CN104023905A - 具有在激光器和激光加工单元之间的与激光光线缆并行地延伸的数据连接的激光器设备 - Google Patents

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Abstract

在激光器设备(1)、尤其是激光器网络中，所述激光器设备具有至少一个激光器(2)和至少一个激光加工单元(31，32，33，34)，所述至少一个激光加工单元通过激光光线缆(4)并且通过明确分配给所述激光光线缆(4)的数据线路(12)与所述至少一个激光器(2)相连，并且所述至少一个激光加工单元具有用于监视激光加工单元(3)的安全装置(6)和用于所述数据线路(12)的接口(11b)，设有用于监视所述激光器设备(1)的所有激光加工单元(31，32，33，34)的安全装置(6)的中央安全控制装置(8)，其中所述激光器设备(1)的所有激光加工单元(31，32，33，34)的接口(11b)一方面与所述中央安全控制装置(8)相连而另一方面通过所连接的数据线路(12)与所述相应的激光器(2)相连。

Description

具有在激光器和激光加工单元之间的与激光光线缆并行地延伸的数据连接的激光器设备
技术领域
本发明涉及一种激光器设备、尤其是激光器网络，其具有至少一个激光器和至少一个激光加工单元，所述至少一个激光加工单元通过激光光线缆并且通过明确分配给所述激光光线缆的数据线路与至少一个激光器相连，并且所述至少一个激光加工单元具有用于监视激光加工单元的安全装置和用于数据线路的接口。
背景技术
例如通过DE100 18 422A1已知这种激光器设备。
这种已知的激光器设备包括多个激光器和多个激光加工单元，其分别通过激光光线缆并且通过与所述激光光线缆并行的数据线路与相应的激光器相连。每一个激光加工单元具有一个安全电路，所述安全电路检查激光加工单元的工作腔的状态(断开的或闭合的)并且在工作腔断开的情况下向所配属的激光器的激光控制装置输出停止信号。
在具有多个激光器和激光加工单元的现代激光器设备中安全电路应当由中央安全控制装置——例如由可编程逻辑安全控制装置(“Sicherheits-SPS(Speicherprogrammierbare Steuerung)”)来监视，所有激光器和激光加工单元通过总线(“Safety-Bus：安全总线”)与所述中央安全控制装置相连。为了与安全总线相连，在每一个激光器上设有相应的总线接口。
在激光器设备的结构中，必须不仅将激光光线缆与激光器相连，而且将激光器的总线接口与安全总线例如通过电线缆或光学线缆相连，这意味着一定的布线耗费并且增加了布线错误的风险；但也可考虑通过无线电的连接，这隐藏配置错误的风险。
各个安全电路或者其所配属的激光加工单元到相应激光器的分配应当保存在安全SPS的不可变的并且因此符合标准的可靠的安全矩阵中。因此，通过安全SPS明确地确定，在激光加工单元的安全电路断开的情况下应关闭或者阻塞哪个激光器。在多个激光器中，根据固定预给定的安全矩阵，既不允许将激光光线缆从一个激光器改插到另一个激光器上，也不允许将激光光线缆从所述一个激光器的激光加工单元改插到所述另一个激光器的激光加工单元上，因为在安全电路断开的情况下这不引起实际相连的激光器的关闭。
发明内容
因此本发明的任务是，在一开始所描述类型的激光器设备中减小布线耗费和布线错误的风险以及能够实现激光光线缆从一个激光器到另一个激光器并且从一个激光加工单元到另一个激光加工单元的自由改插。
根据本发明，所述任务通过以下方式得以解决：设有用于监视激光器设备的所有激光加工单元的安全装置的中央安全控制装置，以及激光器设备的所有激光加工单元的接口一方面与中央安全控制装置相连而另一方面通过所连接的数据线路与相应的激光器相连。
根据本发明，激光器通过与激光光线缆并行地延伸的数据线路与中央安全控制装置的设置在激光加工单元侧的接口相连并且优选与中央设备控制装置的接口相连，其中，这两个接口物理上也能够构造为一个接口，其中，然后设备控制装置和安全控制装置的信号逻辑上被相互分离。因为根据本发明用于现场总线和安全电路的至少一个接口转移到光导线缆(Lichtleitkabel)的背离激光器的一侧、即朝激光加工单元的加工光学器件的一侧，所以在激光器自身中不必为接口模块保留空间。因为在激光光线缆改插到另一个激光器中或者另一个激光加工单元中时所配属的数据线路同样一同转移到所述另一个激光器或者所述另一个激光加工单元，所以能够自由改插光导体线缆，更确切地说，在使用固定保存的安全矩阵的情况下也如此。在激光加工单元的安全电路断开的情况下，中央安全控制装置始终通过所述激光加工单元的接口并且通过与所述激光光线缆并行地延伸的数据线路关闭实际相连的激光器。
通过数据线路到激光光线缆、例如以一个线缆束或者一个唯一的线缆的形式的明确的分配确保：数据线路和所述数据线路的所属的激光光线缆始终与相同的激光器并且与相同的激光加工单元相连。也能够通过检查循环实现所述明确的分配，例如其方式是：由激光器经过激光光线缆发送引导激光束(Pilotlaserstrahl)、即没有危险的弱的激光束，并且例如借助探测器检查所述引导光是否到达数据线路所连接的激光加工单元或者加工光学器件。有利地，在激光加工单元上，用于现场总线和安全电路的一个(或多个)接口直接位于激光光线缆的连接端旁，即在加工光学器件——例如激光切割头上或者在其周围环境中。特别有利的是，用于现场总线和安全电路的一个(或多个)接口以及激光光线缆的连接端直接安装在加工光学器件上，因为所述加工光学器件也经常由激光器制造商提供，并且因此当将加工光学器件例如与对于本发明所需的接口不可供使用的另一个制造商的自动化技术——例如机器人、激光平板机或者打孔激光组合机——组合时，则也能够使用本发明。
优选地，激光加工单元的现场总线接口和安全电路接口共同设置在接口模块中。
数据线路例如能够通过一个唯一的电线路或者通过用于分开传输设备控制数据和安全控制数据的两个电线路或者通过与激光光线缆的光导体并行地延伸的其他光导体或者通过激光光线缆的光导体构成。
除具有多个激光出口()的激光器以外，本发明对于具有一个唯一的激光出口的激光器而言也是有利的并且经济的，因为在有缺陷的情况下能够独立于用户的自动化技术地更换这种激光器。
本发明也涉及具有如以上所描述地构造的安全电路接口的一种激光加工单元和一种加工光学器件以及一种具有用于激光光线缆和数据线路的接口的激光器，从而能够实现激光光线缆/数据线路从一个激光器到另一个激光器的自由改插。
本发明的其他优点由权利要求书、说明书和附图得到。同样能够将以上所描述的并且还进一步列出的特征单独地或者以多个任意组合地使用。所示出和所描述的实施方式不理解为穷尽的列举，而是相反地具有用于表述本发明的实例性特性。
附图说明
附图示出：
图1：根据本发明的具有两个激光器和四个激光加工单元的激光器设备，其分别通过激光光线缆和与所述激光光线缆并行的数据线路与所述激光器相连；
图2：图1所示的在与激光器相连的激光光线缆从一个激光加工单元改插到另一个激光加工单元之后的激光器设备；
图3：图1所示的在与激光加工单元相连的激光光线缆从一个激光器改插到另一个激光器之后的激光器设备；
图4至6：根据本发明的分别具有修改的数据线路的激光器设备。
具体实施方式
图1中示出的激光器设备1是具有两个激光器2和四个激光加工单元31-34的激光器网络，所述激光加工单元分别通过激光光线缆4与两个激光器2中的一个连接。所述激光光线缆4一端与激光器2的光学输出端或者出口相连，而另一端与激光加工单元31-34——例如机器人的激光切割头、激光平板机或者打孔激光组合机的加工光学器件5相连，从而将在激光器2中产生的激光射束在激光光线缆4的光导体4a中引导至相应的激光加工单元31-34。所述加工光学器件5例如可以安装在机器人手臂(未示出)上，从而使从加工光学器件5射出的激光射束相对于待加工的工件定向并且运动。每一个激光加工单元31-34具有以安全电路形式的安全装置6，以便在正确的闭合状态方面监视相应的激光加工单元31-34的激光保护腔(未示出)。
为了控制激光器2和激光加工单元31-34，激光器设备1具有中央设备控制装置(“Anlagen-SPS：设备SPS”)7以及为了监视安全装置6而具有中央安全控制装置(“Sicherheits-SPS：安全SPS”)。替代地，也可以通过本地SPS或者通过设备SPS与本地SPS的任意组合来控制每一个激光加工单元31-34。激光加工单元31-34通过现场总线9(例如PROFInet：Process FieldNetwork)与中央设备控制装置7相连，而其安全装置6通过另一个总线(“Safety-Bus”)10与中央安全控制装置8相连。
每一个激光加工单元31-34并且尤其是其加工光学器件5还包括接口模块11，所述接口模块具有现场总线接口11a和安全电路接口11b，所述现场总线接口一方面通过现场总线9与中央设备控制装置7相连而另一方面通过与激光光线缆4并行地延伸的数据线路12也与相应的激光器2相连，所述安全电路接口一方面通过安全总线10与中央安全控制装置8相连而另一方面通过与激光光线缆4并行地延伸的数据线路12也与相应的激光器2相连。所述数据线路12通过用于传输设备控制数据的第一电线路13a和用于传输安全控制数据的第二电线路13b构成。例如通过所有线缆在其端部处相连或者通过电线路13a、13b和激光光线缆4汇总成一个唯一的线缆，两个电线路13a、13b和激光光线缆4被明确地分配给彼此。接口11a、11b或者接口模块11优选安装在加工光学器件5上或者其周围环境中，如对于激光加工单元31所示的那样；仅仅为清楚起见，在另一位置示出其他激光加工单元31-34的接口模块11。激光光线缆4连同所分配的数据线路12通过接口20与激光器2连接。
图2示出在与激光器2相连的激光光线缆4从激光加工单元32改插到其他激光加工单元33之后的激光器设备1。激光光线缆4现在与另一激光加工单元33的加工光学器件5相连，而数据线路2现在与另一激光加工单元33的接口11a、11b相连。因为在改插激光光线缆4时所配属的数据线路12同样一同迁移至另一激光加工单元33，所以光导体线缆4可以被自由改插，更确切地说，在使用固定保存在中央安全控制装置8中的安全矩阵14的情况下也如此。因为在激光加工单元33的安全装置的安全电路6断开的情况下，中央安全控制装置8通过激光加工单元33的接口11a并且通过与激光光线缆4并行地延伸的数据线路12关闭与激光加工单元33相连的激光器2。因此，在安全矩阵14中不再分配以下：在激光加工单元3的安全装置6的安全电路断开的情况下应关闭哪个激光器或者例如通过阻塞激光束来保护哪个激光器。替代地，在安全矩阵14中给每一个激光加工单元3分配所述激光加工单元的所配属的接口11a，由此在激光加工单元3的安全电路6断开的情况下始终响应所配属的接口11a，由此通过与所配属的接口相连的、与激光光线缆4并行地延伸的数据线路12始终关闭或者保护那个实际与相应激光加工单元相连的激光器2。
图3示出在与激光加工单元32相连的激光光线缆4从激光器21的接口201改插到另一个激光器22的接口202之后的激光器设备1。因为在改插激光光线缆4时所配属的数据线路12同样一同转移至另一个激光器22，所以光导体线缆4可以被自由改插，更确切地说，在使用安全矩阵14的情况下也如此。那么在激光加工单元32的安全电路6断开的情况下，中央安全控制装置8通过激光加工单元32的接口11a并且通过与激光光线缆4并行地延伸的数据线路12关闭与激光加工单元32相连的激光器22或者阻塞其激光束。因此，在安全矩阵14中不再需要激光器2到激光加工单元3的安全装置6的直接分配。
在使用相应的安全协议的情况下，也可以通过数据线路12传输可靠的离散值或者模拟值，其例如可以用于每一个单个的光路在相应激光加工单元的特性方面的可靠的功率限制。因此例如可以检查，是否可以将激光器的出口上的最大激光器功率施加在激光加工单元的加工光学器件5上；如果不可以，则能够可靠地(例如通过由安全电路控制的快门开关(Verschlussweiche))切断激光射束。
在图4中，数据线路12通过一个唯一的以太网线路15构成，通过所述以太网线路实现接口11与激光器2之间的数据交换、即设备控制数据和安全控制数据的传输。
在图5中，数据线路12通过另一个光导体16构成，通过所述光导体光学地实现接口11与激光器2之间的数据交换、即设备控制数据和安全控制数据的传输。对此，在激光器2和接口11上设有作为发送器和接收器的相应的电/光转换器17。
在图6中，数据线路12通过激光光线缆4的光导体4a构成，通过所述光导体不仅实现从激光器2至激光加工单元3的激光射束，而且实现接口11与激光器2之间的光学的数据交换、也即设备控制数据和安全控制数据的传输。

Claims (20)

1.一种激光器设备(1)、尤其是激光器网络，其具有至少一个激光器(2)和至少一个激光加工单元(3)，所述至少一个激光加工单元通过激光光线缆(4)并且通过明确分配给所述激光光线缆(4)的数据线路(12)与所述至少一个激光器(2)相连，并且所述至少一个激光加工单元具有用于监视所述激光加工单元(3)的安全装置(6)和用于所述数据线路(12)的接口(11b)，
其特征在于，
设有用于监视所述激光器设备(1)的所有激光加工单元(3)的安全装置(6)的中央安全控制装置(8)，以及
所述激光器设备(1)的所有激光加工单元(3)的接口(11b)一方面与所述中央安全控制装置(8)相连而另一方面通过所连接的数据线路(12)与所述相应的激光器(2)相连。
2.根据权利要求1所述的激光器设备，其特征在于，所述激光器设备(1)具有用于控制每一个激光器(2)和所述激光器设备(1)的每一个激光加工单元(3)的中央设备控制装置(7)。
3.根据权利要求2所述的激光器设备，其特征在于，所述激光器设备(1)的每一个激光加工单元(3)具有一方面与所述中央设备控制装置(7)相连而另一方面通过数据线路(12)与所述相应的激光器(2)相连的接口(11a)。
4.根据权利要求2或3所述的激光器设备，其特征在于，所述激光器设备(1)的每一个激光加工单元(3)具有第一接口(11a)和第二接口(11b)，所述第一接口一方面与所述中央设备控制装置(7)相连而另一方面通过所述数据线路(12)与所述相应的激光器(2)相连，所述第二接口一方面与所述中央安全控制装置(8)相连而另一方面通过所述数据线路(12)与所述相应的激光器(2)相连。
5.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述接口(11a，11b)中的至少一个设置在所述激光加工单元(3)的加工光学器件(5)上或者在其周围环境中，所述激光光线缆(4)与所述激光加工单元相连。
6.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述激光加工单元(3)的接口(11a)通过总线(9)与所述中央设备控制装置(7)相连。
7.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述激光加工单元(3)的接口(11b)通过总线(10)与所述中央安全控制装置(8)相连。
8.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述中央安全控制装置(8)具有安全矩阵(14)，在所述安全矩阵中保存以下分配：在激光加工单元(3)的安全电路(6)断开的情况下能够通过哪个接口(11b)关闭所分配的激光器(2)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述数据线路(12)通过用于分开传输设备控制数据和安全控制数据的两个电线路(13a，13b)构成。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述数据线路(12)通过一个唯一的电线路(15)构成。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述数据线路(12)通过所述激光光线缆(4)的光导体(4a)或者通过另一个光导体(16)构成。
12.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述激光光线缆(4)和所述至少一个数据线路(12)汇总成一个线缆束或者一个唯一的线缆。
13.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述激光光线缆(4)构造用于传送引导激光束，并且所述激光加工设备(3)构造用于要求和探测所述引导激光束，由此，所述至少一个数据线路(12)分配给所述激光光线缆(4)。
14.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，激光加工单元(3)的一个或多个接口(11a，11b)设置在接口模块(11)中。
15.根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备，其特征在于，所述至少一个激光器(2)具有用于所述激光光线缆(4)和所述数据线路(12)的接口(20)。
16.一种用于根据以上权利要求中任一项所述的激光器设备(1)的激光加工单元(3)，所述激光加工单元具有一方面能够与所述中央安全控制装置(8)相连而另一方面能够通过数据线路(12)与激光器(2)相连的接口(11b)。
17.根据权利要求16所述的激光加工单元(3)，其特征在于一方面能够与所述中央设备控制装置(7)相连而另一方面能够通过数据线路(12)与激光器(2)相连的接口(11a)。
18.一种用于根据权利要求1至15中任一项所述的激光器设备(1)的激光加工单元(3)的加工光学器件(5)，所述加工光学器件具有一方面能够与所述中央安全控制装置(8)相连而另一方面能够通过数据线路(12)与激光器(2)相连的接口(11b)。
19.根据权利要求18所述的加工光学器件，其特征在于一方面能够与所述中央设备控制装置(7)相连而另一方面能够通过数据线路(12)与激光器(2)相连的接口(11a)。
20.一种用于根据权利要求1至15中任一项所述的激光器设备(1)的激光器(2)，所述激光器具有用于所述激光光线缆(4)和所述数据线路(12)的接口(20)。
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