scattered radiation. Furthermore a defective lens no longer focuses the laser processing beam in  the desired way but directs a larger part into the Randbe range of a focused beam cone than with an intact lens Would be the case.

Um von der Wellenlänge der jeweils verwendeten Laserquelle unabhängig zu sein wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zum Erfassen der Streustrahlung deren thermische Wirkung gemessen. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Temperatur eines strahlungsabsor­ bierenden Elements gemessen wird, das außerhalb eines Bearbeitungs­ strahlengangs angeordnet ist, um das der Intensität der Streustrahlung entsprechende Ausgangssignal zu erzeugen.To be independent of the wavelength of the laser source used According to an advantageous development of the invention, Detecting the scattered radiation measured its thermal effect. For this it is preferably provided that the temperature of a radiation absorber element is measured that is outside of a machining is arranged around the intensity of the scattered radiation to generate the corresponding output signal.

Um den Einfluß einer statischen Temperatur des Laserbearbeitungskop­ fes kompensieren zu können, ist nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß neben der Temperatur des strahlungsabsorbierenden Elements die Temperatur des Laserbearbei­ tungskopfes gemessen wird, und eine Temperaturdifferenz zwischen dem strahlungsabsorbierenden Element und dem Laserbearbeitungskopf be­ stimmt wird, um ein Temperaturdifferenzsignal zu erzeugen, das als der Intensität der Streustrahlung entsprechendes Ausgangssignal dient, wo­ bei der zeitliche Verlauf des Temperaturdifferenzsignals erfaßt wird, um einen Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen strahlungsabsorbieren­ dem Element und Laserbearbeitungskopf zu ermitteln, der mit einem Refe­ renzwert verglichen wird. Auf diese Weise läßt sich der Anstieg der Diffe­ renz zwischen den Temperaturen des strahlungsabsorbierenden Elements und des Laserbearbeitungskopf, der durch die thermische Wirkung der Streustrahlung hervorgerufen wird, als Kriterium für das Erreichen der Verschleißgrenze und damit zur Abschaltung des Lasers nutzen.To the influence of a static temperature of the laser machining head To be able to compensate fes is a particularly advantageous one Embodiment of the invention provided that in addition to the temperature of the radiation-absorbing element, the temperature of the laser processing tion head is measured, and a temperature difference between the radiation-absorbing element and the laser processing head be is true to generate a temperature difference signal that is called the Output signal corresponding to intensity of scattered radiation serves where in the time course of the temperature difference signal is detected in order an increase in the temperature difference between radiation absorbing to determine the element and laser processing head, which with a Refe limit value is compared. In this way, the increase in the diffe limit between the temperatures of the radiation-absorbing element and the laser processing head, which by the thermal effect of the Scattered radiation is caused as a criterion for reaching the Use the wear limit and thus to switch off the laser.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Referenzsignal, mit dem das der Intensität der Streustrah­ lung entsprechende Ausgangssignal verglichen wird, durch Kalibrierung mit einem ordnungsgemäß eingerichteten Bearbeitungsvorgang ermittelt wird, wobei das jeweilige Referenzsignal aus einer Vielzahl von Referenzsignalen entsprechend dem jeweils ablaufenden Bearbeitungsvorgang und entsprechend dem jeweils aktuellen Bearbeitungszeitpunkt inner­ halb des ablaufenden Bearbeitungsvorgangs ausgewählt wird. Es wird al­ so der zeitliche Verlauf der Erwärmung des strahlungsabsorbierenden Elements mit einem Referenzverlauf verglichen.A practical embodiment of the invention is characterized by this from that the reference signal with which the the intensity of the stray beam corresponding output signal is compared by calibration determined with a properly set up machining process is, the respective reference signal from a plurality of reference signals  according to the machining process in progress and according to the current processing time within is selected half of the current machining process. It is al so the time course of the heating of the radiation absorbing Elements compared with a reference curve.

Auf diese Weise läßt sich die Abhängigkeit der Erwärmung des strahlungs­ absorbierenden Elements und des Laserbearbeitungskopfs vom spezifi­ schen Bearbeitungsprozeß kompensieren. Durch die Kalibrierung mit einem ordnungsgemäß eingerichteten Bearbeitungsvorgang läßt sich beim laufenden Bearbeitungsvorgang eine zuverlässige Verschleißüber­ wachung durchführen, da der Einfluß von Faktoren wie Laserleistung, Arbeitsgasvolumenstrom, Reflektionseigenschaften des zu bearbeitenden Materials und der Zeitverlauf des Bearbeitungsvorgangs selbst praktisch vollständig kompensiert werden können.In this way, the dependence of the heating of the radiation can be absorbent element and the laser processing head of the specifi compensate for the machining process. By calibration with a properly set up machining process reliable wear during the machining process watch because the influence of factors such as laser power, Working gas volume flow, reflection properties of the to be processed Material and the timing of the machining process itself practical can be fully compensated.

Bei einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß ein Arbeitsgasdruck gemessen wird, um einen Einfluß einer Arbeitsgasströmung auf die Erfassung der Streustrahlung berücksichti­ gen zu können. Hierdurch läßt sich nicht nur der Volumenstrom des Ar­ beitsgases zusätzlich überwachen, um dessen Einfluß auf die Erwärmung des strahlungsabsorbierenden Elements bzw. des Laserbearbeitungs­ kopfs berücksichtigen zu können, sondern es ist auch möglich, Störungen der Arbeitsgaszufuhr zu erfassen.In a particularly expedient development of the invention is pre see that a working gas pressure is measured in order to influence an Consider working gas flow for the detection of scattered radiation to be able to. This allows not only the volume flow of the Ar Monitor the additional gas to determine its influence on the heating the radiation-absorbing element or the laser processing head to be able to take into account, but it is also possible to disrupt the working gas supply.

Erfindungsgemäß ist bei einem Laserbearbeitungskopf, der ein Gehäuse und eine darin vorgesehene Linsenanordnung zum Fokussieren eines Laserbearbeitungsstrahls aufweist, zur Durchführung der erfindungsge­ mäßen Verfahrens eines Sensoranordnung vorgesehen, die außerhalb eines Bearbeitungsstrahlengangs angeordnet ist, um von der Linsenan­ ordnung bewirkte Streustrahlung zu erfassen.According to the invention, in the case of a laser processing head, which has a housing and a lens arrangement provided therein for focusing a Has laser processing beam for performing the fiction, ge According to the method of a sensor arrangement provided outside a processing beam path is arranged to from the lens order to cause scattered radiation.

Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, von der Linse entgegen der Licht­ richtung des Bearbeitungsstrahles zurückgestreute Laserstrahlung zu erfassen, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die Sensoranordnung in Lichtrichtung hinter der zu überwachenden Linsenanordnung außerhalb eines Strahlkegelbereichs des Bearbeitungsstrahlengangs angeordnet ist.Although it is basically conceivable, the lens opposes the light direction of the processing beam backscattered laser radiation  capture is in a preferred embodiment of the invention provided that the sensor arrangement in the direction of light behind the monitoring lens arrangement outside a beam cone area of the machining beam path is arranged.

Um die thermische Wirkung der Streustrahlung auszuwerten, umfaßt die Sensoranordnung ein strahlungsabsorbierendes Element und wenigstens einen Temperaturfühler, der ein der Temperatur des strahlungsabsorbie­ renden Elements entsprechendes Temperatursignal liefert.To evaluate the thermal effect of the scattered radiation, the Sensor arrangement a radiation absorbing element and at least a temperature sensor, the one of the temperature of the radiation absorption renden element corresponding temperature signal.

Um die allgemeine Erwärmung des Laserbearbeitungskopfes in der Bear­ beitungsumgebung berücksichtigen zu können, und so die durch die Streustrahlung bewirkte Erwärmung sicher zu erfassen, ist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß ein Refe­ renztemperaturfühler am Gehäuse angeordnet ist, der ein der Temperatur des Laserbearbeitungskopfes im Bereich der Sensoranordnung entspre­ chendes Temperatursignal liefert.To the general warming of the laser machining head in the Bear processing environment, and thus the through the Scattering radiation caused by heating is safe with one Expedient embodiment of the invention provided that a Refe limit temperature sensor is arranged on the housing, the one of the temperature of the laser processing head in the area of the sensor arrangement appropriate temperature signal.

Um eine möglichst schnelle Reaktion auf einen Linsendefekt zu ermögli­ chen, ist es vorteilhaft, wenn das strahlungsabsorbierende Element eine dem Bereich des Strahlkegels umschließende dünnwandige Sensorhülse mit kleiner Masse ist, wobei die Sensorhülse vorteilhafterweise eine Laser­ strahlung absorbierende Beschichtung aufweist. Dabei sind auf der Au­ ßenseite der Sensorhülse eine Mehrzahl von Temperaturfühlern angeord­ net, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Sensorhülse ver­ teilt sind.In order to react as quickly as possible to a lens defect Chen, it is advantageous if the radiation-absorbing element the thin-walled sensor sleeve surrounding the area of the beam cone with a small mass, the sensor sleeve advantageously being a laser has radiation absorbing coating. Here are on the Au A plurality of temperature sensors is arranged on the outside of the sensor sleeve net, which preferably ver evenly over the circumference of the sensor sleeve are divided.

Um eine zusätzliche Überwachung des Arbeitsgasdrucks zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Sensorhülse um einen Arbeits­ gaskanal herum, durch den der Laserbearbeitungsstrahl geführt ist, so angeordnet ist, daß sie durch einen sie beaufschlagenden Arbeitsgas­ druck verformbar ist, und das an der Sensorhülse zumindest ein deren Verformung erfassender Fühler angeordnet ist. To enable additional monitoring of the working gas pressure, is advantageously provided that the sensor sleeve to work gas channel around, through which the laser processing beam is guided, so is arranged that it by a working gas acting on them pressure is deformable, and at least one of them on the sensor sleeve Deformation detecting sensor is arranged.  

Zum Erfassen der Verformung der Sensorhülse können dabei ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, einen oder mehrere kapazitive Abstandsfühler anzuordnen.To detect the deformation of the sensor sleeve, one or several strain gauges can be provided. However, it is also possible to arrange one or more capacitive distance sensors.

Um eine Engstelle für die Randstrahlung des fokussierten Strahlkegels zu schaffen, durch die eine besonders wirksame Erfassung der Streustrah­ lung ermöglicht wird, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung vorgesehen, daß die Sensorhülse zu ihrer Achse hin so ausgebaucht ist, daß sie eine sich dicht an den Bereich des Strahlkegels anschmiegende Einschnürung bildet.To narrow the edge radiation of the focused beam cone create a particularly effective detection of the scattered beam development is possible with an advantageous further development of the inventor tion provided that the sensor sleeve bulged towards its axis is that it clings closely to the area of the beam cone Constriction forms.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below, for example, with reference to the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Laserbearbeitungskopfes, Fig. 1 is a highly simplified schematic representation of a modern fiction, laser processing head,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Montagerings mit einer darin angeordneten Sensorhülse zur Erfassung von Streustrahlung, und Fig. 2 is a partially sectioned illustration of a mounting ring with a sensor sleeve arranged therein for detecting scattered radiation, and

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer Signalverar­ beitungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens. Fig. 3 is a simplified schematic block diagram of a signal processing arrangement for performing the method according to the invention.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the different figures of the drawing are corresponding to each other Provide components with the same reference numerals.

Wie in Fig. 1 rein schematisch dargestellt ist, ist in einem Gehäuse 10 eines Laserbearbeitungskopfes eine Linsenanordnung 11 vorgesehen, die eine oder mehrere Linsen umfaßt und einen Laserbearbeitungsstrahl 12 in einen Arbeitspunkt 13 fokussiert, der auf einem zu bearbeitenden Werk­ stück 14 liegt. Ein von der Linse oder Linsenanordnung fokussierter Strahlkegel 15 des Laserbearbeitungsstrahls 12 wird durch eine Schneid- oder Bearbeitungsdüse 16 hindurch geführt, durch die auch ein unter Druck stehendes Arbeitsgas in den Bereich des Arbeitspunktes 13 geleitet wird. Zwischen der Bearbeitungsdüse 16 und dem Gehäuse 10 des Laser­ bearbeitungskopfes ist in einem schematisch angedeuteten Montagering 17 als strahlungsabsorbierendes Element für die von der Linsenanord­ nung 11 bewirkten Streustrahlung eine dünnwandige Sensorhülse 18 mit geringer Masse angeordnet, die einen Bereich des Strahlkegels 15 um­ schließt. Die Sensorhülse 18 weist dabei eine zur Hülsenachse 19 hin ge­ krümmte Innenkontur oder Ausbauchung 20 auf, um eine Engstelle für die Randstrahlung des fokussierten Strahlkegels 15 zu bilden. Durch diese stahlfallenartige Profilierung der Sensorhülse 18 läßt sich die von der Lin­ senanordnung 11 bewirkte Streustrahlung besonders gut erfassen.As shown in Fig. 1 purely schematically, a lens assembly 11 is provided in a housing 10 of a laser processing head, which comprises one or more lenses and focuses a laser processing beam 12 into a working point 13 , which lies on a workpiece 14 to be machined. A beam cone 15 of the laser processing beam 12 focused by the lens or lens arrangement is guided through a cutting or processing nozzle 16 , through which a working gas under pressure is also guided into the region of the operating point 13 . Between the processing nozzle 16 and the housing 10 of the laser processing head, a thin-walled sensor sleeve 18 with a small mass is arranged in a schematically indicated mounting ring 17 as a radiation-absorbing element for the scatter radiation caused by the lens arrangement 11 , which closes an area of the beam cone 15 . The sensor sleeve 18 has a ge to the sleeve axis 19 curved inner contour or bulge 20 to form a constriction for the edge radiation of the focused beam cone 15 . This steel trap-like profile of the sensor sleeve 18 , the stray radiation caused by the Lin senanordnung 11 can be detected particularly well.

Die Sensorhülse 18 besteht dabei zweckmäßigerweise aus einem Material mit guten Strahlungsabsorptionseigenschaften, kann aber auch zusätz­ lich noch mit einer gut strahlungsabsorbierenden Beschichtung versehen sein. Beim Einsatz einer gut strahlungsabsorbierenden Beschichtung kann das Hülsenmaterial jedoch auch im Hinblick auf seine Wärmekapazi­ tät, seine Wärmeleitfähigkeit und seine mechanischen Eigenschaften frei gewählt werden.The sensor sleeve 18 expediently consists of a material with good radiation absorption properties, but can also be additionally provided with a good radiation-absorbing coating. When using a good radiation-absorbing coating, however, the sleeve material can also be freely selected with regard to its heat capacity, its thermal conductivity and its mechanical properties.

Auf der Außenseite der Sensorhülse 18 sind ein oder mehrere Temperatur­ fühler 21, von denen nur einer dargestellt ist, angeordnet, um durch Erfassen der Temperatur der Sensorhülse 18 die thermische Wirkung der Laserstreustrahlung zu messen. Wenn mehrere Temperaturfühler 21 vorgesehen sind, so sind diese zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt an der Sensorhülse 18 angebracht. Über eine Leitung 22 sind der oder die Temperaturfühler 21 mit einer Erfassungseinrichtung 23 verbunden, so daß die von dem oder den Temperaturfühlern 21 geliefer­ ten Temperatursignale als der der Streustrahlung entsprechende Aus­ gangssignale erfasst und gesammelt werden können.On the outside of the sensor sleeve 18 , one or more temperature sensors 21 , of which only one is shown, are arranged to measure the thermal effect of the laser scattered radiation by detecting the temperature of the sensor sleeve 18 . If a plurality of temperature sensors 21 are provided, they are expediently attached to the sensor sleeve 18 in a uniformly distributed manner in the circumferential direction. Via a line 22 , the or the temperature sensors 21 are connected to a detection device 23 , so that the temperature signals supplied by the temperature sensor (s) 21 can be detected and collected as the output signals corresponding to the scattered radiation.

Da die dünnwandige Sensorhülse 18 auch vom Schneidgasdruck beauf­ schlagt und damit verformt wird, kann aus ihrer Verformung der Schneidgasdruck ermittelt werden. Zu diesem Zweck ist als Verformungsfühler beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen 24 auf die Außenseite der Sensorhülse 18 aufgeklebt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 25 an die Erfassungseinrichtung 23 geliefert wird. Anstelle eines Dehnungs­ meßstreifens 24 könnte auch ein anderer Verformungsfühler, beispiels­ weise ein kapazitiver Abstandssensor vorgesehen sein. Obwohl nur ein einziger Dehnungsmeßstreifen 24 in der Zeichnung dargestellt ist, können auch mehrere Dehnungsmeßstreifen 24 oder kapazitive Abstandsfühler vorgesehen sein, die dann zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang der Sensorhülse 18 verteilt angeordnet sind.Since the thin-walled sensor sleeve 18 is also struck by the cutting gas pressure and is thus deformed, the cutting gas pressure can be determined from its deformation. For this purpose, a strain gauge 24, for example, is glued to the outside of the sensor sleeve 18 as the deformation sensor, the output signal of which is supplied to the detection device 23 via a line 25 . Instead of a strain gauge 24 , another deformation sensor, for example a capacitive distance sensor, could also be provided. Although only a single strain gauge 24 is shown in the drawing, several strain gauges 24 or capacitive distance sensors can also be provided, which are then expediently arranged uniformly distributed over the circumference of the sensor sleeve 18 .

Um den Einfluß der Temperatur des Laserbearbeitungskopfes zu kompen­ sieren ist im inneren Bereich des Laserbearbeitungskopfes, beispielsweise im inneren Bereich des Montagerings 17 ein weiterer Temperaturfühler 26 angeordnet, dessen einer Temperatur des Laserbearbeitungskopfes ent­ sprechendes Temperatursignal als Ausgangssignal über eine Leitung 27 an die Erfassungseinrichtung 23 geliefert wird.Sieren to compen the influence of the temperature of the laser processing head is in the inner region of the laser machining head, for example, arranged in the inner region of the mounting ring 17, a further temperature sensor 26 whose temperature of the laser processing head ent speaking temperature signal as an output signal via a line 27 to the detection device 23 is delivered ,

Die von den Temperaturfühlern 21, 26 und den Dehnungsmeßstreifen 24 gelieferten Ausgangssignale, die der Sensorhülsentemperatur, der Laser­ bearbeitungskopftemperatur und dem Arbeitsgasdruck entsprechen, werden von der Erfassungeinrichtung 23 gesammelt und an ein Auswerte­ gerät 28 übertragen, das die Meßsignale überwacht, und bei auftretenden Fehlern bzw. beim Erreichen der Verschleißgrenze der Linsenanordnung entsprechende Alarmmeldungen an eine übergeordnete Maschinensteue­ rung 29 liefert. Der Maschinensteuerung 29 können aber auch die Meßsignale zur weiteren Auswertung übermittelt werden.The output signals supplied by the temperature sensors 21 , 26 and the strain gauges 24 , which correspond to the sensor sleeve temperature, the laser processing head temperature and the working gas pressure, are collected by the detection device 23 and transmitted to an evaluation device 28 , which monitors the measurement signals, and if errors or errors occur When the wear limit of the lens arrangement is reached, corresponding alarm messages are sent to a higher-level machine control 29 . The machine control 29 can also be transmitted the measurement signals for further evaluation.

Um den Verschleißgrad der Linse oder Linsenanordnung 11 zu ermitteln, wird im einfachsten Fall das vom Temperaturfühler 21 gelieferte Aus­ gangssignal, das der Temperatur der Sensorhülse 18 entspricht, mit einer Referenztemperatur verglichen, das durch eine Kalibrierung mit einem ordnungsgemäß eingerichteten Bearbeitungsvorgang ermittelt wurde. Die Referenztemperatur stellt dabei beispielsweise den zulässigen Höchstwert der Sensorhülsentemperatur dar, die die Sensorhülse 18 auch bei langen Bearbeitungsvorgängen erreichen kann, wenn der Verschleiß der Linsen­ anordnung 11 noch unterhalb der höchst zulässigen Verschleißgrenze liegt.In order to determine the degree of wear of the lens or lens arrangement 11 , in the simplest case the output signal supplied by the temperature sensor 21 , which corresponds to the temperature of the sensor sleeve 18 , is compared with a reference temperature, which was determined by calibration with a properly set up machining operation. The reference temperature represents, for example, the permissible maximum value of the sensor sleeve temperature, which the sensor sleeve 18 can reach even during long machining operations if the wear of the lens arrangement 11 is still below the maximum permissible wear limit.

Erreicht die Sensorhülsentemperatur die Referenztemperatur, so wird als Überwachungssignal ein Alarmsignal an die Maschinensteuerung 29 ausgegeben, die dann den Bearbeitungsvorgang unterbricht, den Laser abschaltet und ein Anzeigesignal ausgibt, das einer Bedienungsperson anzeigt, das die Linsenanordnung 11 aufgrund des Erreichens der Verschleißgrenze ausgetauscht werden muß.If the sensor sleeve temperature reaches the reference temperature, an alarm signal is output to the machine control 29 as a monitoring signal, which then interrupts the machining process, switches off the laser and emits a display signal which indicates to an operator that the lens arrangement 11 must be replaced when the wear limit has been reached.

Das Austauschen der Linsenanordnung kann gegebenenfalls auch automatisch ausgeführt werden, indem die verschlissene Linsenanord­ nung 11 an einem hierfür vorgesehenen Werkzeugmagazinplatz abgelegt wird, während eine neue Linsenanordnung 11 von einem anderen Maga­ zinplatz entnommen und eingesetzt wird.The exchange of the lens arrangement can optionally also be carried out automatically by the worn lens arrangement 11 being deposited at a tool magazine location provided for this purpose, while a new lens arrangement 11 is removed from another magazine location and inserted.

Da auch durch eine Verwechselung des Linsentyps, durch eine Verwech­ selung der Einbaulage oder eine zu tief eingestellte Fokuslage eine starke Erwärmung der Sensorhülse 18 bewirken kann, kann bei dem erfindungs­ gemäßen Laserbearbeitungskopf durch Überwachung der Sensor­ hülsentemperatur auch eine fehlerhafte Justierung oder Auswahl der Linsenanordnung 11 erkannt werden, so daß durch rechtzeitiges Abschal­ ten des Lasers der Laserbearbeitungskopf vor einer Beschädigung durch den Laserstrahl gewahrt werden kann.Since, by confusing the lens type, by changing the installation position or setting the focus position too low, strong heating of the sensor sleeve 18 can result in the inventive laser processing head by monitoring the sensor sleeve temperature, an incorrect adjustment or selection of the lens arrangement 11 can also be detected are so that the laser processing head can be prevented from damage by the laser beam by timely switching off the laser th

Um zwischen dem Erreichen der Verschleißgrenze der Linsenanordnung 11 und eine Fehljustierung bzw. einem Fehleinbau der Linsenanordnung 11 unterscheiden zu können, kann vorgesehen sein, daß die Zeit zwischen Einschalten des Lasers und Erreichen der Referenztemperatur festgestellt wird, um in dem Fall, daß diese Zeit kürzer ist als eine vorgegebene Refe­ renzzeit auf eine Fehljustierung bzw. einen Fehleinbau zu schließen, während in dem Fall, daß die Zeit bis zum Erreichen der Referenztemperatur größer als die Referenzzeit ist, auf das Erreichen der Verschleißgrenze geschlossen wird.In order to be able to distinguish between reaching the wear limit of the lens arrangement 11 and incorrect adjustment or incorrect installation of the lens arrangement 11 , it can be provided that the time between switching on the laser and reaching the reference temperature is determined in the event that this time is shorter is to be inferred as a predetermined reference time on a misalignment or incorrect installation, whereas in the event that the time to reach the reference temperature is greater than the reference time, it is concluded that the wear limit has been reached.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der zeitliche Verlauf der Sensorhülsentemperatur mit einem zeitlichen Referenztempe­ raturverlauf für den jeweiligen spezifischen Bearbeitungsvorgang vergli­ chen, der durch einen Kalibrierung mit einem fehlerfreien Bearbeitungs­ vorgang ermittelt wurde. Hierzu wird in Abhängigkeit von dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang, der durch die Bearbeitungsart, also Schneiden oder Schweißen, das zu bearbeitende Material, die Materialdicke sowie die Dauer des Bearbeitungsvorgangs bestimmt ist, der zeitliche Temperatur­ verlauf der Sensorhülsentemperatur ermittelt und gespeichert. Während des normalen Bearbeitungsbetriebs wird dann der aktuelle zeitliche Temperaturverlauf mit dem Referenzverlauf verglichen, und falls die Abweichung des aktuellen Temperaturverlaufs größer als ein geeigneter Toleranzwert ist, wird ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt und vom Auswertegerät 28 an die Maschinensteuerung geliefert. Auch hierbei können neben dem Linsenverschleiß wiederum falsche Einbaulage und Fehljustierung erkannt werden.In another exemplary embodiment of the invention, the time profile of the sensor sleeve temperature is compared with a time reference temperature profile for the respective specific processing operation, which was determined by a calibration with an error-free processing operation. For this purpose, depending on the respective machining process, which is determined by the type of machining, i.e. cutting or welding, the material to be machined, the material thickness and the duration of the machining process, the temperature profile over time of the sensor sleeve temperature is determined and stored. During normal machining operation, the current temperature profile over time is then compared with the reference profile, and if the deviation of the current temperature profile is greater than a suitable tolerance value, a corresponding error signal is generated and delivered by the evaluation device 28 to the machine control. In addition to lens wear, incorrect installation position and misalignment can also be detected.

Da sich die Sensorhülse 18 nicht nur infolge der Streustrahlung von der Linsenanordnung 11 erwärmt sondern auch mit dem Laserbearbeitungs­ kopf in Wärmekontakt steht, so daß eine Erwärmung des Laserbearbei­ tungskopfes einen Temperaturanstieg der Sensorhülse 18 bewirkt, wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Temperaturdif­ ferenz zwischen der Sensorhülsentemperatur und einer vom Temperatur­ fühler 26 erfaßten Temperatur des Laserbearbeitungskopfes festgestellt. Bei der Auswertung der Temperaturdifferenz kann einerseits der zeitliche Verlauf der Temperaturdifferenz mit einem Referenzverlauf verglichen werden, der wiederum durch eine geeignete Kalibrierung ermittelt wurde, um das Erreichen der Verschleißgrenze oder Fehljustierungen der optischen Elemente zu erkennen. Since the sensor sleeve 18 heats up not only as a result of the scattered radiation from the lens arrangement 11 but also is in thermal contact with the laser processing head, so that heating of the laser processing head causes a temperature rise in the sensor sleeve 18 , the temperature difference between in another embodiment of the invention the sensor sleeve temperature and a temperature detected by the temperature sensor 26 of the laser machining head. When evaluating the temperature difference, on the one hand the time course of the temperature difference can be compared with a reference course, which in turn has been determined by a suitable calibration in order to recognize the reaching of the wear limit or incorrect adjustments of the optical elements.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn nicht die Temperaturdifferenz selbst mit einem Referenzwert verglichen wird, sondern die Änderung der Temperaturdifferenz so daß ein schneller Anstieg der Sensorhülsentempe­ ratur erkannt werden kann, der als Indiz für einen Linsendefekt herange­ zogen werden kann.However, it is particularly advantageous if not the temperature difference itself is compared with a reference value, but the change in Temperature difference so that a rapid increase in the sensor sleeve temperature rature can be recognized, which is used as an indication of a lens defect can be pulled.

Mit Hilfe der Verformungsfühler läßt sich der Arbeitsgasdruck im Laserbe­ arbeitungkopf erfassen und überwachen, so daß bei einer Abweichung des Arbeitsgasdrucks vom Sollwert ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt werden kann, aufgrund dessen eine entsprechende Anzeige für einen Ma­ schinenbediener generiert wird. Das Drucksignal läßt sich aber auch nut­ zen, um eine Kühlung der Sensorhülse 18 durch den Arbeitsgasstrom während der Messung der thermischen Wirkung der Streustrahlung ab­ schätzen zu können, so daß deren Einfluß auf die Messung berücksichtigt werden kann.With the help of the deformation sensor, the working gas pressure in the laser processing head can be detected and monitored, so that if the working gas pressure deviates from the desired value, a corresponding error signal can be generated, on the basis of which a corresponding display is generated for a machine operator. However, the pressure signal can also be used to estimate cooling of the sensor sleeve 18 by the working gas flow during the measurement of the thermal effect of the scattered radiation, so that its influence on the measurement can be taken into account.

Claims (19)

1. Verfahren zum Ermitteln des Verschleißgrades einer Linsenanord­ nung (11) in einem zur Bearbeitung eines Werkstücks (14) mit einem Laserbearbeitungsstrahl (12) dienenden Laserbearbeitungskopf, mit folgenden Schritten:

• - Erfassen einer von der Linsenanordnung (11) bewirkten Streustrah­ lung, um ein der Intensität der Streustrahlung entsprechendes Ausgangs­ signal zu erzeugen, und
• - Vergleichen des der Intensität der Streustrahlung entsprechenden Ausgangssignals mit einem Referenzsignal, um ein dem Verschleißgrad entsprechendes Überwachungssignal zu liefern.

1. A method for determining the degree of wear of a lens arrangement ( 11 ) in a laser processing head for processing a workpiece ( 14 ) with a laser processing beam ( 12 ), comprising the following steps:

• - Detection of a scattered radiation caused by the lens arrangement ( 11 ) in order to generate an output signal corresponding to the intensity of the scattered radiation, and
• - Comparing the output signal corresponding to the intensity of the scattered radiation with a reference signal in order to provide a monitoring signal corresponding to the degree of wear.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Streustrahlung deren thermische Wirkung gemessen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for Detection of the scattered radiation whose thermal effect is measured. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur eines strahlungsabsorbierenden Elements (18) gemessen wird, daß außerhalb des Bearbeitungsstrahlengangs (12, 15) angeordnet ist, um das der Intensität der Streustrahlung entsprechende Ausgangs­ signal zu erzeugen.3. The method according to claim 2, characterized in that the temperature of a radiation-absorbing element ( 18 ) is measured, that outside the processing beam path ( 12 , 15 ) is arranged to generate the output signal corresponding to the intensity of the scattered radiation. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
neben der Temperatur des strahlungsabsorbierenden Elements (18) die Temperatur des Laserbearbeitungskopfes gemessen wird, und
eine Temperaturdifferenz zwischen dem strahlungsabsorbierenden Element (18) und dem Laserbearbeitungskopf bestimmt wird, um ein Temperaturdifferenzsignal zu erzeugen, das als der Intensität der Streu­ strahlung entsprechendes Ausgangssignal dient.4. The method according to claim 3, characterized in that
in addition to the temperature of the radiation-absorbing element ( 18 ), the temperature of the laser processing head is measured, and
a temperature difference between the radiation absorbing element ( 18 ) and the laser processing head is determined in order to generate a temperature difference signal which serves as the output signal corresponding to the intensity of the scattered radiation. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitli­ che Verlauf des Temperaturdifferenzsignals erfaßt wird, um einen Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen strahlungsabsorbierendem Element und Laserbearbeitungskopf zu ermitteln, der mit einem Referenzwert verglichen wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the zeitli che course of the temperature difference signal is detected to increase the temperature difference between the radiation absorbing element and to determine the laser processing head with a reference value is compared.   6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal, mit dem das der Intensität der Streustrahlung entsprechende Ausgangssignal verglichen wird, durch Kalibrierung mit einem ordnungsgemäß eingerichteten Bearbeitungsvor­ gang ermittelt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the reference signal with which the intensity of the Scattered radiation corresponding output signal is compared by Calibration with a properly set up machining pre gear is determined. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das jewei­ lige Referenzsignal aus einer Vielzahl von Referenzsignalen entsprechend dem jeweils ablaufenden Bearbeitungsvorgang und entsprechend dem jeweils aktuellen Bearbeitungszeitpunkt innerhalb des ablaufenden Bear­ beitungsvorgangs ausgewählt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the jewei current reference signal from a variety of reference signals accordingly the currently running machining process and corresponding to the current processing time within the running bear is selected. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsgasdruck gemessen wird, um einen Einfluß einer Arbeitsgasströmung auf die Erfassung der Streustrahlung zu berücksichtigen.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that a working gas pressure is measured by one Influence of a working gas flow on the detection of scattered radiation to consider. 9. Laserbearbeitungskopf mit
einem Gehäuse (10),
einer in dem Gehäuse (10) vorgesehenen Linsenanordnung (11) zum Fokusieren eines Laserbearbeitungsstrahls (12) und
einer Sensoranordnung (18, 21), die außerhalb eines Bearbeitungs­ strahlengangs (12, 15) angeordnet ist, um von der Linsenanordnung (11) bewirkte Streustrahlung zu erfassen.9. Laser processing head with
a housing ( 10 ),
a lens arrangement ( 11 ) provided in the housing ( 10 ) for focusing a laser processing beam ( 12 ) and
a sensor arrangement ( 18 , 21 ) which is arranged outside a processing beam path ( 12 , 15 ) in order to detect scattered radiation caused by the lens arrangement ( 11 ). 10. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (18, 21) in Lichtrichtung hinter der zu überwa­ chenden Linsenanordnung (11) außerhalb eines Strahlkegelbereichs des Bearbeitungsstrahlengangs (12, 15) angeordnet ist.10. Laser processing head according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement ( 18 , 21 ) is arranged in the light direction behind the lens arrangement ( 11 ) to be monitored outside a beam cone region of the processing beam path ( 12 , 15 ). 11. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoranordnung ein strahlungsabsorbierendes Element (18) und wenigstens einen Temperaturfühler (21) umfaßt, der ein der Temperatur des strahlungsabsorbierenden Elements (18) entsprechendes Temperatursignal liefert.11. Laser processing head according to claim 9 or 10, characterized in that the sensor arrangement comprises a radiation-absorbing element ( 18 ) and at least one temperature sensor ( 21 ) which delivers a temperature signal corresponding to the temperature of the radiation-absorbing element ( 18 ). 12. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenztemperaturfühler (26) am Gehäuse (10) angeordnet ist, der ein der Temperatur des Laserbearbeitungskopfes im Bereich der Sensoranordnung (18, 21) entsprechendes Temperatursignal liefert.12. Laser processing head according to claim 11, characterized in that a reference temperature sensor ( 26 ) is arranged on the housing ( 10 ) which supplies a temperature signal corresponding to the temperature of the laser processing head in the region of the sensor arrangement ( 18 , 21 ). 13. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das strahlungsabsorbierende Element eine den Bereich eines Strahlkegels (15) umschließende dünnwandige Sensorhülse (18) mit kleiner Masse ist.13. Laser processing head according to claim 11 or 12, characterized in that the radiation-absorbing element is a thin-walled sensor sleeve ( 18 ) enclosing the region of a beam cone ( 15 ) with a small mass. 14. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhülse (18) eine laserstrahlungabsorbierende Beschichtung aufweist.14. Laser processing head according to claim 13, characterized in that the sensor sleeve ( 18 ) has a laser radiation-absorbing coating. 15. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Außenseite der Sensorhülse (18) eine Mehrzahl von Temperaturfühlern (21) angeordnet ist, die gleichmäßig über den Umfang der Sensorhülse (18) verteilt sind.15. Laser processing head according to claim 13 or 14, characterized in that on the outside of the sensor sleeve ( 18 ) a plurality of temperature sensors ( 21 ) is arranged, which are evenly distributed over the circumference of the sensor sleeve ( 18 ). 16. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhülse (18) um einen Arbeitsgaskanal herum, durch den der Laserbearbeitungsstrahl (12, 15) geführt ist, so angeordnet ist, daß sie durch einen sie beaufschlagenden Arbeitsgas­ druck verformbar ist, und das an der Sensorhülse (18) zumindest ein deren Verformung erfassender Fühler (24) angeordnet ist.16. Laser processing head according to claim 13, 14 or 15, characterized in that the sensor sleeve ( 18 ) is arranged around a working gas channel through which the laser processing beam ( 12 , 15 ) is guided so that it can be deformed in pressure by a working gas acting on it and that at least one sensor ( 24 ) detecting its deformation is arranged on the sensor sleeve ( 18 ). 17. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Verformung der Sensorhülse (18) ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen (24) vorgesehen sind.17. Laser processing head according to claim 16, characterized in that one or more strain gauges ( 24 ) are provided for detecting the deformation of the sensor sleeve ( 18 ). 18. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Verformung der Sensorhülse (18) ein oder mehrere kapazitive Abstandsfühler vorgesehen sind.18. Laser processing head according to claim 16, characterized in that one or more capacitive distance sensors are provided for detecting the deformation of the sensor sleeve ( 18 ). 19. Laserbearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhülse (18) zu ihrer Hülsenachse (19) hin so ausgebaucht ist, daß sie eine sich dicht an den Bereich des Strahlkegels (15) anschmiegende Einschnürung bildet.19. Laser processing head according to one of claims 13 to 18, characterized in that the sensor sleeve ( 18 ) is bulged towards its sleeve axis ( 19 ) in such a way that it forms a constriction which clings closely to the region of the beam cone ( 15 ).