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Title:
METHOD FOR DETERMINING THE SIZE AND/OR STATE OF A NOZZLE OPENING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/077018
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining the size (D) and/or state of a nozzle opening (3), which is, in particular, radially symmetrical, on a laser machining nozzle (1), said method comprising the steps of: generating a gas flow (8) through the nozzle opening (3), measuring flow noise generated when the gas flow (8) exits the nozzle opening (3), and evaluating the measured flow noise in order to determine the size (D) and/or state of the nozzle opening (3).

Inventors:
RITTER, Ulrich (Hördtstrasse 93a, Stuttgart, 70435, DE)
MAUCH, Florian (Scottweg 15, Stuttgart, 70439, DE)
Application Number:
EP2008/007383
Publication Date:
June 25, 2009
Filing Date:
September 10, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF WERKZEUGMASCHINEN GMBH + CO. KG (Johann-Maus-Strasse 2, Ditzingen, 71254, DE)
RITTER, Ulrich (Hördtstrasse 93a, Stuttgart, 70435, DE)
MAUCH, Florian (Scottweg 15, Stuttgart, 70439, DE)
International Classes:
G01B13/10; B23K26/42; G01B13/22
Attorney, Agent or Firm:
KOHLER SCHMID MÖBUS (Ruppmannstrasse 27, Stuttgart, 70565, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen der Abmessung (D) und/oder des Zustands einer insbesondere radialsymmetrischen Düsenöffnung (3) an einer Laserbearbeitungsdüse (1), umfassend die Schritte:

Erzeugen einer Gasströmung (8) durch die Düsenöffnung (3),

Messen eines beim Austritt der Gasströmung (8) aus der Düsenöffnung (3) erzeugten Strömungsgeräuschs, sowie

Auswerten des gemessenen Strömungsgeräuschs zum Bestimmen der

Abmessung (D) und/oder des Zustands der Düsenöffnung (3).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Laserbearbeitungsdüse (1) zum Erzeugen der Gasströmung (8) an einem Laserbearbeitungskopf (6) angebracht und ein dem Laserbearbeitungskopf (6) zugeführtes Gas, bevorzugt Luft oder Stickstoff, durch die Düsenöffnung (3) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum Bestimmen der Abmessung (D) und/oder des Zustands der Düsenöffnung (3) der zeitliche Verlauf der Amplitude (A) des Strömungsgeräuschs ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Vordruck (p) des Gases während des Messens des Strömungsgeräuschs auf einem konstanten Wert genalten wird, bevorzugt zwischen 1 bar und 2 bar.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in einem vorausgehenden Schritt für den konstanten Wert des Vordrucks eine Korrelation zwischen der Abmessung (D) der Düsenöffnung (3) und der Standardabweichung (SA) des Strömungsgeräuschsignals von seinem Mittelwert (M) bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Vordruck (p) des Gases während der Messung verändert und die Auswirkung der Veränderung des Vordrucks (p) auf das Strömungsgeräusch ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in einem vorausgehenden Schritt eine Korrelation zwischen der Abmessung (D) der Düsenöffnung (3) und der Zeitdauer bestimmt wird, bei der das Strömungsgeräusch nach der änderung des Vordrucks (p) wieder konstant wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in die aus der Düsenöffnung (3) austretende Gasströmung (8) ein bevorzugt plattenförmiger Körper (13) eingebracht wird, der insbesondere senkrecht zur Düsenachse (4) ausgerichtet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Messen des Strömungsgeräuschs mindestens ein akustischer Sensor (10) zur Düsenöffnung (3) versetzt außerhalb des austretenden Gasstroms (8) positioniert und unter einem Winkel (α) zur Düsenachse (4) der Laserbearbeitungsdüse (1) ausgerichtet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Messung des Strömungsgeräuschs mindestens ein akustischer Sensor (14a, 14b) an der Laserbearbeitungsdüse (1 ) oder dem bevorzugt plattenförmigen Körper (13) befestigt wird.

11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Messung des Strömungsgeräusches mindestens zwei akustische Sensoren (14a, 14b) eingesetzt werden, die bevorzugt symmetrisch zur Düsenachse (4) angeordnet sind.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Bestimmung des Zustands der Laserbearbeitungsdüse (1 ) das Frequenzspektrum des Strömungsgeräuschs ausgewertet wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Umgebungsgeräusch gemessen und dieses bei der Auswertung des gemessenen Strömungsgeräusches berücksichtigt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während der Messung mindestens eine Abschirmeinrichtung, insbesondere ein rohrförmiger Körper (17), den Düsenkörper (2) und mindestens einen akustischen Sensor (14a, 14b) umgibt.

Description:

Verfahren zum Bestimmen der Abmessung und/oder des Zustands einer Düsenöffnunq

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Abmessung und/oder des Zustands einer insbesondere radialsymmetrischen Düsenöffnung an einer Laserbearbeitungsdüse.

Zur Laserbearbeitung ist am Laserbearbeitungskopf von Laserbearbeitungsmaschinen eine Laserbearbeitungsdüse angebracht, durch deren Düsenöffnung die Laserstrahlung und ein Prozessgas, z.B. Luft oder Stickstoff, austreten. Die Düsenöffnung ist in der Regel radialsymmetrisch, kann aber auch andere Formen aufweisen, z. B. die eines Langlochs. Abhängig von dem zu bearbeitenden Material und der Art des Bearbeitungsprozesses können verschiedene Typen von Laserbearbeitungsdüsen ausgewählt werden. Durch die Verwendung einer Laserbearbeitungsdüse mit einer Düsenöffnung, die eine falsche Abmessung aufweist, und/oder durch die Verwendung einer beschädigten Laserbearbeitungsdüse verschlechtert sich jeweils der Bearbeitungsprozess. Es ist daher günstig, die Abmessung bzw. den Zustand der Laserbearbeitungsdüse vor der Laserbearbeitung zu bestimmen.

Die Bestimmung der Abmessung (Düsendurchmesser) sowie des Zustands einer Laserbearbeitungsdüse erfolgt im Stand der Technik üblicherweise mit Hilfe von bildverarbeitenden Methoden, wie beispielsweise in der DE10054756 C1 oder der JP2005334922A beschrieben, bei denen eine Kamera unterhalb des Düsenkörpers der Laserbearbeitungsdüse angeordnet wird, um die Düsenöffnung zu inspizieren. Diese Methoden sind jedoch aufwändig und setzen das Vorhandensein einer Kamera in der Laserbearbeitungsmaschine voraus.

Aus der DE 3900836 A1 ist darüber hinaus ein pneumatisches Durchflussverfahren zur Bestimmung der Querschnittsfläche einer Düse bekannt, bei dem bei überkritischem Druckverhältnis der durch die Düse strömende Volumenstrom auf deren Eingangsseite gemessen wird.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der voriiegenden Erfindung ist es, ein verfahren bereitzusteiien, mit dem auf einfache Weise und automatisiert die Abmessung und/oder der Zustand einer Düsenöffnung einer Laserbearbeitungsdüse erkannt werden kann.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs

genannten Art, umfassend die Schritte: Erzeugen einer Gasströmung durch die Düsenöffnung, Messen eines beim Austritt der Gasströmung aus der Düsenöffnung erzeugten Strömungsgeräuschs, sowie Auswerten des gemessenen Strömungsgeräuschs zum Bestimmen der Abmessung und/oder des Zustands der Düsenöffnung.

Das Strömungsgeräusch variiert in Abhängigkeit vom Durchmesser und vom Verschleißzustand der Laserbearbeitungsdüse bzw. des Düsenkörpers, in dessen Inneren die Düsenöffnung gebildet ist. Je größer die Abmessung der Düsenöffnung, umso lauter ist das gemessene Strömungsgeräusch. Unregelmäßigkeiten an der Innenwand der Düse (z.B. Kratzer oder anhaftende Materialspritzer) im Zuge eines auftretenden Verschleißes bewirken einen Amplitudenanstieg des Strömungsgeräuschs durch zusätzliche Verwirbelung des Messgasstroms. über den Schallpegel des Strömungsgeräuschs können somit Aussagen sowohl über die Abmessung als auch über den Verschleiß bzw. den Zustand der Laserbearbeitungsdüse getroffen werden. Da sowohl der Zustand als auch die Abmessung der Düsenöffnung sich auf den Schallpegel des Strömungsgeräuschs auswirken, ist es z.B. günstig, den Verschleißzustand der Laserbearbeitungsdüse bei bekanntem Düsentyp, d.h. bei bekannter Abmessung der Düsenöffnung, zu bestimmen. Alternativ kann die Messung auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass der Einfluss beider Effekte auf das Strömungsgeräusch getrennt bestimmt wird. Dies kann z.B. durch Messung des Strömungsgeräuschs an mehreren Orten oder durch Auswertung von dessen Frequenzspektrum erfolgen, da z.B. Anhaftungen oder Beschädigungen an der Düsenöffnung bzw. der Innenwand des Düsenkörpers, an dem diese gebildet ist, zu Veränderungen in der Tonhöhe des Strömungsgeräuschs führen können.

Bevorzugt ist die Laserbearbeitungsdüse zum Erzeugen der Gasströmung an einem Laserbearbeitungskopf angebracht und ein dem Laserbearbeitungskopf zugeführtes Gas, bevorzugt Luft oder Stickstoff, wird durch die Uusenoffnung geleitet. Die Messung erfolgt in diesem Fall unter Nutzung des an der Laserbearbeitungsmaschine bzw. dem Laserbearbeitungskopf ohnehin vorhandenen Prozess- oder Hilfsgases. Wichtig ist hierbei eine ausreichend hohe Reinheit des Gases, um Störgeräusche, die durch das Auftreffen von Schmutzpartikeln auf die Oberfläche der Düse entstehen, zu vermeiden.

Bei einer vorteilhaften Variante wird zum Bestimmen der Abmessung und/oder des Zustands der Düsenöffnung der zeitliche Verlauf der Amplitude des Strömungsgeräuschs ausgewertet. Aus dem zeitlichen Verlauf der Amplitude lässt sich auf die Abmessung der Düsenöffnung schließen, wie im Folgenden anhand von zwei Beispielen beschrieben wird.

In einer vorteilhaften Variante wird der Vordruck des Gases während des Messens des Strömungsgeräuschs auf einem konstanten Wert gehalten, bevorzugt zwischen 1 bar und 2 bar. Hierbei wird bevorzugt in einem vorausgehenden Schritt für den konstanten Wert des Vordrucks eine Korrelation zwischen der Abmessung der Düsenöffnung und der Standardabweichung des Geräuschsignals von seinem Mittelwert bestimmt. Zur Auswertung des Strömungsgeräuschs wird in diesem Fall zunächst der Mittelwert des verrauschten Geräuschsignals bestimmt, um einen Bezugspegel festzulegen. Anschließend wird die Standardabweichung des gemessenen Rauschsignals als Maß für die Signalamplitude berechnet. Anhand der Größe der Standardabweichung (Quadratwurzel aus der Varianz) des Rauschsignals wird dann die Abmessung der Düsenöffnung, welche bei rotationssymmetrischen Düsen dem Düsendurchmesser entspricht, anhand einer in Kallibrationsmessungen ermittelten Korrelation zwischen Durchmesser und der mittels der Standardabweichung beschriebenen Geräuschlautstärke bestimmt.

Bei einer alternativen Variante wird der Vordruck des Gases während der Messung verändert und die Auswirkung der Veränderung des Vordrucks auf das Strömungsgeräusch ermittelt. Hierbei wird der Vordruck bevorzugt abrupt, d.h. in einem Zeitraum von weniger als ca. 20 ms um einen Wert von ca. 0,5 bar verändert. In einem vorausgehenden Schritt wird hierbei bevorzugt eine Korrelation zwischen der Abmessung der Düsenöffnung und der Zeitdauer bestimmt, bei der das Strömungsgeräusch nach der änderung des Vordrucks wieder konstant wird. Je schneller sich der neue Vordruck einstellt, das Strömungsgeräusch also eine konstante Lautstärke erreicht, umso größer ist der Durchmesser der Düsenöffnung. Die Zeitspanne, die es dauert, bis sich der vorgegebene Druck in der Düse einstellt, wird mit vorab in Kallibrationsmessungen bestimmten Zeitwerten für unterschiedliche Düsendurchmesser verglichen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in die aus der Düsenöffnung austretende Gasströmung ein bevorzugt plattenförmiger Körper eingebracht, der insbesondere senkrecht zur Düsenachse ausgerichtet wird. Der Körper dient als Drallplatte zur besseren Erkennung des Düsenverschleißes und ist bevorzugt in geringem Abstand (ca. 0,1 mm bis 0,5 mm) unterhalb des Düsenkörpers angeordnet.

Zum Messen des Strömungsgeräuschs ist vorzugsweise mindestens ein akustischer Sensor zur Düsenöffnung versetzt außerhalb des austretenden Gasstroms positioniert und unter einem Winkel zur Düsenachse der Laserbearbeitungsdüse ausgerichtet. Als akustische Sensoren dienen bevorzugt Mikrofone oder ähnliche Sensoren, die für Geräusche aus einem vorgegebenen, kleinen Raumwinkelbereich besonders empfindlich sind, so dass der Einfluss von Umgebungsgeräuschen auf die Messung reduziert werden kann. Hierbei sollte beachtet werden, dass der Weg vom akustischen Sensor zur Düsenöffnung nicht z.B. durch den Düsenkörper selbst abgeschattet wird, weshalb typischer Weise die akustischen Sensoren unter Winkeln von weniger als 60° bezüglich der Düsenachse ausgerichtet werden. Außerdem sollte sich der akustische Sensor nicht direkt im Gasstrom befinden, da sonst der sich am akustischen Sensor brechende Gasstrom zusätzliche Geräusche erzeugt bzw. eine Membran des akustischen Sensors anregt.

Bevorzugt wird zur Messung des Strömungsgeräuschs mindestens ein akustischer Sensor an der Laserbearbeitungsdüse oder dem bevorzugt plattenförmigen Körper befestigt. In diesem Fall kann der Körperschall direkt am Düsenkörper bzw. dem plattenförmigen Körper gemessen werden, wobei auch hierbei der bzw. die akustischen Sensoren bevorzugt außerhalb der austretenden Gasströmung positioniert sind. Unter einem akustischen Sensor wird im Sinne dieser Anmeldung ein Sensor verstanden, der ausgelegt ist, in Medien wie Luft oder Festkörpern propagierende Schwingungen zu messen, d.h. es werden von diesem Begriff auch Sensoren erfasst, die Geräusche in Frequenzbereichen detektieren können, die außerhalb des menschlichen Hörbereichs (ca. 16 Hz bis ca. 20000 Hz) liegen.

In einer besonders vorteilhaften Variante werden zur Messung des Strömungsgeräuschs mindestens zwei akustische Sensoren eingesetzt, die bevorzugt sym-

metrisch zur Düsenachse angeordnet sind. Unter einer symmetrischen Anordnung zur Düsenachse wird eine Drehsymmetrie bezüglich eines durch die Düsenachse festgelegten Drehpunkts in einer Ebene senkrecht zur Düsenachse verstanden. Zwei akustische Sensoren können hierbei beispielsweise bezüglich des Drehpunkts unter einem Winkel von 180° zueinander angeordnet werden, drei akustische Sensoren unter einem Winkel von 120° etc. Bei den Sensoren kann es sich sowohl um Mikrofone zur Messung des Strömungsgeräuschs in der Luft bzw. dem Prozessgas oder um Körperschalldetektoren handeln, die an dem Düsenkörper oder der Drallplatte befestigt sind. Bei einer einseitig bzw. unsymmetrisch beschädigten Düse zeichnen die Detektoren hierbei unterschiedliche Rauschpegel auf, so dass der Zustand der Düsenöffnung bzw. die Abweichung von einem Sollzustand der Düsenöffnung bestimmt werden kann.

Bei einer bevorzugten Variante wird zur Bestimmung des Zustande der Laserbearbeitungsdüse ein Frequenzspektrum des Strömungsgeräuschs ausgewertet. Eine solche Auswertung der Geräuschfrequenz bzw. der Frequenzbänder kann Aussagen über Beschädigungen oder Anhaftungen an der Düse ermöglichen, da sich die Tonhöhe des Strömungsgeräuschs durch Veränderungen an der Düse in der Regel verändert.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein Umgebungsgeräusch gemessen und dieses wird bei der Auswertung des gemessenen Strömungsgeräuschs berücksichtigt. Auch die Umgebung der Laserbearbeitungsdüse hat einen Einfluss auf das gemessene Strömungsgeräusch, so macht es beispielsweise einen Unterschied, ob sich freier Raum oder ein Störkörper in der Nähe der Laserbearbeitungsdüse befindet. Um das Verfahren möglichst störungsfrei durchführen zu können, wird das Umgebungsgeräusch separat, d.h. mittels eines zusätzlichen Sensors, ertasst und zur Reduzierung von Fremdscnalleinflüssen oei der Auswertung des Messsignals berücksichtigt, wobei hierzu vorzugsweise der Umgebungsschallpegel vom Messschallpegel subtrahiert wird.

Bevorzugt umgibt während der Messung mindestens eine Schallabschirmeinrichtung, insbesondere ein rohrförmiger Körper, mindestens einen akustischen Sensor und den Düsenkörper, so dass der Einfluss von Umgebungsschall auf die Messung

reduziert werden kann. Insbesondere kann die Schallabschirmeinrichtung auch zur Schallführung, z.B. trichterförmig, ausgebildet sein. Beispielsweise wird - in genügend großem Abstand - ein Rohr um den Düsenkörper, ggf. die Drallplatte und den mindestens einen akustischen Sensor herum angeordnet, so dass das entstehende Strömungsgeräusch zum akustischen Sensor geleitet und dieser gleichzeitig von Umgebungsgeräuschen abgeschirmt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fign. 1 a,b schematische Darstellungen einer Anordnung zur Messung des Strömungsgeräuschs einer aus einer Laserbearbeitungsdüse austretenden Gasströmung ohne (Fig. 1 a) bzw. mit (Fig 1b) einem vor der Düsenöffnung angeordneten plattenförmigen Körper,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des in Fig. 1 a gemessenen Strömungsgeräuschs, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Korrelation zwischen dem Durchmesser der Laserbearbeitungsdüse von Fig. 1 und der Standardabweichung des Signals von Fig. 2.

Fig. 1a zeigt eine Laserbearbeitungsdüse 1 mit einem Düsenkörper 2, in dem eine Düsenöffnung 3 gebildet ist. Der Düsenkörper 2 ist rotationssymmetrisch bezüglich einer Düsenachse 4 (in Z-Richtung) ausgebildet, so dass die Düsenöffnung 3 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. In einem Abstand d2 von ca. 80 mm vom Austrittsende der Düsenöffnung 3 entfernt befindet sich die Bearbeitungsebene 5 einer in Fig. 1 a nicht gezeigten Laserbearbeitungsmaschine. Die Laserbearbeitungs-

düse 1 wird von einem hier schematisch angedeuteten Laserbearbeitungskopf 6, an dem diese mittels eines (nicht gezeigten) Gewindes befestigt ist, über der Bearbeitungsebene 5 gehalten.

Der Laserbearbeitungskopf 6 weist einen Innenraum 7 auf, in dem Luft als Prozessgas mit einem konstanten, statischen Druck (Vordruck) p von ca. 1 bar eingebracht ist, der einen überdruck gegenüber der Umgebung darstellt. Da im Innenraum 7 ein höherer Druck als in den Zwischenraum zwischen dem Düsenkörper 2 und der Bearbeitungsebene 5 herrscht, wird eine Gasströmung 8 erzeugt, welche das Gas durch die Düsenöffnung 3 nach außen befördert. Durch Messen des Strömungsgeräuschs, welches das Gas beim Durchtritt durch die Düsenöffnung 3 erzeugt, können Aussagen über deren Beschaffenheit, insbesondere deren Abmessung und deren Verschleiß bzw. den Zustand der Innenwand 9 des Düsenkörpers 2, an dem die Düsenöffnung 3 gebildet ist, getroffen werden.

Zur Bestimmung der Abmessung der Düsenöffnung 3, welche im vorliegenden Fall durch den Durchmesser D des austrittsseitigen Endes der Düsenöffnung 3 festgelegt ist, wird das Strömungsgeräusch mittels eines akustischen Sensors 10 in Form eines Mikrofons erfasst, welches in einem Abstand d1 von ca. 25 mm bezüglich des austrittsseitigen Endes der Düsenöffnung 3 angeordnet und unter einem Winkel α von ca. 45° zur Düsenachse 4 ausgerichtet ist. Durch eine solche Anordnung ist sichergestellt, dass der akustische Sensor 10 einerseits die Gasströmung 8 nicht beeinflusst und andererseits nicht durch den Düsenkörper 2 abgeschattet wird.

Zur Bestimmung des Durchmessers D mittels der oben gezeigten Messanordnung bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Bei einer ersten Variante wird der Druck p im Innenraum 7 während der gesamten Messung auf einem konstanten Wert gehalten. Fig. 2 zeigt für diesen Fall den zeitlichen Verlauf 11 der Spannung am Mikrofon 10 und damit des Schallpegels A (in beliebigen Einheiten) des mittels des Mikrofons 10 aufgenommenen Strömungsgeräuschs der Gasströmung 8 über das gesamte messbare Frequenzspektrum von typischer Weise zwischen 50 Hz und 20 kHz. Zur Bestimmung des Durchmessers D der Düsenöffnung 3 wird zunächst ein Mittelwert M des zeitlichen Verlaufs 11 des Strömungsgeräuschs bestimmt, um einen Bezugspegel festzulegen. Bei bekannten Mittelwert M wird nachfolgend die

Standardabweichung des Verlaufs 11 von dem Mittelwert als Maß für die Geräuschamplitude über einen für eine statistische Auswertung genügend großen Zeitraum, insbesondere den gesamten Messzeitraum, ermittelt.

Die Standardabweichung bzw. die Geräuschamplitude nimmt hierbei mit zunehmendem Düsendurchmesser D zu, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Korrlelationskurve 12 zwischen Düsendurchmesser D und Standardabweichung SA weist hierbei einen geradlinigen Verlauf auf. Die Korrelationskurve 12 wurde vor der Messung bei konstantem Vordruck p von ca. 1 bar gemessen, indem jeweils für drei baugleiche Düsen mit Durchmessern von 0,8 mm, 1 ,0 mm, 1 ,2 mm etc. die Standardabweichung SA bestimmt und durch die jeweiligen Messwerte als Ausgleichsgerade die Korrelationskurve 12 gelegt wurde.

In einer alternativen Variante wird der Druck p im Innenraum 7 abrupt, d.h. in einem Zeitfenster von weniger als 20 ms um ca. 0,5 bar erhöht und hierbei das Strömungsgeräusch kontinuierlich aufgezeichnet. Je schneller sich der konstante Vordruck des Gases in dem Innenraum 7 auch an der Düsenöffnung 3 einstellt, d.h. je schneller das Strömungsgeräusch wieder eine konstante Lautstärke erreicht, desto größer ist der Durchmesser der Düsenöffnung 3. Die Zeitspanne, die benötigt wird, bis sich der abgesenkte Druck auch an der Düsenöffnung 3 einstellt, wird dann mit vorab bestimmten Zeitwerten für bekannte Düsendurchmesser verglichen. Hierbei wird wie im oben beschriebenen Fall als Messgröße die Standardabweichung des Strömungsgeräuschs herangezogen.

Es versteht sich, dass die oben dargestellten Verfahren zur akustischen Bestimmung der Abmessung der Düsenöffnung 3 nicht auf kreisförmige Düsenöffnungen beschränkt sind, sondern dass auch bei anders geformten Düsenöffnungen mittels einer vorausgehenden Kallibrationsmessung, die an mehreren Dusenonnungen mit identischer Form, aber jeweils unterschiedlicher Querschnittsfläche durchgeführt wird, auf die jeweilige Abmessung der Düsenöffnung 3 geschlossen werden kann.

Neben den oben beschriebenen Maßnahmen zur Bestimmung des Durchmessers D der Düsenöffnung 3 kann auch deren Zustand genauer untersucht werden. Dies kann beispielsweise bei bekanntem Düsentyp und damit bekanntem Düsendurch-

messer D durch Bestimmen einer Abweichung vom hierbei zu erwartenden Signal geschehen, da Unregelmäßigkeiten, z.B. Kratzer, an der Innenwand 9 des Düsenkörpers 2, die durch Verschleiß der Laserbearbeitungsdüse 1 hervorgerufen werden, einen Amplitudenanstieg des Messsignals durch zusätzliche Verwirbelung der Gasströmung 8 hervorrufen können. Weiterhin können zur Feststellung von Verschleiß an der Düsenöffnung 3 auch die Geräuschfrequenz bzw. die Frequenzbänder des Strömungsgeräuschs untersucht werden, um weitere Aussagen über Anhaftungen bzw. Beschädigungen der Laserbearbeitungsdüse 1 zu erhalten, da sich in der Regel die Tonhöhe des Strömungsgeräuschs bei Veränderungen an der Innenwand 9 des Düsenkörpers 2 ebenfalls verändert.

Um einseitigen bzw. asymmetrischen Verschleiß an der Innenwand 9 des Düsenkörpers 2 zu detektieren, wird, wie in Fig. 1b gezeigt, ein plattenförmiger Körper 13 unterhalb der Düsenöffnung 3 angeordnet, und zwar in einem Abstand d3 von ca. 0,1 mm bis 0,5 mm. An dem Körper 13 sind zwei akustische Sensoren 14a, 14b in gleichem Abstand d4 von ca. 20 mm von der Düsenachse 4 beabstandet und in einer Ebene senkrecht zur Düsenachse 4 (in X-Richtung) einander gegenüberliegend angeordnet. Die Gasströmung 8 wird entlang des Körpers 13, der als Drallplatte dient, in radialer Richtung nach außen geführt, wobei bei Vorliegen einer laminaren Strömung die Richtung, in der das Gas aus der Düsenöffnung 3 austritt, im Wesentlichen der Richtung entspricht, in der das Gas an der Innenwand 9 des Düsenkörpers 2 entlang geströmt ist. Durch das Vorsehen von zwei oder mehr akustischen Sensoren sowie durch Vergleichen der von diesen gemessenen Strömungsgeräuschen kann daher auf asymmetrischen Verschleiß des Düsenkörpers 2 geschlossen werden. Wie in Fig. 1 b zu erkennen ist, sind an einem Teil der Innenwand 9 des Düsenkörpers 2 eine Kerbe 15 sowie Anhaftungen 16 aufgetreten. Das Strömungsgeräusch des an diesem Teil der Innenwand 9 vorbeiströmenden Teils der Gasströmung 8 wird von dem zweiten akustischen Sensor 14b gemessen und weiset im Vergleich zum vom ersten akustischen Sensor 14a gemessenen Strömungsgeräusch einen höheren Schallpegel auf, da sich an der Kerbe 15 bzw. den Anhaftungen 16 lokal eine turbulente Gasströmung ausbildet, welche das Strömungsgeräusch verstärkt.

Da die von den akustischen Sensoren 10, 14a, 14b gemessenen Signale zwangsläufig auch einen Anteil enthalten, der durch Umgebungsgeräusche hervorgerufen wird, kann das Umgebungsgeräusch bei der Messung mittels eines (nicht gezeigten) weiteren akustischen Sensors gemessen und bei der Auswertung des Strömungsgeräusches berücksichtigt werden, indem der Umgebungsschallpegel vom Schallpegel der Sensoren, welche das Strömungsgeräusch der Gasströmung messen, subtrahiert wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung von Fremdschalleinflüssen, die in Fig. 1b gezeigt ist, besteht darin, während der Messung eine Abschirmeinrichtung z.B. in Form eines Rohres 17 vorzusehen, das den Düsenkörper 2 und die akustischen Sensoren 14a, 14b umgibt. Das Rohr 17 dient hierbei sowohl dem Abschirmen von Außengeräuschen als auch zur Leitung des Strömungsgeräuschs zu den Sensoren 14a, 14b. Es versteht sich, dass eine solche Abschirmeinrichtung auch bei der in Fig. 1a gezeigten Messanordnung zum Einsatz kommen kann.

Zusammenfassend gesagt kann durch Detektieren und Auswerten der Geräuschentwicklung des aus der Laserbearbeitungsdüse 1 ausströmenden Gases auf die oben beschriebene Weise eine genaue Ermittlung der Abmessung bzw. des Zustands einer Laserbearbeitungsdüse vorgenommen werden. Es versteht sich, dass sich die oben beschriebenen Verfahren nicht nur bei Düsen zur Laserbearbeitung, sondern auch bei anderen Körpern, in denen eine öffnung vorgesehen ist, um ein Gas hindurchzuleiten, vorteilhaft einsetzen lassen, da die für die Messung benötigte Gasströmung in diesem Fall besonders einfach bereit gestellt werden kann.