DE10060176B4

DE10060176B4 - Laserbearbeitungskopf

Info

Publication number: DE10060176B4
Application number: DE10060176A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Weber
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: US20020088783A1; JP2002219593A; US6614002B2; DE10060176A1; JP4107833B2

Abstract

Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks (20) mittels eines Laserstrahls (16) mit:
– einem Gehäuse (11), das eine Eintrittsöffnung (12) und eine Austrittsöffnung (13), zwischen denen für den Laserstrahl (16) ein Durchgang (15) ausgebildet ist, durch den ein Arbeitsstrahlengang (16') hindurch geführt ist, sowie neben dem Laserstrahl-Durchgang (15) angeordnete Seitenwände (26, 36) aufweist;
– einer Fokussierungsoptik (17) zur Fokussierung des Laserstrahls (16) in einen Arbeitsfokus (18), der außerhalb des Gehäuses (11) mit Abstand zur Austrittsöffnung (13) vorgesehen ist;
– einer Sensoranordnung (25), die ein als Seitenwandmodul ausgebildetes Sensormodul (27) umfaßt, das als Bestandteil der Seitenwand (26) austauschbar am Gehäuses (11) befestigt ist; und
– einer Strahlumlenkvorrichtung (31), die eine aus einer durch den Arbeitsfokus (18) bestimmten Wechselwirkungszone kommende Strahlung auf Sensoren (28, 29, 30) der Sensoranordnung lenkt, so daß zumindest ein Teil der Strahlung zur Überwachung der Bearbeitung eines Werkstücks (20) erfaßt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, insbesondere zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken mit Laserstrahlen.
Um den Bearbeitungsvorgang, also insbesondere den Schweiß- oder Schneidprozess überwachen zu können, sind je nach Aufgabenstellung verschiedene Sensoren zur Erfassung der aus einer durch den Arbeitsfokus bestimmten Arbeits- oder Wechselwirkungszone kommenden Strahlung erforderlich. Diese Sensoren werden üblicherweise seitlich an den Laserbearbeitungskopf angeflanscht. Dabei sind standardmäßig UV-Sensoren zur Überwachung eines sich über der Wechselwirkungszone bildenden Plasmas, ein Temperaturfühler oder Infrarotsensor zur Erfassung der aus dem Bereich um das sogenannte, durch den Arbeitsfokus bestimmte Keyhole kommenden Strahlung, mit der die Randaufschmelzung und das Temperaturprofil bei der Bearbeitung überwacht werden können, und ein Rückreflexsensor vorgesehen, der die Rückstrahlung des Laserstrahls aus dem Keyhole erfaßt.
Bei manchen Aufgabenstellungen ist es jedoch erst durch statistische Untersuchungen in der Musterfertigung möglich die richtige Kombination der Sensoren zu finden, die eine möglichst signifikante Analyse der Prozeßparameter erlauben. Dadurch verändert sich Außengeometrie des Kopfes, die bei einer Vielzahl von Einsatzaufgaben eine wichtige Rolle spielen. Da z.B. beim Eintauchen in Bauteile keine Kollisionen riskiert werden dürfen, ist eine Änderung der Kopfgeometrie oftmals nicht möglich.
Aus dem Katalog der Firma precitec, Ausgabe 2000, Seite 41, ist bereits ein Laserschweißmonitor bekannt, der seitlich an einen Laserbearbeitungskopf angeflanscht wird. Je nach dem, welche Sensoren für die Prozeßüberwachung beim Laserschweißen erforderlich sind, muß der bekannte Laserschweißmonitor entsprechend abgewandelt werden.
Aus der JP 2000 225 481 ist ein Laserbearbeitungskopf bekannt, an dem verschiedene Sensoren zur Erfassung der von der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung hintereinander angeordnet sind. Die aus der Wechselwirkungszone kommende Strahlung durchläuft dabei zunächst die Fokussierungsoptik für den Bearbeitungslaserstrahl und trifft dann auf Strahlteiler oder Umlenkspiegel, die die Strahlung auf die entsprechenden Sensoren lenken. Je nach dem welche und wieviel Sensoren für die Prozeßüberwachung erforderlich sind, müssen entsprechende Sensorgehäuse auf der vom Arbeitsfokus abgewandten Seite des Laserbearbeitungskopfes angebracht werden.
Aus der DE 41 26 351 A1 , die ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstückoberflächen mittels Laserstrahlung betrifft, ist ein Laserbearbeitungskopf bekannt, der ein Gehäuse mit einer Einlaß- und Auslaßöffnung für einen Laserstrahl, eine Fokussieroptik zur Fokussierung des Laserstrahls, eine Sensoranordnung sowie eine Strahlumlenkeinrichtung aufweist, die eine aus der Wechselwirkungszone emittierte Strahlung auf einen Fotodetektor der Sensoranordnung lenkt, so daß ein Bearbeitungsbereich mittels vom Werkstück emittierter Strahlung optoelektronisch überwacht und ergebnisentsprechend Verfahrensparameter geregelt werden können.
Aus der JP 00-225481 A ist ein weiterer Laserbearbeitungskopf bekannt, an dessen Gehäuse einen Sensorkopf angebracht ist, in der hintereinander angeordnete teildurchlässige Umlenkspiegel als Strahlteiler vorgesehen sind, um aus der Wechselwirkungszone zwischen Laserstrahl und Werkstück kommende Strahlung zu den einzelnen Sensoren zu lenken.
Die Strahlteiler dienen dabei dazu, Licht mit einer Vielzahl spezifischer Wellenlängen aus der Strahlung von der Wechselwirkungszone zu extrahieren und auf die Sensoren auszugeben, um so den Schweißvorgang zu überwachen.
Je nachdem welche und wie viel Sensoren hier für die Prozeßüberwachung erforderlich sind, müssen entsprechende Sensorköpfe oder Gehäuse auf der vom Arbeitsfokus abgewandten Seite des bekannten Laserbearbeitungskopfes angebracht werden.
Die DE 299 03 385 U1 zeigt, daß es bekannt ist, an einer zylinderförmigen Seitenfläche eines Schutzglases einer Schweißoptik einen Sensor für Wärmestrahlung anzuordnen, der aus einer Laserlicht absorbierenden Scheibe und einem Temperaturfühler besteht.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Laserbearbeitungskopf der eingangs genannten derart weiter zu bilden, daß er bei festen und kompakten Außenabmessungen eine einfache Anpassung der Sensoren an die jeweiligen Bearbeitungsaufgaben ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß umfasst also die Sensoranordnung ein als Seitenwandmodul ausgebildetes Sensormodul, das als Bestandteil der Seitenwand austauschbar am Gehäuse befestigt ist. Das Sensormodul ist also als Bestandteil der Seitenwand in diese integriert und lässt sich als Seitenwandbestandteil einfach gegen ein anderes Sensormodul austauschen, ohne dass dadurch die Abmessungen des Laserbearbeitungskopfes geändert würden, um die für die jeweilige Bearbeitungsaufgabe und die verwendete Wellenlänge des Lasers benötigten Sensoren in den Laserbearbeitungskopf zu integrieren.
Der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf kann also unabhängig davon, welche Sensoren an ihm vorgesehen sind, immer in gleicher Weise gehandhabt werden, da eine Änderung in der Auswahl der Sensoren keine Änderung der kompakten Außenform des Laserbearbeitungskopfes bedingen. Vielmehr braucht nur ein Seitenwandmodul mit einer Gruppe von Sensoren gegen ein anderes ausgetauscht zu werden, das eine an der Gruppe von Sensoren enthält.
Ferner lässt sich die Wartung der Sensoranordnung ebenfalls vereinfachen, da das Seitenwandmodul lediglich gegen ein anderes mit den gleichen Sensoren ausgetauscht zu werden braucht. Somit lassen sich Stillstandzeiten der Laserbearbeitungsanlage infolge der Wartung der Sensoranordnung auf ein Minimum reduzieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Strahlumlenkvorrichtung eine Abbildungsoptik umfaßt, die bezüglich der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung hinter der Fokussierungsoptik angeordnet ist, um die Wechselwirkungszone auf das Sensormodul abzubilden.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Strahlumlenkvorrichtung einen ersten Strahlteiler, der einen Teil der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung aus dem Arbeitsstrahlengang ausgekoppelt, und einen zweiten Strahlteiler aufweist, der einen Teil der einfallenden Strahlung zum Sensormodul lenkt, während er einen anderen Teil hindurch läßt, wobei der zweite Strahlteiler in einer Seitenwand des Gehäuses vor einer Anschlußöffnung angeordnet ist, an die eine Beobachtungseinrichtung anschließbar ist. Hierdurch wird es ermöglicht, für bestimmte Einsatzzwecke, die eine Schnitt- oder Nahverfolgung während der Bearbeitung erfordern, eine entsprechende Beobachtungseinrichtung, z.B. eine Videokamera oder dergleichen am Laserbearbeitungskopf anzubringen, ohne daß dadurch die Sensoranordnung beeinträchtigt wird.
Zweckmäßigerweise ist der zweite Strahlteiler in einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet, die dem Sensormodul gegenüberliegt, wobei die Strahlumlenkvorrichtung erste und zweite Umlenkspiegel aufweist, um den von den Strahlteilern ausgekoppelten Teil der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung quer über den Durchgang zur Seite des Sensormoduls bzw. parallel zur das Sensormodul aufnehmenden Seitenwand umzulenken.
Grundsätzlich ist es möglich, das Sensormodul mit nur einem Sensor auszurüsten, wenn beispielsweise nur die Temperatur der Wechselwirkungszone oder das zurückreflektierte Laserlicht aus dem Arbeitsfokus integrierend gemessen zu werden braucht. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich jedoch insbesondere darin besonders gut nutzen, wenn das Sensormodul zwei oder mehr Sensoren aufweist, denen die einfallende Strahlung über einen dritten Strahlteiler zuführbar ist.
Sind zwei Sensoren vorgesehen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn der dritte Strahlteiler, auf den die Wechselwirkungszone von der Abbildungsoptik abgebildet wird, als reflektierende Ortsfilterblende ausgebildet ist, so daß die Sensoren unterschiedliche Bereiche der Wechselwirkungszone erfassen.
Vorteilhaft ist es, wenn einzelne Sensoren der Sensoranordnung eine Filtereinrichtung umfassen, so daß sie einen ausgewählten Spektralbereich der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung erfassen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Sensormodul ein Referenzsensor vorgesehen ist, der einen vom ersten Strahlteiler ausgekoppelten Teil der Arbeitslaserstrahlung erfaßt.
Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Sensoranordnung zumindest einen, vorzugsweise jedoch zwei oder mehr im Bereich der Eintrittsöffnung in einer oder verschiedenen Seitenwänden des Gehäuses angeordnete Sensoren umfaßt, der bzw. die zum Erfassen von aus dem Bereich der Wechselwirkungszone kommender Strahlung, insbesondere Plasmastrahlung ausgebildet ist bzw. sind.
Um eine hochwertige und störungsfreie Laserbearbeitung zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß die Sensoranordnung zur Überwachung eines Schutzglases, das zwischen der Austrittsöffnung und der Fokussierungsoptik im Arbeitsstrahlengang angeordnet ist, zumindest einen weiteren Sensor umfaßt, der im Bereich des Schutzglases in einem Seitenabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, um vom Schutzglas kommendes Streulicht zu erfassen. Hiermit lassen sich Ermüdungen, Verschmutzungen und Beschädigungen des die Fokussierungsoptik schützenden Schutzglases frühzeitig erkennen, so daß das Schutzglas rechtzeitig gewechselt werden kann, bevor es während des Bearbeitungsbetriebes zerstört wird.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes,
2 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung des die Sensoranordnung aufweisenden Teils des erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes, und
3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Sensormoduls für einen erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopf.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie 1 zeigt, weist der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf 10 ein Gehäuse 11 mit einer Eintrittsöffnung 12 und einer Austrittsöffnung 13 sowie eine Laserdüse 14 auf. Zwischen der Eintrittsöffnung 12 und der Austrittsöffnung 13 ist im Gehäuse 11 ein Durchgang 15 für einen Laserstrahl 16 ausgebildet, durch den der Arbeitsstrahlengang 16', der in 1 durch die optische Achse einer Fokussierungsoptik 17 für den Arbeitslaserstrahl 16 angedeutet ist, hindurchgeführt ist.
Die Fokussierungsoptik 17, die den Arbeitslaserstrahl 16 in einen Arbeitsfokus 18 fokussiert, ist in einer wassergekühlten Linsenhalterung 19 angeordnet, die als austauschbare Linsenfassung ausgebildet ist, so daß Fokussierungsoptiken mit verschiedenen Brennweiten in den Laserbearbeitungskopf 10 eingesetzt werden können.
Um die Fokussierungsoptik 17 vor Einflüssen aus einer Wechselwirkungszone zwischen Arbeitsfokus und Werkstück 20 zu schützen, ist ein Schutzglas 21 zwischen der Fokussierungsoptik 17 und der Austrittsöffnung 13 des Gehäuses 11 angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 11 und der Laserdüse 14 ist ferner eine Querstrahleinrichtung 22 angeordnet, mit deren Hilfe ein quer zum Laserstrahl 16 wirkender Gasstrom mit Überschallgeschwindigkeit erzeugt wird, um eine Verschmutzung des Schutzglases 21 zu reduzieren. Durch den quer zum Laserstrahl 16 wirkenden Gasstrom werden also Partikel, die aus der vom Arbeitsfokus 18 auf dem zu bearbeitenden Werkstück 20 bestimmten Wechselwirkungszone stammen von der Austrittsöffnung 13 des Gehäuses 11 seitlich weggeblasen und somit abgeführt. Restliche Partikel, die trotzdem in die Austrittsöffnung 13 gelangen, werden dann durch das Schutzglas 21 von der Fokussierungsoptik 17 abgehalten.
Das Schutzglas 21 ist in einer Schutzglaskassette 23 angeordnet, so daß ein verschmuztes Schutzglas 21 schnell und ohne zusätzliches Werkzeug ausgetauscht werden kann.
Zur Überwachung des Schutzglases 21 sind seitlich neben dem Schutzglas 21 ein oder mehrere Sensoren angeordnet, um vom Schutzglas 21 kommendes Streulicht zu erfassen. Die Sensoren 24 sind dabei zweckmäßigerweise auf die Wellenlänge des verwendeten Arbeitslaserstrahls 16 abgestimmt. Insbesondere sind die Sensoren 24, die gleichmäßig über den Umfang des Schutzglases verteilt angeordnet sein können, so ausgerichtet, daß sie im wesentlichen nur den senkrecht zum Arbeitsstrahlengang verlaufenden Streulichtanteil erfassen.
Die Sensoren 24 zur Schutzglasüberwachung sind ein Teil einer Sensoranordnung 25, die zur Qualitäts- und Prozeßüberwachung dient. Die Sensoranordnung 25 weist ein in einer Seitenwand 26 des Gehäuses 11 angeordnetes Sensormodul 27 auf, das vorzugsweise als Seitenwandmodul ausgebildet ist, so daß das Sensormodul 27 als Bestandteil der Seitenwand 26 des Gehäuses 11 des Laserbearbeitungskopfes 10 einfach ausgetauscht werden kann.
Neben dem Sensormodul 27, weist die Sensoranordnung 25 noch einen oder mehrere Sensoren 28 auf, die der Beobachtung eines sich über der durch den Arbeitsfokus 18 festgelegten Wechselwirkungszone bildenden Plasmas dienen. Sind mehrere Sensoren 28 zur Erfassung der Plasmastrahlung vorgesehen, so sind diese vorzugsweise in gleichen Abständen um den Laserstrahldurchgang 15 herum nahe der Eintrittsöffnung 12 angeordnet.
Um eine aus der Wechselwirkungszone kommende Strahlung auf Sensoren 29, 30 zu lenken, ist eine Strahlumlenkvorrichtung 31 vorgesehen, die im folgenden anhand von 2 näher erläutert wird.
Die Strahlumlenkvorrichtung 31 weist einen ersten Strahlteiler 32 auf, der aus Quarzglas besteht und auf seinen Oberflächen eine auf die Wellenlänge des Arbeitslaserstrahls 16 abgestimmte Entspiegelung trägt. Je nach verwendeter Wellenlänge des Lasers können auch andere geeignete transparente Materialien eingesetzt werden. Von dem einfallenden Arbeitslaserstrahl 16 wird somit nur ein sehr geringer Prozentsatz in Richtung auf das Sensormodul 27 umgelenkt, und trifft auf ein Abschirmelement 33, das das Sensormodul 27 gegen den Laserstrahldurchgang 15 hin bis auf einen nicht näher dargestellten Durchlaßbereich abschirmt, der einem im Sensormodul 27 vorgesehenen Referenzsensor 34 (siehe 3) zugeordnet ist.
Eine von der Wechselwirkungszone kommende Strahlung wird nach Durchlaufen der Fokussierungsoptik 17 durch den ersten Strahlteiler 32 zu einem zweiten Strahlteiler 35 hin umgelenkt, der in einer Seitenwand 36 des Gehäuses 11 vor einer Anschlußöffnung 37 angeordnet ist, an die eine Beobachtungseinrichtung (nicht gezeigt) anschließbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anschlußöffnung 37 durch eine Abdeckplatte 38 verschlossen. Ein Teil der auf den zweiten Strahlteiler 35 auftreffenden Strahlung wird in Richtung eines ersten Umlenkspiegels 39 umgelenkt, der die auffallende Strahlung quer über den Durchgang 15 zur Seite des Sensormoduls 27 lenkt. Dort ist ein zweiter Umlenkspiegel 40 vorgesehen, der die Strahlung in eine parallel zur Seitenwand 26 verlaufende Richtung lenkt.
Die Strahlumlenkvorrichtung 31 weist eine Abbildungsoptik 41 auf, die zwischen dem zweiten Strahlteiler 35 und dem ersten Umlenkspiegel 39 angeordnet ist und die zusammen mit der Fokussierungsoptik 17 die Wechselwirkungszone bzw. den Arbeitsfokus 18 auf ein Eingangselement 42 des Sensormoduls 27 abbildet.
Wie in 3 rein schematisch dargestellt ist, wird das Eingangselement von einem dritten Strahlteiler 42 gebildet, der als reflektierende Ortsfilterblende ausgebildet ist, um den Zentralbereich der Wechselwirkungszone, also den Arbeitsfokus 18 auf den Sensor 30 umzulenken, während der Randbereich der Wechselwirkungszone zum Sensor 29 durchgelassen wird. Um die einzelnen Sensoren 28, 29, 30 der Sensoranordnung 25 an die Wellenlänge der jeweils zu erfassenden Strahlung anzupassen, sind geeignete Filtereinrichtungen 28', 29', 30' vorgesehen.
Während eines Laserbearbeitungsvorgangs, also während des Laserschneidens oder -schweißens wird typischerweise mit den Sensoren 28 die vom Plasma ausgehende UV-Strahlung überwacht. Hierbei sind die Sensoren 28 so neben dem Durchgang 15 angeordnet, daß sie mit einem Beobachtungswinkel von 120° in Strahlrichtung blicken. Die Ausgangssignale der Plasma-Sensoren 28 können dann zur Auswertung des sichtbaren Anteils des Schweißprozesses herangezogen werden. Zweckmäßigerweise sind drei Plasma-Sensoren 28 vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang des Durchgangs verteilt sind.
Im Sensormodul 27 beobachtet der Temperatur-Sensor 29 den Randbereich der Wechselwirkungszone, da der Zentralbereich, also der Arbeitsfokus 18 von der reflektierenden Zentralblende 42' des als Ortsfilter ausgebildeten Strahlteilers 42 zum Rückreflex-Sensor 30 umgelenkt wird. Der Rückreflex-Sensor 30 erfaßt somit den Bereich des sogenannten Keyholes.
Die drei unterschiedlichen Sensorsignale von den Plasma-Sensoren 28 dem Temperatur-Sensor 29, der die Randaufschmelzung und das Temperaturprofil überwacht, und dem Rückreflex-Sensor 30, der die Rückstrahlung des Lasers aus dem Keyhole detektiert, werden zusammen mit dem Sensorsignal vom Referenzsensor 34 ausgewertet, indem die gemessenen Signale mit den gespeicherten Werten einer repräsentativen Schweißnaht oder eines repräsentativen Schnitts verglichen werden.
Je nach Bearbeitungsaufgabe kann es notwendig werden, den abzubildenden Bereich zu variieren, so daß unterschiedliche Blenden, insbesondere unterschiedliche Ortsfilterblenden als Eingangselement des Sensormoduls vorgesehen werden müssen. Beispielsweise ist es möglich, daß im Sensormodul 27 ein Plasma-Sensor zusammen mit einem Rückreflex-Sensor oder einem Temperatursensor anzuordnen ist. Der dritte Strahlteiler 42 ist dann entsprechend zu gestalten, je nach dem ob der Temperatur- bzw. Rückreflex-Sensor mit Ortsfilterblende oder integrierend ohne Ortsfilterblende arbeiten soll.
Der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf weist eine kompakte Bauweise auf da die für die Prozeßüberwachung erforderlichen Sensoren in das Gehäuse 11 des Laserbearbeitungskopfes 10 integriert sind. Aufgrund dieser integrierten Sensoranordnung läßt sich der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf 10 leicht an verschiedene Lasertypen und flexibel an unterschiedliche Handhabungssysteme bzw. Laserbearbeitungsmaschinen anpassen. Die Anschlußöffnung, an die eine Beobachtungseinrichtung anschließbar ist, ermöglicht die Anbringung von Naht- oder Schnittverfolgungssystemen, die die Justierung verbessern und die Steuerung erleichtern. Insbesondere läßt sich beim Laserschweißen durch Beobachtung der Schweißdrahtzuführung diese auch während des Betriebs der Laserschweißanlage optimieren.

Claims

Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks (20) mittels eines Laserstrahls (16) mit: – einem Gehäuse (11), das eine Eintrittsöffnung (12) und eine Austrittsöffnung (13), zwischen denen für den Laserstrahl (16) ein Durchgang (15) ausgebildet ist, durch den ein Arbeitsstrahlengang (16') hindurch geführt ist, sowie neben dem Laserstrahl-Durchgang (15) angeordnete Seitenwände (26, 36) aufweist; – einer Fokussierungsoptik (17) zur Fokussierung des Laserstrahls (16) in einen Arbeitsfokus (18), der außerhalb des Gehäuses (11) mit Abstand zur Austrittsöffnung (13) vorgesehen ist; – einer Sensoranordnung (25), die ein als Seitenwandmodul ausgebildetes Sensormodul (27) umfaßt, das als Bestandteil der Seitenwand (26) austauschbar am Gehäuses (11) befestigt ist; und – einer Strahlumlenkvorrichtung (31), die eine aus einer durch den Arbeitsfokus (18) bestimmten Wechselwirkungszone kommende Strahlung auf Sensoren (28, 29, 30) der Sensoranordnung lenkt, so daß zumindest ein Teil der Strahlung zur Überwachung der Bearbeitung eines Werkstücks (20) erfaßt werden kann.
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkvorrichtung (31) eine Abbildungsoptik (41) umfaßt, die bezüglich der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung hinter der Fokussierungsoptik (12) angeordnet ist, um die Wechselwirkungszone auf das Sensormodul (27) abzubilden.
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlumlenkvorrichtung (31) einen ersten Strahlteiler (32), der einen Teil der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung aus dem Arbeitsstrahlengang (16') ausgekoppelt, und einen zweiten Strahlteiler (35) aufweist, der einen Teil der einfallenden Strahlung zum Sensormodul (27) lenkt, während er einen anderen Teil hindurch läßt.
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlteiler (35) in einer Seitenwand (36) des Gehäuses (11) vor einer Anschlußöffnung (31) angeordnet ist, an die eine Beobachtungseinrichtung anschließbar ist.
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlteiler (35) in einer Seitenwand (36) des Gehäuses (11) angeordnet ist, die dem Sensormodul (27) gegenüberliegt, und daß die Strahlumlenkvorrichtung (31) erste und zweite Umlenkspiegel (39, 40) aufweist, um den von den Strahlteilern (32, 35) ausgekoppelten Teil der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung quer über den Durchgang (15) zur Seite des Sensormoduls (27) bzw. parallel zur das Sensormodul (27) aufnehmenden Seitenwand (26) umzulenken.
Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul (27) zumindest zwei Sensoren (29, 30) aufweist, denen die einfallende Strahlung über einen dritten Strahlteiler (42) zuführbar ist.
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Strahlteiler, auf den die Wechselwirkungszone von der Abbildungsoptik (41) abgebildet wird, als reflektierende Ortsfilterblende (42) ausgebildet ist, so daß die Sensoren (29, 30) unterschiedliche Bereiche der Wechselwirkungszone erfassen.
Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Sensoren (28, 29, 30) der Sensoranordnung (25) eine Filtereinrichtung (28', 29', 30') umfassen, so daß sie einen ausgewählten Spektralbereich der aus der Wechselwirkungszone kommenden Strahlung erfassen.
Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sensormodul (27) ein Referenzsensor (34) vorgesehen ist, der einen vom ersten Strahlteiler (32) ausgekoppelten Teil der Arbeitslaserstrahlung erfaßt.
Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (25) zumindest einen, vorzugsweise jedoch zwei oder mehr im Bereich der Eintrittsöffnung (12) in einer oder verschiedenen Seitenwänden des Gehäuses (11) angeordnete Sensoren (28) umfaßt, der bzw. die zum Erfassen von aus dem Bereich der Wechselwirkungszone kommender Strahlung, insbesondere Plasmastrahlung ausgebildet ist bzw. sind.
Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (25) zur Überwachung eines Schutzglases (21), das zwischen der Austrittsöffnung (13) und der Fokussierungsoptik (17) im Arbeitsstrahlengang angeordnet ist, zumindest einen weiteren Sensor (24) umfaßt, der im Bereich des Schutzglases (21) in einem Seitenabschnitt des Gehäuses (11) angeordnet ist, um vom Schutzglas (21) kommendes Streulicht zu erfassen.