DE102020100217A1 - Method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head and laser processing system for processing a workpiece with a laser beam - Google Patents

Method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head and laser processing system for processing a workpiece with a laser beam Download PDF

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Abstract

Es ist ein Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes angegeben, wobei das Verfahren die automatisiert durchgeführten Schritte umfasst: Richten eines zum Laserstrahl koaxialen Justierlaserstrahls auf eine Austrittsöffnung der am Laserbearbeitungskopf montierten Düse; und Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt; und falls der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt: Aufnehmen eines zweidimensionalen Bildes von der Austrittsöffnung und dem durch die Austrittsöffnung tretenden Justierlaserstrahl sowie von einem die Austrittsöffnung umgebenden Düsenmund; Ermitteln einer Position des Justierlaserstrahls und einer Position der Austrittsöffnung der Düse anhand des aufgenommenen Bildes; Bestimmen, ob eine Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von einer vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls größer ist als eine vorgegebene maximale Abweichung; falls die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung, Verstellen der relativen Position des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung; und Wiederholen der Schritte Aufnehmen eines zweidimensionalen Bildes, Ermitteln der Positionen des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung, Bestimmen der Abweichung und Verstellen der relativen Position, solange bis die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kleiner als oder gleich ist als die vorgegebene maximale Abweichung. Ferner ist ein Laserbearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl angegeben.A method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head is specified, the method comprising the automatically performed steps: directing an alignment laser beam coaxial to the laser beam onto an exit opening of the nozzle mounted on the laser processing head; and determining whether the alignment laser beam passes through the exit aperture; and if the alignment laser beam passes through the exit opening: recording a two-dimensional image of the exit opening and the alignment laser beam emerging through the exit opening as well as of a nozzle mouth surrounding the exit opening; Determining a position of the alignment laser beam and a position of the outlet opening of the nozzle on the basis of the recorded image; Determining whether a deviation of the determined position of the alignment laser beam from a predefined position of the alignment laser beam is greater than a predefined maximum deviation; if the deviation is greater than the predetermined maximum deviation, adjusting the relative position of the alignment laser beam and the exit opening; and repeating the steps of taking a two-dimensional image, determining the positions of the alignment laser beam and the exit opening, determining the deviation and adjusting the relative position until the deviation of the determined position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam is less than or equal to the predetermined one maximum deviation. Furthermore, a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam is specified.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes und ein Laserbearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines metallischen Werkstücks, mit einem Laserstrahl, das zur automatisierten Strahlpositionierung eingerichtet ist.The present disclosure relates to a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head and a laser processing system for processing a workpiece, in particular a metallic workpiece, with a laser beam which is set up for automated beam positioning.

Hintergrundbackground

In einem Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines metallischen Werkstücks, wird der von einer Laserlichtquelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl, auch „Bearbeitungslaserstrahl“ genannt, mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert oder gebündelt, welches das Werkstück lokal auf Schmelztemperatur erhitzt. Die Bearbeitung kann beispielsweise ein Laserschneiden, -löten oder -schweißen umfassen. Das Laserbearbeitungssystem kann eine Laserbearbeitungsvorrichtung, beispielsweise einen Laserbearbeitungskopf, kurz „Bearbeitungskopf”, beispielsweise einen Laserschneidkopf oder einen Laserschweißkopf, umfassen.In a laser processing system for processing a workpiece, in particular a metallic workpiece, the laser beam exiting from a laser light source or one end of a laser guide fiber, also called a “processing laser beam”, is focused or bundled onto the workpiece to be processed with the aid of beam guidance and focusing optics Workpiece locally heated to melting temperature. The processing can include, for example, laser cutting, soldering or welding. The laser processing system can include a laser processing device, for example a laser processing head, or “processing head” for short, for example a laser cutting head or a laser welding head.

Für die Qualität, Stabilität und Richtungsunabhängigkeit eines Laserbearbeitungsprozesses ist es wichtig für die meisten Anwendungen, dass der Laserstrahl zentriert aus dem Laserbearbeitungskopf austritt. Insbesondere soll der Laserstrahl mittig bzw. zentriert bezüglich einer Austrittsöffnung des Laserbearbeitungskopfes, durch die der Laserstrahl aus dem Laserbearbeitungskopf austritt, ausgerichtet sein. Die Austrittsöffnung kann beispielsweise in einer Düse, insbesondere einer Schneiddüse, die am Laserbearbeitungskopf montiert ist, ausgebildet sein. Die zentrische Ausrichtung des Laserstrahls, auch „Zentrierung des Laserstrahls“ oder kurz „Strahlzentrierung“ genannt, muss nach jedem Wechsel einer Komponente des Laserbearbeitungskopfes durchgeführt werden, beispielsweise bei einem Wechsel der Düse, einer Optik im Strahlengang des Laserstrahls, der Laserquelle, oder ähnlichem. Die Strahlzentrierung muss insbesondere auch nach einer Kollision des Laserbearbeitungskopfes mit einem Werkstück oder einem sonstigen Gegenstand durchgeführt werden. In anderen Anwendungen muss eine vorgegebene Strahlposition relativ zur Austrittsöffnung der Düse eingestellt werden, z.B. bei einer ovalen Austrittsöffnung eine entlang der langen Achse zum Mittelpunkt der Austrittsöffnung versetzte Strahlposition.For the quality, stability and direction independence of a laser processing process, it is important for most applications that the laser beam emerges from the laser processing head in a centered manner. In particular, the laser beam should be aligned centrally or centered with respect to an exit opening of the laser processing head through which the laser beam exits the laser processing head. The outlet opening can be formed, for example, in a nozzle, in particular a cutting nozzle, which is mounted on the laser processing head. The central alignment of the laser beam, also called "centering of the laser beam" or "beam centering" for short, must be carried out after every change of a component of the laser processing head, for example when changing the nozzle, an optical system in the beam path of the laser beam, the laser source, or the like. In particular, the beam centering must also be carried out after a collision of the laser processing head with a workpiece or another object. In other applications, a predetermined jet position must be set relative to the outlet opening of the nozzle, e.g. in the case of an oval outlet opening a jet position offset along the long axis to the center of the outlet opening.

Die Strahlzentrierung ist üblicherweise ein langwieriger und mühsamer manueller Prozess, was zu einer nicht unerheblichen Prozessnebenzeit führt. Hierfür wird ein transparenter Klebestreifen an die Unterseite der Düse platziert und durch einen kurzen Laserpuls ein Einbrand auf dem Klebestreifen erzeugt (ein sogenannter „Tape Shot“). Dadurch wird die Lage des Laserstrahls relativ zur Austrittsöffnung der Düse sichtbar gemacht. Ein Bediener ist nun in der Lage, durch manuelles Verschieben einer Fokussieroptik die Position des Laserstrahls senkrecht zur Strahlachse zu verändern, bis eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls bezüglich der Austrittsöffnung der Düse festgestellt ist. Dieser Prozess kann je nach Erfahrung des Bedieners mehrere Iterationen umfassen und mehrere Minuten dauern. Weiterhin ist die Genauigkeit der Strahlzentrierung stark vom jeweiligen Bediener abhängig, was wiederum einen direkten Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis bzw. die Bearbeitungsqualität hat.The beam centering is usually a lengthy and laborious manual process, which leads to a not inconsiderable process idle time. For this purpose, a transparent adhesive strip is placed on the underside of the nozzle and a short laser pulse creates a burn-in on the adhesive strip (a so-called "tape shot"). This makes the position of the laser beam visible relative to the outlet opening of the nozzle. An operator is now able to change the position of the laser beam perpendicular to the beam axis by manually moving a focusing optics until a central alignment of the laser beam with respect to the outlet opening of the nozzle is established. This process can involve several iterations and take several minutes, depending on the operator's experience. Furthermore, the accuracy of the beam centering is heavily dependent on the respective operator, which in turn has a direct influence on the processing result and the processing quality.

EP 1 967 316 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Strahlzentrierung, wobei eine Düse relativ zum Laserstrahl verstellt wird. DE 10 2004 005 902 B3 beschreibt eine Vorrichtung für die Justierung eines Laserstrahls bei einer Laserbearbeitungsmaschine, wobei zur Justierung des Laserstrahls eine mit einer Auswerteeinheit ausgestatte Ausrichteinheit mit einem Schneiddüsen-Fixierungselement vorgesehen ist. WO 2019/009833 A2 beschreibt eine Zentriervorrichtung für einen Laserstrahl einer Laserschneidmaschine, wobei Antriebs- und Einstellelemente in der Zentriervorrichtung vorgesehen sind. EP 1 967 316 A1 describes a device and a method for beam centering, wherein a nozzle is adjusted relative to the laser beam. DE 10 2004 005 902 B3 describes a device for adjusting a laser beam in a laser processing machine, an alignment unit equipped with an evaluation unit with a cutting nozzle fixing element being provided for adjusting the laser beam. WO 2019/009833 A2 describes a centering device for a laser beam of a laser cutting machine, drive and adjustment elements being provided in the centering device.

Ein Schwerpunkt der aktuellen Entwicklungen besteht allerdings in einer zunehmenden Digitalisierung und Automatisierung der Maschinenkomponenten und des Gesamtsystems.One focus of current developments, however, is increasing digitization and automation of machine components and the overall system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes und ein Laserbearbeitungssystem für die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl anzugeben, die eine schnelle, präzise und einfache Positionierung des Laserstrahls bezüglich der Düse, insbesondere eine Strahlzentrierung, sowie eine Überprüfung des Düsenzustands ermöglichen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Genauigkeit der Strahlpositionierung zu erhöhen und die für die Strahlpositionierung erforderliche Prozessnebenzeit zu verringern, und somit einen Bearbeitungsprozess, z.B. einen Schneidprozess, Schweißprozess oder Auftragsschweißprozess, effizienter zu gestalten.It is an object of the present disclosure to provide a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head and a Specify laser processing system for processing a workpiece with a laser beam, which allow a fast, precise and simple positioning of the laser beam with respect to the nozzle, in particular a beam centering, as well as a check of the nozzle state. It is also an object of the present disclosure to increase the accuracy of the beam positioning and to reduce the non-productive process time required for the beam positioning, and thus to make a machining process, for example a cutting process, welding process or build-up welding process, more efficient.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes und ein Laserbearbeitungssystem für die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl anzugeben, die eine automatisierte bzw. automatische Strahlpositionierung und eine automatisierte bzw. automatische Überprüfung des Zustands der Düse ermöglichen.Another object of the present disclosure is to provide a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head and a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam, which includes automated or automatic beam positioning and automated or automatic checking of the state enable the nozzle.

Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.These objects are achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes angegeben, wobei das Verfahren die folgenden (vorzugsweise automatisiert durchgeführten) Schritte umfasst: Richten eines zum Laserstrahl koaxialen Justierlaserstrahls auf eine Austrittsöffnung einer am Laserbearbeitungskopf montierten Düse; Aufnehmen eines Bildes von der Austrittsöffnung sowie von einem die Austrittsöffnung umgebenden Düsenmund; und Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt, beispielsweise anhand des aufgenommenen Bildes; und falls der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt: Ermitteln einer Position des durch die Austrittsöffnung tretenden Justierlaserstrahls und einer Position der Austrittsöffnung der Düse anhand des aufgenommenen Bildes; Bestimmen, ob eine Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von einer vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls größer ist als eine vorgegebene maximale Abweichung; falls die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung, Verstellen der relativen Position zwischen dem Justierlaserstrahl und der Austrittsöffnung; und Wiederholen der Schritte Aufnehmen eines Bildes, Ermitteln der Positionen des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung, Bestimmen der Abweichung und Verstellen der relativen Position, solange bis die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kleiner als oder gleich ist als die vorgegebene maximale Abweichung. Hierbei kann die relative Position eine Position des Justierlaserstrahls relativ zur Austrittsöffnung bezeichnen. Die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls ist vorzugsweise relativ zur Position der Austrittsöffnung vorgegeben. Falls der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt, umfasst das aufgenommene Bild also nicht nur ein Bild von der Austrittsöffnung und dem Düsenmund, sondern auch vom Justi erl aserstrahl.According to a first aspect of the invention, a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head is specified, the method comprising the following (preferably automated) steps: directing an alignment laser beam coaxial to the laser beam onto an exit opening of a nozzle mounted on the laser processing head; Recording an image of the outlet opening and of a nozzle mouth surrounding the outlet opening; and determining whether the alignment laser beam passes through the exit opening, for example on the basis of the recorded image; and if the alignment laser beam passes through the exit opening: determining a position of the alignment laser beam passing through the exit opening and a position of the exit opening of the nozzle on the basis of the recorded image; Determining whether a deviation of the determined position of the alignment laser beam from a predefined position of the alignment laser beam is greater than a predefined maximum deviation; if the deviation is greater than the predetermined maximum deviation, adjusting the relative position between the alignment laser beam and the exit opening; and repeating the steps of taking an image, determining the positions of the alignment laser beam and the exit opening, determining the deviation and adjusting the relative position until the deviation of the determined position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam is less than or equal to the predetermined maximum Deviation. Here, the relative position can designate a position of the alignment laser beam relative to the exit opening. The predefined position of the alignment laser beam is preferably predefined relative to the position of the outlet opening. If the alignment laser beam passes through the exit opening, the recorded image thus includes not only an image of the exit opening and the nozzle mouth, but also of the alignment laser beam.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Laserbearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl angegeben, wobei das Laserbearbeitungssystem umfasst: eine Laserquelle, die eingerichtet ist, den Laserstrahl und einen Justierlaserstrahl zu erzeugen, einen Laserbearbeitungskopf mit einer Düse, wobei die Düse eine Austrittsöffnung zum Austritt des Laserstrahls oder des Justierlaserstrahls aus dem Laserbearbeitungskopf und einen die Austrittsöffnung umgebenden Düsenmund umfasst, eine Verstelleinheit zum Verstellen der relativen Position des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung, eine Ausrichteinheit mit einer optischen Erfassungseinheit, wobei die optische Erfassungseinheit eingerichtet ist, um ein Bild von der Austrittsöffnung sowie vom Düsenmund aufzunehmen; eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, anhand des aufgenommenen Bildes eine Position des Justierlaserstrahls und eine Position der Austrittsöffnung der Düse zu ermitteln, eine Abweichung der ermittelten Position des durch die Austrittsöffnung tretenden Justierlaserstrahls von einer vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls zu bestimmen, und durch Ansteuern der Verstelleinheit die relative Position zwischen dem Justierlaserstrahl und der Austrittsöffnung zu verstellen, falls die Abweichung größer ist als eine vorgegebene maximale Abweichung. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, die Schritte Aufnehmen eines Bildes, Ermitteln der Positionen des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung, Bestimmen der Abweichung und Verstellen der relativen Position solange zu wiederholen, bis die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kleiner als oder gleich ist als die vorgegebene maximale Abweichung. Insbesondere kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele durchzuführen. Hierbei kann die relative Position eine Position des Justierlaserstrahls relativ zur Austrittsöffnung bezeichnen. Die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls ist vorzugsweise relativ zur Position der Austrittsöffnung vorgegeben.According to a further aspect of the invention, a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam is specified, the laser processing system comprising: a laser source which is set up to generate the laser beam and an alignment laser beam, a laser processing head with a nozzle, the nozzle having an exit opening for The exit of the laser beam or the alignment laser beam from the laser processing head and a nozzle mouth surrounding the exit opening, an adjustment unit for adjusting the relative position of the alignment laser beam and the exit opening, an alignment unit with an optical detection unit, the optical detection unit being set up to capture an image of the exit opening as well as from the nozzle mouth; a control device which is set up to determine a position of the alignment laser beam and a position of the outlet opening of the nozzle based on the recorded image, to determine a deviation of the ascertained position of the alignment laser beam emerging through the outlet opening from a predetermined position of the alignment laser beam, and by controlling the adjustment unit to adjust the relative position between the alignment laser beam and the exit opening if the deviation is greater than a predetermined maximum deviation. The control device can be set up to repeat the steps of taking an image, determining the positions of the alignment laser beam and the exit opening, determining the deviation and adjusting the relative position until the deviation of the determined position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam is less than or is the same as the specified maximum deviation. In particular, the control device can be set up to carry out a method in accordance with one of the exemplary embodiments described herein. Here, the relative position can designate a position of the alignment laser beam relative to the exit opening. The predefined position of the alignment laser beam is preferably predefined relative to the position of the exit opening.

Die Erfindung ermöglicht es, bei einem Laserbearbeitungskopf eines Laserbearbeitungssystems den Laserstrahl vollautomatisch bezüglich einer Austrittsöffnung einer am Laserbearbeitungskopf montierten Düse zu positionieren (sogenannte „Justage des Strahlführungssystems“). Somit ist der Eingriff durch einen Bediener des Laserbearbeitungskopfes bzw. des Laserbearbeitungssystems nicht mehr erforderlich. Gleichzeitig stellt die Erfindung die Möglichkeit bereit, den Zustand der Düse bzw. des Düsenmunds automatisiert zu überprüfen (sogenannte „Düseninspektion“). Demnach ermöglicht die Erfindung sowohl eine automatisierte Strahlpositionierung als auch eine automatisierte Düseninspektion bei einem Laserbearbeitungskopf eines Laserbearbeitungssystems. Die automatisierte Strahlpositionierung und/oder Düseninspektion kann automatisiert nach einem Wechsel der am Laserbearbeitungskopf angebrachten Düse bzw. nach einer Kollision des Laserbearbeitungskopfes oder der Düse mit einem anderen Gegenstand, beispielsweise einem zu bearbeitenden Werkstück, erfolgen. Die automatisierte Strahlpositionierung kann auch manuell durch einen Bediener des Laserbearbeitungssystems gestartet werden. Ferner können alle Schritte des Verfahrens automatisiert und/oder ferngesteuert durchgeführt werden. Dadurch muss sich zur Strahlpositionierung bzw. zur Düseninspektion ein Bediener des Laserbearbeitungssystems nicht mehr in unmittelbarer Nähe zum Laserbearbeitungskopf befinden. Dadurch kann die Arbeitssicherheit erhöht werden.In the case of a laser processing head of a laser processing system, the invention makes it possible to position the laser beam fully automatically with respect to an exit opening of a nozzle mounted on the laser processing head (so-called “adjustment of the beam guidance system”). Intervention by an operator of the laser processing head or the laser processing system is therefore no longer necessary. At the same time, the invention provides the possibility of automatically checking the condition of the nozzle or the nozzle mouth (so-called “nozzle inspection”). Accordingly, the invention enables both automated beam positioning and automated nozzle inspection in a laser processing head of a laser processing system. The automated beam positioning and / or nozzle inspection can take place automatically after changing the nozzle attached to the laser processing head or after a collision of the laser processing head or the nozzle with another object, for example a workpiece to be processed. The automated beam positioning can also be done manually an operator of the laser processing system can be started. Furthermore, all steps of the method can be carried out in an automated and / or remote-controlled manner. As a result, an operator of the laser processing system no longer has to be in the immediate vicinity of the laser processing head for beam positioning or for nozzle inspection. This can increase work safety.

Um die Position des Justierlaserstrahls relativ zur Austrittsöffnung einzustellen, kann entweder die Düse bezüglich des optischen Strahlengangs des Laserbearbeitungskopfs am Laserbearbeitungskopf verschoben und/oder die Position des Laserstrahls im optischen Strahlengang des Laserbearbeitungskopfs verstellt werden, und zwar vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zum optischen Strahlengang des Laserbearbeitungskopfs bzw. zur optischen Achse des Laserbearbeitungskopfs. Da die relative Position zwischen dem Justierlaserstrahl und der Austrittsöffnung direkt basierend auf den ermittelten Positionen des Justierlaserstrahls der Austrittsöffnung eingestellt wird, kann die Genauigkeit erhöht werden.In order to set the position of the alignment laser beam relative to the exit opening, either the nozzle can be moved with respect to the optical beam path of the laser processing head on the laser processing head and / or the position of the laser beam in the optical beam path of the laser processing head can be adjusted, preferably in a plane perpendicular to the optical beam path of the laser processing head or to the optical axis of the laser processing head. Since the relative position between the alignment laser beam and the exit opening is set directly based on the determined positions of the alignment laser beam of the exit opening, the accuracy can be increased.

Die automatisierte Strahlpositionierung kann eine automatisierte Strahlzentrierung oder auch eine automatisierte gezielte Strahldezentrierung umfassen. Die automatisierte Strahlpositionierung umfasst also jedes automatisierte Verstellen der relativen Position des Justierlaserstrahl und der Austrittsöffnung. Die relative Position des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung kann sowohl die Position des Justierlaserstrahls relativ zur Position der Austrittsöffnung als auch die Position der Austrittsöffnung relativ zur Position des Justierlaserstrahls umfassen. Die Position des Justierlaserstrahls und die Position der Austrittsöffnung können einer Position des Zentrums bzw. des Mittelpunkts, insbesondere des Flächenschwerpunkts, des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung entsprechen. Die Positionen können in einer zur optischen Ausbreitungsrichtung des Justierlaserstrahls und/oder einer optischen Achse des Laserbearbeitungskopfes senkrechten Ebene, insbesondere eine Ebene im Bereich der Austrittsöffnung, bestimmt werden. Die Positionen können insbesondere bezüglich zweier orthogonaler Richtungen in dieser Ebene angegeben sein.The automated beam positioning can include an automated beam centering or an automated targeted beam decentering. The automated beam positioning thus includes each automated adjustment of the relative position of the alignment laser beam and the exit opening. The relative position of the alignment laser beam and the exit opening can include both the position of the alignment laser beam relative to the position of the exit opening and the position of the exit opening relative to the position of the alignment laser beam. The position of the alignment laser beam and the position of the exit opening can correspond to a position of the center or the midpoint, in particular of the centroid, of the alignment laser beam and the exit opening. The positions can be determined in a plane perpendicular to the optical propagation direction of the alignment laser beam and / or an optical axis of the laser processing head, in particular a plane in the area of the exit opening. The positions can in particular be specified with respect to two orthogonal directions in this plane.

Der Justierlaserstrahl kann der Laserstrahl sein, der zur Laserbearbeitung durch das Laserbearbeitungssystem eingesetzt wird, oder kann vom Laserstrahl verschieden sein. Der Justierlaserstrahl kann dieselbe oder eine geringere Leistung als der Laserstrahl aufweisen und/oder kann dieselbe oder eine andere Wellenlänge wie der Laserstrahl aufweisen. Der Justierlaserstrahl verläuft koaxial zum Laserstrahl. Somit kann durch den Einsatz des Justierlaserstrahls eine automatisierte Positionierung des Laserstrahls durchgeführt werden.The alignment laser beam can be the laser beam that is used for laser processing by the laser processing system, or it can be different from the laser beam. The alignment laser beam can have the same or a lower power than the laser beam and / or can have the same or a different wavelength as the laser beam. The alignment laser beam runs coaxially to the laser beam. Automated positioning of the laser beam can thus be carried out by using the alignment laser beam.

Die Düse ist am Laserbearbeitungskopf montiert. Die Düse weist einen Düsenmund und eine Austrittsöffnung zum Austritt des Laserstrahls und des Justierlaserstrahls auf. Mit anderen Worten wird die Austrittsöffnung von dem Düsenmund umgeben. Eine Innenkontur des Düsenmunds begrenzt also die Austrittsöffnung und definiert die Form der Austrittsöffnung. Der Düsenmund und die Austrittsöffnung sind an einem dem durch den Laserbearbeitungskopf zu bearbeitenden Werkstück zugewandten Ende der Düse ausgebildet.The nozzle is mounted on the laser processing head. The nozzle has a nozzle mouth and an exit opening for the exit of the laser beam and the alignment laser beam. In other words, the outlet opening is surrounded by the nozzle mouth. An inner contour of the nozzle mouth thus delimits the outlet opening and defines the shape of the outlet opening. The nozzle mouth and the outlet opening are formed at an end of the nozzle facing the workpiece to be processed by the laser processing head.

Die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls kann relativ zur Position der Austrittsöffnung vorgegeben sein. Die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls kann einem Zentrum bzw. einem Mittelpunkt der Austrittsöffnung entsprechen oder kann einem vorgegebenen Offset vom Zentrum bzw. Mittelpunkt der Austrittsöffnung entsprechen.The predefined position of the alignment laser beam can be predefined relative to the position of the exit opening. The predefined position of the adjustment laser beam can correspond to a center or a midpoint of the exit opening or can correspond to a predefined offset from the center or midpoint of the exit opening.

Das Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt, kann mithilfe der optischen Erfassungseinheit erfolgen. Das Bestimmen kann insbesondere das Aufnehmen eines Bildes und/oder eines Videos durch die optische Erfassungseinheit und eine anschließende Bildanalyse umfassen.The determination of whether the alignment laser beam passes through the exit opening can take place with the aid of the optical detection unit. The determination can in particular include the recording of an image and / or a video by the optical detection unit and a subsequent image analysis.

Wird bestimmt, dass der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt, kann erneut ein zweidimensionales Bild von der Austrittsöffnung und dem durch die Austrittsöffnung tretenden Justierlaserstrahl sowie von dem Düsenmund aufgenommen werden oder das zuvor aufgenommene Bild verwendet werden, um die relative Position zu bestimmen.If it is determined that the alignment laser beam passes through the exit opening, a two-dimensional image of the exit opening and the alignment laser beam passing through the exit opening as well as the nozzle mouth can be recorded or the previously recorded image can be used to determine the relative position.

Das Bild kann ein zweidimensionales Bild, ein Foto, ein Video oder bewegte Bildes umfassen. Bei Aufnahme von bewegten Bildern bzw. eines Videos kann die Position des Justierlaserstrahls und/oder die Position der Austrittsöffnung in Echtzeit detektiert werden, z.B. während des Verstellens der relativen Position. Dies kann als „Tracking des Justierlasers“ bezeichnet werden. Basierend darauf kann die Verstelleinheit des Laserbearbeitungssystems angesteuert werden, um die relative Position des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung zu verstellen.The image can include a two-dimensional image, photo, video, or moving image. When recording moving images or a video, the position of the alignment laser beam and / or the position of the outlet opening can be detected in real time, e.g. while the relative position is being adjusted. This can be referred to as "tracking the alignment laser". Based on this, the adjustment unit of the laser processing system can be controlled in order to adjust the relative position of the adjustment laser beam and the exit opening.

Die Aufnahme des Bildes kann insbesondere in einer Bildebene außerhalb des Laserbearbeitungskopfes erfolgen, z.B. in einer Ebene unterhalb des Düsenmunds bzw. zwischen dem Düsenmund und der optischen Erfassungseinheit. Vorzugsweise erfolgt die Aufnahme des Bildes bei einer Fokussierung auf den Düsenmund. Die Bildebene kann insbesondere senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungskopfes angeordnet sein und kann zu der zuvor beschriebenen Ebene im Bereich der Austrittsöffnung parallel sein. Die Bildebene kann insbesondere einer Sensorebene oder Sensorfläche der optischen Erfassungseinheit entsprechen.The image can in particular be recorded in an image plane outside the laser processing head, e.g. in a plane below the nozzle mouth or between the nozzle mouth and the optical detection unit. The image is preferably recorded when the nozzle mouth is focused. The image plane can in particular be arranged perpendicular to the optical axis of the laser processing head and can be parallel to the plane described above in the area of the exit opening. The image plane can in particular correspond to a sensor plane or sensor surface of the optical detection unit.

Das Ermitteln der Position des Justierlaserstrahls und der Position der Austrittsöffnung kann das Bestimmen eines Flächenschwerpunkts der Austrittsöffnung und ein Bestimmen eines Flächenschwerpunkts des Justierlaserstrahls umfassen. Der Flächenschwerpunkt der Austrittsöffnung kann insbesondere als die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls für eine Strahlzentrierung bestimmt werden. Die Positionen und/oder die Flächenschwerpunkte können in der zuvor beschriebenen Bildebene, z.B. im Bereich der Austrittsöffnung bzw. des Düsenmundes, angegeben sein. Das Ermitteln der Positionen und das Bestimmen der Flächenschwerpunkte erfolgt anhand des aufgenommenen Bildes mittels Bildverarbeitung.Determining the position of the alignment laser beam and the position of the exit opening can include determining a centroid of the exit opening and determining a centroid of the alignment laser beam. The centroid of the outlet opening can in particular be determined as the predefined position of the adjusting laser beam for beam centering. The positions and / or the centers of area can be indicated in the image plane described above, for example in the area of the outlet opening or the nozzle mouth. The determination of the positions and the determination of the centroids takes place on the basis of the recorded image by means of image processing.

Das Bestimmen des Flächenschwerpunkts der Austrittsöffnung kann ein Ermitteln einer Innenkontur des Düsenmunds durch Bildanalyse und/oder Bildverarbeitung des aufgenommenen Bildes umfassen. Das Bestimmen des Flächenschwerpunkts des Justierlaserstrahls kann das Bestimmen einer Kontur des Justierlaserstrahls durch Bildanalyse und/oder Bildverarbeitung des aufgenommenen Bildes umfassen. Die Bildverarbeitung kann eine Bildvorverarbeitung, eine Bildsegmentierung, eine Ermittlung der Konturen und eine Berechnung von Abweichungen umfassen. Die Bildverarbeitung ermöglicht eine unmittelbare, ortsaufgelöste Messung der Position des Justierlaserstrahls bezüglich der Austrittsöffnung.The determination of the centroid of the outlet opening can include determining an inner contour of the nozzle mouth by image analysis and / or image processing of the recorded image. The determination of the centroid of the alignment laser beam can include the determination of a contour of the alignment laser beam by image analysis and / or image processing of the recorded image. The image processing can include image preprocessing, image segmentation, determination of the contours and calculation of deviations. The image processing enables a direct, spatially resolved measurement of the position of the alignment laser beam with respect to the exit opening.

Die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kann einem Abstand der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls entsprechen.The deviation of the ascertained position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam can correspond to a distance between the ascertained position of the alignment laser beam and the predetermined position of the alignment laser beam.

Die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kann eine erste Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls in einer ersten Richtung und eine zweite Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls in einer zweiten Richtung umfassen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können senkrecht zueinander sein und in der zuvor beschriebenen Ebene im Bereich der Austrittsöffnung verlaufen. Die erste Richtung und/oder die zweite Richtung können mit Bezug auf die Austrittsöffnung definiert sein und insbesondere durch den Mittelpunkt der Austrittsöffnung verlaufen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können insbesondere einer ersten Achse und einer zweiten Achse eines kartesischen Koordinatensystems entsprechen, wobei der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems dem Mittelpunkt der Austrittsöffnung entspricht. Bei einer ovalen Austrittsöffnung können die erste Richtung und die zweite Richtung entlang der langen Achse und der kurzen Achse verlaufen.The deviation of the determined position of the adjustment laser beam from the specified position of the adjustment laser beam can be a first deviation of the determined position of the adjustment laser beam from the specified position of the adjustment laser beam in a first direction and a second deviation of the determined position of the adjustment laser beam from the specified position of the adjustment laser beam in a second Embrace direction. The first direction and the second direction can be perpendicular to one another and run in the plane described above in the area of the outlet opening. The first direction and / or the second direction can be defined with reference to the outlet opening and in particular run through the center point of the outlet opening. The first direction and the second direction can in particular correspond to a first axis and a second axis of a Cartesian coordinate system, the origin of the Cartesian coordinate system corresponding to the center point of the outlet opening. In the case of an oval outlet opening, the first direction and the second direction can run along the long axis and the short axis.

Die vorgegebene maximale Abweichung kann eine erste vorgegebene maximale Abweichung entlang der ersten Richtung und eine zweite vorgegebene maximale Abweichung entlang der zweiten Richtung umfassen. Es kann bestimmt werden, dass die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung, falls die erste Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls in der ersten Richtung größer ist als die erste vorgegebene maximale Abweichung und/oder falls die zweite Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls in der zweiten Richtung größer ist als die zweite vorgegebene maximale Abweichung.The predefined maximum deviation can include a first predefined maximum deviation along the first direction and a second predefined maximum deviation along the second direction. It can be determined that the deviation is greater than the specified maximum deviation if the first deviation of the determined position of the adjustment laser beam from the specified position of the adjustment laser beam in the first direction is greater than the first specified maximum deviation and / or if the second deviation the determined position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam in the second direction is greater than the second predetermined maximum deviation.

Falls die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung, kann die relative Position des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung verstellt werden. Falls die Abweichung gleich oder kleiner als die vorgegebene maximale Abweichung ist, kann das Verfahren beendet werden. Das Aufnehmen eines zweidimensionalen Bildes, das Ermitteln der Positionen des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung, das Bestimmen der Abweichung und das Verstellen der relativen Position werden vorzugsweise solange wiederholt, bis die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kleiner als oder gleich ist als die vorgegebene maximale Abweichung.If the deviation is greater than the specified maximum deviation, the relative position of the alignment laser beam and the exit opening can be adjusted. If the deviation is equal to or smaller than the predefined maximum deviation, the method can be ended. The recording of a two-dimensional image, the determination of the positions of the alignment laser beam and the exit opening, the determination of the deviation and the adjustment of the relative position are preferably repeated until the deviation of the determined position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam is less than or equal to than the specified maximum deviation.

Das Aufnehmen des Bildes kann durch die optische Erfassungseinheit erfolgen. Die optische Erfassungseinheit ist außerhalb des Laserbearbeitungskopfes bzw. getrennt davon angeordnet. Das Verfahren kann daher das Bewegen des Laserbearbeitungskopfes zur optischen Erfassungseinheit umfassen, sodass die Austrittsöffnung und der Düsenmund der am Laserbearbeitungskopf montierten Düse im Gesichtsfeld der optischen Erfassungseinheit liegt. Vorzugsweise wird der Laserbearbeitungskopf zur optischen Erfassungseinheit so ausgerichtet, sodass eine optische Achse der optischen Erfassungseinheit im Wesentlichen parallel oder koaxial zu einer optischen Achse des Laserbearbeitungskopfs verläuft. Mit anderen Worten kann der Laserbearbeitungskopf zur optischen Erfassungseinheit bewegt werden, sodass die Austrittsöffnung mit einer Sensorfläche der optischen Erfassungseinheit in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungskopfes und/oder zur optischen Achse der optischen Erfassungseinheit überlappt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein von der optischen Erfassungseinheit aufgenommenes Bild zumindest die Austrittsöffnung vollständig zeigt.The image can be recorded by the optical detection unit. The optical detection unit is arranged outside the laser processing head or separately therefrom. The method can therefore include moving the laser processing head to the optical detection unit so that the outlet opening and the nozzle mouth of the nozzle mounted on the laser processing head lie in the field of view of the optical detection unit. The laser processing head is preferably aligned with the optical detection unit in such a way that an optical axis of the optical detection unit runs essentially parallel or coaxially to an optical axis of the laser processing head. In other words, the laser processing head can be moved to the optical detection unit so that the exit opening overlaps with a sensor surface of the optical detection unit in a direction perpendicular to the optical axis of the laser processing head and / or to the optical axis of the optical detection unit. It can thereby be ensured that an image recorded by the optical detection unit shows at least the exit opening completely.

Das Verfahren kann ferner das Bestimmen eines Düsenzustands anhand zumindest eines aufgenommenen Bildes umfassen. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen anhand zumindest eines aufgenommenen Bildes umfassen, ob eine Düsenzustandsbedingung erfüllt ist, und, falls die Düsenzustandsbedingung nicht erfüllt ist, das Ausgeben eines Fehlers. Der Schritt des Bestimmens des Düsenzustands bzw. der Erfüllung der Düsenzustandsbedingung kann gleichzeitig oder unmittelbar vor bzw. nach dem Schritt des Bestimmens erfolgen, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt, und kann vorzugsweise anhand desselben aufgenommenen Bildes erfolgen.The method can further include determining a nozzle state on the basis of at least one recorded image. The method can further include determining, using at least one recorded image, whether a nozzle state condition is met and, if the nozzle state condition is not met, outputting an error. The step of determining the nozzle state or the fulfillment of the nozzle state condition can take place simultaneously or immediately before or after the step of determining whether the alignment laser beam passes through the exit opening, and can preferably take place on the basis of the same recorded image.

Das Bestimmen, ob die Düsenzustandsbedingung erfüllt ist, kann das Bestimmen eines Werts eines Düsenzustandsparameters anhand des aufgenommenen Bildes, und das Vergleichen des bestimmten Werts mit zumindest einem vorgegeben Wert für den Düsenzustandsparameter umfassen. Der Wert des Düsenzustandsparameters kann durch Bildanalyse und/oder Bildverarbeitung bestimmt werden. Dadurch kann eine mögliche Verformung der Düse bzw. des Düsenmunds und/oder der Austrittsöffnung festgestellt werden. Außerdem kann eine Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit der Düse bzw. des Düsenmunds festgestellt werden.Determining whether the nozzle state condition is met can include determining a value of a nozzle state parameter on the basis of the recorded image, and comparing the determined value with at least one predefined value for the nozzle state parameter. The value of the nozzle condition parameter can be determined by image analysis and / or image processing. A possible deformation of the nozzle or the nozzle mouth and / or the outlet opening can thereby be determined. In addition, a change in the surface properties of the nozzle or the nozzle mouth can be determined.

Der Düsenzustandsparameter kann einen geometrischen Düsenzustandsparameter, der eine Innenkontur des Düsenmunds, eine Elliptizität der Innenkontur des Düsenmunds, einen Durchmesser der Innenkontur des Düsenmunds und/oder einen Formfaktor der Innenkontur des Düsenmunds umfasst, umfassen. Die Elliptizität der Innenkontur des Düsenmunds kann auf einem Verhältnis zwischen einer kurzen Achse der Austrittsöffnung und einer langen Achse der Austrittsöffnung umfassen. Die Elliptizität kann einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen, wobei 1 einer kreisförmigen Austrittsöffnung entspricht. Der Formfaktor der Innenkontur des Düsenmunds kann auf einer Fläche der Austrittsöffnung und/oder eines Umfangs der Innenkontur des Düsenmunds basieren.The nozzle state parameter can comprise a geometric nozzle state parameter which comprises an inner contour of the nozzle mouth, an ellipticity of the inner contour of the nozzle mouth, a diameter of the inner contour of the nozzle mouth and / or a form factor of the inner contour of the nozzle mouth. The ellipticity of the inner contour of the nozzle mouth can include a ratio between a short axis of the outlet opening and a long axis of the outlet opening. The ellipticity can assume a value between 0 and 1, where 1 corresponds to a circular outlet opening. The form factor of the inner contour of the nozzle mouth can be based on an area of the outlet opening and / or a circumference of the inner contour of the nozzle mouth.

Der Düsenzustandsparameter kann einen optischen Düsenzustandsparameter umfassen, der eine Reflektivität des Düsenmunds umfasst. Die Reflektivität des Düsenmunds kann auch als „Reflexionsverhalten des Düsenmunds“ bezeichnet werden und kann auf einem Grauwert, d.h. einer relativen Lichtintensität, des Düsenmunds basieren. Falls der ermittelte Grauwert nicht einem vorgegebenen Grauwert entspricht, kann auf eine Beschädigung und/der Verschmutzung der Düse bzw. des Düsenmunds geschlossen werden.The nozzle state parameter can comprise an optical nozzle state parameter that comprises a reflectivity of the nozzle mouth. The reflectivity of the nozzle mouth can also be referred to as the "reflection behavior of the nozzle mouth" and can be based on a gray value, i.e. a relative light intensity, of the nozzle mouth. If the determined gray value does not correspond to a predefined gray value, it can be concluded that the nozzle or nozzle mouth is damaged and / or soiled.

Das Bestimmen, ob eine Düsenzustandsbedingung erfüllt ist, kann das Bestimmen eines Werts von mehreren Düsenzustandsparametern und das Vergleichen der bestimmten Werte mit den jeweiligen vorgegebenen Werten umfassen.Determining whether a nozzle state condition is met can include determining a value of a plurality of nozzle state parameters and comparing the determined values with the respective predetermined values.

Das Verfahren kann ferner das Beleuchten der Düse bzw. des Düsenmunds, insbesondere von einer Außenseite der Düse bzw. des Düsenmunds, umfassen. Das Beleuchten kann während dem Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt, während dem Aufnehmen des Bildes und/oder während des Bestimmens, ob eine Düsenzustandsbedingung erfüllt ist, erfolgen.The method can furthermore include illuminating the nozzle or the nozzle mouth, in particular from an outside of the nozzle or the nozzle mouth. The illumination can take place during the determination of whether the alignment laser beam passes through the exit opening, during the recording of the image and / or during the determination of whether a nozzle state condition is met.

Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Steuervorrichtung kann die optische Erfassungseinheit, die Ausrichteinheit, die Laserquelle und die Verstelleinheit ansteuern und/oder kann als Kommunikationsschnittstelle zwischen diesen Elementen dienen. Die Steuervorrichtung kann in eine Steuereinheit des Laserbearbeitungskopfes integriert sein und/oder Teile der Funktionalität der Steuervorrichtung können von der Steuereinheit des Laserbearbeitungskopfes übernommen werden. Die Steuervorrichtung kann in eine Steuereinheit des Laserbearbeitungssystems, auch „CNC“ oder „Maschinensteuerung“ genannt, integriert sein und/oder Teile der Steuervorrichtung können von der Steuereinheit des Laserbearbeitungssystems übernommen werden. Die Steuervorrichtung kann zur Bildanalyse und/oder zur Bildverarbeitung eingerichtet sein.The control device can be set up to carry out the method described above. The control device can control the optical detection unit, the alignment unit, the laser source and the adjustment unit and / or can serve as a communication interface between these elements. The control device can be integrated into a control unit of the laser processing head and / or parts of the functionality of the control device can be taken over by the control unit of the laser processing head. The control device can be integrated into a control unit of the laser processing system, also called “CNC” or “machine control”, and / or parts of the control device can be taken over by the control unit of the laser processing system. The control device can be set up for image analysis and / or for image processing.

Die Verstelleinheit kann im oder am Laserbearbeitungskopf angeordnet oder montiert sein. Die Verstelleinheit kann in den Laserbearbeitungskopf integriert sein und/oder kann ferngesteuert werden. Die Verstelleinheit kann zumindest eine am oder im Laserbearbeitungskopf angeordnete, insbesondere fernsteuerbare, Bewegungseinheit umfassen. Die Bewegungseinheit kann eingerichtet sein, um zumindest eines der folgenden Elemente in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungssystems zu bewegen: zumindest ein im Strahlengang des Laserbearbeitungskopfs angeordnetes optisches Element, zumindest ein Teil einer Fokussieroptik des Laserbearbeitungskopfs, zumindest ein Teil einer Kollimationsoptik des Laserbearbeitungskopfs, ein Faserende einer den Justierlaserstrahl und/oder den Laserstrahl dem Laserbearbeitungskopf zuführenden Lichtleitfaser, eine Faserbuchse zum Koppeln einer den Justierlaserstrahl und/oder den Laserstrahl führenden Lichtleitfaser am Laserbearbeitungskopf, und die Düse. Die Fokussieroptik kann eine Fokussierlinse und/oder ein Fokussierlinsenpaket, insbesondere eine Fokussiereinheit, umfassen. Ebenso kann die Kollimationsoptik eine Kollimationslinse und/oder ein Kollimationslinsenpaket, insbesondere eine Kollimationseinheit, umfassen.The adjustment unit can be arranged or mounted in or on the laser processing head. The adjustment unit can be integrated into the laser processing head and / or can be controlled remotely. The adjustment unit can comprise at least one, in particular remotely controllable, movement unit arranged on or in the laser processing head. The movement unit can be set up to move at least one of the following elements in a plane perpendicular to the optical axis of the laser processing system: at least one optical element arranged in the beam path of the laser processing head, at least part of a focusing optics of the laser processing head, at least part of a collimation optics of the laser processing head, a fiber end of an optical fiber feeding the alignment laser beam and / or the laser beam to the laser processing head, a fiber socket for coupling an optical fiber carrying the alignment laser beam and / or the laser beam to the laser processing head, and the nozzle. The focusing optics can comprise a focusing lens and / or a focusing lens package, in particular a focusing unit. The collimation optics can also include a collimation lens and / or a collimation lens package, in particular a collimation unit.

Das Verstellen der relativen Position des Justierlaserstrahls und der Austrittsöffnung kann das Bewegen zumindest eines dieser Elemente in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungssystems umfassen. Das Bewegen kann das Bewegen des Elements in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung in dieser Ebene umfassen, wobei die erste Richtung von der zweiten Richtung verschieden, und insbesondere orthogonal zur zweiten Richtung, ist. Vorzugsweise führt das Bewegen des zumindest einen Elements in der ersten Richtung zu einer Bewegung des Justierlaserstrahls in einer ersten Richtung, und das Bewegen des zumindest einen Elements in der zweiten Richtung führt zu einer Bewegung des Justierlaserstrahls in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten kann der Justierlaserstrahl vorzugsweise unabhängig voneinander in der ersten und der zweiten Richtung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungskopfs im Bereich der Austrittsöffnung durch eine Bewegung des zumindest einen Elements bewegt werden.Adjusting the relative position of the alignment laser beam and the exit opening can include moving at least one of these elements in the plane perpendicular to the optical axis of the laser processing system. Moving can include moving the element in a first direction and / or in a second direction in this plane, the first direction being different from the second direction, and in particular orthogonal to the second direction. Moving the at least one element in the first direction preferably leads to a movement of the alignment laser beam in a first direction, and moving the at least one element in the second direction leads to a movement of the alignment laser beam in a second direction. In other words, the alignment laser beam can preferably be moved independently of one another in the first and the second direction in a plane perpendicular to the optical axis of the laser processing head in the area of the exit opening by moving the at least one element.

Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte umfassen: falls der Justierlaserstrahl nicht durch die Austrittsöffnung tritt, Wiederholen der folgenden Schritte so lange, bis bestimmt wird, dass der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt: Bewegen des zumindest einen Elements in der Ebene senkrecht zur optischen Achse entlang eines vorgegebenen Pfades und Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung tritt. Diese Schritte können insbesondere nötig sein, wenn die Düse bzw. der Düsenmund den Justierlaserstrahl abschattet, sodass die optische Erfassungseinheit den Justierlaserstrahl nicht detektieren bzw. erfassen kann. Mit anderen Worten wäre der Justierlaserstrahl nicht auf dem durch die optische Erfassungseinheit aufgenommenen Bild sichtbar. Dieser Fall kann beispielsweise bei einem kleinen Durchmesser der Austrittsöffnung und/oder einer falschen Position oder Ausrichtung des Justierlaserstrahls eintreten. Das Bewegen des zumindest einen Elements in der Ebene senkrecht zur optischen Achse entlang eines vorgegebenen Pfades kann auch als „Referenzzyklus“ bezeichnet werden. Der vorgegebene Pfad kann unterschiedliche Bewegungsmuster und/oder Bewegungsrichtungen des zumindest einen Elements umfassen, beispielsweise kann der Pfad zickzack förmig oder mäanderförmig sein. Das Bewegen des zumindest einen Elements kann insbesondere in einer Zickzack-Bewegung oder einer Mäanderbewegung des Justierlaserstrahls in der zur optischen Achse senkrechten Ebene resultieren. Die Zickzack-Bewegung bzw. die Mäanderbewegung kann so lange durchgeführt werden, bis die optische Erfassungseinheit den Justierlaserstrahl detektieren kann. Der vorgegebene Pfad kann auch das Bewegen des zumindest einen Elements bis zu einer ersten Endposition in einer ersten Richtung und anschließend das Bewegen des zumindest einen Elements bis zu einer zweiten Endposition in einer zweiten Richtung umfassen. Das zumindest eine Element wird anschließend in eine Mittelposition in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung bewegt. Bei der Mittelposition kann es sich um eine theoretische und/oder berechnete Mittelposition handeln.The method can further comprise the following steps: if the alignment laser beam does not pass through the exit opening, repeating the following steps until it is determined that the alignment laser beam passes through the exit opening: moving the at least one element in the plane perpendicular to the optical axis a predetermined path and determining whether the alignment laser beam passes through the exit opening. These steps can be necessary in particular if the nozzle or the nozzle mouth shadows the alignment laser beam so that the optical detection unit cannot detect or record the alignment laser beam. In other words, the alignment laser beam would not be visible on the image recorded by the optical detection unit. This case can occur, for example, with a small diameter of the exit opening and / or an incorrect position or alignment of the alignment laser beam. Moving the at least one element in the plane perpendicular to the optical axis along a predetermined path can also be referred to as a “reference cycle”. The predetermined path can include different movement patterns and / or directions of movement of the at least one element, for example the path can be zigzag or meandering. Moving the at least one element can result in particular in a zigzag movement or a meandering movement of the alignment laser beam in the plane perpendicular to the optical axis. The zigzag movement or the meandering movement can be carried out until the optical detection unit can detect the alignment laser beam. The predetermined path can also include moving the at least one element up to a first end position in a first direction and then moving the at least one element up to a second end position in a second direction. The at least one element is then moved to a central position in the first direction and in the second direction. The middle position can be a theoretical and / or calculated middle position.

Die Bewegungseinheit der Verstelleinheit kann zumindest einen Aktuator umfassen, der am Laserbearbeitungskopf montiert ist, und eingerichtet ist, um eine Rotationsbewegung bereitzustellen. Die Rotationsbewegung kann durch ein Element des Aktuators, insbesondere eine Welle oder Achse, bereitgestellt werden. Die Bewegungseinheit kann insbesondere zwei derartige Aktoren umfassen, die vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sein können. Die Bewegungseinheit kann ferner zumindest eine mechanische Einheit umfassen. Die zumindest eine mechanische Einheit kann eingerichtet sein, die von dem zumindest einen Aktuator bereitgestellte Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, um das Element in zumindest einer Richtung entlang der zur optischen Achse senkrechten Ebene zu bewegen. Insbesondere kann die zumindest eine mechanische Einheit eingerichtet sein, die von einem ersten Aktuator bereitgestellte Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung des zumindest einen optischen Element in die erste Richtung und die von einem zweiten Aktuator bereitgestellte Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung des zumindest einen optischen Element in die zweite Richtung umzuwandeln. Dadurch kann das optische Element unabhängig voneinander in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung bewegt werden.The movement unit of the adjustment unit can comprise at least one actuator which is mounted on the laser processing head and is set up to provide a rotational movement. The rotational movement can be provided by an element of the actuator, in particular a shaft or axle. The movement unit can in particular comprise two such actuators, which can preferably be controlled independently of one another. The movement unit can furthermore comprise at least one mechanical unit. The at least one mechanical unit can be set up to convert the rotational movement provided by the at least one actuator into a translational movement in order to move the element in at least one direction along the plane perpendicular to the optical axis. In particular, the at least one mechanical unit can be set up to convert the rotational movement provided by a first actuator into a translational movement of the at least one optical element in the first direction and the rotational movement provided by a second actuator into a translational movement of the at least one optical element in the second Convert direction. As a result, the optical element can be moved independently of one another in the first direction and in the second direction.

Der zumindest eine Aktuator kann einen Elektromotor, einen Drehstrommotor, einen Linearmotor, einen Wechselstrommotor und/oder einen Schrittmotor umfassen. Die Motoren können am oder im Laserbearbeitungskopf montiert sein oder in diesen integriert sein.The at least one actuator can comprise an electric motor, a three-phase motor, a linear motor, an AC motor and / or a stepping motor. The motors can be mounted on or in the laser processing head or integrated into it.

Die optische Achse der optischen Erfassungseinheit und die optische Achse des Laserbearbeitungskopfes können parallel zueinander oder koaxial verlaufen.The optical axis of the optical detection unit and the optical axis of the laser processing head can run parallel to one another or coaxially.

Die Ausrichteinheit kann ferner zumindest eines der folgenden Elemente umfassen: eine Abdeckung, die fernsteuerbar zu öffnen und zu schließen ist; eine Beleuchtungseinrichtung, die eingerichtet ist, um den Düsenmund zu beleuchten; eine Abbildungsoptik, die eingerichtet ist, um den Düsenmund und den Justierlaserstrahl auf eine Sensorebene und/oder eine Bildebene der optischen Erfassungseinheit abzubilden, und/oder zumindest einen optischen Filter, der eingerichtet ist, um eine Wellenlänge des Justierlaserstrahls und eine Wellenlänge der Beleuchtungseinrichtung passieren zu lassen. Die Abbildungsoptik kann ein Festbrennweitenobjektiv und/oder ein Zoomobjektiv umfassen. Der zumindest eine optische Filter kann einen Bandpassfilter umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung ermöglicht eine optimale Ausleuchtung des Düsenmundes bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und ermöglicht einen optimalen Kontrast für die Aufnahme des Bildes bzw. zum Ermitteln der Innenkontur des Düsenmundes. Die Beleuchtungseinrichtung kann als eine ringförmige Beleuchtungseinrichtung ausgebildet sein, und kann insbesondere als eine Beleuchtungseinrichtung ausgebildet sein, die im roten Farbspektrum Licht emittiert. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, die Düse bzw. den Düsenmund seitlich zu beleuchten. The alignment unit can further comprise at least one of the following elements: a cover that can be remotely opened and closed; a lighting device configured to illuminate the nozzle mouth; an imaging optical system that is set up to image the nozzle mouth and the alignment laser beam onto a sensor plane and / or an image plane of the optical detection unit, and / or at least one optical filter that is set up to detect a wavelength of the alignment laser beam and a To let the wavelength of the lighting device pass. The imaging optics can include a fixed focal length lens and / or a zoom lens. The at least one optical filter can comprise a bandpass filter. The lighting device enables optimal illumination of the nozzle mouth under different ambient conditions and enables optimal contrast for recording the image or for determining the inner contour of the nozzle mouth. The lighting device can be designed as a ring-shaped lighting device, and can in particular be designed as a lighting device that emits light in the red color spectrum. The lighting device can in particular be set up to illuminate the nozzle or the nozzle mouth from the side.

Die optische Erfassungseinheit kann zumindest eines der folgenden umfassen: ein Kamerasystem, eine Kamera, einen CCD-Sensor, einen CMOS-Sensor, ein Photodioden-Array. Die optische Erfassungseinheit kann insbesondere eingerichtet sein, Objekte, insbesondere Düsen, mit einer Größe von mindestens 5mm x 5mm, vorzugsweise im Bereich von 10mm x 10mm, zu erfassen bzw. zu detektieren.The optical detection unit can comprise at least one of the following: a camera system, a camera, a CCD sensor, a CMOS sensor, a photodiode array. The optical detection unit can in particular be set up to detect or detect objects, in particular nozzles, with a size of at least 5 mm × 5 mm, preferably in the range of 10 mm × 10 mm.

Das Laserbearbeitungssystem kann ferner eine Bewegungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, um den Laserbearbeitungskopf zu bewegen. Die Steuervorrichtung oder eine übergeordnete Steuereinheit des Laserbearbeitungssystems kann eingerichtet sein, um die Bewegungseinheit zu steuern, um den Laserbearbeitungskopf zur Ausrichteinheit zu bewegen und so auszurichten, dass die optische Achse der optischen Erfassungseinheit im Wesentlichen koaxial mit einer optischen Achse des Laserbearbeitungskopfes verläuft.The laser processing system can furthermore comprise a movement unit which is set up to move the laser processing head. The control device or a higher-level control unit of the laser processing system can be configured to control the movement unit in order to move the laser processing head to the alignment unit and to align it such that the optical axis of the optical detection unit is essentially coaxial with an optical axis of the laser processing head.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 4A und B ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische und beispielhafte Darstellung eines Bildes, das von einer optischen Erfassungseinheit eines Laserbearbeitungssystems zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgenommenen wurde;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Innenkontur eines Düsenmundes gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 7 im oberen Teil eine schematische Darstellung einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und im unteren Teil einen beispielhaften Grauwertverlauf der Düse;
  • 8 und 9 schematische Darstellungen von Bewegungen eines Laserstrahls entlang eines vorgegebenen Pfades gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Embodiments of the disclosure are shown in the figures and are described in more detail below. Show it:
  • 1 a schematic representation of a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a schematic representation of a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam according to embodiments of the present invention;
  • 3 shows a flowchart of a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head according to embodiments of the present invention;
  • 4A and B shows a flowchart of a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head according to an embodiment of the present invention;
  • 5 a schematic and exemplary representation of an image that was recorded by an optical detection unit of a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam according to embodiments of the present invention;
  • 6th a schematic representation of an inner contour of a nozzle mouth according to embodiments of the present invention;
  • 7th in the upper part a schematic representation of a nozzle of a laser processing head according to an embodiment of the present invention and in the lower part an exemplary gray value curve of the nozzle;
  • 8th and 9 schematic representations of movements of a laser beam along a predetermined path according to embodiments of the present invention.

Ausführungsformen der OffenbarungEmbodiments of the disclosure

Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleich und gleichwirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.Unless otherwise noted, the same reference symbols are used below for elements that are identical and have the same effect.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam according to an embodiment of the present invention. 2 shows a schematic representation of a laser processing system for processing a workpiece with a laser beam according to embodiments of the present invention.

Die Figuren zeigen ein Laserbearbeitungssystem 10 zum Bearbeiten eines Werkstücks (nicht gezeigt) mit einem Laserstrahl (nicht gezeigt). Das Laserbearbeitungssystem 10 ist eingerichtet, das Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung des Laserstrahls gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Außerdem ist das Laserbearbeitungssystem 10 vorzugsweise eingerichtet, eine automatisierte Düseninspektion durchzuführen.The figures show a laser processing system 10 for machining a workpiece (not shown) with a laser beam (not shown). The laser processing system 10 is set up to carry out the method for automated beam positioning of the laser beam according to embodiments of the present invention. Besides, the laser processing system is 10 preferably set up to carry out an automated nozzle inspection.

Das Laserbearbeitungssystem 10 umfasst eine Laserquelle 20, einen Laserbearbeitungskopf 30, eine Verstelleinheit 40, eine Ausrichteinheit 50 und eine Steuervorrichtung 60. Die Laserquelle 20 ist eingerichtet, den Laserstrahl und einen Justierlaserstrahl 21, auch „Pilotlaser“ oder „Pilotlaserstrahl“ genannt, zu erzeugen. Der Laserstrahl bzw. der Justierlaserstrahl 21 werden über eine Lichtleitfaser 22 und eine Faserbuchse 22a in den Laserbearbeitungskopf eingekoppelt. Der Justierlaserstrahl 21 verläuft zum Laserstrahl koaxial. Dadurch kann durch die Positionierung des Justierlaserstrahls 21 auch der Laserstrahl eingestellt werden. Der Laserstrahl kann ein Bearbeitungslaserstrahl zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines metallischen Werkstücks, sein. Alternativ kann auch der Laserstrahl selbst als Justierlaserstrahl 21 eingesetzt werden, beispielsweise mit einer geringeren Leistung als zur Materialbearbeitung.The laser processing system 10 includes a laser source 20th , a laser processing head 30th , an adjustment unit 40 , an alignment unit 50 and a control device 60 . The laser source 20th is set up, the laser beam and an alignment laser beam 21 , also called “pilot laser” or “pilot laser beam”. The laser beam or the alignment laser beam 21 are via an optical fiber 22nd and a fiber socket 22a coupled into the laser processing head. The alignment laser beam 21 runs coaxial to the laser beam. This allows the positioning of the alignment laser beam 21 the laser beam can also be adjusted. The laser beam can be a machining laser beam for machining a workpiece, in particular a metallic workpiece. Alternatively, the laser beam itself can also be used as an alignment laser beam 21 be used, for example with a lower power than for material processing.

Der Laserbearbeitungskopf 30 weist eine Düse 31 auf. Die Düse 31, die eine Düsenelektrode sein kann, umfasst einen Düsenmund 32 und eine Austrittsöffnung 33 zum Austritt des Laserstrahls und des Justierlaserstrahls aus dem Laserbearbeitungskopf 30. Die Düse 31 kann integral mit dem Laserbearbeitungskopf 30 verbunden sein, oder kann am Laserbearbeitungskopf 30 beweglich montiert sein. Der Laserbearbeitungskopf 30 kann mehrere optische Elemente, Optiken und/oder optische Einheiten, auch „Pakete“ genannt, umfassen. Dazu zählen beispielsweise Linsen, Linsenpakete, und Spiegel. Gemäß Ausführungsformen umfassen die optischen Elemente bzw. die optischen Einheiten Elemente bzw. Einheiten, die den Laserstrahl und den Justierlaserstrahl transmittieren und/oder Elemente bzw. Einheiten, die den Laserstrahl und den Justierlaserstrahl zumindest teilweise reflektieren. Wie in 1 gezeigt weist der Laserbearbeitungskopf 30 eine Kollimationsoptik 35 und eine Fokussieroptik 36 auf. Die Kollimationsoptik 35 und/oder die Fokussieroptik 36 können entlang einer optischen Achse z des Laserbearbeitungskopfes 30, die koaxial zu einer Strahlausbreitungsrichtung des Justierlaserstrahls 21 verlaufen kann, verschoben werden, um eine Fokuslage des Justierlaserstrahls 21 bzw. des Laserstrahls einzustellen.The laser processing head 30th has a nozzle 31 on. The nozzle 31 which may be a nozzle electrode, comprises a nozzle mouth 32 and an exit port 33 for the exit of the laser beam and the alignment laser beam from the laser processing head 30th . The nozzle 31 can be integral with the laser processing head 30th be connected, or can be on the laser processing head 30th be movably mounted. The laser processing head 30th can comprise several optical elements, optics and / or optical units, also called “packages”. These include, for example, lenses, lens packages, and mirrors. According to embodiments, the optical elements or the optical units comprise elements or units that transmit the laser beam and the alignment laser beam and / or elements or units that at least partially reflect the laser beam and the alignment laser beam. As in 1 shown has the laser processing head 30th a collimation optics 35 and focusing optics 36 on. The collimation optics 35 and / or the focusing optics 36 can along an optical axis z of the laser processing head 30th that are coaxial to a beam propagation direction of the alignment laser beam 21 can run, be shifted to a focus position of the alignment laser beam 21 or the laser beam.

Die Ausrichteinheit 50 umfasst eine optische Erfassungseinheit 51, die eingerichtet ist, um ein zweidimensionales Bild von der Austrittsöffnung 33 und dem durch die Austrittsöffnung tretenden Justierlaserstrahl 21 sowie vom Düsenmund 32 aufzunehmen. Die Steuervorrichtung 60 ist eingerichtet, anhand des aufgenommenen Bildes eine Position des Justierlaserstrahls 21 und eine Position der Austrittsöffnung 33 der Düse 31 zu ermitteln, eine Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls 21 von einer vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls 21 zu bestimmen, und durch Ansteuern der Verstelleinheit 40 die Position des Justierlaserstrahls 31 relativ zur Position der Austrittsöffnung 33 zu verstellen, falls die Abweichung größer ist als eine vorgegebene maximale Abweichung.The alignment unit 50 comprises an optical detection unit 51 that is set up to take a two-dimensional image of the outlet opening 33 and the alignment laser beam passing through the exit opening 21 as well as from the nozzle mouth 32 to record. The control device 60 is set up to use the recorded image to determine a position of the alignment laser beam 21 and a position of the exit port 33 the nozzle 31 to determine a deviation of the determined position of the alignment laser beam 21 from a predetermined position of the alignment laser beam 21 to be determined, and by controlling the adjustment unit 40 the position of the alignment laser beam 31 relative to the position of the outlet opening 33 to be adjusted if the deviation is greater than a specified maximum deviation.

Die Verstelleinheit 40 ist eingerichtet, die Position des Justierlaserstrahls 31 relativ zur Position der Austrittsöffnung 33 zu verstellen. Die Verstelleinheit 40 kann im oder am Laserbearbeitungskopf 30 angeordnet oder montiert sein. Die Verstelleinheit 40 kann auch in den Laserbearbeitungskopf 30 integriert sein.The adjustment unit 40 is set up, the position of the alignment laser beam 31 relative to the position of the outlet opening 33 to adjust. The adjustment unit 40 can be in or on the laser processing head 30th be arranged or mounted. The adjustment unit 40 can also be used in the laser processing head 30th be integrated.

Die Verstelleinheit umfasst eine am oder im Laserbearbeitungskopf 30 angeordnete Bewegungseinheit 41. Die Bewegungseinheit 41 ist eingerichtet, ein Element, insbesondere ein optisches Element bzw. eine optische Einheit, in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse z des Laserbearbeitungskopfes 30 zu bewegen, verschieben oder positionieren. Das Bewegen des Elements hat zur Folge, dass die Position des Justierlaserstrahls 21 relativ zur Position der Austrittsöffnung 33 oder die Position der Austrittsöffnung 33 relativ zur Position des Justierlasers 21 in einer Ebene im Bereich der Austrittsöffnung, die senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, verstellt wird.The adjustment unit comprises one on or in the laser processing head 30th arranged movement unit 41 . The movement unit 41 is set up, an element, in particular an optical element or an optical unit, in a plane perpendicular to the optical axis z of the laser processing head 30th to move, move or position. Moving the element has the consequence that the position of the alignment laser beam 21 relative to the position of the outlet opening 33 or the position of the outlet opening 33 relative to the position of the alignment laser 21 is adjusted in a plane in the area of the exit opening, which is arranged perpendicular to the optical axis.

In 1 und 2 ist die Ebene senkrecht zur Strahlachse z durch die beiden Richtungen x und y festgelegt. Mit anderen Worten sind die Richtungen x und y senkrecht zur optischen Achse z und sind orthogonal zueinander. Das Bewegen des Elements bzw. der optischen Einheit kann somit das Bewegen des Elements entlang der x-Richtung und entlang der y-Richtung umfassen.In 1 and 2 the plane is defined perpendicular to the beam axis z by the two directions x and y. In other words, the directions x and y are perpendicular to the optical axis z and are orthogonal to each other. Moving the element or the optical unit can thus include moving the element along the x-direction and along the y-direction.

Gemäß den gezeigten Ausführungsformen ist die Bewegungseinheit 41 eingerichtet, zumindest einen Teil der Fokussieroptik 36 zu bewegen. Die Fokussieroptik 36 kann eine Fokussierlinse und/oder ein Fokussierlinsenpaket umfassen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Bewegungseinheit 41 eingerichtet sein, zumindest ein Teil einer Kollimationsoptik des Laserbearbeitungskopfes 30, ein Faserende der den Justierlaserstrahl 21 und/oder den Laserstrahl dem Laserbearbeitungskopf 30 zuführenden Lichtleitfaser 22, eine Faserbuchse 22a zum Koppeln der den Justierlaserstrahl 21 und/oder den Laserstrahl führenden Lichtleitfaser 22 am Laserbearbeitungskopf 30 und/oder die Düse 31 zu bewegen.According to the embodiments shown, the movement unit is 41 set up at least part of the focusing optics 36 to move. The focusing optics 36 may comprise a focusing lens and / or a focusing lens package. According to other embodiments, the movement unit 41 be set up, at least a part of a collimation optics of the laser processing head 30th , one fiber end of the alignment laser beam 21 and / or the laser beam to the laser processing head 30th feeding optical fiber 22nd , a fiber socket 22a for coupling the alignment laser beam 21 and / or the optical fiber guiding the laser beam 22nd on the laser processing head 30th and / or the nozzle 31 to move.

Die Bewegungseinheit 41 umfasst zumindest einen Aktuator, insbesondere eine motorische Einheit bzw. einen Motor. Der zumindest eine Aktuator kann insbesondere als Elektromotor, z.B. Drehstrom-, Linear-, Schritt- oder Wechselstrommotor ausgebildet sein. Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit 41 einen Aktuator. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit 41 zwei Aktuatoren 42a, 42b. Gemäß den gezeigten Ausführungsformen ist der zumindest eine Aktuator am Laserbearbeitungskopf 30 angebracht. Wie in 2 gezeigt können die Aktuatoren 42a, 42b im Laserbearbeitungskopf 30 integriert sein.The movement unit 41 comprises at least one actuator, in particular a motor unit or a motor. The at least one actuator can in particular be designed as an electric motor, for example a three-phase, linear, step or alternating current motor. According to the in 1 The embodiment shown comprises the movement unit 41 an actuator. According to the in 2 The embodiment shown comprises the movement unit 41 two actuators 42a , 42b . According to the embodiments shown, the at least one actuator is on the laser processing head 30th appropriate. As in 2 the actuators can be shown 42a , 42b in the laser processing head 30th be integrated.

Der zumindest eine Aktuator ist eingerichtet, eine rotatorische Bewegung, insbesondere über eine Welle oder Achse, bereitzustellen. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit 41 einen ersten Aktuator 42a mit einer Rotationsbewegung R1 und einen zweiten Aktuator 42b mit einer Rotationsbewegung R2, wobei die Rotationsbewegungen R1 und R2 unabhängig voneinander sind. Mit anderen Worten können die Aktuatoren 42a, 42b unabhängig voneinander angesteuert werden. Vorzugsweise umfasst die Bewegungseinheit 41 zwei Schrittmotoren als Aktuatoren, wobei jeweils ein Schrittmotor die Bewegungsrichtungen x und y umsetzt.The at least one actuator is set up to provide a rotary movement, in particular via a shaft or axis. According to the in 2 The embodiment shown comprises the movement unit 41 a first actuator 42a with a rotational movement R1 and a second actuator 42b with a rotational movement R2, the rotational movements R1 and R2 being independent of one another. In other words, the actuators 42a , 42b can be controlled independently of each other. The movement unit preferably comprises 41 two stepper motors as actuators, with one stepper motor each converting the directions of movement x and y.

Die Bewegungseinheit 41 umfasst ferner zumindest eine mechanische Einheit (nicht gezeigt), auch „Mechanik“ genannt. Die zumindest eine mechanische Einheit ist eingerichtet, um die von dem zumindest einen Aktuator bereitgestellte Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung in der zur Strahlausbreitungsrichtung z senkrechten Ebene x-y umzuwandeln. Wie in 2 gezeigt ist die mechanische Einheit eingerichtet, die von dem ersten Aktuator 42a bereitgestellte Rotationsbewegung R1 in eine translatorische Bewegung des Elements entlang der x-Richtung und die von dem zweiten Aktuator 42b bereitgestellte Rotationsbewegung R2 in eine translatorische Bewegung entlang der y-Richtung umzuwandeln. Dadurch kann das Element, hier die Fokussieroptik 36, unabhängig voneinander in der x-Richtung und in der y-Richtung bewegt werden.The movement unit 41 furthermore comprises at least one mechanical unit (not shown), also called “mechanics”. The at least one mechanical unit is set up to convert the rotational movement provided by the at least one actuator into a translational movement in the xy plane perpendicular to the direction of beam propagation z. As in 2 shown is the mechanical unit set up by the first actuator 42a provided rotational movement R1 into a translational movement of the element along the x-direction and that of the second actuator 42b to convert provided rotational movement R2 into a translational movement along the y-direction. This allows the element, here the focusing optics 36 , are moved independently of each other in the x-direction and in the y-direction.

Die optische Erfassungseinheit 51, die auch als „bildgebender Detektor“ bezeichnet werden kann, kann beispielsweise eine Kamera und/oder einen Sensor, insbesondere einen Bildsensor, umfassen. Die optische Erfassungseinheit 51 umfasst vorzugsweise zumindest einen CCD-Sensor (CCD: „charge-coupled device“) oder einen CMOS-Sensor (CMOS: „complementary metal-oxide-semiconductor“). Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein CMOS-Sensor eingesetzt.The optical detection unit 51 , which can also be referred to as an “imaging detector”, can for example comprise a camera and / or a sensor, in particular an image sensor. The optical detection unit 51 preferably comprises at least one CCD sensor (CCD: “charge-coupled device”) or a CMOS sensor (CMOS: “complementary metal-oxide-semiconductor”). According to the invention, a CMOS sensor is preferably used.

Die Ausrichteinheit 50 umfasst ferner eine Abbildungsoptik 52, auch „Objektiv“ genannt. Die Abbildungsoptik 52 bildet sowohl den Justierlaserstrahl 21 als auch den Düsenmund 32, d.h. einen gewissen Bereich der Unterseite der Düse 31, auf die optische Erfassungseinheit 51 ab, insbesondere auf eine Sensorfläche oder Sensorebene der optischen Erfassungseinheit 51. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zumindest Objekte mit einer Größe von 5 mm x 5 mm detektiert werden. Vorzugsweise werden Objekte bis zu einer Größe von 10 mm x 10 mm detektiert. Die Abbildungsoptik 52 kann ein Festbrennweitenobjektiv oder ein Zoomobjektiv umfassen. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Festbrennweitenobjektiv verwendet.The alignment unit 50 further includes imaging optics 52 , also called "lens". The imaging optics 52 forms both the alignment laser beam 21 as well as the nozzle mouth 32 that is, some area of the bottom of the nozzle 31 , onto the optical detection unit 51 from, in particular on a sensor surface or sensor plane of the optical detection unit 51 . According to embodiments of the present invention, at least objects with a size of 5 mm × 5 mm can be detected. Objects up to a size of 10 mm × 10 mm are preferably detected. The imaging optics 52 may include a prime lens or a zoom lens. According to the invention, a fixed focal length lens is preferably used.

Die Ausrichteinheit 50 kann außerdem eine Beleuchtungseinrichtung 54 und/oder eine optische Filtereinheit 53 mit zumindest einem optischen Filter und/oder einem optischem Filterpaket umfassen. Vorzugsweise werden Bandpassfilter eingesetzt, die das Umgebungslicht filtern und die Wellenlänge des Justierlaserstrahls 21 und den Wellenlängenbereich der Beleuchtungseinrichtung 54 transmittieren. Die Beleuchtungseinrichtung 54 dient zur optimalen Ausleuchtung des Düsenmundes 32 bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und sorgt für einen optimalen Kontrast für die Detektion der Düseninnenkontur bei der Bildverarbeitung. Vorzugsweise kommt eine Ringbeleuchtung zum Einsatz, die im roten Farbspektrum Licht emittiert. Weiterhin ist eine seitliche Beleuchtung der Düse 31 möglich.The alignment unit 50 can also have a lighting device 54 and / or an optical filter unit 53 with at least one optical filter and / or an optical filter package. Bandpass filters are preferably used which filter the ambient light and the wavelength of the alignment laser beam 21 and the wavelength range of the lighting device 54 transmit. The lighting device 54 serves for optimal illumination of the nozzle mouth 32 in different environmental conditions and ensures an optimal contrast for the detection of the nozzle inner contour during image processing. Ring lighting is preferably used, which emits light in the red color spectrum. There is also side lighting for the nozzle 31 possible.

Weiterhin umfasst die Ausrichteinheit 50 eine Abdeckung 55, die sich automatisch bzw. ferngesteuert öffnen und schließen lässt. Eine Umhausung 56, auch „Gehäuse“ genannt, schützt die darin enthaltenen Elemente der Ausrichteinheit 50, etwa die optische Erfassungseinheit 51, die Abbildungsoptik 52, die optische Filtereinheit 53 und die Beleuchtungseinrichtung 54, vor diversen Umgebungseinflüssen, wie z.B. Schmutz, Staub und Wasser. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Ausrichteinheit 50 als eigenständige Station im Laserbearbeitungssystem vorgesehen, oder in ein Düsenwechsler System integriert.The alignment unit also includes 50 a cover 55 that can be opened and closed automatically or remotely. An enclosure 56 , also known as the "housing", protects the elements of the alignment unit contained therein 50 , such as the optical detection unit 51 , the imaging optics 52 , the optical filter unit 53 and the lighting device 54 , from various environmental influences, such as dirt, dust and water. According to embodiments of the present invention, the alignment unit is 50 Intended as an independent station in the laser processing system, or integrated into a nozzle changer system.

Die Steuervorrichtung 60, auch als „Auswerteinheit“ bezeichnet, ist eingerichtet, die optische Erfassungseinheit 51, die Ausrichteinheit 50, die Laserquelle 20 und/oder die Verstelleinheit 40 zu steuern. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung dient die Steuervorrichtung 60 als Kommunikationsschnittstelle zwischen diesen Elementen.The control device 60 , also referred to as “evaluation unit”, is set up, the optical detection unit 51 , the alignment unit 50 , the laser source 20th and / or the adjustment unit 40 to control. According to embodiments of the invention, the control device is used 60 as a communication interface between these elements.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommuniziert die Steuervorrichtung 60 unter anderem mit einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer sogenannten „CNC“ oder einer Maschinensteuerung (nicht dargestellt). Die Hauptaufgabe der Steuervorrichtung 60 liegt darin, Steuer- und Informationssignale zwischen der Verstelleinheit 40 und der optischen Erfassungseinheit 51 bzw. der Ausrichteinheit 50 zu verarbeiten und zu übertragen. Dabei wird das Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung des Laserstrahls gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch die CNC gestartet und die CNC erhält wiederum das Signal von der Steuervorrichtung 50 über das Ende des Verfahrens.According to one embodiment of the present invention, the control device communicates 60 inter alia with a higher-level control, for example a so-called “CNC” or a machine control (not shown). The main task of the control device 60 lies in the control and information signals between the adjustment unit 40 and the optical detection unit 51 or the alignment unit 50 to process and transmit. The method for automated beam positioning of the laser beam according to embodiments of the present invention is started by the CNC and the CNC in turn receives the signal from the control device 50 about the end of the procedure.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vereint die Steuervorrichtung 60 die Aufgaben zur Maschinensteuerung und zur automatisierten Strahlpositionierung des Laserstrahls gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Dabei kommuniziert die Steuervorrichtung 60 sowohl mit der Laserquelle 20, mit den Maschinenkomponenten (nicht gezeigt), der Verstelleinheit 40 und der optischen Erfassungseinheit 51 bzw. der Ausrichteinheit 50.According to a further embodiment of the present invention, the control device unites 60 the tasks for machine control and for automated beam positioning of the laser beam according to embodiments of the present invention. The control device communicates 60 both with the laser source 20th , with the machine components (not shown), the adjustment unit 40 and the optical detection unit 51 or the alignment unit 50 .

Bei beiden Ausführungsformen übernimmt die Steuervorrichtung 60 die Aufgabe der Bildverarbeitung, der Steuerung der Beleuchtungsvorrichtung 54, der Steuerung der Verstelleinheit 40 und das Öffnen und Schließen der Ausrichteinheit 50.In both embodiments, the control device takes over 60 the task of image processing, the control of the lighting device 54 , the control of the adjustment unit 40 and the opening and closing of the alignment unit 50 .

3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst die folgenden, vorzugsweise automatisiert durchgeführten, Schritte. 3 shows a flowchart of a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head according to embodiments of the present invention. The method comprises the following, preferably automated, steps.

Nach dem Start (S0) wird ein zum Laserstrahl koaxialer Justierlaserstrahl 21 auf eine Austrittsöffnung 33 einer am Laserbearbeitungskopf 30 montierten Düse 31 gerichtet (S1). Anschließend wird ein Bild von der Austrittsöffnung 33 sowie von einem die Austrittsöffnung umgebenden Düsenmund 32 aufgenommen (S2). Anschließend wird beispielsweise anhand des aufgenommenen Bildes bestimmt, ob der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung 33 tritt (S3).After the start (S0), an alignment laser beam coaxial with the laser beam is generated 21 to an outlet opening 33 one on the laser processing head 30th mounted nozzle 31 directed (S1). Then a picture is taken of the exit opening 33 as well as from a nozzle mouth surrounding the outlet opening 32 recorded (S2). It is then determined, for example on the basis of the recorded image, whether the alignment laser beam is through the exit opening 33 occurs (S3).

Falls der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung 33 tritt (Y1), werden die folgenden weiteren Schritte ausgeführt: Ermitteln einer Position des durch die Austrittsöffnung 33 tretenden Justierlaserstrahls 21 und einer Position der Austrittsöffnung 33 der Düse 31 anhand des aufgenommenen Bildes (S4), Bestimmen, ob eine Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls ΔX, ΔY von einer vorgegebenen Position O des Justierlaserstrahls 21 größer ist als eine vorgegebene maximale Abweichung, wobei die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls relativ zur Position der Austrittsöffnung vorgegeben ist (S5). Falls die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung (Y2), wird die Position des Justierlaserstrahls 21 relativ zur Austrittsöffnung 33 verstellt (S6).If the alignment laser beam passes through the exit opening 33 occurs (Y1), the following further steps are carried out: Determining a position of the through the outlet opening 33 emerging alignment laser beam 21 and a position of the outlet opening 33 the nozzle 31 on the basis of the recorded image (S4), determining whether there is a discrepancy between the determined position of the alignment laser beam .DELTA.X, .DELTA.Y from a predetermined position O of the alignment laser beam 21 is greater than a specified maximum deviation, the specified position of the alignment laser beam being specified relative to the position of the outlet opening (S5). If the deviation is greater than the specified maximum deviation (Y2), the position of the alignment laser beam becomes 21 relative to the outlet opening 33 adjusted (S6).

Die Schritte Aufnehmen eines Bildes, Ermitteln der Position des Justierlaserstrahls und der Position der Austrittsöffnung, Bestimmen der Abweichung und Verstellen der Position, werden solange durchgeführt, bis bestimmt wird, dass die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls kleiner als oder gleich wie die vorgegebene maximale Abweichung ist (N2). In diesem Fall kann das Verfahren beendet werden (S8).The steps of taking an image, determining the position of the alignment laser beam and the position of the exit opening, determining the deviation and adjusting the position are carried out until it is determined that the deviation of the determined position of the alignment laser beam from the predetermined position of the alignment laser beam is less than or is the same as the specified maximum deviation (N2). In this case, the process can be ended (S8).

Falls der Justierlaserstrahl nicht durch die Austrittsöffnung tritt (N1), kann ein nachfolgend beschriebener Referenzzyklus durchgeführt werden (S7).If the alignment laser beam does not pass through the exit opening (N1), a reference cycle described below can be carried out (S7).

4A und 4B zeigen ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 5 ist eine schematische, beispielhafte Darstellung eines Bildes, welches von einer optischen Erfassungseinheit 51 eines Laserbearbeitungssystems zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgenommen wurde. 4A and 4B show a flowchart of a method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head according to an embodiment of the present invention and 5 is a schematic, exemplary representation of an image that is generated by an optical detection unit 51 a laser machining system for machining a workpiece with a laser beam according to embodiments of the present invention.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren, automatisch, beispielsweise durch die Steuervorrichtung 60, nach einem Wechsel der Düse 31 am Laserbearbeitungskopf 30 oder nach einer Kollision des Laserbearbeitungskopfes 30 bzw. der Düse 31 mit einem Gegenstand, beispielsweise einem zu bearbeitenden Werkstück, gestartet. Ferner kann das Verfahren auch manuell durch einen Bediener über eine bestimmte Schnittstelle (beispielsweise eine GUI) zur Steuervorrichtung 60 gestartet werden.According to embodiments of the present invention, the method is carried out automatically, for example by the control device 60 after changing the nozzle 31 on the laser processing head 30th or after a collision of the laser processing head 30th or the nozzle 31 started with an object, for example a workpiece to be machined. Furthermore, the method can also be performed manually by an operator via a specific interface (for example a GUI) to the control device 60 to be started.

Zu Beginn des Verfahrens wird die Abdeckung 55 der Ausrichteinheit 50 bzw. der Düsenwechsler automatisch geöffnet. Der Laserbearbeitungskopf 30 wird durch Maschinenachsen des Laserbearbeitungssystems 10 auf die Position, bei der der Zentriervorgang erfolgen soll, verfahren. Mit anderen Worten wird der Laserbearbeitungskopf 30 auf die Ausrichteinheit 50 verfahren, sodass die optische Achse des Laserbearbeitungskopfes 30 und die optische Achse der Ausrichteinheit 50 im Wesentlichen koaxial verlaufen. Somit ist der Düsenmund 32 der am Laserbearbeitungskopf 30 montierten Düse 31 vollständig im Gesichtsfeld der optischen Erfassungseinheit 51. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein von der optischen Erfassungseinheit 51 aufgenommenes Bild den Düsenmund 32 bzw. die Austrittsöffnung 33 vollständig zeigt.At the beginning of the procedure is the cover 55 the alignment unit 50 or the nozzle changer opens automatically. The laser processing head 30th is made by machine axes of the laser processing system 10 Move to the position at which the centering process is to take place. In other words, it becomes the laser processing head 30th on the alignment unit 50 move so that the optical axis of the laser processing head 30th and the optical axis of the alignment unit 50 run essentially coaxially. Thus is the nozzle mouth 32 the one on the laser processing head 30th mounted nozzle 31 completely in the field of view of the optical detection unit 51 . This can ensure that one of the optical detection unit 51 recorded image the nozzle mouth 32 or the outlet opening 33 shows completely.

Die Steuervorrichtung 60 aktiviert die Beleuchtung durch die Beleuchtungseinrichtung 54 und stellt die optimalen Beleuchtungsparameter (beispielsweise die Helligkeit) ein. Die Steuervorrichtung 60 überprüft ferner, z.B. mittels eines Auswertealgorithmus, ob ein Düsenmund 32 und eine Innenkontur 34 des Düsenmunds 32 (siehe 5) detektiert werden können. Falls nicht, wird der Bediener mit einer Fehlermeldung informiert. Falls die Detektion erfolgreich ist, wird der Düsenzustand überprüft (nachfolgend beschrieben). Entspricht der Düsenzustand nicht den definierten Kriterien, beispielsweise aufgrund einer defekten, verschmutzten oder falschen Düse, dann erfolgt eine automatische Fehlermeldung und/oder es kann automatisiert ein Düsenwechsel gestartet werden. Im Anschluss daran startet das Verfahren automatisch von Neuem.The control device 60 activates the lighting through the lighting device 54 and sets the optimal lighting parameters (e.g. brightness). The control device 60 also checks, for example by means of an evaluation algorithm, whether a nozzle mouth 32 and an inner contour 34 of the nozzle mouth 32 (please refer 5 ) can be detected. If not, the operator is informed with an error message. If the detection is successful, the nozzle status is checked (described below). If the nozzle status does not correspond to the defined criteria, for example due to a defective, dirty or incorrect nozzle, an automatic error message is issued and / or a nozzle change can be started automatically. The process then starts again automatically.

Nach erfolgreicher Überprüfung des Düsenzustands wird zunächst eine Soll-Fokuslage eingestellt und anschließend der Justierlaserstrahl aktiviert. Dies kann dem Schritt S1 in 3 entsprechen. Die Steuervorrichtung 60 überprüft anschließend, z.B. mittels eines Auswertealgorithmus, ob der Justierlaserstrahl 21 durch eine Bildverarbeitung detektiert werden kann, z.B. in Schritt S2. Die Detektion kann insbesondere durch Bildverarbeitung eines von der optischen Erfassungseinheit 51 aufgenommenen Bildes oder Videos erfolgen. Dies kann dem Schritt S3 in 3 entsprechen. Wenn der Justierlaserstrahl 21 nicht detektiert wird, dann startet die Steuervorrichtung 60 automatisch einen sogenannten „Referenzzyklus“ wie in Schritt S7 in 3 (nachfolgend beschrieben).After the nozzle status has been successfully checked, a target focus position is first set and then the alignment laser beam is activated. This can be done in step S1 3 correspond. The control device 60 then checks, for example by means of an evaluation algorithm, whether the alignment laser beam 21 can be detected by image processing, for example in step S2. The detection can in particular by image processing of one of the optical detection unit 51 recorded image or video. This can be done in step S3 3 correspond. When the alignment laser beam 21 is not detected, the control device starts 60 automatically a so-called "reference cycle" as in step S7 in 3 (described below).

Wird hingegen der Justierlaserstrahl 21 detektiert, so ermittelt die Steuervorrichtung 60, z.B. mittels Bildverarbeitung den Flächenschwerpunkt S des Justierlaserstrahls 21 und den Flächenschwerpunkt O der Austrittsöffnung 32 (siehe 5) in dem aufgenommenen Bild und berechnet die relativen Abweichungen ΔX und ΔY in den zwei Richtungen x und y des Flächenschwerpunkts S vom Flächenschwerpunkt O. Dies kann dem Schritt S4 in 3 entsprechen. Wenn bestimmt wird, dass beide relativen Abweichungen kleiner als oder gleich einer vordefinierten maximalen Abweichung (ΔX<Soll-µm und ΔY<Soll-µm) sind, dann ist eine Strahlpositionierung nicht erforderlich. Dies kann dem Schritt S5 in 3 entsprechen. Somit kann der Laserbearbeitungskopf 30 zurück auf eine Ausgangsposition gefahren werden und die Abdeckung 55 oder das Düsenwechsler-System kann geschlossen werden. Das Verfahren ist beendet. Dies kann dem Schritt S8 in 3 entsprechen.If, however, the alignment laser beam 21 detected, the control device determines 60 , for example, the center of gravity S of the alignment laser beam by means of image processing 21 and the centroid O of the outlet opening 32 (please refer 5 ) in the recorded image and calculates the relative deviations ΔX and ΔY in the two directions x and y of the centroid S from the centroid O. This can be done in step S4 in 3 correspond. If it is determined that both relative deviations are less than or equal to a predefined maximum deviation (ΔX <target µm and ΔY <target µm), then beam positioning is not required. This can be done in step S5 3 correspond. Thus, the laser processing head 30th be moved back to a starting position and the cover 55 or the nozzle changer system can be closed. The procedure is over. This can be done in step S8 3 correspond.

Wenn hingegen eine oder beide relativen Abweichungen ΔX, ΔY größer als die vordefinierte maximale Abweichung ist bzw. sind, d.h. ΔX>Soll-µm und ΔY>Soll-µm, (entsprechend Y2 in 3), dann wird die Verstelleinheit 40 angesteuert, um das Element, z.B. ein optisches Element bzw. eine optische Einheit des Laserbearbeitungskopfes, zu verfahren bzw. zu bewegen. Dies kann dem Schritt S6 in 3 entsprechen. Im Anschluss werden erneut die Abweichungen durch Bildverarbeitung ermittelt. Diese Schritte werden so oft wiederholt, bis beiden relativen Abweichungen ΔX, ΔY kleiner als die vordefinierte maximale Abweichung sind.If, on the other hand, one or both of the relative deviations ΔX, ΔY is or are greater than the predefined maximum deviation, ie ΔX> target µm and ΔY> target µm, (corresponding to Y2 in 3 ), then the adjustment unit 40 controlled in order to move or move the element, for example an optical element or an optical unit of the laser processing head. This can be done in step S6 3 correspond. The deviations are then determined again by image processing. These steps are repeated until both relative deviations ΔX, ΔY are smaller than the predefined maximum deviation.

Die Bildverarbeitung, auch „Bildanalyse“ genannt, umfasst die Punkte Bildgewinnung, Bildvorverarbeitung, Bildsegmentierung, Ermittlung der Konturen und die Berechnung der relativen Abweichungen.Image processing, also called “image analysis”, comprises the points image acquisition, image preprocessing, image segmentation, determination of the contours and the calculation of the relative deviations.

Das erfindungsgemäße bildgebende Verfahren, umfassend die Aufnahme eines Bildes von der Düse 31, dem Düsenmund 32 und dem durch die Austrittsöffnung 33 tretenden Justierlaserstrahl 21 und die anschließende Bildverarbeitung, ermöglicht eine unmittelbare ortsaufgelöste Messung der relativen Position des Justierlaserstrahls 21 zur Mitte bzw. Flächenschwerpunkt der Austrittsöffnung 33.The imaging method of the invention comprising taking an image of the nozzle 31 , the nozzle mouth 32 and that through the outlet opening 33 stepping alignment laser beam 21 and the subsequent image processing enables immediate, spatially resolved measurement of the relative position of the alignment laser beam 21 to the center or center of gravity of the outlet opening 33 .

Sobald die Innenkontur 34 des Düsenmundes 33 und die Kontur 23 des Justierlaserstrahls 21 durch die Bildverarbeitung ermittelt wurden, werden die beiden Flächenschwerpunkte S und O berechnet (vgl. 5). Aus den beiden Flächenschwerpunkten S und O werden die relativen Abweichungen ΔX und ΔY entlang der beiden Richtungen x und y berechnet, welche als entsprechende Steuersignale von der Steuervorrichtung 60 an die Verstelleinheit 40 ausgegeben werden können.Once the inside contour 34 of the nozzle mouth 33 and the contour 23 of the alignment laser beam 21 were determined by the image processing, the two centroids S and O are calculated (cf. 5 ). The relative deviations .DELTA.X and .DELTA.Y along the two directions x and y are calculated from the two centroids S and O, and are used as corresponding control signals by the control device 60 to the adjustment unit 40 can be issued.

Für die Überprüfung des Düsenzustands, d.h. die Düseninspektion, wird zumindest ein geometrischer oder optischer Parameter, welcher durch die Bildverarbeitung ermittelt wird, mit einem Soll-Parameter abgeglichen. Dabei liegt der Fokus auf einer möglichen Verformung der Düse 31 und auf dessen Oberflächenbeschaffenheit.To check the nozzle state, ie the nozzle inspection, at least one geometric or optical parameter, which is determined by the image processing, is compared with a target parameter. The focus here is on a possible deformation of the nozzle 31 and on its surface properties.

Zu den geometrischen Parametern zählen der Formfaktor der Innenkontur 34 des Düsenmunds 32, die Elliptizität der Innenkontur 34 und der Innendurchmesser der Düse 31, d.h. dem Durchmesser der Austrittsöffnung 33. Der Formfaktor der Innenkontur 34 ist abhängig von der ermittelten Fläche und des ermittelten Umfangs der Austrittsöffnung 33.The geometrical parameters include the form factor of the inner contour 34 of the nozzle mouth 32 , the ellipticity of the inner contour 34 and the inside diameter of the nozzle 31 , ie the diameter of the outlet opening 33 . The form factor of the inner contour 34 depends on the determined area and the determined circumference of the outlet opening 33 .

Bei der Elliptizität wird das Verhältnis aus einer Nebenachse zu einer Hauptachse der Austrittsöffnung 33 gebildet. Die Nebenachse ist definiert als die Strecke vom Flächenschwerpunkt O zu einem Punkt P2 auf der Innenkontur 34 des Düsenmunds 33 (siehe 6). Die Hauptachse ist definiert als die Strecke vom Flächenschwerpunkt O zu einem Punkt P1 auf der Innenkontur 34 des Düsenmunds 33 (siehe 6). Unterschreitet dieses Verhältnis einen bestimmten Wert, dann wird bestimmt, dass die Düseninspektion nicht erfolgreich war bzw. der Düsenzustand nicht zufrieden stellend ist. Die Elliptizität kann per Definition einen Wertebereich zwischen 0 und 1 annehmen, wobei der Wert 1 einem Kreis entspricht.The ellipticity is the ratio of a minor axis to a major axis of the outlet opening 33 educated. The minor axis is defined as the distance from the centroid O to a point P2 on the inner contour 34 of the nozzle mouth 33 (please refer 6th ). The main axis is defined as the distance from the centroid O to a point P1 on the inner contour 34 of the nozzle mouth 33 (please refer 6th ). If this ratio falls below a certain value, it is determined that the nozzle inspection was unsuccessful or that the nozzle state is unsatisfactory. By definition, the ellipticity can assume a value range between 0 and 1, with the value 1 corresponding to a circle.

Bei dem Parameter „Innendurchmesser der Düse 31“ wird der Soll-Wert, welcher in der Steuervorrichtung 60 Auswerteeinheit hinterlegt ist, mit dem ermittelten Ist-Wert verglichen. Der Innendurchmesser der Düse 31 entspricht einem Durchmesser der Austrittsöffnung 33 und kann basierend auf der Innenkontur 34 des Düsenmunds 32 mittels Bildverarbeitung ermittelt werden.With the parameter “inside diameter of the nozzle 31” the target value, which in the control device 60 Evaluation unit is stored, compared with the determined actual value. The inside diameter of the nozzle 31 corresponds to a diameter of the outlet opening 33 and can be based on the inner contour 34 of the nozzle mouth 32 can be determined by means of image processing.

Ein optischer Parameter ist beispielsweise das Reflexionsverhalten des Düsenmundes 32. Das Reflexionsverhalten kann durch die Grauwerte der Pixel, d.h. eine relative Lichtintensität, des von der optischen Erfassungseinheit 51 aufgenommenen Bildes (7 oben) ermittelt werden. Entspricht der Ist-Grauwertverlauf (7 unten links) entlang einer Richtung nicht dem Soll-Grauwertverlauf (7 unten rechts), kann dies auf Beschädigung oder Verschmutzung 32a der Düse 31 bzw. Düsenmunds 32 hindeuten.An optical parameter is, for example, the reflection behavior of the nozzle mouth 32 . The The reflection behavior can be determined by the gray values of the pixels, ie a relative light intensity of the optical detection unit 51 captured image ( 7th above) can be determined. Corresponds to the actual gray value curve ( 7th bottom left) along one direction not the target gray value curve ( 7th below right), this may indicate damage or contamination 32a the nozzle 31 or nozzle mouth 32 indicate.

Die beschriebenen geometrischen und optischen Parameter können in einer beliebigen Konstellation zur Düseninspektion verwendet werden.The geometrical and optical parameters described can be used in any constellation for nozzle inspection.

Ein Referenzzyklus ist erforderlich, wenn die Düse 31 den Justierlaserstrahl 21 abschattet und die optische Erfassungseinheit 51 somit den Justierlaserstrahl 21 nicht detektieren kann. Dies kann beispielsweise bei einem kleinen Innendurchmesser der Düse 31 und/oder einer falschen Position oder Ausrichtung des Justierlaserstrahls 21 der Fall sein.A reference cycle is required when the nozzle 31 the alignment laser beam 21 shadows and the optical detection unit 51 thus the alignment laser beam 21 cannot detect. This can, for example, be the case with a small inner diameter of the nozzle 31 and / or an incorrect position or alignment of the alignment laser beam 21 be the case.

Der Referenzzyklus kann unterschiedliche Bewegungsmuster des durch die Verstelleinheit 40 bewegten Elements umfassen, die zu einem bestimmten Bewegungsmuster bzw. Bewegungspfad des Justierlasers 21 in der Ebene im Bereich der Austrittsöffnung 33 führt.The reference cycle can have different movement patterns created by the adjustment unit 40 include moving element that lead to a specific movement pattern or movement path of the alignment laser 21 in the plane in the area of the outlet opening 33 leads.

8 und 9 zeigen beispielhafte Bewegungsmuster des Justierlasers 21 im Bereich der Austrittsöffnung 33. Die Austrittsöffnung 33 und der Düsenmund 32 sind in den 8 und 9 von einem Punkt im Inneren des Laserbearbeitungskopfes 30 aus dargestellt und zeigen eine Position des Justierlasers 21 zu Beginn des Referenzzyklus, bei der der Justierlaser 21 auf eine Innenfläche der Düse 31 trifft, und somit nicht durch die Austrittsöffnung 33 tritt. 8th and 9 show exemplary movement patterns of the alignment laser 21 in the area of the outlet opening 33 . The outlet opening 33 and the nozzle mouth 32 are in the 8th and 9 from a point inside the laser processing head 30th shown from and show a position of the alignment laser 21 at the beginning of the reference cycle, during which the alignment laser 21 on an inner surface of the nozzle 31 meets, and thus not through the outlet opening 33 occurs.

Der Referenzzyklus kann eine definierte Mäanderbewegung des durch die Verstelleinheit 40 bewegten Elements umfassen (siehe 8). Diese Bewegung wird so lange durchgeführt bis die optische Erfassungseinheit 51 den Justierlaserstrahl 51 detektiert. Anschließend wird der Referenzzyklus beendet und die Strahlpositionierung wird durchgeführt. Eine weitere Ausführungsform des Referenzzyklus beschreibt eine Bewegung des durch die Verstelleinheit 40 bewegten Elements bis zu einem Endschalter (siehe 9). Dazu wird das Element zunächst entlang einer ersten Richtung, beispielsweise der x-Richtung, bis zu dem entsprechenden Endschalter in dieser Richtung bewegt. Wird dieser erreicht, erfolgt die Bewegung des Elements bis zum Endschalter in der zweiten Richtung, beispielsweise der y-Richtung. Von dieser Position des Justierlaserstrahls 21 bzw. des durch die Verstelleinheit 40 bewegten Elements an den jeweiligen Endschaltern der x- und y-Richtung ist es nun möglich, mit dem Justierlaserstrahl 21 eine Position anzufahren, die theoretisch dem Mittelpunkt der Düse 31 bzw. der Austrittsöffnung 33 entspricht. Anschließend wird auch bei dieser Ausführungsform der Referenzzyklus beendet und die Strahlpositionierung durchgeführt.The reference cycle can be a defined meandering movement by the adjustment unit 40 moving element (see 8th ). This movement is carried out until the optical detection unit 51 the alignment laser beam 51 detected. The reference cycle is then ended and the beam positioning is carried out. Another embodiment of the reference cycle describes a movement of the by the adjustment unit 40 moving element up to a limit switch (see 9 ). For this purpose, the element is first moved in a first direction, for example the x direction, up to the corresponding limit switch in this direction. If this is reached, the element is moved up to the limit switch in the second direction, for example the y-direction. From this position of the alignment laser beam 21 or by the adjustment unit 40 moving element at the respective limit switches in the x- and y-direction, it is now possible with the adjustment laser beam 21 move to a position that is theoretically the center of the nozzle 31 or the outlet opening 33 corresponds to. In this embodiment too, the reference cycle is then ended and the beam positioning is carried out.

Durch das Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes und das Laserbearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, sowohl eine automatisierte bzw. automatisierte und motorische Strahlpositionierung, insbesondere eine Strahlzentrierung bezüglich der Düsenmitte, als auch eine automatisierte bzw. automatisierte und motorische Düseninspektion durchzuführen.The method for automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle of a laser processing head and the laser processing system for processing a workpiece with a laser beam according to embodiments of the invention make it possible to carry out both automated or automated and motorized beam positioning, in particular beam centering with respect to the center of the nozzle, as well as to carry out an automated or automated and motorized nozzle inspection.

Das Verfahren und das Laserbearbeitungssystem ermöglichen durch die Bereitstellung eines Referenzzyklus für die Bewegung eines Justierlasers die automatisierte bzw. automatisierte Strahlpositionierung und die automatisierte bzw. automatisierte Düseninspektion auch dann, wenn der Justierlaser von der am Laserbearbeitungskopf montierten Düse abgeschattet wird.By providing a reference cycle for the movement of an alignment laser, the method and the laser processing system enable automated or automated beam positioning and automated or automated nozzle inspection even when the alignment laser is shaded by the nozzle mounted on the laser processing head.

Durch die Verstelleinheit, die am oder im Laserbearbeitungskopf montiert ist oder mit dem Laserbearbeitungskopf integral ausgebildet ist, wird eine zur Strahlpositionierung und Düseninspektion integrierte Lösung bereitgestellt.The adjustment unit, which is mounted on or in the laser processing head or is formed integrally with the laser processing head, provides an integrated solution for beam positioning and nozzle inspection.

Ferner wird durch die optische Erfassungseinheit bzw. die Ausrichteinheit eine unmittelbare, ortsaufgelöste Messung der Position des Justierlasers relativ zur Mitte der Düse bzw. der Austrittsöffnung ermöglicht und basiert somit nicht auf einer indirekten Messmethode, beispielsweise mithilfe von akustischen oder thermischen Sensoren oder Photodioden.Furthermore, the optical detection unit or the alignment unit enables a direct, spatially resolved measurement of the position of the alignment laser relative to the center of the nozzle or the outlet opening and is therefore not based on an indirect measurement method, for example with the aid of acoustic or thermal sensors or photodiodes.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
LaserbearbeitungssystemLaser processing system
2020th
LaserquelleLaser source
2121
JustierlaserstrahlAlignment laser beam
2222nd
LichtleitfaserOptical fiber
22a22a
FaserbuchseFiber bushing
2323
Kontur des JustierlaserstrahlsContour of the alignment laser beam
3030th
LaserbearbeitungskopfLaser processing head
30a30a
optische Achse des Laserbearbeitungskopfsoptical axis of the laser processing head
3131
Düsejet
3232
DüsenmundNozzle mouth
32a32a
Beschädigung oder VerschmutzungDamage or contamination
3333
AustrittsöffnungOutlet opening
3434
Innenkontur des DüsenmundsInner contour of the nozzle mouth
3535
KollimationsoptikCollimation optics
3636
FokussieroptikFocusing optics
4040
VerstelleinheitAdjustment unit
4141
BewegungseinheitMotion unit
42a, 42b42a, 42b
AktuatorActuator
5050
AusrichteinheitAlignment unit
5151
optische Erfassungseinheitoptical detection unit
5252
AbbildungsoptikImaging optics
5353
optische Filtereinheitoptical filter unit
5454
BeleuchtungseinrichtungLighting device
5555
Abdeckungcover
5656
UmhausungEnclosure
6060
SteuervorrichtungControl device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1967316 A1 [0005]EP 1967316 A1 [0005]
  • DE 102004005902 B3 [0005]DE 102004005902 B3 [0005]
  • WO 2019/009833 A2 [0005]WO 2019/009833 A2 [0005]

Claims (15)

Verfahren zur automatisierten Strahlpositionierung eines Laserstrahls bezüglich einer Düse (31) eines Laserbearbeitungskopfes (30), das Verfahren umfassend die Schritte: - Richten eines zum Laserstrahl koaxialen Justierlaserstrahls (21) auf eine Austrittsöffnung (33) der am Laserbearbeitungskopf (30) montierten Düse (31); - Aufnehmen eines Bildes von der Austrittsöffnung (33) sowie von einem die Austrittsöffnung umgebenden Düsenmund (32); - Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl (21) durch die Austrittsöffnung (33) tritt; und - Durchführen der folgenden Schritte, falls der Justierlaserstrahl (21) durch die Austrittsöffnung (33) tritt: - Ermitteln einer Position des durch die Austrittsöffnung (33) tretenden Justierlaserstrahls (21) und einer Position der Austrittsöffnung (33) der Düse (31) anhand des aufgenommenen Bildes; - Bestimmen, ob eine Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von einer vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) größer ist als eine vorgegebene maximale Abweichung, wobei die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Position der Austrittsöffnung (33) vorgegeben ist; - falls die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung, Verstellen der Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Austrittsöffnung (33); und - Wiederholen der Schritte Aufnehmen eines Bildes, Ermitteln der Position des Justierlaserstrahls (21) und der Position der Austrittsöffnung (33), Bestimmen der Abweichung und Verstellen der Position, solange bis die Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) kleiner als oder gleich wie die vorgegebene maximale Abweichung ist.A method for the automated beam positioning of a laser beam with respect to a nozzle (31) of a laser processing head (30), the method comprising the steps: - Directing an adjustment laser beam (21) coaxial to the laser beam onto an exit opening (33) of the nozzle (31) mounted on the laser processing head (30); - Recording an image of the outlet opening (33) and of a nozzle mouth (32) surrounding the outlet opening; - Determining whether the alignment laser beam (21) passes through the exit opening (33); and - Carry out the following steps if the alignment laser beam (21) passes through the exit opening (33): - determining a position of the alignment laser beam (21) passing through the exit opening (33) and a position of the exit opening (33) of the nozzle (31) on the basis of the recorded image; - Determining whether a deviation of the determined position of the alignment laser beam (21) from a predetermined position of the alignment laser beam (21) is greater than a predetermined maximum deviation, the predetermined position of the alignment laser beam (21) relative to the position of the exit opening (33) being predetermined ; - If the deviation is greater than the predetermined maximum deviation, adjusting the position of the adjustment laser beam (21) relative to the outlet opening (33); and - Repeating the steps of taking an image, determining the position of the alignment laser beam (21) and the position of the outlet opening (33), determining the deviation and adjusting the position until the deviation of the determined position of the alignment laser beam (21) from the predetermined position of the Adjusting laser beam (21) is less than or equal to the specified maximum deviation. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verstellen der Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Austrittsöffnung (33) ein Verstellen der Position des Justierlaserstrahls (21) bezüglich der Austrittsöffnung (33) und/oder ein Verstellen der Position der Austrittsöffnung (33) bezüglich des Justierlaserstrahls (21) umfasst.Procedure according to Claim 1 , wherein the adjustment of the position of the alignment laser beam (21) relative to the exit opening (33) an adjustment of the position of the alignment laser beam (21) with respect to the exit opening (33) and / or an adjustment of the position of the exit opening (33) with respect to the alignment laser beam (21) includes. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Positionen umfasst: - Bestimmen eines Flächenschwerpunkts (O) der Austrittsöffnung (33) als die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls (21) und/oder Bestimmen eines Flächenschwerpunkts (S) des Justierlaserstrahls (21) als Position des Justierlaserstrahls (21).Method according to one of the preceding claims, wherein determining the positions comprises: - Determining a centroid (O) of the outlet opening (33) as the predetermined position of the adjusting laser beam (21) and / or determining a centroid (S) of the adjusting laser beam (21) as the position of the adjusting laser beam (21). Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Bestimmen des Flächenschwerpunkts (O) der Austrittsöffnung (33) ein Ermitteln einer Innenkontur (34) des Düsenmunds (32) durch Bildanalyse des aufgenommenen Bildes umfasst, und/oder wobei das Bestimmen des Flächenschwerpunkts (S) des Justierlaserstrahls (21) das Bestimmen einer Kontur (24) des Justierlaserstrahls (21) durch Bildanalyse des aufgenommenen Bildes umfasst.Procedure according to Claim 3 , wherein the determination of the centroid (O) of the outlet opening (33) comprises determining an inner contour (34) of the nozzle mouth (32) by image analysis of the recorded image, and / or wherein the determination of the centroid (S) of the alignment laser beam (21) comprises Comprises determining a contour (24) of the alignment laser beam (21) by image analysis of the recorded image. Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei eine erste Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) in einer ersten Richtung (x) und eine zweite Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) in einer zweiten Richtung bestimmt wird, wobei die erste und die zweite Richtung (y) senkrecht zueinander sind; wobei die vorgegebene maximale Abweichung eine erste vorgegebene maximale Abweichung entlang der ersten Richtung (x) und eine zweite vorgegebene maximale Abweichung entlang der zweiten Richtung (y) umfasst, und wobei bestimmt wird, dass die Abweichung größer ist als die vorgegebene maximale Abweichung, falls die erste Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) in der ersten Richtung (x) größer ist als die erste vorgegebene maximale Abweichung und/oder falls die zweite Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von der vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) in der zweiten Richtung (y) größer ist als die zweite vorgegebene maximale Abweichung.Method according to one of the preceding claims, wherein a first deviation of the determined position of the adjustment laser beam (21) from the predetermined position of the adjustment laser beam (21) in a first direction (x) and a second deviation of the determined position of the adjustment laser beam (21) from the predetermined position of the adjustment laser beam (21) in a second direction is determined, the first and second directions (y) being perpendicular to each other; wherein the predetermined maximum deviation comprises a first predetermined maximum deviation along the first direction (x) and a second predetermined maximum deviation along the second direction (y), and wherein it is determined that the deviation is greater than the predetermined maximum deviation if the first deviation of the determined position of the alignment laser beam (21) from the predetermined position of the alignment laser beam (21) in the first direction (x) is greater than the first predetermined maximum Deviation and / or if the second deviation of the determined position of the adjusting laser beam (21) from the predetermined position of the adjusting laser beam (21) in the second direction (y) is greater than the second predetermined maximum deviation. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufnehmen des Bildes durch eine optische Erfassungseinheit (51) erfolgt, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Bewegen des Laserbearbeitungskopfes (30) relativ zur optischen Erfassungseinheit (51), sodass der Düsenmund (32) der am Laserbearbeitungskopf (30) montierten Düse vollständig im Gesichtsfeld der optischen Erfassungseinheit (51) liegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the recording of the image is carried out by an optical detection unit (51), and wherein the method further comprises: moving the laser processing head (30) relative to the optical detection unit (51) so that the nozzle mouth (32) is the Laser processing head (30) mounted nozzle lies completely in the field of view of the optical detection unit (51). Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte: - Bestimmen anhand zumindest eines aufgenommenen Bildes, ob eine Düsenzustandsbedingung erfüllt ist, und - falls die Düsenzustandsbedingung nicht erfüllt ist, Ausgeben eines Fehlers.Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps: - Using at least one recorded image to determine whether a nozzle state condition is met, and - if the nozzle state condition is not met, an error is output. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei zum Bestimmen, ob die Düsenzustandsbedingung erfüllt ist, die Schritte umfasst: - Bestimmen eines Werts eines Düsenzustandsparameters anhand des aufgenommenen Bildes, und - Vergleichen des bestimmten Werts mit zumindest einem vorgegeben Wert für den Düsenzustandsparameter, wobei der Düsenzustandsparameter einen geometrischen Düsenzustandsparameter umfasst, der eine Innenkontur (34) des Düsenmunds (32), eine Elliptizität der Innenkontur (34) des Düsenmunds (32), einen Durchmesser der Innenkontur (34) des Düsenmunds (32) und/oder einen Formfaktor der Innenkontur (34) des Düsenmunds (32) umfasst, und/oder wobei der Düsenzustandsparameter einen optischen Düsenzustandsparameter umfasst, der eine Reflektivität des Düsenmunds (32) umfasst.Procedure according to Claim 7 , wherein for determining whether the nozzle state condition is met, comprises the steps of: determining a value of a nozzle state parameter on the basis of the recorded image, and comparing the determined value with at least one predetermined value for the nozzle state parameter, the nozzle state parameter a geometric nozzle state parameter, which includes an inner contour (34) of the nozzle mouth (32), an ellipticity of the inner contour (34) of the nozzle mouth (32), a diameter of the inner contour (34) of the nozzle mouth (32) and / or a form factor of the inner contour ( 34) of the nozzle mouth (32), and / or wherein the nozzle state parameter comprises an optical nozzle state parameter which comprises a reflectivity of the nozzle mouth (32). Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum Verstellen der Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Austrittsöffnung (33) zumindest eines der folgenden Elemente in einer Ebene (x-y) senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungskopfes (30) bewegt wird: zumindest ein im Strahlengang des Laserbearbeitungskopfes (30) angeordnetes optisches Element, zumindest ein Teil einer Fokussieroptik des Laserbearbeitungskopfes (30), zumindest ein Teil einer Kollimationsoptik des Laserbearbeitungskopfes (30), ein Faserende einer den Justierlaserstrahl (21) und/oder den Laserstrahl dem Laserbearbeitungskopf (30) zuführenden Lichtleitfaser (22), eine Faserbuchse zum Koppeln einer den Justierlaserstrahl (21) und/oder den Laserstrahl führenden Lichtleitfaser (22) am Laserbearbeitungskopf (30), und die Düse (31).Method according to one of the preceding claims, wherein at least one of the following elements is moved in a plane (xy) perpendicular to the optical axis of the laser processing head (30) to adjust the position of the alignment laser beam (21) relative to the exit opening (33): at least one in the beam path of the laser processing head (30) arranged optical element, at least part of a focusing optics of the laser processing head (30), at least part of a collimation optics of the laser processing head (30), a fiber end of a laser beam (21) and / or the laser beam feeding the laser processing head (30) Optical fiber (22), a fiber socket for coupling an optical fiber (22) guiding the alignment laser beam (21) and / or the laser beam to the laser processing head (30), and the nozzle (31). Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: - falls der Justierlaserstrahl (21) nicht durch die Austrittsöffnung (33) tritt, Wiederholen der folgenden Schritte so lange, bis der Justierlaserstrahl (31) durch die Austrittsöffnung (33) tritt: Verstellen der Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Austrittsöffnung (33) entlang eines vorgegebenen Pfads und Bestimmen, ob der Justierlaserstrahl (21) durch die Austrittsöffnung (33) tritt.Method according to one of the preceding claims, further comprising the step: - If the alignment laser beam (21) does not pass through the exit opening (33), repeat the following steps until the alignment laser beam (31) passes through the exit opening (33): Adjustment of the position of the alignment laser beam (21) relative to the exit opening (33) ) along a predetermined path and determining whether the alignment laser beam (21) passes through the exit opening (33). Laserbearbeitungssystem (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, das Laserbearbeitungssystem (10) umfassend: - eine Laserquelle (20), die eingerichtet ist, den Laserstrahl und einen zum Laserstrahl koaxialen Justierlaserstrahl (21) zu erzeugen, - einen Laserbearbeitungskopf (30) mit einer Düse (31), wobei die Düse (31) eine Austrittsöffnung (33) zum Austritt des Laserstrahls oder des Justierlaserstrahls (21) aus dem Laserbearbeitungskopf (30) und einen die Austrittsöffnung (33) umgebenden Düsenmund (32) umfasst, und mit einer Verstelleinheit (40) zum Verstellen der Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Austrittsöffnung (33); - eine Ausrichteinheit (50) mit einer optischen Erfassungseinheit (51), wobei die optische Erfassungseinheit (51) eingerichtet ist, um ein Bild von der Austrittsöffnung (33) sowie vom Düsenmund (32) aufzunehmen; und - eine Steuervorrichtung (60), die eingerichtet ist: - zu bestimmen, ob der Justierlaserstrahl (21) durch die Austrittsöffnung (33) tritt; - eine Position des durch die Austrittsöffnung (33) tretenden Justierlaserstrahls (21) und eine Position der Austrittsöffnung (33) anhand des aufgenommenen Bildes zu ermitteln; - eine Abweichung der ermittelten Position des Justierlaserstrahls (21) von einer vorgegebenen Position des Justierlaserstrahls (21) zu bestimmen, wobei die vorgegebene Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Position der Austrittsöffnung (33) vorgegeben ist; und - durch Ansteuern der Verstelleinheit (40) die Position des Justierlaserstrahls (21) relativ zur Austrittsöffnung (33) zu verstellen, .Laser processing system (10) for processing a workpiece with a laser beam, the laser processing system (10) comprising: - A laser source (20) which is set up to generate the laser beam and an alignment laser beam (21) coaxial with the laser beam, - A laser processing head (30) with a nozzle (31), the nozzle (31) having an exit opening (33) for the exit of the laser beam or the adjustment laser beam (21) from the laser processing head (30) and a nozzle mouth surrounding the exit opening (33) ( 32), and with an adjusting unit (40) for adjusting the position of the alignment laser beam (21) relative to the outlet opening (33); - An alignment unit (50) with an optical detection unit (51), the optical detection unit (51) being set up to record an image of the outlet opening (33) and of the nozzle mouth (32); and - a control device (60) which is set up: - To determine whether the alignment laser beam (21) passes through the exit opening (33); - to determine a position of the alignment laser beam (21) passing through the exit opening (33) and a position of the exit opening (33) on the basis of the recorded image; - To determine a deviation of the determined position of the alignment laser beam (21) from a predetermined position of the alignment laser beam (21), the predetermined position of the alignment laser beam (21) being predetermined relative to the position of the outlet opening (33); and - To adjust the position of the adjustment laser beam (21) relative to the outlet opening (33) by controlling the adjustment unit (40),. Laserbearbeitungssystem (10) gemäß Anspruch 11, wobei die Verstelleinheit (40) umfasst: - zumindest eine am oder im Laserbearbeitungskopf (30) angeordnete Bewegungseinheit (41), die eingerichtet ist, um zumindest eines der folgenden Elemente in einer Ebene (x-y) senkrecht zur optischen Achse des Laserbearbeitungskopfes (30) zu bewegen: zumindest ein im Strahlengang des Laserbearbeitungskopfs angeordnetes optisches Element, zumindest ein Teil einer Fokussieroptik des Laserbearbeitungskopfs, zumindest ein Teil einer Kollimationsoptik des Laserbearbeitungskopfs, ein Faserende einer den Justierlaserstrahl und/oder den Laserstrahl dem Laserbearbeitungskopf zuführenden Lichtleitfaser, eine Faserbuchse zum Koppeln einer den Justierlaserstrahl und/oder den Laserstrahl führenden Lichtleitfaser am Laserbearbeitungskopf, und die Düse.Laser processing system (10) according to Claim 11 , wherein the adjustment unit (40) comprises: - at least one movement unit (41) arranged on or in the laser processing head (30), which is set up to move at least one of the following elements in a plane (xy) perpendicular to the optical axis of the laser processing head (30) to move: at least one optical element arranged in the beam path of the laser processing head, at least part of a focusing optics of the laser processing head, at least part of a collimation optics of the laser processing head, a fiber end of an optical fiber that feeds the alignment laser beam and / or the laser beam to the laser processing head, a fiber socket for coupling a Alignment laser beam and / or the optical fiber guiding the laser beam on the laser processing head, and the nozzle. Laserbearbeitungssystem (10) gemäß Anspruch 12, wobei die Bewegungseinheit umfasst: - zumindest einen Aktuator (42a, 42b), der am Laserbearbeitungskopf (30) montiert ist, und eingerichtet ist, um eine Rotationsbewegung bereitzustellen, und - zumindest eine mechanische Einheit, die eingerichtet ist, die von dem zumindest einen Aktuator (42a, 42b) bereitgestellte Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, um das Element in zumindest einer Richtung entlang der zur optischen Achse senkrechten Ebene zu (x-y) bewegen.Laser processing system (10) according to Claim 12 , wherein the movement unit comprises: - at least one actuator (42a, 42b) which is mounted on the laser processing head (30), and is set up to provide a rotational movement, and - at least one mechanical unit, which is set up by the at least one To convert the rotary movement provided to the actuator (42a, 42b) into a translational movement in order to move the element in at least one direction along the plane perpendicular to the optical axis to (xy). Laserbearbeitungssystem (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die optische Achse der optischen Erfassungseinheit (51) und die optische Achse des Laserbearbeitungskopfes (30) parallel zueinander oder koaxial verlaufen.Laser processing system (10) according to one of the Claims 11 to 13th wherein the optical axis of the optical detection unit (51) and the optical axis of the laser processing head (30) run parallel to one another or coaxially. Laserbearbeitungssystem (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Ausrichteinheit (50) ferner umfasst: - eine Abdeckung (55), die fernsteuerbar zu öffnen und zu schließen ist; und/oder - eine Beleuchtungseinrichtung (54), die eingerichtet ist, um den Düsenmund (32) zu beleuchten; und/oder - eine Abbildungsoptik (52), die eingerichtet ist, um den Düsenmund (32) und den Justierlaserstrahl (21) auf die optischen Erfassungseinheit (51) abzubilden, und/oder - eine optische Filtereinheit (53), der eingerichtet ist, um eine Wellenlänge des Justierlaserstrahls (21) passieren zu lassen.Laser processing system (10) according to one of the Claims 11 to 14th wherein the alignment unit (50) further comprises: - a cover (55) which can be remotely opened and closed; and or - a lighting device (54) which is arranged to illuminate the nozzle mouth (32); and / or - imaging optics (52) which are set up to image the nozzle mouth (32) and the alignment laser beam (21) onto the optical detection unit (51), and / or - an optical filter unit (53) which are set up to allow a wavelength of the alignment laser beam (21) to pass.
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