DE10108955A1 - Verfahren zum Ermitteln des Verschleissgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf sowie Laserbearbeitungskopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Verschleißgrades einer Linsenanordnung (11) in einem zur Bearbeitung eines Werkstücks (14) mit einem Laserbearbeitungsstrahl (12) dienenden Laserbearbeitungskopf, mit folgenden Schritten: Erfassen einer von der Linsenanordnung (11) bewirkten Streustrahlung mit einer Sensoranordnung (18, 21), die außerhalb eines Bearbeitungsstrahlengangs (12, 15) angeordnet ist, um ein der Intensität der Streustrahlung entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, und Vergleichen des der Intensität der Streustrahlung entsprechenden Ausgangssignals mit einem Referenzsignal, um ein dem Verschleißgrad entsprechendes Überwachungssignal zu liefern. Auf diese Weise läßt sich unabhängig von der Art der Laserbearbeitung auch während des Bearbeitungsvorgangs der Verschleißgrad der Linsenanordnung ermitteln, um bei Erreichen der Verschleißgrenze rechtszeitig die Abschaltung der Laserbearbeitung, insbesondere die Abschaltung des Lasers, zu veranlassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Verschleißgrades einer Linsenanordnung in einem Laserbearbeitungskopf sowie einen Laserbearbeitungskopf.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9 gelöst.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Laserbearbeitungskopfes,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Montagerings mit einer darin angeordneten Sensorhülse zur Erfassung von Streustrahlung, und

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer Signalverar­ beitungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Streustrahlung deren thermische Wirkung gemessen wird.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

14. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhülse (18) eine laserstrahlungabsorbierende Beschichtung aufweist.

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.

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.

17. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Verformung der Sensorhülse (18) ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen (24) vorgesehen sind.

18. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Verformung der Sensorhülse (18) ein oder mehrere kapazitive Abstandsfühler vorgesehen sind.

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.