DE10130875A1

DE10130875A1 - Apparatus for changing lens holder in connecting head for laser working of workpiece comprises magazine plates containing lens holders, focusing optics being controlled by camera

Info

Publication number: DE10130875A1
Application number: DE10130875A
Authority: DE
Inventors: Bert Schuermann; Stephan Biermann; Christoph Dietz; Radu Ruican
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec KG
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: DE10130875B4

Abstract

Apparatus for changing a lens holder (10) in a connecting head for laser working of a workpiece comprises at least two magazine plates (13), each containing at least one lens holder. The focusing optics (9) are controlled by a unit (24) containing a camera (25) which observes light scattered from a surface of the optical system on the laser outlet side. An Independent claim is included for a method for controlling focusing optics in laser working.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter eines Anschlußkopfes zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls sowie ein Verfahren zur Kontrolle einer Fokussieroptik für die Laserbearbeitung, die in einem Linsenhalter angeordnet ist, der vorzugsweise in einem Magazinplatz der Wechseleinrichtung gehalten ist. The invention relates to a changing device for a lens holder a connection head for machining a workpiece by means of a Laser beam and a method for controlling a focusing optics for the laser processing, which is arranged in a lens holder, the is preferably held in a magazine location of the changing device.

Bei der Werkstückbearbeitung mittels eines Laserstrahls kann durch eine fehlerhafte Lage oder eine Verschmutzung einer Fokussierlinse oder -optik in einem Anschlußkopf der Bearbeitungsprozeß negativ beeinflußt oder sogar unterbrochen werden. Um die Produktion von Ausschuß zu vermeiden, muß ein Maschinenbediener entscheiden, wann die Bearbeitungsqualität nicht mehr ausreichend ist. Dazu ist es erforderlich, daß der Maschinenbediener den Bearbeitungsprozeß und das Bearbeitungsergebnis regelmäßig überprüft, um rechtzeitig einen Austausch der Fokussierungsoptik vorzunehmen. Das bedeutet, daß der Zeitpunkt des Austausches einer Fokussierungslinse stark von der Erfahrung des Maschinenbedieners abhängt. When machining workpieces using a laser beam, a incorrect position or contamination of a focusing lens or -Optics in a connection head adversely affect the machining process or even be interrupted. To the production of committee too avoid, a machine operator must decide when the Processing quality is no longer sufficient. This requires that the Machine operators the machining process and that Machining result regularly checked in order to exchange the timely Focus optics. This means that the time of the Exchanging a focusing lens greatly from the experience of Machine operator depends.

Aus der DE 295 07 189 U1 ist bereits ein Anschlußkopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Lasterstrahls bekannt, der mit Hilfe einer im Anschlußkopf vorhandenen Fokussieroptik fokussiert wird und nach dem Durchlaufen der Fokussieroptik durch eine Schneiddüse Austritt. Die Fokussieroptik ist dabei in Richtung und quer zu ihrer optischen Achse verstellbar an einem Linsenhalter angebracht. Um den Austausch einer Fokussieroptik durch den Maschinenbediener zu vereinfachen und zu erleichtern, ist der Linsenhalter als Einschub oder Kassette ausgebildet, der bzw. die in ein Anschlußkopfgehäuse einsetzbar und aus diesem herausnehmbar ist. Zur Unterstützung der Werkstückbearbeitung mittels Laserstrahl tritt durch die am Anschlußkopf angebrachte Schneiddüse zusammen mit dem Laserstrahl ein Prozeßgas unter Druck aus. From DE 295 07 189 U1 there is already a connection head for processing a workpiece by means of a laser beam known with the help of a existing focusing optics in the connection head and after passing through the focusing optics through a cutting nozzle outlet. The focusing optics are in the direction of and perpendicular to their optical Adjustable axis attached to a lens holder. To exchange to simplify focusing optics by the machine operator and the lens holder as a slide-in or cassette formed, which can be used in a connector head housing and from this is removable. To support workpiece machining using Laser beam passes through the cutting nozzle attached to the connection head together with the laser beam a process gas under pressure.

Derartige Anschlußköpfe kommen zum Beispiel in Laserschneidanlagen zum Einsatz. Das Laserschneiden ist im Vergleich zum konkurrierenden Trennverfahren (Stanzen, Sägen, usw.) außerordentlich flexibel. Der Wechsel auf neue Schnittkonturen, Werkstoffe oder Werkstückdicken kann dabei vergleichsweise schnell und automatisiert erfolgen. Zu diesem Zweck werden oftmals mehrere Maschinenparameter verändert, zum Beispiel das Konturprogramm, die Laserleistung, die Vorschubgeschwindigkeit, Art und Druck des Prozeßgases, Abstand zwischen Anschlußkopf und Werkstück, sowie die Fokuslage. Neben der Anpassung dieser Parameter ist es insbesondere auch oft erforderlich, die Brennweite der Fokussieroptik, den Düsendurchmesser, den Düsentyp usw. zu ändern, so daß ein Wechsel der Fokussieroptik und der Schneiddüse erforderlich wird. Such connection heads come for example in laser cutting systems for use. Laser cutting is compared to competing Cutting processes (punching, sawing, etc.) extremely flexible. The Change to new cutting contours, materials or workpiece thicknesses can be done comparatively quickly and automatically. To this For this purpose, several machine parameters are often changed to: Example the contour program, the laser power, the Feed speed, type and pressure of the process gas, distance between connection head and workpiece, as well as the focus position. In addition to customizing this In particular, the focal length of the parameters is often required Focusing optics to change the nozzle diameter, the nozzle type, etc., so that a change of the focusing optics and the cutting nozzle is required.

Da die Fokussieroptik und die Schneiddüse im normalen Gebrauch verschleißen und verschmutzen, wie eingangs bereits erwähnt wurde, ist eine regelmäßige Kontrolle oder Inspektion gegebenenfalls mit nachfolgendem Austausch oder ein regelmäßiger Austausch von Fokussieroptik und Schneiddüse notwendig, um eine hochwertige Prozeßqualität sicherzustellen. Durch verschlissene oder beschädigte Fokussieroptiken oder Schneiddüsen könnten sowohl das zu bearbeitende Werkstück als auch die Laserschneidanlage beschädigt werden. Because the focusing optics and the cutting nozzle in normal use wear and pollute, as already mentioned at the beginning a regular check or inspection if necessary subsequent exchange or regular exchange of focusing optics and cutting nozzle necessary to ensure high quality process quality sure. Due to worn or damaged focusing optics or Cutting nozzles could be the workpiece to be machined as well the laser cutting system will be damaged.

Um unabhängig von der Erfahrung eines Maschinenbedieners die Fokussierlinsen möglichst lange nutzen zu können, wurde bereits ein Verfahren zur Ermittlung des Verschleißgrades einer Fokussierlinse 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 Fokussierlinse überprüfen, um gegebenenfalls einen Austausch der Fokussierlinse zu veranlassen. Regardless of the experience of a machine operator, the To be able to use focusing lenses for as long as possible has already been a Method for determining the degree of wear of a focusing lens in proposed a laser processing head (DE 197 09 473 C1), in which the piercing 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 the focusing lens to replace the lens if necessary To cause focusing lens.

Dieses bekannte Verfahren eignet sich gut für Laserschneidanlagen, die über längere Zeit Bearbeitungen mit den gleichen Parametern durchführen, so daß ein Linsenaustausch nur dann erfolgt, wenn die Fokussieroptik verschmutzt oder verschlissen ist. Bei Laserbearbeitungsanlagen, bei denen häufige Wechsel der Fokussieroptik erforderlich sind, um die jeweils für die gewünschte Bearbeitung benötigte Fokussieroptik einzusetzen, ist dieses Verfahren zwar auch geeignet, jedoch besteht ein gewisser Nachteil darin, daß eine gerade neu eingesetzte Fokussieroptik verschmutzt oder verschlissen sein kann, so daß ein erneuter Austausch erforderlich wird, wodurch der Bearbeitungsfluß gestört wird. Darüber hinaus läßt sich dieses bekannte Verfahren, das eine erheblich längere Einsatzzeit einer Fokussierungsanordnung ermöglicht, nicht bei Laserbearbeitungen einsetzen, bei denen kein Ein- oder Durchstechen eines Werkstücks erfolgt. This known method is well suited for laser cutting systems that Machining with the same parameters over a long period of time carry out, so that a lens exchange only takes place when the focusing optics is dirty or worn. For laser processing systems, where frequent changes in the focusing optics are required to achieve the focusing optics required for the desired processing to use this method is also suitable, but there is a certain disadvantage in that a newly used focusing optics may be dirty or worn, so that a new exchange becomes necessary, thereby disrupting the machining flow. About that In addition, this known method, which is considerably longer Operating time of a focusing arrangement enables, not at Use laser processing where there is no piercing or piercing Workpiece.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechseleinrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bzw. das es ermöglicht, die im Linsenhalter eines Anschlußkopfes einer Laserbearbeitungsanlage gehaltene Fokussieroptik schnell und zuverlässig auf ihren Verschleißgrad und ihre Einbaulage hin kontrollieren zu können. The invention has for its object a changing device and to provide a method of the type mentioned at the outset enables the one in the lens holder of a connection head Laser processing system held focusing optics quickly and reliably on your To be able to control the degree of wear and their installation position.

Diese Aufgabe wird durch die Wechseleinrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen beschrieben. This object is achieved by the changing device according to claim 1 and solved the method according to claim 9. Advantageous further training and Embodiments of the invention are in the subordinate Subclaims described.

Erfindungsgemäß weist also eine Wechseleinrichtung für Linsenhalter mit wenigstens zwei Magazinplätzen zur Kontrolle einer im Linsenhalter angeordneten Fokussieroptik für die Laserbearbeitung an wenigstens einem der Magazinplätze eine optische Überwachungsvorrichtung auf, die eine Empfängeranordnung umfaßt, die ein laseraustrittsseitig liegendes Objekt beobachtet. According to the invention, therefore, has a changing device for lens holders at least two magazine locations for checking one in the lens holder arranged focusing optics for laser processing on at least one of the magazine locations on an optical monitoring device, the one Includes receiver arrangement, the one lying on the laser exit side Object observed.

Je nach dem, ob der Verschleißgrad und/oder die Verschmutzung der Fokussieroptik oder deren relative Lage im Linsenhalter bestimmt werden soll, kann das laseraustrittsseitig liegende Objekt ein geeignetes Meßobjekt, die letzte optische Fläche der Fokussieroptik, die im Bearbeitungseinsatz der Bearbeitungszone des Werkstücks zugewandt ist, oder auf dieser Fläche befindliche Verschmutzungen sein. Depending on whether the degree of wear and / or the pollution of the Focusing optics or their relative position in the lens holder can be determined the object on the laser exit side can be a suitable one Measurement object, the last optical surface of the focusing optics, which is used in machining faces the machining zone of the workpiece, or on dirt on this surface.

Mit Hilfe der optischen Überwachungsvorrichtung, die Empfängereinrichtung eine auf der Lasereintrittseite eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters angeordnete Kamera aufweist, läßt sich also feststellen, ob eine in der Wechseleinrichtung abgesetze Fokussieroptik für den weiteren Einsatz geeignet ist oder nicht, so daß bei der Entnahme eines Linsenhalters stets sichergestellt ist, daß die darin befindliche Fokussieroptik in einem für die weitere Laserbearbeitung geeigneten Zustand ist. Da die Überwachung automatisch erfolgt, lassen sich unabhängig von der Erfahrung eines Maschinenbedieners optimale Nutzungszeiten der Fokussieroptik erzielen. With the help of the optical monitoring device, the Receiver device one on the laser entry side of one held in the magazine location Lens holder arranged camera, it can be determined whether a focusing optics set off in the changing device for the further Use is suitable or not, so that when removing a lens holder it is always ensured that the focusing optics contained therein in one is suitable for further laser processing. Since the Monitoring is done automatically, regardless of experience of a machine operator optimal usage times of the focusing optics achieve.

Um eine besonders zuverlässige Ermittlung des Verschleiß- und/oder Verschmutzungsgrades einer Fokussieroptik zu ermöglichen, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf einer Seite eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters zumindest eine Lichtquelle vorgesehen ist, die die Fokussieroptik bestrahlt, so daß an den optischen Flächen der Fokussieroptik, insbesondere an der laseraustrittsseitig letzten optischen Fläche gestreutes Licht von der Kamera erfaßt werden kann, wobei vorzugsweise mehrere Lichtquellen vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind, um eine vollständige Ausleuchtung der Fokussieroptik zu ermöglichen. For a particularly reliable determination of wear and / or One of the features of a focusing optics is to enable it to become dirty advantageous development of the invention provided that on one side of a lens holder held in the magazine place at least one Light source is provided, which irradiates the focusing optics, so that at the optical surfaces of the focusing optics, especially on the Scattered light detected by the camera at the last optical surface on the laser exit side can be, wherein preferably a plurality of light sources are provided, the are arranged evenly distributed in the circumferential direction to a to enable complete illumination of the focusing optics.

Auf diese Weise läßt sich die Unterseite der Fokussieroptik, also die dem Bearbeitungsbereich zugewandte letzte zugewandte Fläche in einer Art Streulichtverfahren beobachten, wobei das an Schmutzpartikeln auf der beobachteten Fläche gestreute Licht von der Kamera erfaßt wird. Dieses Streulicht kann dann mit einer geeigneten Bildverarbeitung ausgewertet werden, um auf den Verschmutzungsgrad der Fokussierlinse zu schließen. In this way, the underside of the focusing optics, that is the Machining area facing last facing surface in a kind Observe scattered light processes, whereby the dirt particles on the observed area scattered light is detected by the camera. This Stray light can then be evaluated using suitable image processing to the degree of contamination of the focusing lens conclude.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, die Beobachtung der laseraustrittsseitig letzten optischen Fläche im Rücklichtverfahren durchzuführen, also rückwärts gestreutes Licht zu erfassen, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtquelle oder Lichtquellen auf der Laseraustrittseite eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters angeordnet sind. Hierdurch wird ein Durchlichtverfahren ermöglicht, das die Vorwärtsstreuung an Verschmutzungen der zu beobachtenden Fläche nutzt. Although it is basically possible to observe the laser exit side to carry out the last optical surface in the rear light process, So to detect backscattered light, it is according to an advantageous Further development of the invention provides that the light source or Light sources on the laser exit side of one held in the magazine place Lens holder are arranged. This is a transmitted light process enables the forward scattering of contaminants to the observing area.

Um die relative Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter ermitteln zu können, ist es bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Punktlichtquelle vorgesehen ist, die auf der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden kann. To determine the relative position of the focusing optics in the lens holder can, it is in an expedient development of the invention provided that on the laser exit side of the focusing optics an Magazine place held lens holder a light source, preferably a Point light source is provided on the optical axis of the camera optics can be arranged.

Zur Feststellung der Fokuslage der Fokussieroptik relativ zum Linsenhalter ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik eines im Magazinplatz gehaltenen Linsenhalters ein Meßobjekt vorgesehen ist, das so im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden kann, daß es sich sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer dazu erstreckt, wobei das Meßobjekt ein Gitter ist, das unter einem vorbestimmten Winkel schräg gegen die optische Achse der Kameraoptik geneigt ist. To determine the focus position of the focusing optics relative to the Lens holder is provided according to a further embodiment of the invention that one on the laser exit side of the focusing optics in the magazine location held lens holder a measurement object is provided, so in the area of optical axis of the camera optics can be arranged that it extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto, wherein the measurement object is a grid that is at a predetermined angle is inclined obliquely against the optical axis of the camera optics.

Zur Erfassung der relativen Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer dazu ist es besonders zweckmäßig, wenn das Meßobjekt und die Lichtquelle wahlweise im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden können. To detect the relative position of the focusing optics in the lens holder It is special both in the direction of the optical axis and transversely to it expedient if the measurement object and the light source optionally in Area of the optical axis of the camera optics can be arranged.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Überwachungsvorrichtung eine am selben Magazinplatz angeordnete Stellvorrichtung zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von der von der Überwachungsvorrichtung erfaßten Lage der Fokussieroptik diese justiert. A particularly advantageous embodiment of the invention is distinguished characterized in that the monitoring device one at the same Magazine location arranged actuator is assigned depending on the position of the focusing optics detected by the monitoring device this adjusts.

Erfindungsgemäß wird also zur Kontrolle einer Fokussieroptik für die Laserbearbeitung, die in einem Linsenhalter angeordnet ist, mit einer auf der Lasereintrittseite des Linsenhalters angeordneten Kamera durch die Fokussieroptik hindurch ein laseraustrittsseitig liegendes Objekt beobachtet, und das vom beobachteten Objekt kommende Licht wird aufgezeichnet sowie ausgewertet, um eine Eigenschaft der Fokussieroptik zu untersuchen. According to the invention, the control of a focusing lens for the Laser processing, which is arranged in a lens holder, with a the laser entry side of the lens holder arranged by the camera Focusing optics through an object on the laser exit side observed, and the light coming from the observed object becomes recorded as well as evaluated to a property of the focusing optics investigate.

Um den Verschleiß- und/oder Verschmutzungsgrad der Fokussieroptik zuerfassen, wird diese dabei von der Lasereintrittseite des Linsenhalters her so bestrahlt, daß an den optischen Flächen der Fokussieroptik, insbesondere an der laseraustrittsseitig letzten optischen Fläche zurückgestreutes Licht von der Kamera erfaßt werden kann, wobei die Bestrahlung der Fokussieroptik mit mehreren Lichtquellen erfolgt, die in Umfangsrichtung gleichmäßig um die optische Achse des Laserbearbeitungsstrahlengangs herum angeordnet sind, um eine gleichmäßige Ausleuchtung der Fokussieroptik zu erzielen. The degree of wear and / or contamination of the focusing optics is detected, this is from the laser entry side of the lens holder irradiated so that on the optical surfaces of the focusing optics, especially on the last optical surface on the laser exit side backscattered light can be detected by the camera, the radiation the focusing optics with several light sources, which are in Circumferential direction evenly around the optical axis of the Laser processing beam path are arranged around a uniform illumination of the To achieve focusing optics.

Zur Ermittelung der seitlichen Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter ist vorgesehen, daß auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik eine Lichtquelle, vorzugsweise Punktlichtquelle auf der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet wird, die Lichtquelle mittels der Kamera abgebildet wird, und die Lage des Bildes der Lichtquelle relativ zur optischen Achse der Kameraoptik festgestellt wird, um so eine seitliche Verschiebung der optischen Achse der Fokussieroptik relativ zur optischen Achse des Laserbearbeitungsstrahlengangs feststellen zu können. To determine the lateral position of the focusing optics in the lens holder provided that on the laser exit side of the focusing optics Light source, preferably point light source on the optical axis of the Camera optics is arranged, the light source imaged by means of the camera and the position of the image of the light source relative to the optical axis the camera optics is detected, so as to shift the lateral optical axis of the focusing optics relative to the optical axis of the To be able to determine the laser machining beam path.

Um die Lage des Brennpunktes der Fokussieroptik in Richtung der optischen Achse relativ zum Laserhalter festzustellen, ist es zweckmäßig, wenn auf der Laseraustrittseite der Fokussieroptik ein Meßobjekt so im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet wird, daß es sich sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer dazu erstreckt, und das dabei von der Kamera vom Meßobjekt erhaltene Bild ausgewertet wird. Als Meßobjekt wird hierbei zweckmäßigerweise ein Gitter verwendet, das unter einem vorbestimmten Winkel schräg gegen die optische Achse der Kameraoptik geneigt angeordnet wird. To the location of the focal point of the focusing optics in the direction of optical axis relative to the laser holder, it is advisable when on the laser exit side of the focusing optics a measurement object Area of the optical axis of the camera optics is arranged that it is extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto, and the image obtained from the measurement object by the camera is evaluated. A grid is expediently used as the measurement object here at a predetermined angle obliquely to the optical axis of the Camera optics is arranged inclined.

Um die Einbaulage der Fokussieroptik in der Kassette sowohl in radialer als auch in axialer Richtung überprüfen zu können, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Meßobjekt und die Lichtquelle einzeln nacheinander im Bereich der optischen Achse der Kameraoptik angeordnet werden. To the installation position of the focusing optics in the cassette both in radial as well as being able to check in the axial direction Expediently provided that the measurement object and the light source individually can be arranged one after the other in the region of the optical axis of the camera optics.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lage der Fokussieroptik im Linsenhalter in Abhängigkeit von ihrer von der Überwachungsvorrichtung erfaßten Ist-Lage eingestellt wird, um die Fokussieroptik zu justieren. Hierdurch wird erreicht, daß Fehljustierungen, die z. B. in Folge von schnellen Bewegungen des Anschlußkopfes auftreten können, nach jedem Wechsel der Fokussieroptik beseitigt werden können, ohne daß ein erfahrener Maschinenbediener ständig mit entsprechenden Einstellarbeiten beschäftigt wäre. It is particularly advantageous if the position of the focusing optics in the Lens holder depending on its from the monitoring device detected actual position is set to adjust the focusing optics. This ensures that misalignments z. B. as a result of rapid movements of the connection head can occur after each Changing the focusing optics can be eliminated without a experienced machine operators constantly with appropriate Adjustment work would be busy.

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 perspektivische Ansicht einer Wechseleinrichtung nach der Erfindung, Fig. 1 is a greatly simplified perspective view of a changing device according to the invention,

Fig. 2 eine stark vereinfachte, schematische Vorderansicht eines Magazinplatzes der Wechseleinrichtung nach Fig. 1 mit einer optischen Überwachungsvorrichtung, FIG. 2 shows a greatly simplified, schematic front view of a magazine location of the changing device according to FIG. 1 with an optical monitoring device, FIG.

Fig. 3 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der optischen Überwachungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer Verschleißkontrolle bei einer in einem Linsenhalter angeordneten Fokussieroptik, Fig. 3 is a greatly simplified schematic representation of the optical monitoring apparatus to illustrate a wear control when arranged in a lens holder focusing optics,

Fig. 4 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der optischen Überwachungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer Überprüfung der seitlichen Ausrichtung der Fokussieroptik im Linsenhalter, und Fig. 4 is a greatly simplified schematic representation of the optical monitoring apparatus to illustrate a review of the lateral alignment of the focusing optics in the lens holder, and

Fig. 5 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der optischen Überwachungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer Überprüfung der Fokuslage der Fokussieroptik relativ zum Linsenhalter. Fig. 5 is a greatly simplified schematic representation of the optical monitoring apparatus to illustrate a review of the focus position of the focusing lens relative to the holder.

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.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wechseleinrichtung für einen Linsenhalter 10 mit einer Fokussieroptik 9 eines Anschlußkopfes 11 einer Laserbearbeitungsanlage zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls. Der Anschlußkopf 11 ist an einem nur rein schematisch angedeuteten Bearbeitungsarm 12 einer nicht näher dargestellten Portalanlage einer Laserbearbeitungsanlage angebracht. Die Portalanlage realisiert über den Bearbeitungsarm 12 die Verschiebung des Anschlußkopfes 11 in allen drei Raumrichtungen also, wie durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet in X-, Y- und Z-Richtung. Fig. 1 shows a changing device according to the invention for a lens holder 10 having a focusing lens system 9 of a connecting head 11 of a laser processing system for machining a workpiece by means of a laser beam. The connection head 11 is attached to a processing arm 12, which is only indicated schematically, of a portal system of a laser processing system, not shown in detail. The portal system realizes the displacement of the connection head 11 in all three spatial directions via the processing arm 12 , as indicated by arrows in FIG. 1 in the X, Y and Z directions.

Die Wechseleinrichtung besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Magazinplätze 13, sie kann aber auch je nach der Anzahl von bereitzuhaltenden Funktionselementen mehr oder weniger Magazinplätze 13 umfassen, von denen jeder eine Haltevorrichtung 14 zum Ergreifen und Halten eines Linsenhalters 10 sowie eine Ver- und Entriegelungsvorrichtung 15 als Betätigungsvorrichtung für am Anschlußkopf 11 vorgesehene, nicht näher dargestellte, den Linsenhalter 10 fixierende Befestigungsmittel aufweist. Die Haltevorrichtung 14 umfaßt dabei eine in Richtung des Doppelpfeils B vertikal verschiebbar Fixiereinrichtung 16 mit zwei Fixierstiften 17, die zum Ergreifen und Halten eines Linsenhalters 10 im Magazinplatz 13 mit entsprechenden Löchern 18 in einem Griffelement 19 am Linsenhalter 10 zusammenwirken. Außerdem ist jeder Haltevorrichtung 14, die an einem Gestell oder Rahmen 20 angebracht und einem der Magazinplätze 13 zugeordnet ist, ein Stützflächenabschnitt auf einer allen Magazinplätzen 13 gemeinsamen Stützschiene 20d zugeordnet, auf der ein Linsenhalter 10 mit seinem Griffelement 19 und seiner Vorderfläche aufliegt, wenn er im Magazinplatz 13 angeordnet und gehalten ist. In the exemplary embodiment shown, the changing device has four magazine locations 13 , but depending on the number of functional elements to be kept ready, it can also include more or fewer magazine locations 13 , each of which has a holding device 14 for gripping and holding a lens holder 10 and a locking and unlocking device 15 as an actuating device for provided on the connection head 11 , not shown, fixing the lens holder 10 fixing means. The holding device 14 comprises a fixing device 16 which can be displaced vertically in the direction of the double arrow B and has two fixing pins 17 which cooperate with corresponding holes 18 in a grip element 19 on the lens holder 10 for gripping and holding a lens holder 10 in the magazine location 13 . In addition, each holding device 14 , which is attached to a frame or frame 20 and is assigned to one of the magazine locations 13 , is assigned a support surface section on a support rail 20 d common to all magazine locations 13 , on which a lens holder 10 rests with its grip element 19 and its front surface when it is arranged and held in magazine location 13 .

Der Rahmen 20 umfaßt einen Grundrahmen 20a, der einen Hauptrahmen 20b und im Abstand dazu die Stützschiene 20d trägt, und einen Kopfrahmen 20c, der auf dem Hauptrahmen 20b gehalten ist. The frame 20 includes a base frame 20 a, to the support rail carries a main frame 20 at a distance b and 20 d, and a head frame 20 c, which is held on the main frame b 20th

Die Ausgestaltung der Haltevorrichtung 14, also die Ausgestaltung ihrer Greif- und Stützelemente hängt wesentlich von der Ausgestaltung des verwendeten Linsenhalters 10 ab und kann in vielfältiger Weise variiert werden. Zum Beispiel ist es auch denkbar, zum Erfassen des Griffelements 19 eine Greif- und Fixierzange einzusetzen. Auch als Ver- und Entriegelungsvorrichtung 15, die schematisch als in Richtung des Doppelpfeils C verschiebbarer Stift dargestellt ist, kann eine an die jeweils zum Verriegeln und/oder Befestigen des Linsenhalters 10 am Anschlußkopf 11 vorgesehenen Mittel angepaßte Betätigungsvorrichtung zum Einsatz kommen. The design of the holding device 14 , that is to say the design of its gripping and supporting elements, essentially depends on the design of the lens holder 10 used and can be varied in many ways. For example, it is also conceivable to use gripping and fixing pliers to grip the grip element 19 . Also as a locking and unlocking device 15 , which is shown schematically as a pin which can be displaced in the direction of the double arrow C, an actuating device which is adapted to the means provided in each case for locking and / or fastening the lens holder 10 on the connection head 11 can be used.

Um eine Justierung der Fokussieroptik 9 relativ zum Linsenhalter 10 in Abhängigkeit von den Ergebnissen der einzelnen Lagemessungen automatisch durchführen zu können, ist an dem mit der Überwachungsvorrichtung 24 ausgerüsteten Magazinplatz 13 eine Stellvorrichtung 32 angeordnet, die Betätigungsmittel 33 aufweist, mit denen entsprechende Stellmittel zum Verstellen der Fokussieroptik 9 in x-, y-, und z-Richtung relativ zum Linsenhalter 10 betätigt werden können. In order to be able to automatically adjust the focusing optics 9 relative to the lens holder 10 as a function of the results of the individual position measurements, an adjusting device 32 is arranged on the magazine location 13 equipped with the monitoring device 24 , which has actuating means 33 with which corresponding adjusting means for adjusting the Focusing optics 9 can be actuated in the x, y and z directions relative to the lens holder 10 .

Um auch eine am Anschlußkopf 11 angebrachte Schneiddüse 21 am selben Magazinplatz 13 vom Anschlußkopf 11 abzunehmen oder an diesem anzubringen wie den Linsenhalter 10, weist jeder Magazinplatz 13 als Haltevorrichtung zum Ergreifen und Halten der Schneiddüse 21 einen Klemm-Mechanismus auf, zum Beispiel einen Greifer 22 mit mehreren, insbesondere drei Greifarmen 23. Die Greifarme 23, die umfangsmäßig verteilt am Außenumfang der Schneiddüse 21 angreifen können, sind in Richtung der Doppelpfeile A zwischen einer Greif- und einer Freigabestellung verschwenkbar. Um die Schneiddüse 21 vom Anschlußkopf 11 zu lösen oder an diesem zu befestigen, kann der Greifer 22 um eine vertikale Achse in beiden Drehrichtungen gedreht werden, wie in der Zeichnung durch den Doppelpfeil A' angedeutet ist. Der Klemm-Mechanismus 22 kann auch in anderer Weise ausgebildet sein, um die Schneiddüse 21 zu ergreifen bzw. klemmend zu halten. In order to also remove a cutting nozzle 21 attached to the connection head 11 at the same magazine location 13 from the connection head 11 or to attach it to the lens holder 10 , each magazine location 13 has a clamping mechanism, for example a gripper 22, as a holding device for gripping and holding the cutting nozzle 21 with several, in particular three, gripper arms 23 . The gripping arms 23 , which can engage circumferentially distributed on the outer circumference of the cutting nozzle 21, can be pivoted in the direction of the double arrows A between a gripping and a release position. In order to release the cutting nozzle 21 from the connection head 11 or to fasten it, the gripper 22 can be rotated about a vertical axis in both directions of rotation, as indicated in the drawing by the double arrow A '. The clamping mechanism 22 can also be designed in a different way in order to grip or hold the cutting nozzle 21 .

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist bei der erfindungsgemäßen Wechseleinrichtung an einem der Magazinplätze 13, in Fig. 1 an dem am weitesten rechts gelegenen Magazinplatz 13 eine optische Überwachungseinrichtung 24 vorgesehen, die eine Kamera 25 mit einem entsprechenden, im folgenden als Kameraoptik 29 bezeichneten Opjektiv als Empfängereinrichtung, Lichtquellen 26, einen Meßobjektwechsler 27 und eine mit der Kamera 25 verbundene Auswerteeinheit 28 aufweist. Anstelle einer Kamera könnte auch eine Photodiode oder eine Gruppe davon oder andere photoempfindliche Empfänger vorgesehen sein, denen vorzugsweise eine Abbildungsoptik zu geordnet wird, um ein definiertes Beobachtungsfeld festzulegen. As is shown schematically in FIG. 1, in the changing device according to the invention, an optical monitoring device 24 is provided at one of the magazine locations 13 , in FIG. 1 at the rightmost magazine location 13 , which has a camera 25 with a corresponding, hereinafter referred to as camera optics 29 designated objective as receiver device, light sources 26 , a measuring object changer 27 and an evaluation unit 28 connected to the camera 25 . Instead of a camera, a photodiode or a group thereof or other photosensitive receivers could also be provided, to which imaging optics are preferably assigned in order to define a defined observation field.

Der Meßobjektwechsler 27 ist dabei in einem solchen Abstand von der Kamera 25 angeordnet, daß zwischen der Kamera 25 und dem Meßobjektwechsler 27 ein Linsenhalter 10 mit Fokussieroptik 9 angeordnet werden kann. Grundsätzlich können die Lichtquellen 26 seitlich von der Kamera 25 angeordnet sein, um eine Beobachtung einer Fokussieroptik 9 im Auflicht zu ermöglichen. Vorzugsweise sind jedoch die Lichtquellen 26 im Bereich des Meßobjektwechslers 27 so angeordnet, daß eine vollständige Ausleuchtung der zu beobachtenden Fokussieroptik 9 ermöglicht wird. Die Ausleuchtung kann dabei kontinuierlich oder mit Hilfe eines Abtaststrahls erfolgen, der die zu beobachtende Fläche zeilen- oder spaltenweise überstreicht. The object changer 27 is arranged at such a distance from the camera 25 that a lens holder 10 with focusing optics 9 can be arranged between the camera 25 and the object changer 27 . In principle, the light sources 26 can be arranged to the side of the camera 25 in order to enable observation of a focusing lens 9 in incident light. However, the light sources 26 are preferably arranged in the area of the object changer 27 in such a way that complete illumination of the focusing optics 9 to be observed is made possible. The illumination can take place continuously or with the aid of a scanning beam which sweeps across the surface to be observed in rows or columns.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Kamera 25 so im Bereich eines Magazinplatzes 13 angeordnet, daß die optische Achse OA der Kameraoptik 29so zu einem im Magazinplatz 13 gehaltenen Linsenhalters 10 angeordnet ist, wie die optische Achse eines Laserbearbeitungsstrahlengangs, wenn der Linsenhalter 10 im Anschlußkopf 11 gehalten ist. Der unterhalb des Aufnahmebereichs für einen Linsenhalter 10 am Magazinplatz 13 angeordnete Meßobjektwechsler 27 umfaßt eine schematisch angedeutete Lichtquelle 30, die vorzugsweise als Punktlichtquelle ausgebildet ist, und ein Gitter 31, das sich schräg zur optischen Achse der Kameraoptik 29 erstreckt. Die Lichtquelle oder -quellen 26, von denen in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist, kann bzw. können ebenfalls in nicht näher dargestellter Weise am Meßobjektwechsler 27 oder separat davon im Bereich des Magazinplatzes gehalten sein. As can be seen in FIG. 2, the camera 25 is arranged in the region of a magazine location 13 such that the optical axis OA of the camera optics 29 is arranged in relation to a lens holder 10 held in the magazine location 13 , like the optical axis of a laser processing beam path when the Lens holder 10 is held in the connection head 11 . The measuring object changer 27 arranged below the receiving area for a lens holder 10 at the magazine location 13 comprises a schematically indicated light source 30 , which is preferably designed as a point light source, and a grating 31 , which extends obliquely to the optical axis of the camera optics 29 . The light source or sources 26, of which only one is shown in FIG. 2 for the sake of clarity, can also be held in a manner not shown on the object changer 27 or separately in the area of the magazine location.

Der Meßobjektwechsler 27 kann wie in Fig. 1 rein schematisch angedeutet ist, eine Schwenkeinrichtung sein, mit der wahlweise das Gitter 31 oder die Lichtquelle 30 in den Beobachtungsbereich eingebracht werden kann. Anstelle einer Schwenkeinrichtung kann auch eine lineare Verschiebevorrichtung vorgesehen sein, die die automatische Anordnung von Lichtquelle 30 oder Gitter 31 im Beobachtungsbereich der Kamera 25 ermöglicht. As is indicated purely schematically in FIG. 1, the measurement object changer 27 can be a swivel device with which the grating 31 or the light source 30 can optionally be introduced into the observation area. Instead of a swivel device, a linear displacement device can also be provided, which enables the automatic arrangement of light source 30 or grating 31 in the observation area of camera 25 .

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung nur eine Überwachungseinrichtung an einem der Magazinplätze auf. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Überwachungeinrichtung 24 verschiebbar am Rahmen 20 der Wechseleinrichtung angeordnet ist, so daß sie zu jedem der Magazinplätze 13 gefahren werden kann. Ferner ist es auch möglich, jedem Magazinplatz eine eigene Überwachungsvorrichtung 24 zuzuordnen. Darüberhinaus ist es denkbar, die Überwachungsvorrichtung 24 fest an einem Wechseleinrichtungsgestell anzuordnen, während die Magazinplätze 13 beispielsweise revolverartig verschoben werden können, so daß jeder Magazinplatz 13 in den Bereich der Überwachungsvorrichtung 24 bewegbar ist. In the exemplary embodiment shown, the changing device according to the invention has only one monitoring device at one of the magazine locations. However, it is also conceivable that the monitoring device 24 is arranged displaceably on the frame 20 of the changing device, so that it can be moved to each of the magazine locations 13 . Furthermore, it is also possible to assign a separate monitoring device 24 to each magazine location. In addition, it is conceivable to arrange the monitoring device 24 firmly on a change rack, while the magazine locations 13 can be moved, for example, in a revolver-like manner, so that each magazine location 13 can be moved into the area of the monitoring device 24 .

Die für die Justierung der Fokussieroptik 9 im Linsenhalter 10 vorgesehene Stellvorrichtung 32 kann, falls eine verfahrbare Überwachungvorrichtung 24 vorgesehen ist, ebenfalls verfahrbar am Rahmen 20 vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, daß jedem Magazinplatz eine eigene Stellvorrichtung 32 zum Justieren der Fokussieroptik 9 zugeordnet ist. The adjusting device 32 provided for the adjustment of the focusing optics 9 in the lens holder 10 can, if a movable monitoring device 24 is provided, also be provided movably on the frame 20 . However, it is also possible for each magazine location to be assigned its own actuating device 32 for adjusting the focusing optics 9 .

Die erfindungsgemäße Wechselvorrichtung arbeitet in folgender Weise. The changing device according to the invention works in the following manner.

Soll nach einem Bearbeitungszeitraum die Fokussieroptik 9 eines Anschlußkopfes 11 gewechselt werden, so wird der Anschlußkopf 11 vom Bearbeitungsarm 12 der Portalanlage zunächst zu dem Magazinplatz 13 der Wechseleinrichtung geführt, an dem die Überwachungsvorrichtung 24 angeordnet ist. Der Anschlußkopf 11 wird in eine Position am Magazinplatz 13 bewegt, in der der Linsenhalter 10 mit seiner Frontfläche und der Unterseite seines Griffelements 19 auf der Stützschiene 20d aufliegt und in der er von der Fixiereinrichtung 16 fest im Magazinplatz 13 gehalten wird. Daraufhin kann der Anschlußkopf 11 aus dem Magazinplatz 13 herausbewegt werden, so daß der Linsenhalter 10 mit der Fokussieroptik 9 vom Anschlußkopf 11 abgenommen und so im Magazinplatz 13 gehalten ist, daß die gewünschte oder geforderte optische Überwachung und gegebenenfalls die Justierung der Fokussieroptik 9 durchgeführt werden kann. If the focusing optics 9 of a connection head 11 are to be changed after a processing period, the connection head 11 is first guided by the processing arm 12 of the portal system to the magazine location 13 of the changing device, at which the monitoring device 24 is arranged. The connection head 11 is moved into a position at the magazine location 13 , in which the lens holder 10 rests with its front surface and the underside of its grip element 19 on the support rail 20 d and in which it is held firmly in the magazine location 13 by the fixing device 16 . Then the connection head 11 can be moved out of the magazine location 13 so that the lens holder 10 with the focusing optics 9 is removed from the connection head 11 and held in the magazine location 13 in such a way that the desired or required optical monitoring and, if necessary, the adjustment of the focusing optics 9 can be carried out ,

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird zum Erkennen von Schmutzpartikeln auf den optischen Flächen der Fokussierungsoptik 9 diese mit Hilfe der beiden Lichtquellen 26 bestrahlt. Anstelle der beiden dargestellten Lichtquellen 26 können auch mehr über den Umfang gleichmäßig verteilte Lichtquellen vorgesehen sein, um eine gleichmäßigere Ausrichtung der Fokussieroptik 9 zu erreichen. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ist die Unterseite der Fokussieroptik die Fläche, die dem Werkstück im Bearbeitungsbetrieb zugewandt und deshalb für die Erkennung von Verschmutzungen relevant ist. As shown in FIG. 3, to detect dirt particles on the optical surfaces of the focusing optics 9, these are irradiated with the aid of the two light sources 26 . Instead of the two light sources 26 shown , more light sources distributed uniformly over the circumference can also be provided in order to achieve a more uniform alignment of the focusing optics 9 . In the arrangement shown in the drawing, the underside of the focusing optics is the surface which faces the workpiece in the machining operation and is therefore relevant for the detection of soiling.

Mit der Kamera 25, die von oben durch die Fokussieroptik hindurchblickt, wird in einer Art Durchlichtverfahren die von unten beleuchtete Unterseite der Fokussieroptik 9 beobachtet. Dabei wird das von der beleuchteten Fläche kommende Licht erfaßt. Je nach der speziellen Auslegung der Beleuchtung kann in einer Art Hellfeldverfahren das reguläre Beleuchtungslicht beobachtet werden, das infolge von Verschmutzungen an der Unterseite der Fokussieroptik gestreut wird, so daß die Verschmutzungen sich als mehr oder weniger dunkle Flecken darstellen. Ferner kann in einer Art Dunkelfeldverfahren das von den Verschmutzungen in Richtung der Kamera gestreute Licht beobachtet werden, wobei sich die Verschmutzungen als mehr oder weniger helle Flecken darstellen. Das auf diese Weise aufgenommene Beleuchtungs- oder Streulicht wird dann in der Auswerteeinheit mit Hilfe einer Bildverarbeitung ausgewertet, um auf den Verschmutzungsgrad bzw. den Verschleißgrad der Fokussieroptik schließen zu können. With the camera 25 , which looks through the focusing optics from above, the underside of the focusing optics 9 , which is illuminated from below, is observed in a kind of transmitted light method. The light coming from the illuminated area is detected. Depending on the special design of the lighting, the regular illuminating light can be observed in a kind of bright field process, which is scattered as a result of soiling on the underside of the focusing optics, so that the soiling presents itself as more or less dark spots. Furthermore, the light scattered by the soiling in the direction of the camera can be observed in a kind of dark field method, the soiling being represented as more or less bright spots. The illumination or scattered light recorded in this way is then evaluated in the evaluation unit with the aid of image processing in order to be able to conclude the degree of soiling or the degree of wear of the focusing optics.

Zusätzlich ist es denkbar, daß die Kamera 25 nacheinander auf verschiedene Flächen und/oder Elemente der Fokussieroptik eingestellt wird, um darüber hinaus Risse, Sprünge oder andere Beeinträchtigungen der Fokussieroptik erkennen zu können. In addition, it is conceivable that the camera 25 is successively adjusted to different surfaces and / or elements of the focusing optics in order to be able to detect cracks, jumps or other impairments of the focusing optics.

Eine vollständige Ausleuchtung der Fokussieroptik muß dabei nicht gleichzeitig realisiert werden, sondern kann auch mit Hilfe eines Abtaststrahls erfolgen, wobei bei geeigneter Auswertung die Verschmutzungen sowohl in einer Hell- als auch in einer Dunkelfelddarstellung ermittelt werden können. A complete illumination of the focusing optics is not necessary can be realized at the same time, but also with the help of a Scanning beam take place, the contamination with a suitable evaluation determined both in a light and in a dark field representation can be.

Nach dem Feststellen des Verschleiß- und/oder Verschmutzungsgrades der Fokussieroptik wird eine Lageüberprüfung durchgeführt, die jedoch nur dann sinnvoll ist, wenn die Fokussieroptik keine wesentlichen Verschmutzungen und keinen wesentlichen Verschleiß zeigt. After determining the degree of wear and / or pollution A focus check is carried out on the focusing optics, however only makes sense if the focusing optics are not essential Soiling and no significant wear shows.

Bei der Lageerfassung wird zunächst die Linsenposition in Querrichtung zur optischen Achse OA festgestellt. Hierzu wird zunächst, wie in Fig. 4 rein schematisch angedeutet ist, als Meßobjekt eine Punktlichtquelle 30 in Blickrichtung der Kamera 25 hinter der Fokussieroptik 9 im Linsenhalter 10 auf der optischen Achse OA der Kameraoptik 29 angeordnet. Als Meßobjekt ist aber auch jedes andere als Zieleinrichtung geeignete Objekt, z. B. ein Fadenkreuz oder dergleichen denkbar. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in der Zeichnung, insbesondere in den Fig. 4 und 5, die optische Wirkung von zu prüfender Fokussieroptik 9 und abbildender Kameraoptik 29 so dargestellt, als wenn die zu prüfende Fokussieroptik 9 und die abbildende Kameraoptik 29 eine Einzellinse am Ort der zu prüfenden Fokussieroptik 9 bilden. Beim tatsächlichen Aufbau erzeugt jedoch die zu prüfende Fokussieroptik 9 ein reales Bild des Meßobjektes, das von der Kameraoptik 29 in deren Empfängerebene abgebildet wird. Vorzugsweise wird das Meßobjekt von der zu prüfenden Fokussieroptik 9 nach Unendlich abgebildet, d. h. daß das Licht einer Punktlichtquelle von der zu prüfenden Fokussieroptik 9 kollimiert wird, um dann von der auf unendliche Entfernung eingestellten Kameraoptik 29 auf deren Empfänger abgebildet zu werden. During the position detection, the lens position in the transverse direction to the optical axis OA is first determined. To this end, first, as in Fig. 4 is purely schematically indicated, arranged as a measurement target, a point light source 30 in the viewing direction of the camera 25 behind the focusing optics 9 in the lens holder 10 on the optical axis OA of the camera optics 29. Any other object suitable as a target device, e.g. B. a crosshair or the like is conceivable. To simplify the illustration, the drawing, in particular in FIGS. 4 and 5, shows the optical effect of the focusing optics 9 to be tested and the imaging camera optics 29 as if the focusing optics 9 to be tested and the imaging camera optics 29 were a single lens at the location of the form focusing optics 9 to be tested. In the actual construction, however, the focusing optics 9 to be tested generate a real image of the measurement object, which is imaged by the camera optics 29 in its receiver plane. The measurement object is preferably imaged to infinity by the focusing optics 9 to be tested, ie the light from a point light source is collimated by the focusing optics 9 to be tested, in order then to be imaged by the camera optics 29 set at infinite distance on its receiver.

Ist die optische Achse OA_F der Fokussieroptik 9 gegenüber der optischen Achse OA der Kameraoptik 29 versetzt, die der optischen Achse des Laserbearbeitungsstrahlengangs im Anschlußkopf entspricht, so wird die Punktlichtquelle 30 entsprechend dem Versatz der optischen Achsen gegeneinander verschoben in die Empfangsebene der Kamera 25 abgebildet, was von der nachfolgenden Bildverarbeitung erkannt wird. Der Linsenversatz kann nach Betrag und Richtung ermittelt werden, um entsprechende Steilsignale zum Justieren der Fokussieroptik 9 in x- und y-Richtung an die Stellvorrichtung 32 zu liefern. Die Verstellung der Fokussieroptik zur Justierung kann dabei fortlaufend überwacht werden, so daß auch mit einer relativ einfachen Stellvorrichtung eine hohe Justiergenauigkeit erreicht werden kann. If the optical axis OA _{F of} the focusing optics 9 is offset with respect to the optical axis OA of the camera optics 29 , which corresponds to the optical axis of the laser processing beam path in the connection head, then the point light source 30 is imaged in relation to the offset of the optical axes relative to one another in the receiving plane of the camera 25 , what is recognized by the subsequent image processing. The lens offset can be determined according to the amount and direction in order to deliver corresponding steep signals for adjusting the focusing optics 9 in the x and y directions to the adjusting device 32 . The adjustment of the focusing optics for adjustment can be continuously monitored, so that a high adjustment accuracy can be achieved even with a relatively simple adjusting device.

Als letztes wird dann die Lage der Fokussieroptik in z-Richtung, also in Richtung der optischen Achse OA festgestellt. Hierzu wird das Gitter 31 oder ein anderes schräg zur optischen Achse OA angeordnetes Meßobjekt mit geeigneter Struktur zum Erkennen unterschiedlicher Schärfebereiche auf der optischen Achse hinter der Fokussieroptik 9 angeordnet, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Die Darstellung in Fig. 5 ist in gleicher Weise vereinfacht, wie die von Fig. 4. Je nach der Lage des Brennpunktes der Fokussieroptik 9 relativ zum Gitter 31 wird ein entsprechender seitlich der optischen Achse OA liegender Bereich des Gitters scharf abgebildet. The position of the focusing optics in the z direction, that is to say in the direction of the optical axis OA, is then finally determined. For this purpose, the grating 31 or another measurement object arranged obliquely to the optical axis OA with a suitable structure for recognizing different areas of focus is arranged on the optical axis behind the focusing optics 9 , as shown in FIG. 5. The illustration in Fig. 5 is simplified in the same manner as the. 4. Depending on the position of the focal point of the focusing-optical system 9 to the grating 31, a corresponding side of the optical axis OA-lying area of the grid is relatively Fig of focus.

Trifft der Schnittpunkt des Gitters 31 mit der optischen Achse mit dem Brennpunkt der Fokussieroptik 9 zusammen, so wird der Zentralbereich des Gitters 31 scharf abgebildet. Liegt der Brennpunkt der Fokussierlinse 9 jedoch in Blickrichtung der Kamera gesehen hinter dem Gitter, so wird ein in der Zeichnung links von der optischen Achse OA liegender Bereich des Gitters 31 scharf gesehen, während in dem Fall, in dem der Brennpunkt der Fokussieroptik 9 vor dem Gitter 31 liegt, ein rechts der optischen Achse OA liegender Bereich des Gitters 31 scharf abgebildet wird. Der Abstand des scharf abgebildeten Gitterbereichs von der optischen Achse ist dabei proportional zur Verschiebung des Brennpunkt gegenüber seiner Sollage, in der der Schnittpunkt der optischen Achse OA mit dem Gitter 31 angeordnet ist. If the intersection of the grating 31 with the optical axis meets the focal point of the focusing optics 9 , the central region of the grating 31 is sharply imaged. However, if the focal point of the focusing lens 9 is seen behind the grating in the viewing direction of the camera, an area of the grating 31 lying to the left of the optical axis OA in the drawing is seen sharply, while in the case where the focal point of the focusing optics 9 is in front of the Grating 31 lies, a region of the grating 31 lying to the right of the optical axis OA is sharply imaged. The distance of the sharply imaged grating region from the optical axis is proportional to the displacement of the focal point relative to its target position, in which the intersection of the optical axis OA with the grating 31 is arranged.

Auf der Grundlage der Gitterabbildung läßt sich dann in der Auswerteeinheit 28 mit Hilfe der Bildverarbeitung ein entsprechendes Bildsignal erzeugen, um die Fokussieroptik 9 in Richtung der optischen Achse so einzustellen, daß ihr Brennpunkt die gewünschte Position einnimmt. On the basis of the grating image, a corresponding image signal can then be generated in the evaluation unit 28 with the aid of the image processing in order to adjust the focusing optics 9 in the direction of the optical axis so that their focal point assumes the desired position.

Nach der Überprüfung und dem Justieren der Fokussieroptik kann der Linsenhalter 10 an einen anderen freien Magazinplatz 13 versetzt werden, wenn die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung nur mit einer einzigen ortsfest am Rahmen 20 angeordneten Überwachungsvorrichtung 24 ausgerüstet ist. After checking and adjusting the focusing optics, the lens holder 10 can be moved to another free magazine location 13 if the changing device according to the invention is only equipped with a single monitoring device 24 arranged in a fixed manner on the frame 20 .

Ist jedoch die Überwachungsvorrichtung verfahrbar oder ist jeder Magazinplatz 13 mit einer Überwachungsvorrichtung 24 ausgerüstet, so kann der Linsenhalter in dem entsprechenden Magazinplatz verbleiben. However, if the monitoring device can be moved or each magazine location 13 is equipped with a monitoring device 24 , the lens holder can remain in the corresponding magazine location.

Ist der Linsenhalter jedoch auf einen anderen Magazinplatz 13 umzusetzen, so wird er vom Anschlußkopf 11 oder einer Umsetzeinrichtung (nicht dargestellt) vom Magazinplatz 13 abgenommen und zu dem Magazinplatz bewegt, in dem er bis zum nächsten Einsatz verbleibt. Wird hierzu der Anschlußkopf 11 verwendet, so kann bei der dargestellten erfindungsgemäßen Wechseleinrichtung auch die Schneiddüse 21 vom Anschlußkopf 11 am selben Magazinplatz 13 gelöst und dort gehalten werden. Nach dem Absetzen des Linsenhalters 10 und der Schneiddüse 21 im Magazinplatz 13 fährt der Anschlußkopf 11 zu einem anderen Magazinplatz 13, an dem eine für die folgende Bearbeitung geeignete Fokussieroptik 9 mit der dazugehörigen Schneiddüse 21 bereitgehalten wird. Hier wird nun in umgekehrter Reihenfolge zunächst der Linsehalter 10 in den Anschlußkopf 11 eingesetzt, mit Hilfe der Ver- und Entriegelungsvorrichtung 15 am Anschlußkopf 11 verriegelt, und von der Haltevorrichtung 14 freigegeben, in dem die Fixierstifte 17 der Fixiereinrichtung 16 aus den Löchern 18 des Griffelement 19 herausgezogen werden. Gleichzeitig mit dem Einsetzen des Linsenhalters 10 wird von unten mit Hilfe des Greifers 22 die entsprechende Schneiddüse 21 angebracht. However, if the lens holder is to be moved to a different magazine location 13 , it is removed from the magazine location 13 by the connection head 11 or a conversion device (not shown) and moved to the magazine location in which it remains until the next use. If the connection head 11 is used for this purpose, the cutting nozzle 21 can also be detached from the connection head 11 at the same magazine location 13 and held there in the changing device according to the invention. After the lens holder 10 and the cutting nozzle 21 have been put down in the magazine location 13 , the connection head 11 moves to another magazine location 13 , at which a focusing lens 9 with the associated cutting nozzle 21 which is suitable for the subsequent processing is kept ready. Here, in reverse order, the lens holder 10 is first inserted into the connection head 11 , locked with the aid of the locking and unlocking device 15 on the connection head 11 , and released by the holding device 14 , in which the fixing pins 17 of the fixing device 16 from the holes 18 of the grip element 19 are pulled out. Simultaneously with the insertion of the lens holder 10 , the corresponding cutting nozzle 21 is attached from below using the gripper 22 .

Nachdem auch die Greifarme 23 von der Schneiddüse 21 gelöst sind, ist der mit neuer Fokussieroptik 9 und Schneiddüse 21 ausgerüstete Anschlußkopf 11 für eine weitere Laserbearbeitung eines Werkstücks bereit. Es wird auf diese Weise ermöglicht, daß die Laseranlage genutzt werden kann, während parallel dazu eine Fokussieroptik in einem anderen Linsenhalter untersucht und überprüft wird. Da die Fokussieroptiken bei der Laserbearbeitung häufig gewechselt werden, kann auf diese Weise der zunehmende Verschmutzungsgrad oder eine Verschiebung der Fokussieroptik während des Betriebs der Laseranlage automatisch erkannt werden und bei entsprechender Ausrüstung der Wechseleinrichtung kann die Verschiebung der Fokussieroptik automatisch korrigiert werden. Once the gripping arms are dissolved 23 from the cutting nozzle 21, the focusing optical system equipped with a new cutting nozzle 9 and 21 connecting head 11 is ready for another laser processing of a workpiece. In this way it is possible that the laser system can be used, while at the same time focusing optics are examined and checked in another lens holder. Since the focusing optics are frequently changed during laser processing, the increasing degree of contamination or a shift in the focusing optics can be automatically recognized during operation of the laser system, and the shifting of the focusing optics can be corrected automatically if the changing device is equipped accordingly.

Wird bei der Überprüfung festgestellt, daß ein Austausch oder eine Reinigung der Fokussieroptik 9 erforderlich ist, so kann dies zum Beispiel über eine entsprechende Anzeigevorrichtung beispielsweise durch eine rote Leuchtdiode oder dergleichen angezeigt werden. If it is found during the check that an exchange or cleaning of the focusing optics 9 is necessary, this can be indicated, for example, by means of a corresponding display device, for example by a red light-emitting diode or the like.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Wechseleinrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen einer Fokussieroptik mit der die Überwachung und/oder Justierung einer Fokussieroptik außerhalb der Laserbearbeitungsanlage erfolgen kann. The present invention thus provides an exchange device and a Method for examining a focusing lens with which the Monitoring and / or adjustment of focusing optics outside of the Laser processing system can be done.

Claims

1. changing device for a lens holder ( 10 ) of a connection head ( 11 ) for processing a workpiece by means of a laser beam, with at least two magazine locations ( 13 ), at each of which at least one lens holder ( 10 ) can be gripped and held, with a control in lens holder (10) arranged focussing lens (9) is provided an optical monitoring device (24) for laser processing at least one of the magazine locations (13) comprising a receiver means (25) which observes a laser exit side lying object.

2. Changing device according to claim 1, characterized in that a receiver ( 10 ) arranged on the laser entry side of a lens holder ( 10 ) held in the magazine location ( 13 ) is provided camera ( 25 ) which looks in the working beam direction through the focusing optics ( 9 ).

3. Changing device according to claim 1 or 2, characterized in that on one side of a lens holder ( 10 ) held in the magazine location ( 13 ) at least one light source is provided which irradiates the focusing optics ( 9 ), so that on the optical surfaces of the focusing optics, In particular, light scattered at the last optical surface on the laser exit side can be detected by the receiver device ( 25 ).

4. Change device according to claim 3, characterized in that on one side of a magazine holder ( 13 ) held lens holder ( 10 ) a plurality of light sources are provided, which are arranged distributed uniformly in the circumferential direction in order to allow complete illumination of the focusing optics ( 9 ).

5. changing device according to claim 1 or 2, characterized in that the light source or light sources ( 26 ) on the laser exit side of a in the magazine location ( 13 ) held lens holder ( 10 ) are arranged.

6. Exchange device according to one of the preceding claims, characterized in that a light source, preferably a point light source is provided on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) of a lens holder ( 10 ) held in the magazine location ( 13 ), which on the optical axis of a camera optics ( 29 ) the receiver device ( 25 ) can be arranged.

7. Exchange device according to one of the preceding claims, characterized in that a measurement object is provided on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) of a lens holder ( 10 ) held in the magazine location ( 13 ), so that in the region of the optical axis of a camera optics ( 29 ) Receiver device ( 25 ) can be arranged so that it extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto.

8. Exchange device according to claim 6 and 7, characterized characterized in that the measurement object and the light source optionally in the range of optical axis of the camera optics can be arranged.

9. Exchange device according to claim 7 or 8, characterized in that the measurement object is a grid that is inclined at a predetermined angle against the optical axis of the camera optics ( 29 ).

10. Changing device according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device ( 24 ) is assigned an arranged at the same magazine location adjusting device ( 32 ) which adjusts the position of the focusing optics ( 9 ) as a function of the position of the monitoring device ( 24 ) ,

11. A method for checking a focusing optics for laser processing, which is arranged in a lens holder ( 10 ), through which the optical axis of a laser processing beam path of a laser processing system passes through when the lens holder ( 10 ) is inserted into the laser processing system, in which
an object lying on the laser exit side is observed with a receiver device ( 25 ) and
the light coming from the observed object is recorded and evaluated in order to examine a property of the focusing optics ( 9 ).

12. The method according to claim 11, characterized in that a camera ( 25 ) arranged on the laser entry side of the lens holder ( 10 ) is used to observe the object on the laser exit side.

13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the focusing optics from the laser exit side of the lens holder ( 10 ) is irradiated so that on the optical surfaces of the focusing optics ( 9 ), in particular on the laser exit side of the last optical surface scattered light from the Camera can be detected to determine a degree of contamination and / or wear of the focusing optics ( 9 ).

14. The method according to claim 13, characterized in that the irradiation of the focusing optics from the laser exit side of the lens holder ( 10 ) ago with several light sources, which are arranged in the circumferential direction uniformly around the optical axis of the laser processing beam path, in order to fully illuminate the focusing optics ( 9 ) to achieve.

15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that
a light source, preferably a point light source, is arranged on the optical axis of the camera optics on the laser exit side of the focusing optics,
the light source is recorded by the camera, and
the position of the image of the light source relative to the optical axis of the camera optics is determined in order to determine a lateral displacement of the optical axis of the focusing optics ( 9 ) relative to the optical axis of the laser processing beam path.

16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that
A measurement object is arranged on the laser exit side of the focusing optics ( 9 ) in the region of the optical axis of the camera optics in such a way that it extends both in the direction of the optical axis and transversely thereto.
the measurement object is imaged by the camera, and
the image obtained from the measurement object is evaluated in order to determine the position of the focal point of the focusing optics ( 9 ) in the direction of the optical axis relative to the cassette.

17. The method according to claim 15 and 16, characterized in that the measurement object and the light source are arranged individually one after the other in the region of the optical axis of the camera optics to the installation position of the focusing optics ( 9 ) in the lens holder ( 10 ) both in radial and in axial Direction to check.

18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that a grating is used as the measurement object, which is below a predetermined Angled at an angle to the optical axis of the camera optics is arranged.

19. The method according to any one of claims 11 to 18, characterized in that the position of the focusing optics ( 9 ) in the lens holder ( 10 ) is adjusted in dependence on their actual position detected by the monitoring device ( 24 ) to the focusing optics ( 9 ) to adjust.