DE20314918U1

DE20314918U1 - Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzglases einer Laseroptik auf Bruch und/oder Verschmutzung

Info

Publication number: DE20314918U1
Application number: DE20314918U
Authority: DE
Original assignee: SCANSONIC GmbH
Current assignee: SCANSONIC GmbH
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2013-09-26
Also published as: WO2005030433A1

Abstract

Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzglases einer Laseroptik einer Materialbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Laserschweißvorrichtung, auf Bruch und/oder Verschmutzung, mit mindestens einem am Umfang der Stirnfläche des Schutzglases angeordneten Photodetektor, der mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass dem Photodetektor (3; 3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32) mindestens eine elektromagnetische Strahlungsquelle (1; 1.1, 1.2, 1.3) zugeordnet ist, deren elektromagnetische Strahlung über die Stirnfläche des Schutzglases (2) eingekoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzglases einer Laseroptik einer Materialbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Laserschweißvorrichtung, auf Bruch und/oder Verschmutzung, mit mindestens einem am Umfang der Stirnfläche des Schutzglases angeordneten Photodetektor, der mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist.
Die Linsen einer Laserschweißoptik werden üblicherweise durch ein Schutzglas vor Verschmutzung geschützt, da die bei der Materialbearbeitung auftretenden Metallspritzer und Dämpfe ohne dieses Schutzglas die Laseroptik verschmutzen würden.
Aus der DE 100 60 176 A1 ist ein Laserbearbeitungskopf mit einer Sensoranordnung zur Überwachung eines Schutzglases bekannt. Die Sensoranordnung umfasst mehrere Sensoren, die vom Schutzglas kommendes Streulicht erfassen. Die Sensoren sind dabei auf die Wellenlänge des verwendeten Arbeitslaserstrahls abgestimmt und so ausgerichtet, dass sie im wesentlichen nur den senkrecht zum Strahlengang des Arbeitslaserstrahls verlaufenden Streulichtanteil erfassen. Die Lichtsensoren können dabei gleichmäßig über den Umfang des Schutzglases verteilt angeordnet sein. Die Auswertung des seitlich aus dem Schutzglas austretenden Streulichtes wird allerdings von der vom Werkstück zurückreflektierten Laserstrahlung negativ beeinflusst, so dass die Auswertung mitunter fehlerhaft ist.
Die DE 100 40 921 A1 offenbart einen handgeführten Bearbeitungskopf für einen Hochleistungsdiodenlaser, dessen Schutzglas in einem Träger angeordnet ist, wobei der Träger ein Thermoelement zur Messung der Schutzglastemperatur enthält. Das Thermoelement hat direkten Kontakt zu dem Schutzglas, so dass die Schutzglastemperatur unmittelbar detektiert werden kann. Der Anstieg der Schutzglastemperatur nach Einschalten des Lasers wird in Abhängigkeit von der verwendeten Laserleistung als Maß für den Verschmutzungsgrad bzw. als Indiz für einen Defekt am Schutzglas betrachtet. Das Schutzglas wird hier somit sowohl auf Verschmutzung als auch auf Zerstörung hin überwacht. Bei dieser berührenden Temperaturmessung ist das Messergebnis allerdings von den Konvektionsverhältnissen an der Außenseite des Schutzglases abhängig, die durch die Bewegung des Bearbeitungskopfes beeinflusst werden. Um konstante Konvektionsverhältnissen sicherzustellen, sind aufwändige Maßnahmen erforderlich. Für genaue Messergebnisse ist ein relativ hoher elektronischer Aufwand notwendig. Dabei muss neben der Umgebungstemperatur auch die spezifische Wärmekapazität des Schutzglases und gegebenenfalls die Konvektion an der Glasaußenseite berücksichtigt werden. Außerdem ist dieses bekannte Messverfahren nur einsetzbar, wenn eine bestimmte Arbeitsintervalllänge nicht unterschritten wird. Denn das verschmutzte Schutzglas muss sich während dieses Arbeitsintervalls am Rand messbar erwärmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzglases einer Laseroptik auf Bruch und/oder Verschmutzung zu schaffen, die unabhängig von der Laserstrahlung funktioniert.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im wesentlichen mindestens einen am Umfang der Stirnfläche des Schutzglases angeordneten Photodetektor auf, dem mindestens eine elektromagnetische Strahlungsquelle zugeordnet ist, deren elektromagnetische Strahlung über die Stirnfläche des Schutzglases eingekoppelt wird, wobei der oder die Photodetektoren mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung funktioniert somit unabhängig vom Arbeitslaser. Die Schutzglasüberwachung kann unabhängig vom Materialbearbeitungsprozess, d.h. in den Bearbeitungspausen, durchgeführt werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass mit ihr eine negative Beeinflussung der Photodetektoren durch reflektierte Strahlung des Arbeitslasers oder Strahlung aus dem Bearbeitungsprozess vermieden werden kann.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich der Verlauf eines über die Stirnseite des Schutzglases eingekoppelten Lichtstrahles ändert, wenn der Lichtstrahl auf eine durch einen Glasbruch entstandene Grenzfläche fällt. Mittels eines Photodetektors, der mit dem bei intaktem Schutzglas nicht abgelenkten Lichtstrahl fluchtet, lässt sich daher ein Glasbruch anhand einer Änderung der gemessenen Lichtintensität feststellen. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind sogar Sprünge im Schutzglas detektierbar, bevor ein das Glas vollständig durchziehender Bruch eingetreten ist.
Gegenüber thermischen Überwachungsvorrichtungen, bei denen Thermoelemente am Schutzglas anliegen und dessen Temperatur erfassen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne einen direkten mechanischen Kontakt zwischen Schutzglas und Messeinrichtung realisiert werden.
Darüber hinaus haben Versuche gezeigt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur eine Überwachung eines Schutzglases auf Glasbruch, sondern auch eine Messung des Verschmutzungsgrades der Glasoberfläche ermöglicht. Durch einen Belag aus Partikeln aus dem Schweißprozess oder andere Beläge wird die Totalreflexion an der betreffenden Grenzfläche des Schutzglases erheblich gestört, was sich an einer Intensitätsabnahme des Lichtes am stirnseitigen Austrittspunkt bemerkbar macht. Dementsprechend lässt sich ein Zusammenhang herstellen zwischen dem Messsignal bei sauberem Schutzglas und der durch Verschmutzung der Glasoberfläche bedingten Signaländerung.
Hinsichtlich der sicheren Erfassung verschiedener Bruchverläufe ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an mehreren, über den Umfang des Schutzglases verteilt angeordneten Stellen elektromagnetische Strahlung über die Stirnfläche des Schutzglases einkoppelbar ist.
Hinsichtlich der sicheren Erfassung verschiedener Bruchverläufe ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine stirnseitig zum Schutzglas angeordnete elektromagnetische Strahlungsquelle und/oder ein der Strahlungsquelle zugeordneter Strahlungsleiter, insbesondere Lichtleiter derart schwenkbar sind, dass eine Strahlachse der so über die Stirnfläche des Schutzglases eingekoppelten Strahlung im wesentlichen in einer Ebene des Schutzglases schwenkbar ist. Dem Schwenkbereich der Strahlachse sind dabei mehrere Photodetektoren zugeordnet. Der mit einer einzelnen Strahlungsquelle bzw. einem einzelnen Strahlungsleiter erzielbare Überwachungsbereich kann auf diese Weise erheblich vergrößert werden.
Eine besonders zuverlässige Schutzglasüberwachung lässt sich erreichen, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mehrere, insbesondere drei unabhängig voneinander ansteuerbare Strahlungsquellen über den Umfang der Stirnfläche des Schutzglases im wesentlich gleichmäßig beabstandet angeordnet werden, wobei die Strahlungsquellen wiederum in der Ebene des Schutzglases schwenkbar sind und ihnen jeweils zwei voneinander beabstandete Photodetektoren zugeordnet werden. Die elektromagnetische Strahlung der jeweiligen Strahlungsquelle kann dabei auch jeweils mittels eines Strahlungsleiters, insbesondere Lichtleiters in das Schutzglas über dessen Stirnseite eingekoppelt werden.
Für eine fehlerfreie Erfassung eines Glasbruches sowie eine genaue Messung des Verschmutzungsgrades ist es des weiteren vorteilhaft, wenn der Photodetektor bzw. die Photodetektoren mit einer Abschirmung gegen Fremdlicht versehen sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schutzglas gemeinsam mit dem mindestens einen Photodetektor und der mindestens einen elektromagne tischen Strahlungsquelle relativ zur Laseroptik verschiebbar ist. Hierdurch wird eine Anpassung des Abstandes des Schutzglases zur Laseroptik ermöglicht, die bei einer Änderung der Brennweite der Laseroptik und/oder aus messtechnischen Gründen zweckmäßig sein kann.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann ferner darin bestehen, dass dem mindestens einen Photodetektor und/oder der mindestens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle eine Druckluftquelle zugeordnet ist, wobei mittels Druckluft einer durch Ablagerungen bedingten Verschmutzung des Photodetektors bzw. der Strahlungsquelle entgegengewirkt wird.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein intaktes Schutzglas, über dessen Stirnseite das Licht einer Lichtquelle eingekoppelt wird;
2 das Schutzglas gemäß 1, jedoch in einem gebrochenen Zustand;
3 eine Draufsicht auf ein intaktes Schutzglas mit drei Lichtquellen und sechs Lichtsensoren;
4 eine Draufsicht auf ein intaktes Schutzglas mit drei Lichtquellen und sechs Lichtsensoren, in einer von 3 abweichenden Anordnung;
5 eine Draufsicht auf ein intaktes Schutzglas mit drei Lichtquellen und fünf Lichtsensoren; und
6 eine grafische Darstellung der Ergebnisse einer Spektrometermessung, die die unterschiedliche Dämpfung von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bei gleichem Verschmutzungsgrad in Bezug auf mehrere Schutzgläser zeigt.
Wie in 1 schematisch gezeigt, basiert die Erfindung auf der Idee, bei einer mittels eines Laserstrahls arbeitenden Materialbearbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) anstelle der Strahlung des Arbeitslasers die elektromagnetische Strahlung einer Hilfsquelle 1 für eine Schutzglasüberwachung zu nutzen, wobei die Strahlung der Hilfsquelle 1 über die Stirnfläche in das kreisscheibenförmige Schutzglas 2 eingekoppelt wird. Die so eingekoppelte Strahlung wird dann durch Totalreflexion im Schutzglas 2 geführt, wobei es zu einer gewissen Streuung innerhalb des Schutzglases 2 kommt.
Bei intaktem Schutzglas 2 gelangt die elektromagnetische Strahlung ohne wesentliche Intensitätsverluste zur gegenüberliegenden Seite des Schutzglases 2, wo sie auf Grund des nahezu senkrechten Einfallswinkels durch die Grenzfläche tritt und das Schutzglas 2 verlässt.
Die Intensität der elektromagnetischen Strahlung wird an der Austrittsstelle mittels eines oder mehrerer Photosensoren oder Photodetektoren 3 gemessen. Die gemessene Strahlungsintensität ist abhängig von der Lage des Photodetektors 3 in Bezug auf die Strahlungsquelle 1 bzw. dem Verlauf der von ihr ausgehenden Strahlung. Eine maximale Strahlungsintensität wird gemessen, wenn die Mittellinie der infolge der Streuung innerhalb des Schutzglases 2 sich weitenden elektromagnetischen Strahlung durch den Mittelpunkt des kreisscheibenförmigen Schutzglases 2 verläuft und mit dem Photodetektor 3 fluchtet.
Fällt die in das Schutzglas 2 eingekoppelte elektromagnetische Strahlung auf eine durch einen Glasbruch entstandene Grenzfläche 4, so ändert sich der Strahlungsverlauf gegenüber dem Strahlungsverlauf bei intaktem Schutzglas (vgl. 2). Bei ausreichend großem Einfallswinkel bzw. entsprechenden Brechungsindizes kann es an solchen Bruchflächen auch zur Totalreflexion kommen. In diesem Fall wird sich das Messsignal des Photodetektors 3 zu einem Extremwert verändern. Voraussetzung für eine Signaländerung ist allerdings in jedem Fall, dass die durch einen Glasbruch entstandene Grenzfläche 4 den Strahlverlauf zwischen Strahlungsquelle 1 und Photodetektor 3 kreuzt. Um die Sicherheit der Glasbrucherkennung zu erhöhen, können mehrere elektromagnetische Strahlungsquellen und mehrere Photodetektoren unter geeigneten Winkeln angeordnet werden. Entsprechende Ausführungsbeispiele werden nachfolgend beschrieben.
Bei dem in 3 schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei elektromagnetische Strahlungsquellen 1.1, 1.2 und 1.3 über den Umfang eines Schutzglases 2 einer Laseroptik (nicht gezeigt) symmetrisch verteilt angeordnet. Die Strahlungsquellen 1.1, 1.2 und 1.3 sind getrennt oder gemeinsam ansteuerbar und geben eine divergente Strahlung ab. Sie bestehen vorzugsweise aus Lichtdioden (LED). Jeder Strahlungsquelle sind zwei Photosensoren oder Photodetektoren 3.11, 3.12; 3.21, 3.22 und 3.31, 3.32 in Form von Photodioden zugeordnet. Die Photodetektoren 3.11, 3.12; 3.21, 3.22 und 3.31, 3.32 sind an einer Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen, die aus einer programmierbaren Schaltung und/oder einem Mikroprozessor aufgebaut ist.
Die Strahlungsquellen 1.1, 1.2 und 1.3 sind jeweils drehbar gelagert, derart, dass die Strahlachse der von ihnen ausgehende elektromagnetische Strahlung in der Ebene des Schutzglases 2 verschwenkbar ist. Der Schwenkbereich entspricht dabei dem Abstand der beiden der jeweiligen Strahlungsquelle zugeordneten Photodetektoren 3.11, 3.12; 3.21, 3.22 bzw. 3.31, 3.32. Der Dreh- bzw. Schwenkwinkel kann beispielsweise 30° betragen. Es sind jedoch auch kleinere oder größere Schwenkwinkel möglich. Die Strahlachse der eingekoppelten Strahlung ist dabei über den Mittelpunkt des Schutzglases 2 schwenkbar.
Obwohl es bei dieser Anordnung sechs kleinere Bereiche gibt, die von der Sensorik nicht erfasst werden, ist dies für die Überwachung des Schutzglases 2 praktisch nicht kritisch.
Wird nur eine einzelne der drei Strahlungsquellen 1.1, 1.2 oder 1.3 eingeschaltet, so ergibt sich ein für diesen Fall typisches Schema der Sensorsignale. Bei mechanisch intaktem Schutzglas 2 sollten an den Sensoren die höchste Strahlungsintensität auftreffen, die als Paar der jeweils aktiven Strahlungsquelle 1.1, 1.2 oder 1.3 gegenüberliegen. Ist die Strahlungsquelle 1.1 aktiv, liefern die Photodetektoren 3.11 und 3.12 den höchsten Signalpegel. Ist dagegen die Strahlungsquelle 1.2 aktiv, so liefern die Photodetektoren 3.21 und 3.22 den höchsten Signal pegel, wohingegen der höchste Signalpegel an den Photodetektoren 3.31 und 3.32 gemessen wird, wenn die Strahlungsquelle 1.3 aktiv ist. Die Photodetektoren 3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32 sind vorzugsweise jeweils gegen Streulicht bzw. elektromagnetische Streustrahlung aus Fremdquellen abgeschirmt.
Bei einem mechanischen Defekt des Schutzglases 2 kommt es zur Strahlumlenkung oder zur Strahlauskopplung an der neu entstandenen Grenzfläche, wodurch das anfangs vorhandene Messwertschema verändert wird. In Versuchen wurde nachgewiesen, dass ein Glasbruch mit diesem System sicher erkannt wird.
Es ergeben sich bei der Auswertung der Sensorsignale somit zwei Indikatoren. Erstens kann die Einhaltung der Grundforderung überprüft werden, wonach die der jeweiligen Lichtquelle 1.1, 1.2 oder 1.3 zugeordneten Photodetektoren 3.11, 3.12; 3.21, 3.22 bzw. 3.31, 3.32 bei intaktem Schutzglas den stärksten Signalpegel liefern müssen. Zweitens lässt sich eine möglicherweise auftretende Differenz zwischen diesen beiden Photodetektoren 3.11, 3.12; 3.21, 3.22 bzw. 3.31, 3.32 feststellen, wobei ein hier zulässiger Grenzwert in der Speicherprogrammierung der Auswerteinrichtung leicht geändert werden kann.
Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur für die Bruchüberwachung eines Schutzglases einer Laseroptik eingesetzt werden. Alternativ oder ergänzend kann mit der erfindungsgemäße Vorrichtung auch der Verschmutzungsgrad der Glasoberfläche gemessen werden. Entsprechende Messungen haben gezeigt, dass Schmutzablagerungen auf der Glasoberfläche die Totalreflexion erheblich stören, so dass neben der unter schiedlichen Dämpfung der Wellenlängen auch ein deutlicher Intensitätsverlust im Absolutwert über den gesamten Spektralbereich der eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung zu verzeichnen ist.
In 4 ist eine alternative Sensoranordnung dargestellt. Es sind wiederum drei in der Ebene des Schutzglases 2 verschwenkbare Strahlungsquellen 1.1, 1.2 und 1.3 am Umfang des Schutzglases 2 symmetrisch verteilt angeordnet. Die Strahlungsquellen 1.1, 1.2 und 1.3 weisen hier jedoch unterschiedliche Dreh- bzw. Schwenkwinkel auf. Die Strahlungsquelle 1.1 kann um 15° gedreht werden, während die Strahlungsquellen 1.2 und 1.3 um 10° bzw. 5° gedreht werden können. Es ergibt sich somit eine unsymmetrische Strahlengangverteilung der über die Stirnseite des Schutzglases 2 eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung. Mit dieser Anordnung wird eine gleichmäßigere Erfassung des mittleren Schutzglasbereiches erreicht. Es wird angenommen, dass sich mit dieser Anordnung eine geringere Abhängigkeit gegenüber einer Abstandsänderung zwischen den Linsen der Laseroptik und dem Schutzglas 2 bzw. gegenüber der Brennweite ergibt.
Die in 5 dargestellte Sensoranordnung ist ebenfalls geeignet, ein hinreichend genaues Messergebnis zu gewährleisten. Durch die einseitige Anordnung der drei Strahlungsquellen 1.1, 1.2 und 1.3, die jeweils in der Ebene des Schutzglases 2 um etwa 20° verschwenkbar sind, ist es hier möglich, mit nur fünf Photodetektoren 3.11, 3.12, 3.21, 3.22 und 3.31, den zentralen Bereich des Schutzglases 2 weitestgehend zu erfassen. Dabei dürfte an den nicht axial zu der jeweils aktiven Strahlungsquelle 1.1, 1.2 oder 1.3 ausgerichteten Photodetektoren wegen der höheren reflektierten Strahlungsanteile eine deutlich geringere Strahlungsintensität ausgekoppelt werden.
Versuche zur Überwachung des Verschmutzungsgrades des Schutzglases haben gezeigt, dass unterschiedliche Wellenlängen bei gleichem Verschmutzungsgrad des Schutzglases unterschiedlich stark gedämpft werden. Es wurde eine Messreihe angelegt, bei der das Licht einer weißen LED jeweils über die Stirnseite verschieden stark verschmutzter Schutzgläser eingekoppelt wurde. Von der gegenüberliegenden stirnseitigen Auskoppelfläche wurde das Licht über ein Glasfaserkabel einem Spektralphotometer zugeführt. Aus den aufgenommenen Spektren wurden für die weiteren Berechnungen zwei unterschiedliche Wellenlängen ausgewählt, und zwar die Wellenlängen 650 nm und 460 nm. Die bei diesen Wellenlängen gemessenen Intensitätswerte wurden für die verschieden stark verschmutzten Schutzgläser durch Cursorbewegung in einem Spektraldiagramm abgerufen.
In 6 sind die Ergebnisse der Spektrometermessung grafisch dargestellt. Vergleicht man bei den verschiedenen Verschmutzungsgraden die Intensität bei 650 nm und 460 nm und denkt man sich beide Werte jeweils durch eine Gerade verbunden, wird deutlich, dass es bei zunehmender Verschmutzung des Schutzglases zu einer Abnahme der Steigung der gedachten Gerade kommt.
Alternativ oder ergänzend zu der oben beschriebenen Intensitätsauswertung besteht somit erfindungsgemäß auch die Möglichkeit, eine Auswertung der Dämpfung bei verschiedenen Wellenlängen und eine Auswertung der Steigungsveränderung bei einer Verschmutzung des Schutzglases durchzuführen. Für die technische Ausführung einer sol chen Messung bzw. Auswertung können mehrere Strahlungsquellen unterschiedlicher Wellenlänge verwendet und/oder optische Filterelemente vor den Photodetektoren 3, 3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32 angeordnet werden, wobei die optischen Filterelemente elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlängenbereiche filtern.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr sind eine Reihe von Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich abweichender Gestaltung von dem in den beiliegenden Ansprüchen definierten Erfindungsgedanken Gebrauch machen. So kann die stirnseitige Einkopplung der Hilfsstrahlung in das Schutzglas 2 beispielsweise auch über einen oder mehrere Strahlungs- bzw. Lichtleiter, beispielsweise Glasfaserleiter (nicht gezeigt) erfolgen, die der jeweiligen Strahlungsquelle zugeordnet sind und berührungsfrei an der Stirnseite des Schutzglases 2 enden. Auch ist die Erfindung nicht auf die Überwachung von runden Schutzgläsern beschränkt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann ebenso zur Bruchüberwachung und/oder Verschmutzungsüberwachung von nicht runden Schutzgläsern einer Laserbearbeitungsoptik, beispielsweise von viereckigen oder polygonalen Schutzgläsern verwendet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zudem möglich, die korrekte Lage des Schutzglases in einem Schutzglashalter bzw. das Vorhandensein des Schutzglases zu prüfen. Wird beispielsweise an einem oder mehreren Photodetektoren ein festlegbarer Grenzwert nicht erreicht, so kann hieraus geschlossen werden, dass das Schutzglas nicht korrekt in die Halterung gelegt ist. Wird an keinem der Photodetektoren der festgelegte Grenzwert gemessen, so bedeutet dies, dass das Schutzglas fehlt. Die Einstellung des Grenzwertes erfolgt vorzugsweise werksseitig.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzglases einer Laseroptik einer Materialbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Laserschweißvorrichtung, auf Bruch und/oder Verschmutzung, mit mindestens einem am Umfang der Stirnfläche des Schutzglases angeordneten Photodetektor, der mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass dem Photodetektor (3; 3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32) mindestens eine elektromagnetische Strahlungsquelle (1; 1.1, 1.2, 1.3) zugeordnet ist, deren elektromagnetische Strahlung über die Stirnfläche des Schutzglases (2) eingekoppelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mehreren über den Umfang des Schutzglases (2) verteilt angeordneten Stellen elektromagnetische Strahlung über die Stirnfläche des Schutzglases (2) einkoppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1.1, 1.2, 1.3) und/oder ein der Strahlungsquelle zugeordneter Strahlungsleiter, insbesondere Lichtleiter derart schwenkbar sind, dass eine Strahlachse der über die Stirnfläche des Schutzglases (2) eingekoppelten Strahlung im wesentlichen in einer Ebene des Schutzglases schwenkbar ist, wobei dem Schwenkbereich der Strahlachse mehrere Photodetektoren (3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlachse der eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung durch den Mittelpunkt des Schutzglases (2) verläuft und/oder über den Mittelpunkt des Schutzglases (2) schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetischen Strahlungsquelle (1.1, 1.2, 1.3) oder einem der Strahlungsquelle zugeordneten Strahlungsleiter, insbesondere Lichtleiter zur stirnseitigen Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle (1.1, 1.2, 1.3) in das Schutzglas (2) jeweils mindestens zwei voneinander beabstandete Photodetektoren (3.11, 3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32) zugeordnet oder zuordenbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektromagnetische Strahlungsquellen, insbesondere drei elektromagnetische Strahlungsquellen (1.1, 1.2, 1.3) über den Umfang der Stirnfläche des Schutzglases (2) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlungsquellen (1.1, 1.2, 1.3) und Photodetektoren (3.11, 3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32) symmetrisch über den Umfang der Stirnfläche des Schutzglases (2) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Strahlungsquellen (1.1, 1.2, 1.3) getrennt oder gemeinsam ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlungsleiter, insbesondere Lichtleiter zur stirnseitigen Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle (1) oder Strahlungsquellen (1.1, 1.2, 1.3) in das Schutzglas (2) über den Umfang der Stirnfläche des Schutzglases (2) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleiter, insbesondere Lichtleiter und Photodetektoren (3.11, 3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32) symmetrisch über den Umfang der Stirnfläche des Schutzglases (2) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von der Strahlungsquelle (1; 1.1, 1.2, 1.3) eine divergente elektromagnetische Strahlung ausgeht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1; 1.1, 1.2, 1.3) aus einer Leuchtdiode besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Photodetektoren (3; 3.11, 3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32) mit einer Abschirmung gegen elektromagnetische Fremdstrahlung, insbesondere Fremdlicht versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder den Photodetektoren (3; 3.11, 3.12, 3.21, 3.22, 3.31, 3.32) und/oder der mindestens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle (1; 1.1, 1.2, 1.3) eine Druckluftquelle zugeordnet ist, wobei mittels Druckluft einer durch Ablagerungen bedingten Verschmutzung des jeweiligen Photodetektors und/oder der Strahlungsquelle entgegengewirkt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzglas (2) gemeinsam mit dem mindestens einen Photodetektor (3; 3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32) und der mindestens einen Strahlungsquelle relativ zur Laseroptik verschiebbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung aus einer programmierbaren Schaltung und/oder aus einem Mikroprozessor aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung über die Stirnseite des Schutzglases (2) mehrere Strahlungsquellen (1.1, 1.2, 1.3) vorhanden sind, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge aussenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Photodetektoren (3; 3.11, 3.12; 3.21, 3.22; 3.31, 3.32) mit optischen Filterelementen versehen sind, die elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlängenbereiche filtern.